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導語：在單片機原理論文的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
Abstract: The article measures the time using three timing circuit of the three time/counters of the single chip 89C52,communicates using the serial interface standard RS-232 and CMOS chip MAX232,and transmits the time to PC through the serial device of single chip . It inaugurates new area to exploiture the system source of single chip. Especially it establishes the foundation for the agility usage of time/counters of single chip 89C52.At the same time, it will promote the application of the single chip system in the military affairs area.
關(guān)鍵詞:89C52;定時/計數(shù)器;串行通信
Key words: 89C52; time/counter; serial communication
中圖分類號:TP302.1 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)17-0100-02
0引言
根據(jù)紅外密集度立靶測試系統(tǒng)原理,要準確的測量彈丸通過不同光幕的時間間隔,可以用多種方法實現(xiàn),如CPLD器件,單片機等。在本論文中選用的是用單片機89c52來實現(xiàn)計時功能。89c52一般有可靠性高,易擴展,控制能力強,體積小,開發(fā)周期短,成本低等優(yōu)點。在許多領(lǐng)域中,單片機以其體積小,指令豐富,控制技術(shù)成熟,修改方便,適應性強等特點,在現(xiàn)場得到廣泛的應用。鑒于這些優(yōu)點,本文的測時電路系統(tǒng)的實現(xiàn),以89c52為主[1]。
1紅外密集度立靶測試系統(tǒng)原理
紅外密集度立靶測試系統(tǒng)是利用四光幕交匯原理研制而成。紅外密集度立靶測試系統(tǒng)測量原理圖如圖1所示:當彈丸依次通過1,2,3,4光幕時,系統(tǒng)中的計時部分分別記錄相應的飛行時間,再加上光幕1和4之間的靶距、光幕2與光幕3的夾角、光幕3與光幕4的夾角等已知量,根據(jù)速度V即可以求出彈丸的著靶坐標。
2系統(tǒng)方案
本論文的測時電路系統(tǒng)的控制方案如圖2所示。系統(tǒng)前續(xù)電路把四個脈沖信號送入單片機,第一個脈沖信號將成為三路測時電路的啟動信號;第二個脈沖信號將終止第一路測時電路;第三個脈沖信號來到時,第二路測時電路停止工作;同樣的,第四個脈沖信號將停止第三路測時電路。這三路測時電路即測得了時間,單片機通過串行接口把時間發(fā)送給PC機,完成與PC機的通信。根據(jù)設(shè)計要求,此測時電路系統(tǒng)需要三路計時功能。
3測時電路硬件設(shè)計
測時電路硬件原理圖如圖2所示。時鐘電路由一個12MHZ的石英晶振和兩個30pf的電容組成;復位電路由一個30uf的電解電容、兩個電阻、一個復位鍵接至5v電壓組成。設(shè)彈丸通過第一光幕,第二光幕,第三光幕,第四光幕所得到的脈沖信號分別為第一脈沖,第二脈沖,第三脈沖,第四脈沖。把第一脈沖連接一個非門74ls04后送入89c52的T0(P3.4)引腳,此時對于定時/計數(shù)器T0來說,上升沿有效。把第二,三,四脈沖分別接至P2.0,P2.1,P2.2引腳。[2]
4通信電路硬件設(shè)計
在本文中,測時電路得到的時間要傳送給PC機,必須有單片機與PC機之間的通信電路。本文中采用串行接口標準RS-232來實現(xiàn)單片機與PC機間的通信;用MAX232芯片實現(xiàn)單片機與PC機的RS-232標準接口通信電路。
5測時電路軟件設(shè)計
設(shè)置T0以計數(shù)方式工作在模式2,賦初值TL0,TH0都為0XFF,啟動T0,用查詢方式查詢,當?shù)谝幻}沖到來時,其上升沿將使T0產(chǎn)生溢出中斷,TF0將置1,同時用軟件清TF0位為0,停止T0,同時再設(shè)置T0以定時方式工作在模式3,賦初值TL0,TH0都為0X00,啟動T0;設(shè)置T2作為一個16位二進制的定時器工作,啟動T2。三路計時電路開始工作后等待第二,三,四脈沖的到來就會停止工作。在脈沖還沒有到來時,由于TL0,TH0是8位的定時器,在定時達到256us時會溢出,所以我們定義兩個靜態(tài)無符號長整型變量overflow-count1和overflow-count2,定時器一旦溢出,即TFX(X=0,1)為1時相應的變量就加1。用查詢方式查詢,當P2.0引腳的由0變?yōu)?時,說明第二脈沖到來,此時終止TL0;當P2.1引腳的由0變?yōu)?時,說明第三脈沖到來,此時終止TH0;當P2.2引腳的由0變?yōu)?時,說明第四脈沖到來,此時終止T2。測時電路的流程圖,如圖3所示。
6通信電路軟件設(shè)計
通信協(xié)議約定:①PC機與單片機都可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù);②設(shè)置PC機與單片機通信的波特率,為9600bit/s③設(shè)定幀格式:因為串行通信,單片機的串行口方式1真正用于串行發(fā)送和接收,所以幀格式為:一位起始位,8位數(shù)據(jù)位,1位停止位。④數(shù)據(jù)校驗:采用累加和校驗,每傳送10個數(shù)據(jù)就進行一次累加和校驗。⑤通信方式:查詢方式⑥為了保證數(shù)據(jù)可靠、有效,單片機開始發(fā)送時,先送一個AA信號,PC機收到后,回答一個BB信號,表示同意接收。當單片機收到BB信號后,開始發(fā)送數(shù)據(jù),每發(fā)送一次便求校驗和。假定數(shù)據(jù)塊長度為16字節(jié),數(shù)據(jù)緩沖區(qū)為buf,數(shù)據(jù)塊發(fā)送完后馬上發(fā)送校驗和。其中f=12MHZ,SMOD=0,波特率=9600bit/s,據(jù)此可以推出X=0FDH,TH1=TL1=0FDH。然后,初始化串行控制寄存器SCON,根據(jù)通信協(xié)議約定,幀格式為10位,串行口工作方式為1,允許接收,所以SCON寄存器初始值應該設(shè)為01010000B=050H。因為采用的是查詢方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù),所以發(fā)送一幀數(shù)據(jù),應該在TI位為低電平時,將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF,即自動開始發(fā)送,當檢測到TI位由0變?yōu)?時,說明此幀數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完畢,此時軟件清零TI,為發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)做好準備。在接收一幀數(shù)據(jù)時,先置REN=1,RI=0,當檢測到RI由0變到1時,說明可以從接收緩沖器SBUF中讀取數(shù)據(jù)了,此時軟件應清0RI,為下一次接收做好準備。在本次設(shè)計中,測時電路測得時間后,將與PC機進行通信,把時間傳送給PC機。因為測時部分得到的時間為整型十進制,我們把時間統(tǒng)一都化為二進制,把這個過程稱為二進制轉(zhuǎn)化過程。在把十進制轉(zhuǎn)化為二進制后,單片機串行口初始化,然后開始進入通信流程,通信流程圖如圖4。
7結(jié)論
本論文給出了紅外密集度立靶系統(tǒng)測時電路設(shè)計的具體設(shè)計過程,通過理論與實踐的結(jié)合,我們得出結(jié)論:利用單片機89c52實現(xiàn)測時電路系統(tǒng)的設(shè)計是完全可行。
參考文獻:
[1]李朝青編著.單片機原理及接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學出版社,1999.
關(guān)鍵詞：單片機；交流阻抗特性；等效電路參數(shù)
中圖分類號：TP216 文獻標識碼 A 本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 論 文 網(wǎng)專業(yè)寫作教育教學論文和畢業(yè)論文以及服務，歡迎光臨DyLW.neT
Design of Equivalent Circuit Parameter Analyzer for
Two Port Passive Circuit
TANG Zhengming1 ， ZHANG Sanmei2 ， Zeng Jing1
（1 School of Electronic Information and Engineering， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009，China；
2 Experiment Center， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009， China）
Abstract： Equivalent circuit parameter is very important for the process of circuit analysis and design. Based on the refined numerical algorithm of AC impedance， a digital equivalent circuit parameter analyzer is designed. In this system， MCU is used to control frequency synthesizer to generate excitation signal. By adjusting the capacitance and current trends ， the load impedance characteristic is determined. Finally， the AC impedance and equivalent circuit parameter are displayed， which can be obtained under different operating frequency.
