《單片機原理及應用》課程介紹與教學大綱

單片機原理及應用課程教學大綱課程代碼：07014910課程名稱：單片機原理及應用/PrincipleandApplicationofSingleChipMicrocomputer開課學期：5學分/學時：2/32（理論學時：22，實驗學時：10）課程類型：專修課適用專業(yè)/開課對象：計算機科學與技術、物聯(lián)網(wǎng)工程、網(wǎng)絡工程、車輛工程、機械工程、電氣工程、測控技術與儀、自動化、\o"電子信息與通信工程工程系"電子信息與通信工程、\o"光電信息科學與工程專業(yè)介紹（工科）"光電信息科學與工專業(yè)/三年級本科生先修/后修課程：大學物理、C語言程序設計、電路與電子技術開課單位：計算機科學與技術學院計算機科學與技術系一、課程的性質(zhì)、目的和任務《單片機原理與應用》是一門研究單片微型計算機的基本原理、編程開發(fā)的應用課程。本課程的授課對象是計算機科學與技術專業(yè)的三年級本科生。課程著重介紹單片機的基礎知識、內(nèi)外部資源操作和單片機的各種功能應用。主要內(nèi)容包括：單片機概述、C51語言、Keil軟件使用、發(fā)光二極管應用實現(xiàn)、數(shù)碼管應用實現(xiàn)、鍵盤檢測應用實現(xiàn)以及A/D和D/A、串行口通信、定時器/計數(shù)器工作原理與操作流程等。通過本課程學習，使學生從應用的角度出發(fā)，在理論和實踐上掌握單片機的基本組成、工作原理、硬件連接及應用編程開發(fā)，掌握各部分的分析和設計方法，建立構成單片機軟硬件一體的整體系統(tǒng)概念，同時使學生了解當代先進的單片機應用領域，初步具有分析和解決單片機應用方面的實際問題的能力。本課程重點支持以下畢業(yè)要求指標點：1-2能夠運用工程基礎知識，具有計算編程思想，能解決計算機技術工作過程中涉及的相關工程問題。體現(xiàn)在學生掌握單片機各個部件的組成、電平特性與工作原理的基礎上，結(jié)合實際工程問題進行應用功能編程，從而達到對單片機控制的各種硬件器件的深入掌握和靈活應用。3-2具備應用程序軟件開發(fā)能力和嵌入式系統(tǒng)硬件的設計能力。體現(xiàn)在通過從簡單到復雜的不同應用程序的設計開發(fā)，使學生對編程語言運用和編程技巧得到一定程度的訓練，同時也訓練了學生對實際問題的分析和軟硬件結(jié)合的設計能力，并為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)打下基礎。4-1能夠運用計算機編程語言、軟件平臺及硬件設計實驗開發(fā)環(huán)境，正確觀察、記錄、分析及測試實驗數(shù)據(jù)或代碼，得出有效結(jié)論。體現(xiàn)在學生對各種應用程序的不斷修改和調(diào)試后，達到對不同算法所出現(xiàn)的不同結(jié)果的觀察和分析，從而設計出合適有效的算法。5-1了解本專業(yè)主要資料來源及獲取方法，能夠利用計算機網(wǎng)絡查詢、檢索本專業(yè)文獻及資料。體現(xiàn)在針對課堂布置的各種課外學習要求以及根據(jù)單片機應用工程問題提出系統(tǒng)分析和綜合設計的實驗要求，能運用現(xiàn)代信息技術工具查閱資料，收集相關設計方案，并根據(jù)技術當前發(fā)展動態(tài)進行軟件開發(fā)、硬件設計，完成整體系統(tǒng)設計要求。12-2掌握正確的學習方法，不斷學習，在基礎知識上具有擴展學習的能力。體現(xiàn)在了解單片機應用的廣泛性，知曉計算機技術日新月異的發(fā)展狀態(tài)，同時通過對不同應用系統(tǒng)的設計，了解單片機系統(tǒng)在各行各業(yè)中應用歷史、現(xiàn)狀和廣泛需求，從而建立自主學習和終身學習的意識。二、教學內(nèi)容、基本要求及學時分配1．單片機基礎知識與Keil軟件使用（2學時）了解什么是單片機，單片機能做什么，51單片機引腳及電平特性；C51語言基礎知識；Keil軟件的使用。重點支持畢業(yè)要求指標點1-2，3-2。2．發(fā)光二極管、數(shù)碼管的操作和中斷的知識（2學時）掌握發(fā)光二極管和數(shù)碼管在單片機應用中的編程實現(xiàn)，包括點亮一個發(fā)光二極管、While語句、for語句、延時子程序和數(shù)碼管的靜態(tài)與動態(tài)顯示等功能實現(xiàn)；掌握中斷的概念和定時器中斷知識。