《單片機(jī)原理及應(yīng)用實驗》課程教學(xué)大綱

《單片機(jī)原理及應(yīng)用實驗》教學(xué)大綱課程名稱：單片機(jī)原理及應(yīng)用實驗（ExperimentsofMicrocontrollerTheoryandApplications）課程編號：1501XK019課程類別：工程基礎(chǔ)-必修學(xué)分：1分總學(xué)時：16學(xué)時，其中，實驗學(xué)時：16學(xué)時適用專業(yè)：自動化先修課程：模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、C語言程序設(shè)計、單片機(jī)原理及應(yīng)用孫先松陳曉靜一、課程性質(zhì)本課程是單片機(jī)原理及應(yīng)用理論課程的實踐環(huán)節(jié)，是自動化專業(yè)的工程基礎(chǔ)課，具有很強(qiáng)的實踐性和工程性。本課程可以充分體現(xiàn)學(xué)生利用自己所掌握的知識解決實際工程問題的能力。通過本課程學(xué)習(xí)與實踐，學(xué)生能夠進(jìn)一步理解MCU的基本概念、基本結(jié)構(gòu)和應(yīng)用方法，使學(xué)生具備智能控制系統(tǒng)的軟、硬件分析與設(shè)計能力，并為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和應(yīng)用打好基礎(chǔ)，本課程對提高學(xué)生工程實踐能力有很重要的作用。二、課程目標(biāo)價值目標(biāo)多閱讀相關(guān)科技文獻(xiàn)資料，多角度了解計算機(jī)前沿技術(shù)，形成強(qiáng)烈的愛國情懷，激勵學(xué)生奮發(fā)學(xué)習(xí)、刻苦鉆研，樹立職業(yè)理想和家國使命感。通過對實驗電路、實驗現(xiàn)象的分析和程序代碼的調(diào)試，引導(dǎo)學(xué)生在實踐過程中樹立誠實守信的工作作風(fēng)和求真務(wù)實的學(xué)術(shù)精神，培養(yǎng)學(xué)生用科學(xué)態(tài)度和辯證思維分析問題。通過不斷改進(jìn)硬件電路和優(yōu)化程序達(dá)成設(shè)計目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生解決工程實踐的工匠精神。知識和能力目標(biāo)深入理解單片機(jī)的基本原理、程序設(shè)計規(guī)則等基本知識及其電路設(shè)計思想，熟練運(yùn)用單片機(jī)軟件開發(fā)環(huán)境和硬件開發(fā)平臺，能夠?qū)?yīng)用單片機(jī)的自動控制系統(tǒng)進(jìn)行方案說明、功能分析和性能評價。（支撐畢業(yè)要求4.2）掌握自頂向下，模塊化設(shè)計思想和科學(xué)思維方法，能夠針對自動化領(lǐng)域特定需求進(jìn)行單元模塊及系統(tǒng)硬軟件設(shè)計與實現(xiàn)，會借助各種軟件工具完成參數(shù)計算及仿真。（支撐畢業(yè)要求5.2）課程目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)14.2能夠根據(jù)實驗系統(tǒng)，科學(xué)地獲取實驗數(shù)據(jù)，通過對實驗數(shù)據(jù)的分析與解釋，獲得合理有效的結(jié)論。課程目標(biāo)25.2能針對自動化領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，選擇使用仿真軟件、軟硬件設(shè)計開發(fā)平臺等工具，完成硬件電路、軟件算法、機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和仿真計算。三、實驗項目與類型序號實驗項目學(xué)時實驗性質(zhì)思政元素支撐的課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)驗證設(shè)計綜合1匯編程序設(shè)計與軟件仿真實驗2√規(guī)范必須遵守，有一個字符出錯程序都不能運(yùn)行。