時間：2023-03-25 10:43:38
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關鍵詞：AT89C51串行口無線數字電臺串行通信
一般的數字采集系統，是通過傳感器將捕捉的現場信號轉換為電信號，經模/數轉換器ADC采樣、量化、編碼后，為成數字信號，存入數據存儲器，或送給微處理器，或通過無線方式將數據發送給接收端進行處理。無線數據傳輸系統就是樣一套利用無線手段，將采集的數據由測量站發送到主控站的設備。
1系統組成
系統組成如圖1、圖2所示。
系統由測量站和主控站兩部分組成。測量站主要完成對現場信號的采集、存儲，接收遙控指令并發送數據。主控站的主要工作是發送遙控指令、接收數據信息、進行數據處理和數據管理、隨機顯示打印等。
2AT89C51與數字電臺的串行通信
Atmel公司的AT89C51單片機，是一種低功耗、高性能的、片內含有4KBFlashROM的8位CMOS單片機，工作電壓范圍為2.7～6V（實際使用+5V供電），8位數據總線。它有一個可編程的全雙工串行通信接口，能同時進行串行發送和執著收。通過RXD引腳（串行數據接收端）和TXD引腳（串行數據發送端）與外界進行通信。
2.1通信協議與波特率
數字電臺與單片機、終端主控機的通信協議為：
通信接口——標準串行RS232接口，9線制半雙工方式；
通信幀格式——1位起始位，8位數據位，1位可編程數據位，1位停止位；
波特率——1200baud。
數字電臺選用Motorola公司的GM系列車載電臺，工作于VHF/UHF頻段，可進行無線數傳（9線制標準串行RS232接口），也可進行話音通信；采用二進制移頻鍵控（2FSK）調制解調方式，符合國際電報電話咨詢委員會CCITT.23標準。在話帶內進行數字傳輸時，推薦在不高于1200b/s數據率時使用。實際使用時，電臺工作于220～240MHz頻率范圍，采用半雙工方式（執行收、發操作，但不能同時進行）即可滿足系統要求。
2.2AT89C51串行口工作方式
AT89C51串行口可設置四種工作方式，可有8位、10位和11位幀格式。本系統中，AT89C51串行口工作于方式3，即鳘幀11位的異步通信格式：1位起始位，8位數據位（低位在前），1位可編程數據位，1位停止位。
發送前，由軟件設置第9位數據（TB8）作奇偶校驗位，將要發送的數據寫入SBUF，啟動發送過程。串行口能自動把TB8取出，裝入到第9位數據的位置，再逐一發送出去。發送完畢，使TI=1。
接收時，置SCON中的REN為1，允許接收。當檢測到RXD（P3.0端有“1”到“0”的跳變（起始位）時，開始接收9位數據，送入移位寄存器（9位）。當滿足RI=0且SM2=0或接收到的9位數據為1時，前8位數據送入SBUF，第9位數據送入SCON中的RB8，置RI為1；否則，這次接收無效，不置位RI。
串口方式3的波特率由定時器T1的溢出率與SMOD值同時決定：
方式3波特率=T1溢出率/n
當SMOD=0時，n=32；SMOD=1時，n=16。T1溢出率取決于T1的計數速率（計數速率=fosc/12）和TI預置的初值。
定時器T1用作波特率發生器，工作于模式2（自動重裝初值）。設TH1和TL1定時計數初值為X，則每過“28-X”個機器周期，T1就會發生一次溢出。初值X確定如下：
X=256-fosc×(SMOD+1)/384×BTL
本系統中，SMOD=0，波行率BTL=1200，晶振fosc=6MHz，所以初值X=F3H。
2.3AT89C51與數字電臺的硬件連接
AT89C51與數字電臺的硬件連接如圖3所示。
系統采用異步串行通信方式傳輸測量數據。利用單片機串口與數字電臺RS232數據口相連。電臺常態為收狀態（PPT=0，收狀態；PPT=1，發狀態），單片機P3.5腳輸出高電平。單片機使用TTL電平，電臺使用RS232電平，由MAX232完成TTL電平與RS232電平之間的轉換。3片光電耦合器6N137實現單片機與電臺之間的電源隔離，增強系統抗干擾性能。
單片機通過帶控制端的三態緩沖門74HC125、非門74HC14控制電臺的收發轉換，以及指令的接收和數據發送。接收時，P3.5=1,c2=1，74HC125B截止；P3.5經74HC14反相、光電隔離，使電臺PPT腳為低電平，將其置為接收狀態；同時c1=0，74HC125A導通，接收的指令由電臺的RXD端輸入，經MAX232電平變換、光電隔離、74HC125A緩沖門，送入單片機RXD腳。發射時，P3.5=0，經74HC14反相、光電隔離，使電臺PPT腳為高電平，將其置為發射狀態；同時c1=1，74HC125A截止，c2=0，74HC125B導通，數據由單片機TXD腳輸出，經74HC125B緩沖門、光電隔離、MAX232電平變換，通過電臺TXD端口將數據發送出去。
3通信軟件設計
通信軟件至關重要，一旦出現問題，整個系統就會癱瘓。采取差錯控制與容錯技術是非常重要的。
*主控站發送的指令中包含一定數量的同步符55H和3字節的密碼。測量站在連續收到5個同步符后進行密碼驗證，驗證通過后正式接收指令字節；如未通過，則測量站發一信號讓主控站重發，三次驗證不過則停發該命令。測量站發/主控站收時，驗證方式與此相同。驗證通過后，測量站開始發送數據。
*一個指令由3字節構成，第二字節等于第一字節加上35H，第3字節等于第二字節加上36H。如果收到的指令不符合此規則，則重發該命令，連續三次錯誤時停發。
*主控站每發一個指令，測量站都回送一個應答信號。該應答信號中包含原指令樣本。
下面給出單片機串行口與電臺的基本通信程序。
初始化程序：
BTLEQU2FH；波特率放在內部RAM的2FH單元
MOVTMOD，#21H；T0方式1，16位計數器，T1方式2，串口用
SETBTR0；啟動T0
MOVBTL，#0F3H；波特率設定為1200
MOVSCON，#0C0H；串口方式3，9位數據，禁止接收
接收及驗證程序：