重點支持畢業(yè)要求指標點3-2，4-1，5-1。3、鍵盤的操作（2學時）了解鍵盤的檢測原理，掌握獨立鍵盤和矩陣鍵盤的檢測與應用編程；掌握發(fā)光二極管、數(shù)碼管與鍵盤相結(jié)合的應用功能編程方法。重點支持畢業(yè)要求指標點3-2，4-1，5-1。4．A/D、D/A的操作（2學時）了解A/D、D/A的工作原理，掌握A/D、D/A的主要技術指標和ADC0804與DAC0832的實現(xiàn)方法；理解DAC0832輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓的方法。重點支持畢業(yè)要求指標點3-2，4-1，5-1。5．定時器/計數(shù)器的操作（2學時）了解定時器/計數(shù)器的工作原理；掌握定時器/計數(shù)器初始化、方式字設置和中斷服務程序功能的編程。重點支持畢業(yè)要求指標點3-2，4-1，5-1。6．串行口的操作（2學時）了解串行通信工作方式；理解RS-232電平與TTL電平的轉(zhuǎn)換，以及波特率與定時器初值的關系；掌握51單片機串口方式1編程與實現(xiàn)。重點支持畢業(yè)要求指標點3-2，4-1，5-1。7．IC總線通信（2學時）了解IC總線標準及通信格式，掌握51單片機軟件模擬IC總線的工作時序；掌握具有IC總線接口的EPROMAT24C02與單片機的通信。重點支持畢業(yè)要求指標點4-1，5-1，12-2。8．綜合訓練與提高（8學時）在完成以上單片機基礎知識和較單一功能模塊學習的基礎上，進行綜合性的提高訓練，包括對定時器/計數(shù)器、串行口、DS12C887時鐘芯片和DS18B20溫度傳感器等內(nèi)容的編程。重點支持畢業(yè)要求指標點4-1，5-1，12-2。三、教學方法本課程主要利用課堂講授、主題調(diào)研、項目實驗和案例教學等多種教學方式方法并舉的形式。在介紹單片機系統(tǒng)知識、內(nèi)外資源功能和各器件的工作原理與編程時，主要采用引導學生進行調(diào)研的方法組織教學，主要調(diào)研內(nèi)容如下：1.單片機的概念和基本結(jié)構。通過課題講授教學，使在學生對單片機的基本知識有了解后，采用調(diào)研的方式，引導學生查閱課外文獻資料，了解單片機的發(fā)展狀況、生產(chǎn)廠家與商品系列，并與課堂中所介紹的系統(tǒng)進行對比，且展開討論。以解決目前課時不足的問題，讓學生知曉單片機技術應用的廣泛性和發(fā)展前景，從而建立自主學習和終身學習的意識。2.單片機系統(tǒng)構建時用到的軟硬件環(huán)境。通過調(diào)研了解單片機開發(fā)的軟硬件環(huán)境，對比課堂的介紹，使學生對開發(fā)板的硬件原理圖、各功能器件的電路連接、單片機I/O口的引腳定義以及C51編程與硬件之間的對應關系等有更深入的掌握。3.各模塊器件的編程。通過各類教學資料（包括教學視頻資料）的調(diào)研學習，了解具體的編程方法和技巧，掌握從對單個器件的編程到多器件相結(jié)合的編程技術。重點支持畢業(yè)要求指標點5-1，12-2。在介紹C51語言編程與單片機接口引腳及硬件電路相結(jié)合時，采用項目研討方法組織教學，主要討論項目如下：1.P0、P1、P2、P3口使用方法研討。通過提問和交互式教學，使學生掌握P0、P1、P2、P3口在不同應用情況下的定義，尤其是對P0、P1、P2、P3口與開發(fā)板固定連接內(nèi)容的了解。因為每個資源的操作都要通過I/O口進行輸入/輸出控制，所以從發(fā)光二極管、數(shù)碼管、鍵盤、A/D、D/A等器件的操作到綜合訓練提高，各階段都將I/O口的使用方法與具體完成的功能要求相結(jié)合。2.中斷服務程序編程方法研討。通過51單片機的五個中斷源的不同內(nèi)容，討論各中斷源的中斷級別、序號、中斷服務程序的寫法。特別對常用的定時器/計數(shù)器0和定時器/計數(shù)器1的中斷功能及應用作深入研討。重點支持畢業(yè)要求指標點5-1，12-2。在編程實例部分的教學過程中，采用案例教學方法，主要案例如下：1.流水燈、數(shù)碼管動態(tài)顯示。通過分析和設計發(fā)光二極管、數(shù)碼管電路，理解C51編程、中斷概念、定時器中斷服務以及軟件與硬件相結(jié)合的關系。