《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》教學(xué)大綱

《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》教學(xué)大綱課程代碼：01140471課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)分：3.0學(xué)分學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)（理論32學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)）先修課程：機(jī)械工程測試技術(shù)、機(jī)械控制工程等后續(xù)課程：機(jī)電綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)適用專業(yè)：機(jī)械電子工程開課單位：機(jī)械工程學(xué)院一、課程說明《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》是機(jī)械電子工程專業(yè)本科學(xué)生的專業(yè)必修課程。本課程內(nèi)容兼顧硬件和軟件兩個(gè)方面。該課程主要傳授單片機(jī)基本硬件結(jié)構(gòu)與工作原理、軟硬件資源配置和單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)等基本知識；通過理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合，選擇生活中常見的工程項(xiàng)目為案例，使學(xué)生將程序設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)及單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用與實(shí)際機(jī)電產(chǎn)品聯(lián)系起來，為學(xué)生畢業(yè)后從事控制工程的計(jì)算機(jī)檢測與控制、智能儀表、運(yùn)動(dòng)控制等相關(guān)工作打下比較扎實(shí)的理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：理解單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用在系統(tǒng)中的作用和相互關(guān)系，掌握仿真工具的使用及程序下載方法；分析設(shè)計(jì)小型的單片機(jī)測控系統(tǒng)的系統(tǒng)組成和功能，能夠按照控制系統(tǒng)需求給出嵌入式控制系統(tǒng)的解決方案和評價(jià)。課程目標(biāo)2：掌握單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用，針對特定需求的復(fù)雜機(jī)電裝備，能夠構(gòu)思合理的嵌入式控制系統(tǒng)解決方案，合理分配單片機(jī)軟硬件資源，設(shè)計(jì)開發(fā)實(shí)現(xiàn)特定功能的嵌入式控制系統(tǒng)，具備解決實(shí)際工程問題能力。課程目標(biāo)3：掌握Keil編程及Proteus仿真工具，完成控制原理圖的設(shè)計(jì)，搭建復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)的虛擬仿真模型，實(shí)現(xiàn)Keil與Proteus聯(lián)合仿真，分析仿真數(shù)據(jù)，驗(yàn)證系統(tǒng)功能，進(jìn)一步提高解決復(fù)雜工程中嵌入式系統(tǒng)問題的分析及設(shè)計(jì)能力。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》課程教學(xué)目標(biāo)對機(jī)械電子工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識：能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和機(jī)械電子類等專業(yè)知識用于分析解決機(jī)電工程領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。1.3能夠?qū)C(jī)電工程基礎(chǔ)知識用于分析機(jī)械電子相關(guān)復(fù)雜工程問題并提出解決方案。課程目標(biāo)1：理解單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用在系統(tǒng)中的作用和相互關(guān)系，掌握仿真工具的使用及程序下載方法；分析設(shè)計(jì)小型的單片機(jī)測控系統(tǒng)的系統(tǒng)組成和功能，能夠按照控制系統(tǒng)需求制定嵌入式控制系統(tǒng)的解決方案和評價(jià)。H3.設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案：能夠設(shè)計(jì)針對機(jī)電工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的系統(tǒng)與單元（部件），并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。3.1掌握機(jī)電工程設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā)的基本方法和技術(shù)，能夠根據(jù)需求確定設(shè)計(jì)目標(biāo)，并研究確定技術(shù)方案。課程目標(biāo)2：掌握單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用，針對特定需求的復(fù)雜機(jī)電裝備，能夠構(gòu)思合理的嵌入式控制系統(tǒng)解決方案，合理分配單片機(jī)軟硬件資源，設(shè)計(jì)開發(fā)實(shí)現(xiàn)特定功能的嵌入式控制系統(tǒng)，具備解決實(shí)際工程問題能力。M5.使用現(xiàn)代工具：能夠針對機(jī)電工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對復(fù)雜工程問題的預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性。5.2能夠選擇和使用恰當(dāng)?shù)膬x器、信息資源，工程工具和專業(yè)模擬軟件等，用于機(jī)電工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的分析、計(jì)算與設(shè)計(jì)。