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【關(guān)鍵詞】單片機；計數(shù)器；敏感性能；采集系統(tǒng)；二級控制系統(tǒng)；

【中圖分類號】TP339【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）02-0356-02

1.單片機的介紹

單片機是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結(jié)果就會有天壤之別！只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率。

由于單片機對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經(jīng)達到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達到幾十K的尺寸！對于家用PC的硬盤來講沒什么，可是對于單片機來講是不能接受的。 單片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計算機上的操作系統(tǒng)和應用軟件拿到家用PC上來運行，家用PC的也是承受不了的。

目前最常用的單片機為MCS-51，是由美國INTEL公司（生產(chǎn)CPU的英特爾）生產(chǎn)的，89C51是這幾年在我國非常流行的單片機，它是由美國ATMEL公司開發(fā)生產(chǎn)的，其內(nèi)核兼容MCS-51單片機。

單片機的應用領(lǐng)域：單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇：.在智能儀器儀表上的應用，單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設(shè)備。

在家用電器中的應用，可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應用，現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。

2.計數(shù)器總體思路與結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)上電復位，計數(shù)器自動復位清零。當無物體遮擋時計數(shù)器不被觸發(fā)計數(shù)，使之保持原態(tài)，計數(shù)器顯示數(shù)值不會變化。當有物體遮擋時使計數(shù)器可靠觸發(fā)，計數(shù)器被觸發(fā)翻轉(zhuǎn)計數(shù)。當物體下次到來時，計數(shù)器將自動加一，直到加至計數(shù)值為999。繼續(xù)加一，使計數(shù)器進入下次從099的循環(huán)計數(shù)。通過以上分析，數(shù)字式光電計數(shù)器電路主要由直流穩(wěn)壓電源、光電變換電路（信號采樣電路）、信號觸發(fā)電路和兩位數(shù)電子計數(shù)器電路及譯碼顯示電路等組成。

電路分析。電路中對于第一比較器IC2B，當紅外傳感器輸出的脈沖信號電壓小于參考電壓時，輸出端輸出高電平；當輸入電壓大于參考電壓時，輸出低電平。對于IC2A，當IC2B輸出高電平時，它輸出低電平。這時，光耦合器中的發(fā)光二極管、光敏三極管導通，使VT導通輸出低電平，這是紅外傳感器在無物體遮擋時脈沖輸出端的輸出狀態(tài)。當IC2B輸出低電平時，IC2A輸出高電平，光耦合器中的發(fā)光二極管截止，光電管及VT截止，輸出高電平，這是紅外傳感器被遮擋后脈沖輸出端的輸出狀態(tài)。這樣，每當傳感器被遮擋一次，脈沖形成電路便輸出一個計數(shù)脈沖。從而觸發(fā)譯碼器在數(shù)碼管上顯示計數(shù)值。一只計數(shù)器上加上兩個譯碼器和兩個數(shù)碼管組成一個兩位的電子計數(shù)器。它的計數(shù)范圍為0～999，采用同樣的計數(shù)器和譯碼器進行級聯(lián)便可組成多位計數(shù)器。電路中，C4與R12組成開機復位電路，接通電源后由RC電路產(chǎn)生一個復位脈沖加至計數(shù)器的復位端R，計數(shù)器自動清零。本電路采用脈沖下降沿觸發(fā)方式，計數(shù)脈沖由EN端輸入，這時應將CP端接地。

電路的優(yōu)缺點及改進方法：一是電路的優(yōu)點，易于實現(xiàn)自動化控制、計數(shù)精確、直觀性比較好、具有一定的抗干擾能力且比較容易實現(xiàn)級聯(lián)，以達到擴大計數(shù)范圍的作用，同時電路具有很強的實用性。二是電路的不足，由紅外發(fā)射管IRED和接收管VTP組成的信號采樣電路靈敏度稍差，以及電路焊接工藝和線路排布個人覺得并不十分完美。三是電路改進措施，在調(diào)試之前我把發(fā)光管與接收管正對，同時為避免自然光線干擾引起誤計數(shù)，我在接收管上套一段黑色圓管作遮光筒，將兩管之間調(diào)整好距離，以有效實現(xiàn)物體運動。在電路板焊接工藝這一塊，有待于在今后的技能實習中進一步加強和訓練。四是電路調(diào)試過程中兩種出現(xiàn)的情況 ①電壓比較器LM393的第一級比較器的參考電壓端（五號端）的上電電壓很高，接近于電源電壓，使輸入端（六號端）與之比較時沒有反應，LM393不能正常工作，從而不能產(chǎn)生脈沖信號。②某些時候數(shù)碼顯示器計數(shù)不準確，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于脈沖發(fā)生電路所產(chǎn)生的脈沖信號頻率不正常。

