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单片机定时器功能实验课程的教学设计

章彧

Summary：定时器功能在日常生活、生产中应用非常普遍，是单片机的一个重要

应用功能。定时器功能实验是定时/计数器学习中一个重要的实践环节。作者结

合多年的教学与实践经验，对定时器功能实验的教学要求和过程管理做了分析

和教学设计，以期完善教学效果。

Key：单片机；定时器；教学设计；实验教学

定时/计数器是MCS51单片机的一个重要内置部件，在应用时，可根据任务要求

的不同，把它用作定时器功能或计数器功能。定时器功能，就像一个闹钟，要

求定时/计数器部件每隔一定的时间间隔，向单片机发出信号，使单片机实现定

时处理的能力。比如，在用交流采样方式对电网的电压、电流信号测量时，要

在正弦信号的一个周期中均匀采样N个点，再利用采样值，按照均方根算法、

两点乘积算法等算法，计算出电压、电流的有效值。为保证测量的准确性，就

要求产生一个TS=T/N的定时控制。再比如，在电力电子器件的触发角、逆变角

的控制时，也是要应用的定时器功能的。除此之外，其实还有很多要用到定时

控制的场合，可见，定时器功能应用的普遍性和重要性。

在《单片机原理及应用》课程中，已经对定时/计数器的结构原理、控制寄存

器、工作方式等做了讲解，并通过相关应用举例，分析阐述了定时/计数器的设

计方法。定时/计数器环节是单片机课程教学的重要环节，也是单片机实际应用

时经常会涉及的问题，因此，除了在课堂上的讲解、分析外，还专门开设了4

个学时的实践教学内容，分为定时器功能实验和计数器功能实验两个，以期进

一步提高学生的感性认识，熟练掌握定时/计数器的应用，进一步培养和提高学

生分析问题、解决问题的能力。

一、实验教学目标

1.知识目标：（1）进一步深刻理解定时/计数器的功能，了解定時/计数器的

结构；（2）进一步熟练掌握定时/计数器的相关控制寄存器；（3）进一步掌握

定时/计数器的4种工作方式；（4）掌握定时/计数器应用设计的方法。

2.能力目标：（1）根据定时时间要求，合理选择定时/计数器的工作方式，正

确设置工作方式寄存器TMOD；（2）根据定时时间和工作方式，正确计算计数

初值，正确设置计数初值；（3）正确完成与定时/计数器相关的中断设置，正

确设计中断服务程序；（4）继续熟练Keil、Proteus设计仿真软件，掌握调试

方法，学会示波器的使用；（5）进一步培养和提高分析问题、解决问题的能

力。

二、实验教学重点和难点分析

1.教学重点：（1）定时/计数器相关控制寄存器；（2）定时/计数器的工作方

式；（3）中断的应用。

2.教学难点：（1）计数初值的计算；（2）中断服务程序的设计；（3）不同

工作方式实现功能时的不同之处；（4）计数器位数的软件扩展方法。

三、实验教学过程及策略

实验教学过程总体分为三个环节。

1.实验前的预习准备。

提前把“编写一个定时1s的程序。要求利用定时/计数器的四种工作方式中的

一种，设计1s的定时程序，通过模拟示波器观察波形，通过一个指示灯闪烁反

映出来。”的实验任务布置下去，要求学生根据课堂教学中对定时/计数器的掌

握，模仿课堂上讲解的例题，先分析实验任务要求，选择确定定时/计数器功能

和工作方式，计算计数初值，设计硬件电路原理图，确定程序设计思路，绘制

软件流程图，编写功能程序，完成实验预习报告，为实验做好充分的准备。这

一环节是在实验课程前完成的，有足够的时间让学生巩固定时/计数器的相关知

识点，对实验任务要求进行充分分析和思考，是培养和训练学生分析、解决问

题的关键，也是督促和激发学生主观能动性的机会。实验效果能否真正达到，

这一环节至关重要。

2.实验设计、调试。

首先，实验指导老师会结合定时/计数器原理和实验任务要求，对项目进行分

析，引导学生注意几个问题。①这是一个定时器功能还是计数器功能的问题？

②1s的定时靠本身的计数器位数够不够，怎么解决？③单片机内部的两个定时

/计数器是不是可以随便用哪一个，确定后如何设置？④中断服务程序的入口要

注意什么？中断服务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？学生结合老师的分析和引导，结合自己事先的思路和准备，完

善实验设计。接着，学生利用Proteus完成硬件电路原理图的设计，利用Keil

完成程序的设计录入和编译，通过Proteus的仿真运行，观察