季紅梅 / 安徽財貿(mào)職業(yè)學院

高職單片機教學研究
——定時器應用教學

季紅梅 / 安徽財貿(mào)職業(yè)學院

教學須因材施教、因人施策。面對高職學生群體，運用怎樣的教學方法才能達到最佳教學效果呢？根據(jù)自己多年教學體會，認為高職課堂教學，既不能等同于高中教學，也不能完全照搬高校教學，它必須具有高職的特色：理論適用、技能為主，課堂教學既要注重知識性，更要注重趣味性，通過學生跟著老師做、學生學著自己做、理論實踐相結(jié)合、現(xiàn)場教學做總結(jié)的方式，達到加快理解掌握單片機功能應用的技能。

高職教學；單片機應用；理論結(jié)合實訓

1.引言

單片機在工業(yè)儀表、實時分散控制、物聯(lián)網(wǎng)應用等方面都有著不可或缺的作用。在高職學院單片機的課堂教學成為電子技術、物聯(lián)網(wǎng)技術甚至計算機應用專業(yè)等相關專業(yè)的重要專業(yè)基礎課，特別是當前各類高職技能大賽項目的機器人控制、非接觸識別等科目，單片機相關知識點的學習掌握更是重中之重。而常規(guī)的單片機教學模式是從芯片原理到編程使用講解，理論性強、記憶內(nèi)容多，往往一開始就使得不少學生難以理解接授，產(chǎn)生畏難情緒。因此，設計出一套適合高職學生的教、學、做一體化模式，就像過去師傅帶徒弟一樣，使學生通過做、學、教的實踐體會，真正在做中學，在實踐中理解，在理解中提升，達到加快理解掌握單片機功能應用技能的教學目標。下面本人以定時器的教學設計為例，設計教學模式如下。

2.概述單片機的實用性與基礎知識

首先，在開始定時器知識點教學之前，應該通過實驗演示、圖片、視頻等方式給同學們展示單片機的應用實例，同時啟發(fā)大家推舉生活中遇到的相關實例，越是接近生活的實例越是能激起同學們學習的興趣。教師需要充分準備具備較強的相關知識應對學生提出的難題實例，適當引用到后續(xù)實訓中。

其次，對于學習單片機相關專業(yè)的同學，都能熟練使用電腦的優(yōu)勢，以電腦為例，用比擬法教學，使得同學們基本了解單片機的基本構(gòu)件，參見圖 1。

圖1 功能比較圖

其三，強化二進制與十六進制的應用知識教學。計算機基礎對于二進制的教學僅僅告訴了同學們一種數(shù)制方式，我們需要同學們充分了解以下問題：

1.什么是二進制？一個字節(jié)幾位二進制數(shù)？

2.什么是十六進制？一個十六進制表示幾個字節(jié)？

3.為何要使用二進制、十六進制？

4.十進制數(shù)0-15用十六進制如何表示？

5.一個字節(jié)用十六進制如何表示？

6.二進制與十六進制如何快速轉(zhuǎn)換？

其四，在充分了解了二進制與十六進制，掌握位操作的概念，認識0和1標識的狀態(tài)應用，特別是必須牢記如何置0與位置1。對于位置0和位置1總結(jié)出一個算式，能理解就自己設置，不能理解就按照老師給的算式設置，強行記憶。

位操作要點：

1.能夠直接位訪問的，直接設置

例如：EA=0 或 EA=1

2.字節(jié)訪問的位操作，改變操作的某位，不能影響其他位的狀態(tài)

置0用&=～算式，置1用|=。（案例略）

通過一定數(shù)量的練習，保證同學們能夠熟練進行狀態(tài)設置位操作?；A準備好了，興趣提起來了，能夠使得同學們期待你的下一次課程，那么你才是成功的授者。

3.定時器的模式和應用

單片機以CC2530為教學應用對象。

在開始定時器教學之前，需要通過幾個小實驗，展示位操作的學習成果，學習通過I/O口寄存器的設置，設計LED燈的每秒閃爍一次的實驗，通過不同參數(shù)調(diào)整延時，可以體會一下要求達到的時間精度的不可控性，導出了精確時間定時需要定時器…通過精確計算時間，獲得準確的LED定時閃爍。

CC25030定時器T1的主要功能是這樣介紹的：

◆五個捕獲/比較通道

◆16位定時器

◆自由運行、模模式、正數(shù)/倒數(shù)計數(shù)操作

◆時鐘分頻系數(shù)：1、8、32、128

◆在每個捕獲/比較和最終計數(shù)上生成中斷請求

如果我們就是上述功能展開教學，能聽下去的同學可預見的是寥寥無幾。所以教學設計直奔主題：T1是16位定時器，有自由重載模式、模模式、正倒數(shù)模式，計數(shù)范圍0-65535（復習十六進制，討論此數(shù)來由），假定使用32MH時鐘，分別帶同學們學習三種不同模式下的定時器的應用。

（1）計數(shù)次數(shù)獲得

計數(shù)的時間間隔由時鐘頻率計算獲得，假設使用32MHz時鐘8分頻，獲得0.5s的時間間隔，需要計數(shù)多少次數(shù)呢？頻率Hz的倒數(shù)是秒，定時器計數(shù)次數(shù)獲得：需要的時間秒數(shù)/(1/分頻后頻率Hz)，如果次數(shù)大于65535，需要程序控制計數(shù)若干次。0.5s/(1/(32*106/8))s就是0.5s需要的計數(shù)次數(shù)，計算結(jié)果大約是65535*30次。