課程目標(biāo)3：掌握Keil編程及Proteus仿真工具，完成控制原理圖的設(shè)計(jì)，搭建復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)的虛擬仿真模型，實(shí)現(xiàn)Keil與Proteus聯(lián)合仿真，分析仿真數(shù)據(jù)，驗(yàn)證系統(tǒng)功能，進(jìn)一步提高解決復(fù)雜工程中嵌入式系統(tǒng)問題的分析及設(shè)計(jì)能力。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對應(yīng)的課程目標(biāo)單片機(jī)概述1.1單片機(jī)的發(fā)展歷程及應(yīng)用領(lǐng)域；1.2單片機(jī)的特點(diǎn)、應(yīng)用及發(fā)展趨勢。教學(xué)要求：單片機(jī)的發(fā)展歷程及應(yīng)用領(lǐng)域；掌握單片機(jī)的特點(diǎn)、應(yīng)用及發(fā)展趨勢。重點(diǎn):單片機(jī)的特點(diǎn)、應(yīng)用及發(fā)展趨勢。難點(diǎn):單片機(jī)的特點(diǎn)、應(yīng)用及發(fā)展趨勢。21、3AT89C52單片機(jī)的片內(nèi)硬件構(gòu)成2.1AT89C52單片機(jī)的硬件組成；2.2AT89C52單片機(jī)的引腳功能。2.3AT89C52單片機(jī)的CPU2.4AT89C52單片機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)2.5AT89C52單片機(jī)的并行I/O端口2.6時(shí)鐘電路與時(shí)序2.7復(fù)位操作和復(fù)位電路2.8AT89C52單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)2.9看門狗功能簡介2.10低功耗節(jié)電模式教學(xué)要求：了解AT89C52單片機(jī)的硬件組成；掌握AT89C52單片機(jī)的引腳功能；掌握AT89C52單片機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)及I/O端口；掌握時(shí)鐘電路、復(fù)位電路及操作；掌握AT89C52單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)；了解看門狗功能；掌握低功耗節(jié)電模式的應(yīng)用。重點(diǎn):AT89C52單片機(jī)的引腳功能、單片機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)及I/O端口、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路及操作、AT89C52單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)、低功耗節(jié)電模式。難點(diǎn):AT89C52單片機(jī)的引腳功能、單片機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)及I/O端口、AT89C52單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)。801、3C51編程基礎(chǔ)及Proteus仿真軟件簡介3.1C51程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及函數(shù)3.2KeilC51簡介3.3Proteus虛擬仿真平臺簡介3.4Proteus與Keil的聯(lián)調(diào)教學(xué)要求：了解C51程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；掌握C51與C語言函數(shù)的不同之處；掌握KeilC51編程、調(diào)試及生成HEX二進(jìn)制文件方法；掌握Proteus虛擬仿真平臺的操作；掌握Proteus與Keil的聯(lián)調(diào)操作。重點(diǎn):C51與C語言函數(shù)的不同之處、KeilC51編程調(diào)試及生成HEX二進(jìn)制文件方法、Proteus虛擬仿真平臺的操作、Proteus與Keil的聯(lián)調(diào)操作。難點(diǎn):KeilC51編程調(diào)試及生成HEX二進(jìn)制文件方法、Proteus與Keil的聯(lián)調(diào)操作。022、3單片機(jī)與顯示器件、開關(guān)及鍵盤接口設(shè)計(jì)4.1單片機(jī)控制發(fā)光二極管的顯示4.2開關(guān)狀態(tài)檢測4.3單片機(jī)控制LED數(shù)碼管的顯示4.4單片機(jī)控制LED點(diǎn)陣顯示器的顯示4.5單片機(jī)控制LCD1602液晶顯示模塊的顯示4.6鍵盤接口設(shè)計(jì)教學(xué)要求：掌握單片機(jī)控制發(fā)光二極管的顯示；掌握開關(guān)狀態(tài)檢測；掌握單片機(jī)控制LED數(shù)碼管的顯示；掌握單片機(jī)控制LED點(diǎn)陣顯示器的顯示；掌握單片機(jī)控制LCD1602液晶顯示模塊的顯示；掌握鍵盤接口設(shè)計(jì)。重點(diǎn):單片機(jī)控制發(fā)光二極管的顯示、開關(guān)狀態(tài)檢測、單片機(jī)控制LED數(shù)碼管的顯示、單片機(jī)控制LED點(diǎn)陣顯示器的顯示、單片機(jī)控制LCD1602液晶顯示模塊的顯示、鍵盤接口設(shè)計(jì)。難點(diǎn):開單片機(jī)控制LED數(shù)碼管的顯示、單片機(jī)控制LCD1602液晶顯示模塊的顯示、鍵盤接口設(shè)計(jì)。682、3AT89S52單片機(jī)的中斷系統(tǒng)5.1單片機(jī)中斷概述5.2AT89S52單片機(jī)的中斷系統(tǒng)5.3中斷允許與中斷優(yōu)先級的控制5.4響應(yīng)中斷請求的條件5.5外部中斷的響應(yīng)時(shí)間5.6外部中斷的出發(fā)方式選擇5.7中斷請求的撤銷5.8中斷系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)案例。教學(xué)要求：掌握單片機(jī)中斷的概念；掌握AT89S52單片機(jī)的中斷系統(tǒng)機(jī)制；掌握單片機(jī)中斷允許與中斷優(yōu)先級的控制；掌握響應(yīng)中斷請求的條件；掌握外部中斷的響應(yīng)時(shí)間；掌握外部中斷的出發(fā)方式選擇；掌握中斷請求的撤銷；了解中斷系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)案例。