单片机应用技术 教案 项目2、3 LED动感灯箱设计与实现、汽车转向灯设计与实现

教案3项目2LED动感灯箱设计与实现一、教学设计课程名称单片机应用技术学习项目授课学时授课班级授课人数授课地点所选教材《单片机应用技术》授课时间授课方式教学内容项目2LED动感灯箱设计与实现其他资源媒体资源微课，PPT，视频，动画，职教云平台，Keil软件，Proteus软件，51单片机实训平台等环境资源嵌入式实训室、教学一体机、职教云学情分析知识基础1.熟悉Proteus和Keil软件和使用。2.熟悉C语言程序结构。3.……认知能力1.具有一定的电路阅读分析和设计能力。2.能识别常见的电子元器件。3.……学习特点教学目标素质目标知识目标能力目标1.通过需求分析、设计与制作等任务，培养学生自主学习能力，规范意识，安全意识。2.通过动感灯箱的创意设计，培养学生勇于实践和勇于创新的科学精神。1.能概述MCS-51单片机并行输入/输出（I/O）端口的结构和功能。2.能使用单片机的时钟和时序。3.熟练使用C语言基本语句，能区别循环语句while、do…while、for的语法特点。4.熟练应用延时程序设计。1.能根据用户需求进行灯光控制系统设计。2.能够编写MCS-51单片机控制多路LED灯组合的驱动程序。3.会制作与调试LED动感灯箱。教学重难点重点单片机并行I/O口和for循环难点位定义、数据运算符、循环程序结构。教学方法教法任务驱动教法、理虚实一体化教法、情景化教法、讨论式教法、问题引导教法学法自主式学习、协作式学习、体验式学习、探究式学习二、教学内容思维导图三、教学实施教学环节教学内容教学活动设计意图信息化手段教师活动学生活动任务导入项目任务——设计一个基于单片机LED信号灯控制系统，即以单片机的I/O口作输出口，接若干个LED发光二极管，通过编程实现发光二极管任意方式的闪烁发光控制系统。职教云讨论：LED闪烁功能应用在哪些领域？归纳分享：LED闪烁灯的应用场景片段实物展示：单片机实训开发板及LED闪烁效果。职教云发起头脑风暴：引导学生思考：如果让灯闪烁动起来？查阅&回帖：结合自己的所见所用，或手机上网查阅答案，参与讨论回帖。观看&思考：观看应用场景，思考灯如何实现闪烁效果？同步体验：单片机实训开发板LED闪烁效果。参与头脑风暴：LED闪烁如何实现?通过创设情境，把学生引入项目学习。课堂上通过网上搜索相关资料及实物展示，激发学生的参与意识、创新意识，使其主观上产生对新知识的渴望，同时培养学生勤于思考的好习惯。职教云/实物/极域课堂任务分析LED闪烁灯整体方案设计启发引导：启发学生分组完成任务分析讨论，确定设计总体方案。归纳总结：教师总结LED灯光系统的功能模块组成，确定系统整体设计方案。讨论&分享：学生组内讨论，分享设计方案。聆听&记录：学生明确系统方案。任务分析，能有效培养学生勤于思考，敏于发现，勇于发言，敢于表达的习惯。PPT/职教云任务实施任务1：绘制LED灯光系统设计方案组成框图硬件方案设计：LED灯光系统硬件子系统组成框图组织讨论：职教云发起讨论，请各小组讨论完成LED灯光系统硬件方案设计。任务发布：绘制LED灯光系统硬件设计方案组成框图。教师点评：对各小组设计方案做点评，充分肯定学生的成果，总结确定红外线报警子系统硬件电路设计方案。小组讨论：组内讨论LED灯光系统硬件设计方案，把设计方案上传职教云。动手绘制：LED灯光系统硬件设计方案组成框图。汇报方案：小组代表汇报方案设计。1.电路设计能有效地考查学生创造性思维能力,分析综合能力以及知识应用能力。2.小组讨论培养学生团结协作的能力、锻炼学生沟通交流的能力。PPT/职教云任务实施并行输入输出(I/O)端口51系列单片机有4个I/O端口，每个端口都是8位准双向口，共占32根引脚。在具有片外扩展存储器的系统中，P2口作为高8位地址线，P0口分时作为低8位地址线和双向数据总线。新知引入：讲解&动画演示：P0口结构P1口结构聆听&记录：跟随老师一起学习做好记录。P0口是一个8位（P0.0-P0.7）漏极开路型双向I/O口。内部不带上拉电阻，通常作输出使用时需要外接上拉电阻。在访问外部程序和外部数据存储器时，P0口是分时转换的地址(低8位)/数据总线。P1口是一个带内部上拉电阻的8位准双向通用的I/O口。通过动画辅助分析IO结构，加深学生对IO理解，掌握不同IO口的应用设计。