《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)》 課程教學(xué)大綱

《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)》課程教學(xué)大綱課程名稱：單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)課程編號：2noi810、21401810、21201810課程性質(zhì)：通信工程系學(xué)科基礎(chǔ)平臺課程（必修）適用專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、通信工程專業(yè)總學(xué)時(shí)數(shù)：72課時(shí)4學(xué)時(shí)/周（理論2學(xué)+實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)）學(xué)分：3華東師范大學(xué)2009年8月《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)》課程教學(xué)大綱一、課程地位、性質(zhì)和任務(wù)本課程是通信工程系“電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（本科）”、“通信工程專業(yè)（本科）”的學(xué)科基礎(chǔ)平臺課程之一，是培養(yǎng)電子技術(shù)、電子工程、自動化、測控技術(shù)、電子信息工程技術(shù)與通信工程技術(shù)人才的重要專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程以AVR系列單片機(jī)中的ATmega16為藍(lán)本，介紹單片機(jī)的原理、程序設(shè)計(jì)、最小系統(tǒng)、中斷定時(shí)技術(shù)、串行數(shù)據(jù)通信、I/O接口技術(shù)、D/A、A/D轉(zhuǎn)換，以及由單片機(jī)作為核心控制部件構(gòu)成的嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。通過本課程的學(xué)習(xí)，將使學(xué)生在課堂理論課學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加深對基礎(chǔ)理論知識的理解，學(xué)習(xí)、掌握單片機(jī)的軟件編程技術(shù)、硬件擴(kuò)展技術(shù)、以及小型嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)等相關(guān)的技能，鍛煉和提高動手能力。為今后在相關(guān)領(lǐng)域中從事與單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)和產(chǎn)品有關(guān)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、應(yīng)用等工作打下良好的基礎(chǔ)。本課程的建設(shè)和開設(shè)，宗旨在使學(xué)生能全面掌握和綜合應(yīng)用模擬電子技術(shù)和數(shù)字技術(shù)等基礎(chǔ)的知識，能運(yùn)用最新技術(shù)，了解新型MCU芯片的原理、性能和應(yīng)用，以及設(shè)計(jì)和開發(fā)電子系統(tǒng)的技術(shù)。全面提高學(xué)生的硬件設(shè)計(jì)、軟件編寫、系統(tǒng)開發(fā)的綜合能力，以適應(yīng)和滿足二十一世紀(jì)我國社會主義建設(shè)和發(fā)展對電子技術(shù)學(xué)科高級人才的需要。二、課程教學(xué)的特點(diǎn)與建議本課程的教學(xué)理念為：理論與實(shí)踐緊密結(jié)合、重在學(xué)生的創(chuàng)新、綜合應(yīng)用、動手能力等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。因此課程的內(nèi)容應(yīng)該在“模擬電子線路”、“數(shù)字邏輯電路”、“微機(jī)原理”等基礎(chǔ)課程上，從提高學(xué)生的綜合應(yīng)用實(shí)踐和實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)能力，掌握現(xiàn)代單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)，將模擬、數(shù)字、微處理器等單科基礎(chǔ)知識同計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件模擬仿真技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的綜合和提高，著重介紹現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，各類新型IC芯片的特點(diǎn)、功能。并在以上基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合應(yīng)用和設(shè)計(jì)練習(xí)實(shí)踐，完成智能化電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試和實(shí)現(xiàn)。與通常課程的教學(xué)方法相比較，本課程更加強(qiáng)調(diào)實(shí)際應(yīng)用技能的培養(yǎng)，故需要采取講授理論與動手實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合的教學(xué)方法。根據(jù)教學(xué)課時(shí)的分配，將理論教學(xué)過程和學(xué)生實(shí)踐過程緊密結(jié)合。建議主要教學(xué)過程應(yīng)安排在配備電化教學(xué)設(shè)備和相應(yīng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室中完成。教學(xué)采用邊講解，邊動手，理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，不分割的教學(xué)形式。課程的主要教學(xué)特點(diǎn)為：.課程涉及的內(nèi)容、技術(shù)和應(yīng)用緊跟最新的技術(shù)發(fā)展；.采用新的教學(xué)方法和手段，減少了理論寫黑板的時(shí)間；基本采用電子化的教學(xué)；.特別強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐結(jié)合，注重學(xué)生的動手實(shí)踐和獨(dú)立解決問題的能力培養(yǎng)，邊講授、邊實(shí)踐；.