解決方法：一是電壓比較器LM393集成塊的四號端和八號端對調(diào)，使四腳接地，八腳接正極，這樣就將參考電壓端（五號端）的電壓拉低，使之為VDD/2，即4.5V，使電路正常工作。二是既然脈沖信號頻率不正常，那么我就查脈沖發(fā)生電路，由發(fā)射接收管到電壓比較器再到光耦合器再到三極管最后到充放電電容。最終確定充放電電容不匹配，由容量為10的4次方皮法改為了10的2次方皮法，電路能準確計數(shù)，正常工作。

電源電路。220V交流市電經(jīng)變壓器T降壓，橋式整流器D1整流，電解電容C7濾波，三端穩(wěn)壓器78L05穩(wěn)壓，最后得到整機要求的+5V穩(wěn)定直流電源。單片機系統(tǒng)。U1為AT89S52單片機。C1，R0，R1和復位按鈕RESET組成手動電平復位和上電自動復位電路；C2，C3以及晶振JT1組成時鐘電路；C4，C5為+5V電源濾波電容。U2為CMOS6反相器CC4069，起驅(qū)動作用。VD1～VD6為紅外發(fā)射管，其負極端接與P1口，P1口設(shè)置為輸出狀態(tài)，當P1口為“0”時，VD1～VD6發(fā)紅外光。VD7～VD12為紅外接收管，當接收到紅外光時導通，+5V電源通過VD7～VD12加到反相器CC4069的輸入端，經(jīng)反相為低電平，這時P3.0～P3.5為低電平。

參考文獻

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篇2

關(guān)鍵詞：光纖通信；課程教學；教學改革

作者簡介：翟鳳瀟（1979-），男，河南永城人，鄭州輕工業(yè)學院物理電子工程學院，講師；郝蘊琦（1985-），女，河南扶溝人，鄭州輕工業(yè)學院物理與電子工程學院，講師。（河南 鄭州 450002）

基金項目：本文系鄭州輕工業(yè)學院第十批教改項目的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0144-02

自從英（美）籍華人科學家高錕提出光纖用于通信領(lǐng)域之后，光纖通信技術(shù)以其獨特的特點和優(yōu)勢得到了前所未有的快速發(fā)展。[1]我國光通信設(shè)備產(chǎn)業(yè)近年來—直保持較高增長速度，成為中國發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)之一?，F(xiàn)在國家級的電信網(wǎng)骨干主要采用光纖通信系統(tǒng)，而光纖通信技術(shù)已深入到社會生活的各個層面，成為現(xiàn)代社會重要的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。特別是2013年8月17日，國務院印發(fā)了“寬帶中國”戰(zhàn)略及實施方案的通知，必將對我國光纖通信技術(shù)發(fā)展起到了巨大的推動作用，也會對光纖通信人才培養(yǎng)產(chǎn)生影響。由于光纖通信技術(shù)在社會生活中占據(jù)的重要地位，因此“光纖通信”課程近年來一直作為國內(nèi)外高校通信、電子學科的重點專業(yè)課程及相關(guān)專業(yè)的選修課程。這門課程系統(tǒng)主要介紹了光纖通信理論和技術(shù)。課程要求是通過這門課程的學習，可以使學生掌握光纖通信技術(shù)的基本原理、光纖通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成以及系統(tǒng)設(shè)計方法，了解光纖通信技術(shù)的實際應用和最新發(fā)展方向，為學生畢業(yè)后能夠從事光纖數(shù)字通信設(shè)備的操作、維護、設(shè)計、施工或繼續(xù)深造打下良好的基礎(chǔ)?！肮饫w通信”作為一門應用性很強的課程，在實際課程教學中存在諸多問題。關(guān)于“光纖通信”課程理論與實踐教學改革成為各高校研究的問題。[2-5]本文將從教學現(xiàn)狀及存在的主要問題出發(fā)，對該課程的教學改革進行探討。

一、“光纖通信”課程存在的問題

作為電子科學技術(shù)專業(yè)一門主要專業(yè)課，其特點是光纖通信科學技術(shù)發(fā)展迅速，新理論和新技術(shù)不斷產(chǎn)生和發(fā)展。這需要及時更新教學實驗內(nèi)容、改革教學方法。由于種種原因，“光纖通信”這門課程在實際教學過程中存在諸多問題，主要表現(xiàn)在以下方面：