NUMEQU2BH；同步符個數值存放在內部RAM的2BH單元
TEMPEQU2CH
ROM-CH：DB55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H
DB55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H；20字節同步符
MIMDB''''WSC''''：3字節密碼“WSC”
SETBP3.5；置電臺收狀態
SETBREN；允許串口接收
A1：MOVNUM，#0；記錄連續到同步符55H的個數
A2：JBRI，A2；串口有數據轉A3
A3：CLRRI；清接收中斷標志
MOVA，SBUF；讀串口數據
CJNEA，#55H，A1；不是同步符轉A1
INCNUM；收到的同步符個數加1
MOVA，NUM；取收到的同步符個數
CJNEA，#5，A2；未收夠連續5個55H轉A2
A4:MOVNUM,#0;密碼驗證，記錄收到密碼字節數
A5：MOVDPTR，#MIM；密碼字符首址
MOVA，NUM
MOVCA，@A+DPTR；查表取密碼
MOVTEMP，A；保存密碼
JBRI，A6；串口收完一個字節轉A6
…
A6：CLRRI；清接收中斷標志
MOVA，SBUF；讀串口數據
CJNEA，TEMP，A4；與密碼不符轉A4
INCNUM；收到的密碼個數加1
MOVA，NUM；取已收到的密碼字節數
CJNEA，#3，A5；密碼未收完轉A5
發送程序：
CLRP3.5；置電臺發狀態
MOVB，#23
MOVDPTR，#ROM-CH
B1：CLRA
MOVCA，@A+DPTR；查表發送同步符和密碼共24字節
INCDPTR
LCALLSEND-CH；調發送單字節子程序
DJNZB，B1
…
CLRA
MOVDPTR，#7000H；外部RAM數據首址，發送外部RAM中的數據到電臺
B2：CJNER4，#0，B3
CJNER3，#0，B3；R4R3=發送字節數
B3：MOVXA，@DPTR；取數據
INCDPTR
LCALLSEND-CH
CJNER3，#0，B4
CJNER4，#0，B5
B4：DECR3
LJMPB2
DECR3
DECR4
LJMPB2
…
SEND-CH：SETBTB8
MOVSBUF，A
DB0，0，0，0，0，0，0，0
JNBTI，$；延時4μs
CLRTI
RET
論文關鍵詞：單片機；實踐教學；全國大學生電子設計大賽；項目教學
全國大學生電子設計競賽是由原國家教委和電子工業部組織的面向全國高等學校相關專業在校學生的競賽項目，是我國高校中舉辦時間長、實施范圍廣、參與學生最多的競賽之一，已成為考核大學生創新實踐能力的一個重要標尺，得到了高等教育界和社會的廣泛認可。大學生電子設計競賽對高校電子專業的教學內容、課程體系、教學實踐、教學手段、實驗室建設等方面的改革起到了積極的促進作用，為培養學生的創新設計能力搭建了良好的平臺。在沈陽工程學院，經過多年實踐，在電子設計競賽平臺上對單片機實踐教學進行改革，并取得了一定的效果。
一、單片機實踐教學中存在的主要問題
目前各高校由于觀念、資金、師資和環境等方面的原因，單片機實踐教學存在以下幾方面問題：
第一，實踐教學觀念仍存在偏差。由于受傳統文化教育觀念的影響，部分師生重理論、輕實踐的觀念仍客觀存在，實踐教學缺乏整體性、關聯性和系統性，仍處于理論課程的從屬部分，甚至部分實踐教學環節流于形式。
第二，實驗教學的弊端仍然存在。實踐教學課程的設置較為零散，順序和內容仍需優化；在開設的實驗中驗證型的內容多，開放性、設計性、創新型的實驗內容少，同時實驗內容存在單一性，而多知識點相結合的實驗少，并且在所開設的實驗課程中缺少與工程實際相結合的綜合性、研究性的實驗內容，不利于學生個性的發展和綜合能力的提高。
第三，實踐教學師資力量有待提高。教師中能夠滿足實踐實訓技能要求的人數比例不高，一部分年輕教師從高校畢業后進入學校從事教學工作，缺乏實踐教學環節的專門訓練，自身尚不能成為行家，難以勝任相關的實踐指導工作。
第四，實驗室建設投資有限，校內外實踐基地的建設不盡完善，不能滿足教學實踐的需要。
第五，實踐教學缺乏科學的評價與考核方法?，F行的教學評價機制不能起到強化實踐教學環節和鼓勵實踐教學環節改革創新的積極性，相反存在著制約傾向。
二、電子設計競賽促進實踐教學改革
大學生電子設計競賽的目的在于推動電子信息類課程建設，引導高等學校在教學中培養學生的創新能力、協作能力和理論聯系實際的學風，培養學生的工程實踐素質、提高學生針對實際問題進行電子設計制作的能力；吸引、鼓勵廣大青年學生踴躍參加課外科技活動，為優秀人才的脫穎而出創造條件。本文從師資隊伍建設、實踐教學內容、單片機實踐教學模式等方面探討實踐教學改革。
1.師資隊伍建設
隨著電子技術的高速發展，教學內容往往落后實際幾年甚至更多，這就要求教師能適應和趕上這種發展、變化，要有更寬更新的知識面和更豐富的實踐經驗，不斷地將新內容、新技術、新方法充實到教學中去。我們研究制定了教學隊伍知識、技術不斷更新的科學有效的培養培訓制度。鼓勵教師到國內知名高校和高新技術企業學習深造，同時積極邀請高水平的技術人才給教師作報告。
2.依托電子設計競賽豐富單片機實踐教學內容
（1）優化實踐教學內容。制訂實踐教學大綱時應該適當調整學時，以順應單片機技術的快速發展，對現有的教材進行適當的增減，刪除一些課本中的老化的、無關緊要的、過于理論化或抽象化的內容，增加一些在生產生活中可能運用到的真實案例和最新的單片機理論知識，通過實際案例將抽象的理論具體化。在教學中，適當加強C語言的學習，讓學生既能看懂匯編語言也能夠運用C語言將復雜的程序簡單化。
（2）推廣應用proteus仿真軟件及keil編譯軟件。Proteus仿真軟件上有國際通用的虛擬儀器及電子元器件庫，學生可以更加方便地進行電路原理圖的設計和仿真測試，觀察電路的工作狀態及軟件運行后的變化情況。同時通過網絡課件等形式引導學生練習使用keil軟件。在單片機中，所有硬件電路設計、對應軟件都可以在proteus和keil平臺上進行。Keil完成單片機軟件設計調試，proteus完成硬件設計及系統運行結果查看。這些軟件極大地開拓了單片機的學習空間，降低了單片機的學習成本，提高了學習效果。轉貼于
