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基于51单片机的无线遥控小车

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本科生产实习报告(2013 —2014学年第二学期)

姓名:

学号:

年级:

专业:电子信息技术及仪器

系室:测控技术与仪器系

2014年7月6日

目录

目录 (2)

1 生产实习计划安排 (3)

2 电路板制作 (3)

2.1实习目的 (3)

2.2所需器件介绍 (3)

2.3制作过程 (5)

2.4成果展示 (7)

3 小车控制系统软硬件设计 (7)

3.1实习目的 (7)

3.2所需器件介绍 (7)

3.3制作过程 (9)

3.4功能演示 (11)

4新飞电器公司实习 (11)

4.1优秀毕业设计讲解 (11)

4.2新飞公司 (13)

5、生产实习心得体会 (18)

附录:单片机C语言程序 (20)

1 生产实习计划安排

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2 电路板制作

2.1实习目的

能够熟练使用一些常用软件进行基本的程序编写(keil)、制板(Altium Designer等);进一步了解电子产品开发、生产、测试等内容,培养自身的动手能力,并通过组队让我们了解团队合作的重要性,并为做一些实际的项目积累经验。

2.2 所需器件介绍

①Altium Designer Winter 09 :电路原理图、PCB图绘制软件

②打印机、转印纸:将设计完成的PCB图打印在转印纸光面上

③覆铜板、砂纸、热转印机:将转印纸上的电路图热转印到铜板上

④腐蚀液:将铜板上墨迹以外的部分腐蚀掉

⑤打孔机:将铜板上需要留孔的地方进行打孔

⑥电烙铁、锡丝等:将元器件焊接在制作的铜板上

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图1利用Altium Designer 绘制原理图的流程图

2.3 制作过程

1、原理图的绘制过程的流程图如图1所示:

⑴、使用Altium Designer绘图软件,画出单片机最小系统板的原理图,正确选择放置所需要的元器件并正确连接,适当添加元件库。必须用到的有微处理器芯片STC89C52RC、串口通信芯片MAC232等一系列电子元件。

⑵、原理图设计完成后对各元件进行封装,以生成和现实元器件具有相同外观和尺寸的封装网络表。单片机最小系统板原理图如图2所示:

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图2利用Altium Designer绘制的原理图

⑶、生成PCB图。网络表生成以后,根据PCB面板的大小来放置各元件的位置,在放置时需要确保各元件引脚不交叉。经过规则的设置及调整,无错误完成PCB的布局布线。布线完成后的PCB图如图3所示:

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图3布线完成后的PCB图

⑷、利用转印纸将设计完成的PCB图通过打印机打印输出,然后将印有电路图的一面与铜板固定压紧,最后放到热转印机上进行热转印,高温下将转印纸上的电路图墨迹转印到铜板上。

⑸、准备腐蚀液,将有墨迹的铜板放在溶液中,等待一段时间,铜板上除了墨迹以外的部分全部被腐蚀。取出铜板并清洗,妥善处理溶液。必须注意的一点是,清洗完毕后需立即擦干铜板,否则石墨线上附着的腐蚀液会继续腐蚀铜线部

分,部分电路连线设置太窄的部分有可能被腐蚀从而造成断路。

⑹、利用打孔机在板上需要留孔的地方进行打孔,完成后将各个匹配的元器件从非铜板面将插入引脚,利用焊接工具完成焊接工作注意按照由低到高的顺序进行焊接,以免因顺序不当造成焊接难度增大。在保证功能的基础上尽可能地焊接出标准美观的焊点。

⑺、焊接完成后,对整个电路板进行全面的测试工作,铜线部分相连的节点一定保证接通,对于不通的部分应重新焊接,保证所有线路正常后可以下载测试程序进行测试,看单片机能否正常工作,如出现问题,继续排查线路和芯片。

2、电路板制作过程中遇到问题的问题及解决方法

①画原理图时所有器件都出现波浪线。

解决方案:经过排查发现并不是个别元件重名导致的,原来是因为没把原理图放进Project项目里面。经过File--New--Project,然后将原理图添加进Project里面,波浪线消失。