第一，從授課方面來看在傳統(tǒng)的教學模式下，一般都是按照教材的自然順序按部就班地進行講解，由于本課程公式多、表格多、圖形多，并且在課堂授課中，教師需在黑板上做大量的數(shù)學分析推導，課堂教學中過多的公式推導、證明導致課堂氣氛沉悶，教學效果不佳。另外，課程成績考核方式比較單一。目前“光纖通信”原理課程的考核多采取傳統(tǒng)閉卷考試方式，考試內(nèi)容以理論知識為主，導致學生的學習方法呆板，習慣死記硬背，表現(xiàn)出綜合應用知識能力比較欠缺，不能充分反映出學生對課程知識進行融會貫通、創(chuàng)新思維解決實際問題的能力。以上原因都極大打擊了學生學習的積極性。

第二，實踐性教學環(huán)節(jié)欠缺。在工科院?！肮饫w通信”教學實踐的過程中，實踐教學環(huán)節(jié)向來是一個短板。隨著光纖通信的新理論和新技術(shù)不斷產(chǎn)生和發(fā)展，實驗硬件更新升級落后、實驗設(shè)備陳舊、實驗項目單一、實驗內(nèi)容老化等原因，教學內(nèi)容已經(jīng)落后于光纖通信技術(shù)的發(fā)展。另外，采用封裝性強、集成化程度實驗箱型的實驗方式在方便操作的同時卻無法讓學生深入了解光纖通信系統(tǒng)全貌。實踐教學很難達到培養(yǎng)學生動手能力的目的，導致學生普遍對實驗教學認識不足，嚴重影響了實驗教學質(zhì)量和效果。

第三，由于光纖通信技術(shù)涉及的物理基礎(chǔ)知識較多如場論、光學原理、通信技術(shù)、激光技術(shù)等。故在學習本課程之前，學生應先修這些課程。但是由于這些課程本身都有比較深的難度，所以不少學生很難全面掌握。例如研究光纖中的模式分布通常是在圓柱坐標系下用分離變量法解給定邊界條件下的亥姆霍茲方程來完成，要求學生有較好的數(shù)學功底和電磁波方面的知識，如果基礎(chǔ)知識不夠扎實這部分的學習就會出現(xiàn)困難。學生對知識的掌握僅僅限于簡單地背結(jié)論、公式，做計算題。學生不了解理論的工程應用意義，不具體分析問題，導致學生對課程認識不足，出現(xiàn)不知道學了有什么用的現(xiàn)象，這些問題會使得學生逐步失去對這門課程的興趣。

二、“光纖通信”課程的教學改革思路

鑒于教學現(xiàn)狀和存在的問題，對“光纖通信”課程的教學內(nèi)容和體系改革非常重要。下面將從教學內(nèi)容、教學方法以及實驗領(lǐng)域進行改革探索，在教學過程中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，為學生圓滿完成學業(yè)打下堅實的基礎(chǔ)。

1.創(chuàng)新教學方法

在授課的過程中應摒棄傳統(tǒng)教學方法缺點，充分利用計算機多媒體技術(shù)在現(xiàn)代教育中的優(yōu)勢。從教學目標出發(fā)選擇教學內(nèi)容，把握理論上的度，對課程進行準確定位，突出技術(shù)實質(zhì)。根據(jù)不同的教學內(nèi)容精心制作教學課件，在講課程前言和緒論部分宜采用聲情并茂的圖文、視頻展示，突出基本理論基本分析方法和知識的應用，讓學生在首次接觸該課程時，接觸到一個開闊的視野，有生動的發(fā)展歷史和鮮活的應用基礎(chǔ)，而不是讓其產(chǎn)生理論堆積的錯覺。在講授光源時，采用flas來演示受激輻射機理。在講授光纖無源（有源）器件時，可以現(xiàn)場演示一些器件。根據(jù)課程內(nèi)容，把課程涉及的知識分成若干主題，如“低損耗光纖研究現(xiàn)狀及進展”、“摻Er光纖放大器”、“光無源器件及市場調(diào)查”、“基于光纖傳感器的研究進展”、“光纖通信的發(fā)展趨勢”等。把班級學生分成若干小組，每組負責一個主題，查閱相關(guān)文獻資料。當講授先關(guān)內(nèi)容時，小組負責人把寫出的調(diào)查研究報告，以ppt的形式進行報告。這不僅可以拓寬學生的視野，提高學生獲取資料的能力，也極大的調(diào)動了學習的積極性。讓學生參與到教學中來，充分發(fā)揮以教師為主導，以學生為主體的作用。這些教學方法學生參與度高，為學生以后的畢業(yè)設(shè)計以及研究生學習奠定了良好的基礎(chǔ)。這些教學手段改變了以往課堂教學氣氛沉悶的現(xiàn)象，刺激了學生求知、探索的興趣和激情。

