单片基础技术应用 3

项目六使用定时/计数器制作数字时钟完整教案（4份，每份2课时）教案第1-2课时课题名称定时/计数器原理单元4项目六使用定时/计数器制作数字时钟授课对象课时授课章节知识一定时/计数器工作原理

知识二定时/计数器工作方式教学资源PPT，单片机开发板，示波器，KeilC51，Proteus仿真软件信息化措施多媒体课件、波形演示、在线仿真、学习通平台2

一、教学分析

（一）教材分析

本节课选自《单片机技术及应用》项目六内容，是定时/计数器技术的入门课程。定时/计数器是单片机的重要功能模块，掌握定时器对实现精确控制至关重要。重点介绍定时/计数器的结构、工作原理、工作方式及初值计算方法。

（二）教学目标

知识技能目标：

1.能够理解定时/计数器的工作原理

2.能够掌握定时/计数器的四种工作方式

3.能够掌握定时器初值的计算方法

4.能够配置定时器的工作方式

素养目标：

5.工程思维：通过定时器技术应用，培养系统工程思维

6.严谨态度：通过初值精确计算，培养精益求精的工匠精神

7.创新意识：探索定时器在实际系统中的应用

8.规范操作：通过定时器配置，培养规范操作意识

（三）学情分析

学生已掌握中断系统的基础知识，对程序控制结构有一定了解。但对定时/计数器的内部结构和工作原理缺乏系统认识，对初值的精确计算有一定难度。需要通过波形演示和计算练习来加深理解。

（四）教学重、难点

教学重点：

-定时/计数器的工作原理

-TMOD寄存器的配置

-四种工作方式的区别和应用

-定时器初值的计算

教学难点：

-不同工作方式的选择

-定时器初值的精确计算

-定时器中断服务程序的编写

二、教学策略

（一）教学思路

采用"波形演示-原理讲解-计算练习-编程实践"的教学模式。通过波形演示定时器的计数过程，帮助学生直观理解工作原理，然后讲解工作方式和初值计算，最后通过编程实践实现定时功能。

