單片機(jī)課程定時(shí)/計(jì)數(shù)器的教學(xué)設(shè)計(jì)

章彧

摘要：定時(shí)/計(jì)數(shù)器在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍，是單片機(jī)的重要內(nèi)置部件，也是單片機(jī)課程的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。作者結(jié)合多年的教學(xué)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從提高學(xué)生興趣，完善教學(xué)方法，豐富教學(xué)手段入手，對定時(shí)/計(jì)數(shù)器環(huán)節(jié)進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)，以此完善教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；定時(shí)/計(jì)數(shù)器；教學(xué)設(shè)計(jì)；教育教學(xué)

定時(shí)/計(jì)數(shù)器從應(yīng)用角度看，可以分為定時(shí)器功能和計(jì)數(shù)器功能，在日常生活、生產(chǎn)過程中應(yīng)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(jì)地運(yùn)行，需要每隔一定的時(shí)間，對線路上的電壓、電流、頻率、功率等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測和控制，這一定的時(shí)間間隔，就可以利用定時(shí)器功能實(shí)現(xiàn)，它就像一個(gè)鬧鐘，時(shí)間一到，就告訴計(jì)算機(jī)要去測量控制了。再比如，在一個(gè)生產(chǎn)流水線上，我們要對工件的數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如每24瓶礦泉水打個(gè)包，這實(shí)際上就利用到了計(jì)數(shù)器功能。這樣的例子實(shí)際上還有很多，可見，定時(shí)/計(jì)數(shù)器功能在計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用是非常普遍的，因此，單片機(jī)制造商直接將其內(nèi)置到單片機(jī)內(nèi)部，使單片機(jī)應(yīng)用的設(shè)計(jì)者能方便地應(yīng)用其功能。定時(shí)/計(jì)數(shù)器是《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程的重要教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生最終能否正確地、靈活自如地應(yīng)用定時(shí)/計(jì)數(shù)器，也是檢驗(yàn)這一環(huán)節(jié)教學(xué)效果的最終指標(biāo)。

一、 教學(xué)目標(biāo)

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

（二） 能力目標(biāo)：（1）根據(jù)系統(tǒng)控制需要，正確合理地選擇定時(shí)/計(jì)數(shù)器的功能和工作方式，設(shè)置相關(guān)控制寄存器；（2）根據(jù)不同任務(wù)要求，正確設(shè)置計(jì)數(shù)初值，合理選擇查詢或中斷方式設(shè)計(jì)功能程序；（3）通過簡單地、對比性地應(yīng)用舉例，對學(xué)生進(jìn)行定時(shí)/計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)的思維方式和分析能力訓(xùn)練。

二、 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)分析

（一） 教學(xué)重點(diǎn)：（1）定時(shí)/計(jì)數(shù)器相關(guān)控制寄存器；（2）定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式。

（二） 教學(xué)難點(diǎn)：（1）定時(shí)/計(jì)數(shù)器的定時(shí)器功能和計(jì)數(shù)器功能的區(qū)別；（2）定時(shí)/計(jì)數(shù)器各工作方式的相似性和不同之處；（3）程序設(shè)計(jì)時(shí)，查詢方式和中斷方式的相似性和不同之處；（4）根據(jù)任務(wù)要求不同，合理選擇定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式、程序處理方式的思維方式的培養(yǎng)和訓(xùn)練。

三、 教學(xué)方法：對比法、歸納法

四、 教學(xué)過程及策略

教學(xué)過程中，總體上采取層次化的組織方式，分為定時(shí)/計(jì)數(shù)器的概念、定時(shí)/計(jì)數(shù)器相關(guān)控制寄存器和工作方式、定時(shí)/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用三個(gè)層次，由表及里、由淺到深、由理論到實(shí)踐進(jìn)行引導(dǎo)式教學(xué)。

（一） 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的概念

這一環(huán)節(jié)，分成兩個(gè)部分，引出三個(gè)概念。第一部分，結(jié)合日常生活、生產(chǎn)舉例，引出定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的概念，注意兩者的相同和不同之處。可進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考：還有哪些情況可能用到定時(shí)/計(jì)數(shù)器？第二部分，由定時(shí)/計(jì)數(shù)器它是怎么實(shí)現(xiàn)功能的，引出單片機(jī)中定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)框圖。通過提問、舉例的方式，引導(dǎo)學(xué)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(jī)里面的計(jì)數(shù)器是怎么計(jì)數(shù)的？為什么不同的計(jì)數(shù)輸入脈沖信號，使得它實(shí)現(xiàn)了定時(shí)器和計(jì)數(shù)器兩種不同的功能？是不是有計(jì)數(shù)脈沖，它就一定會計(jì)數(shù)呢？我能不能關(guān)掉它呢？最終，系統(tǒng)性地引出定時(shí)器功能、計(jì)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(shí)/計(jì)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(gè)部分，掌握兩個(gè)技能點(diǎn)。第一部分，結(jié)合前面中斷系統(tǒng)學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)，回顧、學(xué)習(xí)TCON寄存器中與定時(shí)/計(jì)數(shù)器相關(guān)的四個(gè)標(biāo)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(xué)習(xí)GATE、M1、M0的作用，進(jìn)一步引出4種工作方式。第二部分，結(jié)合定時(shí)/計(jì)數(shù)器不同工作方式時(shí)的內(nèi)部電路圖，講解每種工作方式的特點(diǎn)和注意點(diǎn)，每種工作方式間進(jìn)行對比，最終掌握兩點(diǎn)技能：①各工作方式下定時(shí)時(shí)間的計(jì)算和設(shè)定；②結(jié)合功能和工作方式要求設(shè)置TMOD，通過TCON控制計(jì)數(shù)啟/停，反映計(jì)數(shù)溢出。

（三） 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用。

這一環(huán)節(jié)，通過同一功能要求的例子，結(jié)合Keil、Proteus設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方法去實(shí)現(xiàn)。利用這種對比性的舉例，不僅使學(xué)生掌握定時(shí)/計(jì)數(shù)器應(yīng)用的設(shè)計(jì)方法，也培養(yǎng)訓(xùn)練學(xué)生根據(jù)任務(wù)要求不同，合理選擇定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式、程序處理方式的思維方式，以期達(dá)到靈活應(yīng)用定時(shí)/計(jì)數(shù)器的能力。

參考文獻(xiàn)：

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