2.鍵盤檢測、DAC0832輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓。通過案例分析，理解鍵盤檢測與消抖、鍵盤功能定義、A/D和D/A工作原理與實現(xiàn)方法。3.串行口、IC總線。通過案例設計一個上位機通過串口發(fā)送字符到單片機，單片機接收到字符后返回給上位機一個信息的通信程序。4.DS18B20溫度傳感器案例教學。設計一個溫控系統(tǒng)，包括當前溫度的檢測顯示、溫度上下限設置和溫度超限報警。重點支持畢業(yè)要求指標點3-2，4-1，5-1。四、課內(nèi)外教學環(huán)節(jié)及基本要求課內(nèi)外理論教學環(huán)節(jié)及學時分配表見表4-1，課內(nèi)實驗環(huán)節(jié)教學安排及要求見表4-2。表4-1課內(nèi)外理論教學環(huán)節(jié)及學時分配表序號課程內(nèi)容課內(nèi)學時課外學時講課學時上機學時實驗學時實踐學時小計其中課內(nèi)研討學時1單片機基礎知識與Keil軟件使用222122發(fā)光二極管、數(shù)碼管的操作和中斷的知識24123鍵盤的操作222124A/D、D/A的操作23125定時器/計數(shù)器的操作23126串行口的操作223127IC總線通信23128綜合訓練與提高 841216合計221032820表4-2課內(nèi)實驗環(huán)節(jié)教學安排及要求序號教學內(nèi)容教學基本要求重點支持畢業(yè)要求指標點實驗類別課外學時備注1發(fā)光二極管、數(shù)碼管和中斷實驗了解發(fā)光二極管、數(shù)碼管工作原理與編程技術；掌握中斷概念。1-2，4-1，5-1，12-2驗證性2必做2鍵盤、A/D、D/A、定時器/計數(shù)器實驗了解鍵盤、A/D、D/A、定時器/計數(shù)器的工作原理；掌握相應器件操作的編程方法。1-2，4-1，5-1，12-2設計性2必做3串行口、IC總線通信實驗了解串行口、IC總線的工作原理；掌握系統(tǒng)總線的數(shù)據(jù)傳送過程；熟悉相應的編程方法。1-2，4-1，5-1，12-2設計性2必做4綜合訓練與提高了解DS12C887時鐘芯片和DS18B20溫度傳感器的工作特性與原理；掌握一個較完整的應用系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。1-2，4-1，5-1，12-2綜合性4必做小計10五、課外學習要求1.通過文獻搜索，課外閱讀了解單片機在各方面的應用狀況、單片機與嵌入式系統(tǒng)的應用場合和特點、單片機在控制類應用方面的優(yōu)勢。2.通過市場調(diào)研，了解單片機市場主流產(chǎn)品的開發(fā)板配置，理解不同開發(fā)板產(chǎn)品在硬件配置與電路接線上的異同點，知曉同一任務在不同開發(fā)板上編程實現(xiàn)時要注意的不同之處。3.按要求完成課后作業(yè)，除理論知識的作業(yè)外，特別加強實例編程的練習。4.實驗前要按要求充分準備，實驗后完成實驗報告，課外至少需要10學時。重點支持畢業(yè)要求指標點1-2，4-1，5-1，12-2。六、考核內(nèi)容及方式本課程平時和實驗成績共占(30%)，期末考試(70%)，采用百分制計分制。各部分所占比例如下：平時成績主要考查各章知識點的理解程度，學習態(tài)度，自主學習能力，利用現(xiàn)代工具獲取所需信息和綜合整理能力，課堂討論時的溝通和表達能力。重點支持畢業(yè)要求指標點1-2，3-2，5-1，12-2。期末成績采用閉卷形式考查。題型為填空題、選擇題、判斷題和編程題等。考核內(nèi)容主要包括C51語言、單片機結(jié)構、軟件開發(fā)環(huán)境、內(nèi)外部資源操作和編程等，主要支撐畢業(yè)要求指標點1-2，3-2,4-1,12-2。實驗成績主要考察學生實驗預習及態(tài)度、實驗操作與規(guī)范、實驗結(jié)果分析和報告撰寫。重點支持畢業(yè)要求指標點3-2，4-1，5-1。六、持續(xù)改進本課程根據(jù)學生作業(yè)、課堂討論、實驗環(huán)節(jié)、平時考核情況和學生、教學督導等反饋，及時對教學中不足之處進