LED流水燈的制作課例設(shè)計

1、項目名稱：LED流水燈的制作一、學(xué)習(xí)項目確定項目名稱：LED流水燈的的制作二、課例背景介紹課程目標分析：單片機應(yīng)用技術(shù)是電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的一門專業(yè)主干課程，旨在通過該課程的學(xué)習(xí)， 使學(xué)生舉辦本專業(yè)的高素質(zhì)勞動者和中級技術(shù)應(yīng)用性人才所必需的單片機系統(tǒng)的設(shè)計、裝配與調(diào)試所必備的 知識與技能，其課程目標主要為：了解單片機的組成和工作原理。能編寫常見的單片機應(yīng)用軟件代碼。能使用單片機仿真軟件進行輔助設(shè)計或仿真分析。能依據(jù)原理圖完成應(yīng)用系統(tǒng)的實物裝配。了解單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)流程。能借助網(wǎng)絡(luò)查找電子技術(shù)資料。其它方面的綜合職業(yè)能力如：合作、計劃、溝通等能力。項目分析：該項目是電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)單片機應(yīng)用技

2、術(shù)課程的一個項目，本課例以制作LED流水燈為載體，選擇AT89C51為主要元件，著重從應(yīng)用角度制作一個具有一定功能的樣品，涉及單片機及其外圍電 路設(shè)計、二極管單向?qū)?、延時程序、數(shù)據(jù)傳送指令、移位指令、轉(zhuǎn)移控制指令等多個知識，要求學(xué)生會使 用PROTEUS：件進行仿真調(diào)試，這些對學(xué)生職業(yè)能力的培養(yǎng)都會有較強的作用。同時由于該項目綜合有多個 知識點及較全面的能力要求，故該項目可以作為本課程一個階段性的綜合項目。學(xué)生能力基礎(chǔ)分析：該項目是學(xué)生在學(xué)習(xí)單片機應(yīng)用技術(shù)的第二個入門項目。學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過電子 技術(shù)基礎(chǔ)，對半導(dǎo)體器件的性質(zhì)、集成電路的應(yīng)用有了一定的認識與了解，同時通過電子裝配的實訓(xùn)，在動 手方

3、面也已經(jīng)有一定的基礎(chǔ)，學(xué)生自身具備完成本項目的基礎(chǔ)條件。在第一個項目“初識單片機”的基礎(chǔ)上 但學(xué)生首次利用單片機制作一個實物電路，一定要想方設(shè)法培養(yǎng)他們求知的欲望和鉆研的興趣。前期知識與技能要求:計算機基本技能軟件的安裝與操作技能 上網(wǎng)查找資料的技能電子技術(shù)基礎(chǔ)知識模擬電路二極管、三極管等分立兀件相關(guān)知識 數(shù)字電路數(shù)碼管、譯碼、編碼、計數(shù)器等相關(guān)知識 集成電路芯片相關(guān)知識電子電路制作與調(diào)試萬用表、示波器、穩(wěn)壓電源等常用電子儀器儀表的使用LED電阻、電容等常用電子元件的識別與使用電子電路的焊接二、學(xué)習(xí)目標設(shè)定依據(jù)本項目的內(nèi)容特點、課程標準的要求，設(shè)定如下學(xué)習(xí)目標:類別目標描述職業(yè)素養(yǎng)與能力知識與

4、技能單片機如何控制燈的晃火及閃爍時間具備識別單片機的引腳（知道什么）（會做什么）如何使亮點移動如何設(shè)計和調(diào)用延時程序與合理使用其功能的能力。能利用網(wǎng)絡(luò)資源解決問 題。能局質(zhì)量安裝與倜試簡單電路，具有排除簡單 電路故障的能力。具備一的文子說明匕 力。養(yǎng)成嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。有與人合作的團隊意 識。過程與月法（要做什么）（達到什么）通過團隊合作，學(xué)會制定工作計劃與協(xié) 作工作。通過仿真軟件，學(xué)會在虛擬環(huán)境卜進行 電路模擬仿真實驗.通過對工作過程中有關(guān)參數(shù)的記錄與反 思，能正確撰寫項目工作報告。情感態(tài)度與價值觀（形成什么）（成為什么）組織合作學(xué)習(xí)過程，培養(yǎng)良好的合作意 識與團隊精神。通過電路的安裝，形成嚴

