淺析計算機(jī)控制技術(shù)課堂教學(xué)

摘 要 計算機(jī)控制技術(shù)中模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的教學(xué)涉及理論講解、計算機(jī)仿真與實驗教學(xué)這三個核心環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，相輔相成，缺一不可。學(xué)生在具備良好的理論知識基礎(chǔ)上，經(jīng)教師指導(dǎo)可進(jìn)入對模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的計算機(jī)仿真與實驗階段。計算機(jī)仿真和芯片實驗是高職學(xué)生十分感興趣的教學(xué)內(nèi)容，專業(yè)課教師應(yīng)盡力對學(xué)生在理論、仿真與實驗各環(huán)節(jié)進(jìn)行耐心指導(dǎo)，達(dá)到教、學(xué)相長，促進(jìn)高職教學(xué)水平提高的目的。

關(guān)鍵詞 計算機(jī)控制技術(shù) 模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù) 教學(xué) 仿真 實驗

計算機(jī)控制技術(shù)是將控制器（Microcontroller）運(yùn)用于生產(chǎn)過程以取代原有勞動者操作角色的新型生產(chǎn)技術(shù)。上世紀(jì)六十年代，美國通用汽車公司在其生產(chǎn)線上投放控制器，在取代原始繼電器控制（Bang-Bang Control）基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率。如今，計算機(jī)控制技術(shù)早已深入生產(chǎn)、生活各個領(lǐng)域。無論是力求達(dá)到高精度控制的過程控制系統(tǒng)還是民用攝影、攝像器材，早已不同程度的實現(xiàn)數(shù)字化與自動化。而在高職院校自動化專業(yè)的教學(xué)體系中，以系列芯片講解為主的計算機(jī)控制技術(shù)課程深受廣大師生的關(guān)注。計算機(jī)控制技術(shù)課程以z變換作為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，以小型計算機(jī)控制系統(tǒng)作為樣本展開對于數(shù)字調(diào)節(jié)器控制算法、計算機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)等方面知識的講解。

一、授課計劃與講課提綱的制定

教案是一名教師授課的總體方案，應(yīng)包括授課計劃與講課提綱兩部分，此課針對自動化專業(yè)?？茖W(xué)生，他們大多具備扎實的理論基礎(chǔ)和較強(qiáng)的動手實際操作能力。我根據(jù)高職自動化專業(yè)大三學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)制定了以下的授課計劃與講課提綱，以達(dá)到學(xué)生能有效掌握A/D轉(zhuǎn)換基本原理的教學(xué)目的。

1、授課計劃要明確本節(jié)的教學(xué)目的、授課方法、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)、作業(yè)布置的原則等內(nèi)容：

①教學(xué)目的：讓學(xué)生掌握模/數(shù)轉(zhuǎn)換概念、基本理論，了解ADC0809芯片的功能，引腳與時序；

②授課方法：理論講述模/數(shù)轉(zhuǎn)換原理，仿真使用模/數(shù)轉(zhuǎn)換通道對現(xiàn)場模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換；

③教學(xué)重點(diǎn)：ADC0809芯片功能及其與MPU主控單元的接線方法；

④教學(xué)難點(diǎn)：ADC0809最小分辨率概念及轉(zhuǎn)換時序；

⑤作業(yè)布置：結(jié)合高職院校學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)，讓學(xué)生在課下繼續(xù)開動腦筋，認(rèn)真復(fù)習(xí)功課。

2、結(jié)合本節(jié)教學(xué)目的，制定相應(yīng)的講課提綱如下：

①回顧上節(jié)：復(fù)習(xí)上節(jié)概念時與本節(jié)內(nèi)容要形成緊密聯(lián)系，使回顧環(huán)節(jié)在教學(xué)中起到承上啟下的作用；

②導(dǎo)入新課：以提綱方式利用現(xiàn)實生產(chǎn)、生活中應(yīng)用實例引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；

③講解新課：根據(jù)授課計劃，選取多媒體仿真與理論講授為主的授課方式，在互動的活躍氣氛中使學(xué)生充分掌握新知識；

④鞏固新課：根據(jù)學(xué)生課堂反應(yīng)，結(jié)合模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)重點(diǎn)與難點(diǎn)進(jìn)行新課及時鞏固；

