《单片机测控技术》课程教学大纲

《单片机测控技术》教学大纲课程名称：单片机测控技术课程编号：F098092722英文名称：SingleChipMicrocomputerMeasurementandControlTechnology学时：48学时 学分：3学分开课学期：第4学期适用专业：光电信息科学与工程课程类别：理论课课程性质：专业方向与拓展课先修课程：大学计算机、电路分析基础一、课程的性质及任务《单片机测控技术》课程是光电信息科学与工程专业学生的专业方向与拓展课，通过本课程的学习，使学生能够了解单片机技术在信号测量与外部设备控制中的地位与作用；了解单片机内部的结构组成；能够理解单片机最小系统中基本电路的组成、元件工作原理和最小系统的设计规则；能够掌握单片机方面的基本知识和在本课程领域内分析与处理一些最基本问题的初步能力。依据河北工程大学光电信息科学与工程专业培养计划，本课程需要培养学生的能力是：了解国情，理解社会主义核心价值观，维护国家利益，具有推动民族复兴和社会进步的责任感。（毕业要求指标3.2）理解光电信息科学与工程实施中团队合作的必要性，能够组织、指挥和协调开展工作，并有效发挥作用。（毕业要求指标3.5）掌握单片机工作原理及接口等工程基础知识，能将其用于解决电子电路类相关的工程问题。（毕业要求指标1.2）掌握本专业所需的计算机基础、软件开发及应用等必要的知识，具备从事信息系统技术工作的能力。（毕业要求指标1.3）掌握光电信息科学与工程领域所需的专业基础知识和基本原理，具备选择合适工程技术，分析具体问题的能力。（毕业要求指标2.2）具有分析光电信息科学与工程领域的综合性工程实践和复杂工程问题，获得有效结论的能力。（毕业要求指标2.4）二、课程目标与要求2.1课程目标了解单片机的基本概念、单片机的发展历程，掌握包括进制数、进制数之间的转换、算术/逻辑运算、单片机中数值的表示形式。掌握单片机的内部结构、引脚功能，理解内部存储器及其配置，理解堆栈操作。掌握单片机指令的寻址方式、单片机助记符指令的功能、熟悉各类指令对标志位的影响，掌握算术运算、逻辑运算和控制转移指令的功能和用法。了解汇编语言程序的三种基本程序结构，掌握程序设计的基本方法并编写应用程序。了解中断的基本概念、中断源的组成、中断向量、中断控制和中断优先级，掌握中断功能的使用方法。了解定时器/计数器的计数和定时功能，理解定时器/计数器控制的寄存器功能，掌握定时器工作方式、定时/计数器设计系统需要的定时计数功能。了解51单片机串行口的结构，掌握单片机串行口的使用方法，掌握建立计算机与单片机通信的设计功能。了解数字量和模拟量之间的关系，了解单片机与常用A/D、D/A转换器的接口方法，掌握典型A/D、D/A接口的使用方法。

.4目标达成度的评价课程目标1、2主要通过理论教学环节进行培养，在课后作业中有所涉及。主要通过课堂提问互动、课后作业中概念性、原理性知识进行考查。目标达成综合以上内容进行评价。课程目标3、4主要通过理论教学环节、实例展示、具体程序语句设计进行培养，在课后作业中有所涉及。主要通过课堂提问互动、课后作业具体程序编写中对相关知识点进行考查。目标达成综合以上内容进行评价。课程目标5、6主要通过理论教学环节、实例展示、具体设计讲解进行培养，在课内实验有知识掌握和应用要求。主要通过中断的应用与信号控制、定时计数器的延时与控制特性等题目进行考查，在实验中体现为能根据具体功能需求选择合适的设计元件并完成题目。目标达成综合以上内容进行评价。课程目标7主要通过理论教学环节和案例演示中进行培养，在课内实验中有应用要求。主要通过课堂讲解、仿真演示、实验应用中进行考查。目标达成综合以上内容进行评价。课程目标8主要通过理论教学环节、仿真演示、案例设计过程进行培养，在课内实验有应用要求。主要通过课堂互动提问以及在实验报告中体现为能给出符合要求的信号转换系统原理图及合理的参数。