单片机教案.doc

崇德 厚学 励志 敦行单片机实训教案徐州师范大学电气学院“单片机原理及应用”是工学电气信息类专业的重要实用课程，是一门实践性、工程性很强的专业技术基础课程，是学生将来在电子类公司或电子行业工作的最基本的技能，是学生的“饭碗型”课程，它的教学效果直接影响学生就业以及将来的个人专业上的发展。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、重实践、会设计”的人才培养效果。“精理论”，精化理论教学内容。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。“重实践”，推广边学边做的教学模式，单片机应用技术是一门实战性很强的学科，结合理论和实践，一边学一边干是最好和最快捷的学习方法。为此，我们在单片机原理课程结束后安排3周时间的“单片机系统设计师”培训，培训内容包括“专项软件实训、典型软硬件系统实训、单片机应用系统样机制作”等，深受学生欢迎。“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“51单片机的计数器/定时器及其应用”章节的实训教学为例，介绍如何实施教学过程以体现我们所提倡的教学理念，并达到所期望的教学效果。授课题目：单片机的计数器/定时器及其应用课时安排：2学时授课类型：理论+实训教学方式：讲授、启发、案例、实训教学资源：多媒体、实物、单片机实验箱、上位机教学目的：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方法，计数器/定时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，培养学生积极探索、勇于创新的精神和工程意识。】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【与定时控制相关的寄存器（TMOD、TCON等），彩灯控制实训。】难点【定时中断。】教学过程设计：情景导入师：节日的夜晚，置身都市街头，各式彩灯把我们带入美轮美奂的世界。究竟是什么“魔力”使彩灯变换出多样的显示效果？师：通俗地讲，彩灯的出色表现是“大脑”控制的结果。这个“大脑”就是微处理器，微处理器在现代生活中扮演着非常重要的角色。MCS-51单片机就是一款常用的8位微处理器，其内部集成了非常重要的功能部件-计数器/定时器，熟悉计数器/定时器的工作原理并灵活编程，我们也可以用LED指示灯模拟彩灯显示。师：我们今天就以软硬件相结合的实训形式学习计数器/定时器的原理及其应用。在进入实训课题之前，我们先熟悉一下MCS-51单片机计数器/定时器的结构及工作原理。（板书课题：51单片机的计数器/定时器）计数器的容量师：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，最大的计数容量是216=65536。如果计数器所计的脉冲的间隔相等，那么计数值就代表了时间的流逝。单片机的定时 师：单片机中的计数器和定时器是一个功能部件，只不过计数器记录的是从单片机P3.4、P3.5引脚进入的脉冲的个数；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：f =12M/12=1M，T=1/f =10-6s，就是1个微秒。 师：对。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：计数器计满了就会溢出，溢出后将使得TF1（0）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TF1（0）由0变为1。生：65536个。师：不错。计数器的容量是16位，也就是最大计数值到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碗水，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：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）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。师：从图中我们可以看出，TCON被分成两部分，高4位用于定时/计数器，低4位则用于中断（上节课学习过）。TF1（0）我们已经提到过，当计数溢出后，TF1（0）就由0变为1。那么TR0、TR1又是什么呢？TR0（1）称之为运行控制位，可用指令SETB来置位以启动定时/计数器运行，用指令CLR清零来关闭定时/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，那么开关什么时候合上呢？有两种情况。 GATE位=0，分析一下逻辑，GATE位经非门后变为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TR0，只要TR0是1，开关就合上，计数脉冲得以畅通无阻，而如果TR0等于0则开关打开，计数脉冲无法通过，因此定时/计数器是否工作，只取决于TR0。 GATE位=1，在此种情况下，计数脉冲通路上的开关不仅要由TR0来控制，而且还要受到引脚P3.2的电平状态来控制，只有TR0为1，且引脚P3.2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，决定权在编程者。如果C/位为0，就用作定时器（开关往上打），C/为1就用作计数器（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，这一点教材没有提到，希望引起注意。