《嵌入式单片机技术与应用》教学大纲

PAGE42PAGE10《嵌入式单片机技术与应用》教学大纲一、管理信息课程名称——嵌入式单片机技术与应用。二、基本信息学分——4；学时——96；授课对象（专业和年级）——嵌入式技术与应用专业、一年级；性质——职业技能核心课先修课——模拟电子、数字电子、C语言程序设计等；后续课——ARM接口技术与应用三、教学目标通过该门课程的学习，使学生应该具备以下的主要知识、技能和素质。（1）职业知识掌握单片机基本组成原理、相应编程和接口电路分析与设计的知识，并能在实践工作岗位熟练进行单片机程序和系统电路的调试；掌握各种接口电路的分析分析方法理论知识。（2）职业技能能熟练进行单片机程序和系统电路的调试，并能设计单片机系统电路并能编写相应程序，同时还可以对以单片机为核心的设备进行维护。（3）职业素质通过项目实践，能爱岗敬业、热情主动的工作态度，养成遵守操作规程，分析工作整洁、有序、珍惜仪器设备的良好实验习惯，能认真负责、实事求是、坚持原则、一丝不苟地依据标准进行编程和设计，并在工作实践中能遵守劳动纪律，注意安全，具备良好的敬业精神和协作精神，坚持努力学习，不断提高自身可持续发展的基础理论水平和操作技能，形成良好的职业素养和勤奋工作的基本素质。四、教学任务1.课程性质《嵌入式单片机技术与应用》课程是“计算机应用技术”（嵌入式系统）专业核心课程，对形成专业面向的助理嵌入式软件工程师、助理嵌入式测试工程师、助理嵌入式销售工程师岗位所需要的技能、知识和素质起支撑作用，是下一步学习《ARM系统结构及接口应用》课程的重要基础。课程设计思路以“实现双机通信的电子号码锁的设计”真实工作项目为依据，对该项目进行功能分解，提取工作任务并进行序化，分析工作任务所涉及的相关知识，设计一系列能力要求不断提升的工作项目作为学习情境，以学习情境为教学单元组织课程教学。配合学习情境设计以学生为主、教师指导的项目训练，培养学生再学习能力。《嵌入式单片机技术与应用》课程教学内容设计工作任务相关知识学习情境巩固提高任务1：通过锁存器实现地址信息和数据信息的隔离数与数制；单片机内部结构、内部存储器、寄存器资源、引脚功能；调试工具的使用。学习情境1：单片机最小控制系统的设计项目训练1：使用示波器和万用表检测硬件电路和单片机I/O口任务2：利用P1口实现对发光二极管的控制发光二极管的工作原理、单片机工作时序、简单控制电路的设计及软件实现的方法。学习情境2：信号灯的控制项目训练2：交通灯的设计与实现任务3：采用中断的方法利用定时器实现延时1秒的设计定时器初始化的设置；中断的类型，中断入口地址的选择，中断的产生条件和响应过程。学习情境3：个性跑马灯的设计与实现项目训练3：数字钟的设计与实现任务4：将甲机设置的密码传送给乙机，乙机做出回答通信方式、通信协议、波特率的计算、串行口控制字的设置。学习情境4：用两台单片机实现双机通信项目训练4：单片机点对点通信任务5：四行三列键盘和5位数码管显示接口软硬件设计可编程接口芯片8255A的应用；扫描键盘的设计与识别；数码显示接口电路的设计学习情境5：简易电子号码锁的设计与实现综合训练数字电压表的设计课程任务该课程通过对“可双机通信的电子号码锁的设计与实现”项目的完成，使学生具有单片机系统的设计，调试和测试等知识与技能、具备较高的职业素质和团队协作的能力，具有调试单片机系统程序和设计最小单片机系统的能力，能解决程序调试和系统设计中遇到的问题，能胜任单片机产品调试员、单片机产品技术支持等岗位工作。五、教学内容组织1.教学做一体整个课程学习共计96学时，全部课程学习安排在实训室，课程教学边讲边做、边做边学、项目导向、任务驱动，培养学生技能、相关知识和职业素质。2.教学内容安排实施为了完成一个能够进行双机通信的电子号码锁，将其拆分成5个由易到难的任务，然后抽取每个任务的知识点和技能点设计了更适合教学的学习情境。以项目导向和任务驱动为主要教学方法，学生在完成项目和任务的过程中学习单片机的相关知识，真正达到学习和工作融为一体的效果。