目标达成综合以上内容进行评价。三、教学方法及手段1.理论教学以课堂讲授为主，面向基础知识的准确、扎实掌握，突出对原理的分析、对方法的总结以及理论体系的完整建立；2.理论教学强调将单片机测控技术的理论特性与工程实现的实际情况紧密联系，面向知识的实际应用；3.理论教学注重本课程与计算机基础、电路分析基础等先修课程的联系，以对信号测量和控制的需求作为本课程知识的应用背景，结合计算机组成及工作原理的相关理论解释本课程的有关概念和原理，基于电路分析的基础知识掌握单片机测控技术的分析、计算与设计。4.理论教学与课内实验相结合，进行单片机知识的应用与训练。5.课程强调学生的自主学习，强调通过自学的方式消化、吸收课程的庞大知识量，并在此基础上举一反三。四、课程的基本内容与教学要求第1章单片机的基础知识[教学目的与要求]：理解单片机的基本概念，了解当前市场主流单片机的型号及种类，了解单片机技术的发展历史，掌握包括进制数、进制数之间的转换、算术/逻辑运算、单片机中数值的表示形式。[本章主要内容]：1.1单片机基础知识（支撑课程目标1）1.2单片机发展历史1.3单片机的基本组成结构（支撑课程目标1）1.4单片机中所使用的进制数（支撑课程目标1）1.5单片机中进制数的转换（支撑课程目标1）1.6单片机中的逻辑运算1.7单片机的基本运行[本章重点]：1.进制数中权2.基数等概念3．单片机中进制数的转换4．单片机中的原码、反码、补码的表示方法[本章难点]：1.进制数的转换2.单片机中的原码、反码、补码的表示方法第2章单片机的硬件结构[教学目的与要求]：掌握单片机的内部结构、各引脚功能，理解51单片机内部存储器组成及其配置，理解和掌握单片机的堆栈操作。[本章主要内容]：1.80C51单片机的逻辑结构及信号引脚（支撑课程目标2）2.80C51单片机的内部存储器（支撑课程目标2）3.80C51单片机的并行I/O口（支撑课程目标2）4.80C51单片机的时钟与定时（支撑课程目标2）5．80C51单片机的系统复位（支撑课程目标2）[本章重点]：1．单片机的逻辑结构及信号引脚2．内部数据存储器低128单元区3．内部数据存储器高128单元区[本章难点]：1．内部存储器2．堆栈操作第3章单片机指令系统[教学目的与要求]：掌握单片机指令的寻址方式，熟练掌握单片机助记符指令的功能，熟悉各类指令对标志位的影响，掌握算术运算、逻辑运算和控制转移指令的功能和用法。[本章主要内容]：3.1单片机指令系统概述3.2单片机指令寻址方式（支撑课程目标3）3.3单片机指令分类介绍（支撑课程目标3）[本章重点]：1.各种寻址方式的用法2．数据传送类指令3．算术运算类指令4．控制转移类指令5．各种指令用法[本章难点]：1．单片机指令中操作数的寻址方式第4章单片机汇编语言程序设计[教学目的与要求]：了解汇编程序的三种基本结构，掌握程序设计的基本方法并编写应用程序[本章主要内容]：3.1单片机程序设计语言概述3.2汇编语言程序的基本结构形式（支撑课程目标4）3.3单片机汇编语言程序设计（支撑课程目标4）3.4单片机汇编语言源程序的编辑和汇编（支撑课程目标4）3.580C51单片机汇编语言伪指令[本章重点]：1．顺序程序结构2．分支程序结构3．循环程序结构[本章难点]：1．程序设计2．应用程序编写第5章单片机的中断与定时[教学目的与要求]：理解中断的基本概念，掌握单片机中断系统的结构，能够掌握中断源、中断向量、中断控制和中断优先级的应用。[本章主要内容]：5.1中断概述（支撑课程目标5）5.280C51单片机的中断系统（支撑课程目标5）5.380C51单片机的中断处理过程（支撑课程目标5）[本章重点]：中断向量51单片机的中断源3．中断响应处理过程[本章难点]：1.