《单片机原理与接口技术》教学大纲

《单片机原理与接口技术》教学大纲课程编号：13220443英文名称：PrincipleandInterfaceCircuitofSingle-chipMicrocomputer学分：3学时：总学时56学时，其中理论40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：专业基础课授课对象：电气工程及其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电气工程及其自动化系学生的专业基础课，主要目标是使学生在了解并熟练掌握单片机的内部结构的基础上，掌握单片机的基本工作原理，掌握单片机系统的设计方法，通过理论学习和实践环节，使学生具备单片机的初步应用能力，能利用单片机完成基础的自动测控系统，为将来从事单片机应用系统的开发打下坚实的基础。本课程拟达到的课程目标：课程目标1：能运用电路、电子技术、单片机工作原理等相关基础知识，识别和判断复杂嵌入式系统中的信号采集、人机接口、功率驱动、数据通讯等关键环节；课程目标2：能认识到电气工程领域电路、电气、电力等应用系统的设计有多种方案可选择，会通过文献研究寻求可替代的更优解决方案；课程目标3：了解电气工程领域电路、电气、电力等等行业的国际发展趋势、研究热点。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2.1能运用电路、电气、电力等相关科学原理，识别和判断复杂工程问题的关键环节；课程目标1M2.3能认识到解决电气工程相关领域的问题有多种方案可选择，会通过文献研究寻求可替代的解决方案；课程目标2H10.2了解电气工程相关领域的国际发展趋势、研究热点和差异；课程目标3H三、教学内容、基本要求与学时分配1．理论教学内容序号教学内容基本要求及重、难点（含德育要求）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。基本要求：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。重点：单片机的工程应用。难点：单片机的工作过程德育要求：创新意识1集中讲授课程目标1课程目标2课程目标32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。基本要求：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。重点：单片机硬件结构及工作原理难点：单片机工作时序德育要求：立德树人3集中讲授课程目标1课程目标2课程目标33C51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。基本要求：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。重点：C语言在单片机中的应用。难点：C51变量的存储方式德育要求：爱岗敬业2讲学做课程目标1课程目标2课程目标34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。基本要求：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重点：单片机端口的输入输出控制。难点：单片机端口电气特性德育要求：社会责任8讲学做课程目标1课程目标2课程目标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。基本要求：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。重点：中断系统编程应用。难点：外部中断响应过程德育要求：科学素养4讲学做课程目标1课程目标2课程目标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。基本要求：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1、2的使用方法及中断应用方式。重点：定时器工作原理难点：定时器编程应用德育要求：工匠精神6讲学做课程目标1课程目标2课程目标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。基本要求：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。重点：串口编程应用难点：串口数据通讯时序德育要求：理想信念6讲学做课程目标1课程目标2课程目标38综合应用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：（1）常用接口：A/D、D/A接口，LCD显示接口；（2）串行扩展：单总线串行扩展、SPI总线串行扩展、I2C总线串线扩展（3）控制与检测：PWM驱动控制直流电机、捕获测频率等。基本要求：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以及自动化领域常用的控制与检测方法。重点：常用接口的编程应用难点：满足系统目标的多种方案选择德育要求：热爱祖国10讲学做课程目标1课程目标2课程目标3合计402．实验教学内容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验证课程目标1课程目标2课程目标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设计课程目标1课程目标2课程目标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设计课程目标1课程目标2课程目标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设计课程目标1课程目标2课程目标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设计课程目标1课程目标2课程目标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3综合课程目标1课程目标2课程目标37数字秒表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3综合课程目标1课程目标2课程目标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：项目驱动、集中指导、个别答疑。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。课后项目：运用电路电子技术、单片机基本原理，常用传感器及接口电路等相关知识及C51编程技术，设计开发自动化领域智能仪器仪表、机器人与智能控制等相关应用系统。五、学业评价和课程考核（一）考核方式及具体要求1.课程成绩构成与要求课程考核注重形成性和终结性评价相结合，考核内容主要由实验考核、项目考核、期末考核组成，均按百分制计分，其中期末考核成绩占40%、实验成绩占30%、项目考核成绩占30%。2.课程目标达成考核与评价序号教学环节课程目标1（分值）课程目标2（分值）课程目标3（分值）合计1实验考核101010302项目考核101010303期末考试10151540课程目标对应分值303535100（二）考核与评价标准1.实验成绩考核与评价标准分值观测点90-100分80-89分70-79分60-69分0-59分实验考核快速完成实验内容，达到实验目标，能设计合理的单片机应用电路选择优化的编程思路；实验报告内容完整，能结合实际应用，对两种以上硬件电路设计方案和软件设计思路进行分析比较；能查阅资料，列举分析两种以上与本实验相关单片机硬件资源的流行趋势，并说明应用前景。按时完成实验内容，达到实验目标，能理解单片机应用电路原理并独立编写程序；实验报告内容完整，能结合两种以上硬件电路设计方案和软件设计思路进行分析比较；能查阅资料，列举比较两种以上与本实验相关单片机硬件资源的流行趋势。按时完成实验内容，达到实验目标，理解实验相关知识；实验报告内容完整，能列举两种以上硬件电路设计方案和软件设计思路；能查阅资料，列举两种以上与本实验相关单片机硬件资源的流行趋势。完成实验内容，达到实验目标；实验报告内容只对本设计硬件电路原理和软件设计思路进行了解释说明；只对本实验相关单片机硬件资源进行了说明。未完成实验内容；实验报告内容不完整，没有硬件电路设计方案和软件设计思路的分析；没有对本实验相关单片机硬件资源进行调研。2.综合项目考核与评价标准分值观测点90-100分80-89分70-79分60-69分0-59分项目考核按时完成项目，功能完美；项目报告格式规范，内容完整；项目报告能针对项目要求以及应用合理性，提出多种设计方案并进行分析比较；查阅资料，了解本项目设计的流行趋势，并对几种流行的设计方法进行分析比较，并说明应用前景。按时完成项目，功能完整；项目报告格式规范，内容完整，项目报告能提出多种设计方案并进行分析比较；查阅资料，了解本项目设计的流行趋势，并对几种流行的设计方法进行分析比较。按时完成项目，功能满足题目基本求；项目报告格式规范，内容完整，项目报告能列举多种设计方案；查阅资料，了解本项目设计的流行趋势，列举几种流行的设计方法。完成项目，功能满足题目主要部分要求；项目报告格式规范，项目报告只对本设计方案硬件电路原理和软件编程进行了分析；只简要说明了本项目设计相关的流行趋势。未完成项目，系统主要功能未实现；项目报告内容不完整，没有对项目硬件电路原理和软件编程进行了说明；没有对本项目设计相关的流行趋势进行说明。4.期末试卷考核与评价标准根据课程目标及教学内容，设计期末考核试题，综合检验学生对课程相关知识的掌握、以及对自动化相关领域流行趋势的了解和工程问题多种解决方案的认识，根据考试题目设计相应评分标准。六、教材与参考书（一）推荐教材1．《单片机原理及应用--