《微處理器與微計算機系統(tǒng)》課程教學大綱

《微處理器與微計算機系統(tǒng)》課程教學大綱課程名稱：微處理器與微計算機系統(tǒng)課程代碼：TELE2201英文名稱：Microprocessors

and

microcomputer

systems課程性質：專業(yè)必修課程學分/學時：3學分/63學時（講授45，實驗18）開課學期：春適用專業(yè)：通信工程、信息工程、電子信息工程、電子科學與技術等專業(yè)先修課程：數(shù)字電路，模擬電路，C語言后續(xù)課程：嵌入式系統(tǒng)設計課程性質和教學目標（在人才培養(yǎng)中的地位與性質及主要內容，指明學生需掌握知識與能力及其應達到的水平）課程性質：本課程是通信工程、信息工程、電子信息工程等電子信息類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎課，是通信工程專業(yè)的必修主干課。教學目標：本課程主要以51單片機為核心，介紹微型計算機的基本原理，匯編語言程序設計方法，接口電路的軟件硬件設計技術。通過理論教學，使學生能建立微型計算機系統(tǒng)的總體概念，掌握微型計算機的基本組成、各個功能模塊的結構與作用以及程序設計方法。要求學生通過實驗熟悉單片機系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境uVisionKeil和仿真軟件Proteus的使用方法，以及單片機應用系統(tǒng)的設計與開發(fā)技術，掌握51單片機的結構及各種接口的工作方式，掌握單片機的并行口、中斷系統(tǒng)、定時器、串行口的程序控制方法，具備一定的接口電路設計能力，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，為后續(xù)課程打下理論和技術基礎。本課程的具體教學目標如下：掌握微型計算機結構、工作原理、匯編語言指令系統(tǒng)、程序設計方法等基礎知識。（支撐畢業(yè)要求1-2）能利用微型計算機系統(tǒng)的軟件、硬件知識，根據給定的設計指標，設計本專業(yè)領域的單元或過程。（支撐畢業(yè)要求3-1）熟悉51單片機的軟件開發(fā)環(huán)境uVision4，掌握應用程序的開發(fā)方法，能夠根據實驗任務要求設計算法流程。掌握利用單片機仿真軟件Proteus進行電路設計的方法，具備對復雜工程問題中的單元或環(huán)節(jié)進行仿真運行的能力。（支撐畢業(yè)要求4-3）畢業(yè)要求指標點課程目標1、工程知識1-2掌握計算機軟硬件基礎知識，具備對工程問題進行軟硬件分析與設計的基本能力。教學目標12、設計/開發(fā)解決方案3-1能利用專業(yè)知識，根據給定的設計指標，設計電路與系統(tǒng)相關領域的單元或過程。教學目標23、研究4-3能根據實驗方案構建實驗系統(tǒng)，進行實驗。教學目標3課程教學內容及學時分配（含課程教學、自學、作業(yè)、討論等內容和要求，指明重點內容和難點內容）（重點內容：；難點內容：）計算機基礎知識（3學時）（支撐課程目標1）數(shù)制與編碼邏輯電路簡介微機系統(tǒng)概述微機與單片機的區(qū)別與聯(lián)系單片機的發(fā)展與應用主流的單片機產品目標及要求：掌握計算機中數(shù)據的表達方式。各種不同數(shù)制、編碼之間的轉換方法。復習邏輯電路、邏輯運算的相關知識。掌握微機系統(tǒng)組成，微機與單片機的主要區(qū)別與聯(lián)系；了解單片機的發(fā)展趨勢、應用領域，以及主流的單片機產品的特點。作業(yè)內容：強化對數(shù)制與編碼的表示及轉換方法；微機中的主要邏輯功能部件的工作原理；微機的主要性能指標；單片微型計算機的結構特點；總線的作用。