《單片機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計》課程教學(xué)大綱

《單片機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計》教學(xué)大綱課程名稱：單片機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計（Coursedesignofintelligentcontrolsystem）課程編號：1501SJ039 課程類別：工程實踐-必修學(xué)分：2分 總學(xué)時：2周適用專業(yè)：自動化專業(yè)先修課程：單片機(jī)原理及應(yīng)用、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、C語言程序設(shè)計、孫先松陳永軍一、課程性質(zhì)單片機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計是一個重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是對學(xué)生一次較全面的智能化電子系統(tǒng)設(shè)計訓(xùn)練。其基本目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識分析和解決實際應(yīng)用問題的能力，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。通過理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學(xué)生的文獻(xiàn)資料查閱和實踐動手能力，從而使基礎(chǔ)理論知識得到鞏固，加深和系統(tǒng)化。學(xué)習(xí)掌握智能化電子系統(tǒng)的一般設(shè)計過程和方法，在軟硬件設(shè)計方法和技能等方面得到全面訓(xùn)練和提高，為今后能獨立進(jìn)行相關(guān)的開發(fā)設(shè)計工作打下良好的基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)（一）育人目標(biāo)按照課程設(shè)計不同環(huán)節(jié)的要求，以學(xué)生為主完成實踐活動，培養(yǎng)學(xué)生的辯證唯物主義觀，培養(yǎng)學(xué)生“踏實、勤奮、創(chuàng)新、進(jìn)取”的科研精神，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的工作作風(fēng)和遵紀(jì)守法、誠實守信的人格。（二）知識能力目標(biāo)能夠應(yīng)用MCU或者其它嵌入式控制芯片、控制模塊、控制板實現(xiàn)一個完整智能控制系統(tǒng)的方案設(shè)計、仿真、調(diào)試等工作，提出方案改進(jìn)和優(yōu)化的措施，要有能體現(xiàn)自主創(chuàng)新的工作內(nèi)容。（畢業(yè)要求3.2）培養(yǎng)學(xué)生在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊中承擔(dān)個體、團(tuán)隊成員以及負(fù)責(zé)人的角色。（畢業(yè)要求9.3）培養(yǎng)學(xué)生細(xì)致踏實的工作風(fēng)格，提高學(xué)生報告撰寫、匯報演講能力，引導(dǎo)學(xué)生團(tuán)隊分工協(xié)作意識，能領(lǐng)會和綜合他人意見和提議。（畢業(yè)要求10.1）課程目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)13.2能夠設(shè)計針對自動化領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的解決方案，并考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素,體現(xiàn)創(chuàng)新意識。課程目標(biāo)29.3在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊中能領(lǐng)會和綜合不同意見與提議，擔(dān)當(dāng)團(tuán)隊成員以及負(fù)責(zé)人的角色。