舉例告誡學(xué)生學(xué)術(shù)必須嚴(yán)謹(jǐn)，求真務(wù)實。1、24.2、5.22端口輸入輸出與中斷實驗2√I/O口控制雖然簡單,但是只要敢創(chuàng)新,有創(chuàng)意，就有無限可能。1、24.2、5.23定時器/計數(shù)器實驗2√√通過程序設(shè)計讓學(xué)生直觀感受定時器us、ms級時間的長短，光陰似箭，分秒必爭。1、24.2、5.24鍵盤及數(shù)碼管顯示實驗2√鍵盤與顯示是人機(jī)交互必備的技術(shù)，結(jié)合人際交流分析。1、24.2、5.25串口通信實驗4√串口通信，對方收不到數(shù)據(jù)，有可能是接收端問題，也有可能是發(fā)送端問題。人與人交流也一樣，別人有問題，自己也可能有問題。培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維。1、24.2、5.26D/A轉(zhuǎn)換或A/D轉(zhuǎn)換實驗4√A/D和D/A是我們享受數(shù)字時代紅利的最基礎(chǔ)的技1、24.2、5.2術(shù)，高端A/D和D/A芯片也是國外嚴(yán)格管控的產(chǎn)品，讓學(xué)生討論我們該怎么辦。四、實驗內(nèi)容實驗一匯編程序設(shè)計與軟件仿真（2學(xué)時）實驗?zāi)康恼莆占烧{(diào)試環(huán)境的使用方法，對8051匯編語言程序能熟練仿真、調(diào)試；還要掌握程序下載到實驗裝置的方法。要求掌握簡單8051匯編語言程序設(shè)計。實驗內(nèi)容分析并理解單片機(jī)實驗裝置的電路原理圖，熟悉開發(fā)與應(yīng)用的步驟；編寫匯編程序，完成外設(shè)仿真與調(diào)試；完成十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為BCD碼的匯編程序設(shè)計和仿真；完成十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為ASCII碼的匯編程序設(shè)計和仿真；實驗儀器及材料安裝有Keil集成開發(fā)環(huán)境及STC-ISP燒錄軟件的PC機(jī)，STC單片機(jī)開發(fā)板、杜邦線。實驗二I/O口與中斷實驗（2學(xué)時）實驗?zāi)康氖煜纹瑱C(jī)開發(fā)實驗系統(tǒng)與中斷相關(guān)的硬件資源；掌握單片機(jī)端口的工作原理，學(xué)習(xí)控制I/O口輸入和輸出的方法。加深對8051單片機(jī)中斷系統(tǒng)的理解，學(xué)習(xí)外部中斷、定時器中斷及中斷優(yōu)先級的使用方法及相關(guān)編程。實驗內(nèi)容分析并理解單片機(jī)實驗的電路原理圖，編程實現(xiàn)外部中斷。開關(guān)K2接P3.2（INT0），開關(guān)K3接P3.3（INT1）。不按鍵時，P1.0所接的LED一直閃爍，按K2鍵后P1.1所接的LED閃爍5次，按K3鍵后P1.2所接的LED閃爍5次。編寫匯編程序，實現(xiàn)定時器中斷。利用按鍵K2來觸發(fā)外部0中斷的發(fā)生。外部中斷未發(fā)生時，系統(tǒng)通過定時器定時中斷的方法，使8個LED做流水燈操作，當(dāng)有外部0中斷產(chǎn)生時，LED同時閃爍5次，完畢后繼續(xù)流水燈操作。實驗儀器及材料安裝有Keil集成開發(fā)環(huán)境及STC-ISP燒錄軟件的PC機(jī)，STC單片機(jī)開發(fā)板、杜邦線。實驗三定時器/計數(shù)器實驗（2學(xué)時）實驗?zāi)康氖煜纹瑱C(jī)開發(fā)實驗系統(tǒng)與定時器/計數(shù)器相關(guān)的硬件資源；熟悉8051單片機(jī)定時器/計數(shù)器工作原理，熟悉定時器/計數(shù)器的初值計算公式，掌握定時器/計數(shù)器的初始化編程。進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)和掌握定時器/計數(shù)器中斷操作方法。實驗內(nèi)容定時器實驗：設(shè)計一個產(chǎn)生“叮咚”聲的門鈴。