中断的控制第6章单片机的定时计数器[教学目的与要求]：了解定时器/计数器的计数和定时功能，理解定时器/计数器控制的寄存器功能，掌握定时器工作方式、定时/计数器设计系统需要的定时计数功能。[本章主要内容]：6.1定时计数器的结构和工作原理（支撑课程目标6）6.280C51单片机定时计数器的控制（支撑课程目标6）6.380C51单片机的定时器/计数器的工作方式（支撑课程目标6）[本章重点]：定时计数器的控制单片机的定时器/计数器3．定时计数器的工作方式[本章难点]：定时计数器的工作方式第7章80C51单片机串行通信[教学目的与要求]：了解51单片机串行口的结构，掌握单片机串行口的使用方法，掌握建立计算机与单片机通信的设计功能。[本章主要内容]：7.1串行通信基础知识（支撑课程目标7）7.280C51串行口（支撑课程目标7）7.380C51串行口工作方式（支撑课程目标7）7.4串行通信数据传输速率7.5串行通信应用[本章重点]：1．串行口硬件结构2．串行工作方式3．波特率[本章难点]：串行口的工作方式、双机通信、定时器波特率的应用第8章单片机A/D及D/A转换[教学目的与要求]：了解数字量和模拟量之间的关系，了解单片机与常用A/D、D/A转换器的接口方法，掌握典型A/D、D/A接口的使用方法。[本章主要内容]：8.1单片机测控系统与模拟输入通道8.2A/D转换器接口（支撑课程目标8）8.3D/A转换器接口（支撑课程目标8）8.4A/D与D/A转换器芯片的串行接口[本章重点]：1．A/D转换器接口2．D/A转换器接口[本章难点]：转换器原理及应用五、课内实验5.1本课程实验教学的地位和作用单片机实验是巩固和扩展课程理论知识的必要环节。理解单片机的基本原理和一般设计规则。掌握单片机测控技术中的最小系统和信号测量与控制的设计方法。认识单片机技术在测量和控制系统中的地位和作用。能根据要求组建单片机最小系统，能根据设计的需求构建及连接实验电路，能准确、合理应用单片机最小系统完成调试与实验，并记录分析实验数据，验证实验效果。通过实验提高学生解决实际工程问题的能力，锻炼学生分析、调试电路、排除电路故障、设计实现综合实验以及撰写实验报告的能力。5.2教学基本要求通过实验预习及设计，理解单片机中典型电路最小系统的基本组成和一般设计规则，也可结合电路仿真软件完成相关电路的仿真，为实验的顺利开展奠定基础。根据要求动手连接电路，掌握特定单片机最小系统的设计、电路连接、信号调试和单片机整体系统综合性能的测试方法；熟悉常用实验元件的正确操作；学会从单片机最小系统组成和工作原理出发，检查与排除实验电路和实验系统故障。正确处理实验数据，分析内在规律，掌握处理实验结果的能力。结合实际应用，认识单片机测控技术在信号控制及测量系统中的地位和作用。5.3实验内容及要求大纲基本内容包括八个实验项目，在16个学时内完成。实验一I/O口控制实验本实验为验证性实验。通过实验单片机最小系统、单片机I/O口引脚对外部元件的控制过程及工作原理，锻炼学生理解、连接、分析、调试单片机组成电路的能力。培养学生具有分析检查与排除故障和处理实验结果的能力。要求学生课前预习实验指导书，根据实验指导书提供的背景知识并参考课程所用教材完成单片机系统的分析，实现单片机I/O口的控制。指导教师应概述实验的原理、方法及元件使用等内容，并对典型问题作针对性指导，以及监督实验过程的运转。通过学生在实验过程中的协调工作，理解团队合作的必要性，能够组织、指挥和协调开展工作，提升学生的团队协作能力。实验内容要求如下：课前预习内容：单片机的最小系统工作原理。单片机I/O口的工作原理。I/O口控制实验中各元件的正确使用方法。单片机I/O口控制电路实现。要求：利用单片机I/O口的两个引脚作输出接两个发光二极管，另两个I/O口的引脚作输入接两个拨断开关。根据拨动开关的组合状态，点亮相应的发光二极管。程序读取开关状态，并在发光二极管上显示出来。