《单片机原理与接口技术》课程教学大纲

单片机原理与接口技术（Micro-controllerPrincipleandInterfaceTechnology）课程基本信息课程编号：04021507h课程总学时：48实验学时：8课程性质：必修课程属性:专业类开设学期：第6学期适用专业：电子信息工程；核心对先修的要求：电路、模拟电子技术、数字电子技术、C语言程序设计对后续的支撑：毕业实习、毕业设计一、课程的教学理念、性质、目标和任务《单片机原理与接口技术》是高等学校电类专业的一门理论与实践紧密结合的专业基础课，是本校电子信息工程专业学生的专业核心课程，具有较强的实践性和工程性，对培养学生实践能力和创新能力起重要作用。通过课程学习，能使学生掌握嵌入式系统的基本概念，了解嵌入式系统的技术发展和开发流程；初步掌握Cortex-M3内核STM32单片机的内核结构、总线结构、存储结构、中断和时钟树等基本知识；了解STM32单片机的寄存器、标准外设库、HAL库三种开发模式，学会使用基于STM32CubeMX的HAL库开发平台的搭建，掌握单片机的C语言程序设计方法和调试方法；初步掌握STM32单片机的GPIO、EXTI、定时器、USART和ADC等外设的基本结构、工作原理，熟悉用HAL库接口函数对外设编程；初步具备单片机应用系统设计的能力，为后续的专业课程学习、生产实习、课程设计和毕业设计，为今后单片机实际应用系统设计奠定牢固的专业基础。二、课程目标及对毕业要求指标点的支撑序号课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求1能解释嵌入式系统相关概念和专业术语；能根据Cortex-M3内核STM32单片机的内核结构、总线结构、存储结构、中断和时钟树等结构特点分析单片机的工作原理和单片机最小系统电路。会根据不同应用需求进行资源配置，对STM32进行选型，为实际工程的提供单片机系统配置解决方案。指标点1.312会利用STM32单片机的通用输入/输出（GPIO）、外部中断（EXTI）、定时器（TIM）、串口（USART）和模数转换（ADC）等外设的基本功能和各外设的HAL库接口函数，完成常用的按键、LED驱动、中断、定时器应用、串口通信和模拟信号转换等接口电路设计和编程，解决实际工程应用问题。指标点2.323会使用STM32CubeMX开发平台和HAL库开发编程模式设置初始化系统参数，能应用C语言来描述和实现简单的控制算法，建立单片机应用系统的整体概念，初步具备单片机应用系统软硬件开发的初步能力。指标点3.234能够正确选用实验设备中的功能模块，搭建硬件平台，设计合理、可行的实验方案，编写相应软件程序，并通过软硬件调试获取实验结果，培育认识和发现问题的能力和解决工程问题的能力。指标点4.24三、教学内容及进度安排（一）理论教学序号教学内容学生学习预期成果课内学时教学方式支撑课程目标1第一章单片机概述1.1单片机的技术发展和开发流程；1.2嵌入式系统的有关概念和术语熟悉单片机的发展过程；理解单片机开发的流程；掌握单片机的相关术语和概念2讲授目标12第二章ARMCortex-M3内核和STM32单片机2.1ARM体系结构，Cortex-M3内核；2.2STM32单片机的内核结构、总线结构、存储结构、中断和时钟树等基本知识；2.3STM32最小系统电路组成理解Cortex-M3内核构成；理解STM32总线结构、存储器映射、中断和时钟树等基本知识；掌握STM32最小系统电路组成4讲授目标13第三章STM32单片机开发环境与嵌入式C语言寄存器、标准外设库和HAL库三种开发模式；标准外设库开发过程及工程模板生成；HAL库的STM32CubeMX开发平台及工程模板生成；常用的嵌入式C语言会使用STM32CubeMX开发平台及工程模板生成;会用MDK5编译、调试、下载程序4讲授、实验目标34第四章通用输入/输出（GPIO）口STM32F103GPIO引脚工作模式；GPIO的HAL库接口函数；STM32CubeMX设置GPIO参数的方法；GPIO应用于按键、LED等人机接口电路的软件编程会配置GPIO端口工作方式；会用GPIO端口的接口函数读写外部设备的信息6讲授目标25第五章中断系统单片机中断概念、中断机制、中断允许和优先级控制；HAL库接口函数会配置EXTI中断模式；会用EXTI接口函数编写中断回调函数6讲授目标26