2.優(yōu)化教學內(nèi)容

在教學內(nèi)容上既要重視課程的理論性，也要強調(diào)課程的工程實用性。光纖課程的理論較多，在理論課講授時，面面俱到，都講深入也是不切實際的。這就要求對課程教學過程中抓住重點、突破難點，做到詳略得當、主次分明。對于學生反映掌握比較困難的理論，可以適當?shù)卦谡n前進行一些知識的補充。比如在理論推導中用到的一些高等數(shù)學知識、電磁場理論中的麥克斯韋方程、導波光學等。這些可以讓學生課前預習，在課堂上教師進行回顧復習來達到鞏固知識的目的，這樣學生在學習新的課程內(nèi)容就顯得容易接受了。在教學中，既注重理論分析的嚴謹性，又在一些理論分析難度較大的內(nèi)容上，結(jié)合物理意義以簡化分析，以突出“光纖通信”課程理論性和系統(tǒng)性強的特點。適當增加新技術(shù)、新理論的課時，使學生更多了解最新技術(shù)發(fā)展動態(tài)。比如在分析光纖中傳輸模式時候，可以不必要去細致分析每一步的公式推導，只需把結(jié)論及其物理含義進行解釋。由于公式中用到了貝塞爾函數(shù)，函數(shù)的解比較復雜，對于方程的解可以利用計算機完成，尤其是相關(guān)計算機軟件比如matlab具有可視化功能，[6]由學生自己動手編程解方程和繪圖，既可以降低教師在教學中的勞動量還可以加深學生對知識的掌握和理解。

3.加強實驗教學項目及硬件建設(shè)

“光纖通信”原理課程是一門理論性及實踐性很強的課程，因此必須加強和改進“光纖通信”課程的實踐環(huán)境教學內(nèi)容，突出本課程重實踐、強能力的培養(yǎng)特色。實驗建設(shè)和實驗教學的重視和完善，有利于培養(yǎng)和提高通信工程類大學本科生的應用能力、創(chuàng)新能力和科研能力。

光纖通信技術(shù)發(fā)展十分迅速，這使得教學內(nèi)容更新周期越來越短，結(jié)合工程實際越來越密切。光纖通信的實驗教學環(huán)節(jié)隨著學科的發(fā)展顯得越來越重要。由于實驗硬件建設(shè)需要投入的資金較多，許多院校在實驗教學環(huán)節(jié)嚴重落后于光纖通信技術(shù)的快速發(fā)展。因此在實驗硬件建設(shè)方面，亟待改善實驗教學條件，加大經(jīng)費投入。逐步開設(shè)多層次實驗教學項目如基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗、設(shè)計性實驗等?；A(chǔ)性實驗以驗證內(nèi)容為主，例如采用大恒光電GCS-FIB光纖技術(shù)基礎(chǔ)綜合實驗平臺進行“數(shù)值孔徑測量”、“光纖準直”等實驗。綜合性實驗對學生綜合知識提出更高要求，例如“自組光纖馬赫-曾德干涉儀”要求學生對馬赫-曾德干涉儀有深入的理解，同時要有較強的動手能力。創(chuàng)新性實驗主要結(jié)合教師的科研項目以及大學生創(chuàng)新項目，有興趣的學生可以進行此類研究性實驗?？紤]到實驗建設(shè)資金限制，對于一些實驗可以用軟件模擬的方式進行驗證，例如“光纖中模式的傳輸”、“光的偏振狀態(tài)”可以采用matlab可視化模擬的方法驗證，這些實驗可以由學生參與程序的編寫，提高學生對所學內(nèi)容的理解。學生參加實驗建設(shè)活動，可以在其課程成績中給予體現(xiàn)，以提高學生參加的熱情和積極性。

4.建立全面的評價體系

重理論，輕實踐，重結(jié)果，輕過程是傳統(tǒng)評價方式的特點。因此建立能夠反映學習本課程情況的全面評價體系十分必要。建議提高學生學習過程的成績比重，提高學生實驗部分的成績比重。在理論課成績部分可以采用期末考試、主題報告、課堂討論幾項成績的綜合方法，這充分體現(xiàn)了學生的學習過程和學習效果。實驗成績采用包括基礎(chǔ)實驗、綜合性實驗和設(shè)計性實驗以及模擬實驗建設(shè)部分組成。對于設(shè)計性實驗要有更高的要求，實驗結(jié)果按照科技論文的形式撰寫，為學生后期的畢業(yè)論文和研究生學習打下基礎(chǔ)?？偠灾⑷娴目己嗽u價體系有助于全面考查學生對課程的學習情況，激發(fā)學生學習的積極性。

三、結(jié)束語

“光纖通信”是一門多學科交叉的理論性和實踐性都很強的課程，在教學過程中，做到理論教學和實踐教學并重。通過這門課的學習使學生成為知識面寬，實踐能力強和具有創(chuàng)新能力的技術(shù)人才，這需要在“光纖通信”課程的教學方法、教學內(nèi)容、實踐環(huán)節(jié)等方面進行改革和探索。

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