Keywords： MCU； AC Impedance Characteristics； Equivalent Circuit Parameters
0引 言
電路交流阻抗隨信號源的頻率變化，其具體表現(xiàn)為一定電阻R、電容C和電感L的串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)在給定信號頻率下所得到的等效阻抗。頻率相對較高時，電路還可能產(chǎn)生相對較大的寄生電容、電感，從而出現(xiàn)寄生阻抗。如何快捷準確地獲取電路在不同工作頻率下的等效電路參數(shù)，對電路的分析與設(shè)計來說有著特殊重要的現(xiàn)實意義[1]。
已有的交流參數(shù)測試儀，其測量對象主要鎖定在對交流電路頻率、有效值、功率，或者單個元件阻值、電感量、電容量的測試，而對交流阻抗的智能化測量的探討研究仍舊較少，且未曾涉及到負載為黑盒子電路（其可能為RLC元件，某用電器或電路模塊，以下統(tǒng)稱為負載電路）的等效參數(shù)測量[2-6]。本設(shè)計所實現(xiàn)的電路交流等效電參數(shù)分析儀的核心即為交流阻抗特性分析，通過采用單片機產(chǎn)生激勵信號，能分析出給定工作頻率下負載電路的交流阻抗特性，并進一步得到其等效電路參數(shù)。
1硬件電路
系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。主要電路模塊包括單片機（MCU）、放大電路、整流濾波電路、含雙可調(diào)電容的RC振蕩器等[7-8]。
圖1 等效電參數(shù)分析儀原理圖
Fig.1 Schematic diagram of equivalent circuit parameter analyzer
MCU的型號為MSP430F169。放大電路用于將采集到的弱信號放大，再送入整流濾波電路，便于單片機（MCU）接收識別，放大電路型號為AD620。整流濾波電路，用于將采樣信號轉(zhuǎn)化為單向脈動波并濾除附帶產(chǎn)生的雜波信號，使有用信號免受干擾，易于下一級電路的操作處理?？勺冸娙軨結(jié)合555定時電路模塊構(gòu)成RC振蕩器，所產(chǎn)生的信號頻率送入單片機識別，進而確定出接入電路的電容值。其中，可調(diào)電容C與電路的連接通過開關(guān)控制，該可調(diào)電容C為特制的雙可調(diào)電容（構(gòu)成RC振蕩器的電容與接入測量電路的電容相同，并由同一旋鈕控制調(diào)節(jié)），這樣，可在隔離電路影響的情況下，獲得接入電路電容的精確值。 為定值電阻，主要起限流作用，如當電路串聯(lián)諧振時，使電路電流不至于過大，損壞儀器。 為采樣電阻，為小阻值錳銅電阻，用于將負載電流轉(zhuǎn)換為電壓信號，再送入放大電路。 為負載電路。
2算法設(shè)計
根據(jù)有效值、功率因素的計算結(jié)果[9]，可得到電路總阻抗
（1）
其中， 、 、 分別表示電路電壓有效值、電流有效值、功率因素。 的正負與負載的特性有關(guān)，若負載為非電容性；則 ，若負載為非電感性則 。令 ，則有
（2）
系統(tǒng)采用調(diào)節(jié)可變電容C并結(jié)合單片機采集到的電流大小變化情況的方法，確定（2）中的正負符號，即實現(xiàn)負載阻抗特性的判定。由于可調(diào)電容與被測負載并聯(lián)，設(shè)被測負載的電導和電納分別為 和 ， 可調(diào)電容電納為 ，其等效電路如圖2所示。
圖2 阻抗特性的判斷原理圖
Fig.2 Schematic diagram for the judgement of impedance characteristic當端電壓有效值恒定時，電流有效值
（3）
即： （4）
可見，當 與 同號，即被測負載為電容性時，電容增大，電流 單調(diào)上升；而當 與 異號，即被測負載為電感性負載時，電容增大，電流 將先減小而后增大。因此，單片機可根據(jù)電容調(diào)節(jié)過程中采集到電流變化情況，判斷出負載的阻抗特性。在此基礎(chǔ)上，設(shè)負載 的等效阻抗為 ，由于測量電路為可調(diào)電容C與負載 并聯(lián)，然后再與定值電阻 串聯(lián)，根據(jù)電路串并聯(lián)關(guān)系，則有：
（5）
聯(lián)立（1）-（2）和（5），在已判斷得到負載的特性的情況下，便可以解出 中的電阻R和電抗X。結(jié)合頻率值即可得
（6）
（7）
因此，對于給定負載（如某單元電路），該測試儀能夠獲得給定工作頻率下的交流等效電路參數(shù)，便于電路的分析與設(shè)計。
3 系統(tǒng)測試
系統(tǒng)設(shè)計完成后，通過鍵盤設(shè)定激勵信號幅值和頻率，調(diào)節(jié)電容旋鈕，即可讀出負載的等效電路參數(shù)。首先測試并選取了三個R、L、C電路元件，其參數(shù)值分別為10，10mH，1uF。再將電路元件安插在萬用板上，借助萬用板連接線使其形成簡單的串聯(lián)電路和并聯(lián)電路，并同時具有典型的二端口結(jié)構(gòu)，然后分別測試了信號頻率為1KHz時，負載的等效電路參數(shù)。用 Idealization（I）和Test （T）分別表示理論值和測量值，結(jié)果如表1所示。
表1 測試結(jié)果
Tab.1 Test results
電阻（） 電感（mH） 電容（uF） 串聯(lián)（；uF） 并聯(lián)（，mH）
I T I T I T I T I T
10 10.02 10 10.33 1 0.97 10 ； 1.65 9.97；1.59 9.91；0.15 10.04；0.23
測量 結(jié)果表明，在1KHz頻率下，所搭建的串聯(lián)電路具有阻容特性，而并聯(lián)電路具有阻感特性。等效電路參數(shù)測量結(jié)果與理論值存在一定差異的可能原因主要在于：除工藝等因素外，導線等所引入的分布阻抗。
4 結(jié)束語
本文設(shè)計了一種電路交流等效電參數(shù)分析儀，可用于完成無源二端口電路的等效電參數(shù)測量。在測量交流等效參數(shù)時（特別在用作RLC測試儀的情況下），若測量頻率較高，分布參數(shù)影響將較為顯著，對低標稱值元件的測量尤為不利。如何減小分布參數(shù)對測量結(jié)果的影響，還有待進一步研究。
參考文獻：
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Key words： Internet +；microcontrollers；teaching reform
中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）21-0165-02
0 引言
“互聯(lián)網(wǎng)+”是創(chuàng)新2.0下的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新業(yè)態(tài)，是知識社會創(chuàng)新2.0推動下的互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)演進及其催生的經(jīng)濟社會發(fā)展新形態(tài)?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”是互聯(lián)網(wǎng)思維的進一步實踐成果，推動經(jīng)濟形態(tài)不斷地發(fā)生演變，從而帶動社會經(jīng)濟實體的生命力，為改革、創(chuàng)新、發(fā)展提供廣闊的網(wǎng)絡平臺?；ヂ?lián)網(wǎng)+”是兩化融合的升級版，將互聯(lián)網(wǎng)作為當前信息化發(fā)展的核心特征提取出來，并與工業(yè)、商業(yè)、金融業(yè)等服務業(yè)的全面融合，其具體的應用包括工業(yè)、金融、商貿(mào)、智慧城市、通信、交通、民生、旅游、醫(yī)療、教育等方面。這個充滿創(chuàng)新的“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，給相關(guān)的技術(shù)人員帶來了機遇和挑戰(zhàn)。
本文重點探討了在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代技術(shù)背景下，如何有效把握單片機相關(guān)的教學內(nèi)容和實踐方法的改革，才能突出培養(yǎng)學生運用所學知識和技能解決實際問題的綜合應用能力。
1 單片機教學與“互聯(lián)網(wǎng)+”時代技術(shù)的特點
《單片機原理與應用》是工科院校相關(guān)專業(yè)的重要的專業(yè)必修課，是一門集電子、計算機、語言編程等技術(shù)的應用性很強的課程[1-2]。了解單片機的工作原理，掌握單片機技術(shù)，將理論知識指導實踐生產(chǎn)，成為相關(guān)專業(yè)大學生的重要任務[3]。傳統(tǒng)的單片機教學方式，學生可掌握單片機的基礎(chǔ)編程方法和接口基本使用，而結(jié)合實際需求針對具體功能的單片機系統(tǒng)的綜合設(shè)計能力還有一定的欠缺。目前的單片機教學中，存在著理論課和實驗課結(jié)合力度不強，實驗內(nèi)容陳舊、缺乏時效性，綜合實驗難以開展，教學方法陳舊，實踐教學重視度不夠，并且實驗手段單一且脫離實際，對實踐操作考核針對性不強等不足之處。“互聯(lián)網(wǎng)+”時代對單片機或嵌入式教學改革提供了機遇與挑戰(zhàn)，并對單片機教學在教學內(nèi)容、教學方法和課程體系設(shè)置上都提出新的迫切要求。 “互聯(lián)網(wǎng)+”時代的技術(shù)載體是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其是物聯(lián)網(wǎng)思維的進一步實踐成果。物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的三個層次包括感知層、網(wǎng)絡層和應用層，其關(guān)鍵技術(shù)都涉及到單片機嵌入式系統(tǒng)的具體應用，這也為單片機教學改革提供了很好的教學題材、研究內(nèi)容、方法探討。將“互聯(lián)網(wǎng)+”的相關(guān)技術(shù)應用到“單片機原理與應用”這門以實踐為主的教學中，鍛煉學生解決實際問題的綜合設(shè)計能力，為學生將來在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代相關(guān)產(chǎn)業(yè)的就業(yè)提供技術(shù)儲備。