第六章串口通信USART模块结构和编程模式；USART的HAL库接口函数；STM32CubeMX设置USART参数的方法；USART收发编程思想会配置串口工作模式；会用串行通信接口函数编写收发信息和中断回调函数6讲授目标47第七章定时器TIM主要功能和工作原理；TIM的HAL库接口函数；STM32CubeMX设置TIM参数的方法；TIM编程思想会用定时器的四种功能的配置；掌握PWM的使用6讲授目标48第八章ADCSTM32ADC内部结构、工作原理和转换过程；ADC的通道选择；ADC的HAL库接口函数；STM32CubeMX设置ADC参数的方法掌握ADC模式的配置；会ADC中断、查询、DMA三种编程模式。6讲授、实验目标3实验教学序号实验名称学时实验教学内容学习要求支撑课程目标1I/O口应用2开发软件的基本操作；初始化GPIO口；编程控制单片机控制I/O口驱动LED发光二极管。1.熟悉MDK5、STM32CubeMX开发软件的基本操作；2.掌握单片机如何初始化GPIO口；3.熟悉HAL库有关GPIO口的接口函数，利用接口函数驱动LED的程序编写。课程目标32外部中断2单片机初始化IO中断；中断函数程序编写。1.熟悉单片机中断的执行过程；2.掌握单片机如何初始化IO口线中断；3.熟悉STM32CubeMX中的中断配置，4.掌握利用HAL库中断回调函数程序编写中断服务子程序。课程目标33定时器的运用2定时器的结构、初始化编程；定时器的计数模式的使用及编程；1.熟悉单片机定时器的工作模式；2.掌握单片机如何初始化配置定时器；3.熟悉STM32CubeMX中的PWM配置4.掌握利用HAL库中定时器函数。课程目标44串口通信2单片机串口通信工作方式；单片机串串口通信和ADC的配置。串口通信的初始化编程以及收发程序的编写。1.了解单片机串口和A/D转换的工作原理；2.熟悉STM32CubeMX中的串口通信和ADC的配置。3.掌握利用HAL库ADC和串口接口函数编写应用程序。课程目标4四、课程思政培养学生科技强国、欧美技术封锁、爱国情怀。通过单片机概念的介绍及应用案例，使同学们了解单片机技术在国民经济中的重要地位。对比国内外硬件技术的发展历程，看到我们的差距和肩负的历史使命。结合现实美国对我国芯片技术的封锁，激发同学们学习热情和爱国情怀。例如：（1）Intel公司的8051单片机被世界许多厂商作为基核，先后推出多种兼容机型，是国内外公认的标准体系结构。Mortorola、Intel、ATMEL、TI、三菱、日立、飞利浦、LG等公司开发一大批性能优越的单片机，极大推动单片机的应用，目前占据移动端主导的嵌入式微处理器代表性产品为ARM系列。中国科技工作者任重道远。（2）在单片机和嵌入式系统应用方面，我国拥有最全面和最广阔的制造和应用市场，比如消费类电子、5G通讯、电动汽车已处于世界领先地位。使同学们对科技兴国深有体会，鼓励同学们学习科技工作者的爱国精神、奉献精神，为国家建设、民族振兴刻苦学习。五、教材及参考资料1.选用教材：（1）理论课教材：《嵌入式系统基础与实践--基于ARMCortex-M3内核的STM32微控制器》，刘黎明编著，电子工业出版社，2020年，ISBN:9787121390890（2）实验课教材：STM32单片机原理与应用实验教程，游志宇编著，清华大学出版社，2022年.ISBN：9787302606574（3）实习指导书：STM32F1xx单片机实验指导，自编，2018年.2.参考书：（1）嵌入式单片机STM32理及应用．张淑清编著．机械工业出版社,2019年.ISBN：9787111633525（2）STM32单片机原理与应用．向培素编著．清华大学出版社,2022年.ISBN：9787302604259（3）STM32单片机理及应用--基于Proteus的虚拟仿真.冯占荣编著．华中科技大学出版社,2022年.ISBN：97875680715053.