單片機定時器功能實驗課程的教學(xué)設(shè)計

章彧

摘要：定時器功能在日常生活、生產(chǎn)中應(yīng)用非常普遍，是單片機的一個重要應(yīng)用功能。定時器功能實驗是定時/計數(shù)器學(xué)習(xí)中一個重要的實踐環(huán)節(jié)。作者結(jié)合多年的教學(xué)與實踐經(jīng)驗，對定時器功能實驗的教學(xué)要求和過程管理做了分析和教學(xué)設(shè)計，以期完善教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：單片機；定時器；教學(xué)設(shè)計；實驗教學(xué)

定時/計數(shù)器是MCS51單片機的一個重要內(nèi)置部件，在應(yīng)用時，可根據(jù)任務(wù)要求的不同，把它用作定時器功能或計數(shù)器功能。定時器功能，就像一個鬧鐘，要求定時/計數(shù)器部件每隔一定的時間間隔，向單片機發(fā)出信號，使單片機實現(xiàn)定時處理的能力。比如，在用交流采樣方式對電網(wǎng)的電壓、電流信號測量時，要在正弦信號的一個周期中均勻采樣N個點，再利用采樣值，按照均方根算法、兩點乘積算法等算法，計算出電壓、電流的有效值。為保證測量的準(zhǔn)確性，就要求產(chǎn)生一個TS=T/N的定時控制。再比如，在電力電子器件的觸發(fā)角、逆變角的控制時，也是要應(yīng)用的定時器功能的。除此之外，其實還有很多要用到定時控制的場合，可見，定時器功能應(yīng)用的普遍性和重要性。

在《單片機原理及應(yīng)用》課程中，已經(jīng)對定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)原理、控制寄存器、工作方式等做了講解，并通過相關(guān)應(yīng)用舉例，分析闡述了定時/計數(shù)器的設(shè)計方法。定時/計數(shù)器環(huán)節(jié)是單片機課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，也是單片機實際應(yīng)用時經(jīng)常會涉及的問題，因此，除了在課堂上的講解、分析外，還專門開設(shè)了4個學(xué)時的實踐教學(xué)內(nèi)容，分為定時器功能實驗和計數(shù)器功能實驗兩個，以期進一步提高學(xué)生的感性認(rèn)識，熟練掌握定時/計數(shù)器的應(yīng)用，進一步培養(yǎng)和提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

一、 實驗教學(xué)目標(biāo)

1. 知識目標(biāo)：（1）進一步深刻理解定時/計數(shù)器的功能，了解定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)；（2）進一步熟練掌握定時/計數(shù)器的相關(guān)控制寄存器；（3）進一步掌握定時/計數(shù)器的4種工作方式；（4）掌握定時/計數(shù)器應(yīng)用設(shè)計的方法。

2. 能力目標(biāo)：（1）根據(jù)定時時間要求，合理選擇定時/計數(shù)器的工作方式，正確設(shè)置工作方式寄存器TMOD；（2）根據(jù)定時時間和工作方式，正確計算計數(shù)初值，正確設(shè)置計數(shù)初值；（3）正確完成與定時/計數(shù)器相關(guān)的中斷設(shè)置，正確設(shè)計中斷服務(wù)程序；（4）繼續(xù)熟練Keil、Proteus設(shè)計仿真軟件，掌握調(diào)試方法，學(xué)會示波器的使用；（5）進一步培養(yǎng)和提高分析問題、解決問題的能力。

二、 實驗教學(xué)重點和難點分析

1. 教學(xué)重點：（1）定時/計數(shù)器相關(guān)控制寄存器；（2）定時/計數(shù)器的工作方式；（3）中斷的應(yīng)用。

2. 教學(xué)難點：（1）計數(shù)初值的計算；（2）中斷服務(wù)程序的設(shè)計；（3）不同工作方式實現(xiàn)功能時的不同之處；（4）計數(shù)器位數(shù)的軟件擴展方法。

三、 實驗教學(xué)過程及策略

實驗教學(xué)過程總體分為三個環(huán)節(jié)。

1. 實驗前的預(yù)習(xí)準(zhǔn)備。

提前把“編寫一個定時1s的程序。要求利用定時/計數(shù)器的四種工作方式中的一種，設(shè)計1s的定時程序，通過模擬示波器觀察波形，通過一個指示燈閃爍反映出來?！钡膶嶒炄蝿?wù)布置下去，要求學(xué)生根據(jù)課堂教學(xué)中對定時/計數(shù)器的掌握，模仿課堂上講解的例題，先分析實驗任務(wù)要求，選擇確定定時/計數(shù)器功能和工作方式，計算計數(shù)初值，設(shè)計硬件電路原理圖，確定程序設(shè)計思路，繪制軟件流程圖，編寫功能程序，完成實驗預(yù)習(xí)報告，為實驗做好充分的準(zhǔn)備。這一環(huán)節(jié)是在實驗課程前完成的，有足夠的時間讓學(xué)生鞏固定時/計數(shù)器的相關(guān)知識點，對實驗任務(wù)要求進行充分分析和思考，是培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生分析、解決問題的關(guān)鍵，也是督促和激發(fā)學(xué)生主觀能動性的機會。實驗效果能否真正達(dá)到，這一環(huán)節(jié)至關(guān)重要。

2. 實驗設(shè)計、調(diào)試。

首先，實驗指導(dǎo)老師會結(jié)合定時/計數(shù)器原理和實驗任務(wù)要求，對項目進行分析，引導(dǎo)學(xué)生注意幾個問題。①這是一個定時器功能還是計數(shù)器功能的問題？②1s的定時靠本身的計數(shù)器位數(shù)夠不夠，怎么解決？③單片機內(nèi)部的兩個定時/計數(shù)器是不是可以隨便用哪一個，確定后如何設(shè)置？④中斷服務(wù)程序的入口要注意什么？中斷服務(wù)程序里面要注意什么？⑤如何在Proteus中放置示波器，示波器怎么看？學(xué)生結(jié)合老師的分析和引導(dǎo)，結(jié)合自己事先的思路和準(zhǔn)備，完善實驗設(shè)計。接著，學(xué)生利用Proteus完成硬件電路原理圖的設(shè)計，利用Keil完成程序的設(shè)計錄入和編譯，通過Proteus的仿真運行，觀察發(fā)光二極管的閃爍頻率和示波器的輸出波形，觀察實驗結(jié)果，如結(jié)果有問題，觀察現(xiàn)象，分析原因，修改調(diào)試，最終完成實驗任務(wù)要求。

3. 實驗拓展。

實驗任務(wù)達(dá)成后，可繼續(xù)改變設(shè)計方案，用不同的工作方式、查詢方式去實現(xiàn)功能要求，對比各種方案區(qū)別，最后總結(jié)實驗經(jīng)驗，完成實驗報告中的數(shù)據(jù)記錄和分析。

參考文獻：

[1]曹天漢.單片機原理與接口技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[2]董勻芬.《染色體變異》教學(xué)設(shè)計[J].考試周刊，2015，66.