高职单片机教学研究

【摘 要】教学须因材施教、因人施策。面对高职学生群体，运用怎样的教学方法才能达到最佳教学效果呢？根据自己多年教学体会，认为高职课堂教学，既不能等同于高中教学，也不能完全照搬高校教学，它必须具有高职的特色：理论适用、技能为主，课堂教学既要注重知识性，更要注重趣味性，通过学生跟着老师做、学生学着自己做、理论实践相结合、现场教学做总结的方式，达到加快理解掌握单片机功能应用的技能。

【关键词】高职教学；单片机应用；理论结合实训

1.引言

单片机在工业仪表、实时分散控制、物联网应用等方面都有着不可或缺的作用。在高职学院单片机的课堂教学成为电子技术、物联网技术甚至计算机应用专业等相关专业的重要专业基础课，特别是当前各类高职技能大赛项目的机器人控制、非接触识别等科目，单片机相关知识点的学习掌握更是重中之重。而常规的单片机教学模式是从芯片原理到编程使用讲解，理论性强、记忆内容多，往往一开始就使得不少学生难以理解接授，产生畏难情绪。因此，设计出一套适合高职学生的教、学、做一体化模式，就像过去师傅带徒弟一样，使学生通过做、学、教的实践体会，真正在做中学，在实践中理解，在理解中提升，达到加快理解掌握单片机功能应用技能的教学目标。下面本人以定时器的教学设计为例，设计教学模式如下。

2.概述单片机的实用性与基础知识

首先，在开始定时器知识点教学之前，应该通过实验演示、图片、视频等方式给同学们展示单片机的应用实例，同时启发大家推举生活中遇到的相关实例，越是接近生活的实例越是能激起同学们学习的兴趣。教师需要充分准备具备较强的相关知识应对学生提出的难题实例，适当引用到后续实训中。

其次，对于学习单片机相关专业的同学，都能熟练使用电脑的优势，以电脑为例，用比拟法教学，使得同学们基本了解单片机的基本构件，参见图 1。

其三，强化二进制与十六进制的应用知识教学。计算机基础对于二进制的教学仅仅告诉了同学们一种数制方式，我们需要同学们充分了解以下问题：

1.什么是二进制？一个字节几位二进制数？

2.什么是十六进制？一个十六进制表示几个字节？

3.为何要使用二进制、十六进制？

4.十进制数0-15用十六进制如何表示？

5.一个字节用十六进制如何表示？

6.二进制与十六进制如何快速转换？

其四，在充分了解了二进制与十六进制，掌握位操作的概念，认识0和1标识的状态应用，特别是必须牢记如何置0与位置1。对于位置0和位置1总结出一个算式，能理解就自己设置，不能理解就按照老师给的算式设置，强行记忆。

位操作要点：

1.能够直接位访问的，直接设置

例如：EA=0 或 EA=1

2.字节访问的位操作，改变操作的某位，不能影响其他位的状态

置0用&=～算式，置1用|=。（案例略）

通过一定数量的练习，保证同学们能够熟练进行状态设置位操作。基础准备好了，兴趣提起来了，能够使得同学们期待你的下一次课程，那么你才是成功的授者。

3.定时器的模式和应用

单片机以CC2530为教学应用对象。

在开始定时器教学之前，需要通过几个小实验，展示位操作的学习成果，学习通过I/O口寄存器的设置，设计LED灯的每秒闪烁一次的实验，通过不同参数调整延时，可以体会一下要求达到的时间精度的不可控性，导出了精确时间定时需要定時器…通过精确计算时间，获得准确的LED定时闪烁。

CC25030定时器T1的主要功能是这样介绍的：

◆五个捕获/比较通道

◆16位定时器

◆自由运行、模模式、正数/倒数计数操作

◆时钟分频系数：1、8、32、128

◆在每个捕获/比较和最终计数上生成中断请求

如果我们就是上述功能展开教学，能听下去的同学可预见的是寥寥无几。所以教学设计直奔主题：T1是16位定时器，有自由重载模式、模模式、正倒数模式，计数范围0-65535（复习十六进制，讨论此数来由），假定使用32MH时钟，分别带同学们学习三种不同模式下的定时器的应用。

（1）计数次数获得

计数的时间间隔由时钟频率计算获得，假设使用32MHz时钟8分频，获得0.5s的时间间隔，需要计数多少次数呢？频率Hz的倒数是秒，定时器计数次数获得：需要的时间秒数/（1/分频后频率Hz），如果次数大于65535，需要程序控制计数若干次。0.5s/（1/（32*106/8））s就是0.5s需要的计数次数，计算结果大约是65535*30次。

