倪妍婷

摘 要 目前，大部分高校计算机工程应用基础课程仍然采用以教师为中心、以教材为中心、以课堂为中心的传统教育模式，经笔者多年教学与实践经验总结，提出了“科研与教学相融合”的教学模式，该模式在激发学生学习兴趣，强化所学的计算机工程应用知识在实际的科研和工业中的应用。本文以基于单片机开发一款全自动电热水箱为例，通过教学和项目结合的方式，使学生更清晰地明白所学的知识在工业生产中的实际用途，增强了学习的趣味性和实用性，达到了较好的教学效果。

关键词 科教融合 单片机教学

中图分类号：G432文献标识码：A

0引言

经笔者多年教学与实践经验总结，本文提出了“科研与教学相融合”的教学模式，该模式在激发学生学习兴趣，强化所学的计算机工程应用知识在实际的科研和工业中的应用，具有立竿见影的理论意义和实际意义。

1课堂设计

1.1基本内容安排

通过所学的单片机内容，让学生设计一款全自动电热开水箱，主要达到以下功能：（1）能够自动控制升温并将温度保持在一定范围内：水在加热到设置的上限温度后，加热系统停止加热进入到保温模式将温度控制在一定范围内，当箱内温度低于设定下限温度时开水箱又进入加热模式将温度提升到设定温度值。（2）实现精确的水量控制功能：能够人为按键控制出水量多少，出水系统可自动控制出水量。（3）实现自动加水补水功能：当水位到低于设置下限水位时，控制电磁阀自动补水到设定的上限位置，将水位控制在一定的范围内。（4）自动开关电热开水箱功能：设定时间阀值，在早上固定时间打开电热开水箱，到了晚上在固定时间关闭电热开水箱。

1.2指导学生设计思想及基本内容

1.2.1主要研究思路

（1）硬件电路设计。①原理图设计：制作出电路板的原理图并标识好给个模块。②PCB设计：做好相应元器件的电路封装，封装要符合设计的元器件引脚。

（2）软件设计。①控制各模块程序：包括加水加热继电器控制模块，温度监测模块，水位检测模块，时间设定模块和多功能显示模块。②动态原理图演示：利用proteus和keil作出相应的电路模拟仿真，作出显示操作过程。

1.2.2主要实现方案

（1）一体式传统模拟控制方法，选用模拟电路，用电位器设定阀值反馈温度和水位，根据检测反馈的温度或水位，决定加热或是保温操作和加水补水操作。这种方式开水箱简单易懂易于实现，但是其反馈的结果精度并不高且不能频繁的作出相应的功能调节动作，系统动静大，不稳定，易受环境影响，难以用液晶显示屏显示，功能单一且制作的成本也比较高。

（2）单片机系统实现。利用单片机软件编写程序灵活，自由度大，控制范围广，可选择通过软件实现各种控制算法和逻辑控制来仿真开水箱的运行过程。通过单片机温度传感器对水箱内的温度、水位进行检测，得到的温度、水位的模拟信号在经过A/D转换器后可用液晶显示出来，测得的信号通过单片机处理后，控制继电器进行相应的加热补水功能，该方式还可以通过选择单片机中断方式来实现各种功能键设置，完善各种功能操作。

2单片机的选择

本次设计选用的是STC89C52RC单片机。该单片机与传统的8051单片机基本相同，只是其性能收到了改善，不仅效率高而且工作评率更加广泛。该单片机有40个引脚，与传统的8051单片机的引脚相同（见图1）。该单片机引脚和传统的8051单片机引脚一致。

P0、P1、P2、和P3端口均是8个带上拉电阻的双向I/O口，他们的输出缓冲器每个均可驱动4个TTL输入，主要的几个引脚：

40号引脚VCC是接电源端;20号引脚VSS是接地端;9号引脚RES是复位输入端，该引脚是用来对单片机进行复位处理;30引脚ALE是地址锁存控制信号，该引脚是访问外部程序寄存器时，锁存低8位地址的输出信号;19号引脚XTAL1是反向放大器和时钟电路的输入端;18号引脚XTAL2是反向放大器的输入端。

另外，P3.2和P3.3还可以作为定时器/计数器的中断控制按鍵的输入端;P1.0和P1.1还可以输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。

该模块选用的是两个水位传感器安装在开水箱的上限水位和下限水位来控制检测水位情况，“+”引脚接电源VCC，“-”引脚接GND，“S”引脚是模拟信号输出端，信号输出端直接接AD转换器或单片机的装换引脚P3.7。通过水位传感器检测水位情况反馈到单片机（原理图如图2）。

3结论

通过以基于单片机开发一款全自动电热水箱为例，通过教学和项目结合的方式，使学生更清晰地明白所学的知识在工业生产中的实际用途，增强了学习的趣味性和实用性，达到了较好的教学效果。

参考文献

[1] 崔东剑.多点恒温自动控制设计[J].电子技术，2003（01）：89-154.

[2] 李全利.单片机原理及应用技术（第3版）[M].北京：高等教育出版社，2008.