5、謹、規(guī)范的工 作作風(fēng)和工作態(tài)度。四、學(xué)習(xí)任務(wù)描述（主體是“人”）學(xué)習(xí)過程（學(xué)習(xí)者）學(xué)習(xí)任務(wù)描述（強調(diào)過程）學(xué)生活動教師活動項 目準 備階 段獲取資訊針對現(xiàn)在市場上很流行的五顏六色“跑馬 燈”“霓虹燈”， 我們決定讓我們的發(fā)光二 極管 （LED）也亮起來。1.制作一個流水燈電路。2.描述任務(wù)：用單片機控制八個LED從左到右依次點晃，循環(huán)/、斷。談一談LED的應(yīng)用了解項目任務(wù)書的內(nèi)容描述工作任務(wù)制定計劃1.討論電路方案：2.確定各階段的工作任務(wù)3.確定人員的分工與協(xié)作。查一查1、單片機基本連接2、LED連接引導(dǎo)學(xué)生上網(wǎng)查找相關(guān)資料討論決策1、確定本項目實施中被米用的電路方案。2、講解基本指令功能及

6、程序調(diào)用方法3、在Proteus軟件中搭建模擬電路4、用Proteus軟件編寫ASM格式程序并編譯得到HEX格式文件議一議聽一聽主持討論 確7E方案 演示仿真項 目實 施階 段合作實施1.根據(jù)原理圖搭建實物電路。2.編寫匯編程序源代碼并編譯通過。做一做指導(dǎo)調(diào)試檢查1 .通過編程器將HEX文件下載到AT89C51芯片中，通電觀察實際運行效果2.編制句關(guān)項目說明義本。做一做指導(dǎo)答疑解惑項 目完 善階 段交流評估1.評價項目作品完成質(zhì)量。2.評價學(xué)習(xí)過程，評價形式：自我評價、 小組互評、老師評價。說一說1.制定學(xué)習(xí)成 果評估標準。2.產(chǎn)品的質(zhì)量 檢驗技能。表 3五、學(xué)習(xí)內(nèi)容組織（主體是“項目”）能力

7、 訓(xùn)練項目 名稱對應(yīng) 單項 任務(wù)名稱擬實現(xiàn)的技能目標需要掌握的 知識點訓(xùn)練手段項目二LED流水燈任務(wù):單燈晃火能夠進行單片機基本 連接能夠用單片機控制單 燈晃火位操作指令SETB bitCLRB bitI/O口的使用 二極管單向?qū)ㄐ詫㈨椖糠纸鉃閹讉€較小 的、 循序漸進的任務(wù)， 輔之以Proteus軟件進 行仿真教學(xué)，最后通過 實物電路的裝配和調(diào)試 實現(xiàn)做中學(xué)， 學(xué)中做的 目標任務(wù)二：延時程序會編寫延時程序 能夠使燈的狀態(tài)延時一段時間控制轉(zhuǎn)移指令DJNZ Rn,rel掌握寄存器A,Rn的使用方法標號及子程序調(diào)用任務(wù)三：亮點循環(huán)移動能夠設(shè)計LED顯示電路 能夠編寫基于軟件延 時的彩燈循環(huán)控制器

8、的程序移位指令RL A RR A累加器A的使用六、教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)1.創(chuàng)設(shè)項目的問題情景：如今，發(fā)光二極管（LED）廣泛應(yīng)用于社會生活，今天，我們的學(xué)習(xí)任務(wù)是要 制作一個LED顯示電路，我們需要一個什么樣的信號才控制這個燈呢？2.創(chuàng)設(shè)自主的學(xué)習(xí)情景：在課前的教學(xué)準備階段，要求各學(xué)習(xí)小組通過上網(wǎng)查閱電路的技術(shù)資料，了 解AT89C51的外形、封裝、內(nèi)部電路原理、各引腳作用、二極管及其驅(qū)動電路的設(shè)計。學(xué)生學(xué)會上網(wǎng)查閱資 料對于學(xué)生的后續(xù)自主學(xué)習(xí)能力的提高有重要作用。3.創(chuàng)設(shè)交流的學(xué)習(xí)情景：在電路方案的確定教學(xué)環(huán)節(jié)中，老師可以根據(jù)學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)的情況，組 織學(xué)生展示各自的學(xué)習(xí)成果，交流各小組對產(chǎn)品工作