3.結合電子設計競賽，改進單片機實踐教學模式
（1）項目教學法的應用。建立以任務或項目為教學主線、教師為主導、學生為主體的實踐教學模式。在學生最初接觸單片機課程時，將單片機在實踐生產的應用介紹給學生，并將科研項目或往屆電子設計競賽的作品（如多功能函數發生器、數字存儲示波器等）帶進課堂，激發學生對單片機課程的學習興趣。通過實踐的操作，帶領學生在動手實踐中深化理論知識的學習，并在動手實驗教學中培養學生完成創新實驗和課程設計的能力。課程設計和創新實驗不僅要求學生具有獨立分析問題和解決問題的能力，更加對學生的創新能力提出一定要求。在教師的引導和指導下，學生根據電子競賽方向設計具有實際意義的電路，這不僅是對學生綜合能力的提升，更是為學生將來走向社會成為應用型人才打下良好基礎。
（2）以競賽為契機，推進單片機課外教學。作為一門知識更新速度較快的課程，單片機教學的實戰性得到重視。在全國大學生電子設計競賽的推進下，學生逐漸走出課堂，不僅僅滿足于平時課堂上學習的內容，而是自動自發地走進實驗室，將單片機的學習當做課余生活的重要組成部分。我校為學生成立了開放性實驗室，并為學生購置了AT89S51單片機最小系統開發板、51系列單片機試驗箱等最新實驗器材和實驗操作中使用到的各類元器件。同時教研室機房的每臺計算機均配備了keil編譯軟件和proteus仿真軟件，使學生在自主學習過程中可先通過仿真軟件驗證實驗思路、電路和程序的正確性，并在仿真成功后利用開發板或實驗箱完成實驗操作。以大賽為契機，讓學生在以“取得名次為目標，提高能力為目的”思想指導下，主動思考，勤于鉆研，通過大量電路板的繪制、編程仿真、調試等練習將動手操作能力不斷地提到新的高度。
在整個競賽的準備過程中，學生表現出單片機學習的極大熱情，每次項目完成后教會學生做好總結和鞏固工作并鼓勵他們探索新的任務，通過親身實踐獲得實際經驗，養成科學精神和科學態度，掌握基本的科學方法，綜合運用所學知識解決實際問題。
（3）加深校企交流，為學生就業創造良好平臺。填鴨式的教學模式使得許多大學畢業生在就業后只會“紙上談兵”。為填補工程技術人才的空缺，真正讓學生帶著技術走向工作崗位，我校不斷通過與企業的交流進行課程改革。近年來，我校與東軟集團、中科院微電子所、中科院自動化所、中科院計算所等多個企業均有合作，安排學生到生產線及公司研發部門參觀學習，到相應崗位短期實習，許多在電子競賽中涌現的優秀人才更是被各企業錄用。
我校還建立了完整的網絡平臺。在平臺上，學生不僅可以獲取最新的單片機技術知識和科技資訊，還可以與往屆畢業生進行在線交流，對目前的就業形勢、就業方向有更好的把握。促使學生提高自身水平，為順利就業打下良好基礎。
4.單片機實踐教學考核方式的改革
單片機實踐教學考核重點考核和評價學生技術應用能力的掌握程度。改革過去主要以平時成績為主考核模式，采取更加系統、合理并與實踐教學內容和教學方法相適應的多樣化考核方式，促進學生實踐創新能力的發展與提高。具體做法如下：平時出勤成績占20%，平時各章課題實驗成績占40%，期終實踐技能考核成績占40%（其中，考核內容完成情況占20%，課題報告答辯成績占20%）。
期終實踐技能考核內容為完成一個單片機應用系統開發任務。為了有效、合理地組織考核，安排2～3人一組，每組內容不同、難度相當，完成時間為3～4天。評分（包括系統測試、審閱課題報告和答辯）時間為1～2天。
關鍵詞：單片機；實踐教學；創新精神
隨著科技的不斷發展，單片機的應用也越來越廣泛，它滲透到了我們生活的各個領域。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機，更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫療器械了。因此，單片機的學習、開發與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。高校的很多專業，單片機是必修課。單片機是一門應用性很強的課程，為了讓學生學好這門課程，教學實踐是非常好的手段。單片機實踐教學包括單片機基本理論試驗、典型功能實驗（課程設計）、應用開發實驗（畢業設計）以及新技術使用實驗等多環節訓練。
一、單片機實踐教學的意義及現狀分析
隨著經濟和科技的飛速發展，社會需要很多素質高、能力強、有開拓精神的人才。高校單片機教學，不僅要傳授給學生單片機理論上的知識，還應該讓學生掌握基本實踐手段，更為重要的是要讓學生擁有運用這些手段從事科學研究的能力。高校單片機教學中的實踐教學，就是基于上述原因考慮的。但是，在實踐教學中，教師傳授學生實踐技術還遠遠不夠，尤其是不能培養學生的能力，不能讓學生的知識和能力得到全面的發展。因此，在單片機實踐教學中，教師必須選擇合適的教學方法，培養創新型人才。
在傳統的單片機實踐教學課程中，單片機實驗均是以單片機實驗箱或者單片機技術開發裝置為實驗器材，這些實驗都是驗證性試驗和訓練性實驗，學生在進行這些實驗時，只是被動根據教師的指導和實驗講義一步一步來完成實驗的相關內容。在進行這些實驗時，學生非常被動，同時，這些實驗又與實際應用完全脫軌，因此經常出現學生學完了整個單片機課程但是卻不知道單片機的應用場合的現象。這樣培養出來的學生，根本就不具備實際開發能力，更別說是創新型人才了。
為了從根本上解決這個問題，我們應該在單片機實踐教學中注重對學生能力的培養，這樣就要求我們建立單片機實驗教學新體系，打破單片機實驗教學依附于理論教學、為理論教學服務的傳統觀念。建立這個新的實驗教學體系，首先就得改變傳統觀念，提高實驗教學的地位。新體系中的實驗不應再是簡單的驗證性試驗和訓練性試驗，而應該是各階段的實踐訓練。為了把學生培養成為有單片機開發能力的高素質人才，我們必須利用實驗室的有利條件，運用現代化的實踐教學手段，改革和完善單片機實踐教學的內容和方法。
