《单片机原理及应用》教学大纲

《单片机原理及应用》教学大纲课程名称：单片机原理及应用（MicrocontrollerTheoryandApplications）课程编号：1501XK033 课程类别：工程基础-必修学分：3分总学时：48学时，其中，理论学时：48学时适用专业：自动化专业先修课程：模拟电子技术、数字电子技术、C语言程序设计一、课程性质本课程是自动化专业的必修工程基础课，具有很强的理论性、实践性和工程性。单片机设计及应用技术已成为电子信息类学生必须掌握的一门技术。通过本课程的学习，学生能够掌握MCU的基本概念、基本结构和应用方法，使学生具备智能控制系统的软、硬件分析与设计能力，并为后续课程的学习和应用打好基础。单片机知识在电子类专业整个课程体系中处于承上启下的核心地位，该课程也能很好地评价学生解决实际工程问题的能力和水平。二、课程目标（一）育人目标从培养学生的辩证思维方式，爱国教育、社会责任、人生领悟、民族自信等方面入手，将育人要素和单片机专业知识嵌入到课堂中教学，凝聚学生对社会主义核心价值观的共识。通过科学家故事学习科学精神，通过课程概念原理学习系统论、工程论、科学思维，利用单片机实际应用研究学习科技自信及爱国主义情怀，师生互动进行“三观”教育和学习方法指导，培养学生的专业素质、学术和职业道德，全面提高学生缘事析理、明辨是非的能力，培养学生成为德才兼备、全面发展的人才。（二）知识和能力目标1、掌握单片机的基本概念和基础知识，对单片机内部结构、存储器组织、指令系统、并行输入/输出端口、中断系统、定时/计数器、异步串行口以及常用的外围功能扩展有较系统的认识；熟悉常用的单片机指令、内部功能单元的工作原理、常用外围功能扩展的方法及性能技术指标。（毕业要求1.2）2、能够分析和编写简单的汇编程序；对单片机各模块进行定性的功能分析和定量计算（包括控制字、定时初值、译码地址、通信速率等）；能够针对自动化测控的特定需求进行功能单元模块的软硬件设计。（毕业要求3.3）课程目标与毕业要求指标点对应关系课程目标毕业要求指标点课程目标11.2掌握本专业所需的电路、电子和计算机软硬件相关知识。课程目标23.3设计满足自动化测控需求的系统、单元或工艺流程。三、基本要求本课程以汇编程序设计和电路设计为基础、以单片机系统的基本原理为重点，主要介绍单片机的内部结构、存储器组织、指令系统及汇编语言程序设计、并行输入/输出端口、中断系统、定时器/计数器、异步串行口、外围功能扩展等，与各行各业的通信、测控、智能化控制等密切联系，具有很强的实用性、工程性特点。教学过程中要注意与先修课程基础知识的联系，理解单片机的指令系统，并能分析简单的汇编程序；掌握中断、定时器/计数器、串口的结构和工作原理，能够利用汇编语言对各硬件进行编程控制；掌握存储器扩展、并行口扩展、键盘、数码管显示器、数模转换器和模数转换器的接口工作原理，能够利用汇编语言实现系统扩展、人机交互和数据采集、自动控制等微机系统的重要功能。在单片机系统分析的讲述中，培养学生对系统模块定性分析和定量分析、流程设计、初始化程序设计、中断服务程序设计和接口程序设计以及系统集成、调试的能力，掌握单片机编程的基本方法。在单片机系统设计和应用的讲述中，注意培养学生分析系统功能、指标参数以及查阅相关技术资料的能力，使学生能够综合运用所学知识设计出具有检测、通信和控制功能的单片机应用系统。四、教学内容分章节说明教学内容，课时安排，融入思政元素，并说明教学重点与难点、主要教学模式（包括授课、课后习题等）以及对应的知识、能力要求。章节教学内容学时思政元素教学模式对应课程目标1第一章单片机概述与硬件基础4讲述单片机发展历程中，介绍国产单片机发展的历史及现状，激发学生爱国情怀和专业认同感，讲述“汉芯一号”事件，告诫学生不能学术造假，要有踏实严谨的学术态度和优良的学术道德，要追求“求真”、“求实”的科学精神。还要结合身边单片机应用实例，分析从事单片机工作的行业与所需的技术水平，鼓励学生学好本课程，明确学习目标。