討論內容：BCD碼、ASCII碼與十進制數(shù)之間的關系；鎖存器與三態(tài)緩沖器的區(qū)別；51單片機與通用微機在存儲器結構上的區(qū)別。自學拓展：查閱資料，了解單片機的應用，以及主流產品特點。能力：能夠完成不同數(shù)制之間數(shù)據的轉換，能夠分析邏輯電路關系，能夠解釋微機與單片機的主要區(qū)別與聯(lián)系?；?086/8088的微型計算機組成（3學時）（支撐課程目標1）8086/8088微處理器內存儲器I/O接口簡介目標及要求：了解8086/8088CPU的結構特點；掌握半導體存儲器的分類和特點；掌握存儲器芯片引腳信號功能；掌握CPU與存儲器的硬件接口技術，以及CPU對存儲器的讀寫過程；了解接口的結構及其在微機系統(tǒng)中的作用。作業(yè)內容：強化不同存儲器的工作特點；存儲器容量與地址信號之間的關系；片選信號的產生方式；存儲器芯片地址范圍的確定；I/O接口的作用。討論內容：讀和寫操作的區(qū)別，存儲單元的地址與內容，討論不同的地址譯碼方式，存儲空間與地址范圍的確定。自學拓展：通過查閱相關資料，了解不同存儲器的工作特點及其在微機中的作用。能力：能夠設計CPU與存儲器的接口電路，計算不同地址譯碼方式下存儲器的地址范圍，解釋不同存儲器的特點。MCS-51單片機的硬件結構（6學時）（支撐課程目標1）MCS-51單片機的結構MCS-51的微處理器MCS-51的存儲器單片機的并行口結構I/O端口的直接輸入/輸出單片機的片外總線結構簡單I/O端口的擴展MCS-51單片機最小系統(tǒng)CMOS型單片機的低功耗方式目標及要求：掌握MCS-51單片機的功能結構和引腳信號功能；掌握常用特殊功能寄存器的作用掌握數(shù)據存儲器和程序存儲器的地址空間分配；掌握4個并行口在使用時的區(qū)別。掌握外部存儲器和簡單I/O端口的擴展技術掌握單片機最小系統(tǒng)結構、單片機的操作時序了解低功耗工作方式作業(yè)內容：強化PC、SP的作用，CPU執(zhí)行指令的過程；強化片內數(shù)據存儲器的地址分配，程序存儲器的特殊入口地址分配；晶振周期與機器周期的關系；I/O端口的功能。討論內容：P0口與其它3個端口在使用上的不同；不同工作寄存器區(qū)的地址劃分；I/O端口直接輸入/輸出與單片機外擴I/O端口的數(shù)據輸入/輸出的區(qū)別。自學拓展：查閱資料，了解MCS-51兼容產品的主要廠商、產品系列和特點，以及在實際工程問題中的應用。能力：能夠說明單片機內部功能結構、地址空間分配，能夠設計單片機最小系統(tǒng)，并行口與外部設備的接口電路。MCS-51單片機的指令系統(tǒng)（7學時）（支撐課程目標1）概述尋址方式指令系統(tǒng)目標及要求：通過概述，了解匯編語言指令格式，匯編語言指令與機器指令的關系；掌握不同尋址方式的特點與尋址空間；掌握51單片機指令的功能和使用方法。作業(yè)內容：強化指令的分類、空間屬性和時間屬性的理解；強化尋址方式的匯編表示及其使用特點；強化對所有指令功能的理解。討論內容：寄存器尋址與寄存器間接尋址的區(qū)別。MOV，MOVC，MOVX的區(qū)別。如何區(qū)分位地址與字節(jié)地址；字節(jié)條件轉移與位條件轉移指令的區(qū)別。自學拓展：查閱資料，了解精簡指令系統(tǒng)與復雜指令系統(tǒng)的區(qū)別。能力：能夠解釋不同尋址方式、不同指令的特點，分析指令執(zhí)行結果，根據要求編寫代碼段。MCS-51匯編語言程序設計（4學時）（支撐課程目標1，2）5.1概述5.2偽指令5.3匯編語言程序設計方法5.4順序結構程序設計5.5分支結構程序設計5.6循環(huán)結構程序設計5.7子程序設計5.8MCS-51實用程序設計舉例目標及要求：通過概述，了解匯編語言程序的開發(fā)過程掌握偽指令功能；掌握51匯編語言程序的一般結構；掌握不同程序的設計方法。