8051單片機(jī)P3.1上接有按鍵KEY1，P1.5引腳接有蜂鳴器，當(dāng)按下按鍵時，蜂鳴器產(chǎn)生“叮咚”聲。“?！甭暤念l率為700Hz，“咚”聲的頻率為500Hz。（可以采用示波器查看波形）計數(shù)器實驗（擴(kuò)展內(nèi)容）：設(shè)計一個直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。如果學(xué)時不夠，可以課外完成，在下次實驗時驗收。實驗儀器及材料安裝有Keil集成開發(fā)環(huán)境及STC-ISP燒錄軟件的PC機(jī)，STC單片機(jī)開發(fā)板、杜邦線。實驗四鍵盤及數(shù)碼管顯示實驗（2學(xué)時）實驗?zāi)康恼莆諉纹瑱C(jī)IO口連接獨(dú)立按鍵和矩陣鍵盤的方法，學(xué)會編程識別按鍵。掌握多位數(shù)碼管驅(qū)動的電路原理及顯示編程的方法。重點(diǎn)掌握鍵盤線反轉(zhuǎn)法編程和數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示編程。實驗內(nèi)容基本內(nèi)容：設(shè)計一個用數(shù)碼管顯示的數(shù)字鐘。采用3個獨(dú)立按鍵，分別連接P3.0、P3.1、P3.2，功能為：P3.0控制“秒”的調(diào)整，每按一次加1秒；P3.1控制“分”的調(diào)整，每按一次加1分；P3.2控制“時”的調(diào)整，每按一次加1個小時；擴(kuò)展設(shè)計內(nèi)容：將上面數(shù)字鐘的獨(dú)立按鍵改為矩陣鍵盤，使用3×3矩陣鍵盤，使用個按鍵，分別為【增加】、【減少】、【模式選擇】、【確認(rèn)】、【退出設(shè)置】功能。實驗儀器及材料安裝有Keil集成開發(fā)環(huán)境及STC-ISP燒錄軟件的PC機(jī)，STC單片機(jī)開發(fā)板、杜邦線。實驗五串口通信實驗（4學(xué)時）實驗?zāi)康氖煜纹瑱C(jī)開發(fā)實驗系統(tǒng)與串口相關(guān)的硬件資源；通過實驗進(jìn)一步學(xué)習(xí)單片機(jī)進(jìn)行通信的基本原理，掌握UART或其它通信端口的硬件原理與軟件編程方法。串口通信不同工作方式下的波形。掌握單片機(jī)一種通信接口的工作原理與應(yīng)用方法，編寫匯編語言程序?qū)崿F(xiàn)兩機(jī)或多機(jī)通信。實驗內(nèi)容利用單片機(jī)UART串行口進(jìn)行通信及波形測試。實現(xiàn)兩機(jī)通信，雙方實現(xiàn)收發(fā)的控制與顯示?？梢赃x用一臺單片機(jī)和PC通信，也可以選用兩臺單片機(jī)進(jìn)行通信。發(fā)送可以采用按一次鍵發(fā)送一次數(shù)據(jù)；也可以連續(xù)發(fā)送，按鍵時停止發(fā)送。實驗儀器及材料安裝有Keil集成開發(fā)環(huán)境及STC-ISP燒錄軟件的PC機(jī)，STC單片機(jī)開發(fā)板、杜邦線。實驗六D/A轉(zhuǎn)換實驗（4學(xué)時）實驗?zāi)康氖煜纹瑱C(jī)開發(fā)實驗系統(tǒng)與D/A相關(guān)的硬件資源；通過實驗進(jìn)一步學(xué)習(xí)D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理，學(xué)習(xí)D/A轉(zhuǎn)換器的使用方法。掌握8051單片機(jī)與D/A轉(zhuǎn)換芯片的電路連接原理，掌握D/A轉(zhuǎn)換程序設(shè)計方法。實驗內(nèi)容選擇一種D/A芯片，分析其主要參數(shù)和主要引腳功能，了解工作時序。設(shè)計單片機(jī)與D/A芯片電路連接原理圖，并實際連接好電路。編程實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換功能，編程產(chǎn)生鋸齒波、梯形波、三角波、方波等任一種波形，用示波器查看波形并記錄。進(jìn)一步擴(kuò)展實驗內(nèi)容，可以改變波形、幅度和頻率。可以設(shè)計成用按鍵改變。