二、單片機實踐教學改革的具體途徑
（一）改變教育觀念，提高單片機實踐教學的地位
在以前的單片機教學中，教師普遍重視理論教學而輕視實踐教學，實踐教學只是附屬和服從于理論教學。要培養出高素質的、具有單片機開發能力的人才，教師必須改變傳統觀念，重視實踐教學，把實踐教學放在和理論教學同等重要的地位。另外，在以前的單片機教學思想上，注重的是繼承，要培養創新型人才，就必須改變這種教育思想，樹立創新教育觀念，努力培養學生創新的思維方法和敏銳的觀察力。
（二）完善實踐教學方法，豐富實踐教學內容
1.改革實踐教學方法
將實驗過程在理論教學中體現。教師在進行理論教學時，可以聯系實際，聯系學生設計的課題，在課堂上進行互動式教學，激發學生的學習積極性，培養學生獨立思考的能力。單片機實驗是一個內容豐富、靈活機動的設計性、綜合性實驗，它要求學生自行進行電路設計、程序編寫、安裝、制作、仿真調試、燒錄到脫機運行。學生進行實際操作以及排除各類故障的過程，實際上是一個培養他們動手能力和獨立創新意識的過程。這個過程讓學生將理論知識和實際操作進行結合，讓他們的綜合素質得到鍛煉和提升。在實驗課程中增加新技術實驗，讓學生在學習新技術的過程中了解該技術的發展空間，會激發學生的學習積極性。采用全開放的實驗教學模式，讓學生參與單片機實驗室和單片機科研基地的建設，參與科研項目的設計開發，這樣能夠鍛煉學生各方面的能力。在各個階段的實訓中，教師要特別注意自己的定位，要把自己定位為一個實驗組織者和指導者，讓學生發揮主體作用。在實驗中，要讓學生自始至終都是主角，把傳統教育中成功的方面與創新教育有效地結合起來，培養學生的創新精神。
以全開放的實驗教學模式為例，全開放式實驗教學是指實驗內容、實驗時間和實驗儀器設備的“三開放”實驗教學模式。這種實驗教學模式是由學生自主完成實驗，教師在其中只是起引導作用。實行開放式實驗教學能夠有效地提高實驗教學的效果，對學生自主學習能力的提高有著顯著成效，同時，還能夠有效地培養學生的實踐動手能力和創新精神。開放式實驗教學的具體做法是：每個學期開學的前兩周，通過學校的網絡實驗室開放時間以及實驗項目類型，其中實驗項目類型包括計劃內實驗項目和可選實驗項目。學生提前預約，然后由教師安排時間進行試驗。學生在實驗時，可以做計劃內項目，也可以做可選實驗項目，甚至可以自己設定一些實驗進行操作，教師可要求學生把實驗情況記錄下來，做一份實驗報告，由教師進行指導和審核。教師應該盡量保證實驗在教學時間、教學內容和教學環境上的開放。所謂教學時間上的開放是指實驗室一直對學生開放，只要學生愿意，可以隨時去實驗室做實驗，而且實驗過程不受計劃學時的限制；所謂教學內容上的開放是指教師不必拘泥于教學計劃，可以適當地突破限制，根據學生的實際需要進行教學；所謂教學環境上的開放是指教師應該為學生提供自主學習的環境。因此，教師必須改變傳統教學觀念，改變教學方法，給學生更大的獨立思考的空間，為學生提供充分的教學課件和實驗手段等，真正做到讓學生能夠放開手腳、大膽探索。
2.實踐教學內容的改革
教師在實踐教學中，要增加設計性、研究性的實驗，而減少驗證性實驗。教師在進行實驗項目的挑選時，要特別注意區別對待不同層次的學生，對實驗項目進行適當修改，讓實驗既可以變得困難，也可以變得容易，真正讓學生得到鍛煉和提升。比如，在單片機實踐教學中最常用的電子時鐘系統設計，用LED數碼管或者LCD液晶來顯示時、分、秒，教師可以讓學生完成正常功能設計，而對有更高能力的學生，則讓他們更充分地發揮，將其設計成競賽記分牌、定時器、秒表等，以激發學生的學習興趣和創造力。另外，教師還可以先選擇一些課題，然后讓學生對這些課題進行發揮，設計出一系列的子課題，再引導學生進行電路設計、程序編寫，最后完成產品。要真正提高學生的單片機應用和開發能力，就必須進行教學方法和教學內容的改革。
3.加強單片機應用系統畢業設計的實踐教學
畢業設計是學生大學生活中一次大型的綜合性訓練，也是提升學生單片機應用和開發能力的一個平臺。學生完成一次畢業設計，電路的設計、程序的編寫、產品的制作完成，對學生的單片機應用和開發能力會有很大的提升。教師可以選擇一些實際生活中應用到的課題，這樣不但可以讓學生將所學的知識應用于實際，也能夠有利于學生學會站在實際的角度考慮問題。在畢業設計的過程中，要要求學生先進行方案的設計和論證，然后再進行軟件系統和硬件系統的設計，再進行調試和安裝，最后完成論文編寫。畢業設計對學生實踐能力的培養有極大的好處，教師應該利用這個平臺，提升學生能力。
（三）建立高水平的教師隊伍
優秀人才的培養不僅僅需要相應的教學條件和教學環境，更加需要高水平的教師隊伍?？偫碓诳平填I導小組會議上指出：“百年大計，教育為本，教育大計，教師為本。有好的教師才能有好的教育”。教學質量和教學水平是由教師水平的高低決定的。作為單片機實踐教學的教師，應該具備產品研發能力和科技研究能力，同時，還要教書育人，對學生進行新技術指導。
三、結語
單片機實踐教學應該具備相應的目標和功能。它的目標不應該是傳統教學中的進行理論驗證，最起碼不能是單純地進行理論驗證，而應該是培養學生的單片機實踐能力和創新精神。它的功能應該是培養學生在實踐中設計電路、編寫程序、發現問題、分析問題、最后解決問題的能力，培養學生科學嚴謹的作風和科學研究的能力。在單片機實踐教學中，只有要求學生既要動腦又要動手，才能達到單片機實踐教學的目標，實現單片機實踐教學的功能。在單片機實踐教學中，教師只有有效地培養學生的實踐能力和創新精神，加強學生獨立思考的能力，豐富教學內容和教學方法，才能推動單片機實踐教學水平的發展，提高人才培養的質量，更好地為國家、為社會培養優秀人才。
參考文獻：
［1］ 章萬靜，劉長榮，刑海霞，顧軍林.軟硬聯合仿真在單片機實踐教學中的應用［J］.電腦知識與技術，2010，17（21）：256-257.