課程目標(biāo)310.1能通過口頭、文稿等方式就復(fù)雜自動化領(lǐng)域工程問題與同行進(jìn)行有效溝通，準(zhǔn)確表達(dá)自己的觀點，回應(yīng)同行質(zhì)疑。三、設(shè)計課題及任務(wù)要求本課程設(shè)計以MCU為主控核心，可以是51單片機(jī)或其它任意類型、檔次的MCU，也可以用DSP、FPGA、PLC等為控制核心設(shè)計并完成一個智能控制系統(tǒng)，系統(tǒng)可以包含控制、測量、通信、機(jī)械等多種技術(shù)融合實現(xiàn)。充分發(fā)揮學(xué)生的自主能動性和創(chuàng)新設(shè)計能力,引導(dǎo)學(xué)生理論與實踐相結(jié)合，注重培養(yǎng)學(xué)生智能系統(tǒng)硬件設(shè)計能力、軟件編程及軟硬件聯(lián)合調(diào)試技巧和技能等實踐能力。在課程設(shè)計選題上分為參考題與自擬題，參考題為教師指定題目，自擬題為學(xué)生自擬題目，自擬題必須經(jīng)過指導(dǎo)教師認(rèn)可方可作為課程設(shè)計題目。每個題目要滿足課程設(shè)計的教學(xué)目的與任務(wù)要求，使學(xué)生得到全面的綜合訓(xùn)練，題目難度和工作量應(yīng)適合學(xué)生的知識和能力狀況。學(xué)生以2~3人為一組進(jìn)行分組選題。課程設(shè)計開始要根據(jù)設(shè)計任務(wù)合理地安排設(shè)計進(jìn)度。要進(jìn)行科學(xué)合理的方案設(shè)計，軟、硬件設(shè)計正確，系統(tǒng)集成與調(diào)試結(jié)果符合設(shè)計要求，課程設(shè)計報告書撰寫規(guī)范。電機(jī)控制系統(tǒng)任務(wù)要求：從直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、無刷電機(jī)中選擇一種進(jìn)行電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計。（1）對于直流電機(jī)，要求用MCU和其它器件一起完成一個直流電機(jī)控制系統(tǒng)，能用按鍵設(shè)置速度、用LED數(shù)碼管或LCD顯示速度,能進(jìn)行啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制。詳細(xì)完成硬件、軟件設(shè)計。完成課程設(shè)計報告。（2）對于步進(jìn)電機(jī)，要求用MCU和其它器件一起完成步進(jìn)電機(jī)運轉(zhuǎn)控制，要求能設(shè)置步進(jìn)電機(jī)的多種運動方式（啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、整步、半步、調(diào)速、轉(zhuǎn)動角度位置等），有按鍵、顯示等。完成控制器硬件和軟件程序設(shè)計。完成課程設(shè)計報告。（3）對于無刷電機(jī)，要求用MCU和其它器件完成無刷電機(jī)控制、驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計,具有按鍵、顯示、通信接口，能完成啟動、停止、轉(zhuǎn)動方向、速度、力矩控制。溫度測量與控制任務(wù)要求：用MCU和其它器件完成一個溫度測量控制系統(tǒng)設(shè)計，要求能設(shè)置溫度、顯示溫度、溫度報警等功能，能進(jìn)行恒溫控制。完成系統(tǒng)硬件和軟件程序設(shè)計。完成課程設(shè)計報告。數(shù)字電壓表設(shè)計任務(wù)要求：用MCU設(shè)計一臺數(shù)字電壓表，能測量0-5V直流電壓，要求有總體設(shè)計方案，有器件選型，根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器分辨率計算出數(shù)字電壓表的測量精度和最小輸入量值。完成數(shù)字電壓表硬件和軟件程序設(shè)計。完成課程設(shè)計報告。交通燈控制系統(tǒng)任務(wù)要求：用MCU和其它器件一起完成十字路口交通燈設(shè)計，分別控制兩個方向的紅、黃、綠燈，要求有手動、自動工作模式；能設(shè)置兩個方向紅燈、綠燈工作時間；用LED數(shù)碼管顯示時間。在手動模式下可任意控制紅燈和綠燈的開、關(guān)，自動模式下按照設(shè)置的時間自動切換。完成詳細(xì)的硬件和軟件設(shè)計。完成課程設(shè)計報告。