微课教学设计之“数码管动态显示”

沙爱军 郭丽红

（南京工程学院信息与通信工程学院 江苏·南京 211167）

0 引言

“微课”是“微型教学视频课”的缩写，是指通过精心的教学设计和组织[1]，在5-10分钟左右时间内，为讲解具有重难点的某个知识点等而开展的微型的视频课程，其具有时间短小、内容精悍等特征，且得益于移动互联网和智能手机的发展，便于授课对象可以更好地利用碎片化时间，实现随时、随地的学习。

“单片机原理及应用”是通信、电子等专业的一门重要的专业基础课。单片机课程具有知识点多，内容细碎、原理抽象，需要理论联系实践等特点，将微课运用于“单片机原理及应用”教学中，将课程划分为一系列的小的专题和任务，通过讲解和讨论，在较短的时间内更好地帮助学生掌握重难点。本次以单片机原理及应用课程中的一个重难点：多个数码管的动态显示微课教学设计为例，做相关介绍。

1 数码管动态显示的教学内容和教学目标

由于数码管的动态显示以单个数码管显示为基础，所以将此次任务分解成2个子任务：（1）单个数码管的显示；（2）多个数码管的动态显示。

教学目标主要有：

（1）学习掌握单个数码管的显示原理及实现；

（2）学习掌握多个数码管的动态显示原理及实现；

（3）掌握相关的思政元素：引导学生学习科学的研究问题，以及课程涉及的相关的哲学知识。

本次微课采用项目驱动，从问题引入→任务分解：单个数码管的显示，多个数码管的动态显示→两个子任务的实现→进行拓展：讨论和思考[2]。在此过程中，引导学生循序渐进，不断深入问题，利用对比、动画展示、理论联系实际（keil和proteus仿真）等多种教学方法，帮助学生掌握数码管的显示相关知识点，并培养学生的思考问题的能力，提高科研、哲学素养。

2 教学设计

2.1 问题引入和任务分解

首先以2幅多个数码管的使用的图片引入，描述数码管在生活中得到广泛的使用，经常用于设备和仪表的显示，提出如何实现多个数码管显示？引出多个数码管的显示方法：静态显示和动态显示，以及本次课的重要内容：动态显示。然后将任务分解成2个子任务：任务1，单个数码管的显示；任务2，多个数码管的动态显示。前者是后者的基础。

2.2 任务1：单个数码管的显示

首先，以共阴数码管为例，讲解单个数码管的显示原理。从数码管的外观有a,b,c,d,e,f,g,dp等8个段、10个引脚开始，进而指出共阴数码管名称的由来，以求出字符0的段码为例，讲解了如何根据要显示的字符，在段选端加不同的电平，以控制数码管的不同的段的亮灭，并可由此得出显示字符对应的段码0x3f，用上面的求段码的方法得出了0-f常见字符的段码，并把它们依次存入一个数组ucharsegcode[16]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71}中。归纳出数码管显示的原理：①公共端必须有效；②段选端必须送相应的字符的段码。

然后，实现单个数码管的显示电路和编程。将单片机P2口连接了数码管的段选端，数码管公共端接地。程序中，要显示字符0，只需要把字符0的段码通过segcode[0]送给P2即可。

并点出：单个数码管显示实质是静态显示，特点：①公共端固定接地（对共阴极数码管）；②1个数码管单独需要一组段选线。

2.3 任务2：多个数码管的动态显示

首先，讲解数码管动态显示的含义。通过2个演示：（1）演示8个数码管显示的视觉效果：看起来好像所有数码管都同时在显示；（2）演示单步运行的数码管动态显示视觉效果，得出数码管显示的本质：多个数码管动态显示，实际上是逐个轮流点亮数码管，一个时间里面只有一个数码管显示，当1秒循环24次以上，由于人眼的视觉暂留效应，看起来所有数码管都同时在显示。

并以此抛出一个问题：眼见是否为实？启发学生思考，点出一个重要的思政元素：眼见未必为实。要学会探究事物的本质，要去伪存真，不被表象所迷惑。

然后，讲解了多个数码管动态显示的控制过程[3]。主要从段选端和位选端的设置角度，并采用和单个数码管静态显示对比的方法来讲解。两个不同点：①8个数码管的段选端并接，用一个端口I/O（1）共同控制，而不是1个数码管一组段选线；②8个数码管的公共端L0-L7，并没有固定接地，而是由另一个端口I/O（2）控制，称为位选线。

如何搭配位码和段码，实现数码管的轮流点亮，是此处重点讲解的内容。

讲解中，采用了动画展示如何实现8个数码管从左到右轮流显示0-7。以先让最左边数码管显示0为例，要显示0，可先把0的段码0x3f发送到段选线，由于是共阴数码管，可以先让最左边数码管的公共端L0为低电平，其余数码管公共端L1～L7为高电平，对应位码为0xfe，就能实现最左边数码管显示0。其它数码管显示也类似。这样就实现了一轮显示，添加循环就可以实现一直显示。并将获得的8个位码依次存到一个数组ucharposcode[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f}中。接着，结合电路和关键程序代码，讲解如何实现多个数码管的动态显示，并对数码管的延时时间长短对显示的影响进行了探讨。

数码管动态显示的仿真电路主要由51单片机和8个数码管组成。单片机的P0口控制数码管的段选线，P2口控制数码管的位选线。

程序结合disbuffer[8]={0,1,2,3,4,5,6,7,8}数组存放要显示的内容。数组segcode[8]和poscode[16]分别存放段码表和位码表，用程序中用变量i控制当前工作的数码管，调用语句 P0=codevalue[disbuffer[i]]，P2=chocode[i]，delay()等。当i=0时取显示内容disbuffer[0]，得到显示内容0，通过segcode[0]查到对应的段码0x3f送给P0,再通过poscode[0]查到位码0xfe送给P2，控制只有第0个数码管工作，就可以实现在第0个数码管上显示0。然后再调用延时函数delay，让数码管延时显示1ms。当i从0变化到7，就可以实现一轮的显示，将display函数放入1个死循环中就可以实现循环显示。由于单片机运行速度很快，所以看起来就是所有数码管一直在显示。

对电路和程序Proteus和keilC仿真进行演示，并说明结果和上述分析完全吻合。

2.4 拓展

安排两个思考和讨论：（1）delay函数延时时间太多和太少对显示有什么影响？（2）多个数码管动态显示有什么优点和缺点？前者可以让学生更深刻地理解动态，后者可以让学生更好地总结相对于静态显示缺点，并为引出串行口扩充实现静态显示打下基础。

3 教学方法与手段

（1）利用逐步深入法：将整体分解成2个小任务，每次完成一个小项目，循序渐进，不断探索，逐步深入；

（2）运用视频和动画教学展示、解释重点难点：如动态显示概念和控制；

（3）运用对比的方法：讲解单个和多个数码管显示对段选端和公共端要求的不同；

（4）理论联系实际：运用Proteus和keilC的联合仿真来展示相关理论描述；

（5）教学中采用启发式教学：抛出问题，引导思考，得出正确结论。

4 总结

通过对单片机原理及应用课程重难点录制微课，并利用现代化的教学手段和方法，可以极大地方便学生利用课后时间自由、反复地观看，提升对知识点的掌握，成为课堂教学外的有效补充甚至替代传统教学。