单片机课程中发光二极管教学与思政融合项目开发研究

王中宝 王云鹤

摘 要：分析了单片机教学中发光二极管教学项目与思政元素融合的方法，并进行了设计和实物搭建。实测表明，旋转LED项目替代传统LED教学项目有助于课程思政元素的融合，在发挥学生爱国主义热情的同时，还能激发学习热情。

关键词：旋转;LED;课程思政;硬件设计

单片机技术是电子信息大类专业的一门必修核心课程，课程定位是让学生能够充分了解单片机的构成、指令系统、中断系统及在控制领域的应用。往往在授课过程中，重点讲解知识点和应用，对于应用“思政”的方法分析具体问题涉及较少。另外，工科类教学也很难融入思政类元素，或者融入“思政”元素时仅仅停留在背景、意义层面，对于教学项目应用较少。最后，电子信息类专业毕业生从事具体工作时，也要求使用马克思主义哲学的方法辩证分析具体问题。

一、课程思政元素挖掘

（一）传统LED项目教学方法

传统的LED教学从发光二极管的原理开始讲解，首先利用单片机（C51）点亮一个LED。在学生了解LED的发光原理和单片机控制的基本原理后，实现一个LED的闪烁。然后，通过延时程序控制LED闪烁的时间间隔。最后，学生在以上知识点都学会之后，设置流水灯（跑马灯）教学项目，加深学生的理解。

在授课过程中，从硬件原理到程序控制都是必讲内容。学生在此过程中可以学到LED原理、I/O口功能、延时程序、循环控制、仿真软件等知识点。通过项目学习，学生能够初步掌握单片机控制的基本思想和步骤。

以上是一個完整的教学过程，但是无论从教学过程设计、教案设计，还是从教学考核环节都没能引入思政元素。

（二）思政元素挖掘

学习LED发光原理后，我们知道LED可以用作显示器件。将一系列LED按照一定规律排列和程序控制，就能显示文字信息或者图形信息，如现有的光立方。一般情况下，利用LED阵列显示文字或者图片时，使用的I/O口数量较多，资源比较浪费。因此，可以使用旋转LED的方式动态显示文字或者图片信息。

旋转LED的优点在于现有I/O条件下可以显示更多的文字或者图片，且其控制原理和流水灯类似。因此，在教学时可以引入恰当的“思政”元素，比如党徽图案用旋转LED方式显示出来，或者显示文字信息，比如“庆祝新中国70华诞”。这样既在一定程度上发挥学生的爱国主义热情，又增加了项目的趣味性，使得学生的参与度和热情都有所提高，加深学习效果。

二、项目实现

（一）硬件电路

旋转LED项目主要由控制模块、显示模块、直流电机和供电模块组成。机械结构如图1所示。

1.控制模块主要采用STC15系列单片机，优点在于I/O口数量较多，增加了P4和P5端口，同时内部集成ADC逻辑单元，可以方便地实现模数转换。另外，控制方式和传统C51单片机相同，可以很方便地实现项目。

2.显示模块由16个普通LED组成（共阴极或者共阳极），为了显示效果美观，可以使用双色的LED。为了节省I/O口，使用了扩展芯片74LS245。

3.供电模块。考虑到能效问题，采用单电源供电方式，12V直接给直流电机供电，经过降压/稳压模块，5V给控制系统。另外旋转底板和控制板上的红外对管用于零点校准，两个板之间采用互感线圈无线供电。

（二）软件设计

显示利用了人眼视觉暂存的原理，用电机旋转做列扫描，每送一列数据延时，再送下一列数据，原理近似点阵显示。程序控制有两种方式，一种是用判断红外起点的方法开始显示，每转一圈，列数往后移动一列，显示完指定的循环次数完成显示。此种方法的优点在于程序简单，缺点为电机转速太快时容易造成显示信息首尾相交。另一种方法为利用定时器中断的方式，可以做到精确控制。第一种部分程序如下，程序中介绍了一种避免首尾相交的方法，如图2所示：

本文讨论了单片机教学LED教学项目与“思政元素”融合的方法，并进行了实物验证。验证结果表明效果良好（以“庆祝新中国七十华诞”为例），既融进了“思政”元素，又加深了学习热情。

参考文献

[1] 赵志宏.《单片机技术应用》课程思政元素的探讨[J].智库时代，2019（23）：76-77.