作業(yè)內容：強化偽指令的作用分析；強化數(shù)制編碼轉換程序的設計；強化分支、循環(huán)程序設計中，條件轉移指令的使用。根據要求設計匯編語言程序。討論內容：程序設計時，工作寄存器、存儲單元的分配問題自學拓展：查閱資料，了解匯編語言程序設計與C語言的區(qū)別與聯(lián)系。能力：能夠根據目標要求設計匯編語言程序。中斷系統(tǒng)（3學時）（支撐課程目標1，2）概述MCS-51單片機的中斷系統(tǒng)中斷處理過程中斷服務程序的設計與應用舉例外部中斷擴展技術目標及要求：了解中斷的定義與作用；掌握中斷系統(tǒng)組成；掌握IE、IP的功能和使用方法；了解中斷響應的條件與過程；掌握外部中斷的初始化方法，以及中斷服務程序的設計方法。作業(yè)內容：強化中斷觸發(fā)方式、允許/禁止、優(yōu)先級的設置方法；強化中斷入口地址的設置；中斷服務程序的設計方法。完整的外部硬件中斷應用程序設計與仿真實現(xiàn)討論內容：中斷處理子程序與普通子程序的不同調用方法。優(yōu)先級嵌套問題。中斷源的撤銷問題。自學拓展：查閱資料，了解外部中斷的更多應用。 能力：能夠解釋中斷概念，中斷系統(tǒng)結構，完成中斷程序的設計。定時器/計數(shù)器（4學時）（支撐課程目標1，2）7.1概述7.2定時器/計數(shù)器結構7.3定時器/計數(shù)器的工作方式7.4定時器/計數(shù)器的初始化7.5定時器/計數(shù)器的應用舉例目標及要求：了解定時器/計數(shù)器的基本工作原理；掌握定時器/計數(shù)器的基本結構；掌握定時器/計數(shù)器在不同工作方式下的特點；掌握定時器/計數(shù)器的程序設計方法。作業(yè)內容：強化最大計數(shù)值與最長定時時間；強化定時時間與計數(shù)初值的關系；強化定時器中斷入口地址的設置。編寫完整的定時器應用程序并仿真實現(xiàn)。討論內容：實際定時時間大于定時器最長定時時間的問題。中斷方式與查詢方式編程的區(qū)別。自學拓展：查閱資料，了解定時器/計數(shù)器的更多應用。能力：能夠解釋定時器/計數(shù)器的工作原理，設計定時器/計數(shù)器應用程序。串行通信接口及擴展技術（4學時）（支撐課程目標1，2）基本概述MCS-51串行通信口結構MCS-51串行通信口的工作方式串行通信中波特率的設置串口應用舉例單總線接口及其應用舉例IIC總線接口及其應用舉例SPI總線接口及其應用舉例目標及要求：了解串行通信的相關基本概念；掌握MCS-51串行通信口的結構、工作方式；掌握串行口的初始化，以及數(shù)據傳送的程序設計方法。了解IIC,SPI，1-Wire等串行總線的技術特點作業(yè)內容：強化波特率的概念，以及串口波特率的初始化編程方法。強化SCON寄存器各位的含義。強化串口中斷入口地址的設置。討論內容：串口的兩個中斷標志位RI和TI的區(qū)別。自學拓展：查閱資料，了解IIC,SPI，1-Wire等串行總線單片機系統(tǒng)中的應用。能力：能夠解釋串行通信概念與單片機串口的工作方式，編寫通信程序。鍵盤接口技術（2學時）（支撐課程目標2）9.1概述9.2獨立式鍵盤接口設計與應用舉例9.3矩陣式鍵盤接口設計與應用舉例目標及要求：了解鍵盤的工作原理；掌握獨立式鍵盤接口的設計方法；掌握矩陣式鍵盤接口的設計方法；作業(yè)內容：強化按鍵識別原理，按鍵次數(shù)識別。討論內容：按鍵抖動對識別的影響，按鍵消抖動的方法。自學拓展：查閱資料，了解復合鍵的應用。能力：能夠設計鍵盤接口電路，完成鍵盤識別程序設計。10、 顯示接口技術（4學時）（支撐課程目標2）10.1LED數(shù)碼顯示器10.2液晶顯示器目標及要求：了解LED數(shù)碼管顯示原理；掌握靜態(tài)顯示的硬件接口技術以及程序設計方法；掌握動態(tài)顯示的硬件接口技術以及程序設計方法；了解LCD顯示原理；掌握LCD顯示器的硬件接口技術及編程方法。