（1）教学内容结构学习情境学习目标授课学时学习情境1：单片机最小控制系统的设计技能目标：能够掌握AT89S52单片机体系结构；能够灵活应用单片机的存储系统；常用检测仪器的使用。相关知识：单片机体系结构，数与数制，内部存储器、寄存器资源，AT89S52引脚功能及特性，示波器和万用表的使用。职业素质：培养学生硬件检测能力；培养学生再学习能力（为学习其它系列单片机奠定基础）。10项目训练1：使用示波器和万用表检测硬件电路和单片机I/O口在学习情境1的基础上，能够独立完成对各I/O口的电位和引脚输出波形的检测；学会器件工作情况的检测方法。1学习情境2:信号灯的控制子情境1：信号控制灯1-利用P1口控制8个发光二极管技能目标：学会根据用户要求进行整体方案设计的方法；学会针对相应的方案进行电路设计的方法；学会对整体方案中的工作任务进行功能分解；学会根据功能分解找出相应算法，并绘制程序流程图；学会使用指令系统，根据流程图编写程序的方法；学会使用相应的工具对所编写的程序进行调试的方法。相关知识：单片机引脚功能、时钟电路、复位电路、发光二极管的工作原理、伪指令、操作码寻址方式、算数指令、逻辑指令、移位指令、剩余指令、绘制流程图、编写汇编程序。职业素质：培养学生建立整体项目设计与实现的意识；培养学生建立良好的编程规范（伪指令的使用、流程图的设计、注释的添加）；培养学生使用软硬件调试工具进行测试。14子情境2：信号控制灯2-利用并口控制发光二极管子情境3：信号控制灯3-设计一个延时程序，采用循环控制项目训练2：交通灯设计与实现在学习情景2的学习基础上，能够独立完成“交通灯设计与实现”的项目训练，包括：（1）会根据用户要求进行整体方案的设计；（2）会针对相应的方案设计电路；（3）会运用指令系统编写程序；（4）会使用软硬件调试工具。6学习情境3：个性跑马灯的设计与实现技能目标：（1）能够根据用户要求进行整体方案设计；（2）能够针对相应的方案进行电路设计；（3）能够对整体方案中的工作任务进行功能分析；（4）能够根据功能分析找出相应算法，并绘制程序流程图；（5）能够使用指令系统，根据流程图编写程序；（6）能够使用相应的工具对所编写的程序进行调试；（7）学会使用中断方式对定时/计数器进行编程；（8）学会使用中断方式对外部事件中断进行处理；（9）会画流程图，学会中断服务程序的编制方法；（10）学会计算定时器或计数器初值；（11）学会对定时/计数器进行初始化。相关知识：定时器控制字的设置和使用；中断的类型，中断的产生、响应和返回；中断优先级；单个按键的类型选择和接口设计。职业素质：12项目训练3：数字钟设计与实现在学习情景3的学习基础上，能够独立完成“数字钟设计与实现”的项目训练，包括：（1）能够根据用户要求进行整体方案的设计；（2）能够针对相应的方案设计电路；（3）能够运用指令系统实现程序；（4）能够使用软硬件调试工具；（5）会设计并实现中断和单个按键功能。6学习情境4：用两台单片机实现双机通信技能目标：（1）能够根据用户要求进行整体方案设计，并优化；（2）能够针对相应的方案进行电路设计；（3）能够对整体方案中的工作任务进行功能分析；（4）能够根据功能分析找出相应算法，并绘制程序流程图；（5）能够使用C51根据流程图编写程序；（6）能够使用相应的工具对所编写的程序进行调试；（7）学会对串行口进行初始化；（8）学会计算串行口的通信波特率；（9）学会用查询和中断方法实现串行口通信；相关知识：串口通信、单片机中串口通信的使用、串行口控制字的设置。职业素质：养成学生知识建构的习惯，培养学生可持续发展的能力。10项目训练4：单片机点对点通信在学习情景4的学习基础上，能够独立完成“单片机点对点通信”项目训练，包括：（1）能够根据用户要求进行整体方案的设计；（2）能够针对相应的方案设计电路；（3）能够运用指令系统实现程序；（4）能够使用软硬件调试工具；（5）学会使用串口实现点对点串行通信。