LED點陣顯示任務(wù)要求：用MCU控制LED點陣顯示漢字或圖形，要求能改變顯示內(nèi)容，能左右或上下拉幕式移動，能淡入淡出。完成詳細(xì)的硬件和軟件設(shè)計。完成課程設(shè)計報告。測控系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)要求：要求包含有PC機(jī)與MCU的串口通信，MCU端要將測量數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機(jī)，PC機(jī)發(fā)送的命令控制MCU端LED指示燈的亮、滅和其它功能部件，要求對通信協(xié)議進(jìn)行設(shè)計。上位機(jī)軟件可以自已編程，也可使用其它調(diào)試工具軟件。完成系統(tǒng)硬件和軟件程序設(shè)計。完成課程設(shè)計報告。串行總線傳輸系統(tǒng)任務(wù)要求：要求至少有一主兩從，實現(xiàn)主機(jī)控制任一從機(jī)幾個LED指示燈亮、滅的功能，要求有通信協(xié)議設(shè)計，串行總線從RS232、RS485、CAN、IIC、SPI等選擇一種來實現(xiàn)。完成系統(tǒng)硬件和軟件程序設(shè)計。完成課程設(shè)計報告。波形發(fā)生器任務(wù)要求：設(shè)計一個能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、梯形波、鋸齒波的波形發(fā)生器。完成系統(tǒng)硬件和軟件程序設(shè)計。完成課程設(shè)計報告。模擬電梯控制系統(tǒng)任務(wù)要求：設(shè)計一個4層樓的電梯運行模擬系統(tǒng)，由8只按鍵開關(guān)代表1樓至4樓的上下按鍵，由LED數(shù)碼管或LCD模擬顯示電梯運行的樓層，電梯初始停在1層,樓層位置用光電開關(guān)定位。完成系統(tǒng)硬件和軟件程序設(shè)計。完成課程設(shè)計報告。競賽搶答器任務(wù)要求：設(shè)計一個8位競賽搶答器，同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕表示。要求有復(fù)位、計時功能、顯示功能，完成系統(tǒng)硬件和軟件程序設(shè)計。完成課程設(shè)計報告。以上參考題只是列出基本要求，學(xué)生在設(shè)計過程中要設(shè)計分析具體功能、性能指標(biāo)等，鼓勵學(xué)有余力的同學(xué)完善擴(kuò)展更多功能,自主創(chuàng)新。自擬題目及要求：學(xué)生自己擬定設(shè)計題目，功能要達(dá)到兩個星期設(shè)計的工作量，經(jīng)老師審核可行性，同意后再進(jìn)行設(shè)計工作。課程設(shè)計時間為兩周，具體分配如下：序號主要進(jìn)程教學(xué)內(nèi)容思政元素時間分配兩周（課內(nèi)24學(xué)時）對應(yīng)課程目標(biāo)1課程設(shè)計任務(wù)布置，明確要求和進(jìn)度安排，完成選題與分組根據(jù)教學(xué)大綱和課程設(shè)計計劃，集中講解課程設(shè)計任務(wù)和設(shè)計要求、進(jìn)度安排。學(xué)生自由組合完成分組、選題。培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作能力及協(xié)作精神。2學(xué)時1/22方案設(shè)計學(xué)生綜合運用單片機(jī)課程、電子技術(shù)課程中所學(xué)到的理論知識，查閱相關(guān)參考資料，進(jìn)行智能控制系統(tǒng)的方案設(shè)計。注重培養(yǎng)學(xué)生全面、整體、系統(tǒng)的設(shè)計思想，培養(yǎng)學(xué)生分析問題與解決問題的能力。4學(xué)時1/23硬件電路設(shè)計及原理圖繪制、硬件調(diào)試、軟件設(shè)計與調(diào)試按照方案進(jìn)行硬件和軟件的設(shè)計、調(diào)試。主要包括硬件電路原理圖設(shè)計、硬件實物搭建、硬件調(diào)試、軟件程序設(shè)計與調(diào)試。培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)踏實的工作態(tài)度，提高學(xué)生的實際動手能力。10學(xué)時1/24結(jié)果驗收與作品答辯對課程設(shè)計作品進(jìn)行驗收，驗收時還要求學(xué)生對作品進(jìn)行答辯，分析經(jīng)驗得失。