②生成PCB时第一次导入没问题,但是更改了原理图里面的元件及其封装,更新操作Design—Update 后,PCB图出现大片绿色。

解决方案:把原来的PCB图删掉新建一张再重新导入,或者把修改过的元件在PCB中删除重新导入。

③在PCB中放置某个元件时,无论如何都报错。

解决方案:检查规则里的线间距是否设置过小。

④布局错综杂乱不美观,并且电路布线连接出现问题,需要跳线才能完成。

解决方案:重新布局,并参考布线规则要求,如:输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线,以免发生反馈藕合。布线时拐弯处一般形成圆弧形或者钝角,而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能,而且容易损坏。电源线设计时根据印制线路板电流的大小,尽量加粗电源线宽度,减少环路电阻。

⑤打孔时出现孔位偏移,对位失准,打孔失败。

解决方案:检查主轴是否偏转,钻头与弹簧夹头之间的固定状态是否紧固,钻头是否磨损殆尽,以及选择合适的钻头转速。

⑥其余:由于焊接顺序不当导致焊接难度增大,应按照由低到高的顺序来焊接元器件,理应先贴片后插件。其次,各元器件的正反方向被忽略,导致焊接错误,

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图4单片机最小系统板

所以必须认清芯片及元件的正反方向。其中芯片是有小圆点的一端为正方向标志;电解电容:引脚较长的一端为正,带灰白色阴影的一端为负,在PCB上表现为有阴影的一端为负,空白的一端为正; LED为有绿线或绿点的一端为反向端,在PCB板上表现为有尖的一端;至于二极管,有黑线的一端为反向端。

2.4 成果展示

焊接后能够正常下载程序并工作,焊接后正常工作的单片机最小系统板如图4所示。

3 小车控制系统软硬件设计

3.1实习目的

本次实习以STC98C51型单片机为核心,制作一款红外遥控小车,了解智能小车的工作原理及结构,掌握智能小车的设计与制作,对小车各部位进行测试与焊接,以及小车的程序编写。通过对智能小车的性能掌控,了解有关单片机和智能设计的有关内容,要求实现前进、后退、左转、右转以及加速减速功能。

3.2 所需器件介绍

○1电机驱动模块

该模块主要由芯片L298N控制两个电机的正反转,以及改变电机的转速,其电如图6所示。L298 N芯片是一种高压、大电流双全桥式驱动器,用于驱动两路直流电, HT6221的编码规则是:当一个键按下超过36ms,振荡器使芯片激活,如果这个按键按下且延迟大约108ms,这108ms发射代码由一个起始码(9ms),一个结果码(4.5ms),低8位地址码(9ms~18ms),高8位地址码(9~18ms),8位数据码(9~18ms)和这8位数据码的反码 (9~18ms)组成,如果按键按下超过108ms 仍未松开,接下来发射的代码将仅由起始码(9ms)和结束码(2.5ms)组成。小车组件和电机驱动模块如图5所示。

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图5 赛车组件和电机驱动模块L298N

○2遥控发射器

该遥控器发射电路的主要控制器件为芯片SC2262,无线遥控器外形如图6

所示。

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图6无线遥控发射器

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图7无线接收模块

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图8 直流无刷电机

○3无线接收模块

非锁型芯片SC2272-M4输出又称点动输出,如图7所示,数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应,可以用于点动控制,有遥控信号时数据接收脚是高电平,遥控信号消失时数据脚立即恢复为低电平,适用于如电动门、电动门锁、与单片机对接等只需要一个高电平的电路等。

④直流无刷电机,如图8所示。

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图9其余小车组件

⑤其余小车组件:车轮、底盘、单片机最小系统板如图9所示。

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图10单片机最小系统

3.3 制作过程

○1绘制原理图并完成相关的焊接工作.