师：51单片机的定时/计数器一共有四种工作方式，是由M1M0来控制的，2位正好是四种组合，对应方式0方式3。 师：实际应用中常把定时/计数器设置为方式1，工作方式1是16位的定时/计数方式。我们知道，每当定时器/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1要在溢出后做一个重置预置数的工作。工作方式2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，用来存放预置数。通常这种方式用于波特率发生器（我们将在串行接口中讲解），作这种用途时，定时器就是为了提供一个时间基准。方式0和方式3实际应用中较少采用。师：51单片机的定时/计数器本身就是中断源，实际应用中要和中断结合起来使用。（与上一节内容结合起来理解）师：对单片机的计数器/定时器的理论知识做一番梳理后，下面我们结合一个实训课题来掌握它的使用。（板书课题：单片机彩灯控制实训）典型系统实训 师：请同学们打开电脑桌上的单片机实验箱。通过前期的单片机课题实训知道，XZNU MCUS-型单片机实验系统由用户板、伟福V8/L型仿真器、开关电源三大部分组成，其中用户板由CPU模块和若干单元电路组成。（将实验箱放实物展示台，液晶投影仪切换至彩灯控制单元电路，指出本次实训用实物电路的位置及接线方法）师：本次我们要实训的单片机系统的功能要求及电路简图如WORD文档所示。（文档显示） 实训内容:MCS-51单片机P1口的P1.0-P1.7分别接八个发光二极管L1-L8，要求编写程序模拟一彩灯控制装置。开机后第一秒钟L1、L3亮，第二秒钟L2、L4亮，第三秒钟L5、L7亮，第四秒钟L6、L8亮，第五秒钟L1、L3、L5、L7亮，第六秒钟L2、L4 、L6、L8亮，第七秒钟八个二极管全亮，第八秒钟二极管全灭，以后又从头开始，如此周而复始。实训电路:师：根据实训课题要求，大家想想应该如何编写程序实现？引导：首先应该考虑有时间要求的应用场合应该用定时/计数器的哪种功能？生：用定时器功能。师：不错。使用单片机的定时器，就像我们使用别人的东西要告知主人一样，使用单片机的定时器也要告诉单片机，我要用你哪一个定时器（T0还是T1），哪种工作方式（方式0方式3中的哪一种），哪种功能（定时还是计数），以及门控位的状态，这些要通过谁来告诉呢？生：专用寄存器TMOD。师：对，要对TMOD进行初始化。本次实训中我们使用T1，采用方式1工作，用于定时，定时器的运行仅由TR1控制，即GATE位为0。为避免T0被屏蔽而有可能会影响串行口波特率，对TMOD初始化时建议用下述指令：（板书）ANLTMOD，#0FHORLTMOD，#10H师：本实训中系统晶振为12M，要用中断方法来实现1s延时，T1一次溢出中断能否满足1s定时要求？生：不可以。师：对。假定让T1每隔0.05s产生一次中断，CPU响应中断后将R0中计数值减1，令(R0)=14H (20次中断)，即可实现1s延时。我们要告诉单片机0.05s的定时时间，怎么告诉它啊？生：通过给计数器TH1、TL1赋初值。师：不错。就是要给TH1、TL1预置数。预置多少呢，根据我们前面讲的公式，一起来计算一下。（板书）计数初值X=M-定时时间/T，T=12晶振频率 根据题意：T=1212MHz=1s， X=216-0.05s/1s=15536=11110010110000B=3CB0HTH1=3CH，TL1=0B0H师：完成了这些事情，就可以启动定时器开始工作了。定时时间到了我们要做什么呢？生：通过程序控制使LED指示灯按彩灯燃灭规律依次动作，循环往复。师：对。那我们用程序如何实现呢，请看WORD文档。（文档显示） 主程序流程:中断子程序流程:参考源程序清单:ORG 0000H LJMPSTART ORG 001BH ；T1中断矢量地址 LJMP ITT1 ORG 0100H START：MOV A,#05H ；第一秒钟L1、L3亮，故A中置05H MOV R1,#02H MOV R0,#14H ANL TMOD,#0FH ORL TMOD,#10H MOV TL1,#0B0H ；装入时间常数，50ms中断一次 MOV TH1,#3CH ORL IE,#88H SETB TR1LOOP1：CJNE R0,#0,DISP MOV R0,#14H INC R1 ；表地址偏移量加1 CJNE R1,#0AH,LOOP2 MOV R1,#02HLOOP2：MOV A,R1 ；从表中取显示代码 MOVC A,A+PC SJMP DISP DB 05H,0AH,50H,0A0H,55H,0AAH,0FFH,00H DISP： MOV P1,A JMP LOOP1 ITT1：CLR TR1 ；中断服务程序 DECR0 MOV TL1,#0B0H MOV TH1,#3CH SETB TR1 RETI END师：打开电脑，双击电脑桌面上的伟福集成调试软件快捷图标，进入伟福软件运行环境。请同学们首先用软件仿真方式完成本次实训的汇编源程序编辑、保存、编译、调试等工作。（走近同学进行个别指导） 师：好，大部分同学已完成调试工作。现在请大家使用专用连接导线将实验箱上接插件J41、J42、J43与J1的插孔按照顺序连接起来，然后打开实验箱电源。在伟福集成调试环境中将软件仿真方式改为硬件仿真，看看会有什么现象发生？生：太好了，LED指示灯按功能要求动起来啦。师：请大家思考，通过修改源程序参数，把定时时间分别改为0.5s和1.5s，重新编译后运行，看看结果又会如何？（为实现本次实训课题的功能要求，要求学生用其它编程方案实现，并在单片机实验箱上进行验证）实训小结1）内容