培養(yǎng)學(xué)生工作總結(jié)、人際交流和溝通能力8學(xué)時1/25撰寫課程設(shè)計報告學(xué)生按要求撰寫課程設(shè)計報告。培養(yǎng)學(xué)生對事物的觀察、實踐和總結(jié)的能力課外1說明：1．撰寫課程設(shè)計報告，不少于3000字，報告內(nèi)容、要求及格式等要符合規(guī)范。2．驗收答辯：學(xué)生自述約5分鐘，并回答2~3個問題。四、教學(xué)方法實踐教學(xué)采取1~3人1組、自由組合、每組自由選擇1個課題的組織形式，以學(xué)生為主，充分調(diào)動學(xué)生的積極性、主動性。教師對學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計、軟件仿真、系統(tǒng)集成與調(diào)試、團(tuán)隊協(xié)作各方面進(jìn)行輔導(dǎo)和引導(dǎo)。對于每個課題，要求必須完成基本功能，自主發(fā)揮完成擴(kuò)展功能，在方案設(shè)計、硬件制作與調(diào)試、軟件仿真與系統(tǒng)調(diào)試各個環(huán)節(jié)考核學(xué)生的實踐動手能力。引導(dǎo)、激勵學(xué)生開展實踐活動的積極性、自主性和團(tuán)隊協(xié)作意識，培養(yǎng)學(xué)生運用MCU等設(shè)計一個完整的智能控制系統(tǒng)等工程問題的能力和創(chuàng)新意識。注重課內(nèi)、課外有機(jī)統(tǒng)一，保證課題完成。課程設(shè)計報告在撰寫課程設(shè)計報告過程中，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)一步明確設(shè)計任務(wù)與要求，理解和鞏固課題的設(shè)計方案和電路工作原理，總結(jié)智能電子系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計與仿真的經(jīng)驗得失，充分表達(dá)設(shè)計的過程、結(jié)果及心得體會、團(tuán)隊協(xié)作與創(chuàng)新點。培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計報告撰寫能力。報告格式如下：封面：課題名稱；專業(yè)和年級；學(xué)生姓名；指導(dǎo)教師。報告的主要內(nèi)容：設(shè)計任務(wù)與要求；設(shè)計方案和電路工作原理；電路軟、硬件設(shè)計，仿真、安裝及調(diào)試過程；調(diào)試結(jié)果與分析；心得、體會及建議；參考文獻(xiàn)。五、考核與成績評定方式考核標(biāo)準(zhǔn)與成績評定課程設(shè)計考核由過程考核（百分制）、驗收答辯（百分制）、課程設(shè)計報告（百分制）三部分組成，按權(quán)重0.3、0.3、0.4評定最后考核成績（百分制）。其中，過程考核主要包括進(jìn)度、方案科學(xué)性與合理性、軟硬件設(shè)計、整個系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量、團(tuán)隊協(xié)作、綜合能力與表現(xiàn)；在作品驗收時進(jìn)行答辯，主要檢查實物或仿真結(jié)果，學(xué)生自述少于5分鐘，并回答2~3個問題。課程設(shè)計報告按照紙質(zhì)報告中的具體要求完成。表1 過程考核評價標(biāo)準(zhǔn)基本要求評價標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）根據(jù)課題的設(shè)計要電路設(shè)計方案非常電路設(shè)計方案正電路設(shè)計方案基電路設(shè)計方案基求，進(jìn)度把握好，能好，很好地完成了系確，完成了各部分本正確，完成了本正確，完成了完成基本功能，方案統(tǒng)硬件電路設(shè)計和軟的單元電路硬件設(shè)各部分單元電路主要的單元電路設(shè)計科學(xué)與合理，軟件設(shè)計；系統(tǒng)基本功計和軟件設(shè)計；系硬件設(shè)計和軟件硬件設(shè)計和軟件硬件設(shè)計完整全面，能全部實現(xiàn)并且有創(chuàng)統(tǒng)基本功能全部實設(shè)計；系統(tǒng)功能設(shè)計；完成了部完成各項仿真、調(diào)試新；完成了電路仿真現(xiàn)；完成了電路仿沒有全部實現(xiàn)；分電路仿真與調(diào)工作，整個系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試工作，作品質(zhì)真與調(diào)試工作，作完成了電路仿真試，完成了部分質(zhì)量較高，有較好的量很高，團(tuán)隊協(xié)作很品質(zhì)量較高，團(tuán)隊與調(diào)試工作，團(tuán)功能，團(tuán)隊配合團(tuán)隊協(xié)作、綜合能力好，綜合能力很強(qiáng)。