《單片機(jī)原理及應(yīng)用》教學(xué)大綱

第頁《單片機(jī)原理及應(yīng)用》教學(xué)大綱課程編號(hào)：13180314英文名稱：PrincipleandApplicationofSingle-chipMicrocomputer學(xué)分：3.5學(xué)分學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)64學(xué)時(shí)，其中理論48學(xué)時(shí)，實(shí)踐16學(xué)時(shí)先修課程：電路原理，模擬電子技術(shù)，數(shù)字電子技術(shù)課程類別：專業(yè)平臺(tái)課程授課對(duì)象：自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生教學(xué)單位：機(jī)械與電氣工程學(xué)院修讀學(xué)期：第4學(xué)期一、課程描述和目標(biāo)本課程為自動(dòng)化專業(yè)二年級(jí)開設(shè)的專業(yè)必修課，注重理論與實(shí)踐、軟件與硬件的結(jié)合。本課程以8位單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)為主線，以51內(nèi)核系列單片機(jī)為對(duì)象，通過理論講解、軟件仿真和硬件實(shí)驗(yàn)等方式系統(tǒng)全面地介紹單片機(jī)的硬件、軟件及其應(yīng)用技術(shù)。包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)基礎(chǔ)知識(shí)與結(jié)構(gòu)原理、C51語言設(shè)計(jì)、I/O接口、人機(jī)接口及單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)初步等。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠準(zhǔn)確理解單片機(jī)的基礎(chǔ)概念，掌握單片機(jī)程序設(shè)計(jì)以及單片機(jī)與外圍芯片的接口技術(shù)，并能夠運(yùn)用所學(xué)的軟硬件知識(shí)設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)來解決典型的實(shí)際問題。為學(xué)習(xí)后續(xù)課程以及畢業(yè)后從事相關(guān)工程項(xiàng)目開發(fā)和科學(xué)研究打下基礎(chǔ)。本課程擬達(dá)到的課程目標(biāo):課程目標(biāo)1：理解微型計(jì)算機(jī)的工作原理及應(yīng)用領(lǐng)域，掌握單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)過程、外圍硬件的接口技術(shù)；了解領(lǐng)域內(nèi)的新技術(shù)，新趨勢(shì)。課程目標(biāo)2：能夠運(yùn)用所學(xué)軟硬件知識(shí)，設(shè)計(jì)出單片機(jī)系統(tǒng)的硬件原理圖和軟件流程圖。課程目標(biāo)3：培養(yǎng)學(xué)生能利用現(xiàn)代電子設(shè)備進(jìn)行電子信號(hào)檢測(cè)或仿真；使學(xué)生從中提高發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。二、課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)權(quán)重對(duì)應(yīng)關(guān)系3.3能設(shè)計(jì)自動(dòng)化工程項(xiàng)目的電子電氣原理圖、硬件配置和控制程序。課程目標(biāo)11H5.2能針對(duì)自動(dòng)化工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，分析與選擇恰當(dāng)?shù)碾娐放c電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)軟硬件等技術(shù)和工具。課程目標(biāo)21M5.3能使用現(xiàn)代技術(shù)和工程工具對(duì)自動(dòng)化工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題進(jìn)行預(yù)測(cè)與模擬，并理解其局限性。課程目標(biāo)31H（H—高，M—中，L—低）三、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配序號(hào)教學(xué)內(nèi)容基本要求學(xué)時(shí)教學(xué)方式對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1概述介紹微型計(jì)算機(jī)組成的基本功能部件；單片機(jī)（MCU）概念及發(fā)展過程、種類、發(fā)展趨勢(shì)、應(yīng)用前景以及目前51兼容產(chǎn)品現(xiàn)狀、開發(fā)方法。了解單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域，理解為什么要學(xué)習(xí)單片機(jī)原理及其應(yīng)用開發(fā)過程，理解單片機(jī)中的數(shù)據(jù)表示和工作過程。