《车用微控制器及接口技术》教学大纲

《车用微控制器及接口技术》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：04133021课程性质：学科基础必修课学分：3学分学时：48学时（理论40学时，实验8学时）先修课程：电工与电子技术、C程序设计后续课程：汽车电器与电控技术、智能汽车环境感知技术、汽车CAN总线技术适用专业：车辆工程开课单位：车辆与交通工程学院一、课程说明《车用微控制器及接口技术》是车辆工程专业的一门学科基础必修课。本课程主要讲授常用的微控制器——C51单片机的硬件资源及工作原理，使学生掌握基于单片机的车用控制器的基本开发和应用，为学习其他有关课程及以后从事技术工作打下必要的基础。本课程注重基本理论知识的深入学习，同时还设置了一定的实验环节，强调培养运用基础理论知识解决实际中问题的能力，力求通过实验环节，软、硬结合，培养学生初步的车用微控制系统开发能力，努力培养“厚基础、宽口径、高素质、强能力”的全面人才。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握单片机的基本知识以及应用领域，能够通过单片机控制常见显示器件，能够通过常见的输入器件向单片机输入基本信息；掌握开关、键盘等接口设计与软件编程技巧；掌握中断系统、定时器/计数器、串口通信和数模转换的工作原理。课程目标2：能够运用单片机硬件知识、C51语言编程基本知识、相关软件知识进行单片机接口设计、中断系统设计、定时器/计数器设计等；培养学生自主学习能力及对职业的认同感和自豪感；使学生能够在一定目标下，负责、踏实、稳定、注重质量地完成工作任务。课程目标3：能从单片机技术发展及我国芯片技术发展中，了解到我国在芯片领域的短板和国家对汽车行业的扶持政策与发展规划；了解并行扩展技术和车用控制器的接口特点；掌握串行通信工作原理，具备串行通信的设计和应用能力；培养学生爱国情操，能够运用掌握的知识服务于国家建设。三、课程目标与毕业要求《车用微控制器及接口技术》课程教学目标对车辆工程专业毕业要求的支撑见表1。

表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度3.设计/开发解决方案3.2能够根据要求，设计开发实现特定功能的复杂汽车电控系统和单元（部件）。课程目标1：掌握单片机的基本知识以及应用领域，能够通过单片机控制常见显示器件，能够通过常见的输入器件向单片机输入基本信息；掌握开关、键盘等接口设计与软件编程技巧；掌握中断系统、定时器/计数器、串口通信和数模转换的工作原理。课程目标2：能够运用单片机硬件结构知识、C51语言编程基本知识、相关软件知识进行单片机接口设计、中断系统设计、定时器/计数器设计等；培养学生自主学习能力及对职业的认同感和自豪感；使学生能够在一定目标下，负责、踏实、稳定、注重质量地完成工作任务。H5.使用现代工具5.1掌握车辆工程领域常用的现代仪器、信息技术工具、工程工具和模拟软件的使用原理和方法。课程目标2：能够运用单片机硬件结构知识、C51语言编程基本知识、相关软件知识进行单片机接口设计、中断系统设计、定时器/计数器设计等；培养学生自主学习能力及对职业的认同感和自豪感；使学生能够在一定目标下，负责、踏实、稳定、注重质量地完成工作任务。H12.终身学习12.1具有勤奋求学、精于探索的素养，对问题的辩证思维和批判性思维意识，以及不断求知和终身学习的素养。课程目标2：能够运用单片机硬件结构知识、C51语言编程基本知识、相关软件知识进行单片机接口设计、中断系统设计、定时器/计数器设计等；培养学生自主学习能力及对职业的认同感和自豪感；使学生能够在一定目标下，负责、踏实、稳定、注重质量地完成工作任务。课程目标3：能从单片机技术发展及我国芯片技术发展中，了解到我国在芯片领域的短板和国家对汽车行业的扶持政策与发展规划；了解并行扩展技术和车用控制器的接口特点；掌握串行通信工作原理，具备串行通信的设计和应用能力；培养学生爱国情操，能够运用掌握的知识服务于国家建设。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.单片机基础知识与硬件结构1.1单片机概述1.2单片机片内硬件结构教学要求：使学生了解单片机的基本知识以及在汽车上的应用；认识到微处理器技术在我国建设科技强国道路上的作用；掌握单片机的引脚功能、存储器结构、并行I/O端口的工作原理、时钟电路与时序复位电路；了解看门狗定时器和低功耗节电模式。