利用单片机进行科技创新教育

利用单片机进行科技创新教育摘要：（1）单片机的重要性（2）学习单片机的意义（3）初中生学习单片机的可行性（实施方案）（4）例谈单片机对学生科技素质的培养关键词：单片机、智能控制、科技素养、科技创新作者名：闫长青作者单位：北师大三附中作者简介：闫长青，毕业于首都师范大学物理系，从事单片机小组教学三年。利用单片机进行科技创新教育在微型计算机的大家族中，单片微型计算机（单片机）更是引人注目，一块单片机就是把一个计算机系统做在一块大规模的集成电路芯片上。可谓麻雀虽小,五脏俱全，是实现“信息采集与处理”的核心。单片机的出现为工业自动化控制、智能仪器仪表、家用电器以及高级玩具等方面开辟了广阔的研究道路，那些标有“电脑控制”“智能控制”的产品，都是单片机在“唱主角”。单片机的应用大到卫星、导弹，小到洗衣机、微波炉，都有它们的踪影。在自动控制领域很难找到没有使用单片机的。单片机的基础知识、技能的学习内容，蕴含着数学、物理、计算机信息技术、数字信息技术、电子技术等学科知识的联系，有利于多方面教育内容的整合和学生综合视野的形成。这些内容具有广泛的生长点，有利于内容的横向和纵向联系。但当前市场上多数单片机价格高且模块集成度高，往往掩盖了智能控制的基础原理，给学生带来新奇、神秘的背后是不明所以的茫然。DP801系列单片机，是专为中小学生设计的科学普及教育器材。它的操作指令系统只有17条宏指令，编程、操作、应用比较贴近学生的生活实际，可以开阔学生视野，能激发学生学习科学技术的兴趣，培养学生运用现代科学文化知识和技能解决实际问题的能力，是提高学生科技素养、培养学生创新意识和创新能力一个很好的途径。下面以智能车的制作与控制为例。我们先从天意小商品批发市场买了一辆双电机的坦克车，我和学生拆开发现它的双电机是用一对线控制，无法实现转弯。我们只好从通用公司又买了6辆遥控车，双电机分别由一对线控制，连接单片机后输入程序果然能独立转动。如何调整两对连接线，使得输入0000；0002；1000时两侧车轮均正转，使学生懂得了电机转向与电流方向有关系。单片机、电池盒、继电器要和车子组装在一起，怎么办？同学们自己动手用三合板给小车做了一个漂亮的车壳。设计、绘图、锯割、钻孔、打磨、胶粘、安装、修改，这车组装好了，学生们也成了小木匠了。欣赏自己的小车就像大人欣赏自己的爱车一样陶醉和自豪。要想让小车扎气球，怎样才能让小车走预定的长度再拐90度的直角弯呢？这就要寻找路程与时间的关系，转角与时间的关系。同学们学会了研究方法：首先做实验，让时间以0.1秒递增，分别记录时间与路程的对应关系，然后寻找规律。数据记录了满满一篇纸，结果发现前十几次还能找到规律，后来就乱了。排查原因发现是电池电量变化造成的，只好第二天充满电再找规律。第二天转移到操场进行实验，结果数据与昨天在楼道里有较大出入，分析结果是摩擦力的影响。经过无数次实验，终于可以做到想让它走多远就走多远、想转多少角度就转多少角度。可扎气球实战结果并不理想，因为车会跑偏。比赛归来，同学们就开始解决这个问题，用胶布加大车轮直径、用透明胶带减小轮子摩擦、调紧齿轮……，用尽了能想到的办法，虽然没有成功，但我们毕竟找到了几种不能用的方法。智能车接力就是给小车装上眼睛（传感器），眼睛看到黑道没反应，看到白道时就作出反应（产生电势差），把这个信号传给大脑（单片机），大脑作出判断（设定的程序），控制（通过继电器开关）脚下动作（前进、后退、转弯）。这样浅显的解释使得学生对智能化控制有了初步的认识，并产生浓厚的兴趣。眼睛装好了，怎样让它发挥作用？这就需要编写两个包含智能判断的单片机程序。这对初一的孩子来说是个挑战。为此我先让学生搞清楚智能车的动作过程，再转化为设计流程，最后再编出程序。（1）小车前进，左轮出线右转，右轮出线左转，都没出线直行。（2）流程如下：开始（3）在流程图的基础上，我们最终编写出了如下程序（以1号车为例，00为左轮，01为右轮，作传感器接0号触点，右传感器接1号触点）：左眼看见白道？看见没看见小车前进停右轮右眼看见白道？没看见看见停左轮左眼看见白道？K2是否断开？没看见看见看见没看见0号触点是否通？通没通小车前进开始停右轮1号触点是否通？没通通停左轮0号触点是否通？1号触点是否通？断通通断地址指令机器码注释0.0.0000左轮前进正常情况0.2.0002右轮前进0.4.080015左边不出轨测右轮检测左侧0.7.0102左边出停右轮左侧出轨停右轮0.9.090007左边没进入轨道继续停右轮1.2.080000左边进入轨道转正常1.5.080104右边不出轨测左轮检测右侧1.8.0100右边出轨停左轮右侧出轨停左轮2.0.090118右边没进入轨道继续停左轮2.3.080100右边进入轨道转正常这个程序一开始设计为小车每前进一小段距离就停车判断，所以小车速度很慢，大约一圈17秒。学生们想到能不能不停下来呢？于是我们反复探讨、试验、修改，终于编出了这个程序。小车又快又稳，测试的最好成绩为一圈7秒多一点。这个程序编写过程中学生的逻辑思维能力得到了极大的锻炼，学生自我感觉好像豁然开朗，一下子聪明了许多似的。单片机小组同学们通过一个学期的单片机学习，所体验的、所获得的恐怕是他们在其他课堂上、活动中永远达不到的，对他们今后的发展可能会起到非常好的促进作用。在暑假以后，单片机小组的同学们设想利用单片机进行科技作品、小发明的制作，对此同学们非常期待，并充满信心。