本系统以STC89C51为核心,图10为单片机最小系统。与外部通信部分所需要的串口通信电路,如图11所示。

○2遥控发射器电路模块,电路如图12所示。

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图11 MAX232串口通信部分○3电动机驱动模块原理图,其原理如图13所示。

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图12遥控发射器电路原理图

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图13 电动机驱动模块原理图

④软件设计

本系统的软件用C语言编写,其中,速度调速系统采用软件调节,根据按键来调整输出时间的占空比进而调节直流电机的转速。

3.4 功能演示

最终的小车控制系统

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图14 小车控制系统

4新飞电器公司实习

4.1 优秀毕业设计讲解

为了增加我们对毕业设计的了解,同时通过优秀毕业设计的的展示增加我们学习的热情,张老师为我们请来了今年校级优秀毕业设计的四位获得者前来给我们讲解他们各自的毕业设计,这些设计或让人耳目一新或让人会心一笑或让人拍案叫好。

第一位讲解毕业设计的是师兄×××,题目为立体旋转车库,如图15所示

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图15 立体旋转车库模型

以大城市寸土寸金修建停车场花费太大为灵感来源,通过广泛查找资料,对比三种车库方案,最终选定以占地小、放置灵活的立体旋转车库为具体设计内容。总的来说,该毕业设计思路不算难,程序实现也简单,推校级优秀的原因大概是灵感源于实际生活的有意义的问题、内容新颖、实物模型能让人看出花费的功夫等。

第二位负责讲解的是一位师姐,她给我们展示了她的频谱显示音乐播放器,个人感觉她的设计胜在新颖,并且电路板是自己手动焊接的,师姐焊接的LED 点阵如图16所示。难能可贵的是师姐为我们讲解了她做毕业设计时所遇到的问题和经验,真正讲解了我们需要且我们缺乏了解的知识,真心感谢这位美丽的师姐。她的讲解有以下几个要点:①毕业设计开始的选题要选好,好的题目决定了这个设计达到的高度;②在开题上,应该通过多方查找资料,及时保存感觉有用的资料,资料保存不费功夫,否则到了资料用时才方恨少啊;③开题报告必须认真,这决定了以后的设计方向,开题好,到后期做实物时才能避免不断换题目的

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图16 LED点阵

情况发生;④在资料保存上,学姐也有一套妙招——及时存盘,重要资料可以上传至网盘的私密文件夹;⑤好的优秀毕业设计必然存在方案对比,通过多种方案对比最终确定下来的主流方案才是王者之道;⑥在毕业设计时,如果遇到问题,应该多与老师同学沟通;⑦毕业论文在写时应该注意按规定格式来写,这样可以减少论文修改的次数等。

第三位负责讲解的师兄虽然感觉准备不充足,没有说出来他的毕设题目,但我们还是了解到了他的毕业设计与坐姿矫正有关——根据环境光线强度以及与书桌的距离来智能的提醒人及时调整坐姿,避免因坐姿问题导致视力变差、体型不正常等,图17是作品使用的超声波传感器。灵感来自因日常学习任务繁重而长时间坐在书桌前,未变换坐姿导致视力变差和体型不良等。值得注意的是,这个优秀毕业设计同样存在三种方案对比。

第四位师姐的毕业设计为智能百叶窗帘,此师姐性格比较开朗,与同学们交谈得很愉快,如图18所示为师姐作品中的百叶窗。该智能百叶窗使用了三种传感器:震动、光线、声音传感器,分别用来防盗、自动调节屋内亮度、减小外界噪声对屋内的干扰。主要单元:处理芯片为单片机,12V电源,电机驱动芯片,步进电机等。该设计可以跟第一位师兄相提并论,并且更加让人感受到科技改变生活的真谛,让人觉该设计更贴合我们的生活。通过按键可以调节工作模式(手

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图17 超声波传感器

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图18 百叶窗

动、自动两种),并且,由于防盗功能应该在任何状态下能够正常运行,优先级应设为最高。

4.2 新飞公司

生产实习是教学过程的重要组成部分,目的即是巩固学生的理论知识,培养学生的实践能力,将课堂所学的理论和实践相结合。同时,拓宽学生的视野,培养学生的专业兴趣,增强学生的事业心、责任感。

