《單片機原理及應用》教學大綱

《單片機原理及應用》教學大綱課程名稱：單片機原理及應用（MicrocontrollerTheoryandApplications）課程編號：1501XK033 課程類別：工程基礎-必修學分：3分總學時：48學時，其中，理論學時：48學時適用專業(yè)：自動化專業(yè)先修課程：模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、C語言程序設計一、課程性質(zhì)本課程是自動化專業(yè)的必修工程基礎課，具有很強的理論性、實踐性和工程性。單片機設計及應用技術(shù)已成為電子信息類學生必須掌握的一門技術(shù)。通過本課程的學習，學生能夠掌握MCU的基本概念、基本結(jié)構(gòu)和應用方法，使學生具備智能控制系統(tǒng)的軟、硬件分析與設計能力，并為后續(xù)課程的學習和應用打好基礎。單片機知識在電子類專業(yè)整個課程體系中處于承上啟下的核心地位，該課程也能很好地評價學生解決實際工程問題的能力和水平。二、課程目標（一）育人目標從培養(yǎng)學生的辯證思維方式，愛國教育、社會責任、人生領(lǐng)悟、民族自信等方面入手，將育人要素和單片機專業(yè)知識嵌入到課堂中教學，凝聚學生對社會主義核心價值觀的共識。通過科學家故事學習科學精神，通過課程概念原理學習系統(tǒng)論、工程論、科學思維，利用單片機實際應用研究學習科技自信及愛國主義情懷，師生互動進行“三觀”教育和學習方法指導，培養(yǎng)學生的專業(yè)素質(zhì)、學術(shù)和職業(yè)道德，全面提高學生緣事析理、明辨是非的能力，培養(yǎng)學生成為德才兼?zhèn)?、全面發(fā)展的人才。（二）知識和能力目標1、掌握單片機的基本概念和基礎知識，對單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)、存儲器組織、指令系統(tǒng)、并行輸入/輸出端口、中斷系統(tǒng)、定時/計數(shù)器、異步串行口以及常用的外圍功能擴展有較系統(tǒng)的認識；熟悉常用的單片機指令、內(nèi)部功能單元的工作原理、常用外圍功能擴展的方法及性能技術(shù)指標。（畢業(yè)要求1.2）2、能夠分析和編寫簡單的匯編程序；對單片機各模塊進行定性的功能分析和定量計算（包括控制字、定時初值、譯碼地址、通信速率等）；能夠針對自動化測控的特定需求進行功能單元模塊的軟硬件設計。（畢業(yè)要求3.3）課程目標與畢業(yè)要求指標點對應關(guān)系課程目標畢業(yè)要求指標點課程目標11.2掌握本專業(yè)所需的電路、電子和計算機軟硬件相關(guān)知識。課程目標23.3設計滿足自動化測控需求的系統(tǒng)、單元或工藝流程。三、基本要求本課程以匯編程序設計和電路設計為基礎、以單片機系統(tǒng)的基本原理為重點，主要介紹單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、存儲器組織、指令系統(tǒng)及匯編語言程序設計、并行輸入/輸出端口、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、異步串行口、外圍功能擴展等，與各行各業(yè)的通信、測控、智能化控制等密切聯(lián)系，具有很強的實用性、工程性特點。教學過程中要注意與先修課程基礎知識的聯(lián)系，理解單片機的指令系統(tǒng)，并能分析簡單的匯編程序；掌握中斷、定時器/計數(shù)器、串口的結(jié)構(gòu)和工作原理，能夠利用匯編語言對各硬件進行編程控制；掌握存儲器擴展、并行口擴展、鍵盤、數(shù)碼管顯示器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的接口工作原理，能夠利用匯編語言實現(xiàn)系統(tǒng)擴展、人機交互和數(shù)據(jù)采集、自動控制等微機系統(tǒng)的重要功能。在單片機系統(tǒng)分析的講述中，培養(yǎng)學生對系統(tǒng)模塊定性分析和定量分析、流程設計、初始化程序設計、中斷服務程序設計和接口程序設計以及系統(tǒng)集成、調(diào)試的能力，掌握單片機編程的基本方法。