1集中講授12單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)介紹單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)，CPU、存儲(chǔ)器配置、引腳分配及功能、最小系統(tǒng)；單片機(jī)的時(shí)鐘與復(fù)位；單片機(jī)的工作時(shí)序。了解單片機(jī)的工作時(shí)序；掌握單片機(jī)的硬件配置以及單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的構(gòu)建。5集中講授13C51程序設(shè)計(jì)介紹單片機(jī)C語言設(shè)計(jì)方法及優(yōu)點(diǎn)；C語言程序基本結(jié)構(gòu)，程序控制流程，數(shù)組，指針，C51函數(shù)；單片機(jī)內(nèi)部資源在C51中的定義；C51開發(fā)工具。了解單片機(jī)匯編語言及目前嵌入式系統(tǒng)編程的常規(guī)方法，理解單片機(jī)內(nèi)部資源在C51中的定義，掌握結(jié)構(gòu)化的C51程序設(shè)計(jì)步驟與方法。2集中講授14單片機(jī)端口編程應(yīng)用介紹單片機(jī)端口的各種工作方式以及應(yīng)用環(huán)境：?jiǎn)纹瑱C(jī)端口輸出方式連接外部設(shè)備；單片機(jī)端口輸入方式連接按鍵；單片機(jī)驅(qū)動(dòng)多位數(shù)碼管顯示。理解端口各種工作方式的特點(diǎn)，掌握按鍵識(shí)別、去抖動(dòng)的各種編程方法，多位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描的原理及編程方法10集中講授1,2,35中斷系統(tǒng)介紹中斷的概念，中斷處理過程，中斷源及優(yōu)先級(jí)；中斷函數(shù)設(shè)計(jì)的要求；中斷函數(shù)調(diào)用的過程與普通函數(shù)程序調(diào)用的區(qū)別，中斷應(yīng)用規(guī)則；外部中斷產(chǎn)生的方式和中斷響應(yīng)的條件，過程。理解中斷應(yīng)用及中斷過程，掌握外部中斷編程以及中斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用。4集中講授1,2,36定時(shí)/計(jì)數(shù)器介紹定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)；控制寄存器控制字設(shè)置；3種工作方式及不同工作方式的區(qū)別；定時(shí)/計(jì)數(shù)器的查詢應(yīng)用與中斷應(yīng)用特點(diǎn)，中斷應(yīng)用設(shè)計(jì)。理解定時(shí)/計(jì)數(shù)器與CPU之間的時(shí)序關(guān)系，掌握定時(shí)/計(jì)數(shù)器基本工作方式中方式1、2的使用方法及中斷應(yīng)用方式。6集中講授1,2,37串口控制器介紹單片機(jī)全雙工串口結(jié)構(gòu)；控制寄存器控制規(guī)則；2種工作方式及不同工作方式的區(qū)別；各種方式的查詢應(yīng)用與中斷應(yīng)用；簡(jiǎn)介SPI、IIC等串行通訊方式及超時(shí)處理與校驗(yàn)。理解串口控制器與單片機(jī)CPU之間的時(shí)序關(guān)系，掌握單片機(jī)與單片機(jī)，單片機(jī)與PC機(jī)以及多機(jī)串行通訊的應(yīng)用設(shè)計(jì)編程。8集中講授1,2,38綜合應(yīng)用介紹通過軟件和硬件的配合消除交流采樣系統(tǒng)、高頻等干擾的有效方法；通過案例講解常用外圍接口電路與單片機(jī)連接的電路設(shè)計(jì)方法及軟件處理方法，包括A/D、D/A接口，LCD顯示接口，DS18B20溫度傳感器、PWM驅(qū)動(dòng)控制直流電機(jī)、捕獲測(cè)頻率等。理解單片機(jī)系統(tǒng)常用的抗干擾方法，掌握單片機(jī)與幾種常用接口之間的應(yīng)用編程。12集中講授演示1,3合計(jì)48序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求學(xué)時(shí)類型對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1數(shù)據(jù)傳輸理解單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式。要求：必修2驗(yàn)證1,32跑馬燈設(shè)計(jì)掌握單片機(jī)端口各種方式，理解單片機(jī)的時(shí)序。要求：必修2設(shè)計(jì)1,33外部中斷理解單片機(jī)的中斷結(jié)構(gòu)，掌握中斷執(zhí)行的過程，理解兩種方式外部中斷的區(qū)別，能對(duì)外部中斷事件進(jìn)行編程。要求：必修2設(shè)計(jì)1,34計(jì)數(shù)器/定時(shí)器理解單片機(jī)的定時(shí)器結(jié)構(gòu)，掌握定時(shí)器的3種工作方式，能采取方式1,2進(jìn)行計(jì)數(shù)定時(shí)。