（二）教法与学法

教法：演示实验法、案例教学法、任务驱动法、启发式教学法

学法：观察分析法、计算练习法、实践操作法、对比学习法

三、教学过程

教学过程教师活动学生活动设计意图任务展示（10分钟）1.演示两种延时方式的区别

-软件延时：占用CPU资源，不精确

-硬件定时：CPU可执行其他任务，精确

2.用"烧开水用定时器"类比硬件定时

3.提出问题：如何实现精确的定时控制？

4.引出课题：定时/计数器原理1.观察两种延时方式的演示

2.理解硬件定时的优势

3.思考定时控制的方法通过对比演示激发兴趣，引出定时器主题教师演示（35分钟）1.定时/计数器原理讲解（15分钟）

-讲解定时/计数器的结构

-讲解计数器的工作原理

-讲解定时器和计数器的区别

-演示定时器的计数过程（波形）

2.工作方式讲解（20分钟）

-讲解TMOD寄存器的配置

-讲解方式0（13位计数）

-讲解方式1（16位计数）

-讲解方式2（8位自动重装）

-讲解方式3（T0分成两个8位）

-对比四种方式的区别1.聆听定时器原理讲解

2.观看计数波形

3.学习TMOD寄存器配置

4.学习四种工作方式

5.对比工作方式的区别波形演示直观展示定时器原理，降低理解难度模仿练习（25分钟）1.工作方式配置练习（15分钟）

-练习题：配置定时器0为方式1

-计算TMOD寄存器的值

-巡视指导，解答学生疑问

2.初值计算练习（10分钟）

-练习题：计算定时50ms的初值

-演示初值计算公式

-练习不同定时的初值计算1.配置TMOD寄存器

2.计算不同工作方式的TMOD值

3.计算定时器初值

4.理解初值计算公式通过练习掌握配置和计算方法编程实践（20分钟）1.指导学生编写程序

-定时器初始化

-定时器启动

-等待定时器溢出

-执行定时任务

2.提供参考程序

3.巡视指导，解答学生疑问1.编写定时器初始化代码

2.编写定时器控制代码

3.实现定时功能

4.调试程序通过实践掌握定时器编程评价总结（10分钟）1.检查练习完成情况，给予评价

2.总结定时/计数器的关键要点

3.点评工作方式和初值计算的常见错误

4.布置课后拓展任务1.提交练习作业，听取评价

2.记录重点难点内容

3.总结定时器知识及时反馈学习效果，梳理知识体系课后任务（5分钟）1.绘制定时/计数器结构图

2.计算不同定时的初值（10ms、100ms、1s）

3.编写程序：使用定时器实现LED闪烁

4.上学习通平台观看定时器相关教学视频1.记录课后作业要求

2.完成初值计算

3.编写定时器程序巩固课堂知识，拓展应用

四、教学反思

1.波形演示有效帮助学生理解了定时器的工作原理，但在不同工作方式的选择上还需要加强指导

2.初值计算是难点，学生需要更多练习来掌握计算公式

3.学生对TMOD寄存器的配置掌握较好，但对工作方式的具体应用场景理解不足

4.需要在后续课程中加强定时器中断的应用

#课后作业：

1.绘制定时/计数器完整结构图，标注各寄存器的功能和地址

2.计算题：晶振频率为12MHz，使用方式1，分别计算定时10ms、50ms、100ms、1s的初值

3.编写程序：使用定时器实现LED流水灯，每位LED亮1秒

4.预习定时器中断，了解定时器中断的工作原理和编程方法

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教案第3-4课时课题名称定时器工作方式与初值计算单元4项目六使用定时/计数器制作数字时钟授课对象课时授课章节知识三：定时器四种工作方式

知识四：定时器初值计算方法教学资源PPT课件，定时器仿真演示软件，计算器，波形图信息化措施多媒体课件、波形仿真、在线计算工具、学习通平台2

一、教学分析

（一）教材分析

本节课选自《单片机技术及应用》项目六内容，重点讲解定时器的工作方式选择和初值计算方法。通过四种工作方式的对比分析和初值计算实例，培养学生根据不同需求选择合适工作方式的能力，为数字时钟设计奠定理论基础。

（二）教学目标

知识技能目标：

1.能够理解定时器四种工作方式的特点和应用场景

2.能够掌握定时器初值计算的公式和方法

3.能够根据定时时间要求选择合适的工作方式

4.能够准确计算定时器初值

素养目标：

5.匠心塑造：通过初值计算的精确性要求，培养严谨细致的工作态度

6.逻辑思维：通过工作方式选择，培养系统分析能力

7.问题解决：通过定时计算，培养应用数学解决实际问题的能力

8.优化意识：通过工作方式对比，培养优化设计的思维

（三）学情分析

学生已掌握定时器的基本结构和工作原理，对定时器有一定的认识。但学生对四种工作方式的特点和应用场景理解不够深入，对初值计算公式和方法掌握不熟练。需要通过对比分析和计算练习帮助学生深入理解。