课堂授课，课后练习4题12第二章单片机的应用方法与I/O端口4介绍华为的麒麟芯片产品的性能及设计、生产情况，从专业视角分析我国芯片技术瓶颈，认识自我，激发学生爱国热情和立志报国的决心。涉及CPU内部结构时给学生讲述“自制CPU”的故事，克服学生畏难情绪。课堂授课，课后练习3题13第三章单片机指令系统与汇编语言程序设计6中国共产党我们国家的核心，一系列的法律、法规、制度是国家长治久安、人民幸福的保障。单片机也正如此，CPU是核心，指令系统、时序等是系统正常工作的保障。告诫学生时刻遵守制度、规则、敬畏法律，树立正确的价值观和人生观；让学生了解编程开发规范的重要性，有一个字符出错程序都不能运行。告诫学生学术必须严谨，求真务实。课堂授课，课堂讨论、课后练习6题，测试14第四章单片机中断系统6航空、航天、军事等高端技术领域实时性至关重要，而此技术核心就是中断系统。将单片机中断系统全过珵讲述分别与高端技术实现环节、所需性能结合介绍，鼓励学生在透彻理解单片机中断基础上创新、突破。课堂授课，课堂讨论、课后练习4题，测试1/25第五章定时器/计数器的应用6定时器的1ms可以执行近1000条指令，我们的一节课学到了多少知识，一天又做了多少事，要有规划。课堂授课，课堂讨论、课后练习4题，测试1/26第六章串行口及其应用5串口通信有严格的协议规范，如果不能收到数据，故障可能是收方，也有可能是发送方，全方位、多角度分析才能解决问题。我们做人做事也应该具有同样的思维方式。教学中要经常性有意识地培养学生这种思维能力。课堂授课，课堂讨论、课后练习3题1/27第七章单片机扩展应用6单片机通过总线扩展系统功能，挂在总线的器件必须遵守总线规则，加强学生规则意识的培养。课堂授课，课堂讨论、课后练习4题1/28第八章键盘与显示器4介绍国内光电和显示面板龙头企业的产品、生产状况、国外市场等情况，让课堂授课，课堂讨论、课后练习2题，部分自学1/2学生感受到国内制造业的强大。9第九章DAC及ADC接口扩展4享受当今数字时代的红利时，要明白ADC和DAC是最基础的关键技术。特别要让学生明白高端ADC和DAC芯片是我国卡脖子的问题，并要了解关键技术点。课堂授课，课堂讨论、课后练习2题1/210第十章单片机综合应用系统设计3从讲述国外有些综合应用系统在国内被限制使用的现状引入研究综合系统的重要性、紧迫性。让学生熟悉综合应用系统设计、集成的环节和方法，培养学生团队协作精神，拓展学生视野，把握全局。课堂授课，课堂讨论、课后练习1题1/2第一章单片机概述与硬件基础1、微型机、单片机及单片机系统概述2、MCS-51单片机硬件原理本章重点：了解微型机与单片机的相关概念，单片机的分类、特点、应用领域熟悉单片机的CPU时序和特殊功能寄存器SFR掌握单片机的内部结构和工作原理掌握单片机时钟电路和复位电路原理掌握单片机存储器结构及使用方法能力：能够根据单片机的资源分析其具有的功能和应用场合，能够设计单片机最小系统。第二章单片机的应用方法与I/O端口1、单片机开发软件应用方法2、单片机的应用方法3、MCS-51输入/输出端口本章重点：掌握单片机开发软件的使用方法掌握MCS-51单片机的I/O口工作原理及应用方法能力：了解多种单片机的开发应用方法，掌握MCS-51单片机的开发方法，能够设计简单的I/O应用电路。第三章单片机指令系统与汇编语言程序设计1、指令和助记符2、寻址方式及指令系统3、汇编语言格式与伪指令，简单汇编语言程序设计本章重点：了解单片机的寻址方式、指令系统和常用伪指令了解指令书写的限制性规则，能区分正确指令和错误指令掌握用单片机汇编语言实现顺序、分支和循环三种程序结构的方法掌握用单片机汇编语言实现常用子程序的方法能力：能够应用汇编语言的基本语法知识分析和设计常用的汇编子程序第四章单片机中断系统1、中断的概念2、MCS-51的中断系统3、中断处理过程4、中断应用本章重点：了解单片机中断的概念以及查询式数据处理和中断式数据处理的区别掌握单片机中断系统的结构和工作原理掌握单片机中断初始化和中断服务程序的设计方法掌握应用中断进行实时处理的方法能力：能够应用单片机中断模型推演、识别、分析含有中断的单片机系统软硬件结构，并能够应用中断原理设计简单的单片机实时处理系统第五章定时器/计数器的应用1、定时器/计数器的原理2、定时器/计数器的工作方式与控制3、定时器/计数器应用本章重点：了解单片机片内定时器/计数器的结构与工作原理掌握单片机定时器/计数器的定时初值计算和模式配置控制字的计算。