大量增加課外電子文獻(xiàn)，特別是英文資料的閱讀和學(xué)習(xí)，全方位的培養(yǎng)學(xué)生的能力。.注重電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、方法與實(shí)踐和實(shí)現(xiàn)；.由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備方便攜帶，學(xué)生可以將實(shí)驗(yàn)設(shè)備帶出實(shí)驗(yàn)室，在課外完成設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以及課程設(shè)計(jì)過程。課堂主要幫助學(xué)生調(diào)試和解決問題。三、先修課程與要求學(xué)習(xí)《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)》課程的先期課程為《數(shù)字邏輯和中大規(guī)模集成電路應(yīng)用》、《微機(jī)原理和應(yīng)用》、《模擬電子線路》和《程序設(shè)計(jì)》以及相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)?！秵纹瑱C(jī)與嵌入式系統(tǒng)》課程的教學(xué)應(yīng)安排在學(xué)生學(xué)習(xí)完《數(shù)字邏輯和中大規(guī)模集成電路應(yīng)用》、《微機(jī)原理及應(yīng)用》以及相應(yīng)實(shí)驗(yàn)課程之后，以安排在四年制本科教學(xué)的第6、7學(xué)期為宜。四、課程教學(xué)的基本要求.以AVR單片機(jī)微控制器為基礎(chǔ)，了解和掌握8位微控制器的基本體系、架構(gòu)等基本概念.了解AVR指令系統(tǒng)（匯編），做到能讀懂含義.掌握AVR單片機(jī)至少一種開發(fā)環(huán)境與平臺的使用，熟練掌握C語言開發(fā).掌握AVR單片機(jī)內(nèi)部各個(gè)基本模塊的功能和簡單應(yīng)用.學(xué)習(xí)掌握基本的硬件設(shè)計(jì)技術(shù)和系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)思想和方法.初步了解單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的組成和設(shè)計(jì)方法五、課程總體安排及學(xué)時(shí)分配課程總體安排分成：課堂理論教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)3個(gè)部分。課程總學(xué)時(shí)：72學(xué)時(shí)（4學(xué)時(shí)/周，18周）。其中理論教學(xué)：36學(xué)時(shí)；實(shí)驗(yàn)課教學(xué)：20學(xué)時(shí)；課程綜合設(shè)計(jì)：16學(xué)時(shí)（4周）。本課程是面向電子系學(xué)生的專業(yè)平臺課程，是基于學(xué)生在學(xué)習(xí)和掌握了《數(shù)字邏輯電路》、《模擬電子線路》、《C語言及程序設(shè)計(jì)》、《計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用》等專業(yè)基礎(chǔ)課程之后開設(shè)的綜合實(shí)踐性課程。其目的是培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生利用所學(xué)基本知識、原理和技術(shù)，利用8位單片機(jī)AVR平臺，面向?qū)嶋H應(yīng)用系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而達(dá)到提高電子系學(xué)生硬件設(shè)計(jì)、軟件編寫、系統(tǒng)開發(fā)的綜合能力。課程在介紹AVR應(yīng)用的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)實(shí)例，進(jìn)行全面的分析和講解。同時(shí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生動手實(shí)踐能力的鍛煉和培養(yǎng)，提供必要的硬件環(huán)境,指導(dǎo)學(xué)生自己進(jìn)行并完成一個(gè)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐過程占課程1/2時(shí)間。建議教學(xué)時(shí)間的安排為：教學(xué)周的『14周為教師講解、實(shí)例分析和基本系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)指導(dǎo)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)階段。從教學(xué)周第15周開始，學(xué)生進(jìn)入四周的課程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)階段。在課堂教學(xué)的講義中已經(jīng)提供了若干小的系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目，學(xué)生可以自己選擇題目，進(jìn)入自主的設(shè)計(jì)和動手階段的過程。教師在后階段的教學(xué)中，將對學(xué)生進(jìn)行具體的指導(dǎo)、全面的幫助分析設(shè)計(jì)方案，幫助系統(tǒng)調(diào)試等。必要時(shí)可以提供更具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、硬件及軟件等。學(xué)生實(shí)踐過程需要課外的時(shí)間，但每周的課堂教學(xué)時(shí)間學(xué)生必須參加，教師將進(jìn)行進(jìn)度檢查、對于發(fā)現(xiàn)的問題以及對于學(xué)生碰到的問題進(jìn)行討論，并給于必要的指導(dǎo)，提供更進(jìn)一步的資料和幫助。六、課程內(nèi)容及課時(shí)分配

