《单片机原理及接口技术》课程教学大纲

PAGEPAGE12《单片机原理及接口技术》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称单片机原理及接口技术课程编号课程性质必修课课程类别核心课程开课单位轨道交通信号与控制教研室授课学期第5学期学分/学时3/48课内学时48理论授课40上机学时0课内实践0实验学时8课外学时0适用专业测控技术与仪器是否双语否先修课程电路原理、C语言程序设计、数字电子技术后续课程单片机原理及接口技术、测控技术与系统、自动控制系统设计二、课程简介单片机原理与应用是测控技术与仪器专业的学科专业基础课程，是进一步学习后续课程的基础。本课程介绍了以AT89S51单片机为代表的8051系列单片机的结构原理与指令系统，特殊功能寄存器SFR的功能特点及设置方法，系统扩展及接口，单片机应用系统的软硬件设计等，是一门理论严密、逻辑性强，有广阔的工程背景，综合性、实践性较强的课程。学习完本门课程后，学生应该具备一定测控功能的单片机应用系统设计的能力，提高学生分析、设计、调试单片机应用系统的能力，能够较好地将计算机技术与其它工业技术相结合，解决各类实际电子技术问题。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标课程目标1：思政目标通过课程的学习，激发学生求知热情、探索和创新精神，使学生善于思考，勇于实践，让学生意识到国内科技发展的突出实力，增强学生对祖国的自信心、民族自豪感和责任心，同时养成规范操作的职业习惯，具有良好的安全意识、职业道德和敬业精神。课程目标2：知识目标能够分析并阐明AT89S51单片机片内资源组成结构和工作原理，以及片外资源扩展方法，精通单片机应用系统主要环节的设计、调试方法。课程目标3：能力目标能够针对具体问题，运用单片机原理与应用课程相关知识和逻辑思维，分析系统在测量、控制等方面的需求，选择合适的硬件资源搭建单片机应用系统，并实现相应的设计功能。课程目标4：素质目标能够综合运用单片机的基本原理和系统设计方法，并运用包括技术、资源及系统仿真软件等现代工程工具，设计软硬件，获取信息及对信息进行加工的能力，培养分析、解决实际问题的能力。（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标18-具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在测控技术与仪器领域实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任；12-具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力；8-职业规范12-终身学习课程目标21-能够将数学、自然科学、工程基础和测控技术与仪器专业知识用于解决测控与技术领域的复杂工程问题；1-工程知识课程目标32-能够应用数学、自然科学和仪器仪表科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析测控技术与仪器专业相关的复杂工程问题，以获得有效结论；3-能够设计针对测控与技术领域的复杂工程问题的解决方案，设计满足工程需要的测控模块、系统或仪器；2-问题分析3-设计/开发解决方案课程目标45-能够针对测控技术与仪器领域的复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对测控技术与仪器领域的复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性；5-使用现代工具四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容第一单元单片机概述（学时数：2学时）1.课程主要内容单片机的基础知识；单片机的历史及发展概况；单片机的发展趋势；单片机的应用领域；单片机的主流机型；各种扩展型的8051系列单片机；此外对目前使用较多的AVR、PIC单片机进行简介，对嵌入式处理器家族其他成员DSP、嵌入式微处理器也作以介绍，以开阔学生的眼界。2.重点和难点重点：单片机系统的定义、组成及特点。难点：单片机系统的定义及组成。3.学生学习预期成果激发学生学习单片机的兴趣，建立单片机的学习方法。4.教学方式课堂讲授、实物与图片展示法、多媒体辅助教学。5.支撑课程目标课程目标1.课程目标2.第二单元单片机片内硬件结构（学时数：6学时）1.课程主要内容精通单片机的片内硬件结构以及片内的硬件资源。包括单片机的片内硬件结构、引脚功能、CPU组成、存储器的结构、并行I/O端口特性、时钟电路的结构与时序、复位操作和复位电路结构、单片机的最小应用系统、低功耗节电模式等内容。2.