要求：必修2設(shè)計(jì)1,35串行通信理解單片機(jī)的串行控制器，掌握串行控制器的2種工作方式會(huì)編程實(shí)現(xiàn)單片機(jī)雙機(jī)之間、單片機(jī)與PC機(jī)之間串行通訊。要求：必修2設(shè)計(jì)1,36簡(jiǎn)易電壓表理解A/D轉(zhuǎn)換的原理，掌握單片機(jī)內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)，會(huì)編程實(shí)現(xiàn)A/D采樣，測(cè)量顯示模擬引腳的電壓。要求：必修2綜合1,37綜合設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用單片機(jī)的端口輸入輸出模式、中斷、定時(shí)器資源，編程實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)功能要求：必修4綜合1,3合計(jì)16四、課程教學(xué)方法1.總體設(shè)計(jì)以課程目標(biāo)為導(dǎo)向，項(xiàng)目任務(wù)為載體，為每個(gè)具體任務(wù)的實(shí)現(xiàn)量身定做與之相關(guān)的理論知識(shí)，課內(nèi)采用虛擬仿真與實(shí)踐演示相結(jié)合的教學(xué)方式，課后要求學(xué)生利用仿真軟件和口袋式實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行拓展或者舉一反三，采取教、學(xué)、做一體化的方法。課堂教學(xué)方法：理論講授、實(shí)踐演示、項(xiàng)目討論。實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法：自主練習(xí)、個(gè)別答疑、集中指導(dǎo)。課外學(xué)習(xí)方法：預(yù)習(xí)教材相關(guān)章節(jié)，利用口袋式實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)完成課后實(shí)踐項(xiàng)目，鞏固教學(xué)內(nèi)容。2.課堂教學(xué)課堂講授：理論教學(xué)實(shí)施項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式，項(xiàng)目化教學(xué)將傳統(tǒng)的理論知識(shí)體系打亂，再按照每個(gè)項(xiàng)目任務(wù)所需要的理論知識(shí)重組，以每個(gè)項(xiàng)目任務(wù)為載體，理論知識(shí)涵蓋在每個(gè)任務(wù)中，課堂教學(xué)采用虛擬仿真與實(shí)踐演示相結(jié)合，每個(gè)任務(wù)都按照完整的設(shè)計(jì)開發(fā)流程進(jìn)行，并展示理論設(shè)計(jì)與實(shí)踐結(jié)果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)分析問題和解決問題的思維。課內(nèi)討論：圍繞項(xiàng)目演示作品，提出問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行優(yōu)化、完善和補(bǔ)充。3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)在課外學(xué)習(xí)和作業(yè)實(shí)施的基礎(chǔ)上，通過規(guī)定的任務(wù)和集中實(shí)驗(yàn)，在掌握有關(guān)知識(shí)點(diǎn)的前提之下，完成電路設(shè)計(jì)、搭建、編程，采用口袋式實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)演示結(jié)果。4.課外學(xué)習(xí)課前預(yù)習(xí)：要求學(xué)生在課前按預(yù)習(xí)計(jì)劃完成自主學(xué)習(xí)內(nèi)容，即自學(xué)教材相關(guān)章節(jié)，觀看課程網(wǎng)站上教學(xué)視頻。個(gè)人基礎(chǔ)項(xiàng)目設(shè)計(jì)：每個(gè)單元有3個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目，要求學(xué)生按照課堂項(xiàng)目教學(xué)流程，虛擬仿真與實(shí)踐結(jié)合，課后完成。個(gè)人提高項(xiàng)目：個(gè)人提高項(xiàng)目具有一定的綜合性以及技術(shù)難度，項(xiàng)目的組隊(duì)方式一般以多名學(xué)生為一個(gè)項(xiàng)目小組，要求實(shí)驗(yàn)功能比較復(fù)雜并且在實(shí)現(xiàn)方法上各組都有思維創(chuàng)新。五、學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)和課程考核1．考核方式考試（√）考查（）2．成績(jī)記載百分制（√）五級(jí)分制（）3.考核原則強(qiáng)化實(shí)踐——強(qiáng)化課內(nèi)外實(shí)驗(yàn)突出平時(shí)——注重實(shí)踐訓(xùn)練注重能力——重點(diǎn)考察單片機(jī)應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)與編程能力4.