（2）自由重载模式

所谓自由重载模式就是，16位计数器从0开始计数加1直到65535时加1计数溢出，计数器重新载入0再次计数到65535如此重复。参见图2。

自由重载模式案例参考代码：32MHz时钟8分频，获得0.5s的时间间隔LED闪烁，时间间隔精确度有差异。

#include "ioCC2530.h" // 引用头文件，包含对CC2530的寄存器、中断向量等的定义

//定义led灯端口

#define LED1 P1_0 // P1_0定义为P1.0

#define LED2 P1_1 // P1_1定义为P1.1

unsigned int counter=0； //统计溢出次数

/*********************************************************************

* 函数名称：initendprint

* 功 能：初始化系统IO，定时器T1控制状态寄存器

********************************************************************/

void init（void）

{ P1SEL &= ～0x03； // 设置LED1、LED2为普通IO口

P1DIR |= 0x003 ； // 设置LED1、LED2为输出

LED1 = 0；

LED2 = 1； //灭 LED

T1CTL = 0x05； // T1 通道 0，8 分频； 自动重载模式（0x0000->0xffff）；

CLKCONCMD &= 0x80； //时钟速度设置为32MHz

}

/*********************************************************************

* 函数名称：main

* 功 能：main函数入口

********************************************************************/

void main（void）

{

init（）； //调用初始化函数

unsigned int counter=0； //统计溢出次数

while（1）

{

if（ T1IF==1 ） //查询溢出中断标志，是否有中断并且为定时器1发出的中断

{ T1IF=0； //清溢出标志

counter++；

if（counter==30） //中断计数，约0.5s （32/8）*10^6/65535/30=2Hz

{

counter =0；

LED1 = ！LED1；

LED2 = ！LED2；

}

}

}

}

（3）模模式

自由重载模式计数次数区间是0-65535很难匹配精确的适合秒数的计数次数，因此导出使用模模式。模模式是采用比较计数次数达到T1CC0寄存器指定的参数（初始化中预置）时，计数溢出计数器重新载入0再次计数到T1CC0。参见图3。例如：32MHz并128分频时获得0.5s计数次数是62500*2即可，可以获得精确定时计数。

模模式下案例：32MHz时钟128分频，获得0.5s的时间间隔LED闪烁，时间间隔精确度无差异。修改参数如下：

T1CTL = 0x0e； // 配置128分频，模模式计数工作模式，并开始启动

T1CCTL0 |= 0x04； //设定timer1通道0比较模式，定时器1的通道0的中断

//使能T1CCTL0.IM默认使能

T1CC0L =62500 & 0xFF； // 把62500的低8位写入T1CC0L

T1CC0H = （（62500& 0xFF00） >> 8）； //把62500的高8位写入T1CC0H

//计数次数为2次即可获得0.5s计时间隔。

（4）正倒数模式

正倒数模式即是计数器0加到T1CC0上限再减到0为一次计数溢出，相当于二次模模式。参见图4。例如：32MHz128分频时获得0.5s计数次数是1次，可以获得精确定时计数。

正倒数模式下案例：32MHz时钟8分频，获得0.5s的时间间隔LED闪烁，时间间隔精确度无差异。修改参数如下：

T1CTL = 0x0f； // 配置128分频，模比较计数工作模式，并开始启动

T1CCTL0 |= 0x04； //设定timer1通道0比较模式，定时器1的通道0的中断

//使能T1CCTL0.IM默认使能

T1CC0L =62500 & 0xFF； // 把62500的低8位写入T1CC0L

T1CC0H = （（62500& 0xFF00） >> 8）； //把62500的高8位写入T1CC0H

//计数次数为2次即可获得0.5s计时间隔。

（5）CC25030其他定时器T2、T3、T4简介

T2定时器被系统使用，T3、T4基本功能与T1类似，但要注意，只有T1定时器为16为定时器，其他均为8为定时器，相同的定时间隔相差256倍。

（6）设计实验案例

定时LED灯闪烁，定时跑马灯（正向反向变换），定时显示计数等等。几种功能可以通过按键切换，通过调整按键延时，观察按键反应时间，引导出后续知识点中断功能的应用。

4.教学方法与教学设备利用

（1）教学方法

常规做法是教师教（理论或原理）学生听学，本课程采用教师做学生模仿做，实现练习目标之后，总结实现实训的过程（步骤），再对应原理（理论）加以理解。教师提出拓展目标案例，学生在理解的基礎上完成拓展实训。总结为：做、学、教，拓展提升。

（2）教学设备利用

由于场地受限，本实验室目前仅有13套设备，教师使用一套，同时只能有12组学生参与实验，对于近50人的班级，我们采用分2组且同学自带笔记本上课方式，二人一组共享一套设备，基础设计编程使用各自的笔记本电脑，连接调试分时使用实验设备，既充分利用设备资源也能达到高效教学的目标。

经过二届学生的教学实践，学生基本都能够掌握教授单片机的应用技能。教学过程中，尽量将学习的知识点划分为几个固定的基本步骤，一点一点添加或通过循序渐进修改初始化的部分参数，即可实现不同类型的设置方式，完成相关要求项目，方便学生学习及记忆。开始学生按照老师要求的方法记忆式学做实验，多做几个实验，即可在教师的指导启发下完成自主设计的实验项目，在最后的课程实训周，能够独立完成较高难度的综合实训项目，达到教学目标。

参考文献：

[1] 姜仲 刘丹 ZigBee技术与实训教程[M]北京 清华大学出版社 2014.

[2] 物联网无线传感网实训教程[M]北京 新大陆时代教育科技有限公司 2014.

[3] 本书编委 ZigBee技术开发-CC2530单片机原理及应用[M]北京 清华大学出版社 2015.

[4] 杨玥 单片机与接口技术-基于CC2530的单片机应用[M]北京 清华大学出版社 2017.

作者简介：季红梅，安徽财贸职业学院 云桂信息学院。endprint