此次我们生产实习参观的是位于新乡市的新飞集团,我们于6月30日上午八点半到达新飞总部,总部大门上为河南新飞电器有限公司图19所示。新飞总部的标志展翅雄鹰如图20所示。

带队老师先向我们讲述了新飞的发展历史、管理制度、企业文化、人文精神等内容。之后,老师的带领我们下来到新飞电器的展览厅,里面摆放着新飞公司生产的冰箱、冷柜、洗衣机、空调等家电产品,给人一种逛家电大卖场的感觉。

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图19新飞总部正门

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图20 新飞总部的雄鹰标志

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图21 产品展示厅

家电大卖场,额,不,是新飞电器展览厅,如图21所示。当然,不得不说的是,新飞研发了好几款别致新颖的电器,在欧美市场受到欢迎,瞬间有高兴的感觉——即使不是自己参与的,也证明国内创新能力在不断提升啊!

接着老师带我们走进了新飞的ROHS实验室。材料检测实验室,检测材料中铅Pb,镉Cd、汞Hg、六价铬Cr6+、多溴二苯醚PBDE、多溴联苯PBB六种物质的含量是否超标,一旦其中一项超标,这种材料便不能在生产中使用。检测的过程中需要用到四台仪器,首先进行粗处理,检测元素的整体含量,以确定是否有必要进行进一步检测。经过粗处理处理后得到的样品还需要用仪器进一步提纯,之后确定准确的含量,如图22所示为检测时使用的ROHS测试仪。正在这一方面,传感器还是有用武之地的,不过鉴于国内传感器的制作水平,还是不提了。不得不感慨下,高中学的化学知识被自己忘得差不多了……

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图22 ROHS测试仪

噪音检测实验室,如图23所示。消噪音实验室经过特殊装潢,都是一个个梯形垫子状的充满孔洞的楔形物体,里面装了海绵,用来吸收声音。走进里面时,感觉极为安静,耳朵有些难受,人说话的声音也被削弱了很多,并且没有回声,

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图23 噪音检测实验室

当然这是产品检测准确性的必然要求。检测产品的噪声时,需要将产品的四周分别放上一个麦克风,用来接收声音信号,在通过信号线将收到的声音信号传到控制台进行处理,以此来确定家电噪声级别。

接下来我们分别参观了冰箱、冷柜、展示柜的生产线,冰柜柜门的生产机器

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图24冰柜柜门的生产机器

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图25工人们在流水线上取下运过来的柜门

如图24所示、工人们在流水线上取下运过来的柜门如图25所示。它们虽然在不同的厂区,但生产流程和产品的工作原理基本相同。

生产流程大致是总装上箱→总装上门→立箱→搬压机→紧固压机→船地线→温控插线→挂线→冲注→整形→检漏→通电进线→通电小修→通电检查→放探头→微机测试→电性测试,二次检漏→测试房出线,分流→包装。其中,总装上箱的工艺流程:箱体侧板加工→侧板检验→箱体侧板与内膜组装→发泡。值得一提的是,原来用作发泡液的氟利昂已被现在的环戊烷所替代,原来用作制冷剂的氟利昂也已经被现在的R600a所替代,这些替代品不仅对臭氧层没有破换,而且还大大提高了冰箱的保冷及制冷效果,从而降低了用电量,这些都是与世界水平接轨的。

冰箱的节能,两个部分比较重要。一是发泡,用来制作保温层,尽可能隔绝冰箱内外的温度传递,降低冰箱内温度变化,可以减少冰箱的工作时间。另一部分是压缩机。它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体,通过电机运转带动活塞对其进行压缩后,向排气管排出高温高压的制冷剂气体,为制冷循环提供动力,从而实现压缩→冷凝(放热)→膨胀→蒸发 ( 吸热 ) 的制冷循环。要使冰箱降到

