单片机课程教学案例

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1、单单片机片机课课程教学案例程教学案例单片机是一门综合性、实践性极强的课程，通常分为理论教学与实践教学两部分。由于单片机的概念多、专有名词多，内容抽象，指令丰富，且软、硬件发展很快，新器件不断，故相当多数量的学生在学习单片机时感到郁闷，实际使用不知如何下手，不能真正掌握单片机技术。因此，如何安排教学内容，使学生既能了解新技术又能对单片机的应用技术融会贯通；如何设计教学方法，激发学生的学习兴趣，真正理解和掌握单片机技术，是在单片机教学中需要解决的问题。针对教学对象的特点和课程特点，我们提出了“边学边干、边干边学、理论指导实践、实践带动理论”的教学理念，以达到“精理论、重实验、会设计”的人才培养效果

2、。 “精理论”，精化理论教学内容。从职业能力分析入手，确定教学的要求和知识点、突出课程的基本内容，精选、精讲、精练基础理论、基本概念、基本分析方法。在保证“必需、够用、管用”的原则下，坚决砍掉那些陈旧，与其他相关课程有重复或过于繁琐数学推导部分。吸收一些代表现代水平的新观点、新理论、新技术、新器件、新方法等内容，真正实现“厚基础”、“宽口径”的教学要求。“重实验”，建立“干中学”的思路，以任务驱动学生学习潜能和兴趣，改进实验内容和方法，变单一验证性实验为多类型实验，即有仿真型又有验证型、设计型和综合型。使学生在实验课上由被动转为主动，不再是依葫芦画瓢，培养他们严谨的科学作风，在最大程度上掌握所

3、学知识，并学以致用。 “会设计”，增设单片机课程设计，以选题的综合性和先进性为出发点。训练和提高学生综合素质，学会设计思路和方法。借鉴电子设计竞赛的经验，引入一定数量的综合性较强的电子综合系统设计的内容。下面以单片机定时器一节为例，介绍如何安排教学以体现我们所提倡的教学理念，并达到所期望的教学效果。授授课题课题目目：第五章 单片机定时器/计数器与中断系统一一一单片机的定时器/计数器课时课时安排安排：1 学时授授课类课类型型：理论课教学方式教学方式：讲授、讨论教学教学资资源源：多媒体、实物、黑板教学目的教学目的：知识目标-理解 51 单片机的计数功能、定时功能，预置数的意义；掌握计数初 值的计算

4、方法，定时器/计数器的工作方式以及相关的寄存器。能力培养目标-培养学生学习单片机的主动性，提高动手能力，发展分析和解决利用单 片机计数器/定时器进行应用设计过程中出现的问题的能力。情感目标激发学生强烈的求知欲，培养学生的积极探索、勇于创新的精神和工程意识。教学内容教学内容：基本内容-常用的定时方法，定时器/计数器的定时和计数功能，定时器/计数 器的控制寄存器，定时器的应用。重点-与中断控制相关的寄存器（TCON、SCON 等）。难点定时中断。参考参考资资料料：MCS-51/96 系列单片机原理及应用孙涵芳编，北航出版社教学教学过过程程设计设计：1.情景导入 师：从选票的统计谈起：画“正”。这就

5、是计数，生活中计数的例子处处可见。例如：家里 面用的电度表、汽车上的里程表等等。师：举一个工业生产中的例子，线缆行业在电线生产出来之后要计米，也就是测量长度， 怎么测法呢？用尺量？不现实，太长不说，要一边做一边量呢，怎么办呢？行业中有很 巧妙的方法，用一个周长是 1 米的轮子，将电缆绕在上面一周，由线带轮转，这样轮转一 周不就是线长 1 米嘛，所以只要记下轮转了多少圈，就可以知道走过的线有多长了。师：单片机中的计数器的计数功能与此类似，不同的是例子中计的是轮子转的圈数，而 单片机的计数器计的是从单片机 P3.4、P3.5 引脚进入的脉冲的个数。我们今天就来学习 一下单片机的计数器/定时器及其应

