《微机原理及应用》课程教学大纲

《微机原理及应用》课程教学大纲课程英文名PrincipleandPracticalApplicationofMicrocomputer课程代码A0808Y14学分3.5总学时56理论学时40实验/实践学时16课程类别学科基础课课程性质限选先修课程C语言程序设计、电子技术适用专业自动化开课学院机电工程学院一、课程的地位与任务《微机原理及应用》是电气信息类专业的重要学科基础课程，教学目的是培养学生掌握微机系统的原理，并运用单片机接口技术进行系统设计。通过课程学习，使学生理解单片微型计算机的结构组成与工作原理，掌握单片机指令系统，掌握汇编语言程序设计方法，熟练掌握单片机的C语言程序设计与调试方法，熟练掌握单片机的中断系统，熟练使用单片机接口技术实现通讯、检测、人机交互等应用，掌握单片机应用系统的设计方法。为今后深入学习MSP430原理与应用、电子系统设计、运动控制装置课程设计、检测技术与计量校准课程设计等课程奠定基础。学生通过本课程的学习，可针对工程需求，应用单片机技术进行系统设计，具备初步单片机系统设计能力。二、课程目标以及与毕业要求的支撑矩阵1.理解微型计算机的基本概念与术语，熟悉单片机系统的典型构成，具有面向基于单片机的实际测控系统复杂工程问题的理解能力；2.掌握单片机系统结构组成与工作原理，具备应用数学、自然科学、工程基础和专业知识将工程问题转为单片机系统设计需求的能力；3.熟练掌握单片机指令系统和编程方法，具备应用单片机技术将理论模型转化为实际控制系统的能力；4.熟练掌握单片机中断系统、外设和接口技术，具有运用单片机系统扩展设计实现检测、控制及数据分析与处理的能力。表1课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标毕业要求（支撑程度H、M、L）毕业要求2-2毕业要求3-1毕业要求5-3课程目标1M课程目标2H课程目标3H课程目标（4）H注：1.支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）；2.毕业要求须根据课程所在专业培养方案进行描述。三、课程主要内容与基本要求第一部分微型机的基本知识了解微型计算机的发展和分类；了解单片微型计算机的发展和趋势；理解微处理器、微型机和单片机的概念和术语；理解微型计算机模型的组成理解微机系统的组成和衡量计算机性能的主要技术指标；理解单片微型计算机的内部结构、应用系统、典型产品和应用第二部分51单片机的硬件结构了解51单片机的主要功能特点理解51单片机的内部结构和时序掌握51单片机的引脚功能，能够根据接口电路的需求正确选择单片机的引脚和模式；掌握51单片机的程序存储器、数据存储器、特殊功能存储器的配置、寻址方式和功能；掌握51单片机的低功耗运行方式，能够根据应用的功耗需求选择运行方式；掌握51单片机的程序存储器的写入和擦除第三部分51单片机的指令系统理解51单片机指令系统的基本概念、术语和特点掌握汇编语言的伪指令、寻址方式和指令系统第四部分汇编语言程序设计理解汇编语言的特点掌握汇编语言程序的设计步骤；具有编写顺序程序、分支程序、循环程序和子程序等基本结构程序的能力；掌握常用的汇编语言应用程序的设计、调试和分析方法，能够熟练应用KeiluVision集成开发环境设计与调试汇编语言程序。第五部分单片机C语言程序设计理解C语言与汇编语言的优缺点掌握C51在数据类型、变量存储类型、存储器模式、SFR、指针、绝对地址访问和函数使用上对标准C语言的限制与扩展；掌握常用的C语言应用程序的设计、调试和分析方法，能够熟练应用KeiluVision集成开发环境设计与调试C语言程序第六部分51单片机的中断系统理解中断系统的优点掌握中断系统的屏蔽与开放、响应与返回、优先级、嵌套，能够根据系统设计需求正确分析外设的中断需求；掌握常用的中断请求源、中断控制方法，能够对中断的响应过程进行分析；掌握外部中断的响应时序、触发方式，能够设计外部中断的应用程序第七部分51单片机的定时/计数器理解51单片机定时/计数器的结构和工作原理掌握51单片机定时/计数器的寄存器和工作方式，能够根据系统设计需求正确选择定时/计数器工作方式、配置寄存器及设计程序第八部分51单片机的串行口理解串行通信的两种基本方式；理解51串行口的结构掌握51单片机的串行口工作方式和波特率设计，能够根据系统设计需求正确选择串行口工作方式、配置寄存器及设计程序第九部分D/A转换器理解D/A转换器的基本原理和性能参数掌握51单片机与典型DA转换器的接口技术第十部分A/D转换器理解A/D转换器的基本原理和性能参数掌握51单片机与典型A/D转换器的接口技术；掌握测控系统中的模拟量输入通道技术；掌握A/D转换中数字滤波程序的设计方法第十一部分单片机应用系统研制方法掌握单片机应用系统的总体设计、硬件设计、软件设计的一般方法以及可靠性和保密性原则；掌握单片机开发系统的仿真、调试和辅助设计功能的应用方法；掌握常用的硬件调试和软件调试方法；能够运用单片机技术进行测控系统的设计，实现检测、控制及数据分析与处理。