重点：单片机的引脚功能、存储器结构、存储器的读写操作、并行I/O端口的工作原理、单片机最小系统的硬件组成。难点：单片机的存储器结构、并行I/O端口的工作原理。61、2、32.C51程序设计2.1C51编程语言简介2.2C51语言程序设计基础2.3C51语言的函数教学要求：使学生掌握C51语言中常用的数据类型及位变量、字节赋值的方法、基本运算；掌握C51语言的顺序、循环、分支、判断等结构；掌握数组的基本应用方法；了解指针的类型；了解C51语言的函数。重点：C51语言的顺序、循环、分支、判断等结构；数组的基本应用方法。难点：数据类型及位变量、字节赋值的方法、指针的类型。61、23.单片机接口设计3.1单片机控制发光二极管显示3.2单片机控制LED数码管显示3.3独立式键盘的接口设计3.4矩阵式键盘的接口设计教学要求：使学生掌握单片机控制发光二极管的显示原理；掌握开关状态检测原理；掌握单片机控制LED数码管显示的原理；掌握多位数码管的静态与动态显示设计方法；熟练掌握矩阵键盘的设计方法；了解车用控制器接口设计。重点：多位LED数码管的设计；独立键盘的设计；矩阵键盘的设计。难点：多位数码管的动态显示设计，矩阵键盘的设计。841、24.中断系统4.1中断系统结构4.2中断请求与优先级4.3中断请求的响应条件4.4外部中断的使用方法教学要求：使学生掌握中断的相关概念；理解并掌握中断系统的结构及工作原理；熟练掌握中断处理过程及中断应用程序的编制和设计方法；掌握扩充外部中断的方法。重点：单片机中断系统的硬件结构及工作原理；中断功能寄存器的使用方法。难点：中断系统的工作原理；中断处理过程及中断应用程序设计。621、25.定时器/计数器5.1定时器/计数器的结构与工作方式5.2MCS-51系列单片机定时器/计数器的控制与工作方式5.3定时器/计数器的应用编程教学要求：使学生了解定时器/计数器的结构；掌握定时器/计数器的4种工作方式；能够通过编程使用定时器/计数器设计简单的应用电路及程序；具备定时/计数思维，养成诚信守时习惯。重点：定时器/计数器的控制、工作方式及应用编程。难点：定时器/计数器的4种工作方式及其逻辑结构框图；定时器/计数器的应用编程。621、26.串行口通信6.1串行通信基础知识6.2串行接口及控制寄存器6.3串行接口的工作方式6.4波特率的设计6.5串行口的应用教学要求：使学生了解串行通信的相关概念、结构与工作原理；掌握串行接口的控制及工作方式；掌握串行通信波特率的制定方法；熟悉MCS-51串行口的多机通信及串行口的应用；了解车用控制器通信方式。重点：串行接口的控制、工作方式；串行接口的波特率设计及应用。难点：串行口的多机通信应用。41、2、37.数模接口7.1单片机扩展DAC概述7.2DAC0832的应用设计7.3单片机扩展ADC概述7.4ADC0809的应用设计教学要求：使学生掌握D/A转换器的工作原理及D/A芯片结构；了解DAC0832的基本使用方法；掌握A/D芯片的基本原理和功能；了解ADC0809的基本使用方法；了解我国在芯片技术上的突破及汽车的转换芯片作用。重点：D/A转换器的工作原理及A/D转换器工作原理；DAC0832的基本使用方法；ADC0809的使用方法。难点：DAC0832基本使用方法；ADC0809的使用方法。41、3合计4082.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.单片机接口设计实验内容：通过单片机控制LED数码管显示，点亮一个LED、控制LED闪烁、控制LED流水灯。通过单片机控制按键、键盘，点亮LED、显示数码管。实验要求：掌握单片机的开关状态检测方法；能够使用单片机控制LED数码管显示；能够进行单片机的键盘接口设计。41、2、32.单片机中断系统应用设计实验内容：通过单一外中断方式编程实现控制LED亮灭。通过多个外中断方式编程实现控制LED闪烁。通过中断嵌套方式编程实现控制LED流水灯显示。实验要求：理解中断处理过程；掌握中断应用程序的编制和设计方法；能够进行简单的中断嵌套应用设计。21、23.定时器/计数器T0应用——制作LED数码管秒表实验内容：使用定时器T0方式1的定时中断方式，进行计时，并将时间显示在数码管，实现LED数码管秒表功能。实验要求：能够通过定时中断方式控制LED数码管以设定频率闪烁显示；能够使用定时器/计数器制作一定功能的LED数码管秒表。