重點(diǎn):單片機(jī)中斷的概念、AT89S52單片機(jī)的中斷系統(tǒng)機(jī)制、單片機(jī)中斷允許與中斷優(yōu)先級的控制、響應(yīng)中斷請求的條件、外部中斷的響應(yīng)時(shí)間、外部中斷的出發(fā)方式選擇、中斷請求的撤銷。難點(diǎn):AT89S52單片機(jī)的中斷系統(tǒng)機(jī)制、單片機(jī)中斷允許與中斷優(yōu)先級的控制。821、2、3AT89S52單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器6.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0與T1的結(jié)構(gòu)6.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0與T1四種工作方式6.3計(jì)數(shù)器模式對外部輸入的計(jì)算信號要求6.4定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0與T1的編程應(yīng)用6.5定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的結(jié)構(gòu)與工作方式教學(xué)要求：了解定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0與T1的結(jié)構(gòu)；掌握定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0與T1四種工作方式；掌握計(jì)數(shù)器模式對外部輸入的計(jì)算信號要求；掌握定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0與T1的編程應(yīng)用；掌握定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的結(jié)構(gòu)與工作方式。重點(diǎn):定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0與T1四種工作方式、中斷請求的撤銷。難點(diǎn):AT89S52單片機(jī)的中斷系統(tǒng)機(jī)制、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0與T1的編程應(yīng)用。641、2、3串行口的工作原理與應(yīng)用7.1串行口通信基礎(chǔ)7.2串行口的結(jié)構(gòu)7.3串行口的4中工作方式7.4多機(jī)通信7.5波特率的制定方法7.6串行口應(yīng)用設(shè)計(jì)案例教學(xué)要求：了解單片機(jī)串行口通信的概念；掌握AT89S52單片機(jī)串行口的結(jié)構(gòu)；掌握單片機(jī)串行口的4中工作方式；掌握單片機(jī)多機(jī)通信；掌握波特率的制定方法；了解串行口應(yīng)用設(shè)計(jì)案例；掌握串行口通訊方法及操作。重點(diǎn):單片機(jī)中斷的概念、AT89S52單片機(jī)的中斷系統(tǒng)機(jī)制、單片機(jī)中斷允許與中斷優(yōu)先級的控制、響應(yīng)中斷請求的條件、外部中斷的響應(yīng)時(shí)間、外部中斷的出發(fā)方式選擇、中斷請求的撤銷。難點(diǎn):AT89S52單片機(jī)的中斷系統(tǒng)機(jī)制、單片機(jī)中斷允許與中斷優(yōu)先級的控制。601、2、3合計(jì)32162.實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表3。表3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對應(yīng)的課程目標(biāo)KeilC51、Proteus聯(lián)合仿真及下載程序掌握KeilC51編程方法及Proteus仿真；掌握KeilC51與Proteus聯(lián)合仿真；掌握Hex文件的生成及下載方法。21、2、3LED指示燈閃爍及流水燈控制了解LED燈的工作原理；掌握點(diǎn)亮與熄滅LED燈編程要領(lǐng)；掌握流水燈的仿真及實(shí)際物理模型的演示過程。21、2、3數(shù)碼管的顯示掌握數(shù)碼管靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示的原理及硬件連接；掌握數(shù)碼管靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示編程要領(lǐng)；掌握數(shù)碼管靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示的仿真及實(shí)際物理模型的演示過程。21、2、3單片機(jī)控制LED點(diǎn)陣顯示器及LCD1602液晶顯示模塊的顯示掌握LED點(diǎn)陣及LCD1602工作原理；掌握LED點(diǎn)陣及LCD1602顯示編程方法；實(shí)現(xiàn)在LED及LCD1602顯示器上顯示特定字符。21、2、3鍵盤接口設(shè)計(jì)掌握鍵盤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；掌握掃描程序的編寫方法。21、2、3外部中斷的應(yīng)用掌握中斷原理及應(yīng)用場合；掌握單中斷、多中斷的編程方法；掌握中斷嵌套的編程要領(lǐng)及應(yīng)用。21、2、3定時(shí)器的應(yīng)用掌握定時(shí)器的工作原理及工作模式；掌握定時(shí)器的初值設(shè)定和編程方法；利用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)方波信號輸出的仿真及實(shí)際物理模型的演示過程。21、2、3計(jì)數(shù)器的應(yīng)用掌握計(jì)數(shù)器的工作原理及工作模式；掌握計(jì)數(shù)器的初值設(shè)定和編程方法；利用數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)秒表的仿真及實(shí)際物理模型的演示過程。21、2、3合計(jì)16五、教學(xué)方法及手段《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》課程具有理論性、工程性、實(shí)驗(yàn)性相結(jié)合的特點(diǎn)，教學(xué)手段和方法要盡量呈現(xiàn)多元化。