6、用。（板书课题：51 单片机的计数器/定时器）师：说到容器，我们都知道它有一定的容量。比如从一个生活中的例子看起：一个水盆在 水龙头下，水龙没关紧，水一滴滴地滴入盆中。水滴不断落下，盆的容量是有限的，过一段时间之后，水就会逐渐变满，装满水盆需要的水滴数量就是水盆的计数容量。那么单 片机中的计数器有多大的容量呢？（课件显示，引出计数器的容量）2.计数器的容量 MCS-51 单片机中有两个计数器，分别称之为 T0 和 T1，这两个计数器分别是由两个 8 位的 RAM 单元组成的，即每个计数器都是 16 位的计数器，最大的计数量是216=65536。师：计时器计满了会怎么样呢？让我们再来看水滴的例子

7、，当水不断落下，盆中的水不 断变满，最终有一滴水使得盆中的水满了。这时如果再有一滴水落下，就会发生什么现 象？水会漫出来，用个术语来讲就是“溢出”。 水溢出是流到地上，而计数器溢出后将 使得 TF0 位变为“1”，此时单片机自动将计数器清零。至于 TF0 位是什么我们稍后再 谈。师：拿出一个闹钟。（实物）请大家思考，我将它定时在 1 个小时后闹响，请问秒针动了多少次？生：回答 3600 次。师：也就是说，秒针走了 3600 下的时间正好是 1 个小时。换言之，时间就转化为秒针走 的次数的，也就是计数的次数了，可见，计数的次数和时间之间的确十分相关。那么它们 的关系是什么呢？那就是秒针每一次走动

8、的时间正好是 1 秒。请大家想一想，如果计数 器所计的脉冲的间隔相等，那么计数值是不是就代表了时间的流逝？（课件显示，引出 定时器） 3.定时 师：单片机中的定时器和计数器是一个东西，只不过计数器是记录的从单片机 P3.4、P3.5 引脚进入的脉冲的个数，这些脉冲的周期可能是未知的，也可能不是等间隔的，因此单 片机只能在脉冲的下降沿进行记录，每遇到一个下降沿记录一个数，因此只能记录脉冲 的个数，不能确定时间；而定时器则是由单片机提供一个非常稳定的计数源。那么提供 定时器的计数源是什么呢？看图所示。（课件显示）师：原来就是由单片机的晶振经过 12 分频后获得的一个脉冲源。晶振的频率当然很准， 所

9、以这个计数脉冲的时间间隔也很准。问题：一个 12M 的晶振，它提供给计数器的脉冲 时间间隔是多少呢？生：12M/12=1M，T=1/f=1/106s，就是 1 个微秒。 师：我们得出这样的结论：单片机的定时的本质就是计数，但计数脉冲的间隔与晶振有关， 12M 的晶振，计数脉冲的间隔是 1 微秒。师：前面我们提到，计数器计满了就会溢出，溢出后将使得 TF0 位变为“1”，就象定时 的时间一到，闹钟就会响一样。现在我们来研究另一个问题：要有多少个计数脉冲才会 使 TF0 由 0 变为 1。生：65536 个。师：不错。我们刚刚研究过，计数器的容量是 16 位，也就是最大的计数值到 65536，因此

10、 计数计到 65536 就会产生溢出。这个没有问题，问题是我们现实生活中，经常会有少于 65536 个计数值的要求，怎么实现？提示：如果是一个空的盆要 1 万滴水滴进去才会满，在开始滴水之前先放入一勺水，还 需要 10000 滴吗？生：不需要。师：对了，采用预置数的方法可以解决这个问题。（课件显示）师：通过上面的学习，我们知道单片机中的定时/计数器都可以有多种用途，那么怎样才 能让它们工作于我们所需要的用途呢？这就要通过定时/计数器的方式控制字来设置。 （课件显示）4.计数器/定时器的方式和控制寄存器 师：在单片机中有两个特殊功能寄存器与定时/计数有关，这就是 TMOD 和TCON。TMOD

11、和 TCON 是名称，我们在写程序时就可以直接用这个名称来指定它们。师：从图中我们可以看出，TCON 被分成两部份，高 4 位用于定时/计数器，低 4 位则用于中断（上节课学习过）。而 TF1（0）我们已经提到了，当计数溢出后，TF1（0）就由 0 变为1。原来 TF1（0）在这儿！那么 TR0、TR1 又是什么呢？TR0（1）称之为运行控制位，可用指令 SETB 来置位以启动计数器/定时器运行，用指令 CLR 来关闭定时/计数器的工作，一切尽在自已的掌握中。（课件显示）师：从图中我们可以看出，TMOD 也被分成两部分，每部分 4 位，分别用于控制 T1 和T0。其中，GATE 位为定时器/计