9、狀態(tài)的分析及確定的電路，通過仿真軟件對設(shè)計電路進 行仿真測試，從而確定一個較完善與成熟的電路作為裝配電路，這一設(shè)計可以提高學(xué)生的探究能力。在方案 的實施環(huán)節(jié)，每個項目學(xué)生分組實施，硬件電路的設(shè)計和軟件程序的編寫必須由專人實施。4.創(chuàng)設(shè)協(xié)作的仿真情景：在企業(yè)的裝配線上，各崗位工種的工作任務(wù)不相同，但共同的目標是完成產(chǎn) 品的生產(chǎn)。在本項目的學(xué)習(xí)過程中可以創(chuàng)設(shè)這樣一個仿真企業(yè)工作的情景，每一個小組中的學(xué)生分別完成裝配過程中的一道或二道工序， 合作完成產(chǎn)品的裝配， 這樣既培養(yǎng)了學(xué)生的合作意識又提高了學(xué)生的責(zé)任意識， 因為每一道工序都會對最后的產(chǎn)品產(chǎn)生影響，每一個同學(xué)都要對這個產(chǎn)品負責(zé)。5.創(chuàng)設(shè)評價的教

10、學(xué)情景：小組評價：把各小組的產(chǎn)品貼上標簽，各小組對其它各小組產(chǎn)品的裝配工藝 及運行結(jié)果進行打分，最后進行匯總與平均，評定質(zhì)量最好的作品，并有學(xué)校收藏；小組學(xué)生自評與互評：學(xué)生自己評價學(xué)習(xí)過程與學(xué)習(xí)成果、小組成員（長）對其它成員的工作進行評價、老師的評價按一定權(quán)重折 合得各同學(xué)本次工作的學(xué)習(xí)成績七、教學(xué)資源準備時間資源，4課時材料資源，元件名稱型號數(shù)量Proteus 中的名稱單片機芯片AT89C511AT89C51品振12MHz1CRYSTAL電容22pF2CAP電解電容22uF1CAP-ELEC發(fā)光二極管8LED-RED電阻220 Q8RES電阻1KQ1RES設(shè)備資源，電烙鐵、萬能電路板、示波

11、器、萬用表等信息資源，網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)功能、仿真軟件Proteus環(huán)境資源，計算機仿真室、電子裝配與調(diào)試室綜合實驗室資源使用策略分組合理使用八、教學(xué)過程實施教學(xué)步驟1:新項目的引入（教師講授）發(fā)光二極管（LED）廣泛應(yīng)用于社會生活。制作一個流水燈電路。要求基于軟件延時，用單片機控制八 個LED從左到右依次點亮，循環(huán)不斷。教學(xué)步驟 2：展示學(xué)習(xí)目標（放幻燈片）圖 1 學(xué)習(xí)目標展現(xiàn)教學(xué)步驟 3：指出本項目的學(xué)習(xí)過程（放幻燈片）表 6學(xué)習(xí)相關(guān)指令L用匯編語口編程并編譯 1仿真電路模擬調(diào)試搭建實物電路（下載程序并燒錄）實物電路調(diào)試監(jiān)控）拓展與延伸.圖 2 項目學(xué)習(xí)過程教學(xué)步驟4.分析項目控制要求（教師引領(lǐng)，學(xué)

12、生分析）1、任務(wù)要求介紹：設(shè)計制作基于軟件延時的循環(huán)彩燈控制器2 .任務(wù)要求分析：用單片機控制八個LED從左到右依次點亮，循環(huán)不斷。教學(xué)步驟 5:根據(jù)項目控制任務(wù)，設(shè)計仿真電路（圖 3）1、元件清單元件名稱型號數(shù)量Proteus 中的名稱單片機芯片AT89C511AT89C51品振12MHz1CRYSTAL電容22pF2CAP電解電容22uF1CAP-ELEC發(fā)光二極管1LED-RED電阻220 Q8RES電阻1KQ1RESLEDSzKffMM分析項目控制要求1設(shè)計單片機仿真電路LJ圖 3 仿真電路單片機共有四組輸入輸出口共計32個引腳，每組8個，可以用來接常見的輸入設(shè)備如按鈕、鍵盤和輸 出設(shè)

13、備如發(fā)光二極管、數(shù)碼管等。P1口在我們這個試驗中扮演著重要的角色，從圖上可知，發(fā)光二極管是由P1口驅(qū)動的，同時人:家要注空，pl口的輸出級是漏級開路的的形式，所以它應(yīng)該外接上拉電阻以限制電流。教學(xué)步驟 6:根據(jù)項目控制任務(wù)，學(xué)習(xí)相關(guān)指令和知識點。（教師講授，學(xué)生分析、回答、解決問題）單片機的應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成，上述硬件原理圖搭建完成上電之后，我們還不能 看到流水燈循環(huán)點亮的現(xiàn)象，我們還需要告訴單片機怎么來進行工作，即編寫程序控制單片機 管腳電平的高低變化，來實現(xiàn)發(fā)光二極管的一亮一滅。軟件編程是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的一個重 要的組成部分，是單片機學(xué)習(xí)的重點和難點。下面我們以最簡單的LED燈控制