重点和难点重点：单片机I/O端口的结构及设计原理，单片机的存储器结构，常见特殊功能寄存器的功能，以及复位电路与时钟电路的设计。难点：单片机的存储器结构。3.学生学习预期成果准确识别各引脚的位置并描述其功能，区分不同类型的存储器及SFR的使用。4.教学方式课堂讲授、多媒体辅助教学。5.支撑课程目标课程目标1.课程目标2.课程目标3.第三单元C51编程语言基础（学时数：6学时）1.课程主要内容熟悉C51语言与标准C语言的差别，C51语言的数据类型与存储类型，C51语言的基本运算，分支与循环结构，数组、指针、函数相关定义与使用方法。2.重点和难点重点：C51语言的数据类型、分支程序、循环程序的设计特点，函数的编写和注意事项。难点：分支程序、循环程序的设计特点。3.学生学习预期成果能够采用这些特殊的线性结构的特性解决实际开发中遇到的一些问题，如表达式求解、排队、字符串查找等问题。4.教学方式课堂讲授、示例分析、多媒体辅助教学。5.支撑课程目标课程目标1.课程目标2.课程目标3.第四单元单片机与开关、键盘及显示器件的接口设计（学时数：8学时）1.课程主要内容发光二极管、LED数码管以及常见输入器件（开关、键盘）的工作原理、接口设计与软件编程。实验：通过单片机P口流水灯实验，精通单片机通用并行I/O接口的使用方法。2.重点和难点重点：单片机并行I/O口的工作原理，常见输入输出接口电路的设计及软件编程。难点：LED数码管的显示实现方法、矩阵按键的工作原理。3.学生学习预期成果能够在实际开发中熟练采用库函数、左右运算符、循环及选择语句等编写程序，实现基本的输入输出操作。在调试过程中，针对出现的问题，提出合适的解决方案。4.教学方式课堂讲授、案例分析、多媒体辅助教学、实验教学。5.支撑课程目标课程目标1.课程目标2.课程目标3.课程目标4.第五单元中断系统的工作原理及应用（学时数：6学时）1.课程主要内容片内中断系统的工作原理及特性，包括中断系统的结构、优先级处理等。外部中断的触发方式、接口设计及软件编程。实验：精通外部中断的操作及编程方法，利用中断策略来解决实际的设计用问题。2.重点和难点重点：中断的工作原理、寄存器设置、中断系统的初始化编程、中断响应的条件及如何撤销、中断系统编程设计案例的分析。难点：外部中断不同中断方式的接口设计，以及外部中断服务函数编写。3.学生学习预期成果能够根据实际情况，选择合适的中断源。能够精通2个外部中断的工作原理，并能利用外部中断灵活解决电子系统中的实际任务。4.教学方式课堂讲授、案例分析、多媒体辅助教学、实验教学。5.支撑课程目标课程目标1.课程目标2.课程目标3.课程目标4.第六单元定时器/计数器的工作原理及应用（学时数：6学时）1.课程主要内容单片机片内定时器/计数器的结构、功能、工作原理、有关特殊功能寄存器、工作模式、工作方式的选择、定时器/计数器的C51编程及设计案例。实验：精通定时器/计数器的初始化及编程方法，利用定时器来解决实际的设计问题。2.重点和难点重点：定时/计数器工作方式1和方式2工作原理；定时/计数器定时和计数方式初始值的计算；定时/计数器的初始化、中断服务函数编写。难点：定时器/计数器计数初值计算以及有关特殊功能寄存器的初始化设置。3.学生学习预期成果能够在实际开发中熟练地根据任务要求和所选用的工作方式计算定时/计数器的初始值，合适、高效地编写初始化程序以及定时器/计数器服务程序，解决电子系统中的实际任务。4.教学方式课堂讲授、案例分析、多媒体辅助教学、实验教学。5.支撑课程目标课程目标1.课程目标2.课程目标3.课程目标4.第七单元串行口的工作原理及应用（学时数：6学时）1.课程主要内容单片机片内串行口的结构与工作原理、有关特殊功能寄存器、串行口的4种工作方式的选择、利用串行口实现双/多机通讯，串行口的C51编程及设计案例。实验：精通串行口通信的操作及编程方法，解决实际的设计应用问题。2.重点和难点重点：单片机串行通信接口的结构、串行口的工作方式1的工作原理；串行口波特率的计算；串行口初始化及中断服务函数的编写。难点：串行口有关特殊功能寄存器的初始化设置，及串行口服务程序的编写。3.学生学习预期成果能够在实际开发中熟练地根据任务要求选用相应的串行口工作方式，合适、高效地编写串行口初始化以及服务程序，解决电子系统中的实际任务。4.教学方式课堂讲授、案例分析、多媒体辅助教学。5.支撑课程目标课程目标1.课程目标2.课程目标3.课程目标4.第八单元单片机系统的并行扩展（学时数：4学时）1.课程主要内容单片机并行扩展技术，地址译码、数据锁存与驱动；程序寄存器扩展技术、数据寄存器的扩展技术，及接口的扩展技术；常用扩展芯片。2.重点和难点重点：存储器扩展电路设计，存储器的扩展、存储器地址的计算，外扩存储器数据的读写。利用74LS244、74LS373扩展并行I/O口的方法。难点：存储器的扩展、存储器地址的计算与读写编程。3.