2 教學內(nèi)容和方法改革
傳統(tǒng)的微機原理、單片機和嵌入式系統(tǒng)等相關(guān)課程傳統(tǒng)的教學內(nèi)容是8086、51內(nèi)核、ARM7內(nèi)核單片機硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編程序設(shè)計、中斷技術(shù)、定時器/計數(shù)器、串行通信、存儲器擴展技術(shù)、接口系統(tǒng)軟硬件設(shè)計等。結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的產(chǎn)業(yè)技術(shù)要求，計劃將單片機整個教學過程更改為基礎(chǔ)理論研究和實踐動手創(chuàng)造兩個階段?；A(chǔ)理論研究階段即采取課堂集中授課的方式完成，其課程包括微機原理接口與技術(shù)、單片機原理和嵌入式系統(tǒng)原理及應用三門課程，此三門課具備實踐為主的特點，需要增加實驗課程的課時比例，各課程若總課時設(shè)定為48學時，實驗課時最低要保證16學時。同時結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的相關(guān)技術(shù)和應用在基礎(chǔ)理論研究教學任務完成后，增加實踐動手創(chuàng)造必要階段，即在大三大四增加單片機課程設(shè)計階段及開展嵌入式短學期學習，特別是針對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的學生，開展卓越工程師計劃，讓學生進公司進研發(fā)團隊，可參與具體的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)嵌入式產(chǎn)品設(shè)計。具體教學內(nèi)容和方法改革如下。
2.1 課堂教學內(nèi)容和課時安排
“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的單片機課程的教學重點在于如何將單片機與無線通信的“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)緊密聯(lián)系在一起。單片機的課程基礎(chǔ)包括C語言、模擬電路、數(shù)字電路等課程，在進行單片機正式授課內(nèi)容前，教學安排中要學生對重點基礎(chǔ)課程內(nèi)容進行對應的復習。傳統(tǒng)的單片機課程內(nèi)容一般離不開89C51相關(guān)的內(nèi)容，這里建議單片機課程的對象可以采用新型市場上比較熱門的芯片進行對應的介紹學習，筆者課堂教學采用意法半導體主控制芯片STM8，總課時一般設(shè)定在至少48學時，實驗課時至少設(shè)置在16學時。32學時的課堂教學計劃見表1。此教學計劃中只針對性的講述STM8單片機常用的匯編指令以及循環(huán)和跳轉(zhuǎn)等匯編語言程序設(shè)計方法，重點講解單片機C語言程序設(shè)計和物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)知識的教學內(nèi)容，重點讓學生掌握單片機最小系統(tǒng)以及應用設(shè)計方法的教學內(nèi)容。
其中，用10學時進行嵌入式產(chǎn)品設(shè)計基礎(chǔ)知識學習，包括GPRS接口、藍牙接口、WIFI接口、GPS接口、溫濕度傳感器接口等，并提供給學生相關(guān)的學習資料和調(diào)試源代碼及過程，此過程以學生自主消化吸收為主。這一部分知識的掌握好壞程度在后續(xù)的單片機課程設(shè)計階段將得到進一步的提高。
2.2 基礎(chǔ)實驗內(nèi)容和課時安排
課程的基本實驗安排是至少16個學時，與32個學時的課堂教學穿行，有效提高學生動手能力及學生學習掌握STM8片內(nèi)資源使用及相關(guān)類似單片機的開發(fā)環(huán)境安裝、開發(fā)工具使用單片機軟件的編程方法。在實驗過程中，采用STM8單片機實驗箱，實驗2人一組，編程語言采用C語言為主，匯編語言為輔的方式，完成4個題目的實驗內(nèi)容。實驗題目以及內(nèi)容要求見表2。
這6個實驗涵蓋了學習任何一種單片機的基本思路和STM8單片機的程序設(shè)計的具體課堂教學內(nèi)容。在整個實驗過程中，建議學生上機之前對實驗內(nèi)容進行了解，上機過程中集中時間進行調(diào)試，在實驗教師的幫助下，學生了解單片機的使用方法及掌握單片機編程知識的基礎(chǔ)上，進一步加強其發(fā)現(xiàn)問題以及解決問題的能力，為后續(xù)的短學期課程設(shè)計以及畢業(yè)設(shè)計的進一步實踐打下堅實的理論基礎(chǔ)。
2.3 課程設(shè)計內(nèi)容和課時安排
在學生完成單片機的課堂教學以及基礎(chǔ)實驗內(nèi)容后，在大二下學期即可安排短學期進行單片機課程設(shè)計，時間安排在兩周較好，課程設(shè)計內(nèi)容為設(shè)計實現(xiàn)一個完整功能的單片機應用系統(tǒng)（這里強調(diào)不局限某種單片機），學生2-3人一組，每個組成員項目分工，最終課程設(shè)計考核采用現(xiàn)場實物與PPT答辯的方式，在這個過程中，每個小組成員通過查閱論文資料選擇自己小組的設(shè)計題目，然后題目需有教師確認后方能進行。學生整個過程中，主動完成設(shè)計總體方案、設(shè)計原理圖與PCB、最后焊接PCB板、硬件調(diào)試、軟件調(diào)試等一系列實踐相結(jié)合的工作，其中教師需要安排4個學時的答疑時間給同學，幫忙解決一些同學解決不了的問題。在課程設(shè)計考核過程中，學生以組為單位匯報PPT（PPT內(nèi)容必須包括項目進行過程中遇到的問題，如何解決的），教師集中評點，指出各小組設(shè)計方案中的優(yōu)缺點，給班級同學一個共同交流學習經(jīng)驗的機會，同時也培養(yǎng)了學生的學習興趣和創(chuàng)作熱情。
該課程設(shè)計目的是鍛煉學生動手、編程能力，通過該課程設(shè)計，學生可理論聯(lián)系實際，充分了解項目從選題、立項、分析到完成的整體過程。對于大學生創(chuàng)新、自學、動手等能力及專業(yè)熱情都有較好的培養(yǎng)，為學生在后續(xù)專業(yè)學習和實踐打下堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，同時也為學生參與大學生國家或省級電子設(shè)計大賽、飛思卡爾大學生智能車比賽、全國大學生物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等競賽提供有力的技術(shù)保證?；诒菊n程整體教學改革實踐的成果，本校僅在2015年期間，國家級省級電子設(shè)計大賽、飛思卡爾、物理網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中取得一等獎共計5項，其他獎項若干，也為后續(xù)相關(guān)競賽積累了豐富的經(jīng)驗。
【關(guān)鍵詞】模塊化教學；項目驅(qū)動；教學改革
“單片機技術(shù)”課程在本科院校里是電子信息類專業(yè)的必修課程，這門課程是以電子技術(shù)基礎(chǔ)，編程語言，計算機理論等知識為基礎(chǔ)的一門專業(yè)性和應用性很強的綜合性課程?；谝陨咸攸c，對于初學者來說對單片機的理論知識的正確把握往往感覺比較吃力，給初學者造成學習困難。但是經(jīng)過我們多年的教學經(jīng)驗，這類有很強的應用性和實用性的課程，以項目式教學更能推動學生的學習興趣，同時模塊化的教學設(shè)計更能降低初學者入門的門檻。兩者相結(jié)合教學方法的采用對本門課程的教學效果提升明顯.
1單片機項目驅(qū)動教學法
以往的單片機教學模式是以教師為中心，老師在課堂上按照教材，或者教學大綱按部就班的講授理論原理和知識點；以課堂教學為中心，學生學習為被動接受，由于知識點綜合性比較強，理論太深奧使得學生往往學習興趣不高,同時缺乏動手實踐機會，教學效果一般不夠理想。以項目驅(qū)動的教學法是學生為主體，教師為主導，以實踐應用為根本目標，圍繞具體的項目構(gòu)建教學內(nèi)容體系，通過師生共同參與完成一個具體的項目而展開的教學活動。注重的不是最終的結(jié)果，而是項目完成的過程，在項目的教學實施過程中，學生按需學習，親身實踐，學生在項目的實踐過程中，理解知識和掌握技能，學習成為一個參與的創(chuàng)造實踐活動，培養(yǎng)分析和解決問題的能力。引進單片機項目教學方式打破了原有的教學組織安排，以項目的開發(fā)步驟作為教學內(nèi)容，將課程的內(nèi)容分解為一個個小項目，從項目引入到項目解析再到任務分解然后到知識點講解最后知識點應用，將原教學方案里單片機的知識點穿插到具體項目開發(fā)的過程中[2]。這里面包含了軟、硬平臺搭建到項目展開再到項目完成的一系列教學活動，使學生從被動學習變?yōu)橹鲃訉W習，按照這種方法我們將以往教學體系中的知識內(nèi)容變化為若干個工程項目（見表1），然后圍繞著這些工程項目任務的展開同時開展教學，讓學生以具體工作目標的展開來進行教學環(huán)節(jié)的工作。有利于激發(fā)學生的學習積極性和創(chuàng)新能力，調(diào)動了學生的學習積極性。在這整個過程中，學生能很好的把握課程的知識要求，在體驗創(chuàng)新與探索的過程中，又培養(yǎng)了學生們的分析解決問題的能力及團隊協(xié)作能力等。