14、功能來介紹幾種軟件編程方法。任務(wù)一單燈亮滅如何實現(xiàn)燈的亮滅？位操作指令SETB P1.0CLR P1.0如果要讓接在 P1.0 口的 LED1 亮起來，根據(jù)發(fā)光二極管的單向?qū)щ娦钥芍?只要把 P1.0 口的電 平變?yōu)榈碗娖骄涂梢粤?；相反，如果要接?P1.0 口的 LED1 熄滅，就要把 P1.0 口的電平變?yōu)楦唠娖?同理，接在 P1.1P1.7 口的其他 7 個 LED的點亮和熄滅的方法同 LED1。如果要使同時接在 P1 口的八盞燈亮，可以逐條使用上述語句，但這樣太麻煩了，有沒有好一點 的方法呢？可以采用如下指令圖 4MOV P0,#FFH結(jié)合 Proteus單片機仿真軟件觀察現(xiàn)象，重點

15、觀察輸出端電平狀態(tài)的變化對燈狀態(tài)的影響（紅點 為高電平，藍點為低電平）任務(wù)二單燈閃爍在單片機的實時系統(tǒng)中，常常用到延時操作。實現(xiàn)延時方法有兩種：硬件延時和軟件延時。 硬件延時是利用單片機的定時/計數(shù)器功能來實現(xiàn)，不影響CP嗷率，延時精確。本任務(wù)主要介紹軟件延時，其基本原理是讓計算機重復(fù)執(zhí)行一些無實際意義的指令，從而達到延時目的。 延時功能可以通過編寫延時子程序?qū)崿F(xiàn)。該子程序模塊相對固定，適合丁精確程度和效率要求 不高的一些場合，可以在一個程序中被反復(fù)調(diào)用，只需稍稍修改一些參數(shù)值也可實現(xiàn)不同時間 的延時。上面剛才講的程序雖然在理論上可以讓燈閃爍一次， 但在實際操作中你是看不到的，因為 計算機的運

16、算速度實在是太快了 （作為單片機的指令的執(zhí)行的時間是很短，數(shù)量一般為微秒級）， 你的肉眼是看不出來這個燈眨了一下眼睛， 所以我們還必須想辦法插入延時程序，讓亮滅的狀態(tài) 再持續(xù)一段時間。延時程序是如何設(shè)計呢？下面具體介紹其原理：機器周期，就是機器訪問一次存儲器所用的時間；晶振周期，就是機器周期的來源，振蕩源的周期，一個機器周期包括12個晶振周期； 若按一個 12M 的晶振，T=1/f，晶振周期 T= 1/12s,所以一個機器周期是 1s指令周期：單片機執(zhí)行一條指令需要的時間。一個指令周期通常含有14個機器周期。各指令的機器周期數(shù)請參閱附錄 A,例如 MO 洌單周期指令，DJNZ 為雙周期指令。如

17、果要求的閃爍時間間隔為 0.2秒，流程圖如下DELAY1S:MOV R5,#20D1:MOV R6,#20D2:MOV R7,#248DJNZ R7,$DJNZ R6,D2DJNZ R5,D1 RETPl。輸出L1高一/模塊一：一秒延時子程序并始Pl。輸出 HLI熄天藐時 0. 2秒延時 CL2秒 ）DJNZ 為減 1 不為零指令。此程序采用三重循環(huán)結(jié)構(gòu)，先運行第 5行代碼操作，每次減 1，直到 R7減到 0 為止。再運行 第六行代碼對 進行減 1 操作，若不為 0 則轉(zhuǎn)移到標號 D1 處運行，此時將 R6 賦值再次進 行減法內(nèi)循環(huán)。當(dāng)R6減為 0 時，程序運行到第 7 行轉(zhuǎn)到標號 D1處開始