協(xié)作好，綜合能力隊協(xié)作一般，綜不太好，綜合能與表現(xiàn)。較強(qiáng)。合能力一般。力不強(qiáng)。表2驗收答辯評價標(biāo)準(zhǔn)基本要求評價標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）作品完成了基本功能作品完成了全部功能作品完成了全部功作品完成了基本作品不能演示，要求，能演示；匯報要求，并有擴(kuò)展創(chuàng)新能要求，全部演示功能要求，能演但完成了基本的講解完整準(zhǔn)確?；卮饍?nèi)容，作品演示效果正常；匯報講解完示；匯報講解完軟、硬件設(shè)計工問題正確。好；匯報講解非常完整準(zhǔn)確。回答問題整?；卮饐栴}基作，能部分仿真；整準(zhǔn)確?；卮饐栴}全正確。本正確。能匯報講解?；夭空_。答問題部分正確。課程設(shè)計報告主要從任務(wù)要求、方案設(shè)計、硬件與軟件設(shè)計、仿真與調(diào)試、結(jié)果分析與結(jié)論、心得與意見等進(jìn)行評價。表3課程設(shè)計報告評價標(biāo)準(zhǔn)基本要求評價標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）報告格式正確；內(nèi)容報告格式正確；內(nèi)容報告格式正確；內(nèi)報告格式正確；報告格式基本正全面、完整、實事求非常全面、完整，方容全面、完整，方內(nèi)容全面、完整，確；內(nèi)容不全面、是；圖、表等符合規(guī)案很科學(xué)，有創(chuàng)新內(nèi)案合理科學(xué)；有全方案一般；只有不完整，方案不范要求，設(shè)計步驟詳容；有全面的硬件與面的硬件與軟件設(shè)主要的硬件與軟科學(xué)；沒有詳細(xì)盡，仿真、調(diào)試內(nèi)容軟件設(shè)計，仿真、安計，仿真、安裝及件設(shè)計，仿真、的硬件與軟件設(shè)客觀；有經(jīng)驗、得失、裝及調(diào)試過程非常詳調(diào)試過程詳細(xì)，內(nèi)安裝及調(diào)試過程計，沒有仿真、心得，字跡工整。細(xì)，作品質(zhì)量很高，容充實，調(diào)試結(jié)果簡單，調(diào)試結(jié)果安裝及調(diào)試過調(diào)試結(jié)果與分析非常與分析較好；圖、與分析一般；圖、程,調(diào)試結(jié)果與好；圖、表等符合規(guī)表等符合規(guī)范要表等符合規(guī)范要分析不客觀真范要求，有深刻的經(jīng)求，有經(jīng)驗、得失、求，字跡較工整。實；圖、表等不驗、得失、心得，字心得，字跡工整。符合規(guī)范要求，跡工整。字跡不工整。最終成績評定為：過程考核成績*30%+驗收答辯成績*30%+課程設(shè)計報告成績*40%。課程目標(biāo)達(dá)成度評價一、課程基本信息課程名稱單片機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計課程性質(zhì)實踐課，必修學(xué)時學(xué)分2周/2學(xué)分開課學(xué)期專業(yè)班級考核方式過程+答辯+報告任課教師：評價人員：課程組長，任課教師二、課程目標(biāo)達(dá)成評估課程目標(biāo)支撐指標(biāo)點課程目標(biāo)評價數(shù)據(jù)源評價依據(jù)分值平均分達(dá)成度值畢業(yè)要求3.2能夠設(shè)計針對自動化領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的解決方案，并考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素,體現(xiàn)創(chuàng)新意識。目標(biāo)1：能夠應(yīng)用MCU或者其它嵌入式控制芯片、控制模塊、控制板實現(xiàn)一個完整智能控制系統(tǒng)的方案設(shè)計、仿真、調(diào)試等工作，提出方案改進(jìn)