12、数器运行门控标志位。（课件显示定时器/计数器逻辑结构图）师：看图，当我们选择了定时或计数工作方式后，定时/计数脉冲却不一定能到达计数器端，中间还有一个开关，显然这个开关不合上，计数脉冲就没法过去，那么开关什么时候过去呢？有两种情况。GATE 位=0，分析一下逻辑，GATE 位经非门后是变为 1，进入或门，或门总是输出 1，和或门的另一个输入端无关，在这种情况下，开关的打开、合上只取决于 TR1，只要TR1 是 1，开关就合上，计数脉冲得以畅通无阻，而如果 TR1 等于 0 则开关打开，计数脉冲无法通过，因此定时/计数是否工作，只取决于 TR1。 GATE 位=1，在此种情况下，计数脉冲通路上的

13、开关不仅要由 TR1 来控制，而且还要受到引脚的电平状态来控制，只有 TR1 为 1，且引脚也是高电平，开关才合上，计数脉冲才得以通过。这个特性可以用来测量一个信号的高电平的宽度，想想看，怎么测？ （留作思考题）师：-前面我们说过，定时/计数器既可作定时用也可作计数用，到底作什么用，由我们根据需要自行决定，也说是决定权在编程者。如果为位 0，就是用作定时器（开关往下打），如果 C/T 为 1 就是用作计数器（开关往下打）。（结合课件显示的逻辑结构图说明）。顺便提一下，一个定时/计数器同一时刻要么作定时用，要么作计数用，不能同时用的，这一点教材没有提到，但很多初学者却会有此困惑。师：M1M0-定

14、时/计数器一共有四种工作方式，就是用 M1M0 来控制的，2 位正好是四种组合，对应方式 0方式 3。（课件显示）师：定时器/计数器的工作方式 0 称之为 13 位定时/计数方式，它由 TL（1/0）的低 5 位和TH（0/1）的 8 位构成 13 位的计数器，此时 TL（1/0）的高 3 位未用，计数容量为 213。（课件显示工作方式 0 的逻辑结构图）为什么在这种模式下只用 13 位呢？干吗不用 16 位，这是为了和 51 机的前辈 48 系列兼容而设的一种工作方式。工作方式 1 是 16 位的定时/计数方式，除了计数容量变为 216 外，其它特性与工作方式 0 相同。师：我们知道，每当定

15、时器/计数器计满时会溢出，然后单片机自动将计数器清零，如果用户要计 100 个数，则计满后要重新给计数器设置初值，否则计数器将从 0 开始计，再次溢出时单片机计的不再是 100 个数，所以采用工作方式 0 或 1 都要在溢出后做一个重置预置数的工作，做工作当然就得要时间，一般来说这点时间不算什么，可是有一些场合我们还是要计较的，所以就有了第三种工作方式，即工作方式 2，这是一个自动重装入初值的 8 位定时/计数方式，只有低 8 位参与计数，而高 8 位不参与计数，用作预置数的存放。（课件显示工作方式 2 的逻辑结构图）。师：如图所示，每当计数溢出，就会打开 T（0/1）的高、低 8 位之间的开

16、关，预置数进入低8 位。这是由硬件自动完成的，不需要由人工干预。通常这种式作方式用于波特率发生器（我们将在串行接口中讲解），用于这种用途时，定时器就是为了提供一个时间基准。计数溢出后不需要做事情，要做的仅仅只有一件，就是重新装入预置数，再开始计数，而且中间不要任何延迟，可见这个任务用工作方式 2 来完成是最妙不过了。 师：工作方式 3 仅用于定时/计数器 0，此时定时/计数器 0 被拆成 2 个独立的定时/计数器来用。其中，TL0 可以构成 8 位的定时器或计数器的工作方式，而 TH0 则只能作为定时器来用。（课件显示工作方式 2 的逻辑结构图）。师：我们知道作定时、计数器来用，需要控制，计满后溢出需要有溢出标记，T0 被分成两个来用，那就要两套控制及溢出标记了，从何而来呢？TL0 还是用原来的 T0 的标记，而 TH0 则借用 T1 的标记，因此 T1 没有这种工作方式。师：学习了单片机的计数器/定时器的基础知识后，我们更关心的是在实际应用中如何使用它，下面我们以八只彩灯依次循环点亮为例加以说明。5.应用举例 师：我手中所拿的就是能实现彩灯依次循环点亮功能的实验