作業(yè)內容：強化動態(tài)顯示刷新時間的設置方法。討論內容：軟件延時刷新與定時器定時刷新的特點。自學拓展：查閱資料，了解更多的顯示器接口技術。能力：能夠設計顯示接口電路，設計顯示程序。11、模擬接口技術（4學時）（支撐課程目標2）11.1A/D轉換器與MCS-51單片機接口技術11.2D/A轉換器與MCS-51單片機接口技術目標及要求：了解A/D、D/A轉換器的基本原理與分類了解A/D、D/A轉換器的主要技術指標掌握ADC0809的結構特點掌握ADC0809與MCS-51單片機的接口設計方法掌握DAC0832的結構特點掌握DAC0832與MCS-51單片機的接口設計方法作業(yè)內容：強化A/D與D/A轉換器的編程。討論內容：中斷、查詢、延時方式讀A/D轉換結果的程序設計。自學拓展：查閱資料，了解更多的A/D與D/A轉換器的應用。能力：能夠設計模擬接口電路，設計AD、DA轉換程序。12、單片機應用系統(tǒng)開發(fā)與設計實例（1學時）（支撐課程目標2）12.1單片機應用系統(tǒng)設計12.2單片機應用軟件的開發(fā)12.3單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)12.4基于單片機的數(shù)字音樂播放器的設計實例目標及要求：了解單片機應用系統(tǒng)的設計過程；掌握單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)方法。作業(yè)內容：強化基于51單片機的檢測系統(tǒng)設計。自學拓展：查閱資料，了解更多的單片機應用系統(tǒng)設計。能力：能夠解釋單片機應用系統(tǒng)開發(fā)過程。13、實驗項目及學時分配（18學時）序號項目名稱實驗類型學時分配每組人數(shù)必修/選修1數(shù)制轉換程序設計基礎型21必修2I/O端口實驗基礎型21必修3中斷實驗驗證型21必修4定時器實驗驗證型31必修5數(shù)字鐘設計設計型31必修6數(shù)字電壓表設計綜合型61必修實驗內容及教學要求：實驗項目1：數(shù)制轉換程序設計（支撐課程目標3）1.實驗內容（1）uVisionKeil軟件創(chuàng)建工程文件；（2）利用匯編語言編寫二進制數(shù)、BCD碼、ASCII碼之間轉換的程序；（3）調試并運行程序，查看內存中的實驗結果。2.實驗目標（1）了解數(shù)制、編碼之間的轉換關系；（1）熟悉單片機的軟件開發(fā)環(huán)境；（2）掌握匯編語言程序設計技術。實驗項目2：I/O端口實驗（支撐課程目標3）1.實驗內容（1）在PROTEUS環(huán)境中，設計單片機與LED、開關的接口電路；（2）編寫控制程序，實現(xiàn)LED以不同的方式點亮；（3）編寫控制程序檢測按鍵閉合； （4）調試程序，直到運行結果正確。2.實驗目標（1）掌握Proteus設計電路，以及硬件仿真方法；（2）掌握并行I/O口的工作原理與程序控制方法。實驗項目3：中斷實驗（支撐課程目標3）1.實驗內容（1）在PROTEUS環(huán)境中，設計單片機外接8個LED、按鍵的接口電路；（2）編寫控制程序：實現(xiàn)按鍵控制8個LED以不同的方式點亮；（3）調試程序，直到運行結果正確。2.實驗目標（1）熟悉外部中斷的工作方式；（2）掌握中斷初始化程序、中斷服務程序的設計方法。實驗項目4：定時器實驗（支撐課程目標3）1.實驗內容（1）在PROTEUS環(huán)境中，設計單片機外接LED、獨立按鍵的接口電路；（2）編寫控制程序：實現(xiàn)LED以不同的時間間隔亮滅；（3）調試程序，直到運行結果正確。2.實驗目標（1）熟悉定時器的工作方式；（2）掌握對定時器的編程方法。