6学习情境5：简易电子号码锁的设计与实现技能目标：能够根据用户要求进行整体方案设计，并优化；能够对整体方案中的工作任务进行功能分解；（3）能够针对所设计的方案进行硬件电路的设计A．学会利用网络资源查询相关资料，并根据相关资料应用到本设计中；B．学会由底层到顶层的设计方法（各个功能模块组合成系统电路原理图）；（4）学会根据硬件电路图进行器件的选择；（5）学会使用proteus绘制系统原理图。（6）能够根据功能分析找出相应算法，并绘制程序流程图；（7）能够使用指令系统，根据流程图编写程序；（8）能够使用相应的工具对所编写的程序进行调试；（9）学会解决调试中存在的软硬件问题；相关知识：矩阵键盘接口设计、数码显示接口设计、按键去抖相关知识概述、动态显示电路设计方法、LED显示模块的程序设计、proteus软件的使用等。职业素质：（1）培养学生在产品设计中编写技术文档的能力；（2）培养学生掌握产品设计的流程；（3）养成安全操作规范；（4）养成环境保护习惯。17综合训练：数字电压表的设计技能目标：（1）根据用户要求进行整体方案设计；（2）针对相应的方案进行电路设计；（3）对整体方案中的工作任务进行功能分析；（4）根据功能分析找出相应算法，并绘制程序流程图；（5）使用指令系统，根据流程图编写程序；（6）使用相应软件对所编写的程序进行软件仿真；（7）使用调试软件调试程序；所涉及技能点包括：应用proteus绘制原理图、根据参数合理选择器件、正确使用焊接工具、能够正确理解设计要求、能够正确分解工作任务、能够按照任务要求设计程序流程图、能够使用编程软件编写程序、能够熟练运用指令系统、能够根据流程图编写相应程序、会使用程序加载工具，对芯片加载程序、会使用调试工具进行在线仿真调试、会使用万用表及其相关仪器、能够解决在仿真调试过程发现的问题、能够按照相关格式编写技术文档等。相关知识：算法分析、程序结构、单片机内部结构、单片机接口电路、单片机工作时序、单片机的程序设计、用中断方式对定时/计数器编程、用中断方式对外部事件中断进行处理、数据通信编程、单片机接口编程、单片机电路分析;撰写技术文档。职业素质：（1）安全操作规程；（2）事故防范、应变措施；（3）环境保护。14合计=SUM(ABOVE)96（2）教学基本要求本课程以具体工作过程为导向，以任务为驱动，总共安排任务，共96个学时，全部采用教学做一体的教学方式。学习情境1单片机最小控制系统的设计要对一个单片机系统进行分析设计和编写程序，就必须非常熟悉单片机芯片的组成原理，特别是要熟悉其各个外部引脚、内部寄存器和数据区的使用方法。A．学习目标（a）了解MCS-51单片机的内部结构。（b）了解MCS-51单片机的程序存储器结构，掌握内部数据存储器的空间分配和SFR。（c）掌握89S52芯片的外部引脚功能和计算机器周期的方法。注意：准双向并口和真正双向并口的区别和相应并口读数时的编程要求。B.技能要求能够掌握AT89S52单片机体系结构；能够灵活应用单片机的存储系统；常用检测仪器的使用。C．职业素质培养（a）培养学生硬件检测能力；（b）培养学生再学习能力（为学习其它系列单片机奠定基础）。D．学习情境内容功能要求：（a）设计一个单片机最小控制系统；（b）通过锁存器实现地址信息和数据信息的隔离。知识点：掌握几种常见的时钟电路。掌握几种常见的复位电路。掌握数据信息和地址信息隔离的方法。E．教学建议（a）教学时数10学时。（b）实物和图形教学，增强感性认识。F.实践活动建议（a）训练情境1：使用示波器和万用表检测硬件电路和单片机I/O口（b）教学建议：1学时（c）采用每组两人的分组方式。（d）集中安排训练。学习情境2信号灯的控制A．学习目标（a）熟练掌握MCS-51单片机的寻址方式和指令系统。（b）能编写完整的程序。（c）会应用常见的调试软件进行程序调试。（d）理解机器周期和指令周期。B.