Proteus/PPT/职教云任务实施补充知识：上拉电阻简单来说就是把电平拉高，通常用4.7K～10K的电阻接到Vcc电源，下拉电阻则是把电平拉低，电阻接到GND地线上。CPU时序：CPU总是按照一定的时钟节拍与时序工作。三种时序：常用的时序定时单位有时钟周期、状态周期、机器周期和指令周期P2口：P3口：图2－SEQ图2－\*ARABIC图2－SEQ图2－\*ARABIC4时钟周期、状态周期、机器周期、指令周期之间的关系图P2口是一个带内部上拉电阻的8位准双向通用的I/O口。访问外部程序和16位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。P3口是一个带内部上拉电阻的8位双功能口I/O口，能驱动4个LSTTL负载，作输入用时须先将端口置1。P3口还具有第二功能（如表所列），用于特殊信号输入输出和控制信号，任务实施Proteus系统仿真设计图2－图2－SEQ图2－\*ARABIC7单片机控制灯闪烁系统的电路图开始开始P0=0xFF，D1灯点亮熄灭调用延时子程序P0=0x00，D1灯熄灭调用延时子程序主程序设计流程图跟我做——用Proteus作硬件电路图知识点：单片机外部结构、时钟电路、复位电路、LED接口电路分析讲解：当P0口输出高电平，即P0＝0xff时，根据发光二极管的单向导电性可知，这时发光二极管全亮；当P0口输出低电平，即P0＝0x00时，发光二极管D1～D7全熄灭；提问：如果完成交替闪烁，如何设置参数？同步实践：在Proteus中完成单片机选型及电源、时钟、复位电路仿真设计。聆听&记录：灯亮灭条件与电路设计的关系。讨论&回答：分组讨论并回答。学生同步实践，建构新的知识与技能培养Proteus/PPT/职教云任务实施延时功能函数开始开始外循环次数i内循环次数j空操作j-1=0?i-1=0?结束YYNN延时函数流程引导回顾：C语言的三种程序结构布置编程任务：根据流程图用for循环结构，实现延时功能提示：循环体:{;}每个语句执行时间为1μs。职教云讨论回帖：学生回顾所学知识，回帖。学生实践：编程调试。注意：延时函数delay使用了双重循环，内外循环的循环次数由变量i和j提供，总的循环次数是i×j，循环体是空操作。Proteus/PPT/职教云任务实施程序编写：根据流程图编写LED控制代码。程序仿真与调试:在Proteus与keil中联合调试。任务布置：程序编写与调试学生实践：C语言程序框架创建与代码编写。学生实践：仿真与调试。评估考核功能考核：根据项目评分细则，对学生作品进行项目功能考核，并评分、记录测验：发布课堂测验题目项目考核：进行项目考核并记录成绩，并记录典型问题测验发布：引导学生完成职教云课堂测验题目完成考核：完成任务考核完成测验：在职教云中独立完成课堂测验，将还存在疑问的题目记录下来通过准确合理，富有鼓励性的考核和评价，调动学生学习的积极性STM32CubeIDE工具/职教云/单片机小车平台/赛道总结反思学生任务完成情况和存在问题分析与解决考核反馈：对任务完成度进行评价，充分鼓励学生的实践结果，同时对学生存在的问题进行反馈。总结：总结本节学习内容，加深学生对新知识的理解。学生反思总结，跟随老师汇总归纳本堂课的知识内容，加深对新知识的理解和记忆。以准确简练的语言，提纲挈领地总结归纳，促使学生加深对所学知识的理解和记忆，培养其综合概括能力。学习APP融会贯通课后任务-理论&实操理论知识点测试：课后测验实操：单片机最小系统实物制作课后跟踪：了解学生对本堂课知识的掌握情况，对个别同学予以单独指导作业发布：1.通过职教云平台发布课后知识点测试作业。2.实物制作：分组完成，每组学生去实训室制作单片机最小系统，并强调注意安全。3.安排学生做好实训室清洁卫生。课后指导:及时关注学生遇到的问题进行课后单独指导。1.完成职教云上的课后作业。2.以小组为单位分工协作完成单片机最小系统实物制作与调试。3.使用示例代码在制作的单片机最小系统进行功能验证。4.将遇到的问题记录下来及时向老师进行咨询。课后实践使教师及时了解学生学习情况，利于老师切准学生“脉搏”，把握教学进程思政点：通过焊接电子产品，鼓励学生认真细心，培养学生工匠精神和劳动精神。