某一温度,高效的压缩机更为节能。

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图26工人师傅们给冰柜装箱封箱

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图27房车内部

生产线的大部分是执行程序的自动化控制,比如外壳的成型、发泡、产品运输等。这些步骤的流程比较简单,使用机器比人工更为高效。而员工则处理零件的组装、焊接、检测等步骤。这些步骤还是比较复杂,若是想实现这些部分的自动控制,就需要机器有更高的智能。比如焊接的环节,现在人工操作,人要跟着机器运动焊接。若是用机器来实现,就要先解决机器位置和焊接位置的识别问题,根据目前所学,貌似这方面不难解决,也有可能是我眼高手低了吧。就目前的状况来看,自动化程度还是有很大的提升空间的。如图26为工人师傅们给冰柜装箱封箱。

之后我们还参观了新飞的中航生产的房车,房车内部如图27所示。这个房车外形类似于卡车的车头和公交车的车身的组合。车头是驾驶室,车身与车头隔了一扇窗,右侧有一扇门供出入使用。里面装有床、电视、厨具、座椅等家居用品,可以满足简单的生活需求。

通过这次新飞之旅,我开拓了眼界,对自己所学专业在生产中所处的地位能有一个更加清晰的认识,增强了理论知识与实践之间联系的理解,在学好自己专业的基础上,也拓展了知识面,激发自己继续深入学习与专业相关的知识的积极性,也为以后自身发展启发了方向。

5、生产实习心得体会

一、先说说师兄师姐们的优秀毕业设计部分吧。

必须说的是他们推校优的共同点:灵感来自于生活中常见的问题或者比较有研究意义的问题,必然存在多个方案对比,工作量上必须有一定保证,实物是必须的。这些优秀毕业设计的内容,这四个优秀毕业设计都是基于低速单片机,可以说在制作实物和编程上难度并不算大,大多数认真学习的同学都能达到,可见毕业设计并不需要多么复杂的作品,需要的是解决实际问题;解决方案是优中选优或者非它不可;同时能够解答清楚,经得住同学和老师的提问。将来自己在做毕业设计时,自己应在题目选取、方案对比以及清晰解答上多做准备,在技术实现上尽最大努力即可,毕竟如果只使用单片机做毕业设计的话,在技术上对自己来说已经没什么难度了。当然,使用LabVIEW做一份毕业设计也是一个不错的选择。

二、对于在新飞的实习,确切的说是参观,自己确实有一定收获。

①从实习那天带领我们的老师就可以看出,该企业的确有一定的文化底蕴以及一定的技术实力。当那位企业宣传部长带我们走进新飞时,大部分人都注意到了正中央摆放的新飞标志,一个展翅翱翔的雄鹰,当然,这是官方的话语。我觉得那是一只正在捕食的雄鹰,翅膀成弧形表明在减速,鹰眼和鹰爪几乎在同一竖线上表明已离猎物很近,这正是捕食的状态。或许,新飞最初创立者希望的新飞能一直保持那种威猛到近乎侵略一般的状态。鉴于国内科技水平现状和新乡城市情况,能取得现在的成绩还算不错。

②在介绍企业文化时,那位老师着重强调了该企业的走路靠右行这一细节,以此来窥一叶而知秋,表明了新飞人的基本素养,不得不说,在基本素养这一方面新飞的管理层做得还是不错的。

③对于后面的化验室、生产线的参观,更多的是自动化或者现代化设备的运转,在生产、焊接上还需要用人力来流水作业,这些根据现在的技术水平完全可以通过改进设备来解放人力。在新飞的里,我们看到了对于新飞的房车,说实话,虽然以前在电视上见过房车,但那都是外国生产的,对于这个中国创造还是有着蛮不错的印象的,中国人设计的房车毕竟比国外的更加适合中国人。而且,汽车设计跟本专业的契合度还是很高的,不管是在传感器方面还是仪器仪表方面,将来自己的发展肯定还是优先考虑这些契合部分的职业,对于转行,则需要一定的工作积累了。