技能目标（a）学会根据用户要求进行整体方案设计的方法；（b）学会针对相应的方案进行电路设计的方法；（c）学会对整体方案中的工作任务进行功能分解；（d）学会根据功能分解找出相应算法，并绘制程序流程图；（e）学会使用指令系统，根据流程图编写程序的方法；（f）学会使用相应的工具对所编写的程序进行调试的方法。C.职业素质培养（a）培养学生建立整体项目设计与实现的意识；（b）培养学生建立良好的编程规范（伪指令的使用、流程图的设计、注释的添加）；（c）培养学生使用软硬件调试工具进行测试。D．教学学时数为20学时E．学习情境内容任务1：信号灯的控制1功能要求：利用P1口控制8个发光二极管，通过编写并上载不同的程序，观察发光二极管的状态。点亮8个发光二极管后单片机空运行给片内RAM中40H-4FH单元赋值后，将其数据传送给片外50H-5FH单元，最后将56H中的数据由P1口输出给发光二极管显示。在数据区建立一个数据表，编写程序将表中的第3个数由P1口输出给发光二极管显示。知识点：掌握数据传送指令。掌握MCS-51单片机并口传送和读取数据时得技术要求。MOVXMOVC的区别。任务2：信号灯的控制2功能要求：利用并口控制发光二极管，通过编写并上载不同的程序，观察发光二极管的状态。将累加器中的数据（十六进制）转换为BCD码，个位存入30H，十位存入31H，百位存入32H，最后由P0口输出个位数据，P1口输出十位数据，P2口输出百位数据。将DPH和DPL中放入两个小于10的数据a和b，编写程序实现c=a2+b2-a，并把c通过P0口输出。将累加器A中数据得高4位和寄存器B中数据的低4位相乘后取反，并将其结果通过P0口输出。采用移位指令，实现累加器A中数据乘4，寄存器B中数据除以2。知识点：掌握算术操作指令和逻辑运算指令。会画简单的流程图。会使用软件正确调试程序。任务3：信号灯的控制3设计一个延时程序，使与P2.0相连的发光二极管每隔1秒亮一次。采用循环控制，使8个发光二极管呈跑马灯方式闪烁，其中发光二极管点亮时长为1秒，熄灭时长为2秒。知识点：掌握程序转移类指令和位操作指令。会画简单的流程图。会使用软件正确调试程序。理解指令延时的用法，NOP指令的使用。E．教学建议（a）教学时数12学时。（b）学习过程中，教师通过讲解和演示，指导学生完成项目学习。（c）采用多做多练加强学生对所学知识的掌握程度。（d）安排项目训练，巩固所学内容。F.实践活动建议（a）训练情境2：交通灯控制（b）教学建议：6学时（c）采用每组两人的分组方式，锻炼学生独立设计和调试程序的能力（d）集中安排训练。学习情境3个性跑马灯设计与实现A.学习目标（a）掌握TMOD和TCON专用寄存器各位的定义与设置。会计算和设置定时/计数器的初值；（b）掌握IE和IP专用寄存器各位的定义与设置。理解中断的工作过程，熟记中断入口地址；B.技能目标（a）能够根据用户要求进行整体方案设计；（b）能够针对相应的方案进行电路设计；（c）能够对整体方案中的工作任务进行功能分析；（d）能够根据功能分析找出相应算法，并绘制程序流程图；（e）能够使用指令系统，根据流程图编写程序；（f）能够使用相应的工具对所编写的程序进行调试；（g）学会使用中断方式对定时/计数器进行编程；（h）学会使用中断方式对外部事件中断进行处理；（i）会画流程图，学会中断服务程序的编制方法；（j）学会计算定时器或计数器初值；（k）学会对定时/计数器进行初始化。C.职业素质培养通过中断概念，启发学生思考问题的方式，培养学生处理问题的方法。D．学习情境内容设计一个个性跑马灯，能够完成以下功能：设计一个个性跑马灯，其具有跑马灯和霓虹灯功能。跑马灯变化规律为：自右向左隔两个灯亮。霓虹灯变化规律为：每隔1秒闪烁一次要求：隔灯亮灭变化时间为1秒。由跑马灯状态变化到霓虹灯状态由按键控制。个性跑马灯的显示灯个数为8个。知识点：掌握定时/计数器的初始化方法；定时器初值与计数器初值的计算与设定。掌握中断源与中断服务程序的入口地址；中断相关寄存器的使用方法；中断工作过程。E．教学建议（a）教学时数12学时。（b）学习过程中，教师通过讲解和演示，指导学生完成项目学习。