在單片機系統(tǒng)設計和應用的講述中，注意培養(yǎng)學生分析系統(tǒng)功能、指標參數(shù)以及查閱相關(guān)技術(shù)資料的能力，使學生能夠綜合運用所學知識設計出具有檢測、通信和控制功能的單片機應用系統(tǒng)。四、教學內(nèi)容分章節(jié)說明教學內(nèi)容，課時安排，融入思政元素，并說明教學重點與難點、主要教學模式（包括授課、課后習題等）以及對應的知識、能力要求。章節(jié)教學內(nèi)容學時思政元素教學模式對應課程目標1第一章單片機概述與硬件基礎4講述單片機發(fā)展歷程中，介紹國產(chǎn)單片機發(fā)展的歷史及現(xiàn)狀，激發(fā)學生愛國情懷和專業(yè)認同感，講述“漢芯一號”事件，告誡學生不能學術(shù)造假，要有踏實嚴謹?shù)膶W術(shù)態(tài)度和優(yōu)良的學術(shù)道德，要追求“求真”、“求實”的科學精神。還要結(jié)合身邊單片機應用實例，分析從事單片機工作的行業(yè)與所需的技術(shù)水平，鼓勵學生學好本課程，明確學習目標。課堂授課，課后練習4題12第二章單片機的應用方法與I/O端口4介紹華為的麒麟芯片產(chǎn)品的性能及設計、生產(chǎn)情況，從專業(yè)視角分析我國芯片技術(shù)瓶頸，認識自我，激發(fā)學生愛國熱情和立志報國的決心。涉及CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)時給學生講述“自制CPU”的故事，克服學生畏難情緒。課堂授課，課后練習3題13第三章單片機指令系統(tǒng)與匯編語言程序設計6中國共產(chǎn)黨我們國家的核心，一系列的法律、法規(guī)、制度是國家長治久安、人民幸福的保障。單片機也正如此，CPU是核心，指令系統(tǒng)、時序等是系統(tǒng)正常工作的保障。告誡學生時刻遵守制度、規(guī)則、敬畏法律，樹立正確的價值觀和人生觀；讓學生了解編程開發(fā)規(guī)范的重要性，有一個字符出錯程序都不能運行。告誡學生學術(shù)必須嚴謹，求真務實。課堂授課，課堂討論、課后練習6題，測試14第四章單片機中斷系統(tǒng)6航空、航天、軍事等高端技術(shù)領(lǐng)域?qū)崟r性至關(guān)重要，而此技術(shù)核心就是中斷系統(tǒng)。將單片機中斷系統(tǒng)全過珵講述分別與高端技術(shù)實現(xiàn)環(huán)節(jié)、所需性能結(jié)合介紹，鼓勵學生在透徹理解單片機中斷基礎上創(chuàng)新、突破。課堂授課，課堂討論、課后練習4題，測試1/25第五章定時器/計數(shù)器的應用6定時器的1ms可以執(zhí)行近1000條指令，我們的一節(jié)課學到了多少知識，一天又做了多少事，要有規(guī)劃。課堂授課，課堂討論、課后練習4題，測試1/26第六章串行口及其應用5串口通信有嚴格的協(xié)議規(guī)范，如果不能收到數(shù)據(jù)，故障可能是收方，也有可能是發(fā)送方，全方位、多角度分析才能解決問題。我們做人做事也應該具有同樣的思維方式。教學中要經(jīng)常性有意識地培養(yǎng)學生這種思維能力。課堂授課，課堂討論、課后練習3題1/27第七章單片機擴展應用6單片機通過總線擴展系統(tǒng)功能，掛在總線的器件必須遵守總線規(guī)則，加強學生規(guī)則意識的培養(yǎng)。課堂授課，課堂討論、課后練習4題1/28第八章鍵盤與顯示器4介紹國內(nèi)光電和顯示面板龍頭企業(yè)的產(chǎn)品、生產(chǎn)狀況、國外市場等情況，讓課堂授課，課堂討論、課后練習2題，部分自學1/2學生感受到國內(nèi)制造業(yè)的強大。9第九章DAC及ADC接口擴展4享受當今數(shù)字時代的紅利時，要明白ADC和DAC是最基礎的關(guān)鍵技術(shù)。特別要讓學生明白高端ADC和DAC芯片是我國卡脖子的問題，并要了解關(guān)鍵技術(shù)點。