實驗儀器及材料安裝有Keil集成開發(fā)環(huán)境及STC-ISP燒錄軟件的PC機(jī)，STC單片機(jī)開發(fā)板、D/A芯片、杜邦線。實驗七A/D轉(zhuǎn)換實驗（4學(xué)時）實驗?zāi)康氖煜纹瑱C(jī)開發(fā)實驗系統(tǒng)與A/D相關(guān)的硬件資源；學(xué)習(xí)A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理，掌握一種A/D轉(zhuǎn)換芯片的使用方法。掌握8051單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換芯片的電路連接原理，掌握A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計方法。實驗內(nèi)容選擇一種A/D芯片，分析其主要參數(shù)和主要引腳功能，了解工作時序。設(shè)計單片機(jī)與A/D芯片電路連接原理圖，并實際連接好電路。編程實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換功能，要求將轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量輸出到LED指示燈、或者數(shù)碼管、或者LCD顯示。進(jìn)一步擴(kuò)展實驗內(nèi)容，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量通過串口傳輸?shù)絇C機(jī)端去顯示。實驗儀器及材料安裝有Keil集成開發(fā)環(huán)境及STC-ISP燒錄軟件的PC機(jī)，STC單片機(jī)開發(fā)板、A/D芯片、杜邦線。五、教學(xué)方法本課程是一門實踐性、工程性很強(qiáng)的學(xué)科基礎(chǔ)性課程。為了提高教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)學(xué)生實踐動手能力和分析解決問題的能力，本課程的教學(xué)采用“學(xué)生自主實踐”、“課內(nèi)與課外結(jié)合”的教學(xué)方式，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性，培養(yǎng)學(xué)生自主進(jìn)行功能分析、性能參數(shù)計算仿真、實驗方案設(shè)計、硬件設(shè)計和軟件編程。課程分為實驗教學(xué)和撰寫實驗/設(shè)計報告兩個階段：實驗教學(xué)實驗教學(xué)采用“課內(nèi)與課外結(jié)合”的教學(xué)模式。要求學(xué)生在實驗前預(yù)習(xí)與實驗相關(guān)的教材內(nèi)容，了解實驗內(nèi)容，理解實驗原理，鼓勵學(xué)生在實驗前自主進(jìn)行軟件仿真。每次實驗開始前由指導(dǎo)教師先進(jìn)行實驗任務(wù)的解析，完畢后學(xué)生自主完成實驗，若出現(xiàn)問題，教師要引導(dǎo)學(xué)生分析、解決。在實驗進(jìn)行中，教師要根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況、答疑、動力能力、實驗結(jié)果等進(jìn)行記錄評價。有些實驗內(nèi)容在課內(nèi)不一定能全部完成，教師要記錄并安排課后答疑，下次實驗或者答疑時間進(jìn)行結(jié)果驗收。另外單片機(jī)實驗板很多，鼓勵學(xué)生采用實驗板進(jìn)行課外實踐。同時結(jié)合國家級精品課程、國內(nèi)/國際名校視頻公開課、單片機(jī)論壇等網(wǎng)絡(luò)資源，學(xué)生課后完全可以自主實踐，這種方式也是本課程教學(xué)強(qiáng)有力的補(bǔ)充。實驗/設(shè)計報告在撰寫實驗/設(shè)計報告過程中，使學(xué)生進(jìn)一步理解和鞏固實驗內(nèi)容和方法；通過對實驗任務(wù)的分析、實驗原理的介紹、設(shè)計思路的展示和實驗結(jié)果的歸納總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和研究報告撰寫能力。