單片機課程定時/計數(shù)器的教學設計

章彧

摘要：定時/計數(shù)器在計算機控制系統(tǒng)中應用非常普遍，是單片機的重要內(nèi)置部件，也是單片機課程的重要教學環(huán)節(jié)。作者結(jié)合多年的教學與實踐經(jīng)驗，從提高學生興趣，完善教學方法，豐富教學手段入手，對定時/計數(shù)器環(huán)節(jié)進行了教學設計，以此完善教學效果。

關(guān)鍵詞：單片機；定時/計數(shù)器；教學設計；教育教學

定時/計數(shù)器從應用角度看，可以分為定時器功能和計數(shù)器功能，在日常生活、生產(chǎn)過程中應用得非常廣泛。比如：在電的生產(chǎn)、傳輸過程中，為了給用戶提供更優(yōu)質(zhì)的電能質(zhì)量，也為了保證電力系統(tǒng)更安全、可靠、經(jīng)濟地運行，需要每隔一定的時間，對線路上的電壓、電流、頻率、功率等參數(shù)進行監(jiān)測和控制，這一定的時間間隔，就可以利用定時器功能實現(xiàn)，它就像一個鬧鐘，時間一到，就告訴計算機要去測量控制了。再比如，在一個生產(chǎn)流水線上，我們要對工件的數(shù)量進行統(tǒng)計，如每24瓶礦泉水打個包，這實際上就利用到了計數(shù)器功能。這樣的例子實際上還有很多，可見，定時/計數(shù)器功能在計算機自動控制系統(tǒng)中應用是非常普遍的，因此，單片機制造商直接將其內(nèi)置到單片機內(nèi)部，使單片機應用的設計者能方便地應用其功能。定時/計數(shù)器是《單片機原理及應用》課程的重要教學內(nèi)容，學生最終能否正確地、靈活自如地應用定時/計數(shù)器，也是檢驗這一環(huán)節(jié)教學效果的最終指標。

一、 教學目標

（一） 知識目標：（1）理解定時/計數(shù)器的功能；（2）了解定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)；（3）掌握定時/計數(shù)器相關(guān)的控制寄存器；（4）掌握定時/計數(shù)器的4種工作方式。（5）結(jié)合中斷系統(tǒng)，掌握定時/計數(shù)器的應用設計。

（二） 能力目標：（1）根據(jù)系統(tǒng)控制需要，正確合理地選擇定時/計數(shù)器的功能和工作方式，設置相關(guān)控制寄存器；（2）根據(jù)不同任務要求，正確設置計數(shù)初值，合理選擇查詢或中斷方式設計功能程序；（3）通過簡單地、對比性地應用舉例，對學生進行定時/計數(shù)器設計的思維方式和分析能力訓練。

二、 教學重點和難點分析

（一） 教學重點：（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。

（二） 教學難點：（1）定時/計數(shù)器的定時器功能和計數(shù)器功能的區(qū)別；（2）定時/計數(shù)器各工作方式的相似性和不同之處；（3）程序設計時，查詢方式和中斷方式的相似性和不同之處；（4）根據(jù)任務要求不同，合理選擇定時/計數(shù)器工作方式、程序處理方式的思維方式的培養(yǎng)和訓練。

三、 教學方法：對比法、歸納法

四、 教學過程及策略

教學過程中，總體上采取層次化的組織方式，分為定時/計數(shù)器的概念、定時/計數(shù)器相關(guān)控制寄存器和工作方式、定時/計數(shù)器的應用三個層次，由表及里、由淺到深、由理論到實踐進行引導式教學。

（一） 定時/計數(shù)器的概念

這一環(huán)節(jié)，分成兩個部分，引出三個概念。第一部分，結(jié)合日常生活、生產(chǎn)舉例，引出定時器和計數(shù)器的概念，注意兩者的相同和不同之處?？蛇M一步引導學生思考：還有哪些情況可能用到定時/計數(shù)器？第二部分，由定時/計數(shù)器它是怎么實現(xiàn)功能的，引出單片機中定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)框圖。通過提問、舉例的方式，引導學生理解各功能環(huán)節(jié)的作用，知道它們?nèi)币徊豢伞１热纾簡纹瑱C里面的計數(shù)器是怎么計數(shù)的？為什么不同的計數(shù)輸入脈沖信號，使得它實現(xiàn)了定時器和計數(shù)器兩種不同的功能？是不是有計數(shù)脈沖，它就一定會計數(shù)呢？我能不能關(guān)掉它呢？最終，系統(tǒng)性地引出定時器功能、計數(shù)器功能的概念和TCON、TMOD、TH0、TL0、TH1、TL1相關(guān)控制寄存器的概念。

（二） 定時/計數(shù)器相關(guān)控制寄存器和工作方式。

這一環(huán)節(jié)，分成兩個部分，掌握兩個技能點。第一部分，結(jié)合前面中斷系統(tǒng)學習的知識點，回顧、學習TCON寄存器中與定時/計數(shù)器相關(guān)的四個標志位TF0、TF1、TR0、TR1。結(jié)合前一步的思路，引出TMOD寄存器中的C//T，學習GATE、M1、M0的作用，進一步引出4種工作方式。第二部分，結(jié)合定時/計數(shù)器不同工作方式時的內(nèi)部電路圖，講解每種工作方式的特點和注意點，每種工作方式間進行對比，最終掌握兩點技能：①各工作方式下定時時間的計算和設定；②結(jié)合功能和工作方式要求設置TMOD，通過TCON控制計數(shù)啟/停，反映計數(shù)溢出。

（三） 定時/計數(shù)器的應用。

這一環(huán)節(jié)，通過同一功能要求的例子，結(jié)合Keil、Proteus設計仿真軟件，分別用4種不同的工作方式，采用查詢和中斷兩種程序設計方法去實現(xiàn)。利用這種對比性的舉例，不僅使學生掌握定時/計數(shù)器應用的設計方法，也培養(yǎng)訓練學生根據(jù)任務要求不同，合理選擇定時/計數(shù)器工作方式、程序處理方式的思維方式，以期達到靈活應用定時/計數(shù)器的能力。

參考文獻：

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[2] 董勻芬.《染色體變異》教學設計[J].考試周刊，2015（66）：151.