⑤總結(jié)與作業(yè)：作業(yè)布置要考慮使學(xué)生課下主動發(fā)揮學(xué)習(xí)積極性，本節(jié)以具體模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號作為課后習(xí)題。

二、以板書形式進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換理論教學(xué)

理論講授主要涉及模/數(shù)轉(zhuǎn)換原理（最小分辨率）、ADC0809芯片主體功能及其與MPU連接電路設(shè)計。這部分內(nèi)容理論性強(qiáng)，青年教師應(yīng)本著從原創(chuàng)的角度出發(fā)，一步一步滲透A/D轉(zhuǎn)換的功能，A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計及LSB的概念。這樣在理論講述時，更容易讓學(xué)生接受原本生硬的理論內(nèi)容?？傊还懿扇『畏N教學(xué)方式，都首先要考慮聽者（學(xué)生）感受，加強(qiáng)與聽者的溝通，交流。

另外，以板書形式講解模/數(shù)轉(zhuǎn)換理論知識，可以為學(xué)生留下一塊完整、詳實的板書，有助于學(xué)生進(jìn)一步開發(fā)模/數(shù)轉(zhuǎn)換產(chǎn)品和留下相關(guān)課堂筆記。理論的學(xué)習(xí)是為了系統(tǒng)掌握市場占有率最大的一款模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的基本性能，接下來是通過控制系統(tǒng)模擬量輸入通道的仿真和實驗讓學(xué)生學(xué)習(xí)ADC0809的工業(yè)實際應(yīng)用。

三、以計算機(jī)仿真為主的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)

學(xué)生在仿真環(huán)境Proteus中自行建立以MPU（8051）和ADC0809為核心的仿真電路連線，然后可下載模擬電壓信號轉(zhuǎn)換程序，在MPU程序存儲器中，進(jìn)一步實現(xiàn)由模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換仿真，計算機(jī)仿真教學(xué)環(huán)節(jié)的引入是為了讓學(xué)生直觀的體會ADC0809的轉(zhuǎn)換功能、轉(zhuǎn)換速度與精度等理論講解中曾提到的基本概念。

這里的仿真教學(xué)是指導(dǎo)實際芯片設(shè)計的基礎(chǔ)，計算機(jī)仿真所提供的參數(shù)將為接下來控制器與A/D芯片連接實驗提供可能的評估（正常運(yùn)行與故障風(fēng)險評估）。讓學(xué)生在真正構(gòu)建反饋通道前做到“心中有數(shù)”。

四、模擬量輸入通道研發(fā)與實驗階段

1、目標(biāo)任務(wù)：學(xué)生分組構(gòu)建模擬量溫度采集、顯示電路。

2、使用芯片：控制單元（MPU）、轉(zhuǎn)換單元（ADC0809）、采集單元（溫度傳感器）、顯示單元（LED電子顯示屏）。

3、系統(tǒng)構(gòu)建：學(xué)生領(lǐng)取相應(yīng)分離電子元件后，構(gòu)建一個從溫度傳感到模擬電壓變送再到數(shù)字顯示的小型模擬量輸入通道模型。

4、總線接法：根據(jù)ADC0809本身特點(diǎn)，其與MPU的數(shù)據(jù)線、地址線及控制線主要采用直接連線的方法。

5、實驗數(shù)據(jù)：學(xué)生將實驗中所得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，用理論中講解的量化偏差概念判別所得數(shù)據(jù)的正確性。

五、總結(jié)

高職教育旨在培養(yǎng)理論扎實，且具備較強(qiáng)操作能力的技能型勞動者，高職計算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)在首先考慮理論講解的基礎(chǔ)上，還要更加注重對學(xué)生實際動手操作能力的培養(yǎng)。讓學(xué)生學(xué)會用理論指導(dǎo)實踐，以實踐充實理論學(xué)習(xí)。這是一個循序漸進(jìn)的過程，要求學(xué)生學(xué)習(xí)時有耐心且充滿興趣，教師在講授理論和指導(dǎo)實驗操作過程中要充滿責(zé)任心，關(guān)心每一個同學(xué)的學(xué)習(xí)過程。這樣才能做到教、學(xué)相長，教師教學(xué)水平才會真正提高。

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[3]微機(jī)原理與應(yīng)用[M].兵器工業(yè)出版社.

（作者單位：大連海洋大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）