［2］ 陳淑潔.“開放―自制―開發”一體的單片機實踐教學創新研究［J］.中國現代教育裝備，2009，12（9）：105-107.
關鍵詞：溫度傳感器，濕度傳感器，GSM，遠程監測
1、引言
高級別的質量檢測需要在高質量的環境中進行。溫度和濕度是環境的重要參數，對溫濕度的監測是實現優質環境的重要手段。為了避免人為干擾環境和提高效率，遠程監測是一種有效的方法。目前的遠程監測系統大多采用以太網絡、無線數據傳輸模塊或zigbee無線網絡傳輸數據[ 1-6]。但是，以太網是有線傳輸，需布線，受地理環境影響較大；無線數據傳輸模塊的傳輸誤碼率高，可靠性差；zigbee是專用協議無線網絡，成本高，開發難，而且覆蓋范圍有限。本文提出一種基于GSM的溫濕度遠程監測系統，具有傳輸誤碼率低、成本低及覆蓋范圍廣等優點，并且可與監測人員的手機綁定，實現隨時、隨地，移動監測。
2、傳感器的數學模型
2.1 半導體溫度傳感器原理
根據PN結理論，在一定的電流模式下，PN結的正向電壓與溫度具有很好的線性關系。對于理想二極管，只要正向電壓VF大于幾個KT/q，其正向電流IF與正向電壓VF和溫度T之間的關系可表示為
(1)
式中IS 為二極管反向飽和電流， K 為波爾茲曼常數（1.38×10-23J/K），T 為絕對溫度（K）， q為電子電荷（1.602×10-19庫侖），
整理后，得
(2)
如前所述，晶體管的基極一發射極電壓在其集電極電流恒定條件下，可以認為與溫度呈線性關系[7]。
2.2 阻抗型高分子濕度傳感器原理
阻抗型高分子濕度傳感器的感濕原理如下：高分子濕敏膜吸濕后，在水分子作用下，離子相互作用減弱，遷移速度增加；同時吸附的水分子使解離的離子增多，膜電阻隨濕度增加而降低，由電阻變化可測知環境濕度。阻抗型高分子濕度傳感器復阻抗與空氣相對濕度、材料配方和電極結構都有關系： 與我有關系
(3)
其中m為叉指對數，b為單個叉指長度，n為電化學反應電子轉移數，f為法拉第常數，c*為氧化劑濃度，D為擴散系數[8]。
但由于傳感器的材料配方、電極結構等方面的不同，導致各種不同的阻抗型高分子濕度傳感器的特性曲線有較大差別，不能用統一的曲線來概括。
3、遠程監測系統
本系統采用先進的GSM無線通信技術、配合以嵌入式解決方案和數據采集等先進技術，構建了一種基于GSM的溫濕度遠程監測系統。
3.1 系統組成及功能
系統分為監測中心站和遠程監測終端兩個部分:監測中心站主要有PC主機、GSM通信模塊TC35i組成（或用戶手機）；遠程監測終端主要是由LPC2148ARM內核控制器、GSM通信模塊TC35i、信號調理電路、人機接口和通信接口電路組成。監測中心站通過GSM網絡與監測終端進行無線遠程通信,實現了基于GSM的遠程監測。系統結構圖如圖1所示。
圖1 遠程監控系統框圖
系統實現的功能主要包括數據采集、數據傳送、報警、實時控制和數據處理。遠程監測終端主要負責采集溫度、濕度、2項數據，根據監測中心的命令進行實時上傳數據。中心對收到的采集數據進行處理，報警，實現實時監控。
3.2 溫度檢測電路
本系統采用AD公司生產的單片半導體集成模擬型溫度傳感器AD590。它具有線性度高、精度高、體積小、響應快、價格低等優點,測溫范圍為-55~+150℃。具有良好的互換性,非線性誤差為±0.3℃。此外,AD590的抗干擾能力強,信號的傳輸距離可達100 m以上[9]。
流過器件AD590的電流(μA)等于器件所處環境的熱力學溫度(開爾文)度數：
(4)
式中，—流過器件(AD590)的電流，單位K
AD590的靈敏度為1μA/K,0℃時輸出273μA電流,每上升1℃輸出電流增加1μA ,每下降1℃輸出電流減小1μA。AD590基本測溫電路如圖2所示。
圖2 溫度檢測電路
3.3 濕度監測電路
系統采用CHR-01型阻抗型高分子濕度傳感器，其復阻抗與空氣相對濕度成指數關系。其基本特性為：工作電壓1V AC（50Hz ～ 2 K Hz），檢測范圍20%～ 90% RH，檢測精度±5%，工作溫度范圍0℃～＋85℃，特征阻抗范圍21 ～ 40.5KΩ。濕度傳感器阻抗變化與溫度有關，其關系見規格書中濕度阻抗特性數據表，通常先檢測溫度，然后按阻抗查表獲得濕度值。由于直流電壓可使水分子電離，加速老化，所以采用交流電壓測試其阻抗[10]。
將CHR-01與555構成多諧振蕩器，通過檢測頻率，進而獲得阻抗。濕度檢測電路如圖3所示。
圖3 濕度檢測電路
低電平表達式：
高電平表達式：
輸出頻率表達式：
(5)
利用單片機的定時器/計數器進行頻率測量，假設計時時間為T(s)，此期間計數值為N，則被測頻率f=N/T
則CHR-01的阻抗為
(6)
其中R1與C的選擇很關鍵，電容C要選擇高精度電容，一是保證其充放電的能力，二是為了其電容值精確，更方便計算濕敏電阻的返回值。
3.4 GSM模塊