本課程以課堂講授為主，采用啟發(fā)式、討論式、問題導(dǎo)向、和案例教學(xué)等多種教學(xué)方式，促進(jìn)學(xué)生積極思考，開發(fā)學(xué)生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生思考問題、分析問題和解決問題的能力；以“少而精”為原則，精選教學(xué)內(nèi)容，精講多練；安排習(xí)題課，鞏固課堂所學(xué)知識；通過對典型微機(jī)的技術(shù)原理和設(shè)計(jì)方法的學(xué)習(xí)，使學(xué)生學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)常見得微機(jī)控制系統(tǒng)，并能夠?qū)?fù)雜微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出合理的設(shè)計(jì)思路和解決方案。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)微機(jī)控制系統(tǒng)的基本理論、基本知識和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)際動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。采用教師講授和學(xué)生動(dòng)手操作的方法；在實(shí)驗(yàn)前學(xué)生應(yīng)復(fù)習(xí)和掌握與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容、認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書；實(shí)驗(yàn)要求5-6人一組，按要求獨(dú)立完成規(guī)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。有解決簡單控制線路故障的能力；在實(shí)驗(yàn)過程中要嚴(yán)格遵守紀(jì)律，按操作規(guī)程使用儀器；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，按規(guī)定對儀器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)；每完成一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，要認(rèn)真完成一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告。六、課程資源1.推薦教材：（1）張毅剛.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（C51編程）[M].人民郵電出版社.2020．2.參考書：（1）王賢辰.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2015（2）蘭建軍.單片機(jī)原理、應(yīng)用與Proteus仿真[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2014（3）余發(fā)山.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用[M].煤炭工業(yè)出版社出版.2020.（4）李精華.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社出版.2020.3.期刊：（1）機(jī)電一體化，上?？萍嘉墨I(xiàn)出版社.（2）機(jī)電工程，浙江省機(jī)電集團(tuán)有限公司、浙江大學(xué).（3）MECHANICALENGINEERING，中國機(jī)械工業(yè)學(xué)會(huì).（4）機(jī)器人，中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)、中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）機(jī)電之家：/（2）電子發(fā)燒友：/（3）愛課程網(wǎng)：/course/CSMZXY-1001602001（4）外文文獻(xiàn)：/doi/10.1145/3568739.3568797七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價(jià)細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表3。表3課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核課堂測試10（1）根據(jù)課堂測試情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）每次課堂測試單獨(dú)評分，取各次課堂測試成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以課堂測試成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績?！獭獭?33實(shí)驗(yàn)成績40（1）根據(jù)每次實(shí)驗(yàn)操作完成情況單獨(dú)評分，滿分100分；（2）每次實(shí)驗(yàn)操作單獨(dú)評分，取各次課堂測試成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以實(shí)驗(yàn)操作成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績?！獭獭?01010期末作業(yè)50（1）主要考核學(xué)生對項(xiàng)目知識點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績。1064合計(jì)：100分443927八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂測試、實(shí)驗(yàn)成績、期末作業(yè)等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價(jià)?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇烧n堂測試（占比10%）、實(shí)驗(yàn)成績（占比40%）、期末作業(yè)（占比50%）等過程性考核成績（滿分100