2模塊化的單片機教學方法
任何復雜的系統(tǒng)都是由具有完整基本功能的功能模塊電路組成，單片機應用系統(tǒng)也是如此，一般由cpu系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)、I/O口等。同時任何復雜的電路系統(tǒng)都可以分解為多個具備單一功能的模塊電路，按照這個思路，學習單片機系統(tǒng)我們也可以從單片機的功能模塊電路入手，我們根據(jù)學生的認知規(guī)律,和學習單片的一般原理的方法，機將單片機教學模塊分成幾個部分，這里面每個部分有自己的專用模塊[3]。比如程序功能部分、硬件部分；在對硬件電路設(shè)計部分進行模塊化設(shè)計，將單片機的各個功能模塊以獨立的原理圖形式出現(xiàn)，我們把單片機個硬件按功能分為了鍵盤模塊、數(shù)碼管顯示模塊、傳感器控制模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、通信模塊等幾大模塊，如圖1。各個模塊通過面包板上預留的連接器與系統(tǒng)主板進行連接,然后用排線組合成所需要的系統(tǒng)。在教學過程中，要不斷收集遇到的各種硬件功能模塊電路，弄清它們的工作原理、性能及特性、特定的功能及使用方法，把系統(tǒng)化整為零，建立起自己的硬件模塊庫。指導學生學會搜集、分析別人的設(shè)計案例、論文和相關(guān)書籍中的功能模塊電路，不斷地充實自己的功能模塊電路庫，日積月累，學生就會覺得自己的單片機系統(tǒng)設(shè)計能力越來越強。最后在進行模塊分解時，各模塊功能盡可能專一，聯(lián)系盡可能簡單，使模塊獨立性強，方便教學實用的模塊。
3總結(jié)
新興本院校定位應用型教學型高校，以培應用型、創(chuàng)新型人才為目標[4]。在此基礎(chǔ)上的以項目驅(qū)動法教學和模塊化教學為主線，以實際應用為培養(yǎng)為目標的“單片機技術(shù)”課程教學改革思路，按照這個方式能使學生在項目模塊化的環(huán)節(jié)中一步一個臺階。此教學法脫離了枯燥無味的說教模式，使學生在具體的設(shè)計項目的工作環(huán)境里輕松自在的狀態(tài)來投入到學習中，思維能力、動手能力、學習能力以及團隊協(xié)作能力都有了明顯提高，模塊化學習過程中所積累的各種電路系統(tǒng)模塊也促進構(gòu)建成學生進行科技創(chuàng)新實踐、參加大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練的重要模塊庫，激發(fā)了學生學習的主動性和成就感。法國文化教育學家斯普朗格曾言：教育的最終目的不是傳授已有的東西，而是要把人的創(chuàng)造力量誘導出來[5]。本課程的教學改革正是朝著這個方向前進。
參考文獻
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論文關(guān)鍵詞：Proteus，LPC2124，精確計數(shù)
1 引言
LPC2124是基于一個支持實時仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMI-S CPU的微處理器，并帶有256KB嵌入的高速Flash存儲器和16KB的RAM。LPC2124具有教小的64腳封裝，極低的功耗，多個32位定時器，4路10位ADC，PWM輸出，46個GPIO以及多達9個外部中斷，并且內(nèi)置了多種串行通信接口物理論文，支持JTAG、ISP、IAP等多種編程方式，使得LPC2124能夠適用于工業(yè)控制、訪問控制、醫(yī)療系統(tǒng)以及其他各種類型的應用[1，2]。
Proteus軟件是由英國Labcenter Electronics公司開發(fā)的EDA工具軟件，是一款新型的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計、分析與仿真軟件。Proteus軟件不僅能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字電路和模擬電路的設(shè)計與分析，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)微處理器與外設(shè)的混合電路設(shè)計，可以直接在原理圖的基礎(chǔ)上進行微處理器的軟件協(xié)同仿真和功能驗證。Proteus軟件只帶匯編編譯器(不支持C語言)，但可以將其與Keil集成開發(fā)環(huán)境進行聯(lián)調(diào)，達到很好的仿真效果[3，4]。
本文設(shè)計的精確計數(shù)系統(tǒng)功能為：當按下按鈕時，數(shù)碼管的計數(shù)加1，當放開按鈕時，數(shù)碼管的計數(shù)保持不變；開始時數(shù)碼管的計數(shù)為0，當數(shù)碼管的計數(shù)達到15(即16進制的F)時又重新從0開始計數(shù)。系統(tǒng)軟件的設(shè)計采用Keil軟件完成，編譯連接之后得到可執(zhí)行的hex文件；系統(tǒng)硬件的設(shè)計采用Proteus軟件完成；軟硬件的協(xié)同仿真是在Proteus中加載hex文件進行精確計數(shù)的測試。
2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計
精確計數(shù)系統(tǒng)采用LPC2124微處理器作為核心器件，并為其提供了兩組電源分別為3.3V和1.8V。硬件系統(tǒng)主要由以下四部分電路組成：XTAL1和XTAL2兩個端口連接晶體振蕩器組成時鐘電路，RST端口連接一個按鈕組成復位電路物理論文，P0.0-P0.6端口連接一個共陰極的7段數(shù)碼管組成輸出電路，P0.7端口連接一個按鈕組成輸入電路論文格式。在精確計數(shù)系統(tǒng)中，P0.0-P0.7共8個端口的功能都是GPIO，P0.0-P0.6共7個端口的方向都為輸出模式，P0.7端口的方向為輸入模式[5]。采用Proteus軟件設(shè)計的硬件系統(tǒng)原理圖，如圖1所示。
圖1 硬件系統(tǒng)原理圖
3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計
精確計數(shù)系統(tǒng)軟件的設(shè)計主要在于對LPC2124微處理器相關(guān)寄存器的設(shè)置，從而控制數(shù)碼管計數(shù)的顯示。軟件系統(tǒng)的設(shè)計采用Keil軟件完成，并最終得到可執(zhí)行的hex文件。軟件系統(tǒng)的設(shè)計主要通過以下幾個步驟來實現(xiàn)，程序流程圖，如圖2所示。
圖2 軟件系統(tǒng)流程圖
1.初始化系統(tǒng)時鐘并設(shè)置相應的寄存器。晶體振蕩器的頻率為10MHz，LPC2124微處理器的時鐘頻率為60MHz，設(shè)置相應的寄存器程序如下：
PLLCON=1; //使能PLL
PLLCFG=(60/10-1)|(1<<5); //M=5+1，P=1
2.初始化相應端口的功能為GPIO，設(shè)置相應的寄存器程序如下：
PINSEL0=PINSEL0|0xFFFF; //P0.0-P0.7共8個端口功能為GPIO
3.初始化相應端口的方向為輸入或輸出模式，設(shè)置相應的寄存器程序如下：
IO0DIR=0x7F; //P0.0-P0.6共7個端口為輸出，P0.7端口為輸入
4.開始計數(shù)數(shù)碼管顯示0物理論文，設(shè)置相應的寄存器程序如下：
IO0SET=0x3F; //P0.0-P0.5共6個端口輸出高電平，P0.6端口輸出低電平
5.循環(huán)檢測按鈕是否被按下，并進行相應的處理，程序模塊如下：
void button_test( )
{
int i=0,key;
unsigned charledcode[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,
0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71}; //顯示0-9,A-F的筆段代碼表
while(1)
{
key=IO0PIN&(1<<7); //獲取P0.7端口的電平，即檢測按鈕是否被按下
if(key==0) //按鈕被按下
{
i++;
if(i==16) //計數(shù)器加到16
{
i=0;
IO0CLR=ledcode[15]; //清除數(shù)碼管上次計數(shù)的顯示
}
else
IO0CLR=ledcode[i-1]; //清除數(shù)碼管上次計數(shù)的顯示
IO0SET=ledcode[i]; //數(shù)碼管顯示新的計數(shù)
while(1)
{
key=IO0PIN&(1<<7);
if(key!=0) //按鈕被放開
break;
}
}
}
}
4 仿真與結(jié)論
精確計數(shù)系統(tǒng)軟硬件的協(xié)同仿真是在Proteus中加載hex文件進行計數(shù)的測試。經(jīng)仿真測試結(jié)果表明：本精確計數(shù)系統(tǒng)能夠根據(jù)按鈕的按下與否準確進行0到15(即16進制的F)的計數(shù)，并通過數(shù)碼管進行準確顯示，達到了設(shè)計的目標要求。同時，在此基礎(chǔ)之上，可以對系統(tǒng)的軟硬件功能進行擴充，以適用于其他方面的應用。
參考文獻：
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關(guān)鍵詞： 單片機 項目教學 動手能力
