浅谈电阻测试仪在智能电子产品课程中的应用

吴友兰 朱恭生 汤锋

(北京电子科技职业学院，北京 100016)

1.引言

《智能电子产品设计制作》课程的开设是为了提高高职院校电子类相关课程理论与实践相结合而设立的。该课程以项目驱动为导向，课程中所选取大部分项目案例来源于历届全国大学生电子设计大赛，该课程以真实的项目为依托，训练学生电路的搭建、测试、程序的编写以及仪器仪表的使用，学生能从设计、制作到调试整个过程，完成一个小型的智能产品的开发，从而提高学习兴趣。每个项目包含了电子类相关课程所涉及的知识点，为课程体系中的前序课程的知识的延伸提供了依据。本文主要以电阻测试仪的设计制作作为依托，提出了项目驱动教学的新思路，供相关课程教学改革提供参考。

2.项目驱动教学法在课程中的意义

智能电子产品设计制作课程在电子类课程体系中属于综合性课程，它涉及到多门课程的知识点，其特点是要求学生制作具有一定技术含量的硬件作品，我们设计了5个综合性的实训项目，其中有三个项目均来源于历届大学生电子设计大赛，其项目选择具有一定的典型性和应用性，知识内容可能涉及多门课程。学生3-5人一组，通过阶段性的实践来完成项目任务。这些项目涵盖70%的课程内容，30%的扩展知识，充分发挥学生的自学能力，培养他们的团队合作意识，进一步地激发他们对单片机课程、模拟电路设计、传感器技术的兴趣，为选拔各类电子大赛人才做好准备。

3.课程结构模块化

智能产品设计课程结构根据教学内容分项目进行，课程中安排5个综合性案例：频率计的制作、万年历的制作、水温控制系统的制作、电阻测试仪的制作、信号发生器的制作。

每个项目又按照设计方案分为以下几个模块：主控模块、待测模块、显示模块、键盘输入模块、控制模块（总体框架见图1）。

图1 总体框架图

下面以2011年大学生电子设计大赛中电阻测试仪的制作为例详细分析项目驱动教学的方法。

本简易自动电阻测试仪采用了AT89S51单片机。该系统主要包括电阻测量模块，LCD显示、按键模块、电源电路等功能模块。系统的总体结构框图如图2所示。

图2 电阻测试仪设计框图

3.1 主控模块

主控模块主要是指具有处理控制功能的处理器模块，在电阻测试仪中我们可选的处理器很多，比如AT89S51、MSP430、ARM等，但是从学生的接收知识的连贯性考虑，我们选取了最简单而且具有代表性的AT89S51单片机作为主控制器。学生在学习智能产品设计课程的前序课程有电工基础、数字电路、模拟电路技术、单片机技术、传感器技术。对基本电路的设计和单片机控制系统已经有了初步认识，我们在这选用AT89S51单片机，学生可以把前序课程中单片机的知识进行复习和回顾，并在原基础上得以提高，使得学生所学知识得以贯穿。在学生的知识拓展环节，主控模块我们可以换成MSP430系列单片机，由于该系列单片机在我们的课程体系中暂时还没有加入进来，需要学生自学，这样可以提高学生的自学能力，拓宽学生的眼界，提高他们的综合能力。

3.2 输入模块

输入模块在大部分产品设计中都需要涉及，选取方案大致分为两个。

方案一：采用独立式键盘。这种方式是各按键相互独立，每个按键各接一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。软件设计采用查询方式和外部中断相结合的方法来设计，低电平有效。通过检测输入线的电平状态可以很容易判断那个按键被按下了。采用独立式键盘电路配置灵活，软件简单。

方案二：采用矩阵式键盘。采用4x4矩阵键盘输入，这种接口方式适用于按键数量较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于每个行、列的交叉处。对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号唯一决定。这样，适用8个I/O口，就可以有16个按键。若使用“一键多功能”能实现更多更方便的设置。占用比较少的I/O口。

在电阻测试仪设计和制作中，要输入的数值比较简单。所以以上两个方案都能实现题目要求，学生可以根据自己以前的相关知识的掌握情况，自行选择一种方案。从而把以前所学的知识加以贯穿。

3.3 输出模块

输出模块属于很多电子产品开发的重要模块之一，选取方案大致分为两个。

方案一：采用数码管显示

其优点是元件价格便宜，而且外围的电路简单，编程简单。但是扫描占用大量的I/O口资源，从而增大了单片机的运算开销，显示信息不丰富，功耗比较大。

方案二：液晶显示

相对数码管显示液晶显示有着他得天独厚的优势，液晶显示能够精确地还原图像，液晶显示器采用的是直接数码寻址的显示方式直接将视频信号一一对应在屏幕上的液晶像素上显示出来。而且其显示字符锐利，画面稳定不闪烁，屏幕调节方便。液晶显示器的直接寻址显示方式，使得液晶显示器的屏幕调节不需要太多的几何调节和线性调节以及显示内容的位置调节。由此可见液晶屏显示更为合适。

