第2单元第1课 《计算机控制系统的基本组成》教案【湘科版】《信息科技》六年级上册

中小学教育资源及组卷应用平台
第2.1课《计算机控制系统的基本组成》教学设计
课题 计算机控制系统的基本组成 单元 第二单元 学科 信息科技 年级 六年级
核心素养目标 信息意识：明确计算机控制系统包括主机（由CPU和内存储器组成，是核心）和外围设备（如输入设备、输出设备、通信设备、外存设备等）。计算思维：在设计控制算法时，能够根据控制目标和系统特点，设计出如PID控制算法等，以实现精确控制。数字化学习与创新：在实操通过编写程序用主控板来模拟电子显示屏的显示功能时，能根据办法完成实践并提出优化方案，提高系统的性能和效率。信息社会责任：在使用计算机控制系统时，要遵守相关的法律法规，保护个人隐私和数据安全，不进行非法的数据采集和传播。
教学重点 了解计算机控制系统的组成以及各自的作用。
教学难点 明确具体案例分析中计算机系统如何运行。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第2.1课 计算机控制系统的基本组成1、单元学习目标（1）知道计算机控制系统的特点和基本组成。（2）学会设计简单的计算机控制系统。（3）认识控制系统安全的重要性与自主可控的意义。在各种不同的控制形式中，计算机程序控制(简称“计算机控制”)具有通用性好、成本低、可编程和可升级等特点，还具有能够实现复杂控制的优势，应用十分广泛。从日常生活到工农业生产，从交通运输到商业服务，从家居安防到国防安全，方方面面都离不开计算机控制。那么，什么是计算机控制系统 它们是如何构成的 如何设计简单的计算机控制系统 让我们一起来认识这位新朋友。2、观看视频。3、活动背景：随着微电子技术和计算机技术的发展，为满足精准、高效、可以处理复杂问题的要求，控制系统中的“控制器”逐渐由不同形态的计算机来担任。其中体积小、成本低的微型计算机芯片被嵌入各种设备中，广泛地应用于工业、农业、交通、通信等领域。那么，计算机控制系统是如何构成的 能承担哪些任务 4、活动目标（1）了解计算机控制系统的组成。（2）认识计算机主控板。（3）体验计算机控制系统。 学习本单元学习目标。课程新知导入。学习本课学习目的。 帮助学生明确本单元学习任务。帮助学生初步理解本课研究内容。帮助学生学习更有目标性。
讲授新课 新知讲解：一、计算机控制系统与传统控制方式相比，计算机控制系统具有以下优势。正是因为计算机控制系统有着这些优势，它被广泛地应用于生活的方方面面，推动人类社会进入自动化时代。优势描述功能强能实现复杂、精确的控制。能升级通过更改控制程序，可以对控制系统进行升级改进。通用性好控制单元与不同的输入输出设备组合，可以满足不同控制需要。成本低通用控制芯片的大规模生产，降低了成本。开动脑筋通过网络查找信息并结合自身使用经验，比较计算机控制的智能微波炉和机械式微波炉的优缺点。答：智能微波炉优点精准控制、智能化，缺点价格高、操作复杂 ；机械式微波炉优点操作简单，缺点功能单一。在不同的应用领域，计算机控制系统虽然在大小、形态和功能等方面有很大的差异，但其与计算机系统类似，也是由硬件和软件构成。1、硬件组成从原理上看，计算机控制系统由输入设备、计算单元和输出设备三大部分组成。输入设备主要有各类传感器，计算单元可以看成是计算机的中央处理器，通过输出信号，控制马达、开关、灯和显示屏等设备。2、软件组成软件由系统软件和控制程序组成。系统软件：包括操作系统、设备驱动程序、编译器等，负责管理计算机硬件和提供基础服务。例子：Windows、Linux、macOS等操作系统。控制程序：是控制系统中用于实现特定控制功能的程序，例如通过算法或逻辑实现对设备或过程的控制。例子：温控系统中的PID控制程序，自动化生产线中的PLC控制程序。二、控制系统的核心--主控板在学习中，我们使用主控板来搭建控制系统。主控板是整个控制系统的大脑。它包含计算单元和基本输入、输出设备。可以根据需要，通过编写程序实现控制功能。主控板还可以通过连接不同的输入、输出设备，实现更复杂的控制功能。常用的主控板有多种，它们各有特点。有的主控板集成了基本的传感器、中央处理器芯片、LED灯和蜂鸣器等设备，还可以通过扩展来连接更多的外围设备。主控板既可以用于教学实验，又可以用于小制作、小发明。主控板以及各自的特点和区别 三、体验主控板——点亮屏幕在校园里、马路上，时常可以见到醒目的电子显示屏。通过编写程序用主控板来模拟电子显示屏的显示功能。探究实践1.实验目的通过模拟电子显示屏的显示功能，体验主控板基本功能。2.实验设计3.实验准备主控板、编程计算机。4.实验过程(1)将编程计算机和主控板连接起来。