華東交通大學理工學院是江西省第一批高等院校轉(zhuǎn)型大學之一，轉(zhuǎn)型的目的是構(gòu)建普通教育與職業(yè)教育相融通、本科教育與中高職教育相貫通、應用型本科教育與專業(yè)研究生教育相銜接的人才培養(yǎng)“立交橋”。在這種大背景下，大力探索新型教學方法顯得尤為緊迫和重要。單片機自20世紀70年代問世以來，以極高性價比受到人們的重視和關(guān)注，市場前景廣泛，發(fā)展迅速?！秵纹瑱C原理及應用》這門課程作為本校機電專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，以培養(yǎng)學生的實際動手能力為目標，利用先進的項目教學法，打破傳統(tǒng)的教學模式，提高學生的學習積極性，讓學生在活動過程中培養(yǎng)興趣和動手能力。
1.項目教學法的簡介
項目教學法的萌芽是歐洲的勞動教育思想，雛形是18世紀歐洲的工讀教育和19世紀美國的合作教育[1]。我國對項目教學法的理論研究與實踐應用都比較晚，項目教學法（Project-Based Learning），也叫項目教學或基于項目的學習，是指師生通過共同實施一個完整的項目工作而進行的教學活動[2]。其目的是在教學中把課程理論與實踐教學有機地結(jié)合起來，充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，提高學生解決實際問題的綜合能力。項目教學法是在建構(gòu)主義理論的指導下，以實際的工程項目為對象，先由教師對項目進行分解，并根據(jù)需要做適當?shù)氖痉?，然后讓學生分組圍繞工程項目進行討論、協(xié)作學習，最后以共同完成項目的情況評價學生是否實現(xiàn)教學目標的一種教學方法。
2.項目教學法的意義
對于學生而言，學習單片機這門課程，不僅僅是掌握單片機的理論知識，更重要的是通過項目教學法的體驗，提高自己動手搭建單片機硬件系統(tǒng)的能力，培養(yǎng)在過程中解決問題的實際能力。養(yǎng)成面對問題時能解決的一種好習慣，并且在這個過程中培養(yǎng)團隊合作的精神，為今后的職業(yè)發(fā)展做好準備。
3.單片機項目教學法的采用
學生在學習過程中理解并參與一個完整項目的分析、設(shè)計、模塊化實現(xiàn)的全過程，這樣就在課堂教學中把理論和實踐教學有機地結(jié)合起來，并運用單片機和電路的知識，使學生深刻解項目完成的全過程，激發(fā)學生對項目的參與興趣，有利于提高學生分析問題和解決問題的能力[3]。從下表可以比較傳統(tǒng)教學法與項目教學法的異同，與理論教育為主的傳統(tǒng)教學法不同，項目教學更注重培養(yǎng)學生的問題意識、獨立學習的能力和團隊合作的品質(zhì)，為更好更快地適應社會需求與發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。
表1 傳統(tǒng)教學法與項目教學法異同比較
4.項目教學法的實施
4.1前期準備階段
這一階段包括教師的準備和學生的準備兩個方面。教師應具備機電專業(yè)多學科的理論知識和實踐經(jīng)驗，這樣才能把工業(yè)場景盡可能地引入教學過程中，比如交通燈控制系統(tǒng)、LCD顯示實驗、工業(yè)機器人手臂控制系統(tǒng)等。
學生的準備包括學生適應項目教學這種教學方法，以及對所學單片機知識內(nèi)容的提前預習等。
4.2項目的實施階段
以D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)為例，具體說明項目教學法在單片機教學改革中的應用。
項目一：D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)。
實踐任務：波形發(fā)生器的設(shè)計。
理論學習：D/A轉(zhuǎn)換芯片0832的性能及編程方法；D/A轉(zhuǎn)換芯片0832與單片機接口技術(shù)。
實訓環(huán)境：微機實驗室，學生每3人一臺電腦。
學生分組：（1）學生按照自愿原則進行分組；（2）將不同能力、不同個性的學生組合成一個小組。
給出任務后，對各個小任務進行優(yōu)化分配，學生按分組后進行任務分工，查找相關(guān)的資料，有目的地學習相關(guān)知識。通過這個階段，學生熟悉所用數(shù)模轉(zhuǎn)換器的性能指標、與單片機接口的相關(guān)電路知識。然后進行電路設(shè)計，邊做邊查找相關(guān)技術(shù)資料，同時老師在本階段進行指導，發(fā)揮學生的潛能及知識的拓展。在繪制電路原理圖后，完成電子器件的選擇，并進行元器件的焊接、電路調(diào)試及程序調(diào)試。
4.3項目的評價
對數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)任務教學效果進行評價是項目教學開展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，既是對前一階段項目教學成果的總結(jié)，又是后續(xù)教學開展的起點。
4.3.1對學生電路設(shè)計作品的評價。首先對小組的電路設(shè)計圖，制作電路板，調(diào)試結(jié)果等進行打分，然后對和每個學生相關(guān)參與的部分進行小分統(tǒng)計。
4.3.2學生參與學習情況的評價。大部分學生對項目的參與都比較積極，在參與的過程中，學生學會了主動獲取資源的方法，遇到問題相互之間進行了多次無領(lǐng)導討論，這說明項目教學法能激發(fā)學生的內(nèi)在學習動機。
高校轉(zhuǎn)型促使我們必須對現(xiàn)有的課程進行教學模式的改革。應用型高校對專業(yè)教育和課程要求都提出新的不同的要求，項目教學法是一種有效的教學法，該方法在單片機教學改革中的應用，打破了傳統(tǒng)的教學模式，通過模塊化的任務，不僅大大提高了學生實踐能力，還能培養(yǎng)團隊合作精神，為今后的職業(yè)發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。今后，我們將不斷總結(jié)經(jīng)驗，讓項目教學法應用到更多的課程教學實踐中。
參考文獻：
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[關(guān)鍵詞]單片機；創(chuàng)新能力；教學改革
[中圖分類號]G40―057
[文獻標識碼]A
[論文編號]1009―8097(2009)13―0282―03
引言
《單片機原理及應用》課程是向?qū)W生傳授單片機技術(shù)的基礎(chǔ)課程，它綜合了多門基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課的知識，主要培養(yǎng)學生進行智能化電子系統(tǒng)整體設(shè)計的能力，培養(yǎng)強電專業(yè)學生的弱電控制能力。通過學習，使學生掌握單片機應用系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件編程技術(shù)，可為后續(xù)更高層次專業(yè)課程的學習、畢業(yè)設(shè)計、參與實際的綜合設(shè)計課題和將來參加工作打下良好的基礎(chǔ)。因此搞好《單片機原理及應用》課程的教學工作，提高學生的創(chuàng)新能力，對提高教學質(zhì)量有著非常重要的現(xiàn)實意義。
一 目前教學中創(chuàng)新能力培養(yǎng)存在的主要問題
我院的自動化、電氣工程及其自動化、電子信息工程三個電類專業(yè)均開設(shè)了《單片機原理及應用》課程，學生在學習了電路基礎(chǔ)、數(shù)字電子、模擬電子、微機原理等基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)上，再學習《單片機原理及應用》課程，在整個教學安排上是非常合理的。然而通過40學時的教學和一周的課程設(shè)計，最終對學生的學習情況考核時發(fā)現(xiàn)學生對該課程的掌握情況并不十分理想，尤其是創(chuàng)新能力較差，主要表現(xiàn)在：
1 學生主動學習的意識不夠，缺乏創(chuàng)新思想，學習過程中一旦碰到問題，很難認真思考、探索研究、積極主動地解決問題。
2 在《單片機原理及應用》的教學過程中，傳統(tǒng)的教學還是以理論為主，以課堂授課為主，學生很少有應用具體電路解決實際問題的機會，不利于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。
3 目前實驗課程體系驗證性實驗過多，綜合性、啟發(fā)型實驗不夠，沒有大型設(shè)計性和綜合性實驗，基本沒有對學生動手能力訓練，更不用說培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。
4 在傳統(tǒng)的教學思想和方法引導下，學習成績主要是以考試成績確定的，因而常常出現(xiàn)“高分低能”現(xiàn)象。這種評價體系造就學生對實踐環(huán)節(jié)學習的輕視心理，即是以成績合格為目標，而不是能力獲得為標準，限制了學生的創(chuàng)新能力。
二 改革思路和方案
針對以上問題，在單片機教學中，根據(jù)學生、教材、教學設(shè)備等實際情況，將授課內(nèi)容進行全面、合理的整合優(yōu)化。減少冗余，加強綜合性、創(chuàng)新性內(nèi)容，在對整個課程鏈研究的基礎(chǔ)上進行了課程改革，改革后的講課學時分配如表1所示：
在對整個課程鏈研究的基礎(chǔ)上進行課程改革，可以避免學生反復學習同一內(nèi)容，但又學得不夠深入等問題。對照以前的教學大綱，了解當前學生所學課程，對單片機的大綱做了更改，利如增加了單片機應用典型案例、接口部分知識，刪除了同步、異步通信概念、進制部分知識等。