推荐网站（线上资源）：（1）stm32中文官网，/（2）STM32技术社区，/tech/s/k/STM32（3）中国大学MOOC:STM32嵌入式系统,浙江大学六、教学条件电脑、KeilMDK5，STM32CubeMX，STM32F103硬石开发板七、课程考核、考核方式及成绩评定序号课程目标（支撑毕业要求指标点）考核内容评价依据及成绩比例(%)成绩比例(%)作业课堂表现实验考试1目标1：（支撑毕业要求指标点1.3）概念：单片机相关术语；嵌入式系统相关概念；Cortex-M3内核特点，STM32单片机的内核结构、总线结构、存储结构、中断和时钟树等结构特点分析单片机的工作原理和单片机最小系统电路42014202目标2：（支撑毕业要求指标点2.3）STM32单片机的通用输入/输出（GPIO）、外部中断（EXTI）、定时器（TIM）、串口（USART）和模数转换（ADC）等外设的基本功能和各外设的HAL库接口函数84028403目标3：（支撑毕业要求指标点3.2）STM32CubeMX开发平台的使用；HAL库开发编程模式设置初始化系统参数；嵌入式C42410204目标4：（支撑毕业要求指标点4.2）GPIO端口、外部中断、串口通信、定时器、AD转换的等功能模块的应用，硬件和软件程序设计和调试及结果分析。426820合计20101060100（1）作业评分标准成绩课程目标优秀（90-100分）良好（80-89分）中等（70-79分）及格（60-69分）不及格（<60分）课程目标1（4%）按时完成作业，书写规范工整；准确解释嵌入式系统相关概念和单片机的内部资源。完整画出最小系统电路。按时完成作业，书写工整；正确解释嵌入式系统相关概念和单片机的内部资源。较完整画出最小系统电路。按时完成作业，书写较工整；基本能解释嵌入式系统概念和单片机的内部资源。能画出最小系统电路。。按时完成作业，书写潦草；能部分解释嵌入式系统相关概念和单片机的内部资源。基本能画出最小系统电路。不按时完成作业，书写潦草；不能正确解释嵌入式系统相关概念和单片机的内部资源。不能画出最小系统电路。课程目标2（8%）按时完成作业，书写规范工整；熟练掌握按键、LED、中断、定时器、串口和ADC等接口电路设计和编程按时完成作业，书写工整；掌握按键、LED、中断、定时器、串口和ADC等接口电路设计和编程按时完成作业，书写较工整；基本掌握按键、LED、中断、定时器、串口和ADC等接口电路设计和编程。按时完成作业，书写潦草；基本正确运用按键、LED、中断、定时器、串口和ADC等接口电路设计和编程不按时完成作业，书写潦草；图。不能正确应用按键、LED、中断、定时器、串口和ADC等接口电路设计和编程课程目标3（4%）按时上交，书写规范工整；熟练使用开发软件和C语言实现控制算法。按时上交，书写工整；正确使用开发软件和C语言实现控制算法。按时上交，书写较工整；基本正确使用C语言开发软件和语言实现控制算法。按时上交，书写潦草；使用开发软件和C语言实现简单的控制算法。不按时上交书写潦草；不能正确使用开发软件和C语言实现简单的控制算法。课程目标4（4%）按时上交，书写规范工整；运用所学理论知识，正确设计合理、可行的实验方案按时上交，书写工整；运用所学理论知识和公式正确，较完整设计合理、可行的实验方案按时上交，书写较工整；运用所学理论知识，基本完整设计合理、可行的实验方案按时上交，书写潦草；运用所学理论知识能设计较合理、可行的实验方案。不按时上交书写潦草；运用所学理论知识不能设计较合理、可行的实验方案。每次作业按百分制评分，以所有作业的平均成绩计入总成绩。（2）课堂表现评分标准课程目标考核内容评分标准90-100分80-89分70-79分60-69分<60分课程目标1（2%）考核学生预习、复习、课堂参与情况。遵守课堂纪律，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%；或能回答老师提出的问题，准确率大于90%遵守课堂纪律，认真参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于80%；或能回答老师提出的问题，准确率大于80%；遵守课堂纪律，上课状态一般，能回答老师提出的问题，准确率大于70%。遵守课堂纪律，上课状态一般，能回答老师提出的问题，准确率大于60%。遵守课堂纪律，但不能正常参与课堂教学活动，不能回答老师提出的问题。课程目标2（4%）考核学生预习、复习、课堂参与情况。遵守课堂纪律，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%；或能回答老师提出的问题，准确率大于90%遵守课堂纪律，认真参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于80%；或能回答老师提出的问题，准确率大于80%；遵守课堂纪律，上课状态一般，能回答老师提出的问题，准确率大于70%。