課堂授課，課堂討論、課后練習2題1/210第十章單片機綜合應用系統(tǒng)設計3從講述國外有些綜合應用系統(tǒng)在國內(nèi)被限制使用的現(xiàn)狀引入研究綜合系統(tǒng)的重要性、緊迫性。讓學生熟悉綜合應用系統(tǒng)設計、集成的環(huán)節(jié)和方法，培養(yǎng)學生團隊協(xié)作精神，拓展學生視野，把握全局。課堂授課，課堂討論、課后練習1題1/2第一章單片機概述與硬件基礎1、微型機、單片機及單片機系統(tǒng)概述2、MCS-51單片機硬件原理本章重點：了解微型機與單片機的相關(guān)概念，單片機的分類、特點、應用領(lǐng)域熟悉單片機的CPU時序和特殊功能寄存器SFR掌握單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理掌握單片機時鐘電路和復位電路原理掌握單片機存儲器結(jié)構(gòu)及使用方法能力：能夠根據(jù)單片機的資源分析其具有的功能和應用場合，能夠設計單片機最小系統(tǒng)。第二章單片機的應用方法與I/O端口1、單片機開發(fā)軟件應用方法2、單片機的應用方法3、MCS-51輸入/輸出端口本章重點：掌握單片機開發(fā)軟件的使用方法掌握MCS-51單片機的I/O口工作原理及應用方法能力：了解多種單片機的開發(fā)應用方法，掌握MCS-51單片機的開發(fā)方法，能夠設計簡單的I/O應用電路。第三章單片機指令系統(tǒng)與匯編語言程序設計1、指令和助記符2、尋址方式及指令系統(tǒng)3、匯編語言格式與偽指令，簡單匯編語言程序設計本章重點：了解單片機的尋址方式、指令系統(tǒng)和常用偽指令了解指令書寫的限制性規(guī)則，能區(qū)分正確指令和錯誤指令掌握用單片機匯編語言實現(xiàn)順序、分支和循環(huán)三種程序結(jié)構(gòu)的方法掌握用單片機匯編語言實現(xiàn)常用子程序的方法能力：能夠應用匯編語言的基本語法知識分析和設計常用的匯編子程序第四章單片機中斷系統(tǒng)1、中斷的概念2、MCS-51的中斷系統(tǒng)3、中斷處理過程4、中斷應用本章重點：了解單片機中斷的概念以及查詢式數(shù)據(jù)處理和中斷式數(shù)據(jù)處理的區(qū)別掌握單片機中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理掌握單片機中斷初始化和中斷服務程序的設計方法掌握應用中斷進行實時處理的方法能力：能夠應用單片機中斷模型推演、識別、分析含有中斷的單片機系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)，并能夠應用中斷原理設計簡單的單片機實時處理系統(tǒng)第五章定時器/計數(shù)器的應用1、定時器/計數(shù)器的原理2、定時器/計數(shù)器的工作方式與控制3、定時器/計數(shù)器應用本章重點：了解單片機片內(nèi)定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)與工作原理掌握單片機定時器/計數(shù)器的定時初值計算和模式配置控制字的計算。理解查詢式定時和中斷式定時的區(qū)別掌握應用定時器/計數(shù)器產(chǎn)生方波和占空比可調(diào)的脈寬調(diào)制波形（PWM）的方法能力：能夠應用定時/計數(shù)器的工作原理推演、分析定時器初值計算和定時控制方法，并能夠應用定時/計數(shù)器解決實際定時或計數(shù)的問題第六章單片機串行口原理及應用1、串行通信基礎2、MCS-51串口工作原理與控制3、串行通信應用本章重點：了解單片機串行通信的概念和常用的一些串行通信接口掌握MCS-51單片機串口的結(jié)構(gòu)和工作原理掌握串口工作方式配置和波特率配置的方法掌握應用串口進行單片機和上位機通信的方法能力：能夠應用串口工作原理推演、識別、分析單片機和PC機的串口通信過程，設計單片機與PC機的串口通信程序。