成績(jī)總評(píng)考核評(píng)價(jià)構(gòu)成：平時(shí)過程考核20%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)20%，上機(jī)考試15%，期末閉卷考試45%。（1）平時(shí)過程考核占比20%，包括平時(shí)課堂提問表現(xiàn)5%，平時(shí)單元項(xiàng)目作業(yè)10%，個(gè)人提高項(xiàng)目作業(yè)5%，平時(shí)過程考核考核具體方案如表5-1。表5-1平時(shí)過程考核方案考核依據(jù)建議分值考核/評(píng)價(jià)細(xì)則對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)占比%平時(shí)過程考核20課堂討論5課堂討論主要體現(xiàn)在課堂提問和課堂討論發(fā)言等，自主發(fā)言正確加一分，加滿5分為止。課程目標(biāo)1100單元作業(yè)10每人隨機(jī)抽查5個(gè)單元項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目2分。要求實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用仿真軟件或者開發(fā)系統(tǒng)完成，進(jìn)行功能展示。課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3502030提高作業(yè)5個(gè)人提高項(xiàng)目選做5個(gè)獲得滿分5分。要求綜合設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，采用仿真軟件或者開發(fā)系統(tǒng)完成，進(jìn)行功能展示。課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3402040（2）實(shí)驗(yàn)成績(jī)占20%。本課程共7個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)總體得分根據(jù)7個(gè)實(shí)驗(yàn)總體平均分計(jì)算，每個(gè)實(shí)驗(yàn)考核方案如表5-2。表5-2實(shí)驗(yàn)考核方案考核依據(jù)建議分值考核/評(píng)價(jià)細(xì)則對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)占比%實(shí)驗(yàn)考核20根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，繪制電路原理圖以及軟件編程流程圖。課程目標(biāo)150采用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)編程并演示系統(tǒng)功能課程目標(biāo)2課程目標(biāo)32030（3）上機(jī)考試10%。期末上機(jī)考試采取抽簽方式，每人一題，按題目要求搭建系統(tǒng)電路，完成相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)與調(diào)試，并下載到口袋式實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，演示結(jié)果，按完成功能要求得分。上機(jī)考試考核方案如表5-3。

表5-3上機(jī)考核方案考核依據(jù)建議分值考核/評(píng)價(jià)細(xì)則對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)占比%上機(jī)考核15按題目要求搭建系統(tǒng)電路課程目標(biāo)240采用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)編程并演示系統(tǒng)功能課程目標(biāo)360（4）期末成績(jī)占45%，采用閉卷形式。期末考試卷面成績(jī)不能低于50分，低于50分者，其課程總評(píng)成績(jī)?yōu)椴患案?。期末閉卷考試的考核方案見表5-4。表5-4期末閉卷考試的考核方案序號(hào)考察點(diǎn)占試卷百分比%總分得分對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)占比%1單片機(jī)概念340課程目標(biāo)1100單片機(jī)時(shí)序4復(fù)位電路3存儲(chǔ)器6指令系統(tǒng)3尋址方式3輸入輸出端口4中斷系統(tǒng)原理6定時(shí)器原理4串行接口原理42中斷應(yīng)用1440課程目標(biāo)2課程目標(biāo)34060定時(shí)器應(yīng)用13串行通訊應(yīng)用133單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及編程控制綜合應(yīng)用能力2020課程目標(biāo)2課程目標(biāo)32080六、教學(xué)反饋教學(xué)反饋包括個(gè)人基礎(chǔ)項(xiàng)目和提高項(xiàng)目的課前抽查演示，每個(gè)單元抽查一次，每次抽查4名左右學(xué)生，要求被抽查的學(xué)生進(jìn)行結(jié)果演示并講解編程過程，教師根據(jù)抽查情況集中講解討論，并及時(shí)調(diào)整教學(xué)方法和進(jìn)度；個(gè)別反饋采