学生学习预期成果能够精通存储器扩展的电路连接，根据任务要求选择适合的连接方式，熟练编写程序实现存储器的读写。4.教学方式课堂讲授、案例分析、多媒体辅助教学。5.支撑课程目标课程目标1.课程目标2.课程目标3.课程目标4.第九单元单片机与DAC、ADC的接口（学时数：4学时）1.课程主要内容单片机扩展ADC、DAC基本概念，典型的ADC、DAC芯片结构、与单片机的硬件接口设计以及接口驱动程序设计，ADC、DAC设计案例。2.重点和难点重点：ADC0809芯片与单片机的接口连接、芯片地址计算、接口驱动程序的C51编程。难点：芯片地址计算，转换原理、转换驱动程序编程。3.学生学习预期成果能够精通ADC、DAC芯片与单片机的接口连接，根据任务要求选择适合连接方式，熟练地编程实现模拟信号与数字信号的相互转换。4.教学方式课堂讲授、案例分析、多媒体辅助教学。5.支撑课程目标课程目标1.课程目标2.课程目标3.课程目标4.（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排课内课外学时比例第一单元单片机概述课堂讲授、实物与图片展示法、多媒体辅助教学课程目标1、221：1第二单元单片机片内硬件结构课堂讲授、多媒体辅助教学课程目标1、2、361：1第三单元C51编程语言基础课堂讲授、示例分析、多媒体辅助教学课程目标1、2、361：1第四单元单片机与开关、键盘及显示器件的接口设计课堂讲授、案例分析、多媒体辅助教学、实验教学课程目标1、2、3、481：1第五单元中断系统的工作原理及应用课堂讲授、案例分析、多媒体辅助教学、实验教学课程目标1、2、3、461：1第六单元定时器/计数器的工作原理及应用课堂讲授、案例分析、多媒体辅助教学、实验教学课程目标1、2、3、461：1第七单元串行口的工作原理及应用课堂讲授、案例分析、多媒体辅助教学课程目标1、2、3、461：1第八单元单片机系统的并行扩展课堂讲授、案例分析、多媒体辅助教学课程目标1、2、3、441：1第九单元单片机与DAC、ADC的接口课堂讲授、案例分析、多媒体辅助教学课程目标1、2、3、441：1合计481：1五、课程考核及对课程目标的支撑（一）课程考核课程成绩构成（百分制）课程成绩构成比例考核环节目标分值考核/评价细则平时成绩20%课后作业50共计安排5次客观题作业，每次客观题作业的成绩给定均10分满分记，总计50分。课堂表现50根据课堂出勤，反馈，讨论，发言等情况打分，次数不限，每次5-10分，最终总成绩按比例折算为50分。实践成绩10%实验50共计安排3次实验，每次实验后提交程序代码、运行结果、实验报告等相关内容，给定均按A、B、C、D、E五等级制。根据五等级与基准分给出每次上机实验成绩。最终总成绩按比例折算为100分。实验考核50共计安排1次实验考核，给定均按A、B、C、D、E五等级制。最终总成绩按比例折算为50分。期末考试70%知识401.考核内容：所有教学内容2.考试题型：客观题（选择、填空、判断）；主观题（简答、综合编程）3.评价细则：采用线下考试答题，共计100分。能力30综合应用30（二）课程考核对课程目标的支撑教学内容考核内容考核方式支撑的课程目标第一单元单片机概述1.1什么是单片机1.2单片机的发展历史1.3单片机的特点1.4单片机的应用课堂表现期末考试课程目标1、2第二单元单片机片内硬件结构2.1AT89S51单片机的片内硬件结构2.2AT89S51的引脚功能2.3AT89S51的CPU2.4AT89S51单片机存储器的结构2.5AT89S51单片机的并行I/O端口2.6时钟电路与时序2.7复位操作和复位电路2.8AT89S51单片机的最小应用系统2.9低功耗节电模式课堂表现课后作业期末考试课程目标1、2、3第三单元C51编程语言基础3.1C51编程语言简介3.2C51语言程序设计基础3.3C51语言的函数课堂表现期末考试课程目标1、2、3第四单元单片机与开关、键盘及显示器件的接口设计4.1单片机控制发光二极管显示4.2开关状态检测4.3单片机控制LED数码管的显示4.4键盘接口设计课堂表现课后作业实验期末考试课程目标1、2、3、4第五单元中断系统的工作原理及应用5.1AT89S51中断技术概述5.2AT89S51中断系统结构5.3中断允许与中断优先级的控制5.4响应中断请求的条件5.5外部中断的响应时间5.6外部中断的触发方式选择5.7中断请求的撤销5.8中断函数课堂表现课后作业实验期末考试课程目标1、2、3、4第六单元定时器/计数器的工作原理及应用6.1定时器/计数器的结构6.2定时器/计数器的4种工作方式6.3计数器对外部输入的计数信号的要求课堂表现课后作业实验期末考试课程目标1、2、3、4第七单元串行口的工作原理及应用7.1串行通信基础7.2串行口的结构7.3串行口的4种工作方式7.4多机通信7.5波特率的制定方法课堂表现课后作业实验考核期末考试课程