劉希臣 袁兆凱

中國石油大學(xué)信控學(xué)院 山東東營 257061

加強責(zé)任意識 解決實驗教學(xué)中的細微問題

劉希臣 袁兆凱

中國石油大學(xué)信控學(xué)院 山東東營 257061

實驗教學(xué)是高等教育教學(xué)的兩大主要傳授知識的形式之一，責(zé)任意識對實驗教學(xué)效果有決定性的影響，現(xiàn)以對單片機數(shù)字I/O實驗中出現(xiàn)的軟、硬件問題的分析解決過程為例說明這一問題。

單片機；實驗效果；責(zé)任意識

Author’s address College of Information and Control Eng, China University of Petroleum, Dongying, Shandong, China 257061

實驗教學(xué)是提高學(xué)生創(chuàng)新能力、培養(yǎng)學(xué)生科研素質(zhì)必不可少的極其重要的環(huán)節(jié)[1]，是高等教育教學(xué)的兩大主要形式之一，可以令學(xué)生明白很多在課堂上沒有注意或是沒有解決的問題。但這個過程中需要實驗人員充滿責(zé)任心。

單片機原理及應(yīng)用是電氣工程及其自動化專業(yè)的主干專業(yè)課，是一門實踐性很強的課程。為了提高學(xué)生實際動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的科研實驗?zāi)芰?，?007年開始，筆者使用唐都科教儀器公司生產(chǎn)的單片機實驗箱代替原來簡單實驗板，實驗效果良好。

數(shù)字量輸入輸出實驗是其中最基本、最簡單的實驗，但在該實驗中卻有不少問題。本文以該實驗過程中出現(xiàn)的問題為例，說明實驗人員責(zé)任心在實驗教學(xué)中的重要性。筆者認為，只有具有足夠的責(zé)任心，去正確、及時地解決學(xué)生在實驗中出現(xiàn)的問題并進行仔細講解，才能保證實驗順利進行并取得良好效果。

1 硬件問題分析及處理

實驗內(nèi)容一就是將P1.0～P1.3分別與LED D0～D3相連，將P1.4～P1.7分別與開關(guān)K0～K3相連，編寫程序?qū)崿F(xiàn)通過K0～K3控制D0～D3的亮滅[2]。實驗時有4個實驗箱的LED無法通過P1口的低四位控制點亮，檢查發(fā)現(xiàn)，這4個實驗箱上的單片機都是SST89E516RD，而功能正常的是SST89E554RC、SST89E556RD。查資料知：SST89E516RD的P1口輸出高電平驅(qū)動能力弱，LED發(fā)光強度不夠，室內(nèi)光線明亮?xí)r無法區(qū)分是否發(fā)光，只有將光線遮擋的非常暗時才能看到發(fā)光。

解決方法：SST89E516RD的P1口的灌電流能力要比拉電流能力強得多，所以可以為P1口的低四位加上拉電阻，增強其高電平驅(qū)動能力。實驗時將P1.0～P1.7分別與D0～D7和K0～K7相連，圖1為其中一個I/O口的接線原理圖。將開關(guān)K0～K3撥到上方，即懸空位置，雖然此時電源經(jīng)過1 KΩ電阻加到LED單元，但是LED是否被點亮還要取決于相對應(yīng)的P1口的狀態(tài)。若I/O口輸出高，則V關(guān)斷，單片機內(nèi)部上拉電源與外部上拉電源同時對LED供電，LED被高亮度點亮；若I/O口輸出低，則LED陽極被鉗位到低電平。因此將P1.0～P1.3按圖1接線，并不影響控制功能。P1.4～P1.7作為輸入口按圖1接線，當(dāng)開關(guān)撥到接地位置時，該口讀入0；當(dāng)開關(guān)撥到懸空位置時，LED被點亮，I/O口電壓比原來低，但仍可讀入1。由分析可知，接線改變后，不但增強LED發(fā)光強度，使實驗現(xiàn)象更明顯，還可以指示開關(guān)狀態(tài)。

2 程序問題分析

實驗內(nèi)容一控制任務(wù)很簡單，學(xué)生都能完成基本控制要求，但在一些細節(jié)問題上表現(xiàn)出問題不清楚，考慮問題不嚴謹?shù)娜秉c。大部分學(xué)生編寫的程序如下：

學(xué)生對該程序的解釋：語句①將#0F0H賦給P1，遵循了課本上說的如果要將一個準(zhǔn)雙向口作為輸入口，需要對其先寫1的原則；語句②將P1口的狀態(tài)讀入寄存器A中；語句③將A的高四位與低四位互換；語句④將A寫回P1；⑤循環(huán)執(zhí)行該程序。