這種改革符合目前國家教育教學改革基本方針，可以減輕學業(yè)壓力，用有限的課時學習盡可能多的知識，做到“厚積”。在改革過程中注意積極開展教育創(chuàng)新。為培養(yǎng)創(chuàng)新意識，積極探索具有創(chuàng)造性的教學方法和手段，在授課中改變老師唱主角，學生當觀眾的教學模式：改變學生靜態(tài)、被動接受的地位，建立以學生為中心的實踐性教學模式。利用學生對新事物感興趣的心理特點，鼓勵學生積極、主動地去探究知識，教會學生進行創(chuàng)新的科研方法和在自主的學習中學會創(chuàng)新。另外在現(xiàn)行開設(shè)單片機課程中，實踐內(nèi)容所占比例偏少，實驗設(shè)備陳舊，內(nèi)容跟不上時展，因此進行了實踐性教學環(huán)節(jié)改革，改善教學與實踐脫節(jié)的現(xiàn)狀，使各環(huán)節(jié)相互銜接，增加創(chuàng)新實驗，通過加強動手能力的培養(yǎng)，提高了學生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)應用型本科人才。
三、為提高創(chuàng)新能力所采取具體措施
1 提高學生學習單片機的興趣，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識
興趣是最好的老師，只有有了學習興趣，才能夠在學習中創(chuàng)新，喜歡創(chuàng)新，注意創(chuàng)新，發(fā)揮自身的創(chuàng)造性。為激發(fā)學生的學習興趣，在開課之后，我們首先向?qū)W生介紹單片機的多種應用功能及其良好的發(fā)展前景，讓學生明白學什么、為什么學和學會后能做什么，并利用圖片、錄像和實物等介紹一些當前的單片機先進科技和教師相關(guān)單片機科研成果；邀請一些單片機科技公司的技術(shù)人員、知名教授來校作單片機知識專題講座；請一些已畢業(yè)從事與單片機技術(shù)有關(guān)的學生來現(xiàn)場指導教育，使他們了解單片微機在工業(yè)控制、智能化儀器儀表、計算機外部設(shè)備、計算機網(wǎng)絡與通訊技術(shù)和家用電器等領(lǐng)域的應用及學好單片機的重要性和必要性，激發(fā)他們的學習興趣，鼓勵他們動腦思考有哪些領(lǐng)域或哪些與我們?nèi)粘Ｉ钕嚓P(guān)的電器或儀表等設(shè)備適合用單片機控制，從而使學生具有初步的創(chuàng)新意識。
2 鼓勵學生進行單片機應用系統(tǒng)開發(fā)，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。
不斷鼓勵學生利用課余時間進行單片機應用系統(tǒng)開發(fā)，制作自己興趣的產(chǎn)品，編寫單片機程序。由于初學者一般沒有開發(fā)板和仿真器這些設(shè)備，為了給學生創(chuàng)造條件，我們采取了以下措施：
(1)給學生提供一些單片機仿真軟件，讓學生在電腦上模擬實際系統(tǒng)，編寫軟件。例如提供了proteus仿真軟件，它可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其電路，還可以和keil軟件互聯(lián)，可以像使用仿真器一樣調(diào)試程序。又不需要任何費用，特別適合學生在單片機學習的起步階段使用。我們在實驗室里安裝了這個軟件，并在教學過程中向?qū)W生演示它的功能和使用，鼓勵有電腦的學生安裝這個軟件，讓他們利用課余時間自己動手做做電子表、步進電機、直流電機控制、LED顯示，AD、DA轉(zhuǎn)換，交通燈設(shè)計等方面的模擬實驗。
(2)鼓勵有一定經(jīng)濟條件的學生買一些小型的單片機學習開發(fā)板。目前市場上有很多專門為在校大學生學習單片機量身定做學習開發(fā)板、主控芯片。包括凌陽、51系列、AVR系統(tǒng)等，它們價格低，特別適合于學生利用課余時間學習單片機開發(fā)。而實驗室也購置一部分這樣的開發(fā)板，對學生開放，給學生創(chuàng)造自主學習和開發(fā)單片機系統(tǒng)的環(huán)境，從而培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力。
3 在實驗中培養(yǎng)創(chuàng)新思維
改變原有的實驗教學模式，減少驗證性實驗，增加設(shè)計性、綜合性實驗，并開放實驗室，隨時恭候?qū)W生的來臨。在整個實驗進行過程中，以學生為實驗的主體，最大限度地調(diào)動和發(fā)揮學生的主觀能動性，引導學生積極對待實驗中出現(xiàn)的問題，并自己動手解決這類問題。指導教師在實驗的組織管理上起主要作用，而在實驗中僅起指導作用，給學生指明方向，避免多走彎路，并解答實驗當中出現(xiàn)的一些疑難問題。例如：在彩燈移動實驗中，鼓勵學生編寫不同的移動花樣，采用多種不同方法編程，并設(shè)計電路圖，這樣將生活中常見的小產(chǎn)品與課程實驗結(jié)合起來。使同學們加深對理論知識的
理解，學到了實際知識，培養(yǎng)了分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。
4 通過課程設(shè)計改革培養(yǎng)工程素質(zhì)，強化創(chuàng)新能力。
創(chuàng)新能力不僅僅體現(xiàn)在一些制作發(fā)明上，更重要的是要有必要的工程素質(zhì)。在課程設(shè)計過程中，注重培養(yǎng)學生的工程素質(zhì)。從課程設(shè)計選題開始，就要求學生注意收集相關(guān)資料、作好分工、做好實驗記錄、總結(jié)調(diào)試心得等。使學生熟悉從立項、方案論證、軟硬件設(shè)計與調(diào)試、PCB設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、到安裝調(diào)試等電子設(shè)計的全過程，系統(tǒng)地培養(yǎng)學生的學習能力、交流能力、合作能力，使學生理解并認識了良好的工程規(guī)范。在設(shè)計階段，引導學生從不同角度觀察問題、提出問題、解決問題，注意實現(xiàn)創(chuàng)新性設(shè)計。在報告整理階段，引導學生對設(shè)計過程進行總結(jié)。從方案設(shè)計到器件選型，從程序開發(fā)到調(diào)試。都要求學生將實踐中獲取的經(jīng)驗總結(jié)文字材料，使學生在設(shè)計過程逐步體驗本課程的系統(tǒng)性。例如，選擇電子時鐘系統(tǒng)作為課程設(shè)計的同學，其硬件電路盡管相對簡單，涉及的單片機資源并不多，大部分同學都能夠很快的實現(xiàn)基本功能，但在此基礎(chǔ)上，引導學生進行創(chuàng)新設(shè)計，在硬件電路基本不變的情況下，通過重新規(guī)劃設(shè)計軟件，實現(xiàn)許多如計時器、萬年歷、秒表、定時報警器等附加功能。
每年課程設(shè)計的題目既可從教師給定的題目中選擇，也可以自行擬定，自行擬定的題目在做之前要提交可行性報告。這就進一步鍛煉了學生的創(chuàng)新能力。2007―2008學年我專業(yè)的課程設(shè)計的可選題目如表2所示：
而課程設(shè)計評分依據(jù)學生的實際完成情況和文字報告等進行評價。例如，確定若干個基于單片機實現(xiàn)的儀器系統(tǒng)如時鐘、點陣顯示器等基本功能供學生選題。在指定的時間范圍內(nèi)，提交完成基本功能的儀器系統(tǒng)、相關(guān)文字報告等，最后進行答辯。畢業(yè)設(shè)計得分由設(shè)計產(chǎn)品功能和質(zhì)量分(40％)、畢業(yè)設(shè)計報告分(30％)、答辨分(15％)、特色與創(chuàng)新分(15％)等部分組成，并要答辨。
5 通過考核方法改革考核學生的創(chuàng)新能力
考核方法作為課程教學的最后環(huán)節(jié)，它直接檢驗教和學雙方的效果，間接指導著學生的學習。目前《單片機原理及應用》課程使用比較普遍的考核方法仍然是閉卷筆試。應該說，閉卷考試在基礎(chǔ)理論類課程教學中，在強化學生學習和掌握知識的作用是不可替代的，但《單片機原理》課程應用性、實踐性都很強，如果仍以閉卷考試作為主要評價方法，則不能較好檢驗學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。因此對當前的考核方法進行了改革，并擬建立一種長期的跟蹤考核制度，將考核重點放在學生在實踐中發(fā)現(xiàn)問題的能力考核上。即將原來的純筆試改成了設(shè)計報告、機考和筆試相結(jié)合評分的方法。在課程結(jié)束后學生要提交一個設(shè)計報告，設(shè)計一種產(chǎn)品，該報告的評分標準為：報告(50％)+創(chuàng)新意識(30％)+程序調(diào)試(20％)。而機考指的是在實驗室里現(xiàn)場考核，主要考核學生動手能力和程序調(diào)試能力。而筆試試卷在考核學生的基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，更強調(diào)學生的創(chuàng)新性思維，在題型上進行了改革。減少了一些需要死記硬背的客觀題，增加了靈活多樣的程序設(shè)計，電路設(shè)計等題型。充分考核了學生的學習情況和創(chuàng)新能力。最終成績測評比例為設(shè)計報告(30％)+機考(20％)+筆試(50％)。
6 開展第二課堂，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力
為加強對學生學習的引導，我們將課堂教學延伸到課外，注意對學生參與實踐活動興趣的培養(yǎng)。將學生的課外科技活動納入到創(chuàng)新能力培養(yǎng)的過程中來，成立了創(chuàng)新電子社團，以電氣工程及其自動化、電子信息工程專業(yè)學生為主，其他專業(yè)學生也可自愿參加。由《單片機原理及應用》課程的主講教師作為主要指導教師，每周輔導1―2次，并提供不同層次的實踐內(nèi)容，組織多種形式的實踐活動，提出靈活多樣的實踐要求，吸引學生主動地、有選擇地參與這些實踐活動，讓學生根據(jù)自己的發(fā)展方向，結(jié)合自己的興趣和需求，選擇適合自己的題目或感興趣的產(chǎn)品設(shè)計。在設(shè)計和制作過程中，教師給予適度的指導，使學生能夠獨立、主動、保質(zhì)保量地完成自己的設(shè)計目標和任務，把學生被動地學習變成積極主動地學習，把依賴于老師的學習變成獨立的學習和思考。設(shè)計題目和產(chǎn)品的實現(xiàn)也增強了學生獨立解決問題的自信心，進一步提高學習的興趣。在教師的指導下，學生可以通過第二課堂對課堂教學內(nèi)容進行補充和提升，可以根據(jù)自己的興趣進行選題、完成自己感興趣的課外實驗項目、設(shè)計和電子制作，可以自己設(shè)計電子作品等，這樣就使他們在完成學習任務的基礎(chǔ)上，使自己的創(chuàng)新思想得以實現(xiàn)。大大激發(fā)了學生的課外學習興趣和主觀能動性。也為學生提供了自由發(fā)展的空間，提高了學生的創(chuàng)造能力。