六、考核與評價方式及標(biāo)準(zhǔn)1．考核標(biāo)準(zhǔn)與成績評定課程考核包括實驗操作、實驗報告兩個部分。實驗操作（百分制），包括預(yù)習(xí)情況、課堂提問、實驗結(jié)果、動手操作能力評價等。實驗操作評價標(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）深入理解單片機(jī)的基本原非常清楚單片機(jī)的非常清楚單片機(jī)清楚單片機(jī)的單片機(jī)的基本原理、程序設(shè)計規(guī)則等基本知基本原理，編程能的基本原理，編基本原理，有基理、編程能力欠識及其電路設(shè)計思想，能夠力很強(qiáng)，具備很好程能力較強(qiáng)，具本編程能力，具缺，不具備硬軟對單片機(jī)應(yīng)用于電氣系統(tǒng)的硬軟件分析、設(shè)備較好的硬軟件備硬軟件分析、件分析、設(shè)計和進(jìn)行硬軟件設(shè)計、功能分計和仿真的能力。分析、設(shè)計和仿設(shè)計和仿真的仿真的能力。不析、參數(shù)性能設(shè)計和仿真。具有模塊化設(shè)計思真的能力。具有能力。具有模塊具有模塊化設(shè)計掌握自頂向下，模塊化設(shè)計想及習(xí)慣，所設(shè)計模塊化設(shè)計思想化設(shè)計思想及思想及習(xí)慣，所思想和科學(xué)思維方法，能夠的硬軟件模塊能完及習(xí)慣，所設(shè)計習(xí)慣，所設(shè)計的設(shè)計的硬軟件模針對電子系統(tǒng)硬軟件特定全滿足要求。實踐的硬軟件模塊能硬軟件模塊基塊不能達(dá)到要需求及性能指標(biāo)，完成方案動手能力非常強(qiáng)。達(dá)到要求。實踐本達(dá)到要求。有求。實踐動手能分析及單元模塊的硬軟件設(shè)計動手能力較強(qiáng)。一定實踐動手能力。力不強(qiáng)。實驗報告（百分制），內(nèi)容包括：實驗?zāi)康?、實驗原理和方案、實驗步驟、硬件與軟件設(shè)計、實驗結(jié)果與分析、總結(jié)或心得等。實驗報告考核內(nèi)容與評價標(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）掌握實驗報告的撰寫實驗報告格式實驗報告格式實驗報告格實驗報告格式技能，有實驗?zāi)康?、很?guī)范，內(nèi)容很規(guī)范，內(nèi)容完式規(guī)范，內(nèi)容不規(guī)范，內(nèi)容不實驗步驟、實驗內(nèi)容、完整，實驗方案整，實驗方案基本完整，實完整，實驗方案實驗結(jié)果分析等，能很好，功能分好，功能分析、驗方案正確，不太好，功能分準(zhǔn)確表達(dá)單片機(jī)進(jìn)行析、參數(shù)性能設(shè)參數(shù)性能設(shè)計功能分析、參析、參數(shù)性能設(shè)各種實驗的原理、方計和仿真非常和仿真詳細(xì)，有數(shù)性能設(shè)計計和仿真不詳案設(shè)計、硬件電路設(shè)詳細(xì)，有詳細(xì)實實驗步驟。硬件和仿真基本細(xì)，沒有實驗步計、軟件編程。能描驗步驟。硬件和和軟件設(shè)計完詳細(xì)，有實驗驟。硬件和軟件述系統(tǒng)的功能、參數(shù)軟件設(shè)計非常整，程序設(shè)計科步驟。硬件和設(shè)計不完整，程性能設(shè)計和仿真完整，程序設(shè)計學(xué)，有完整的實軟件設(shè)計完序設(shè)計不太科很科學(xué)，有正確驗結(jié)果，有較多整，程序設(shè)計學(xué)，沒有實驗結(jié)的實驗結(jié)果，有的總結(jié)或心得。比較科學(xué)，有果，沒有總結(jié)或深刻總結(jié)或心實驗結(jié)果，有心得。得?？偨Y(jié)或心得。注：該表格中的比例為期末考試試卷成績比例。實驗成績評定為：實驗操作70%，實驗報告30%。2．課程目標(biāo)達(dá)成評價《單片機(jī)原理及應(yīng)用實驗》課程目標(biāo)達(dá)成評價分析報告一、課程基本信息課程名稱單片機(jī)原理及應(yīng)用實驗課程性質(zhì)工程基礎(chǔ)，必