微处理器与微计算机系统(光电技术必修)

1、微处理器与微计算机系统课程教学大纲一、课程基本情况课程名称微处理器与微计算机系统Microprocessor and Microcomputer System课程编号EE024051学分48课程类别核心 必修 任选 限选执行学期5课程学时及其分配总学时学时分配48讲授36实验0实习0上机12开课单位电子实验中心单片机教研室适用专业光电技术学院光信息科学与技术专业对应培养标准1.2.2 计算机软硬件基础知识先修课程C语言程序设计、模拟电子技术、脉冲与数字电路教材与参考文献推荐教材： 1 单片机原理及应用，郑郁正，CDIO教材，2011参考教材：1 单片机原理及应用，张毅刚，北京：高等教育出版社，

2、20042 单片机原理及其接口技术，胡汉才，北京：清华大学出版社，19963 MCS-51单片微型计算机，吕能元，北京：科学出版社，1993二、课程性质与作用微处理器与微计算机系统是为光电技术学院光信息科学与技术专业开设的一门核心必修课程。本课程涉及软件和硬件知识学习，应用性和工程背景实践性强，是常规电子技术和计算机技术结合的典型应用，是进一步学习其他类型CPU、嵌入式技术、电子技术的基础。通过本课程的学习，使学生掌握微处理器内部资源的应用及常用外围接口电路的设计与相关编程应用，使学生初步具备应用微处理器进行产品开发的能力，使学生学会学习微处理器的方法。本课程的先修课程包括“模拟电子技术”、“

3、脉冲与数字电路”、“C语言程序设计”等，本课程的学习应在学生掌握一定编程、电子知识的基础上进行。要求学生在学习微处理器的同时，对系统的综合应用有初步了解，学会进行系统集成的基本技能。课程在培养学生微处理器理论思维能力的同时，为后续的一级、二级项目提供必要的理论基础、应用知识、设计平台。其具体作用是希望学生通过本课程学习，建立微处理器应用和基于C语言的编程设计概念。课程的开设将有利于学生理解后续课程的学习目的、各后续相关课程在光信息技术体系中的位置及作用，即理解“为什么学、有什么用”，提高后续课程学习效果。学生可以结合后续课程学习，开展基于单片机的工程项目设计，开展课外科技创新活动；另一方面，当

4、前大量电子产品设计以嵌入式系统为载体，因此本课程可以作为设计平台，与后续所学课程知识结合应用，有利于将后续课程所学知识转化为设计能力，有利于促进后续的专业基础课或专业课课程学习。三、培养目标与标准本课程以51单片机为原型机，讲述微型计算机和微处理器的基本原理和结构。课程内容包括基于51单片机的微控制器相关知识：51单片机的硬件结构、C51程序设计基础、典型程序设计及基于51单片机的微计算机系统设计基础；8086微处理器入门知识：8086CPU的结构，存储器体系结构及8086的系统扩展知识。课程理论教学目的、要求如下：（一）从内容上，要求学生理解微机的基础知识，通过51系列单片微机的学习达到熟练

5、应用一款CPU的目的，理解8086CPU与PC的基本结构及常用总线。课程主要学习以下几方面内容：第一是微机基础知识；第二是围绕51系列单片微机，学习微机原理结构、汇编指令系统、汇编语言程序设计、系统总线扩展技术、单片微机定时/计数器、中断、串口通信，掌握单片微机系统的设计开发方法及单片微机的综合应用；第三是学习8086CPU及PC的发展状况，8086CPU结构及引脚功能，最小模式系统的总线构成，8086CPU系统扩展及常用接口器件简介，微机系统的常用内部及外部标准总线结构。（二）从能力方面，应使学生熟练掌握51系列单片微机的结构及工作原理，掌握51系列单片微机的汇编语言及其编程应用，了解51系

6、列单片微机所构成电子应用系统的硬件及软件设计方法，了解基于8086系列微机系统的结构特点及技术发展。（三）在教学方法上，着重51系列单片微机原理及各应用接口部件概念的学习，注重51系列单片微机的实际应用，从51系列单片微机普通I/O口、中断、定时/计数器、串口等各部分应用角度出发，训练学生的工程应用能力；教学中把汇编和C51结合讲解、结合Keil及Proteus等应用工具软件进行例题讲解及习题训练，培养学生的动手能力；8086系列微机教学部分侧重基本原理及概念的讲解。课程实践教学目标、要求如下：（一）侧重应用，包括Keil、Proteus软件应用，51汇编及C51应用，基于51单片机应用实验及

7、相关接口实验。（二）建立直观的仿真思想，Proteus仿真软件和Keil编译平台是当前业界流行的单片机开发工具软件，对于学生的深入学习实际有巨大的帮助作用，Keil完成单片机软件设计调试，Proteus完成硬件设计及系统运行结果查看，掌握先进的设计方法及开发工具，能使学生学习达到与社会要求的零距离。（三）老师指导完成本课程实验体系的提高设计型实验，在教学中注意工程规范性的要求，实验过程中以学生自主设计为主，教师指导为辅；发挥学生的主观能动性，使学生在自主学习环境中，注重学习能力、实践能力、创新能力和适应职业变化能力的培养。四、理论教学内容与学时分配章标题章节主要内容（知识点）重点、难点提要学时