本系統采用西門子公司工業級GSM模塊TC35i進行遠程數據傳輸。TC35i支持中英文短消息，自帶異步串行通信接口，方便與PC機和單片機接口，可傳輸語音和數據信號，通過AT命令可實現雙向傳輸指令和數據，波特率可達300b/s。它支持Text和PDU格式的SMS(Short MessageService，短消息)，電源范圍為直流3.3～4.8V，電流消耗為空閑狀態為25mA，發射狀態平均為300mA。
3.5 微控制器LPC2148
現場監測站采用了PHILIPS公司基于ARM7 TDMI-S 內核的微控制器LPC2148作為主控制器，完成現場監測站的全局控制。論文參考網。LPC2148內嵌32KB 的片內靜態RAM 和512 KB 的片內Flash 存儲器，片內集ADC、DAC 轉換器，實時時鐘RTC，2 UART ,及USB2.0等多種接口。具有JTAG調試接口、方便在線調試，而且應用電路相對簡單，開發和生產的成本低。芯片可以實現最高60 MHz 的工作頻率，能夠滿足嵌入式系統μC/OS-II 及人性化的人機界面的要求。大容量的內存，方便了收發短消息時的數據緩沖。
4、系統的軟件設計
系統采用GSM無線通信模塊TC35i實現遠程數據通信，TC35i通過AT命令來進行控制，采用短消息方式進行數據傳輸。系統軟件包括現場監測站軟件和監測中心站軟件兩部分。現場監測站軟件主要完成短消息收發、PDU數據協議分析、A/D轉換、串口通信及人機接口的功能，其中重點是短消息收發和PDU數據協議分析，這是解決現場監測站與監測中心站之間遠程無線通信的關鍵。論文參考網。監測中心站的短消息收發及PDU數據協議分析與現場監測站軟件流程基本相同，不再贅述。
4.1 發送短消息
發送短消息的過程:首先將短消息中心號碼、對方號碼、短消息內容編碼成PDU格式;然后計算出短消息的長度,發送AT+CMGS=〈lenghth〉〈CR〉,〈CR〉代表回車即ASCⅡ碼0x0D。等待TC35i模塊返回ASCⅡ字符“〉”,則可以將PDU數據輸入,PDU數據以〈Z〉作為結束符。短消息發送結束后模塊返回〈CRLF〉OK〈CRLF〉。發送短消息流程圖如圖4所示。
圖4 發送短消息流程圖
4.2 接收短消息
接收短消息使用定時器進行周期性串口查詢的方式。短消息到達后,計算機可以接收到指令〈CRLF〉+CMTI:“SM”,INDEX(短消息存儲位置)〈CRLF〉。讀取PDU數據的AT命令為AT+CMGR=INDEX〈CRLF〉,執行此命令后模塊返回剛剛收到的PDU格式的短消息內容。收到PDU格式的短消息后,將這個短消息進行解碼,解碼出短消息發送方的手機號碼、短消息發送時間、發送的短消息內容。接收短消息流程圖如圖5所示。論文參考網。
圖5 接收短消息流程圖
6、結論
為了實現質檢所需的優質環境，本文研究一種基于GSM的溫濕度遠程監測系統。設計了以LPC2148為核心的現場監測終端系統，實現溫濕度的采集，短消息收發及人機接口等功能，并通過GSM模塊TC35i與監測中心站通信，接受指令并實時上傳信息，實現了監測中心對現場溫濕度的遠程監測。實驗表明，本系統傳輸誤碼率低，通信可靠，具有很好市場前景，也為高效率遠程監測系統的實現提供了一種新方法。
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[關鍵詞]電能質量；分析；技術研究；實踐；支持向量機
中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）47-0254-01
在電力系統發展的早期，地理負荷的組成比較簡單，主要由同步電動機、異步電動機和各種照明設備等線性負荷組成，因此衡量電能質量的指標也比較簡單，主要由頻率偏差和電壓偏差兩種。然而，隨著多種、大型高科技機電的使用，對電能的質量要求不斷增高。為了確保提供更好質量的電能，就必須解決電壓偏差、頻率偏差、諧波偏差、電壓波動和閃變、三相電壓不平衡等問題。在想辦法供應優質電能的最初，要掌握電能質量分析方法、電能質量擾動的因素原因以及采取怎樣的措施進行改變和完善。下面就大家一起來進行探討一下。
1.電能質量分析方法
電能質量問題主要的分析方法可分為時域仿真、頻域分析和基于數學變換的分析方法三種。在這三種方法中，時域仿真方法在電能質量分析中的應用最為廣泛，主要用途為利用時域仿真程序對電力系統電能質量擾動現象進行研究分析。電能質量標準是保證電網安全經濟運行、保護電氣環境、保障電力用戶正常使用電能的基本技術規范。
1.1 時域仿真法
利用暫態仿真程序可以對電容投切造成的暫態現象、電弧爐造成的電壓波動等電能質量問題進行分析，還可以對電力系統的各種控制器以及控制策略進行仿真分析。利用時域仿真計算的缺點是仿真步長的選取決定了可模擬的最大頻率范圍，因此必須事先知道暫態過程的頻率覆蓋范圍。
1.2 頻域仿真法
頻域分析方法主要用于電能質量中諧波問題的分析，利用常規的諧波潮流計算，分析諧波在系統中的分布情況。這種方法簡單，適用于大多數情況，因此在實際諧波潮流計算中的應用較多。
1.3 電能質量的數學分析方法