遵守课堂纪律，上课状态一般，能回答老师提出的问题，准确率大于60%。遵守课堂纪律，但不能正常参与课堂教学活动，不能回答老师提出的问题。课程目标3（2%）考核学生预习、复习、课堂参与情况。遵守课堂纪律，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%；或能回答老师提出的问题，准确率大于90%遵守课堂纪律，认真参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于80%；或能回答老师提出的问题，准确率大于80%；遵守课堂纪律，上课状态一般，能回答老师提出的问题，准确率大于70%。遵守课堂纪律，上课状态一般，能回答老师提出的问题，准确率大于60%。遵守课堂纪律，但不能正常参与课堂教学活动，不能回答老师提出的问题。课程目标4（2%）考核学生预习、复习、课堂参与情况。遵守课堂纪律，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%；或能回答老师提出的问题，准确率大于90%遵守课堂纪律，认真参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于80%；或能回答老师提出的问题，准确率大于80%；遵守课堂纪律，上课状态一般，能回答老师提出的问题，准确率大于70%。遵守课堂纪律，上课状态一般，能回答老师提出的问题，准确率大于60%。遵守课堂纪律，但不能正常参与课堂教学活动，不能回答老师提出的问题。（3）实验环节考核与评价标准成绩课程目标优秀（90-100分）良好（80-89分）中等（70-79分）及格（60-69分）不及格（<60分）课程目标3（4%）实验态度端正；实验操作规范、实验结果正确；考核中能准确地回答全部问题；实验报告撰写规范、整洁、全面。实验态度端正；实验操作规范、实验结果正确；考核中能基本准确地回答全部问题；实验报告撰写规范整洁。实验态度端正；实验操作基本规范，实验结果正确；考核中能准确地回答主要问题；实验报告撰写基本规范。实验态度较端正；实验操作基本规范，实验结果基本正确；考核中能准确地回答部分问题；实验报告撰写基本规范。实验态度不端正；无法独立完成实验操作，实验结果不正确；考核中不能准确地回答主要问题；实验报告书写不规范。课程目标4（6%）实验态度端正；实验操作规范、实验结果正确；考核中能准确地回答全部问题；实验报告撰写规范、整洁、全面。实验态度端正；实验操作规范、实验结果正确；考核中能基本准确地回答全部问题；实验报告撰写规范整洁。实验态度端正；实验操作基本规范，实验结果正确；考核中能准确地回答主要问题；实验报告撰写基本规范。实验态度较端正；实验操作基本规范，实验结果基本正确；考核中能准确地回答部分问题；实验报告撰写基本规范。实验态度不端正；无法独立完成实验操作，实验结果不正确；考核中不能准确地回答主要问题；实验报告书写不规范。（4）期末考核与评分标准课程目标考核内容评分标准90-100分80-89分70-79分60-69分<60分课程目标1（14%）1.单片机的发展历程和应用场合。2.单片机的相关概念和术语3.单片机内部资源4.单片机最小系统准确描述单片机的发展历程和应用场合；熟练记忆单片机的相关概念和术语；熟记单片机内部资源；熟练掌握单片机最小系统。较完整描述单片机的发展历程和应用场合；完整记忆单片机的相关概念和术语、单片机内部资源；掌握单片机最小系统。能够完整描述单片机的发展历程和应用场合；完整记忆单片机的相关概念和术语、单片机内部资源；基本掌握单片机最小系统。基本能描述单片机的发展历程和应用场合；基本掌握单片机的相关概念和术语、单片机内部资源；基本掌握单片机最小系统。不能完整描述单片机的发展历程和应用场合；不能掌握单片机的相关概念和术语、单片机内部资源；不能掌握单片机最小系统。课程目标2（28%）1.单片机的IO端口、外部中断、定时器/计数器、串口和模数转换等外设的基本结构、接口电路设计和编程熟练掌握单片机的IO端口、外部中断、定时器/计数器、串口和模数转换等外设的基本结构、接口电路设计和编程。掌握单片机的IO端口、外部中断、定时器/计数器、串口和模数转换等外设的基本结构、接口电路设计和编程。基本掌握单片机的IO端口、外部中