三、最后需要说到我们的生产部分,用一句话概括就是:论理论联系实际的重要性。

①最开始的小车运行讲解部分,说实话,看张老师那么轻松就搞出来,心里边也觉得没什么难度,按键控制嘛,谁不会啊,前提是——没有无线遥控部分的话。当在后边用无线遥控调试时根本不能正常运行,并且会出现无法预料的电机集体停转情况(四驱出现,二驱不出现),虽然后来查找出是电源的原因,不过还是浪费了我们很多精力。

②小车运行的理论部分学习完毕后,我们学习了Altium Designer的使用,用它跟随老师画了单片机最小系统板的原理图、并生成PCB图布局布线,虽然有

点难,但坚持下就都学会了,并且通过帮助同学,对布线什么的了解颇深,该软件算是基本熟练使用了,当然,仅限于单层板;值得一提的是,在画过电路板后我对单片机最小系统板又加深了认识。

③对于转印、腐蚀电路板,我充分发挥了自己爱观察的优点,掌握了两者操作的的基本技巧,当然,转印得安装惠普打印机驱动,这类小事挺烦人的;腐蚀后因为冲洗后未及时擦干导致石墨上附着的腐蚀液将线路又再次腐蚀了,不过幸好线路够宽,没有出现断路情况。

④焊接完线路后,通过万用表测试出所有连接的节点都完整连接,无虚焊、断路、断路情况,然后下载程序时出现了MAX232发热并且程序烧不进去的情况,很是无语,不过在更换芯片后更够下载程序并且系统正常工作,但是MAX232发热严重不能长时间通电,最后通过韩老师查找原因确定了更换与MAX232芯片连接的电容为0.1uf解决了这个异常情况。

⑤小车硬件组装成功后,通过L298N与单片机正常连接,通过单片机自带键盘可以完美控制小车的运转,但当我们使用无线遥控模块时,各种问题就出现了:首先,4个电机采用电池(1.2V充电电池串联供电)时会出现顿死情况,忽然间所有电机停转,我们只好采用普通干电池和插座电源来测试,同时更换四驱车为二驱车;其次,刚开始使用无线遥控,它不按预想的情况运行;还有,不能连续按按键过快,否则无法识别无线遥控指令,但是4个按键又不能完成所有小车的功能(前进、后退,加速、减速,左转、右转,停止,单键控制至少得7个),导致连按两次这类指令无法检测,这又是一个问题。最后的最后,我们无奈的决定使用单片机上的键盘来控制它完成预定功能,而非使用无线模块。

⑥不得不说下编写程序时遇到的问题。我花了2小时编写好程序后,正常下载,但是不按照我预想的工作,出现了程序中未编写的情况,然后我不断优化程序,不断修改,在7号中午终于发现了问题所在——main函数名被我错写为mian,好吧,就这一个错误。当我用那个花费2小时编写的好程序(修改正确主函数名字)下载后,发现最初编写的能正常运行,好吧,这一个小错误坑了自己三天。在此过程中我不断怀疑自己,不断地想以前程序块的每一步都代表什么,思索完所有的步骤,才排查到这个小问题。细节决定成败,这是教训;苦难造就人生,这是收获——通过这三天的不断思考我对单片机的认识又打到了一个新的高度。

可以说,这次实习,所有大家容易遇到的问题我都遇到了,当然,最后的最后,所有的问题都解决了,现在我可以霸气的说,之前遇到的那些问题都不是事。而且,这次实习真真切切教会了我理论联系实际的重要性,没有理论联系实际的意识,很多问题连原因都找不出来,何谈解决。我所遇到的所有情况也让我对邓小平同志提出的一句花有了深切体会:实践是检验真理的唯一标准。今后必须牢记这次惨痛教训,以后多多在学习理论时联系到实际问题,并在实践中检验理论,真正地将所学所思运用到实际中来。

四、另外,必须看到我这种不打算考研的实际发展方向,今年11月份到12月份的校园双选会上我必须签订至少一家不错的保底公司,然后出去找实习岗位,真真正正将自己通过社会的磨练而成长起来,因为我明白现在的自己确确实实是达不到社会需求标准的,只有此时多学习有用内容,将来才能轻松工作并在自己喜欢的领域取得成绩。

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