電能質量數學變換的分析方法主要指傅立葉變換方法、短時傅立葉變換方法、矢量變換方法、小波變換方法、瞬時無功理論以及基于支持向量機等。其中最為廣泛應用的是基于支持向量機的方法。下面重點介紹一下基于支持向量機的方法。
2.基于支持向量機的電能質量擾動分析
電能質量分類一般步驟是對電能擾動進行傅立葉變換或小波變換等數學變換，提取特征量，建立分類規則進行分類。目前常用于電能質量擾動分類的方法有貝葉斯方法、BP、專家系統、模糊邏輯、綜合數值評判理論等。最初用來解決模式識別問題，隨著ε-不敏感損失函數的引入，已被拓展為解決線性、非線性回歸問題估計問題。電能質量分析中的電能質量擾動分類實際上就是模式識別問題，利用基于回歸估計的諧波分析模型也可以對諧波和間諧波進行分析。因此將該方法引入電能質量監測分析中，應用在諧波分析、擾動分類、擾動定位、擾動信號壓縮、電能質量診斷等領域，這是值得探求的問題。
支持向量機理論可以方便快捷地對電能擾動進行分類，但是如果要準確得出各種擾動的具體特征量，如跌落的幅值，相角突變等只有通過對擾動波形實時采樣、特征計算得到。論文下面內容就是利用單片機設計電能質量在線監測裝置，除監測常規電能質量指標外，還利用單相電壓變換平均值法監測跌落、瞬態中斷等動態電能質量指標。
3. 電能質量控制的具體實踐
電能質量監測系統設計首先要考慮的是要具有很強的處理能力，以滿足電能質量重大數據量的運算要求。系統必須易于實現、靈活，具有通信功能，便于系統集成和高級應用的開發。
3.1 電能質量監測系統的軟件設計
3.1.1跌落等動態電能質量的監測算法
（1）均方根值計算法
（公式1）
（2）基波分量法
（公式2）
3.2 常規電能質量指標的監測
對諧波、三相不平衡、電壓電流均方根值、有功無功等的監測也進行了程序設計，由于其監測原理在其他文獻己多有介紹，這里不在重復。只給出諧波和三相不平衡的流程圖，如圖2所示。
3.3 實踐應用
（1）電壓轉換電路
以a相為例，a相電壓轉換電路如圖3所示。
（2）電流轉換電路
電流轉換電路主要由電流互感器、運放等組成。如圖4所示。
由于篇幅有限，其他設計不再一一贅述。
4 結束語
隨著國民經濟的高速發展，輕工業與重工業并駕齊驅，電能的需求不斷增加，電能質量問題頻頻出現也越來越受到關注。當然，問題也不僅僅這些，電能質量問題同電力系統自身的發展同步并隨著電力系統的發展而不斷增添新的內容。開展電能質量的長期監測和統計分析，進而實現對電能的全面質量控制，已經成為許多電力公司的共同愿望和實際行動。
參考文獻
[1] 姚建剛，郭知非，陳錦攀.基于小波和BP神經網絡的電能擾動分類新方法[J].電網技術.2012（05）.
1.1計算機工程專業方向培養目標
計算機工程專業方向學士學位學制為4年,學習科目主要內容為廣大領域內計算機科學及其應用。專業的主要培養目標為:1、理解并掌握計算機的基本理論和實踐;2、培養能應用計算機新技術的能力;3、在計算機領域為學生提供進一步學習的知識基礎。該專業主要為信息技術類企業的生產和研發培養人才。畢業生的就業范圍也比較大,可以在軟件開發、軟件測試、網絡管理、軟件系統管理、客戶培訓和服務、項目開發、設計和調試等方面從事工作。該培養目標比較簡單,以培養學生的工程素養為基準,滿足社會對大批量的開發性人才的需要。
1.2科學合理的課程設置
按照培養目標,應加大計算機應用方面課程設置,注重新課程的開設和引入計算機的新技術新應用,使計算機工程專業方向與時俱進,合乎信息社會發展的節拍。相比當前國內高校的計算機學科各個方向,本課程體系側重應用性、實踐性環節。計算機工程專業方向的課程分為非計算機專業課程和計算機專業課程兩類。非計算機專業課程占總課時的比例應該為17%;其必修課為國家本科工程類教學規定的。增加了非計算機專業課程選修課,其目的是提高學生的文化修養和相關領域知識的了解,能夠拓寬視野和擴大知識層面,這些課程主要為文學院、工商學院、信電學院、機電學院和法學院所開設的課程中選擇,要求該專業的學生必須限選7門,主要是按照學生個人的興趣和個人目標為選擇指導。計算機工程專業課程分為3個層次:專業必修課、專業選修課和實踐環節,其中必修課占總課時的比例38%,選修課占總課時的比例19%,實踐環節占總課時的比例26%。專業課程主要為計算機應用以及軟件工程和信息處理課程,包括當前應該掌握的課程如離散數學、計算機原理、操作系統、數據庫原理、算法分析、計算方法、Web技術、多媒體技術、人工智能及其應用、Java和C++面向對象程序設計、軟件工程、計算機系統結構和計算機網絡等,注重計算機學科應用能力的培養。減少了計算機硬件的課程,例如模擬電子和電路、單片機原理和微型計算機原理;而是以計算機組成原理課程為核心,以課程事例引入嵌入式計算機和微型計算機的內容。按照國際和國內信息社會對軟件業發展需求來設置教學課程,以適合應用型軟件人才培養的目標。不應過多強調全面的基礎課程,縮小基礎,加強知識綜合,以培養應用型人才為主。在教學內容上強調應用性、針對性和系統性。
1.3實踐教學體系設置