8、其他说明第1章微型计算机基础知识1、微型计算机的发展史、分类、应用 微型计算机系统的三个层次；现代微型计算机的理论基础：冯诺依曼模型；通用计算机硬件结构；计算机的工作过程的工作原理及过程。22、微型计算机系统模型3、计算机中的数和编码第2章MCS-51单片机的组成结构1、单片机概述存储器结构总体特点及构成，内部存储器结构及部分内部存储器功能定义。51系列单片微机的引脚功能及特点，复位电路、晶振电路，单片微机应用小系统硬件设计原理62、MCS-51系列单片机资源和引脚3、MCS-51单片机的存储器组织4、单片机的时序和复位电路5、单片机的最小系统第4章MCS-51系列单片机的指令系统与汇编语言程

9、序设计1、寻址方式要求学生熟练掌握：51系列单片微机的汇编指令特点、寻址方式、各条指令及应用，利用指令系统进行应用编程22、指令系统3、汇编程序设计基础：符号定义，书写格式要求，伪指令第5章MCS-51单片机基本I/O功能及应用1、51系列单片机的I/O口介绍，要求学生掌握单片微机应用小系统硬件设计原理及按键、LED数码管的工作原理，基于小系统硬件平台的应用程序编写。62、单片机应用小系统硬件设计原理第6章中断系统及应用1、中断的概念、中断系统结构原理、中断控制寄存器及响应处理过程要求学生理解掌握：中断的基本概念，基于51系列单片微机中断系统的结构原理、工作条件及工作方式的设置，中断和子程序调

10、用的区别，达到熟练应用中断的目的。42、外部中断的编程及应用第7章 定时器/计数器原理和应用1、定时/计数器的结构和工作原理、定时/计数器的方式寄存器与控制寄存器要求学生理解掌握：定时/计数器的概念，基于51系列单片微机定时/计数器结构、原理及工作条件，工作方式的设置，特别是定时器和计数器的应用编程，达到熟练应用定时/计数器的目的。42、定时/计数器的应用第8章 串行接口与应用1、串行通信概念与51系列单片微机串行接口组成结构及工作原理要求学生理解掌握：微机串行通信的基本概念， 51系列单片微机串行接口的结构及工作原理，工作方式及波特率的设置方法，中断和串行通信的结合应用，熟练掌握单片微机与P

11、C机通信及双单片微机间的通信编程。42、串行口通信的应用第9章 单片机系统总线与资源扩展1、51系列单片微机系统扩展原理要求学生理解掌握：微机系统扩展的原理及方法，基于51系列单片微机的系统扩展工作时序，地址译码和空间分配，基于51系列单片微机存储器（ROM及RAM）单片微机系统扩展芯片，可编程I/O口扩展芯片（8255）的扩展及应用。常用数模变换DAC和模数变换ADC器件（DAC0832、ADC0804）的应用方法及和单片微机的接口与应用编程实例。42、数据存储器和程序储存器的扩展3、I/O口的扩展和应用4、数模变换DAC和模数变换ADC接口扩展及应用第10章 8086 CPU原理与PC体系

12、结构1、8086CPU结构要求学生基本掌握：8086CPU及PC发展历史与现状，8086CPU最小模式系统总线构成及系统扩展。了解8086CPU常用接口器件功能及应用，了解PC微机常用接口及总线的功能及应用。42、现代PC存储体系结构3、8086系统扩展4、现代总线与接口五、实践（实验、上机）教学内容与学时分配作为理论教学的配套实验环节，主要完成基于51单片机的程序设计能力的强化与提高。实验内容主要是课堂例程的进一步深化，要求学生进行一些设计性实验，在课堂教学的基础上，对相应的程序设计进行改进，结合Proteus和Keil软件，对系统模型的建立打下一定的基础。实验要求一人一组，独立完成，培养学

13、生独立解决问题能力及团队协作精神、工程实践能力和创造性思维能力，提高学生将来就业的竞争力及可持续发展能力。本课程开出的实践项目详见下表：项目序号项目名称内 容 和 要 求项目学时项目性质实践形式项目类型每组人数其他说明1 HYPERLINK /jpkc/declare/08wjjk/louyuwu/pages/sjjx_sjzd.asp l 3#3 t _parent 简单对象控制系统目标：熟悉Keil及Proteus的使用，熟悉实验箱工作原理，熟悉51单片机汇编及C51的编程方法，使用注意事项及常见编译适用问题的解决，在本实验中要求学生掌握单片机最小系统的构成，能熟练操作I/O口。设计提示：