延时子程序的编写和使用。要求：利用单片机的延时功能，利用编程软件编辑延时程序，对程序进行编译和调试，并利用所编写的程序控制发光二极管的发光状态。实验二蜂鸣器驱动实验本实验为验证性实验。通过实验单片机最小系统、单片机I/O口引脚对蜂鸣器的控制过程及工作原理，锻炼学生理解、连接、分析、调试单片机组成电路的能力。培养学生具有分析检查与排除故障和处理实验结果的能力。要求学生课前预习实验指导书，根据实验指导书提供的背景知识并参考课程所用教材完成单片机系统的分析，实现单片机对蜂鸣器的控制。指导教师应概述实验的原理、方法及元件使用等内容，并对典型问题作针对性指导，以及监督实验过程的运转。通过学生在实验过程中的协调工作，理解团队合作的必要性，能够组织、指挥和协调开展工作，提升学生的团队协作能力。实验内容要求如下：课前预习内容：单片机的最小系统工作原理。单片机控制蜂鸣器的工作原理。控制蜂鸣器实验中各元件的正确使用方法。单片机蜂鸣器控制电路实现。要求：本实验是利用单片机驱动扬声器发声，声音的频率高低由延时快慢控制。利用单片机发出的声音控制程序，可以让蜂鸣器发出不同频率，不同长短的声音。蜂鸣器控制程序的编写和使用。要求：利用单片机的控制功能，利用编程软件编辑蜂鸣器的控制程序，对程序进行编译和调试，并利用所编写的程序控制蜂鸣器发声的状态。实验三串转并实验本实验为验证性实验。通过实验单片机最小系统、单片机串并信号转换的控制过程及工作原理，锻炼学生理解、连接、分析、调试单片机组成电路的能力。培养学生具有分析检查与排除故障和处理实验结果的能力。要求学生课前预习实验指导书，根据实验指导书提供的背景知识并参考课程所用教材完成单片机系统的分析，实现单片机对串转并的控制。指导教师应概述实验的原理、方法及元件使用等内容，并对典型问题作针对性指导，以及监督实验过程的运转。通过学生在实验过程中的协调工作，理解团队合作的必要性，能够组织、指挥和协调开展工作，提升学生的团队协作能力。实验内容要求如下：课前预习内容：单片机的最小系统工作原理。单片机控制串转并信号的工作原理。控制串转并实验中各元件的正确使用方法。单片机串转并控制电路实现。要求：本实验是利用单片机将输入的串行数转换成并行数输出，通过发光二极的亮灭现象验证单片机对信号转换的功能。利用单片机控制相应信号转换元件，通过单片机引脚输出端输出，引脚输入端端输入，结合二极管的状态显示，观察串行数据到并行数据的转换。串转并程序的编写和使用。要求：利用单片机的控制功能，利用编程软件编辑串转并程序，对程序进行编译和调试，并利用所编写的程序控制串转并数据的功能。实验四并转串实验本实验为验证性实验。通过实验单片机最小系统、单片机并串信号转换的控制过程及工作原理，锻炼学生理解、连接、分析、调试单片机组成电路的能力。培养学生具有分析检查与排除故障和处理实验结果的能力。要求学生课前预习实验指导书，根据实验指导书提供的背景知识并参考课程所用教材完成单片机系统的分析，实现单片机对并转串的控制。指导教师应概述实验的原理、方法及元件使用等内容，并对典型问题作针对性指导，以及监督实验过程的运转。通过学生在实验过程中的协调工作，理解团队合作的必要性，能够组织、指挥和协调开展工作，提升学生的团队协作能力。实验内容要求如下：课前预习内容：单片机的最小系统工作原理。单片机控制并转串信号控制的工作原理。控制并转串实验中各元件的正确使用方法。单片机并转串控制电路实现。要求：本实验是利用单片机将输入的并行数转换成串行数输出，通过发光二极的亮灭现象验证单片机对信号转换的功能。利用单片机控制相应信号转换元件，通过单片机引脚输出端输出，引脚输入端端输入，结合二极管的状态显示，观察并行数据到串行数据的转换。并转串程序控制的编写和使用。要求：利用单片机的控制功能，利用编程软件编辑并转串程序，对程序进行编译和调试，并利用所编写的程序控制并转串数据的功能。