第七章單片機擴展應用1、單片機存儲器擴展2、單片機I/O口擴展3、其它類型串口擴展本章重點：了解單片機總線擴展的概念掌握單片機存儲器擴展的方法和存儲器地址范圍分析方法掌握單片機并行I/O擴展的方法和接口芯片地址范圍分析方法掌握利用SPI和IIC總線擴展外部存儲器的方法能力：能夠應用計算機總線知識推演、識別、分析單片機外部擴展電路芯片地址范圍，并能夠設計簡單的存儲器擴展電路和并行I/O擴展電路第八章鍵盤與顯示器1、獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤2、LED數(shù)碼管顯示3、LCD液晶顯示本章重點：了解按鍵消抖原理了解利用行掃描法和線反轉(zhuǎn)法進行按鍵識別的原理了解LED數(shù)碼管的靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示原理，掌握數(shù)碼管接口設計方法了解LCD液晶顯示原理，掌握LCD液晶顯示器接口設計方法能力：能夠應用并口、總線等知識推演、識別、分析鍵盤顯示器接口電路，并能夠設計按鍵識別及按鍵處理程序和數(shù)碼管顯示程序第九章ADC及DAC接口擴展1、A/D及D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標2、ADC接口技術(shù)3、DAC接口技術(shù)本章重點：了解常用轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標了解單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成原理了解常用A/D轉(zhuǎn)換器芯片工作原理，掌握A/D轉(zhuǎn)換器接口設計的方法了解D/A轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握D/A轉(zhuǎn)換器接口設計的方法能力：能夠應用并口、總線、A/D、D/A等知識推演、識別、分析DAC和ADC與單片機的接口電路，并能夠設計相應的控制程序第十章單片機綜合應用系統(tǒng)設計1、單片機常用數(shù)據(jù)處理方法2、單片機PID控制算法本章重點：掌握系統(tǒng)設計指標分析方法、功能模塊定性分析和定量分析方法掌握基本數(shù)據(jù)處理方法和控制方法能力：能夠結(jié)合特定系統(tǒng)功能指標要求，應用單片機基礎知識設計綜合性單片機應用系統(tǒng)五、教學方法本課程的教學內(nèi)容包含單片機的組成結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、功能部件、擴展接口等諸多模塊，而每個模塊所包含的內(nèi)容又比較繁多，比如組成結(jié)構(gòu)中又包含CPU的組成、存儲器結(jié)構(gòu)、特殊功能寄存器、機器周期、指令周期、并行I/O口的組成等。課程具有理論知識學習難度大、前后知識點聯(lián)系緊密、實踐應用性強等特點。與先修課程相比，本課程對學生的理解能力、動手能力和解決實際問題的能力有較高的要求。因此，任課教師在上課期間應加強對學生學習思維和學習方法的引導和轉(zhuǎn)變。其教學方法和手段如下：以“互動式”方法為主導，實施“以學生為主體、以教師為主導”的基于探索和研究的教學模式。教師精選講課內(nèi)容，精講重點難點，采取啟發(fā)式教學，引導學生多思考多參與；理論聯(lián)系實際，多講應用實例，激發(fā)學生學習興趣；針對繁雜的概念，引導學生及時歸納梳理，通過復習加深理解。對于大部分單片機設計實例可采取理論講解與電路軟件仿真演示相結(jié)合的方式，讓電路運行過程和結(jié)果直觀、可視，提高學生的學習興趣。對于講授的重點知識，采取當堂測試和課后作業(yè)相結(jié)合的方式加強學生的理解；對于講授的難點知識，采取書面作業(yè)和上機仿真相結(jié)合的方式加強理解。鼓勵學生課上積極思考，并開放多種答疑渠道，幫助學生解答疑難問題。為學生推薦與本課程相關(guān)的慕課，在課外觀看部分教學內(nèi)容的視頻，擴大學生的知識面，分享一流大學的優(yōu)質(zhì)教學資源。六、考核與評價方式及標準考核標準與成績評定課程考核包括平時成績、期末考試兩個部分。平時成績（百分制），主要包括課后作業(yè)。