（四）教学重、难点

教学重点：

-定时器四种工作方式的特点

-定时器初值计算公式

-工作方式选择方法

-初值计算实例

教学难点：

-四种工作方式的区别和选择

-定时器初值计算公式的推导

-不同晶振频率下初值的计算

-工作方式0的13位计数理解

二、教学策略

（一）教学思路

采用"方式对比-原理讲解-公式推导-计算练习"的教学模式。通过四种工作方式的对比分析，讲解各方式的特点和适用场景，推导初值计算公式，通过大量计算练习巩固掌握。

（二）教法与学法

教法：对比教学法、案例教学法、公式推导法、练习法

学法：对比学习法、计算练习法、归纳总结法、应用分析法

三、教学过程

教学过程教师活动学生活动设计意图知识回顾（10分钟）1.提问回顾：定时器的基本结构和工作原理

2.提问回顾：TMOD寄存器的各位功能

3.提问回顾：TCON寄存器的各位功能

4.展示问题：如何设置定时器定时10ms？

5.引出本节课学习目标：定时器工作方式和初值计算1.回答定时器基本结构

2.回答寄存器功能

3.思考定时设置方法

4.明确学习目标回顾旧知识，导入新课题工作方式讲解（35分钟）1.方式0讲解（10分钟）

-13位定时/计数器

-THx作为高8位，TLx作为低5位

-最大计数值：2^13=8192

-适用场景：需要较小定时时

2.方式1讲解（10分钟）

-16位定时/计数器

-THx作为高8位，TLx作为低8位

-最大计数值：2^16=65536

-适用场景：最常用的定时方式

3.方式2讲解（8分钟）

-8位自动重装定时器

-TLx作为计数器，THx作为重装值

-最大计数值：2^8=256

-适用场景：需要固定周期定时

4.方式3讲解（7分钟）

-仅适用于定时器0

-TL0和TH0成为两个独立8位定时器

-适用场景：需要两个独立8位定时器1.记录各方式特点

2.绘制各方式结构图

3.理解适用场景

4.对比四种方式

5.记录关键参数通过对比讲解，掌握工作方式特点初值计算讲解（20分钟）1.初值计算公式推导（10分钟）

-定时时间=(最大计数值-初值)×机器周期

-机器周期=12/晶振频率

-初值=最大计数值-(定时时间/机器周期)

2.计算实例讲解（10分钟）

-例1：晶振12MHz，定时50ms，方式1

机器周期=12/12MHz=1μs

初值=65536-(50000μs/1μs)=15536=3CB0H

TH0=0x3C，TL0=0xB0

-例2：晶振11.0592MHz，定时1ms，方式2

机器周期=12/11.0592MHz=1.085μs

初值=256-(1000μs/1.085μs)=243=0xF31.记录计算公式

2.学习公式推导

3.跟随计算实例

4.练习手工计算

5.使用计算器验证掌握初值计算方法计算练习（20分钟）1.指导学生分组计算练习：

-练习1：晶振12MHz，定时10ms，方式1

-练习2：晶振11.0592MHz，定时2ms，方式2

-练习3：晶振12MHz，定时100ms，方式1

-练习4：晶振12MHz，定时1ms，方式0

2.巡视指导，解答疑问

3.让学生上台展示计算过程和结果

4.讲解典型错误1.分组计算练习

2.使用计算器计算

3.记录计算过程

4.上台展示结果

5.纠正计算错误通过练习巩固初值计算评价总结（10分钟）1.检查计算练习完成情况

2.总结定时器工作方式要点：

-方式0：13位定时器，较小定时

-方式1：16位定时器，最常用

-方式2：8位自动重装，固定周期

-方式3：双8位定时器，特殊应用

3.总结初值计算要点：

-计算机器周期

-计算所需计数值

-计算初值

4.解答学生疑问1.提交计算练习

2.参与课堂总结

3.记录要点

4.反思计算错误通过总结巩固知识课后任务（5分钟）1.完成课后计算练习题

2.预习定时器中断应用

3.思考：如何实现定时1秒？1.记录课后任务

2.规划完成时间巩固知识，为后续学习做准备

四、教学反思

1.通过对比讲解和计算练习，有效帮助学生掌握了定时器工作方式和初值计算方法

2.学生对方式1和方式2掌握较好，但对方式0的13位计数理解不够深入

3.计算练习环节参与度高，但部分学生对晶振频率不同的初值计算容易出错

4.下次课应增加编程实践，将初值计算应用到实际程序中

课后作业：

1.计算题：晶振24MHz，使用方式1定时10ms，求初值

2.计算题：晶振11.0592MHz，使用方式2定时250μs，求初值

3.思考题：如何使用定时器实现精确的1秒定时？

4.设计题：设计一个需要定时1小时的应用场景，说明如何选择工作方式和计算初值

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教案第5-6课时课题名称定时器中断应用与数字时钟电路设计单元4项目六使用定时/计数器制作数字时钟授课对象课时授课章节技能实训任务一：定时器中断应用

技能实训任务二：数字时钟电路设计教学资源51单片机开发板，数码管，电阻电容，按键，晶振，Proteus仿真软件信息化措施电路仿真、在线调试、学习通平台2

一、教学分析

（一）教材分析

本节课是项目六的应用实践课，重点讲解定时器中断在实际项目中的应用方法和数字时钟电路的设计。通过定时器中断实现秒计时，设计数码管显示电路和按键调节电路，为完整的数字时钟制作奠定基础。