序號早節(jié)課時(shí)對應(yīng)實(shí)驗(yàn)L1一、單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)簡介單片嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與應(yīng)用AVR單片機(jī)系列簡介2L2二、AVR單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2.1單片機(jī)的基本組成2.2ATmegal6單片機(jī)的組成2.3ATmegal6內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.4存儲器結(jié)構(gòu)和地址空間2.5通用寄存器組與I/O寄存器2.6ATmegal6單片機(jī)的工作方式3L3三、AVR單片機(jī)指令與匯編系統(tǒng)3.1ATmegal6指令綜述3.2算術(shù)和邏輯指令3.3跳轉(zhuǎn)指令3.4數(shù)據(jù)傳送指令5位操作和位測試指令3.6MCU控制指令3.7AVR匯編語言系統(tǒng)3L4四、單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)工具單片嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)單片嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)工具與環(huán)境簡易ISP下載電纜4AVR開發(fā)環(huán)境建立2實(shí)驗(yàn)(-)L5五、綜合實(shí)踐（一）5.1秒節(jié)拍顯木器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2AVRStudio的使用CVAVR+AVRStudioAVR熔絲位的設(shè)置和執(zhí)行代碼的下載5.5*一個(gè)比較復(fù)雜的AVR匯編語言實(shí)例4實(shí)驗(yàn)（一）L6六、通用數(shù)字I/O特性與使用（輸出）6.1通用數(shù)字I/O□的基本結(jié)構(gòu)與特性2通用數(shù)字I/O口的輸出應(yīng)用6.3LED數(shù)碼顯示器的應(yīng)用6.4LCD液日日業(yè)7K器的應(yīng)用4實(shí)驗(yàn)（二）L7七、中斷系統(tǒng)與基本應(yīng)用7.1中斷的基本概念7.2ATmegal6的中斷系統(tǒng)7.3中斷服務(wù)程序的編寫7.4Atmegal6的外部中斷7.5外部中斷應(yīng)用實(shí)例4實(shí)驗(yàn)（二）L8八、8位定時(shí)計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)與應(yīng)用8.18位定時(shí)計(jì)數(shù)器T/C0的結(jié)構(gòu)8.28位定時(shí)計(jì)數(shù)器T/C0的基本應(yīng)用8.3PWM脈寬調(diào)制波的產(chǎn)生和應(yīng)用8.4*16位定時(shí)計(jì)數(shù)器使用4實(shí)驗(yàn)（三）L9九、鍵盤輸入接口的狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)編程1通用數(shù)字I/O輸入接口狀態(tài)機(jī)分析與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)簡單按鍵輸入接口設(shè)計(jì)矩陣鍵盤輸入接口設(shè)計(jì)4實(shí)驗(yàn)（四）LIO十、模擬比較器和ADC接口的應(yīng)用和設(shè)計(jì)10.1模擬比較器10.2模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC3實(shí)驗(yàn)（四）LilH—1、綜合實(shí)踐（二）頻率測量和簡單頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)帶校時(shí)和音樂報(bào)時(shí)功能的實(shí)時(shí)口寸鐘的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3實(shí)驗(yàn)（五）*L12十二、串行通信12.1串行通信基本知識12.2利用通用數(shù)字I/O□實(shí)現(xiàn)簡單的串行通信*

說明：*L13十三、異步通信與USART接口基礎(chǔ)13.1異步傳輸?shù)幕靖拍?3.2AVR的USART結(jié)構(gòu)13.3USART的基本同步應(yīng)用設(shè)計(jì)13.4USART異步通信的簡單實(shí)現(xiàn)*實(shí)驗(yàn)（六）*L14十四、USART實(shí)用設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14.1異步通信接口應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)14.2異步通信完整示例14.夕多機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)*實(shí)驗(yàn)（六）*L15十五、串行SPI接口應(yīng)用15.1SPI串行總線介紹15.2AVR的SPI接口原理與使用15.3SPI接口應(yīng)用實(shí)例*課程設(shè)計(jì)*L16十六、串行TWIQ2C）接口應(yīng)用112c串行總線介紹AVR的TWI（I2C）接口與使用TWI接口應(yīng)用實(shí)例16.4專用鍵盤LED驅(qū)動ZLG7290的應(yīng)用*課程設(shè)計(jì)*L17課程設(shè)計(jì)*課程設(shè)計(jì)課時(shí)合計(jì)36/20/16.課程內(nèi)容LI-LU為必講內(nèi)容，配合的必做的實(shí)驗(yàn)為實(shí)驗(yàn)一到實(shí)驗(yàn)五。.L11后期的課程內(nèi)容可以根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，在課程設(shè)計(jì)階段進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充。.本課程修讀同學(xué)每2人一組都有AVR-51多功能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套（有條件應(yīng)每1人配備一套多功能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套），發(fā)給學(xué)生自己管理攜帶。因此在整個(gè)學(xué)期內(nèi)，學(xué)生可在實(shí)驗(yàn)室（課內(nèi)）、寢室（課外）任何時(shí)間使用。七、教材、教學(xué)參考書教材：《AVR單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用實(shí)踐》（普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材），馬潮，北京航空航天大學(xué)出版社。參考書：.《嵌入式C編程與AtmelAVR》，周俊杰等譯，清華大學(xué)出版社.《AVR單片機(jī)實(shí)用程序