7 依托各種競賽，推進課程改革，提高創(chuàng)新能力
積極參加全國大學生電子設(shè)計競賽、盛群杯單片機競賽，飛思卡爾智能車競賽等各類比賽。這些競賽既培養(yǎng)了學生電子設(shè)計能力，提高了實踐能力，也鍛煉了學生的團隊合作精神。通過各類競賽，掊養(yǎng)一部分學生的動力創(chuàng)新能力，再通過宣傳，使其它學生對單片機學習產(chǎn)生興趣，為參加這些競賽而努力，從而進一步提高了學生的創(chuàng)新能力。
四 結(jié)束語
在進行了課程改革以后，學生的學習熱情受到了很大的激發(fā)，出現(xiàn)了自主式學習的熱潮。由于課程的改革，使理論教學的時間大大縮短，學生有了更多動手和思考的時間，在課程結(jié)束時，大多數(shù)同學提交了自己的作品，更有部分同學在單片機比賽中取得了優(yōu)異的成績。我們將以此為契機，積極、主動地促進單片機課程的進一步改革，使單片機課程跟上時展的潮流，使學生學完單片機后，不僅僅具有初步單片機應用系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)能力，還具有了一定的創(chuàng)新能力，有效的提高了學生的綜合素質(zhì)。
參考文獻
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[2]龔益民.《單片機原理及應用》教學改革與實踐[J].2007，(5)：119―120
關(guān)鍵詞：單片機；教學改革與實踐；應用能力
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）38-0028-02
單片機技術(shù)是電子類專業(yè)的一門核心課程，其應用范圍涉及工業(yè)測控、智能儀器儀表、日用家電、個人信息終端及通信產(chǎn)品等領(lǐng)域，已成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中重要的智能化的核心部件之一，在全國的電子設(shè)計競賽中被廣泛應用。因此，近些年來，教學與實踐相結(jié)合的思想不同程度地得到各高校的重視與加強，許多文獻也曾報道單片機技術(shù)教學與改革的新思想、新內(nèi)容和新方法，旨在推動教學改革中堅持不懈地加強學生動手能力和實踐能力，從而培養(yǎng)出與社會接軌的優(yōu)秀電子專業(yè)畢業(yè)生。我院自創(chuàng)建以來，就非常重視理論與實踐的結(jié)合，經(jīng)過作者和院系老師對教學實踐改革的努力嘗試與探索，總結(jié)出了一些簡單可行的教學實踐改革體系，本文將主要針對我院單片機教學與實踐改革提出一些切實可行的新建議。
一、教學與實踐改革存在的問題
1.教學方式有待改進。在單片機的教學過程中，不少教師常常以單片機理論為教學的重中之重，實驗常安排一些像清零程序、拆字程序、排序程序等與實踐結(jié)合不緊密的基礎(chǔ)實驗，從而難以與實踐緊密結(jié)合起來，再加上一些教師強調(diào)筆試的重要性，勢必造成學生失去學習的興趣和積極性，將更多精力用于考試過關(guān)，而難以使理論知識得到實踐和應用。例如，循環(huán)左移和右移指令的講解，只做理論上的推導，很難加深學生的印象，若能引入適當?shù)腅DA技術(shù)將這個循環(huán)左移和右移過程形象地展示出來，既能加深學生的印象，還能提高其學習興趣。
2.傳統(tǒng)教學的內(nèi)容問題。由于單片機教材與實際應用有一定的差距，教材中提到的理論與實物已經(jīng)是幾年前的市場產(chǎn)品或者是面臨淘汰的產(chǎn)品，這樣就會使學生接觸到一些過時的知識，卻沒有看到新的改進，從而在一定程度上影響了學生的知識面和實踐能力。實驗課程體系驗證性實驗過多，綜合性、啟發(fā)性實驗太少，沒有大型設(shè)計性和綜合性實驗，基本沒有對學生動手實踐能力達到提高和訓練。
3.學生對實踐和動手缺乏積極性。不少學生對單片機的實踐性缺少認識，不主動參與實踐和設(shè)計，他們寧愿將時間放在英語考試或計算機等級考試上，卻對單片機技術(shù)的實踐和操作缺少興趣，因此，培養(yǎng)和調(diào)動學生積極性顯得尤為重要。
4.學校條件和經(jīng)費的限制。在我們?nèi)緦W校，教學實踐改革除了以上三個問題之外，還會受到其他重要客觀因素的阻礙，例如，電子技術(shù)迅速發(fā)展，需要投入更多的經(jīng)費購買先進的教學器材和設(shè)備，同時也需要一些可以供教學展示的實物，再加上聯(lián)系校外企業(yè)供學生實習也需要一定的活動資金，這些勢必給教學實踐帶來很大的影響，這些客觀條件在短時期內(nèi)仍然很難改觀。
二、教學實踐改革簡單可行的幾點新建議
單片機教學實踐的過程不會一蹴而就，需要不斷作出改進，不斷推陳出新，這樣才可以保證教學實踐工作的順利進行。許多新的方法值得探索和大膽嘗試，我們經(jīng)過初步探索，總結(jié)出以下一些可行的新建議：
1.培養(yǎng)學生學習單片機的興趣。采用多種教學方法和手段培養(yǎng)學生學習單片機的興趣，例如：在單片機課堂教學過程中，應注重理論與實際應用相結(jié)合，在第一堂課給學生展示單片機制作的實物，如流水燈、電子琴等，使學生對單片機的應用看得見、摸得著，激發(fā)學生的學習興趣。在講述具體抽象內(nèi)容之前，采用Proteus等仿真軟件將教材中的實例或?qū)嶋H工程案例中用到此知識點的電路進行仿真驗證，讓學生有個感性認識，明確學習目標。在教學中采用啟發(fā)式、討論式的教學方法，改變滿堂灌的教學方法，讓學生從“讓我學”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W”。
2.優(yōu)化教學內(nèi)容。在課堂教學中，選用新版的、內(nèi)容豐富的優(yōu)秀教材，力求做到縱觀全書，抓住關(guān)鍵，勤于總結(jié)，將具體內(nèi)容與工程實踐案例相結(jié)合，對實際應用中的重難點內(nèi)容進行精講，提出一些與工程實際應用密切相關(guān)的問題來引導學生積極思考，鼓勵學生發(fā)表見解，活躍課堂氛圍。在實踐教學中除驗證性和簡單的設(shè)計性實驗外，加入課程設(shè)計環(huán)節(jié)，在具體實施中以“學生為中心，教師為輔”的教學模式。同時向?qū)W生介紹單片機應用的優(yōu)秀網(wǎng)站，引導學生充分利用豐富的網(wǎng)絡資源，了解當前有關(guān)單片機的新書訊、新技術(shù)和新發(fā)展，以此來拓寬學生的知識面，延伸和補充課堂之外的教學內(nèi)容，豐富和拓展單片機課程的學習，為學生將來獨立進行軟硬件設(shè)計打下良好基礎(chǔ)。
3.鼓勵學生展示自己的成果。其實在各班的學生中，都不缺乏對單片機設(shè)計有著濃厚興趣的同學，那么就可以在全班范圍內(nèi)以小組為單位開展一些單片機的設(shè)計工作，例如以各宿舍為單位，這些同學平時接觸和共同探討的機會比較多，可以讓那些敢于動手，積極表現(xiàn)的同學起到帶頭作用，然后爭取到少量活動資金，建立興趣小姐，就可以在教師的引導下，讓學生自行設(shè)計和參與單片機技術(shù)的設(shè)計實踐了。經(jīng)過一段時間的努力后，教師可以鼓勵學生自行上講臺展示各小組的設(shè)計成果，這樣不僅可以提高學生的積極性，還可以讓教師和學生做到教學相長。
4.請高校研究生作有趣易懂的產(chǎn)品設(shè)計報告。以往常有教師向院上提出應該多請專家給學生作專題報告以拓展學生的知識面，盡管學院作出了一定的努力，然而許多國內(nèi)專家總是忙于手頭工作，或者因為路程問題，最后不能完成這一愿望，即便有的專家過來作完報告，卻也難以收到預期的效果，一些學生往往反映太過深奧，或者難于理解，或者與所學知識關(guān)聯(lián)不大。對此，我們可以請來高校一些發(fā)表過優(yōu)秀論文的研究生，利用周末過來講解和展示他們的設(shè)計成果，這些研究生往往非常樂意奉獻自己的論文成果，因此講解得較為詳細具體，并且可以做到淺顯易懂，而本科生在具有一定理論基礎(chǔ)情況下都能聽懂。例如，上次一個高校的研究生給學生講解LED點陣顯示屏的原理和設(shè)計，學生們聽后產(chǎn)生了濃厚的興趣，這樣很容易激發(fā)學生實踐和動手的激情，并且把這份激情投入到以后的單片機設(shè)計和工作中去。
5.考核方式改革。通常來說，考核就是對教師教學效果的檢驗和學生水平的測試，同時也是督促和激發(fā)學生認真學習的原因和動力。在單片機的教學與實踐改革過程中，我們提出了一種注重實踐能力和應用能力培養(yǎng)的考核方式，課堂考勤占10%，平時成績占40%，期末考試占50%，平時成績的評定進行量化。這種考核方式突出的特點是平時成績比例為我院最高，同時對其考核將一半的分值設(shè)定為實驗成績，并對學生在實驗中的具體表現(xiàn)從實驗態(tài)度、完成實驗的情況、實踐動手能力和課程設(shè)計等幾方面進行量化。
單片機技術(shù)課程的教學與實踐改革是一個長期的過程，特別是對學生加強實踐應用能力更不是一件容易的事情，因此需要教師改變傳統(tǒng)的教學觀念，積極主動地參與實踐教學，并且努力培養(yǎng)學生的學習興趣和實踐積極性，只要努力探索和尋求新方法新思路，總可以使得單片機的教學與實踐改革很好地得以進行，使學生的單片機應用能力和創(chuàng)新能力得到很大提高。