四、课程教学学时安排表2课程学时安排表教学内容教学时数学生任务对应课程目标微型机的基本知识微型计算机的发展和分类微处理器、微型机和单片机的基本概念微型机模型的组成单片微型计算机4了解微型计算机的发展和分类；了解单片微型计算机的发展和趋势；理解微处理器、微型机和单片机的概念和术语；理解微型计算机模型的组成；理解微机系统的组成和衡量计算机性能的主要技术指标；理解单片微型计算机的内部结构、应用系统、典型产品和应用作业：课程目标151单片机的硬件结构51单片机的主要功能特点51单片机内部结构分析51单片机的引脚功能51单片机的存储器结构51单片机的CPU时序51单片机的低功耗运行方式51单片机程序存储器的写入与擦除4了解51单片机的主要功能特点；理解51单片机的内部结构和时序；掌握51单片机的引脚功能，能够根据接口电路的需求正确选择单片机的引脚和模式；掌握51单片机的程序存储器、数据存储器、特殊功能存储器的配置、寻址方式和功能；掌握51单片机的低功耗运行方式，能够根据应用的功耗需求选择运行方式；掌握51单片机的程序存储器的写入和擦除作业：课程目标1课程目标251单片机的指令系统指令系统基本概念、术语和特点51指令的寻址方式51指令系统6理解51单片机指令系统的基本概念、术语和特点；掌握汇编语言的伪指令、寻址方式和指令系统作业：课程目标2课程目标3课程目标4汇编语言程序设计汇编语言程序设计概述简单程序分支程序循环程序查表程序子程序的设计及调用程序设计举例6理解汇编语言的特点；掌握汇编语言程序的设计步骤；具有编写顺序程序、分支程序、循环程序和子程序等基本结构程序的能力；掌握常用的汇编语言应用程序的设计、调试和分析方法，能够熟练应用KeiluVision集成开发环境设计与调试汇编语言程序。作业：课程目标2课程目标3课程目标4单片机C语言程序设计C语言与汇编语言的编程特点C语言简介C51对标准C的扩展C51典型程序设计举例4理解C语言与汇编语言的优缺点；掌握C51在数据类型、变量存储类型、存储器模式、SFR、指针、绝对地址访问和函数使用上对标准C语言的限制与扩展；掌握常用的C语言应用程序的设计、调试和分析方法，能够熟练应用KeiluVision集成开发环境设计与调试C语言程序作业：课程目标2课程目标3课程目标451单片机的中断系统中断的一般功能中断请求源中断控制中断响应过程外部中断的响应时序与触发方式4理解中断系统的优点；掌握中断系统的屏蔽与开放、响应与返回、优先级、嵌套，能够根据系统设计需求正确分析外设的中断需求；掌握常用的中断请求源、中断控制方法，能够对中断的响应过程进行分析；掌握外部中断的响应时序、触发方式，能够设计外部中断的应用程序作业课程目标2课程目标3课程目标451单片机的定时/计数器定时/计数器的基本结构与工作原理定时/计数器的寄存器定时/计数器的工作方式定时/计数器的初始化定时/计数器应用举例2理解51单片机定时/计数器的结构和工作原理；掌握51单片机定时/计数器的寄存器和工作方式，能够根据系统设计需求正确选择定时/计数器工作方式、配置寄存器及设计程序作业：课程目标2课程目标3课程目标451单片机的串行口串行通讯的基本方式51单片机串行口结构串行口工作方式波特率的设计串行口应用举例2理解串行通信的两种基本方式；理解51串行口的结构；掌握51单片机的串行口工作方式和波特率设计，能够根据系统设计需求正确选择串行口工作方式、配置寄存器及设计程序作业：课程目标2课程目标3课程目标4D/A转换器D/A转换器的基本原理与性能参数典型D/A转换器接口技术典型D/A转换器接口应用举例4理解D/A转换器的基本原理和性能参数；掌握51单片机与典型DA转换器的接口技术课程目标2课程目标3课程目标4A/D转换器A/D转换器的基本原理与性能参数典型D/A转换器接口技术测控系统中的模拟输入通道设计数字滤波程序设计典型A/D转换器应用举例4理解A/D转换器的基本原理和性能参数；掌握51单片机与典型A/D转换器的接口技术；掌握测控系统中的模拟量输入通道技术；掌握A/D转换中数字滤波程序的设计方法课程目标2课程目标3课程目标4单片机应用系统研制方法单片机应用系统设计单片机开发系统单片机应用系统调试2掌握单片机应用系统的总体设计、硬件设计、软件设计的一般方法以及可靠性和保密性原则；掌握单片机开发系统的仿真、调试和辅助设计功能的应用方法；掌握常用的硬件调试和软件调试方法；能够运用单片机技术进行测控系统的设计，实现检测、控制及数据分析与处理。