《单片机原理及应用》教学大纲

第页《单片机原理及应用》教学大纲课程编号：13180314英文名称：PrincipleandApplicationofSingle-chipMicrocomputer学分：3.5学分学时：总学时64学时，其中理论48学时，实践16学时先修课程：电路原理，模拟电子技术，数字电子技术课程类别：专业平台课程授课对象：自动化专业学生教学单位：机械与电气工程学院修读学期：第4学期一、课程描述和目标本课程为自动化专业二年级开设的专业必修课，注重理论与实践、软件与硬件的结合。本课程以8位单片机的基础知识为主线，以51内核系列单片机为对象，通过理论讲解、软件仿真和硬件实验等方式系统全面地介绍单片机的硬件、软件及其应用技术。包括：单片机基础知识与结构原理、C51语言设计、I/O接口、人机接口及单片机应用系统设计初步等。通过本课程的学习，使学生能够准确理解单片机的基础概念，掌握单片机程序设计以及单片机与外围芯片的接口技术，并能够运用所学的软硬件知识设计单片机系统来解决典型的实际问题。为学习后续课程以及毕业后从事相关工程项目开发和科学研究打下基础。本课程拟达到的课程目标:课程目标1：理解微型计算机的工作原理及应用领域，掌握单片机系统开发过程、外围硬件的接口技术；了解领域内的新技术，新趋势。课程目标2：能够运用所学软硬件知识，设计出单片机系统的硬件原理图和软件流程图。课程目标3：培养学生能利用现代电子设备进行电子信号检测或仿真；使学生从中提高发现问题、分析问题、解决问题的能力。二、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点课程目标权重对应关系3.3能设计自动化工程项目的电子电气原理图、硬件配置和控制程序。课程目标11H5.2能针对自动化工程领域复杂工程问题，分析与选择恰当的电路与电子、自动控制、计算机软硬件等技术和工具。课程目标21M5.3能使用现代技术和工程工具对自动化工程领域复杂工程问题进行预测与模拟，并理解其局限性。课程目标31H（H—高，M—中，L—低）三、教学内容、基本要求与学时分配序号教学内容基本要求学时教学方式对应课程目标1概述介绍微型计算机组成的基本功能部件；单片机（MCU）概念及发展过程、种类、发展趋势、应用前景以及目前51兼容产品现状、开发方法。了解单片机的特点和应用领域，理解为什么要学习单片机原理及其应用开发过程，理解单片机中的数据表示和工作过程。1集中讲授12单片机硬件结构介绍单片机的硬件结构，CPU、存储器配置、引脚分配及功能、最小系统；单片机的时钟与复位；单片机的工作时序。了解单片机的工作时序；掌握单片机的硬件配置以及单片机最小系统电路的构建。5集中讲授13C51程序设计介绍单片机C语言设计方法及优点；C语言程序基本结构，程序控制流程，数组，指针，C51函数；单片机内部资源在C51中的定义；C51开发工具。了解单片机汇编语言及目前嵌入式系统编程的常规方法，理解单片机内部资源在C51中的定义，掌握结构化的C51程序设计步骤与方法。2集中讲授14单片机端口编程应用介绍单片机端口的各种工作方式以及应用环境：单片机端口输出方式连接外部设备；单片机端口输入方式连接按键；单片机驱动多位数码管显示。理解端口各种工作方式的特点，掌握按键识别、去抖动的各种编程方法，多位数码管动态扫描的原理及编程方法10集中讲授1,2,35中断系统介绍中断的概念，中断处理过程，中断源及优先级；中断函数设计的要求；中断函数调用的过程与普通函数程序调用的区别，中断应用规则；外部中断产生的方式和中断响应的条件，过程。理解中断应用及中断过程，掌握外部中断编程以及中断系统设计及应用。4集中讲授1,2,36定时/计数器介绍定时/计数器结构；控制寄存器控制字设置；3种工作方式及不同工作方式的区别；定时/计数器的查询应用与中断应用特点，中断应用设计。理解定时/计数器与CPU之间的时序关系，掌握定时/计数器基本工作方式中方式1、2的使用方法及中断应用方式。6集中讲授1,2,37串口控制器介绍单片机全双工串口结构；控制寄存器控制规则；2种工作方式及不同工作方式的区别；各种方式的查询应用与中断应用；简介SPI、IIC等串行通讯方式及超时处理与校验。理解串口控制器与单片机CPU之间的时序关系，掌握单片机与单片机，单片机与PC机以及多机串行通讯的应用设计编程。8集中讲授1,2,38综合应用介绍通过软件和硬件的配合消除交流采样系统、高频等干扰的有效方法；通过案例讲解常用外围接口电路与单片机连接的电路设计方法及软件处理方法，包括A/D、D/A接口，LCD显示接口，DS18B20温度传感器、PWM驱动控制直流电机、捕获测频率等。理解单片机系统常用的抗干扰方法，掌握单片机与几种常用接口之间的应用编程。12集中讲授演示1,3合计48序号实验项目实验内容与要求学时类型对应课程目标1数据传输理解单片机的数据存储格式。要求：必修2验证1,32跑马灯设计掌握单片机端口各种方式，理解单片机的时序。