（二）教学目标

知识技能目标：

1.能够使用定时器中断实现秒计时

2.能够设计数码管动态扫描显示电路

3.能够设计按键调节电路

4.能够搭建数字时钟硬件电路

素养目标：

5.工程实践：通过电路设计，培养硬件应用能力

6.精准意识：通过精确计时，培养严谨细致的态度

7.创新思维：通过电路优化，培养创新设计能力

8.系统观念：理解硬件与软件的协同工作

（三）学情分析

学生已掌握定时器工作方式和初值计算，对定时器中断有一定了解，但对定时器中断的实际应用和电路设计较为陌生。学生动手能力较强，对硬件实验兴趣浓厚。需要通过实际电路设计，帮助学生理解定时器中断的应用方法。

（四）教学重、难点

教学重点：

-定时器中断的配置和应用

-数码管动态扫描显示电路设计

-按键去抖动电路设计

-数字时钟整体电路搭建

教学难点：

-定时器中断时间精度的控制

-数码管动态扫描频率的选择

-按键去抖动电路的理解

-电路故障的排查与解决

二、教学策略

（一）教学思路

采用"原理讲解-电路设计-硬件搭建-功能测试"的教学模式。讲解定时器中断实现秒计时的原理，设计数码管显示和按键调节电路，搭建完整硬件电路，测试各模块功能。

（二）教法与学法

教法：原理教学法、电路设计法、实验教学法、任务驱动法

学法：观察法、设计法、实验法、故障排查法

三、教学过程

教学过程教师活动学生活动设计意图任务导入（10分钟）1.展示实物：数字钟、电子表

2.提出问题：如何实现精确的秒计时？

3.分析秒计时原理：1秒=1000ms

4.讲解定时器中断实现秒计时的思路

5.展示数字时钟的组成框图1.观察数字钟实物

2.思考秒计时实现方法

3.理解定时器中断思路

4.分析数字时钟组成通过实物导入，激发学习兴趣定时器中断应用（25分钟）1.秒计时原理讲解（12分钟）

-定时50ms中断一次

-中断20次为1秒

-使用全局变量记录秒数

-秒、分、时的进位处理

2.定时器中断配置讲解（13分钟）

-配置定时器0为方式1

-设置初值定时50ms

-开启定时器0中断

-编写中断服务函数

代码示例：

voidTimer0_ISR()interrupt1

{

TH0=(65536-50000)/256;

TL0=(65536-50000)%256;

count++;

if(count==20)

{

count=0;

second++;

if(second==60)

{

second=0;

minute++;

if(minute==60)

{

minute=0;

hour++;

if(hour==24)hour=0;