职教云教学反思教案3项目3汽车转向灯设计与实现一、教学设计课程名称单片机应用技术学习项目项目3汽车转向灯设计与实现授课学时授课班级授课人数授课地点所选教材《单片机应用技术》授课时间授课方式教学内容项目3汽车转向灯设计与实现其他资源媒体资源微课，PPT，视频，动画，职教云平台，Keil软件，Proteus软件，51单片机实训平台等环境资源嵌入式（单片机）实训室、教学一体机、职教云学情分析知识基础1.具有一定的单片机基础知识。2.熟悉C语言基本语法和三种程序结构。认知能力1.具有一定的电路阅读分析和设计能力。2.有C语言程序设计基础能力。3.能识别常见的电子元器件。学习特点喜欢网络学习，大多数同学能够认真学习资源库课程平台的动画、视频等相关数字资源，熟悉常用的网络工具和软件；对单片机的应用充满好奇。2.对抽象概念畏难和抵触，不喜欢枯燥的理论讲解。教学目标素质目标知识目标能力目标1.通过汽车转向灯项目分析，培养学生安全意识和遵守规则意识。2.通过天问Block国产软件的应用，了解中国科技、增强民族自信。3.通过软硬件设计培养学生的标准意识、规范意识、勇于实践的劳动精神和精益求精的工匠精神。1.能解释独立式键盘的工作原理与应用。2.能熟练应用C语言选择语句。3.能设计分支结构程序。1.能够根据设计要求，选择参数、性能合理的电子元器件，使用Proteus进行硬件电路仿真设计。2.熟练采用循环及选择语句编写程序。在调试过程中，针对出现的问题，提出合适的解决方案。3.能够熟练利用独立式按键的思想编程，运用对并行I/O端口操作的编程方法实现开关控制及信息输入。教学重难点重点独立式键盘结构原理及应用。难点选择结构程序设计方法教学方法教法任务驱动教法、理虚实一体化教法、情景化教法、讨论式教法、问题引导教法学法自主式学习、协作式学习、体验式学习、探究式学习二、教学内容思维导图三、教学实施教学环节教学内容教学活动设计意图信息化手段教师活动学生活动项目引入项目任务：设计制作以C51单片机为主控芯片，外接键盘电路、LED电路，通过编程实现汽车转向灯控制系统。职教云讨论：汽车信号灯的种类及功能？归纳分享：汽车信号灯的种类及功能介绍片段动画展示：汽车信号灯的功能介绍职教云发起头脑风暴：引导学生思考：汽车信号灯的控制如何实现？查阅&回帖：结合自己的所见所用，或手机上网查阅答案，参与讨论回帖。观看&思考：观看功能介绍动画，思考如何控制汽车信号灯？参与头脑风暴：汽车信号灯的控制如何实现?通过创设情境，把学生引入项目学习。课堂上通过网上搜索相关资料及动画展示，激发学生的参与意识、创新意识，使其主观上产生对新知识的渴望，同时培养学生勤于思考的好习惯。职教云/实物/极域课堂项目分析汽车转向灯系统整体方案设计启发引导：启发学生分组完成任务分析讨论，确定设计总体方案。归纳总结：教师总结汽车转向灯控制系统的功能模块组成，确定系统整体设计方案。讨论&分享：学生组内讨论，分享设计方案。聆听&记录：学生明确系统方案。任务分析，能有效培养学生勤于思考，敏于发现，勇于发言，敢于表达的习惯。PPT/职教云项目实施回顾强化：LED灯的亮灭控制。LED灯的工作原理LED接口电路采用发光二极管LED，发光二极管（LED）的接法采取了二极管经过限流电阻接到单片机I/O口，可分为低电平点亮和高电平点亮两种。职教云提问：LED灯的工作原理？演示分析：LED灯的亮灭控制。阅读记录&回答：阅读教材23：LED灯亮灭控制相关内容并做好记录，并完成抢答。学生同步观看或操作，掌握LED灯的工作原理。结合实物或仿真实例教师进行相关知识的讲解Proteus/PPT/职教云项目实施新知引入：1.按键分类及结构键盘由规则排列的按键组成，按键实际上是一种开关元件，也就是说键盘是一组规则排列的开关。全编码键盘能够由硬件逻辑自动提供与按键对应的编码，此外，键盘一般还具有去抖动和多键、窜键保护电路，这种键盘使用方便，但需要较多的硬件，价格较贵，一般的单片机应用系统较少采用。而非编码键盘只简单地提供行和列的矩阵，其它工作均由软件完成，由于其经济实用，较多地应用于单片机系统中。下面将重点介绍非编码键盘接口。按键触电的机械抖动教师进行相关知识的讲解：为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施，可从硬件、软件两方面予以考虑。在键数较少时，可采用硬件去抖，而当键数较多时，采用软件去抖。