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關(guān)鍵詞： 雙作用式變量葉片泵；數(shù)字式；工作原理；數(shù)學模型；調(diào)節(jié)參數(shù)
中圖分類號：TH31 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）01-0064-03
0 引言
隨著我國工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的快速發(fā)展，能源短缺日益嚴重，合理的利用能源變得更加重要。在流體傳動及控制技術(shù)領(lǐng)域，節(jié)能技術(shù)同樣必不可少。開展流體傳動節(jié)能技術(shù)的研究不僅可從現(xiàn)有液壓設(shè)備的節(jié)能技術(shù)改造中獲得巨大經(jīng)濟效益，而且也是我國在先進制造業(yè)上趕超國際先進水平的需要[1]。在工業(yè)生產(chǎn)中變量泵是實現(xiàn)液壓系統(tǒng)高效、節(jié)能的基礎(chǔ)，因此研發(fā)性能優(yōu)良的變量泵是流體傳動節(jié)能技術(shù)研究的重要課題之一。
目前液壓系統(tǒng)中的液壓泵主要有齒輪泵、柱塞泵、葉片泵、螺桿泵等，其中的葉片泵是廣泛被使用的一種液壓泵。葉片泵按其結(jié)構(gòu)來分有單作用式葉片泵和雙作用式葉片泵。單作用式葉片泵主要用作變量泵，由于單作用葉片泵轉(zhuǎn)子、主軸和軸承所承受的徑向力較大，影響了泵的使用壽命和壓力的提高。而雙作用葉片泵的突出優(yōu)點在于徑向作用力平衡，但是由于結(jié)構(gòu)上很難實現(xiàn)排量的變化，使用上也受到了限制[2]。因此，若能開發(fā)出可實現(xiàn)變量的雙作用葉片泵，就可以將這兩種泵的優(yōu)點結(jié)合起來，既能克服徑向不平衡力的缺點，又能實現(xiàn)排量的變化。針對這一技術(shù)問題，國內(nèi)外很多學者都在進行研究探討，研究的核心就是雙作用葉片泵如何實現(xiàn)變量。目前比較成熟的變量方法是通過驅(qū)動泵的定子圈偏轉(zhuǎn)，改變泵的定子和配油盤的位置關(guān)系，來實現(xiàn)排量的變化。
本文所要介紹的數(shù)字式雙作用變量葉片泵是在這種變量方法的基礎(chǔ)上，提出了以步進電機作為機電轉(zhuǎn)換裝置，以單片機作為控制器的數(shù)字式雙作用變量泵。這樣不但解決了雙作用葉片泵的變量問題，同時實現(xiàn)了泵的數(shù)字化調(diào)節(jié)與控制，對于合理利用能源，提高液壓傳動工作效率具有重要的意義。
1 雙作用變量葉片泵的工作原理
圖1（a）、（b）分別是泵全排量時定子圈的位置和零排量時定子圈的位置示意圖。通過轉(zhuǎn)動定子圈，使其與配油盤之間的相對位置關(guān)系發(fā)生改變，也就是在需要泵輸出流量時，調(diào)節(jié)定子使其過度曲線對應于配油盤吸、壓油窗。而在不需要輸出流量時，使定子的長半徑和短半徑圓弧段與配油盤的吸、壓油窗相對應。因為這時工作容積不變，所以不吸、壓油，即為零排量輸出[4]。
但是，在定子圈偏轉(zhuǎn)的時候，勢必會產(chǎn)生比較大困油現(xiàn)象，影響泵的正常工作。為了解決這一問題，我們將定子圈做成兩片疊加起來使用，同時把葉片等分成兩個，并排地插在轉(zhuǎn)子葉片槽中。當一個定子環(huán)長半徑圓弧與吸油窗相對時，使另一個定子長半徑圓弧與壓油窗相對。因此當每個工作空間在經(jīng)過定子過度曲線段時，正好在一個定子圈內(nèi)是由大到小變化，而在另一個定子圈內(nèi)是由小到大的變化。這樣，由大到小的壓縮容積就被另一個由小到大的容積所吸收，總?cè)莘e并沒有變化。這時，泵將零排量輸出。如圖2所示。
當需要從零排量到全排量變化時，必須同時使兩定子圈反向偏轉(zhuǎn)。使yy1y2重合，xx1x2重合，如圖3所示。這時兩片定子圈的過度曲線段都正好與吸、壓油窗相對，泵將全排量輸出。
綜上所述，調(diào)整定子圈y1-x1，y2-x2與配油盤y-x的偏轉(zhuǎn)角度α便可以調(diào)整其輸出流量的大小。其中αmax=π/4，0≤α≤π/4，（度）。這樣雙作用變量葉片泵的理論流量公式就可以寫成
式中：qtp為變量葉片泵的理論流量（m3/s）；B=b1+b2，b1，b2為單個葉片寬度（m）；R為定子內(nèi)圓弧大半徑（m）；r為定子內(nèi)圓弧小半徑（m）；δ為葉片厚度（m）；z為葉片數(shù)；θ為葉片傾角（°）；n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（r/s）；α為定子圈偏轉(zhuǎn)角，αmax=π/4，0≤α≤π/4（°）。
2 變量機構(gòu)控制方法
如何實現(xiàn)定子圈的偏轉(zhuǎn)是雙作用變量葉片泵最關(guān)鍵的問題。從全排量變到零排量或從零排量變到全排量時，要求兩定子的偏轉(zhuǎn)角同時作反向變化。驅(qū)動定子圈同時反向變化的機構(gòu)即為變量機構(gòu)[4]。本文采用51單片機作為數(shù)字化控制器，步進電機作為動力源，螺母絲杠作為傳動副，數(shù)字閥控缸驅(qū)動齒條式柱塞與定子外圓柱面上加工出的齒相互嚙合的方式進行工作。如圖4為驅(qū)動一片定子圈偏轉(zhuǎn)的變量機構(gòu)工作原理圖。
閥芯通過一個螺母絲杠副和步進電機相連，閥芯插入到活塞上端部配合的閥套中。并在活塞上開了三個閥口。a口和壓力腔A相連，壓力腔A在底部和排油口相連通。通過b口把控制腔和活塞內(nèi)腔連在一起。c口與回油腔相連。當需要變量時，根據(jù)泵輸出流量的要求，通過事先編輯好的程序，單片機發(fā)出相應的脈沖信號，經(jīng)功率放大器放大后驅(qū)動步進電機，步進電機以相應的頻率和轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)過一定的角位移θ，從而帶動螺母轉(zhuǎn)動并由絲杠提動伺服閥芯作向上或向下的運動，產(chǎn)生位移xv，使伺服閥口開啟，這時泵靠自身油液驅(qū)動變量柱塞隨閥芯的位移而運動，產(chǎn)生位移xp，進而驅(qū)動一片定子圈偏轉(zhuǎn)角度α。另一片定子圈和變量機構(gòu)原理相同。所以，通過這兩個變量機構(gòu)就可以使兩片定子圈同時反向偏轉(zhuǎn)，使泵實現(xiàn)全排量—零排量—全排量的變化，達到變量的需求。變量機構(gòu)的控制框圖如圖5所示。
3 變量機構(gòu)數(shù)學模型分析
3.1 變量機構(gòu)基本方程
式中：xv為閥芯的位移量（m）；β為步進電機步距角（°）；t為螺距（m）；j為螺紋頭數(shù)；Ni為單片機發(fā)出的脈沖數(shù)。
②變量柱塞的位移量
齒條柱塞與外圓加工齒的定子是齒輪齒條嚙合，所以變量柱塞的位移量與定子偏轉(zhuǎn)的角度的關(guān)系為
式中：xp為變量柱塞位移量（m）；α為定子圈偏轉(zhuǎn)角（°）；Df為定子圈與變量柱塞組成齒輪齒條嚙合分度圓直徑（m）。
3.2 泵靜態(tài)調(diào)節(jié)流量公式
由于伺服閥和變量缸是隨動關(guān)系，因此，xv=xp，即
式（6）即為數(shù)字化雙作用變量葉片泵的靜態(tài)調(diào)節(jié)流量公式。由（7）、（8）可知該式中，Kq和Kβ均為常數(shù)。
3.3 變量機構(gòu)參數(shù)化分析
本文是以YB1-25型葉片泵作為研究基礎(chǔ)，結(jié)合該泵的部分結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計定子內(nèi)圓弧大半徑長度R為32.5mm，定子內(nèi)圓弧小半徑r為28.5mm，定子分度圓直徑Df為75.5mm，葉片寬度B為20mm，葉片厚度δ為1.8mm，葉片傾角θ為13°，葉片數(shù)z為12。泵的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n為1000r/min。本文采用了歩距角為1.5°的36BF003型步進電機；采用d=20mm，t=4mm，j=1的絲杠螺母副。根據(jù)泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計變量柱塞由全排量到零排量行程為xp=29.6mm。這樣全行程29.6mm所需要的脈沖數(shù)Ni=360°xp/βtj=1776個。據(jù)此，我們可以計算得到當定子偏轉(zhuǎn)一定角度時，單片機需要發(fā)送的脈沖個數(shù)。如表1所示為定子偏轉(zhuǎn)角以5度為間隔時，對應的單片機需要發(fā)送的脈沖數(shù)以及此時泵的理論流量。
由此，可以繪制此變量泵由全排量到零排量靜態(tài)調(diào)節(jié)qtp-Ni特性圖，如圖6所示。
由此圖可以看出，泵流量qtp的變化只取決于單片機發(fā)出的脈沖數(shù)Ni。因此，我們可以編寫相應的單片機程序，來控制發(fā)送脈沖的個數(shù)，從而使泵的排量發(fā)生改變。
4 結(jié)論
本文針對雙作用葉片泵實現(xiàn)變量的理論做了簡單了陳述，在此基礎(chǔ)上針對雙作用葉片泵實現(xiàn)變量又做了數(shù)字化的改進。通過對泵變量機構(gòu)數(shù)學模型的分析，得到了泵靜態(tài)調(diào)節(jié)流量公式，繪制出qtp-Ni特性圖，并對變量機構(gòu)進行了參數(shù)化析。由此得出，通過控制信號輸出量的變化就可以使泵排量發(fā)生相應的改變。因此基于單片機控制，步進電機驅(qū)動的數(shù)字式雙作用變量泵是成立的。但是必須要進行參數(shù)優(yōu)化以及動態(tài)實驗研究，使其得到進一步的改善。
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