（2）自由重載模式

所謂自由重載模式就是，16位計數(shù)器從0開始計數(shù)加1直到65535時加1計數(shù)溢出，計數(shù)器重新載入0再次計數(shù)到65535如此重復。參見圖2。

圖2 自由重載模式

自由重載模式案例參考代碼：32MHz時鐘8分頻，獲得0.5s的時間間隔LED閃爍，時間間隔精確度有差異。

#include "ioCC2530.h" // 引用頭文件,包含對CC2530的寄存器、中斷向量等的定義

//定義led燈端口

* 函數(shù)名稱：init

* 功 能：初始化系統(tǒng)IO,定時器T1控制狀態(tài)寄存器

（3）模模式

自由重載模式計數(shù)次數(shù)區(qū)間是0-65535很難匹配精確的適合秒數(shù)的計數(shù)次數(shù)，因此導出使用模模式。模模式是采用比較計數(shù)次數(shù)達到T1CC0寄存器指定的參數(shù)（初始化中預置）時，計數(shù)溢出計數(shù)器重新載入0再次計數(shù)到T1CC0。參見圖3。例如：32MHz并128分頻時獲得0.5s計數(shù)次數(shù)是62500*2即可，可以獲得精確定時計數(shù)。

圖3 模模式

模模式下案例：32MHz時鐘128分頻，獲得0.5s的時間間隔LED閃爍，時間間隔精確度無差異。修改參數(shù)如下：

T1CTL=0x0e; // 配置128分頻，模模式計數(shù)工作模式，并開始啟動

T1CCTL0 |= 0x04; //設定timer1通道0比較模式,定時器1的通道0的中斷

//使能T1CCTL0.IM默認使能

T1CC0L =62500 & 0xFF; // 把62500的低8位寫入T1CC0L

T1CC0H=((62500& 0xFF00) ＞＞ 8); //把 62500 的高 8 位寫入T1CC0H

//計數(shù)次數(shù)為2次即可獲得0.5s計時間隔。

（4）正倒數(shù)模式

正倒數(shù)模式即是計數(shù)器0加到T1CC0上限再減到0為一次計數(shù)溢出，相當于二次模模式。參見圖4。例如：32MHz128分頻時獲得0.5s計數(shù)次數(shù)是1次，可以獲得精確定時計數(shù)。

圖4 正倒數(shù)模式

正倒數(shù)模式下案例：32MHz時鐘8分頻，獲得0.5s的時間間隔LED閃爍，時間間隔精確度無差異。修改參數(shù)如下：

T1CTL=0x0f; // 配置128分頻，模比較計數(shù)工作模式，并開始啟動

T1CCTL0 |= 0x04; //設定timer1通道0比較模式,定時器1的通道0的中斷

//使能T1CCTL0.IM默認使能

T1CC0L =62500 & 0xFF; // 把62500的低8位寫入T1CC0L

T1CC0H=((62500& 0xFF00) ＞＞ 8); //把 62500 的 高 8 位 寫 入T1CC0H

//計數(shù)次數(shù)為2次即可獲得0.5s計時間隔。

（5）CC25030其他定時器T2、T3、T4簡介

T2定時器被系統(tǒng)使用，T3、T4基本功能與T1類似，但要注意，只有T1定時器為16為定時器，其他均為8為定時器，相同的定時間隔相差256倍。

（6）設計實驗案例

定時LED燈閃爍，定時跑馬燈（正向反向變換），定時顯示計數(shù)等等。幾種功能可以通過按鍵切換，通過調(diào)整按鍵延時，觀察按鍵反應時間，引導出后續(xù)知識點中斷功能的應用。

4.教學方法與教學設備利用

（1）教學方法

常規(guī)做法是教師教（理論或原理）學生聽學，本課程采用教師做學生模仿做，實現(xiàn)練習目標之后，總結(jié)實現(xiàn)實訓的過程（步驟），再對應原理（理論）加以理解。教師提出拓展目標案例，學生在理解的基礎上完成拓展實訓?？偨Y(jié)為：做、學、教，拓展提升。

（2）教學設備利用

由于場地受限，本實驗室目前僅有13套設備，教師使用一套，同時只能有12組學生參與實驗，對于近50人的班級，我們采用分2組且同學自帶筆記本上課方式，二人一組共享一套設備，基礎設計編程使用各自的筆記本電腦，連接調(diào)試分時使用實驗設備，既充分利用設備資源也能達到高效教學的目標。

經(jīng)過二屆學生的教學實踐，學生基本都能夠掌握教授單片機的應用技能。教學過程中，盡量將學習的知識點劃分為幾個固定的基本步驟，一點一點添加或通過循序漸進修改初始化的部分參數(shù)，即可實現(xiàn)不同類型的設置方式，完成相關要求項目，方便學生學習及記憶。開始學生按照老師要求的方法記憶式學做實驗，多做幾個實驗，即可在教師的指導啟發(fā)下完成自主設計的實驗項目，在最后的課程實訓周，能夠獨立完成較高難度的綜合實訓項目，達到教學目標。

[1]姜仲 劉丹 ZigBee技術與實訓教程［M］北京 清華大學出版社 2014.

[2]物聯(lián)網(wǎng)無線傳感網(wǎng)實訓教程[M]北京 新大陸時代教育科技有限公司 2014.

[3]本書編委 ZigBee技術開發(fā)-CC2530單片機原理及應用[M]北京 清華大學出版社 2015.

[4]楊玥 單片機與接口技術-基于CC2530的單片機應用[M]北京 清華大學出版社 2017.

季紅梅，安徽財貿(mào)職業(yè)學院 云桂信息學院。