理解查询式定时和中断式定时的区别掌握应用定时器/计数器产生方波和占空比可调的脉宽调制波形（PWM）的方法能力：能够应用定时/计数器的工作原理推演、分析定时器初值计算和定时控制方法，并能够应用定时/计数器解决实际定时或计数的问题第六章单片机串行口原理及应用1、串行通信基础2、MCS-51串口工作原理与控制3、串行通信应用本章重点：了解单片机串行通信的概念和常用的一些串行通信接口掌握MCS-51单片机串口的结构和工作原理掌握串口工作方式配置和波特率配置的方法掌握应用串口进行单片机和上位机通信的方法能力：能够应用串口工作原理推演、识别、分析单片机和PC机的串口通信过程，设计单片机与PC机的串口通信程序。第七章单片机扩展应用1、单片机存储器扩展2、单片机I/O口扩展3、其它类型串口扩展本章重点：了解单片机总线扩展的概念掌握单片机存储器扩展的方法和存储器地址范围分析方法掌握单片机并行I/O扩展的方法和接口芯片地址范围分析方法掌握利用SPI和IIC总线扩展外部存储器的方法能力：能够应用计算机总线知识推演、识别、分析单片机外部扩展电路芯片地址范围，并能够设计简单的存储器扩展电路和并行I/O扩展电路第八章键盘与显示器1、独立式键盘和矩阵式键盘2、LED数码管显示3、LCD液晶显示本章重点：了解按键消抖原理了解利用行扫描法和线反转法进行按键识别的原理了解LED数码管的静态显示和动态显示原理，掌握数码管接口设计方法了解LCD液晶显示原理，掌握LCD液晶显示器接口设计方法能力：能够应用并口、总线等知识推演、识别、分析键盘显示器接口电路，并能够设计按键识别及按键处理程序和数码管显示程序第九章ADC及DAC接口扩展1、A/D及D/A转换器的主要技术指标2、ADC接口技术3、DAC接口技术本章重点：了解常用转换器的主要技术指标了解单片机数据采集系统的组成原理了解常用A/D转换器芯片工作原理，掌握A/D转换器接口设计的方法了解D/A转换器的内部结构和工作原理，掌握D/A转换器接口设计的方法能力：能够应用并口、总线、A/D、D/A等知识推演、识别、分析DAC和ADC与单片机的接口电路，并能够设计相应的控制程序第十章单片机综合应用系统设计1、单片机常用数据处理方法2、单片机PID控制算法本章重点：掌握系统设计指标分析方法、功能模块定性分析和定量分析方法掌握基本数据处理方法和控制方法能力：能够结合特定系统功能指标要求，应用单片机基础知识设计综合性单片机应用系统五、教学方法本课程的教学内容包含单片机的组成结构、指令系统、功能部件、扩展接口等诸多模块，而每个模块所包含的内容又比较繁多，比如组成结构中又包含CPU的组成、存储器结构、特殊功能寄存器、机器周期、指令周期、并行I/O口的组成等。课程具有理论知识学习难度大、前后知识点联系紧密、实践应用性强等特点。与先修课程相比，本课程对学生的理解能力、动手能力和解决实际问题的能力有较高的要求。因此，任课教师在上课期间应加强对学生学习思维和学习方法的引导和转变。其教学方法和手段如下：以“互动式”方法为主导，实施“以学生为主体、以教师为主导”的基于探索和研究的教学模式。教师精选讲课内容，精讲重点难点，采取启发式教学，引导学生多思考多参与；理论联系实际，多讲应用实例，激发学生学习兴趣；针对繁杂的概念，引导学生及时归纳梳理，通过复习加深理解。对于大部分单片机设计实例可采取理论讲解与电路软件仿真演示相结合的方式，让电路运行过程和结果直观、可视，提高学生的学习兴趣。