实验题目：水果电池供电的数字钟

1. 实验内容与任务（限 500 字）

项目需要完成的任务（如需要观察的现象，分析某种现象的成因、需要解决的问题等）；是否有不同层次的要求

1）采用水果和不同电化学活性的金属片组成水果电池。通过串联，点亮 LED 灯，测量水果电池的电压和电流。
2）使用MSP430单片机的定时器，设计实现定时器程序，并在 LCD断码液晶上显示。
3）使用低功耗模式，利用水果电池供电实现数字钟。

2. 实验过程及要求（限 300 字）

1）学习了解电化学相关知识，了解 LED发光需要的电压与电流。
2）学习万用表的使用，能够测量电压和电流。
3）学习定时器的工作原理，能够利用定时器中断，实现数字钟程序编写。学习 LCD显示，能够编程在 LCD上显示当前时钟。
4） 学习按键处理功能，能够对时钟进行设置
5） 低功耗处理概念，利用低功耗模式，实现用水果电池供电数字钟。。
6） 实验验收，要求单人单组，询问学生是否独立完成设计，确保每个学生都了解本系统的原理以及电路各个部分如何设计。根据完成质量进行打分。
7）撰写设计总结报告。

3. 相关知识及背景（限 150 字）

1）环境污染问题在世界范围内越来越严重，雾霾已经严重影响人们的日常生活。如何解决环境问题迫在眉睫，从日常出发有意识的节能减排显得尤为重要。目前电子设备越来越多，低功耗的电子设备的研发具有现实意义。让学生从开始就有一定的低功耗意识，对于他们未来电子系统设计有很多帮助。

2）MSP430 单片机具有低功耗的特性，有多级低功耗模式，采用 MSP430 单片机实现低功耗处理很合适。

3）水果电池的制作，在中学阶段很多学生都设计过，学生在此基础上做实验，容易激发他们的兴趣。对于单片机入门实验来说，效果较佳。水果电池电流较小，如果不进行低功耗处理，几乎不能实现 LCD 显示的数字钟。所以他们会有直观的体会，有助于他们去思考低功耗的方法。

4）本实验难度适中，学生通过有趣的实验，从中学习单片机低功耗方式，定时器原理与应用，输入输出接口，完成一个完整的系统，会让他们体验成功，提高他们电子系统设计的自信心和经验。这是一个运用单片机技术解决现实生活和工程实际问题的典型案例。

4. 教学目的（限 100 字）

选择以生活中的实物和产品，激发学生兴趣；引导学生了解低功耗的应用场合、数字钟的原理和功能，根据需求选择技术方案；让学生实际动手，培养电子电路设计能力；根据实际需求，编写单片机程序，完成水果电池供电的数字钟设计，增加

电子系统设计经验；构建测试环境与条件，并通过测试与分析对项目作出技术评价；
支持学生发挥扩展，促进学生进行创新设计。

5. 实验教学与指导

实验前讲课内容，如：知识讲解、方法引导、背景解释；实验中的指导或引导。

本实验的过程是一个比较完整的工程实践工程，需要经历学习研究、方案论证、系统设计、实现调试、设计总结等过程。在实验教学中，应在以下几个方面加强对学生的引导：

1）帮助学生了解低功耗应用的背景意义和应用场合，指导如何选择低功耗器件和设定低功耗方式。
2）学习电化学相关知识，通过铜片，锌片，焊接连线，实现水果电池供电的 LED灯。
3） 学习万用表的使用，指导学生如何测量工作电压和电流。
4） 讲授单片机如何做人机交互，讲授如何用单片机编程显示段码液晶，如何检测按键。
5） 讲解定时器原理与应用知识，让学生能够用定时器中断方式实现数字钟程序，并能够按键修改和显示。
6） 搭建设计用水果电池供电的数字钟系统，系统调试。
7）在实验完成后，可以组织做的比较优秀的学生以项目演讲、答辩、评讲的形式进行交流，了解不同解决方案及其特点，拓宽知识面。

6. 实验原理及方案

1）系统结构

图 1 系统方案

2）实现方案

首先，通过不同电化学活性金属片和水果，形成水果电池，点亮 LED。这里让学生比较不同的水果，能够产生的电流大小，电压幅值。基于成本和实验器件购买的方便性，采用铜片和锌片作为电源正负极端。

通过通过IO中断实现按键检测，通过定时器中断，完成实时时钟信息更新，通过段码液晶显示当前时间信息。

更深一步，可以用低功耗模式实现其他的电子系统设计，有足够的创新实践空间。

7. 实验报告要求

实验报告需要反映以下工作：

1）实验需求分析
2）实现方案论证
3）电路测试方法
4）实验数据记录
5） 程序设计流程
6）低功耗方式
7）实验结果总结

8. 考核要求与方法（限 300 字）

1）水果电池制作验收（ $. 1 0 %$ ）：电路方案的合理性，检查学生搭建电路合理性，是否能正确使用仪器。

2）系统方案验收（ $1 0 %$ ）：一方面检验学生是否自主设计，一方面在电路上把好关，有利于学生实物制作的成功率。

3）实验完成质量（ $6 0 %$ ）：检查程序是否为自主设计，检查功能上完成度，是否通过低功耗方式实现水果电池的数字钟，能否按键更改时分秒和日历信息。

4）实验报告（ $2 0 %$ ）：实验报告的规范性与完整性，要求必须有方案调研，最终的系统方案，程序流程图，资源使用情况，成本估算等，根据规范性和完整性给分。

9. 项目特色或创新（可空缺，限 150 字）

项目的特色在于：

1、趣味性和价值：本项目容易激发学生实践的兴趣，利用水果来做电源，本身就很有趣，通过搭建水果电池电路点亮 LED 灯，锻炼他们动手能力，也通过测量电压电流，熟悉万用表的使用。数字钟是一个学生都很熟悉的电子设备，学生通过自己设计实现能够激发他们的兴趣，既锻炼工程设计能力，有能提高他们自信心。水果电池与高中他们学过的电化学知识贴近，

2、创新性：目前单片机实验课中主要以各个功能模块来设置实验，很少有专门以低功耗设计的实验。由于水果电池电流很小，学生只有认真用低功耗的方法才能得到更好的效果。

3、综合性：该实验从方案调研、设计制作、程序编写、系统调试。其中不仅包含了电化学、电路设计，单片机编程等多方面知识，整个调试过程还涵盖了不少的工程实际问题。对于学生来讲，是一个理论指导实践、从实践到理论学习的练手项目。

实验案例信息表