加强责任意识 解决实验教学中的细微问题

刘希臣 袁兆凯

中国石油大学信控学院 山东东营 257061

加强责任意识 解决实验教学中的细微问题

刘希臣 袁兆凯

中国石油大学信控学院 山东东营 257061

实验教学是高等教育教学的两大主要传授知识的形式之一，责任意识对实验教学效果有决定性的影响，现以对单片机数字I/O实验中出现的软、硬件问题的分析解决过程为例说明这一问题。

单片机；实验效果；责任意识

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

实验教学是提高学生创新能力、培养学生科研素质必不可少的极其重要的环节[1]，是高等教育教学的两大主要形式之一，可以令学生明白很多在课堂上没有注意或是没有解决的问题。但这个过程中需要实验人员充满责任心。

单片机原理及应用是电气工程及其自动化专业的主干专业课，是一门实践性很强的课程。为了提高学生实际动手能力，培养学生的科研实验能力，从2007年开始，笔者使用唐都科教仪器公司生产的单片机实验箱代替原来简单实验板，实验效果良好。

数字量输入输出实验是其中最基本、最简单的实验，但在该实验中却有不少问题。本文以该实验过程中出现的问题为例，说明实验人员责任心在实验教学中的重要性。笔者认为，只有具有足够的责任心，去正确、及时地解决学生在实验中出现的问题并进行仔细讲解，才能保证实验顺利进行并取得良好效果。

1 硬件问题分析及处理

实验内容一就是将P1.0～P1.3分别与LED D0～D3相连，将P1.4～P1.7分别与开关K0～K3相连，编写程序实现通过K0～K3控制D0～D3的亮灭[2]。实验时有4个实验箱的LED无法通过P1口的低四位控制点亮，检查发现，这4个实验箱上的单片机都是SST89E516RD，而功能正常的是SST89E554RC、SST89E556RD。查资料知：SST89E516RD的P1口输出高电平驱动能力弱，LED发光强度不够，室内光线明亮时无法区分是否发光，只有将光线遮挡的非常暗时才能看到发光。

解决方法：SST89E516RD的P1口的灌电流能力要比拉电流能力强得多，所以可以为P1口的低四位加上拉电阻，增强其高电平驱动能力。实验时将P1.0～P1.7分别与D0～D7和K0～K7相连，图1为其中一个I/O口的接线原理图。将开关K0～K3拨到上方，即悬空位置，虽然此时电源经过1 KΩ电阻加到LED单元，但是LED是否被点亮还要取决于相对应的P1口的状态。若I/O口输出高，则V关断，单片机内部上拉电源与外部上拉电源同时对LED供电，LED被高亮度点亮；若I/O口输出低，则LED阳极被钳位到低电平。因此将P1.0～P1.3按图1接线，并不影响控制功能。P1.4～P1.7作为输入口按图1接线，当开关拨到接地位置时，该口读入0；当开关拨到悬空位置时，LED被点亮，I/O口电压比原来低，但仍可读入1。由分析可知，接线改变后，不但增强LED发光强度，使实验现象更明显，还可以指示开关状态。

2 程序问题分析

实验内容一控制任务很简单，学生都能完成基本控制要求，但在一些细节问题上表现出问题不清楚，考虑问题不严谨的缺点。大部分学生编写的程序如下：

学生对该程序的解释：语句①将#0F0H赋给P1，遵循了课本上说的如果要将一个准双向口作为输入口，需要对其先写1的原则；语句②将P1口的状态读入寄存器A中；语句③将A的高四位与低四位互换；语句④将A写回P1；⑤循环执行该程序。

检查时如果不仔细分析该程序，只看现象，就会认为该程序完全正确，其实不然。学生编写程序时只注意了书上所说的需要对输入口先写1，但书上并没有说对输出口怎样处理，就理所当然地写0。更有学生错误地认为语句①是在设置P1口工作方式。

P1口为准双向口，其原理如图1所示。准双向口既可以作为输入又可以作为输出，没有专门的工作方式寄存器，编程简单方便。作为输出口时，对该口写0，则V导通，将该口拉低；对该口写1，则V关断，不考虑外部负载时，则通过上拉电阻输出高电平。这种结构类似于数字电路中的OC门电路，相对于推挽输出的I/O口来说，高电平输出时不怕短路，但是带负载能力低。无论是作为输入口还是输出口，读入的P1都可以正确反映该口的状态；但是作为输入口时，要读入KX的状态，因此需要对输入口先写1，令V关断，读入的P1值才能正确反映KX的状态。

该程序的错误就在语句①，不但对高四位写入1，还对低四位写入0。对高四位写入1，可以正确读入外部开关状态，但对低四位写0却是错误的。执行完语句①，低四位的LED全部熄灭，直到执行完语句④为止，这样会使该发光的LED高频闪烁，由于频率非常高，人眼无法分辨，所以看到的实验现象正确，只是亮度有差别。按复位键，使所有I/O口被置1，可以看出复位前后LED亮度不同。

解决方法：将语句①改为“ORL P1,#0F0H”即可。

3 充分利用现有设备开展实验

实验内容二就是将K0和K1分别与P1.0和P1.1相连，通过循环延时程序实现K0和K1控制P1.7口输出方波的频率和占空比的目的。要求通过示波器观察波形，并与理论值对比。该实验内容不但强化了对数字I/O的认识，更可以加强对晶振频率、机器周期和指令执行时间的认识。实验室没有示波器，但是新购买了DG1022函数发生器，该仪器通道2具有频率计功能，可测量信号频率（0.1 Hz～200 MHz）、周期、占空比和正负脉宽，虽然无法看到波形，却完全满足实验要求，可以知道实际波形的周期和占空比，用以和理论值对比。如果只是让学生观察二极管亮灭，就无法知道准确的周期和占空比，也就无法进行计算与对比，使实验效果大打折扣。

4 结语

实验教学就是要培养学生的动手能力、科研实验能力，也是对理论课的一个补充，可以令学生明白很多在课堂上没有注意或是没有解决的问题。但这个过程中需要实验人员充满责任心。该实验中驱动能力不足的问题可以使学生对驱动能力有更深的理解，接线的改进可以告诉学生一个增强驱动能力的方法。检查时不能只看实验现象，还要仔细分析程序，可以发现学生对准双向口工作原理的模糊甚至错误的认识并仔细讲解，就可以让学生更清楚地认识这一问题。要有责任心，要尽可能利用现有条件达到最好的实验效果。因此，实验人员的责任心决定了实验效果的好坏，即使是简单的实验也可以让学生学习到很多东西。

[1]张凤英,颜贤仔,汤凯洁.改革实验教学，培养学生的科研素质[J].江西农业大学学报,2002,1(4):181-184

[2]西安唐都科教仪器公司.单片机实验指导书[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：刘希臣，助理实验师，硕士，主要研究方向为电力电子与电气传动。