單片機課程中發光二極管教學與思政融合項目開發研究

王中寶 王云鶴

摘 要：分析了單片機教學中發光二極管教學項目與思政元素融合的方法，并進行了設計和實物搭建。實測表明，旋轉LED項目替代傳統LED教學項目有助于課程思政元素的融合，在發揮學生愛國主義熱情的同時，還能激發學習熱情。

關鍵詞：旋轉;LED;課程思政;硬件設計

單片機技術是電子信息大類專業的一門必修核心課程，課程定位是讓學生能夠充分了解單片機的構成、指令系統、中斷系統及在控制領域的應用。往往在授課過程中，重點講解知識點和應用，對于應用“思政”的方法分析具體問題涉及較少。另外，工科類教學也很難融入思政類元素，或者融入“思政”元素時僅僅停留在背景、意義層面，對于教學項目應用較少。最后，電子信息類專業畢業生從事具體工作時，也要求使用馬克思主義哲學的方法辯證分析具體問題。

一、課程思政元素挖掘

（一）傳統LED項目教學方法

傳統的LED教學從發光二極管的原理開始講解，首先利用單片機（C51）點亮一個LED。在學生了解LED的發光原理和單片機控制的基本原理后，實現一個LED的閃爍。然后，通過延時程序控制LED閃爍的時間間隔。最后，學生在以上知識點都學會之后，設置流水燈（跑馬燈）教學項目，加深學生的理解。

在授課過程中，從硬件原理到程序控制都是必講內容。學生在此過程中可以學到LED原理、I/O口功能、延時程序、循環控制、仿真軟件等知識點。通過項目學習，學生能夠初步掌握單片機控制的基本思想和步驟。

以上是一個完整的教學過程，但是無論從教學過程設計、教案設計，還是從教學考核環節都沒能引入思政元素。

（二）思政元素挖掘

學習LED發光原理后，我們知道LED可以用作顯示器件。將一系列LED按照一定規律排列和程序控制，就能顯示文字信息或者圖形信息，如現有的光立方。一般情況下，利用LED陣列顯示文字或者圖片時，使用的I/O口數量較多，資源比較浪費。因此，可以使用旋轉LED的方式動態顯示文字或者圖片信息。

旋轉LED的優點在于現有I/O條件下可以顯示更多的文字或者圖片，且其控制原理和流水燈類似。因此，在教學時可以引入恰當的“思政”元素，比如黨徽圖案用旋轉LED方式顯示出來，或者顯示文字信息，比如“慶祝新中國70華誕”。這樣既在一定程度上發揮學生的愛國主義熱情，又增加了項目的趣味性，使得學生的參與度和熱情都有所提高，加深學習效果。

二、項目實現

（一）硬件電路

旋轉LED項目主要由控制模塊、顯示模塊、直流電機和供電模塊組成。機械結構如圖1所示。

1.控制模塊主要采用STC15系列單片機，優點在于I/O口數量較多，增加了P4和P5端口，同時內部集成ADC邏輯單元，可以方便地實現模數轉換。另外，控制方式和傳統C51單片機相同，可以很方便地實現項目。

2.顯示模塊由16個普通LED組成（共陰極或者共陽極），為了顯示效果美觀，可以使用雙色的LED。為了節省I/O口，使用了擴展芯片74LS245。

3.供電模塊。考慮到能效問題，采用單電源供電方式，12V直接給直流電機供電，經過降壓/穩壓模塊，5V給控制系統。另外旋轉底板和控制板上的紅外對管用于零點校準，兩個板之間采用互感線圈無線供電。

（二）軟件設計

顯示利用了人眼視覺暫存的原理，用電機旋轉做列掃描，每送一列數據延時，再送下一列數據，原理近似點陣顯示。程序控制有兩種方式，一種是用判斷紅外起點的方法開始顯示，每轉一圈，列數往后移動一列，顯示完指定的循環次數完成顯示。此種方法的優點在于程序簡單，缺點為電機轉速太快時容易造成顯示信息首尾相交。另一種方法為利用定時器中斷的方式，可以做到精確控制。第一種部分程序如下，程序中介紹了一種避免首尾相交的方法，如圖2所示：

本文討論了單片機教學LED教學項目與“思政元素”融合的方法，并進行了實物驗證。驗證結果表明效果良好（以“慶祝新中國七十華誕”為例），既融進了“思政”元素，又加深了學習熱情。

參考文獻

[1] 趙志宏.《單片機技術應用》課程思政元素的探討[J].智庫時代，2019（23）：76-77.