在硬件上可采用在按键输出端加R-S触发器(双稳态触发器)或单稳态触发器构成去抖动电路软件上采取的措施是：在检测到有按键按下时，执行一个10ms左右（具体时间应视所使用的按键进行调整）的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态；学生同步观看或聆听、查阅、理解，建构新的知识与技能培养动画辅助分析，让学生更直观了解按键抖动的过程及影响，从而掌握按键消抖的目的及方法。PPT/职教云项目实施2.键盘与单片机的连接方式作为人机交流的按键设计多种多样，不同的设计方法，有着不同的优缺点。其中应用最为广泛的是独立式键盘和矩阵式键盘，下面对这两种键盘连接方式简要进行介绍。独立式按键矩阵式按键微课展示：结合微课分析独立式键盘结构原理。其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。按键输入均采用低电平有效，此外，上拉电阻保证了按键断开时，I/O口线有确定的高电平。通过检测I/O口的电平状态可以判断哪个按键被按下。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单。学生聆听或操作，掌握独立式键盘结构原理及应用。每个按键需占用一个I/O口，在按键数量较多时，占用I/O资源多，电路结构显得比较繁杂，因此此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。通过教师的讲解和学生动手操作，掌握独立式键盘结构及工作原理，解决教学重点。Proteus/PPT/职教云项目实施任务1：绘制汽车转向灯系统设计方案组成框图硬件方案设计：LED电路按键输入电路复位电路时钟电路LED电路按键输入电路复位电路时钟电路电源电路单片机组织讨论：职教云发起讨论，请各小组讨论完成汽车转向灯系统硬件方案设计。任务发布：绘制汽车转向灯系统硬件设计方案组成框图。教师点评：对各小组设计方案做点评，充分肯定学生的成果，总结确定汽车转向灯系统硬件电路设计方案。小组讨论：组内讨论汽车转向灯系统硬件设计方案，把设计方案上传职教云。动手绘制：汽车转向灯系统硬件设计方案组成框图。汇报方案：小组代表汇报方案设计。1.电路设计能有效地考查学生创造性思维能力,分析综合能力以及知识应用能力。2.小组讨论培养学生团结协作的能力、锻炼学生沟通交流的能力。PPT/职教云汽车转向灯系统仿真设计Proteus绘制硬件仿真电路图重点：独立式键盘接口电路、LED接口电路。电源电路仿真默认。聆听&记录：跟随老师一起学习并在相应的活页式讲义中做好记录。跟我做——同步实践：在Proteus中完成汽车转向灯系统电路仿真设计。通过Proteus仿真电路设计，加深学生对汽车转向灯电路的应用设计。学生同步实践，建构新的知识与技能培养Proteus/PPT/职教云项目实施任务2：汽车转向灯系统软件设计C语言运算符及表达式选择分支语句1、if语句2、if……else语句3、if-elseif-else语句教师讲解C语言相关知识：1.常见运算符及表达式；2.选择分支语句聆听&记录：跟随老师一起学习并在相应的活页式讲义中做好记录。通过C语言知识的学习，加强学生软件设计的能力思政点：通过选择语句的学习，树立学生正确的世界观、人生观、价值观。PPT/职教云键盘扫描方式键盘扫描程序一般应包括以下内容：（1）判别有无键按下。（2）键盘扫描取得闭合键的行、列值。（3）用计算法或查表法得到键值。（4）判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待。（5）将闭合键键号保存，同时转去执行该闭合键的功能。教师讲解：在单片机应用系统中，键盘扫描只是CPU的工作内容之一。CPU对键盘的响应取决于键盘的工作方式。通常，键盘的工作方式有三种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。记录要点：（1）认真听讲，并记录键盘得我三种工作方式；（2）明确键盘扫描的方法。通过学习让学生了解键盘扫描的过程PPT/职教云主程序算法及流程图：主程序主要完成硬件初始化、键盘扫描与键位功能处理程序、延时功能函数调用等功能。键盘扫描程序算法及流程图：1.判别有无键按下（延时去抖）2.采用查询方式确定键位，根据键值转去执行该闭合键的功能教师分析系统软件组成及实现方法，并引