課程思政背景下單片機溫度檢測系統設計實驗綜述報告

耿婧

摘要：育人先育德，為了加強電子及電氣類專業人才的思政素養和職業道德，全方位地進行課程思政勢在必行，思政元素融入實驗教學及實驗實施，達到了潤物無聲的育人效果。本次實驗以單片機為控制器，設計一個智能溫度測量系統，涉及單片機I/O口控制、定時器/計數器及中斷的應用等內容，提升學生職業素養，訓練解決問題的能力，提高專業技能。

關鍵詞：單片機;課程思政

1.引言

溫度測量在家庭中、工業生產中、農業蔬菜大棚等都有重要作用，智能溫度測量系統與我們生活生產息息相關。設計一個智能溫度測量系統的實驗能夠激發了學生對單片機的學習興趣，提升學生對所學專業的自信感，提高對職業的認同。在實驗過程中，“工匠精神、團結互助、解決問題的思路及方法的訓練”等思政元素系統融入實驗任務，實現了價值塑造、知識傳授和能力培養有機融合[1]。

2.實驗教學設計

本次實驗以實際的單片機產品設計流程為實驗教學的主體步驟，整個實驗教學分為“需求分析、元件選型、硬件設計、軟件設計、仿真調試、產品制作、產品測試”7個步驟，在這個實驗過程中，全過程融入思政元素。在“需求分析、元件選型”環節中，融入勤儉節約，按需選型，不可隨意浪費的教育;在“硬件設計、軟件設計，仿真調試”環節中，引導學生對設計方案進行優化，不斷創新、精益求精，引導學生對設計思路、調試方法及步驟進行總結，鍛煉學生解決問題的能力;在“產品制作、產品測試”環節中，要求學生規范操作，培養學生的安全意識。

3.實驗過程

3.1需求分析、元件選型

本次實驗需完成一個以單片機為控制器的溫度測量系統的設計及制作，此系統需能夠每隔1秒自動進行溫度檢測并在顯示屏中顯示溫度值。經過需求分析，在考慮滿足系統需求及性價比后，選擇Atmel公司的AT89C52單片機作為系統控制器，顯示部分只需顯示溫度值，選用結構簡單的LED數碼管顯示器，溫度采集部分選擇改進型證溫度傳感器DS18B20為溫度采集器。從系統成本的溫度性及性價比的角度考慮，美國DALLAS半導體公司推出的DS18b20溫度傳感器是一款數字化傳感器，整個系統就可以省去講模擬信號轉換成數字信號的A/D轉換的部分，系統更簡單穩定，成本也更低。且DS18b20溫度傳感器精度高、體積小且抗干擾能力強，便于后期進行封裝及擴展。

3.2系統設計

3.2.1硬件設計

根據系統設計要求，系統需完成溫度采集、溫度顯示兩個主要功能，為了保障單片機正常工作單片機的供電等最小系統電路也必須完整。溫度檢測部分采用DS18B20數字溫度傳感器，不需要A/D轉換，電路設計簡單，體積小，占用單片機I/O 口少，程序設計簡單，開發周期短。顯示部分采用LED數碼管顯示，通過P0口控制。報警部分也采用發光二極管和蜂鳴器進行聲光報警。電路設計圖如圖2系統仿真效果圖所示。

3.2.2軟件設計

軟件設計先根據系統功能要求和硬件電路，確定主程序執行流程及程序結構，畫出程序流程圖，根據程序流程圖在KEIL軟件中進行程序編譯。程序編譯成功后在proteus中搭建好的硬件系統中進行仿真調試，若出現錯誤再進行程序修改及調試，直到調試成功為止。

主程序的主要功能是負責溫度的實時采集及報警顯示，溫度測量1s進行一次。根據系統設計要求主程序依次完成“初始化”和“溫度上下限的設置”后，循環進行“溫度值顯示”、“鍵盤掃描”、“啟動DS18B20溫度轉換”和“溫度超限判斷”。其中DS18B20溫度轉換及處理子程序主要完成溫度采集及數據處理工作。DS18B20 溫度傳感器是一個直接數字化的溫度傳感器，可將-55℃～+125℃之間的溫度值按9位、10位、11位、12位的分辨率進行量化，傳感器上電后默認值是12位[2]。DS18B20在接收到單片機發出的溫度轉換命令44H后，就開始進行溫度轉換操作[3]。具體的主程序流程圖如圖1所示。

3.3仿真調試

通過proteus軟件完成系統搭建后，將keil軟件編譯后的程序加載進proteus中搭建的系統，進行仿真調試，如果出現錯誤，根據錯誤的現象修改程序和電路直到仿真成功為止。仿真調試成功后，引導學生按照規范操作，進行產品制作及測試。系統仿真調試結果如圖2所示。

4.結束語

實驗教學根據實際的單片機產品設計開發過程進行教學過程設計，思政元素融入實驗的各個環節，實驗過程潤雨細無聲的進行了勤儉節約、安全意識、規范操作的教育，在實驗操作過程中引導學生反思總結解決問題的方法并鍛煉學生解決問題的能力。本次實驗，訓練了學生使用keil進行程序編譯、使用proteus進行系統搭建仿真調試及電路板制作的熟練度及準確度;鞏固了單片機系統開發步驟、I/O控制原理、定時/計數器及中斷應用等知識點。本次實驗貼近實際生產生活，采用理論和實踐相結合的教學方式，激發了學生的學習興趣。

參考文獻：

[1]靳曉燕.《既放眼“國之大者” 又關注“關鍵小事”》[N].光明日報，2021-07-22（版次：04版）.

[2]左現剛，劉艷昌.基于1-wire總線的溫度數據采集與硬件設計[J].制造業自動化，2012，34（2）：128-134.

[3]李想.溫度傳感器DS18B20在溫室大棚中的實現[J].機電技術應用，2020（8）：182-183.

注：本文為安徽省質量工程教學研究項目（2020jyxm0288）;提質培優行動計劃項目“單片機技術及應用課程思政教育典型案例”（tzpyszal02）。