平時成績評價標準基本要求評價標準優(yōu)秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）對單片機基本組成結(jié)構(gòu)、指令對單片機基本組成對單片機基本組成對單片機基本組成對單片機基本組成系統(tǒng)、內(nèi)部硬件資源和外部硬結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、件擴展有較系統(tǒng)的認識，判內(nèi)部硬件資源和外內(nèi)部硬件資源和外內(nèi)部硬件資源和外內(nèi)部硬件資源和外斷、討論與分析單片機系統(tǒng)工部硬件擴展的基本部硬件擴展的基本部硬件擴展的基本部硬件擴展的基本作原理和程序設計原理。掌握概念清晰，回答問概念清晰，回答問概念理解基本正概念不清晰，錯誤單片機并行I/O口、定時器、中斷原理并能解決相關(guān)實際題正確。對單片機系統(tǒng)的功題較正確。對單片機系統(tǒng)的功確。對單片機系統(tǒng)的功較多。對單片機系統(tǒng)的功問題；熟悉各種典型外圍功能能分析與定量計算能分析與定量計算能分析與定量計算能分析與定量計算擴展器件的基本應用，初步具正確，能正確分析較正確，能正確分基本正確，能正確錯誤較多，不能正備智能控制系統(tǒng)軟硬件設計單片機程序并能獨析單片機程序，能分析單片機程序，確分析單片機程能力。立設計較復雜的單獨立設計簡單的單但不能獨立設計單序。片機程序。片機程序。片機程序。期末考試（百分制）閉卷，題型包括：判斷題、選擇題、填空題、簡答題、分析題、設計題。課程期末考試考核內(nèi)容與評價標準基本要求評價標準比例（%）優(yōu)秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）目掌握單片機的基本概對單片機基本對單片機基本組對單片機基本對單片機基本組標念和基礎知識，對單片組成結(jié)構(gòu)、指令成結(jié)構(gòu)、指令系組成結(jié)構(gòu)、指令成結(jié)構(gòu)、指令系1機內(nèi)部結(jié)構(gòu)、存儲器組系統(tǒng)、內(nèi)部硬件統(tǒng)、內(nèi)部硬件資系統(tǒng)、內(nèi)部硬件統(tǒng)、內(nèi)部硬件資織、指令系統(tǒng)、并行輸資源和外部硬源和外部硬件擴資源和外部硬源和外部硬件擴入/輸出端口、中斷系統(tǒng)、定時/計數(shù)器、異步串行口以及常用的件擴展的基本概念認識正確，對單片機指令、展的基本概念認識較正確，對單片機指令、內(nèi)部件擴展的基本概念認識基本正確，對單片機展的基本概念認識不正確，對單片機指令、內(nèi)部40外圍功能擴展有較系內(nèi)部功能單元功能單元的工作指令、內(nèi)部功能功能單元的工作統(tǒng)的認識；熟悉常用的的工作原理以原理以及典型外單元的工作原原理以及典型外單片機指令、內(nèi)部功能及典型外圍功圍功能擴展的原理以及典型外圍功能擴展的原單元的工作原理、常用能擴展的原理理認識較正確圍功能擴展的理認識不正確外圍功能擴展的方法認識正確原理認識基本及性能技術(shù)指標。正確目能夠分析和編寫簡單對單片機系統(tǒng)對單片機系統(tǒng)的對單片機系統(tǒng)對單片機系統(tǒng)的標的匯編程序；對單片機的功能分析與功能分析與定量的功能分析與功能分析與定量2各模塊進行定性的功定量計算正確，計算較正確，分定量計算基本計算錯誤，分析能分析和定量計算（包分析和編寫匯析和編寫匯編程正確，分析和編和編寫單片機程括控制字、定時初值、譯碼地址、通信速率編程序正確。應用單片機進行序基本正確。應用單片機進行外寫匯編程序有較多錯誤。應用序完全不正確。應用單片機進行60等）；能夠針對自動化外圍功能電路圍功能電路擴展單片機進行外外圍功能電路擴測控的特定需求進行擴展正確。較正確。圍功能電路擴展錯誤較多。功能單元模塊的軟硬展基本正確。件設計。注：該表格中的比例為期末考試試卷成績比例。成績評定為：考試成績*70%+平均平時成績*30%。課程目標達成評價《單片機原理及應用》課程目標達成評價分析報告一、課程基本信息課