單片機I/O口應用一體化教學實例

劉星慧

摘 要：本文通過單片機控制的十六路霓虹燈教學項目的設計，介紹了如何突破單片機課程中的I/O端口的教學難點，全面闡述了一體化教學的全部環節。

關鍵詞：I/O口 單片機 一體化教學

單片機技術一直是我國中等、高等職業院校電子信息類專業必修課程。單片機I/O口應用是課程教學的重點、也是教學的難點。采用一體化教學模式可以突破重點、化解難點。

一、一體化教學

理論實踐一體化教學是我國中等、高等職業院校主要提倡的教學模式，將有效的理論教學和實踐操作教學融為一體，以項目教學形式體現出來，降低了學習難度，提高了學生學習興趣，教學效果明顯提高，其日益成為主流的教學模式。

二、單片機控制的十六路霓虹燈的項目設計

單片機的主要控制功能是通過單片機的I/O端口按不同時序輸出不同的高低電平控制外部電路實現特定的功能。為了降低學習難度，項目設計盡量簡單明了，同時要求在教學過程中，注意教學安排。

1.總體教學設計

教學中的單片機AT89S52共有4個8位并行I/O端口，分別是P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。這4個I/O端口的電路結構不完全相同，實際使用時也有區別，在教學設計的時候，一定要利用不同的外圍電路突出這4個I/O端口的結構特點，實現輸入/輸出的功能。四路按鍵輸入電路和十六路LED顯示電路是人機交互的基本電路，根據項目教學的需要，正好可以利用I/O端口設計項目，設計框圖如圖1所示。

圖 設計框圖

在教學過程中教師要把I/O端口的差異、特點、應用電路作為難點內容講授。

2.硬件電路教學設計

單片機輸入電路一般分為獨立式鍵盤電路和矩陣式鍵盤電路兩種，獨立式鍵盤電路直接用I/O口線構成一組相互獨立的按鍵，接口和編程都比較簡單。矩陣式鍵盤電路按行列組成矩陣，通過掃描識別按鍵，接口和編程都比較復雜。為了降低教學難度，該教學項目采用獨立式鍵盤電路。

硬件電路設計完畢后，可用電子電路仿真軟件Proteus繪制電路原理圖，為后續單片機仿真教學鋪下基石。

3.應用程序教學設計

完成了硬件電路教學之后，就要進行應用程序教學。程序編寫必須結合硬件電路，在教學過程中我們可以采用電子電路仿真軟件Proteus仿真教學。但是一定要循序漸進，從點亮1個LED到點亮8個LED、16個LED，然后講解單燈閃爍、八路霓虹燈、十六路霓虹燈的各種程序編寫方法，再講解鍵盤輸入電路的識別原理和控制方法，最后將輸入電路和輸出電路綜合應用，實現可控制的十六路花樣霓虹燈。

三、產品安裝與調試教學設計

單片機產品在工作時需要硬件和軟件同時正確才能工作，項目教學可以采用電子電路仿真軟件Proteus仿真教學，但是不能代替單片電路的實際制作與調試，因此在單片機教學過程中，一定要進行實際的采購元件、焊接電路，調試產品。

1.根據硬件電路圖，列出元件清單，采購元件

所用元件可以到附近的電子市場采購，如果學校附近所用沒有電子元件市場，可以到網上采購。

2.根據硬件電路圖，焊接電路

學生拿到元件后，首先要測試元件質量的好壞，然后進行焊接。我們提倡使用萬能板焊接產品，這種教學模式可以鍛煉學生的識別電路原理圖的能力，還能深入理解單片機硬件電路及外圍電路，為編寫程序打下基礎。

3.產品調試

用ISP下載線把單片機程序下載到單片機中，在正常情況下，接上電源（或者插上了USB接口的ISP下載線）后，就可以通過4個獨立的按鍵控制十六路發光二極管輸出不同的霓虹燈顯示方式。

如果沒有達到預設的效果，我們就應該從下面幾個步驟來檢測硬件電路。

（1）觀察法：檢查每個元件是否安裝正確，特別是輕觸開關、單片機、發光二極管、電解電容等元件引腳焊接是否正確。

（2）電阻法：根據原理圖檢查每條線路是否正常連通，可用萬用表電阻擋檢測每處GND是否和電源負極接頭連通，檢測每處VCC是否和電源接頭連通，檢測元件引腳與元件引腳的每條線路是否導通，確保所有連線電氣性能良好。

（3）電壓法：用萬用表直流擋檢測電源電路、復位電路、程序存儲器選擇電路等基本電路是否正確。

（4）波形檢測法：用示波器檢測振蕩電路是否工作。

教學實踐表明，我們經過以上步驟的檢查、檢測后，基本上就可以排除故障，實現預定功能。經過整個項目教學后，學生掌握了單片機I/O端口的具體應用。

（作者單位：江西省冶金技師學院）