液晶显示有很多的型号，如LCD1602和T6963C。LCD1602其优点是显示方便，使用方便灵活，占用I/O口少，不需要循环扫描，节省了大量的程序开销，但是其显示内容比较单一，不能显示中文，所以建议学生不采用此方案。T6963C其优点是显示信息非常丰富，方便使用者使用，占用I/O口少，不需要循环扫描，节省了大量的程序开销。而且功能很多，使用起来比LCD1602更加方便快捷，所以在电阻测试仪的设计中我们建议学生显示模块选择T6963C。

3.4 待测模块

在电阻测试仪的设计中，我们的待测模块主要包括测量模块、A/D转换模块、换挡模块三部分。因为在很多项目中都涉及到输入输出模块，它的设计基本是相通的，而待测模块针对不同的项目会有不同的设计方案，下面以电阻测试仪为例详细讲解待测模块的设计以及该模块所涉及到学科中的知识点。

测量模块：在该系统中采用标准电阻比较法，利用待测电阻Rx与标准电阻R1串联在标准电压5V电压上如图3，根据分压定律：5-U1/Rx=U1/R1，得 Rx=（5-U1）R1/U1（其中U1为被测电压，R1为标准电阻）。经转换后得到的直流电压U1经A/D转换器转换为数字信号，由单片机控制输出显示被测电阻值到LCD。此方法电路实现简单，设计中可以通过选择多种标准电阻进行比较提高测量精度。

图3 串联分压

A/D转换模块：在电阻测试仪设计中输出的电压U1如何被单片机接收并加以控制显示，这里就需要用到A/D转换芯片，在教学过程中，学生可以根据自己以前知识的掌握情况先选择一种A/D进行测试，因为我们学生在初学A/D转换时用的是8位模数转换器ADC0809，故我们在教学中选用了这款AD芯片，该芯片是8位的A/D芯片，测量精度会受到一定的影响。但是学生对该款芯片已经比较熟悉，所以在设计开发过程中难度也不会太大，能够实现该系统的功能，并且会增加对该门课程的兴趣。在课程的拓展环节，学生可以自由发挥选择一种高精度的A/D芯片，在原有基础上更换精度更高的芯片，从而提高该系统地精度。在这部分教学过程中考虑以前知识的连贯性，我们并不是选择精度最高的AD芯片，而是根据学生的情况选择一款他们已经比较熟知的芯片，目的是为了实现知识的连贯性，学生学习起来也不会觉得有难度，增加了他们的学习兴趣，在拓展环节我们更换了精度更高的AD芯片，使得他们在复习巩固以前知识的基础上能学习到新的知识。

换挡模块：换挡电路是一个关键部分，单片机通过A/D转换器采集分压测量电路的电压，同时控制继电器进行换档操作，即根据需要改变参考电阻阻值。因为继电器具有动作快、工作稳定体积小等特点，和单片机配合使用能够很好地实现准确快速的自动换挡功能。

我们在设计中利用单片机控制三极管来驱动继电器的打开和闭合如图4，选中和被测电阻最接近的基准量程电路进行测量，从而提高测量精度。在换挡模块中学生可以根据题目要求自行设计需要几路换挡电路，考虑继电器的切换需要时间，并不是设计越多路换挡，精度越高，这个是学生在设计开发过程中自己去体会的。

图4 档位切换电路

4.结语

项目驱动法教学，也称为基于项目活动的研究性学习，这种教学方法的突出特点在于学习过程的实践与研究活动相融合。在课程的设计中，学生并不是以完成项目为目的，而是把项目分解成若干个模块，不同模块涉及到不同的知识点。每个模块成三个层次—基础部分、提高部分、拓展部分。其中基础部分是学生能对以前知识进行回顾和复习，提高部分是学生对新知识的获取，拓展部分是学生的综合能力，举一反三和触类旁通的能力。项目驱动教学法能将教学内容的理论与实践有机结合在一起，项目完成过程是以学生为主体，以实践为中心，注重前后的知识连贯性，不仅提高了学生的学习兴趣，也调动了学生的学习积极性，值得广泛推广。

[1]戴士弘.职业教育课程教学改革[M].北京：清华大学出版社，2007.

[2]彭远芳，陆勤，胡宁，杨洋.基于“项目驱动法”的单片机课程一体化教学的探索与实践[J].计算机教育，2010(0)：78.

[3]张跃西.论高职教育与课程项目化[N].光明日报，2007：12-10.

[4]徐国庆.职业教育项目课程的几个关键问题[J].中国职业技术教育，2007，（02）.

[5]魏文芳.项目课程建设是教学基本建设的核心任务[J].湖北教育，2007，（11）.

[6]李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京：航空航天出版社.2005.