計算機專業具有實踐性[1]非常強的特點,設置了課程實驗、綜合設計、教學實習、社會實踐、畢業設計等多種形式比較系統的實踐教學體系。實踐教學以綜合設計和畢業設計為主。按照計算機課程設置,綜合設計有高級程序語言綜合設計、計算機原理綜合設計、操作系統綜合設計、軟件工程綜合設計、Web技術綜合設計、信息管理系統綜合設計等6門次。綜合設計是以班級為單位教學,以當前現實的計算機項目開發為目標,學生獨立設計和完成,以培養學生的創新能力為核心。較大的項目則采用多名學生協同完成,進一步提高學生增強交流能力、解決問題能力和應用技術技能。畢業設計采用導師負責指導制,設計開發綜合應用項目,按照軟件工程和信息開發的標準編寫文檔、撰寫程序代碼,提交一個項目總結和程序系統,包括開發文檔、程序源代碼、數據庫結構、配置文檔和測試文檔。在答辯委員會的審核和測試下完成畢業設計,不再進行包含大量基礎知識和重復開發文檔內容的畢業論文撰寫,側重于提高學生的應用能力。
2計算機工程專業方向的課程實施的若干教學改革
2.1注重課程實驗教學
課程實驗是計算機工程專業方向實踐教學中的一個重要環節,其實施質量對專業教學質量具有舉足輕重的影響[3]。實踐性比較強的課程都設有試驗內容,按照知識結構和學生需求分配合理的試驗學時。課程的每個單元實驗都是從講授過該課程一段知識范圍中選取的,其內容相對獨立、自成體系。這些實驗集中反映了各門技術課程的典型方法和基本技術,能夠加深理解和掌握課堂學習主要內容。當前多數采用實驗課程單列方式進行的,要求每個單元實驗結束后,每一個學生應獨立完成試驗過程和結果的分析,撰寫自己的實驗報告,進一步訓練學生的科技報告撰寫能力。通過課程實驗學生能夠深入理解課堂中所學習的基本原理、基本方法和基本技術。在實驗過程中掌握計算機專業學習所需要的實驗技術和實驗方法。
2.2教學方式改革
課堂教學仍然是主要的教學模式,以實踐為核心的計算機工程專業方向的教學更應該注重教學互動,以靈活掌握技術為中心。課堂教學中增加討論課、習題課、觀摩課、演示課等方式,補充以大量相關技術講座,自學輔導課相應增多,提高學生的自主性。以實踐為目標的課程教學以大班講課程內容,采用多媒體和網絡,以豐富多樣知識形式展示給學生,更加自然的方式掌握理論知識;同時采用小班輔導方式,進行個性化教學。小班輔導為學校劃分的自然班級,或者自由組合而成的臨時班,但每個班學生人數不超過30人,以便每個學生能夠直接面對教師來解惑,消化并真正掌握課程內容。按照計算機工程專業方向的課程教學大綱知識點選擇合適的教材和教學參考書,以國家優秀教材和各種專業學科規劃教材為主要參考,也可以選擇國外著名大學教材。但是一定要以課程體系完整性為核心,不能選擇過多以計算機理論和抽象內容等先進性為主的教材,要選擇適合專業和學校學生實際需要的教材。注重教材與教材之間的相互銜接,符合計算機工程的課程設置。計算機工程專業方向的理論核心和課程多數起源于美英等國家。為了提高計算機專業的大學生素質和學科的發展,雙語教學教育[2]已經成為必然趨勢,它能使學生直接和國際接軌,滿足IT市場對學生素質的需求。普通高等院校的學生的英語水平參差不齊,為此要采用多種形式進行雙語教學。對于學生基礎素質好的學校和學校,外語教學課程達到所開課程的5%-10%。素質比較差的可以實現部分課程選用外語教材,采用中文授課,逐步到位。
2.3考試方式改革
減少閉卷考試,增加開卷考試,也可以采用項目系統開發、課程報告等考核方式。當前以多種方式的綜合為主,總評成績由考試成績、平時成績和試驗成績組成,其比例為30%、40%、30%。學生平時成績為學生在課堂上的回答問題和討論課的發言,以及作業和專題報告、期中測試等,以此來激勵學生與教師的互動,提高學習積極性,也能提高他們的語言表達能力和思維能力。課程試驗內容減少驗證型和演示性,以設計性、綜合性和研究性實驗為主,采用實驗過程和結果的考核,提高學生的實踐和創新能力。該考核方式能及時了解學生學習狀況,更好指導教學方向。
2.4教學資源庫的建立
教學資源包括以學校數字圖書館為核心的公共數字信息資源和專業教學資源。公共信息資源建設以學校定位和辦學特色為基準,購買其他高校優秀信息資源和社會商業信息資源為主,本校自己創建信息資源庫補充。公共信息資源庫以服務公共教學和學生自主學習為主。計算機工程專業教學資源建設關系到專業方向的發展和底氣,以自己建設為主,突出精品課程,按照各個課程的自己特點建設比較全面的數字資源。
2.5開源應用到教學各個環節
開放源碼程序就是公開源代碼存取訪問、軟件自由再分發,任何人可以閱讀、再、修改軟件的源程序,通過讓更多人參與來提高軟件的質量、可靠性、安全性、開發速度等。把開源軟件應用到計算機課程教學中可以提高學生真正地參與比較大且比較實用項目的實踐機會,讓學生培養融入IT市場,提高學生的實踐能力;同時學生也能夠學習到更多的核心技術和系統開發技術,開拓知識面,積累實際的開發經驗把握住計算機新技術和掌握計算機發展方向。學生通過感興趣的項目,能夠在相互溝通中使計算機素質得到大大提升,也可以協同開發和學習中相互碰撞中產生新的思想,擁有新的技術,同時也必定激發出學生的創造性。