实验五译码器实验本实验为验证性实验。通过实验单片机最小系统、单片机译码器的控制过程及工作原理，锻炼学生理解、连接、分析、调试单片机组成电路的能力。培养学生具有分析检查与排除故障和处理实验结果的能力。要求学生课前预习实验指导书，根据实验指导书提供的背景知识并参考课程所用教材完成单片机系统的分析，实现单片机对译码器的控制。指导教师应概述实验的原理、方法及元件使用等内容，并对典型问题作针对性指导，以及监督实验过程的运转。通过学生在实验过程中的协调工作，理解团队合作的必要性，能够组织、指挥和协调开展工作，提升学生的团队协作能力。实验内容要求如下：课前预习内容：单片机的最小系统工作原理。单片机控制译码器的工作原理。控制译码器实验中各元件的正确使用方法。单片机译码器控制电路实现。要求：本实验是利用单片机将输入的三路信号转换成八路信号输出，通过发光二极的亮灭现象验证单片机对译码器的功能。利用单片机控制相应译码器信号转换元件，通过单片机引脚的状态变化，结合二极管的状态显示，观察译码器的译码。译码器控制程序的编写和使用。要求：利用单片机的控制功能，利用编程软件编辑并转串程序，对程序进行编译和调试，并利用所编写的程序控制译码器的译码功能。实验六查询式键盘实验本实验为验证性实验。通过实验单片机最小系统、单片机I/O口引脚对查询式键盘的控制过程及工作原理，锻炼学生理解、连接、分析、调试单片机组成电路的能力。培养学生具有分析检查与排除故障和处理实验结果的能力。要求学生课前预习实验指导书，根据实验指导书提供的背景知识并参考课程所用教材完成单片机系统的分析，实现单片机对查询式键盘的控制。指导教师应概述实验的原理、方法及元件使用等内容，并对典型问题作针对性指导，以及监督实验过程的运转。通过学生在实验过程中的协调工作，理解团队合作的必要性，能够组织、指挥和协调开展工作，提升学生的团队协作能力。实验内容要求如下：课前预习内容：单片机的最小系统工作原理。单片机控制查询式键盘的工作原理。控制查询式键盘实验中各元件的正确使用方法。单片机查询式键盘控制电路实现。要求：本实验是利用单片机实现键盘的控制，利用单片机的输入输出功能形成一个查询式键盘，并对键盘的功能进行测试，实现按键与数码管显示的一一对应。查询式键盘控制程序的编写和使用。要求：利用单片机的控制功能，利用编程软件编辑查询式键盘的控制程序，对程序进行编译和调试，并利用所编写的程序控制查询式键盘按键和显示的状态。实验七阵列键盘实验本实验为验证性实验。通过实验单片机最小系统、单片机I/O口引脚对阵列式键盘的控制过程及工作原理，锻炼学生理解、连接、分析、调试单片机组成电路的能力。培养学生具有分析检查与排除故障和处理实验结果的能力。要求学生课前预习实验指导书，根据实验指导书提供的背景知识并参考课程所用教材完成单片机系统的分析，实现单片机对阵列式键盘的控制。指导教师应概述实验的原理、方法及元件使用等内容，并对典型问题作针对性指导，以及监督实验过程的运转。通过学生在实验过程中的协调工作，理解团队合作的必要性，能够组织、指挥和协调开展工作，提升学生的团队协作能力。实验内容要求如下：课前预习内容：单片机的最小系统工作原理。单片机控制阵列式键盘的工作原理。控制阵列式键盘实验中各元件的正确使用方法。单片机阵列式键盘控制电路实现。要求：本实验是利用单片机实现键盘的控制，利用单片机的输入输出功能形成一个阵列式键盘，并对键盘的功能进行测试，实现按键与数码管显示的一一对应。阵列式键盘控制程序的编写和使用。要求：利用单片机的控制功能，利用编程软件编辑阵列式键盘的控制程序，对程序进行编译和调试，并利用所编写的程序控制阵列式键盘按键和显示的状态。实验八点阵显示实验本实验为验证性实验。通过实验单片机最小系统、单片机I/O口引脚对点阵显示的控制过程及工作原理，锻炼学生理解、连接、分析、调试单片机组成电路的能力。