(2)运行编程软件，添加主控板模块。(3)编写程序。(4)运行程序，先后按下A、B键测试程序控制功能。四、提升练习1.计算机控制系统由、、和 三大部分组成。输入设备、输出设备、中央处理器2.计算机控制系统有哪些优点 高精度：计算机控制系统能够提供高精度的控制，减少人为误差。 高效性：能够在实时性要求较高的情况下快速执行任务。 灵活性：通过修改程序代码，可以灵活调整控制策略和流程。远程控制：通过网络，可以远程监控和调节控制系统。可扩展性：系统可以根据需求增加硬件设备或功能模块，方便扩展。3.尝试修改程序,当按下A或B键时,分别显示文字“动手动脑”和“实践创新”。五、开拓视野显示屏定位主控板中的显示屏是由水平方向分布的128个像素点和垂直方向分布的 64 个像素点共同组成的。我们可以用水平和垂直方向的位置来定位显示屏像素的位置。六、课堂练习完成课件26—28页的课堂练习题。七、拓展延伸1、计算机系统的硬件和软件构成硬件构成：中央处理单元（CPU）：执行计算任务和控制其他硬件设备。内存（RAM）：临时存储数据和程序。硬盘（存储）：长期存储数据、程序。输入设备：如键盘、鼠标，用于输入数据。输出设备：如显示器、打印机，用于输出信息。外设：如网络接口卡、声卡、显卡等。软件构成：操作系统：管理硬件资源和提供用户与硬件交互的接口。应用程序：提供特定功能的软件，如文字处理、电子表格等。驱动程序：操作系统和硬件之间的中介，帮助硬件设备与操作系统通信。2、硬件接口与通讯协议硬件接口和通讯协议是现代控制系统中不同设备之间传输数据和命令的基础。常见的协议包括：CAN协议的应用：在控制系统中，CAN协议通常用于传感器、执行器和控制单元之间的通信。通过使用CAN总线，设备可以实时交换数据，如车辆中的发动机控制单元（ECU）与车速传感器之间的通信。控制系统通过CAN总线发送控制信号，接收传感器数据，实现协调控制。Modbus协议的应用：在工业自动化系统中，Modbus通常用于PLC与传感器、仪表设备之间的数据交换。通过Modbus RTU或Modbus TCP协议，控制系统可以获取实时数据并发送控制命令。例如，Modbus协议可用于远程监控系统，PLC通过Modbus连接传感器，获取温度、湿度等数据并作出控制决策。3、实时操作系统（RTOS）概念实时操作系统（RTOS）是专门设计用于处理实时任务的操作系统。它确保在特定时间内能够完成任务处理，并具有高度的时间确定性和可靠性。与传统的操作系统（如Linux、Windows等）不同，RTOS必须能够在指定的时间内响应外部事件或执行任务，确保任务按时完成。特点确定性：RTOS能够保证任务在严格的时间限制内完成，确保系统响应及时。多任务处理：RTOS支持多个任务的并发执行，通过任务调度算法（如优先级调度）来管理任务的执行。最小延迟：RTOS的任务调度算法具有极低的上下文切换延迟，能够快速响应外部事件。应用汽车电子系统：汽车中涉及安全控制、导航、娱乐等多个实时系统，RTOS能够处理多个任务，确保每个任务按时完成。机器人控制：机器人在实时控制运动、传感器输入和执行任务时，需要RTOS来保证精确的时间控制。 初步认识计算机控制系统的特点和优势。完成对比思考。逐步学习计算机硬件和软件组成。认识控制系统的核心，主控板。对比分析主控板之间的特点和区别。完成探究实践。完成提升练习。学习更多知识内容。完成练习题。进行知识拓展。 认识本课主要研究内容，帮助学生认识计算机控制系统，引入所学知识内容。结合具体的例子进行思考分析，认识并判断什么是系统，提高学生解决问题的能力。结合具体的实物例子进行优缺点对比，了解计算机控制系统下的优势。结合具体的例子进一步介绍计算的系统组成成分和板块，包括硬件和软件。引导学生认识主控板是什么以及它的存在对计算机控制系统的重要性。通过对比的方式强化对几种主控板的认识。结合具体的电子显示屏实践，探究计算机系统的主要组成部分以及各自的功能，提高学生解决问题的能力，强化所学内容。考察学生学以致用的能力，深化对本课知识内容的理解和掌握。完善所学知识。巩固所学知识，考察学生对本课内容的掌握情况。拓宽学生知识面。
课堂小结 计算机控制系统的基本组成1.进行新知引入2.学习计算机控制系统3.控制系统的核心--主控板4.体验主控板——点亮屏幕5.进行知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 1、简述计算机控制系统的基本组成部分，并讨论每一部分的功能。2、阅读相关文献并写一篇关于实时操作系统（RTOS）在嵌入式控制系统中的应用的论文。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)