18、外循環(huán)。執(zhí)行的次數(shù)為 R7,R6,R5 的乘積，如 R7=50,R6=100,R5=100總延時時間為 2 s X R7X R6X R5= 2 s X 50X 100X 100=1S說明：1.模塊中 R7,R6,R5為通用寄存器，取值范圍為 12552.可以改變循環(huán)嵌套的層數(shù)來實現(xiàn)更長或更短時間的延時3.可以通過在調(diào)用前單獨對外層循環(huán)計數(shù)器賦值來實現(xiàn)多種延時時間。任務(wù)三亮點循環(huán)移動RL A這條指令的功能是：把累加器 a 中的內(nèi)容向左移動一位，最高位的內(nèi)容 A7 被移動到最低位 A0, 圖示如下：A7 - AO V順便說一下累加器 a,它是單片機中的最常用的寄存器， 大部分單操作數(shù)的指令都以 a

19、 作為操 作對象 （例如 rl a ）;也有很多雙操作數(shù)指令的一個操作數(shù)取自 a （例如 mov a,#00h）；還有 加、減、乘、除等算數(shù)指令的運算結(jié)果也經(jīng)常保留在 a中，或者 ab寄存器對中。所以我們的程序就可以這樣來實現(xiàn)啦：首先給a賦值，再輸出到 p0；實現(xiàn)流水燈效果然后延時；接下來把 a 中的數(shù)進行左移。然后重復(fù)上面的過程就可以實現(xiàn)流水燈效果啦。教學(xué)步驟 7:用匯編語言編程并編譯可以利用 KEIL 軟件實現(xiàn)（具體看項目一中的任務(wù)三）也可用 Proteus自帶編譯功能實現(xiàn)。LED亮點循環(huán)左移的源程序代碼如下：ORG 0000HMOV A,#0FEHLOOP: MOV P0,ALCALL

20、DELAYRL AAJMP LOOPDELAY: MOV R6,#02HDEL1: MOV R5,#0FFHDEL2: DJNZ R5,DEL2DJNZ R6,DEL1圖5RETEND首先在源文件菜單下選擇添加刪除源代碼，出現(xiàn)如圖所示對話框，選擇目標處理器和代碼生成 工具如圖所示。并新建或選擇源文件并編輯（注意：加后綴名為ASM。然后在同一菜單下選擇“全部編譯”。若編譯通過會自動生成后綴名為 HE 福式的文件。教學(xué)步驟8：仿真電路模擬調(diào)試Proteus軟件中繪制仿真電路，然后雙擊單片機芯片，將生成的HEX格式的文件加載，最后按左下方的開始按鈕即可運行仿真，查看實驗效果。頊I節(jié)WLftfie.e

21、a*勺行IS社勺：叩S二中堂件目 酥角C 為酷曲可遴呆磐曲 EprotMlD.國狷Jhc-U匡;/H御嶙t. .c.D收 B：臨教學(xué)步驟 9:搭建實物電路仿真驗證通過后，我們就可以搭建實物電路教學(xué)步驟 10:下載程序并燒錄到 AT89C51 芯片中可以用 USBI 片機編程器下載程序Easy 51Pro.ex故件使用程序啟動后，會自動檢測硬件及連接，狀態(tài)框中顯示“就緒”字樣，表示編程器連接和設(shè) 置均正常。否則請檢查硬件連接和端口設(shè)置。把單片機芯片正確地放到編程器的相應(yīng)插座上，注意，芯片的缺口要朝向插座的把手方向芯片放好后，就可以對芯片進行讀寫操作了，讀寫操作按下面的步驟進行：1、程序運行，請先

22、選擇器件（點下選框）2、用“打開文件”選擇打開要編寫的.HEX和 BIN文件3、用“保存文件”可以保存讀出來的文件4、用“擦除器件”擦除芯片5、用“寫器件”編程6、用“讀器件”讀取芯片中的程序，加密的讀不出來7、用“校驗數(shù)據(jù)”檢查編程的正確與否8、用“自動完成”自動執(zhí)行以上各步驟9、用“加密”選擇加密的級數(shù)10、如果只需要燒寫程序到單片機上， 在第一步打開文件以后可以直接按下“自動完成”， 程序會自動執(zhí)行插除、寫器件、檢驗數(shù)據(jù)等操作，同時還可以自定義熱鍵，實現(xiàn)熱鍵操作，方 便快捷。教學(xué)步驟 11:對學(xué)生所完成的項目進行質(zhì)量評價，具體評價方式如下表。（學(xué)生操作，教師評分）考核項目考核要求配 分評分標準扣分得分系 統(tǒng)安 裝1.會正確識別兀器件2.按圖完整、正確及規(guī)范接線3.焊點光滑，無虛焊301 .元件松動一處扣2分，損壞一 處扣4分2.錯、漏線每處扣2分3.反圈、壓皮、松動，每處扣2分4.錯、漏，每處扣1分編程操作1 .會建立程序新文