實驗項目5：數(shù)字鐘設計（支撐課程目標3）1.實驗內容（1）在PROTEUS環(huán)境中，設計單片機外接數(shù)碼管、按鍵的接口電路；（2）編寫控制程序，實現(xiàn)數(shù)碼管上顯示時-分-秒，通過按鍵可以設置時鐘初始值；（3）調試程序，直到運行結果正確。2.實驗目標（1）了解數(shù)碼管動態(tài)顯示原理（2）熟悉按鍵的識別方法；（2）掌握秒計時的編程方法。實驗項目6：數(shù)字電壓表設計（支撐課程目標3）1.實驗內容（1）在PROTEUS環(huán)境中，設計單片機外接A/D轉換器、數(shù)碼管、按鍵的接口電路；（2）編寫控制程序，實現(xiàn)數(shù)碼管上顯示電壓值，按鍵控制轉換開始/停止。（3）調試程序，直到運行結果正確。2.實驗目標（1）了解A/D轉換器的工作方式；（2）二進制數(shù)與電壓值的轉換方法；（3）掌握數(shù)據采集的編程方法；（4）掌握單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)過程。主要儀器設備及現(xiàn)有臺套數(shù)：計算機100臺。教學方法在課堂教學中，闡述微型計算機的基本組成和工作原理，常用算法的匯編語言實現(xiàn)，外圍接口的軟硬件設計方法，布置課后復習內容及課后作業(yè)；2、實驗課教學中老師預先提出項目要求，要求學生自主完成設計，培養(yǎng)學生自學能力，以及對實際問題的分析和解決能力；3、采用傳統(tǒng)教學方式與多媒體課件相結合進行教學；充分利用學校的課程錄播視頻和課程中心網站資源輔助教學?？己思俺煽冊u定方式考核方式：期中、期末2次考試，平時成績（作業(yè)及出勤情況），以及實驗考核。實驗考核方式采用上機操作并完成實驗報告，實驗操作與實驗報告各占實驗成績的50%，最后折算成20分計入總成績。成績評定方式：平時10%，期中20%，期末50%，實驗20%課程目標達成情況及考試成績評定占比（%）課程教學目標畢業(yè)要求評分環(huán)節(jié)（占比）:平均得分/總分成績比例（%）平時成績（10%）期中成績（20%）期末成績（50%）實驗成績（20%）教學目標11-25202540教學目標23-152540教學目標34-32020合計10205020100考核與評價標準：實驗成績評價標準：基本要求評價標準成績比例（%）優(yōu)秀良好合格不合格實驗熟悉51單片機的軟件開發(fā)環(huán)境uVision4，掌握應用程序的開發(fā)方法，能夠根據實驗任務要求設計算法流程。掌握利用單片機仿真軟件Proteus進行電路設計的方法，掌握撰寫實驗報告的能力。（支撐畢業(yè)要求4-3）能夠根據實驗任務要求設計算法，設計電路，并進行仿真運行。實驗報告撰寫規(guī)范，內容完整，條理清晰；報告中對實驗過程敘述清晰，邏輯性強，自己努力完成，沒有抄襲。實驗數(shù)據記錄正確、充分、完整。能夠根據實驗任務要求設計算法，設計電路，并進行仿真運行。實驗報告撰寫規(guī)范，內容較完整，條理較清晰；報告中對實驗過程敘述較清晰，邏輯性較強，自己努力完成，沒有抄襲。實驗數(shù)據記錄正確、充分、完整。基本能根據實驗任務要求設計算法，設計電路，并進行仿真運行。實驗報告撰寫尚規(guī)范，內容基本完整，條理基本清晰；報告中對實驗過程敘述尚清晰，自己努力完成，沒有抄襲。實驗數(shù)據記錄正確。不能根據實驗任務要求設計算法，設計電路，并進行仿真運行。實驗報告撰寫不規(guī)范。不獨立完成，有抄襲現(xiàn)象。20期中考試考核評價標準基本要求達成情況評價標準成績比例（%）優(yōu)秀>0.9良好>0.7合格>0.6不合格<0.6教學目標1掌握微型計算機結構、工作原理、匯編語言指令系統(tǒng)等基礎知識。定義清晰，能準確的描述基礎概念和原理。定義清晰，但基礎概念不完全了解，只能掌