電子密碼鎖畢業設計總結

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電子密碼鎖畢業設計總結范文第1篇

關鍵詞：單片機；教學；Proteus；仿真

作者簡介：張蘭紅（1968-），女，江蘇鹽城人，鹽城工學院電氣工程學院，教授；陸廣平（1974-），女，江蘇鹽城人，鹽城工學院電氣工程學院，副教授。（江蘇 鹽城 224051）

基金項目：本文系鹽城工學院2013年度教改研究項目“基于實踐能力和創新能力培養的《單片機原理與接口技術》課程改革”的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0076-02

單片機廣泛應用于工業控制、汽車電子、機器人、通信、能源與軍事等眾多領域，成為電子技術智能化最普遍的手段，因而單片機課程已成為高校電氣信息類專業重要的專業基礎課程。[1，2]但在多年的教學實踐中筆者發現學生的學習效果并不理想，有些同學在經過一個學期的學習后甚至連基本概念都建立不起來，根本談不上進行單片機應用系統設計了。究其原因，最重要的一點是：單片機是一門涉及計算機硬件與軟件的多學科綜合性課程，實踐性極強，[3]但在教學過程中枯燥繁雜的理論知識缺乏一種有效的方式進行及時演示與驗證，使得學生理解與記憶困難。盡管該課程都有實驗，但傳統的實驗教學只有十幾學時，而且受實驗時間與場地等條件限制，一般不能及時進行，因此該課程教學的理論和實踐常常是脫節的，這導致學生學習困難、興趣低、效率低。如何讓學生通過單片機課程的學習盡快熟練掌握單片機原理及應用系統設計，英國Labcenter Electronics公司開發的用于電子電路和單片機系統仿真的軟件Proteus解決了這一問題。為提高本門課程的教學效果和質量，筆者將Proteus仿真技術用于單片機教學的全過程，做到理論與實踐隨時相結合。具體做法介紹如下：

一、Proteus仿真在理論教學中的應用

1.建設基于Proteus仿真實例的教材

為了有一本起良好引導作用、實現理論與實踐相結合的教材，筆者編寫了機械工業出版社普通高等教育電氣工程與自動化（應用型）“十二五”規劃教材《單片機原理及應用》，[4]該教材特點為：以51系列單片機為主講對象，加強Proteus仿真實例教學，每學完一個功能結構單元，均給出便于學生實踐的Proteus仿真實例，大部分實例都是獨立完整的單片機控制系統。通過對多個應用實例的仿真操作，使學生及時有效地掌握相關知識點，同時可模仿性地做出自己的系統，使學習過程是一個充滿趣味的過程。當知識點全部學完，學生就具備了初步的開發單片機產品的能力。

2.設計基于知識點的仿真模型

針對51單片機的所有知識點，筆者都精心設計了Proteus仿真模型。[4]模型設計的原則一是幫助學生明確概念，解決重點與難點問題；二是盡量多與日常生活中的應用實例結合，加強趣味性與實用性；三是盡量多使用Proteus的調試功能，讓學生明白單片機工作的詳細過程。下面列舉兩個典型的例子。

（1）中斷及其嵌套一直是較難理解的概念，設計了圖1所示的仿真電路。圖中要求單片機在主程序中控制P1口流水燈循環點亮，當外部中斷INT0引腳出現負跳變時，P1口全部發光二極管亮5秒，當外部中斷INT1引腳出現負跳變時，P2口所接的共陰極數碼管顯示數字“1”，保持時間為5秒。其中INT1為高優先級，INT0為低優先級。通過對中斷寄存器的不同設置，該模型既可讓學生觀察在主程序執行過程中INT0與INT1分別出現負跳變，即發生單級中斷時的效果，也可讓學生觀察INT0先出現負跳變、INT1后出現負跳變時的中斷嵌套效果。通過對此仿真實例的編程、調試與運行，學生就很容易掌握中斷與中斷優先級嵌套等抽象概念的含義了。

（2）定時器/計數器T0、T1的工作原理較復雜，其原理涉及工作模式控制（選擇定時器模式還是計數器模式）、運行控制（選擇運行還是停止）、工作方式選擇（選擇不同計數范圍的四種工作方式中的一種）和中斷控制（計數溢出后如何處理）四部分。為了講解定時器/計數器的工作原理，設計了圖2所示的電子秒表仿真電路，使它從0～59s不停地計數。

但在晶振為12MHz的情況下，定時器四種工作方式中定時時間最長的一種也只有65.536ms，達不到1s，要達到1s的延時，只能采用多次中斷的方式。因此實現秒表功能，筆者選擇了定時器/計數器T0，讓它工作在定時器模式；選擇工作方式1，定時時間為50ms；每隔50ms中斷1次，在中斷程序中修改計數初值，并使中斷計數器加1；中斷20次時達到1s，此時在中斷服務程序中除修改計數初值，使中斷計數器清零外，還使輸出到數碼管的數值加1。

該仿真實例編程時需要對定時器T0的計數寄存器TH0與TL0、方式控制寄存器TMOD、控制寄存器TCON以及中斷寄存器IE進行設置，用到了定時器的所有相關寄存器及全部控制，可使學生全面掌握定時器的原理與使用方法。

圖2中秒表處于仿真運行狀態，管腳上的紅、藍、灰塊分別表示管腳電平為高、低和不定狀態，色塊可以幫助學生分析與調試電路。

3.進行基于Proteus仿真的現場教學

教師事先根據教學內容準備好Proteus仿真模型，課堂上講解完相關知識點后，就運行Proteus仿真模型，使學生看到實實在在的運行現象或結果，增強教學的直觀性、生動性和趣味性。