要求：必修2设计1,33外部中断理解单片机的中断结构，掌握中断执行的过程，理解两种方式外部中断的区别，能对外部中断事件进行编程。要求：必修2设计1,34计数器/定时器理解单片机的定时器结构，掌握定时器的3种工作方式，能采取方式1,2进行计数定时。要求：必修2设计1,35串行通信理解单片机的串行控制器，掌握串行控制器的2种工作方式会编程实现单片机双机之间、单片机与PC机之间串行通讯。要求：必修2设计1,36简易电压表理解A/D转换的原理，掌握单片机内置A/D转换器结构，会编程实现A/D采样，测量显示模拟引脚的电压。要求：必修2综合1,37综合设计综合运用单片机的端口输入输出模式、中断、定时器资源，编程实现单片机系统功能要求：必修4综合1,3合计16四、课程教学方法1.总体设计以课程目标为导向，项目任务为载体，为每个具体任务的实现量身定做与之相关的理论知识，课内采用虚拟仿真与实践演示相结合的教学方式，课后要求学生利用仿真软件和口袋式实验系统对项目进行拓展或者举一反三，采取教、学、做一体化的方法。课堂教学方法：理论讲授、实践演示、项目讨论。实验教学方法：自主练习、个别答疑、集中指导。课外学习方法：预习教材相关章节，利用口袋式实验系统完成课后实践项目，巩固教学内容。2.课堂教学课堂讲授：理论教学实施项目驱动教学模式，项目化教学将传统的理论知识体系打乱，再按照每个项目任务所需要的理论知识重组，以每个项目任务为载体，理论知识涵盖在每个任务中，课堂教学采用虚拟仿真与实践演示相结合，每个任务都按照完整的设计开发流程进行，并展示理论设计与实践结果，激发学生的学习热情，培养分析问题和解决问题的思维。课内讨论：围绕项目演示作品，提出问题，引导学生进行优化、完善和补充。3.实验教学在课外学习和作业实施的基础上，通过规定的任务和集中实验，在掌握有关知识点的前提之下，完成电路设计、搭建、编程，采用口袋式实验系统演示结果。4.课外学习课前预习：要求学生在课前按预习计划完成自主学习内容，即自学教材相关章节，观看课程网站上教学视频。个人基础项目设计：每个单元有3个训练项目，要求学生按照课堂项目教学流程，虚拟仿真与实践结合，课后完成。个人提高项目：个人提高项目具有一定的综合性以及技术难度，项目的组队方式一般以多名学生为一个项目小组，要求实验功能比较复杂并且在实现方法上各组都有思维创新。五、学业评价和课程考核1．考核方式考试（√）考查（）2．成绩记载百分制（√）五级分制（）3.考核原则强化实践——强化课内外实验突出平时——注重实践训练注重能力——重点考察单片机应用电路的设计与编程能力4.成绩总评考核评价构成：平时过程考核20%，实验成绩20%，上机考试15%，期末闭卷考试45%。（1）平时过程考核占比20%，包括平时课堂提问表现5%，平时单元项目作业10%，个人提高项目作业5%，平时过程考核考核具体方案如表5-1。表5-1平时过程考核方案考核依据建议分值考核/评价细则对应课程目标占比%平时过程考核20课堂讨论5课堂讨论主要体现在课堂提问和课堂讨论发言等，自主发言正确加一分，加满5分为止。课程目标1100单元作业10每人随机抽查5个单元项目，每个项目2分。要求实验项目采用仿真软件或者开发系统完成，进行功能展示。课程目标1课程目标2课程目标3502030提高作业5个人提高项目选做5个获得满分5分。要求综合设计单片机应用系统，采用仿真软件或者开发系统完成，进行功能展示。课程目标1课程目标2课程目标3402040（2）实验成绩占20%。本课程共7个实验，实验总体得分根据7个实验总体平均分计算，每个实验考核方案如表5-2。表5-2实验考核方案考核依据建议分值考核/评价细则对应课程目标占比%实验考核20根据实验要求完成实验报告，绘制电路原理图以及软件编程流程图。课程目标150采用实验系统编程并演示系统功能课程目标2课程目标32030（3）上机考试10%。期末上机考试采取抽签方式，每人一题，按题目要求搭建系统电路，完成相应的程序设计与调试，并下载到口袋式实验系统，演示结果，按完成功能要求得分。上机考试考核方案如表5-3。

表5-3上机考核方案考核依据建议分值考核/评价细则对应课程目标占比%上机考核15按题目要求搭建系统电路课程目标240采用实验系统编程并演示系统功能课程目标360（4）期末成绩占45%，采用闭卷形式。期末考试卷面成绩不能低于50分，低于50分者，其课程总评成绩为不及格。期末闭卷考试的考核方案见表5-4。表5-4期末闭卷考试的考核方案序号考察点占试卷百分比%总分得分对应课程目标占比%1单片机概念340课程目标1100单片机时序4复位电路3存储器6指令系统3寻址方式3输入输出端口4中断系统原理6定时器原理4串行接口原理42中断应用1440课程目标2课程目标34060定时器应用13串行通讯应用133单片机应用系统设计及编程控制综合应用能力2020课程目标2课程目标32080六、教学反馈教学反馈包括个人基础项目和提高项目的课前抽查演示，每个单元抽查一次，每次抽查4名左右学生，要求被抽查的学生进行结果演示并讲解编程过程，教师根据抽查情况集中讲解讨论，并及时调整教学方法和进度；个别反馈采