课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4备注：根据学生学情适当调整教学进度，并安排部分教学内容为自学内容，通过大作业来对学生自学情况进行考核。五实践环节及基本要求序号实验项目学时基本要求实验性质实验类别课程目标1算数逻辑运算程序2掌握算数运算类和逻辑运算类汇编指令的使用方法验证选作课程目标（2）、（3）2多分支程序2掌握控制转移类汇编指令的使用方法；掌握汇编语言程序结构设计方法验证选做课程目标（2）、（3）3查表与子程序调用2掌握利用汇编语言实现查表与子程序调用的方法验证选做课程目标（2）、（3）4流水灯2掌握单片机IO口的使用验证必做课程目标（3）、（4）5定时/计数器2熟练掌握单片机内部定时/计数器的使用方法验证必做课程目标（3）、（4）6串口通信2熟练掌握单片机内部UART通讯接口的使用方法验证必做课程目标（3）、（4）7外部中断2理解单片机的中断机制；熟练掌握单片机外部中断的使用方法验证必做课程目标（3）、（4）8AD转换器2熟练掌握单片机内部AD使用方法；熟练掌握单片机使用外部AD转换器时的接口方法验证必做课程目标（3）、（4）9矩阵键盘2熟练掌握矩阵键盘的实现方法验证必做课程目标（3）、（4）10DA转换器2熟练掌握单片机使用外部DA转换器时的接口方法验证选做课程目标（3）、（4）11数码管显示2熟练掌握单片机使用数码管时的接口方法验证选做课程目标（3）、（4）12PWM控制2掌握PWM信号原理和编程方法验证选做课程目标（3）、（4）13课程作品设计0综合考察分析、设计、调试等方面的能力设计必做课程目标（1）（2））（3）（4）共计16个实验学时备注：（1）实验1~3三选一，实验10~12三选一；（2）课程作品设计不占用课内教学学时。六、达成目标的途径和措施《微机原理及应用》课程教学以课堂教学和实验教学为主，结合自主学习，引导学生根据工程问题提炼设计需求，依据单片机设计原理设计单片机硬件系统，运用单片机程序设计方法，实现检测、处理、通讯、人机交互等应用。培养学生理解检测和控制的基本理论在控制科学与工程领域的基本运用，以及运用单片机技术设计系统，进行检测、控制及数据分析与处理的能力。（1）课堂教学主要讲述微机系统的基本概念、基本原理、基本功能和设计方法。在理论教学中突出重难点的讲解，并结合实际案例加深学生的理解。教学中通过作业与任务布置，充分调动学生的自学能力，培养学生的自主学习意识。在课堂教学中，充分引入互动环节，提高教学效果。（2）在实验教学环节，根据理论教学内容设计实验项目，将实践教学贯穿于课堂教学和自主学习环节，训练实验技能，培养理论知识的应用能力、实验数据分析和处理能力和团队协助能力。七、考核方法及成绩评定考核形式考核内容占比评定标准平时作业成绩考核课堂教学各知识点的复习程度、听课效果和掌握熟练度。10%中国计量大学学生课程平时成绩考核细则平时实验成绩考核各知识点的应用能力15%实验报告课程作品考核各知识点的实际应用情况。以课程作品形式，综合考察分析、设计、调试等方面的能力。25%作品实物、报告和答辩期末考试成绩考核各知识点的基本概念、基本原理、与方法。题型为填空、选择、简答和分析计算题。50%试卷参考答案和评分标准八、课程目标对毕业要求的支撑表3课程目标考核环节和达成标准课程目标教学环节考核环节合格标准课程目标1讲授平时成绩（考勤、作业）A0.6平时成绩（实验）B课程作品C期末考试成绩D1目标达成度=0.5×课程目标2讲授、讨论平时成绩（实验）B0.6课程作品C期末考试成绩D2目标达成度=课程目标3讲授、讨论平时成绩（考勤、作业）A0.6平时成绩（实验）B课程作品C期末考试成绩D3目标达成度=课程目标4讲授、讨论平时成绩（考勤、作业）A0.6平时成绩（实验）B课程作品C期末考试成绩D4目标达成度=注：试卷中，课程目标1总分D10,课程目标2