21、2合计8五、教学方法及手段本课程以课堂教授为主，结合讨论、生活案例、网络视频资源、实验操作等教学手段完成课程理论教学任务和相关动手能力的培养。使学生通过案例和视频资源学习，比较全面深刻地理解单片机的工作原理，并通过实验操作掌握基于单片机的控制系统的基本开发和应用技术。本课程将以丰富的教学资源巩固课堂知识，以全面的实验操作加深知识理解、提升学生的动手能力。在实验教学环节中，确保每位同学都参与、都动手，在实验中确保学生严格遵守实验纪律，按操作规程使用仪器、设备，保证涉电安全；实验结束后，按规定对仪器、设备进行规范化存放，确保实验室安全和设备安全；通过启发式教学、角色扮演培养学生掌握车用微控制器的基本理论、基本知识和基本技能。培养学生实际动手能力、思考能力、创新能力和自主学习能力，激发学生的创新思维。六、课程资源1.推荐教材：（1）张毅刚.单片机原理及应用——C51编程+Proteus仿真[M].北京:高等教育出版社.2021.2.参考书：（1）张毅刚.单片机原理及接口技术(C51编程)(第三版)[M].北京:人民邮电出版社.2020.（2）梅立凤,郭栋.单片机原理及接口技术(第4版)[M].北京:北京交通大学出版社.2018.（3）李全利,李颖.单片机原理及接口技术(第3版)[M].北京:高等教育出版社.2020.3.期刊：（1）孙凤乾,郑太恒,刘海英,刘大鹏.基于STC89C51单片机的数字时钟设计[J].齐鲁工业大学学报,2021,35(03):47-51.（2）王瑞,秦建敏.基于单片机和超声传感的微地震电磁信号远程监测控制方法[J].传感技术学报,2021,34(12):1597-1602.（3）侯志强.单片机船舶导航自动控制系统[J].舰船科学技术,2021,43(04):106-108.（4）刘江虹,吴俊锋,梁艺珍等.基于单片机的配电箱温度监测和火灾报警系统设计[J].消防科学与技术,2020,39(11):1542-1545.（5）桑吴刚.基于AT89C51单片机的智能寻迹小车设计[J].电子测试,2020,14(19):29-31.（6）喻武龙.基于单片机的激光二极管温度控制研究[J].激光杂志,2020,41(01):148-153.（7）RuizhengWang,XuanLiu,XinhaoHuang.DesignofIntelligentHomeSecurityAlarmSystemunderSTC89C51SingleChipMicrocomputer[J].JournalofComputerScienceResearch,2020,2(4):79-83.4.网络资源：（1）单片机原理与应用./u/mooc1470625628507?userId=1019126019（2）基于STC89C51单片机智能化小车控制./p-2220244971.html（3）基于STC89C52单片机系统的综合应用./bbs/dpj-164259-1.html七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现10（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√442实验20（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√884作业10（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√442期末考核60（1）期末考核以课程论文形式考核，课程论文成绩100分，以论文成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核单片机片内硬件结构、单片机片内硬件结构、C51编程语言、单片机接口设计、单片机中断系统的硬件结构及工作原理、定时器/计数器的结构与工作方式、串行口通信、数模接口等内容。（3）论文主题为：基于单片机的车辆灯光信号系统、基于单片机的汽车盲区检测系统、基于单片机的循迹小车设计、基于单片机的汽车门锁控制等。√√√252510合计：100分414118八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、实验、作业、课程论文等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末课程论文成绩和过程性评价成绩组成。其中：课程论文成绩