对于讲授的重点知识，采取当堂测试和课后作业相结合的方式加强学生的理解；对于讲授的难点知识，采取书面作业和上机仿真相结合的方式加强理解。鼓励学生课上积极思考，并开放多种答疑渠道，帮助学生解答疑难问题。为学生推荐与本课程相关的慕课，在课外观看部分教学内容的视频，扩大学生的知识面，分享一流大学的优质教学资源。六、考核与评价方式及标准考核标准与成绩评定课程考核包括平时成绩、期末考试两个部分。平时成绩（百分制），主要包括课后作业。平时成绩评价标准基本要求评价标准优秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）对单片机基本组成结构、指令对单片机基本组成对单片机基本组成对单片机基本组成对单片机基本组成系统、内部硬件资源和外部硬结构、指令系统、结构、指令系统、结构、指令系统、结构、指令系统、件扩展有较系统的认识，判内部硬件资源和外内部硬件资源和外内部硬件资源和外内部硬件资源和外断、讨论与分析单片机系统工部硬件扩展的基本部硬件扩展的基本部硬件扩展的基本部硬件扩展的基本作原理和程序设计原理。掌握概念清晰，回答问概念清晰，回答问概念理解基本正概念不清晰，错误单片机并行I/O口、定时器、中断原理并能解决相关实际题正确。对单片机系统的功题较正确。对单片机系统的功确。对单片机系统的功较多。对单片机系统的功问题；熟悉各种典型外围功能能分析与定量计算能分析与定量计算能分析与定量计算能分析与定量计算扩展器件的基本应用，初步具正确，能正确分析较正确，能正确分基本正确，能正确错误较多，不能正备智能控制系统软硬件设计单片机程序并能独析单片机程序，能分析单片机程序，确分析单片机程能力。立设计较复杂的单独立设计简单的单但不能独立设计单序。片机程序。片机程序。片机程序。期末考试（百分制）闭卷，题型包括：判断题、选择题、填空题、简答题、分析题、设计题。课程期末考试考核内容与评价标准基本要求评价标准比例（%）优秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）目掌握单片机的基本概对单片机基本对单片机基本组对单片机基本对单片机基本组标念和基础知识，对单片组成结构、指令成结构、指令系组成结构、指令成结构、指令系1机内部结构、存储器组系统、内部硬件统、内部硬件资系统、内部硬件统、内部硬件资织、指令系统、并行输资源和外部硬源和外部硬件扩资源和外部硬源和外部硬件扩入/输出端口、中断系统、定时/计数器、异步串行口以及常用的件扩展的基本概念认识正确，对单片机指令、展的基本概念认识较正确，对单片机指令、内部件扩展的基本概念认识基本正确，对单片机展的基本概念认识不正确，对单片机指令、内部40外围功能扩展有较系内部功能单元功能单元的工作指令、内部功能功能单元的工作统的认识；熟悉常用的的工作原理以原理以及典型外单元的工作原原理以及典型外单片机指令、内部功能及典型外围功围功能扩展的原理以及典型外围功能扩展的原单元的工作原理、常用能扩展的原理理认识较正确围功能扩展的理认识不正确外围功能扩展的方法认识正确原理认识基本及性能技术指标。正确目能够分析和编写简单对单片机系统对单片机系统的对单片机系统对单片机系统的标的汇编程序；对单片机的功能分析与功能分析与定量的功能分析与功能分析与定量2各模块进行定性的功定量计算正确，计算较正确，分定量计算基本计算错误，分析能分析和定量计算（包分析和编写汇析和编写汇编程正确，分析和编和编写单片机程括控制字、定时初值、译码地址、通信速率编程序正确。应用单片机进行序基本正确。应用单片机进行外写汇编程序有较多错误。应用序完全不正确。应用单片机进行60等）；能够针对自动化外围功能电路围功能电路扩展单片机进行外外围功能电路扩测控的特定需求进行扩展正确。较正确。围功能电路扩展错误较多。功能单元模块的软硬展基本正确。件设计。注：该表格中的比例为期末考试试卷成绩比例。成绩评定为：考试成绩*70%+平均平时成绩*30%。课程目标达成评价《单片机原理及应用》课程目标达成评价分析报告一、课程基本信息课