培养学生具有分析检查与排除故障和处理实验结果的能力。要求学生课前预习实验指导书，根据实验指导书提供的背景知识并参考课程所用教材完成单片机系统的分析，实现单片机对点阵显示的控制。指导教师应概述实验的原理、方法及元件使用等内容，并对典型问题作针对性指导，以及监督实验过程的运转。通过学生在实验过程中的协调工作，理解团队合作的必要性，能够组织、指挥和协调开展工作，提升学生的团队协作能力。实验内容要求如下：课前预习内容：单片机的最小系统工作原理。单片机控制点阵显示的工作原理。控制点阵显示实验中各元件的正确使用方法。单片机点阵显示控制电路实现。要求：本实验是利用单片机实现对点阵的控制，利用单片机的输入输出功能形成一个点阵显示，并对点阵显示的功能进行测试，实现点阵按照编辑程序进行正常显示。点阵显示控制程序的编写和使用。要求：利用单片机的控制功能，利用编程软件编辑点阵显示的控制程序，对程序进行编译和调试，并利用所编写的程序控制点阵显示的状态。5.4教学文件及教学形式教学文件：自编《单片机测控技术实验指导书》。教学形式主要包括：预习、课堂指导与实验操作、撰写实验报告。实验报告按照同意模板撰写。实验报告包括：描述实验目的、内容，元件连接方式，详细实验程序，要有完整实验结果或实验现象。5.5本课程实验用到的仪器设备及仪表单片机综合实验箱、计算机（编程使用）。六、课程学时分配教学课次教学内容教学环节与计划时数教学环节计划时数1单片机的基本概念、单片机的发展历程，包括进制数、进制数之间的转换、算术/逻辑运算、单片机中数值的表示形式。理论课22单片机的内部结构、引脚功能，内部存储器及其配置，理解堆栈操作。理论课43单片机指令的寻址方式、单片机助记符指令的功能、各类指令对标志位的影响，算术运算、逻辑运算和控制转移指令的功能和用法。理论课64汇编语言程序的三种基本程序结构，程序设计的基本方法并编写应用程序。理论课45中断的基本概念、中断源的组成、中断向量、中断控制和中断优先级，中断功能的使用方法。理论课46定时器/计数器的计数和定时功能，定时器/计数器控制的寄存器功能，定时器工作方式、定时/计数器设计系统需要的定时计数功能。理论课4751单片机串行口的结构，单片机串行口的使用方法，建立计算机与单片机通信的设计功能。理论课48数字量和模拟量之间的关系，单片机与常用A/D、D/A转换器的接口方法，典型A/D、D/A接口的使用方法。理论课49实验1I/O口控制实验实验课210实验2蜂鸣器驱动控制实验课211实验3串转并实验实验课212实验4并转串实验实验课213实验5译码器实验实验课214实验6查询式键盘实验实验课215实验7阵列式键盘实验实验课216实验8点阵显示实验实验课2七、课程考核与成绩评定7.1考核方式考核环节包括课程学习过程考核和期末论文，其中课程过程考核占总成绩的40%，分别由课堂表现、课后作业、实验情况进行评定；期末论文成绩占总成绩的60%。各环节的比重如下。考核环节比重合计过程考核（平时成绩）课堂表现15%40%作业15%实验10%期末成绩期末论文60%60%总计100%100%7.2考核内容及要求本课程为考查课。考核内容及分值分配如下。考核方式考核内容分值课程目标总分值期末论文60%单片机测控综合知识100目标1、2、3、4、5、6、7、8的综合体现100分过程考核40%课堂表现课堂测试、出勤情况15目标1、2、3、4、5、6、715分课后作业作业完成情况15目标2、3、4、6、715分实验实验出勤、实验表现及实验报告10目标5、6、7、810分7.3成绩评定1.课堂表现课堂表现总分15分，由课堂出勤情况评定。课堂出勤满分5分，缺勤一次扣1分，迟到扣0.5分。2.课后作业课后作业总分15分，由作业完成情况评定。每学期布置作业5次，每次作业占3分，评分标准如