檢查時如果不仔細分析該程序，只看現(xiàn)象，就會認為該程序完全正確，其實不然。學(xué)生編寫程序時只注意了書上所說的需要對輸入口先寫1，但書上并沒有說對輸出口怎樣處理，就理所當(dāng)然地寫0。更有學(xué)生錯誤地認為語句①是在設(shè)置P1口工作方式。

P1口為準(zhǔn)雙向口，其原理如圖1所示。準(zhǔn)雙向口既可以作為輸入又可以作為輸出，沒有專門的工作方式寄存器，編程簡單方便。作為輸出口時，對該口寫0，則V導(dǎo)通，將該口拉低；對該口寫1，則V關(guān)斷，不考慮外部負載時，則通過上拉電阻輸出高電平。這種結(jié)構(gòu)類似于數(shù)字電路中的OC門電路，相對于推挽輸出的I/O口來說，高電平輸出時不怕短路，但是帶負載能力低。無論是作為輸入口還是輸出口，讀入的P1都可以正確反映該口的狀態(tài)；但是作為輸入口時，要讀入KX的狀態(tài)，因此需要對輸入口先寫1，令V關(guān)斷，讀入的P1值才能正確反映KX的狀態(tài)。

該程序的錯誤就在語句①，不但對高四位寫入1，還對低四位寫入0。對高四位寫入1，可以正確讀入外部開關(guān)狀態(tài)，但對低四位寫0卻是錯誤的。執(zhí)行完語句①，低四位的LED全部熄滅，直到執(zhí)行完語句④為止，這樣會使該發(fā)光的LED高頻閃爍，由于頻率非常高，人眼無法分辨，所以看到的實驗現(xiàn)象正確，只是亮度有差別。按復(fù)位鍵，使所有I/O口被置1，可以看出復(fù)位前后LED亮度不同。

解決方法：將語句①改為“ORL P1,#0F0H”即可。

3 充分利用現(xiàn)有設(shè)備開展實驗

實驗內(nèi)容二就是將K0和K1分別與P1.0和P1.1相連，通過循環(huán)延時程序?qū)崿F(xiàn)K0和K1控制P1.7口輸出方波的頻率和占空比的目的。要求通過示波器觀察波形，并與理論值對比。該實驗內(nèi)容不但強化了對數(shù)字I/O的認識，更可以加強對晶振頻率、機器周期和指令執(zhí)行時間的認識。實驗室沒有示波器，但是新購買了DG1022函數(shù)發(fā)生器，該儀器通道2具有頻率計功能，可測量信號頻率（0.1 Hz～200 MHz）、周期、占空比和正負脈寬，雖然無法看到波形，卻完全滿足實驗要求，可以知道實際波形的周期和占空比，用以和理論值對比。如果只是讓學(xué)生觀察二極管亮滅，就無法知道準(zhǔn)確的周期和占空比，也就無法進行計算與對比，使實驗效果大打折扣。

4 結(jié)語

實驗教學(xué)就是要培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、科研實驗?zāi)芰Γ彩菍碚撜n的一個補充，可以令學(xué)生明白很多在課堂上沒有注意或是沒有解決的問題。但這個過程中需要實驗人員充滿責(zé)任心。該實驗中驅(qū)動能力不足的問題可以使學(xué)生對驅(qū)動能力有更深的理解，接線的改進可以告訴學(xué)生一個增強驅(qū)動能力的方法。檢查時不能只看實驗現(xiàn)象，還要仔細分析程序，可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生對準(zhǔn)雙向口工作原理的模糊甚至錯誤的認識并仔細講解，就可以讓學(xué)生更清楚地認識這一問題。要有責(zé)任心，要盡可能利用現(xiàn)有條件達到最好的實驗效果。因此，實驗人員的責(zé)任心決定了實驗效果的好壞，即使是簡單的實驗也可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)到很多東西。

[1]張鳳英,顏賢仔,湯凱潔.改革實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的科研素質(zhì)[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2002,1(4):181-184

[2]西安唐都科教儀器公司.單片機實驗指導(dǎo)書[M].2006:34-36

Enhancing Responsibility Consciousness to Solve Problems in Experiment Teaching

//Liu Xichen, YuanZhaokai

The experiment teaching is one of the two major forms of higher education teaching to impart knowledge. The responsibility consciousness has decisive effect on experiment teaching effect. Now the paper, on which taking the process of analyzing and solving problems of digital I/ O experiment as the example, explains the problem.

single chip; experiment effect; responsibility consciousness

G642.423

B

1671-489X(2010)18-0113-02

10.3969 /j.issn.1671-489X.2010.18.113

作者：劉希臣，助理實驗師，碩士，主要研究方向為電力電子與電氣傳動。