因目前絕大部分學生均有筆記本電腦，所以要求學生將電腦帶進課堂。對于驗證性實例要求學生用電腦與教師同步觀察程序運行時寄存器、存儲器和變量內容的變化，觀察電路的工作狀況及控制效果。在課堂上教師還現場指導學生對實例進行編程，設置單片機的特殊功能寄存器，調試并下載運行程序，觀察運行結果。現場教學方式使學生及時理解相關知識點，掌握單片機內部功能部件與器件工作原理，領會抽象與復雜概念的含義。

4.開發用Proteus仿真的小實驗型課后作業

對C51語言、單片機內部的定時/計數器、中斷系統、并口、串口及可編程外設的課后練習，筆者都開發了大量的小實驗型作業，[4]學生須利用Proteus仿真軟件在自己的電腦上完成硬件電路的連接與軟件程序的調試。鼓勵學生寫出不一樣的答案，以調試結果通過為準。通過大量的課后練習，既促使學生掌握了知識點，也為真正進行設計性與綜合性實驗做好準備。

二、Proteus仿真在實驗教學中的應用

1.進行全設計型虛擬實驗

目前單片機實驗教學中大部分實驗器件以及電路都是預先固定在實驗箱上的，學生缺乏自主搭建電路的機會；同時實驗箱系統大，集成度高，驗證性實驗多，這些均導致實驗過程不清晰。因此筆者要求學生用Proteus軟件進行全設計型虛擬實驗。方法為：每一次實驗前將實驗原理、所需元器件及實驗要求提供給學生，學生首先要在理解原理的基礎上，用Proteus軟件搭接電路、編寫控制程序、編譯并下載到單片機、仿真運行，出現問題后再對電路和程序進行反復修改與調試，直到出現所需結果。如此完成一次完整的虛擬實驗的過程接近于實際系統的開發過程，有利于學生理解和掌握單片機系統設計的原理和方法。

2.利用虛擬實驗來指導實際實驗

進行完Proteus全設計型虛擬實驗后，大部分學生已經理解了電路的工作原理，并使用了充足的時間來進行程序的調試，這樣可以有效地指導實際實驗，保證實際實驗的成功。

進行實際實驗時，學生根據proteus虛擬實驗結果，連接實際電路，下載程序并調試運行，在此過程中讓學生初步體會仿真電路與實際電路的區別，將更多的精力用來解決實驗中出現的各種實際問題上。有了Proteus虛擬實驗的指導，實際實驗一般會很快完成，剩余時間讓學生進行各種設計性、綜合性實驗，或將課本中的實例拿到實驗儀器上進行驗證等。

三、Proteus仿真在課程設計中的應用

1.選擇Proteus仿真與實際制作均可的題目

因課程設計時間較短，學生的獨立工作能力較弱，為使學生充分體驗單片機系統設計過程，首先由教師在選題上做精心準備，選取一些軟件與硬件兼顧結合，工作量不是太大，用Proteus仿真模擬和實際制作均可行的題目，如：八路搶答器、滾動顯示的點陣顯示屏、電梯數字顯示器、電子密碼鎖控制系統、電子琴、交通燈控制系統、波形發生器、數字電壓表、溫度顯示器、電子鐘等，以達到先仿真再用仿真指導實物制作的目的。

2.利用Proteus仿真指導實物制作

課程設計要求所有同學都完成印刷電路板作品。為了保證成功率，減少反復修改電路，重新制板等工作量，課程設計組織如下：第一步首先完成相關課題的proteus仿真設計，完成電路原理驗證與控制程序的調試；第二步根據Proteus仿真結果，準備元器件，在多孔電路板上焊接電路，下載程序，調試實物作品；第三步根據多孔板實物調試結果完成硬件的PCB設計，加工PCB電路板，完成程序的下載與調試。

3.總結Proteus仿真與實際電路的差別

通過課程設計，大部分同學均深刻體會到單片機應用設計中Proteus仿真所起的非常有效的輔助作用，但也認識到仿真與實際電路之間還存在差別，部分同學反映課題用Proteus仿真能夠實現，在實際電路中實現不了，還必須解決實際電路中出現的各種新問題。在課程設計結束后，筆者會組織學生討論并總結Proteus仿真與實際電路的差別，促使學生用好Proteus仿真這個輔助工具。

四、結束語

筆者將Proteus仿真應用于單片機課程的理論教學，使學生及時有效地掌握了知識點；將Proteus仿真應用于實驗與課程設計，使學生深刻體會了單片機應用系統設計的全過程，同時也認識到仿真不能完全代替實物，在實際應用中會遇到很多新的問題，只有將Proteus仿真和實際單片機應用系統的設計有效結合起來，才能真正鍛煉自己的單片機軟硬件綜合開發能力。通過近兩年將Proteus仿真引進單片機教學全過程的實踐，學生普遍反映，該課程教學趣味性高，理解容易，有利于自己實踐和創新能力的培養。有許多同學通過單片機課程的學習，學習熱情被大大激發，自行購買了元器件或學習板，借助于proteus仿真的前期開發，很快做出了新產品，在各種電子大賽、創新課題與畢業設計中取得了優異的成績。

參考文獻：

[1]樓然苗，王世來.單片機實踐教學改革與應用型人才培養[J].中國大學教學，2009，（3）：80-81.

[2]徐武雄.proteus軟件在單片機課程教學中的應用[J].中國電力教育，2010，（10）：54-56.