（c）采用项目教学，多做多练加强学生对所学知识的掌握程度。（d）安排项目训练，巩固所学内容。F.实践活动建议（a）训练情境3：数字钟设计与实现（b）教学建议：6学时（c）采用每组两人的分组方式，锻炼学生独立设计和调试程序的能力（d）集中安排训练。学习情境4单片机双机通信A．学习目标（a）了解SCON专用寄存器各位的定义与设置，掌握串口初始化的内容与步骤；（b）会用查询和中断方式编写数据通信程序；B.技能目标（a）能够根据用户要求进行整体方案设计，并优化；（b）能够针对相应的方案进行电路设计；（c）能够对整体方案中的工作任务进行功能分析；（d）能够根据功能分析找出相应算法，并绘制程序流程图；（e）能够使用C51根据流程图编写程序；（f）能够使用相应的工具对所编写的程序进行调试；（g）学会对串行口进行初始化；（h）学会计算串行口的通信波特率；（i）学会用中断方法实现串行口通信；C.职业素质培养养成学生知识建构的习惯，培养学生可持续发展的能力。D.学习情境内容利用AT89S52串行口，通过双机通信，实现单片机之间数据块的传送。（a）甲机发送，乙机接收；或乙机发送，甲机接收。实现双工通信。协议约定：（b）甲机发送前先发送一段前导码。（c）甲机发送地址信息，然后发送一批数据；（d）乙机把接收到的地址信息作为存放数据的首地址，然后将数据存入相应单元。（e）校验方式：累加校验和知识点：掌握与串行口初始化方法。掌握串行口通信波特率的计算方法。掌握串行口通信编程的两种方法。E．教学建议（a）教学时数10学时。（b）学习过程中，教师通过讲解和演示，指导学生完成项目学习。（c）采用项目教学，多做多练加强学生对所学知识的掌握程度。（d）安排项目训练，巩固所学内容。F．实践活动建议（a）训练情境4：单片机点对点通信（b）教学建议：6学时（c）采用每组两人的分组方式，锻炼学生独立设计和调试程序的能力（d）集中安排实验学习情境5简易电子号码锁的设计与实现A．学习目标（a）掌握并口扩展的设计方法；（b）掌握动态显示的设计方法；（c）掌握矩阵键盘的设计方法；B.技能目标（a）能够根据用户要求进行整体方案设计，并优化；（b）能够对整体方案中的工作任务进行功能分解；（c）能够针对所设计的方案进行硬件电路的设计i)学会利用网络资源查询相关资料，并根据相关资料应用到本设计中；ii)学会由底层到顶层的设计方法（各个功能模块组合成系统电路原理图）；（d）学会根据硬件电路图进行器件的选择；（e）学会使用proteus绘制系统原理图。（f）能够根据功能分析找出相应算法，并绘制程序流程图；（g）能够使用指令系统，根据流程图编写程序；（h）能够使用相应的工具对所编写的程序进行调试；（i）学会解决调试中存在的软硬件问题；C.职业素质培养（a）培养学生在产品设计中编写技术文档的能力；（b）培养学生掌握产品设计的流程；（c）养成安全操作规范；（d）养成环境保护习惯。D．学习情境内容设计一个简易电子号码锁，其密码为5位的数字密码，且密码不可更改。（a）显示部分用七段数码管显示。（b）初始状态下显示屏显示“HELLO”，并保持显示5秒后清屏。（c）如果密码输入错误则显示“ERROR”,并保持显示5秒后清屏。（d）如果密码输入正确则显示“RIGHT”，并保持显示5秒后清屏。知识点：会对并口进行扩展。掌握LED的动态显示方法。掌握键盘设计方法。E．教学建议（a）教学时数17学时。（b）提高课堂质量，上课时要多启发学生，提高他们提出问题、分析问题、解决问题的能力，让学生学会理解记忆的技巧。（c）采用项目教学，多做多练加强学生对所学知识的掌握程度综合训练：数字电压表的设计A.教学学时数14学时B.训练的基本要求（a）职业守则i）爱岗敬业，忠于职守；ii）努力钻研业务，刻苦学习，勤于思考，善于观察；iii）工作认真负责，严于律己，吃苦耐劳；IV）遵守操作规程，坚持安全生产；V）团结同志；VI）着装整洁，爱护设备，保持工作环境清洁有序，做到文明生产；（b）单片机应用技术