}

}

}

}1.记录秒计时原理

2.理解中断次数计数

3.学习中断配置

4.跟随编写代码

5.理解进位处理掌握定时器中断应用方法电路设计（30分钟）1.数码管显示电路设计（15分钟）

-数码管选型：共阳极4位数码管

-段码驱动：P1口输出段码

-位选驱动：P2.0-P2.3输出位选

-限流电阻：200Ω

-动态扫描原理讲解

2.按键电路设计（15分钟）

-按键类型：独立按键

-按键功能：时间调节、模式切换

-去抖动电路：RC滤波电路

-上拉电阻：10kΩ

-按键连接：P3.0-P3.2

3.电路原理图绘制指导1.学习数码管电路

2.理解动态扫描

3.学习按键电路

4.理解去抖动

5.绘制电路原理图培养电路设计能力硬件搭建（25分钟）1.指导电路搭建步骤：

-搭建单片机最小系统

-连接数码管显示电路

-连接按键调节电路

-检查电路连接

2.演示万用表测试方法：

-测试电源电压

-测试数码管段码

-测试按键电平

-检查短路断路

3.巡视指导，解决问题1.按步骤搭建电路

2.连接数码管

3.连接按键

4.使用万用表测试

5.记录测试结果培养硬件搭建能力功能测试（20分钟）1.指导数码管测试：

-编写测试程序

-测试各段是否点亮

-测试各位是否选通

-测试动态扫描效果

2.指导按键测试：

-测试按键按下电平

-测试按键去抖动效果

-测试按键功能

3.指导整体电路测试1.测试数码管

2.测试按键

3.测试整体电路

4.记录测试结果

5.排查电路故障培养测试和故障排查能力评价总结（15分钟）1.检查电路搭建和测试情况

2.评价电路设计质量和完成度

3.总结本节课要点：

-定时器中断实现秒计时

-数码管动态扫描显示

-按键去抖动电路

-电路搭建和测试方法

4.点评典型问题和改进建议1.展示电路作品

2.参与评价

3.参与总结

4.记录改进建议通过评价巩固知识课后任务（5分钟）1.编写数字时钟显示程序

2.编写按键调节程序

3.预习数字时钟程序设计1.记录课后任务

2.规划完成步骤为程序设计做准备

四、教学反思

1.通过定时器中断应用和电路设计，有效培养了学生的硬件设计和搭建能力

2.学生对数码管动态扫描理解较好，但对按键去抖动电路理解不够深入

3.电路搭建过程中部分学生出现接线错误，需要加强规范训练

4.下次课应增加电路故障案例分析，提高故障排查能力

课后作业：

1.绘制数字时钟完整电路原理图，标注各元器件参数

2.分析如果数码管动态扫描频率过低会出现什么现象

3.设计一个使用定时器2实现秒计时的电路方案

4.思考如何增加闹钟功能的电路设计

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教案第7-8课时课题名称数字时钟程序设计与系统联调单元4项目六使用定时/计数器制作数字时钟授课对象课时授课章节技能实训任务三：程序编写

技能实训任务四：系统联调与优化教学资源KeilC51开发环境，51单片机开发板，数字时钟硬件电路，Proteus仿真软件信息化措施在线编程平台、仿真调试、学习通平台2

一、教学分析

（一）教材分析

本节课是项目六的综合实践课，重点进行数字时钟的程序编写和系统联调。通过定时器中断实现秒计时、数码管动态扫描显示、按键时间调节和系统联调优化，培养学生综合应用定时器系统的能力，完成完整项目开发。

（二）教学目标

知识技能目标：

1.能够编写定时器中断服务程序实现秒计时

2.能够编写数码管动态扫描显示程序

3.能够编写按键调节时间的程序

4.能够进行系统联调和优化

素养目标：

5.工程实践：通过完整项目实现，培养系统开发能力

6.问题解决：通过系统调试，提升故障排查能力

7.创新思维：通过功能拓展，培养创新应用能力

8.团队协作：通过小组合作，培养沟通协作能力

（三）学情分析

学生已完成定时器基础学习和硬件电路制作，具备了程序编写的基础知识。但缺乏综合应用和系统调试经验，对软硬件协同工作理解不足。需要通过项目实践，帮助学生整合知识，提升综合应用能力。

（四）教学重、难点

教学重点：

-定时器中断服务程序编写

-数码管动态扫描显示程序

-按键调节程序设计

-系统联调与优化

教学难点：

-秒计时的精确性控制

-数码管动态扫描频率的选择

-按键去抖动和长按处理

-时间的正确显示和调节

二、教学策略

（一）教学思路

采用"程序设计-模块编程-系统联调-功能拓展"的教学模式。以项目任务为导向，先进行程序整体设计，然后分模块编写和调试，再进行软硬件系统联调，最后进行功能拓展和优化，全面提升学生的系统开发能力。

（二）教法与学法

教法：项目教学法、任务驱动法、演示法、指导法

学法：探究法、实践法、调试法、合作法

三、教学过程

教学过程教师活动学生活动设计意图项目任务导入（10分钟）1.展示完整项目要求：

-基本功能：显示时、分、秒，正常计时

-调节功能：按键调节时、分、秒

-精度要求：日误差小于1秒

2.讲解项目实施步骤和评价标准

3.组织学生分组（3-4人一组）

4.分发项目任务书1.理解项目要求

2.进行小组分工

3.制定实施计划

4.明确职责分工明确项目目标和分工程序设计（25分钟）1.程序整体设计讲解（10分钟）

-程序模块划分：

*初始化模块：定时器初始化、IO口初始化

*主程序模块：显示刷新、按键处理

-中断服务模块：定时器0中断，秒计时

*显示模块：数码管动态扫描

*按键模块：时间调节

-展示程序流程图

2.关键模块讲解（15分钟）

-定时器0中断服务程序

-数码管动态扫描显示函数

-按键去抖动和调节函数

-时间进位处理逻辑1.绘制程序流程图

2.记录模块划分

3.学习关键代码

4.理解设计思路

5.小组讨论细节培养系统设计和模块化思维程序编写与调试（35分钟）1.指导学生编写程序：

-初始化函数：

*配置定时器0为方式1

*设置定时50ms的初值

*开启定时器中断

*初始化IO口

-定时器中断服务函数：