14、流水灯控制、数码管按键操作、BCD拨码盘、人机对话设计语言：汇编语言基本要求：1、验板上完成一流水灯控制，初步认识I/O口，学会基本的编程方法，熟悉Keil软件的应用。2、在实验板上完成一键盘显示控制，使按下的数字键的键值在数码管上显示，每显示一个值，将前一个按键的值向左移动一位。提高要求：3、编写组合键功能，设置数码管上显示的四个数的值，按T1键开始修改数值；按下INT0键，左移光标；按下INT1键，右移光标；按T0键确认修改数值；数字的输入由行列式键盘输入。被选中的一位闪烁。4、单片机完成一彩灯控制模型，要求在按下单片机的行列式键盘中的任何一个键，P1口和P3口上所接的发光二极管采用不同的

15、闪烁方法进行闪烁，并且可以由INT0和INT1上所接按键，设置连续变化的模式组合。具体思路如下：用户可以通过按下行列式键盘的键来知道闪烁的模式效果，按下INT0时，就开始设置连续多种模式闪烁，再按下数字键进行选择模式，可以多选，最后按下INT1键表示确认。4必选上机设计1课内完成2中断定时器应用目标：掌握中断系统及应用、定时器/计数器原理及应用。设计提示： HYPERLINK /jpkc/declare/08wjjk/louyuwu/pages/sjjx_sjzd.asp l 1#1 t _parent 多功能实时时钟、 HYPERLINK /jpkc/declare/08wjjk/louyu

16、wu/pages/sjjx_sjzd.asp l 2#2 t _parent 信号发生与监测设计语言：汇编语言基本要求：1、一个两位数的加减操作，要求加减都在中断中完成，INT0键对数进行加操作，INT1键对数进行减操作，当加到99时，再加一次变为00；当减到00时，再减一次变为99。显示由数码管的最右边两位完成，前两位显示“H ”。2、用定时器完成一个数字时钟，数码管的前两位显示分钟，后两位显示秒，小时可以由发光二极管来表示，具体的表示方法不作要求。要求每次开机时显示12：00：00。提高要求：3、用实验板上的555定时器产生的振荡作为信号，用单片机做一个频率计，显示频率时要能自动切换量程。

17、4、编写程序在单片机实验板上完成一个万年历时钟，要求用尽量少的按键来调整时间，设定闹钟等功能。并且在条件允许的情况下，加入记事提醒功能。4必选上机设计1课内完成3串行通信系统目标：掌握串口的应用。在本实验中要求学生能熟练对单片机串口进行操作，能熟练的使用单片机和PC机进行通信，能对通信数据做简单分析存储。设计提示：单片机与PC机发送交互通信、单片机-单片机交互通信设计语言：汇编或C51语言基本要求：1、完成一个单片机和PC机之间的通信实验，要求从单片机发送一个字母给PC机。（波特率自己设定）2、完成从PC机键盘输入一个字母，由串口发送给单片机一个数据，若数据是事先给出的数据表中的数据，则单片机

18、收到后在本机上让P1口所接发光二极管闪烁，并回送一个V给PC机；如果不是事先给定的数据，则让P1口的发光二极管全部亮，不闪烁，并回送一个F给PC机。提高要求：3、编写一个单片机和PC机传输数据的简单协议，要求单片机从行列式键盘输入N个数据，由串口发送给PC机，PC机收到以后根据协议判断收到的数据是什么内容，如果是有特殊含义的，则给单片机回送一组表示接受成功的数据，单片机收到后在数码管上显示good字样，否则显示FAIL。4、完成一个多路数据采集系统，采集的信号包括电压，电流，温度，光线强度等，由多个单片机对多信号进行采集，采集的数据用串行通信的方式传送给主机。4必选上机设计1课内完成4系统总线

19、与资源扩展目标：掌握并行总线的扩展。设计提示： 8255并行接口芯片的应用，片内及片外扩展RAM数据转移，并行 A/D、DAC，输出正弦波电压测量设计语言：汇编或C51语言基本要求：1、8255可编程芯片的结构及编程方法，要求编程实现8255的PA、PB和PC口的输入输出。2、D/A转换器的基本原理以及在单片机系统中扩展D/A转换器的方法，掌握D/A转换芯片0832的性能及编程。要求利用0832扩展电路，编制程序产生锯齿波、三角波、方波，用示波器查看波形。3、A/D转换器的基本原理以及在单片机系统中扩展A/D转换器的方法，掌握A/D转换芯片0804的性能及编程,了解单片机如何进行数据采集。扩展RAM数据读写提高要求：4、实验系统上的ADC0804，以及电位器提供模拟量输入，编制A/D转换程序，将模拟量转换成二进制数字量，用8255的PA口输出到LED发光二极管显示 。5、利用实验系统提供的键盘、显示电路和A/D转换电路，完成类似空调恒温控制实验，采用实验箱上的电位器模仿温度变化，加热和致冷电机用发光二极管代替。要求用键盘设定恒温温度，当外界温度超过设