《單片機原理及應用》教學大綱

第頁《單片機原理及應用》教學大綱課程編號：13180314英文名稱：PrincipleandApplicationofSingle-chipMicrocomputer學分：3.5學分學時：總學時64學時，其中理論48學時，實踐16學時先修課程：電路原理，模擬電子技術，數(shù)字電子技術課程類別：專業(yè)平臺課程授課對象：自動化專業(yè)學生教學單位：機械與電氣工程學院修讀學期：第4學期一、課程描述和目標本課程為自動化專業(yè)二年級開設的專業(yè)必修課，注重理論與實踐、軟件與硬件的結合。本課程以8位單片機的基礎知識為主線，以51內核系列單片機為對象，通過理論講解、軟件仿真和硬件實驗等方式系統(tǒng)全面地介紹單片機的硬件、軟件及其應用技術。包括：單片機基礎知識與結構原理、C51語言設計、I/O接口、人機接口及單片機應用系統(tǒng)設計初步等。通過本課程的學習，使學生能夠準確理解單片機的基礎概念，掌握單片機程序設計以及單片機與外圍芯片的接口技術，并能夠運用所學的軟硬件知識設計單片機系統(tǒng)來解決典型的實際問題。為學習后續(xù)課程以及畢業(yè)后從事相關工程項目開發(fā)和科學研究打下基礎。本課程擬達到的課程目標:課程目標1：理解微型計算機的工作原理及應用領域，掌握單片機系統(tǒng)開發(fā)過程、外圍硬件的接口技術；了解領域內的新技術，新趨勢。課程目標2：能夠運用所學軟硬件知識，設計出單片機系統(tǒng)的硬件原理圖和軟件流程圖。課程目標3：培養(yǎng)學生能利用現(xiàn)代電子設備進行電子信號檢測或仿真；使學生從中提高發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。二、課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系畢業(yè)要求指標點課程目標權重對應關系3.3能設計自動化工程項目的電子電氣原理圖、硬件配置和控制程序。課程目標11H5.2能針對自動化工程領域復雜工程問題，分析與選擇恰當?shù)碾娐放c電子、自動控制、計算機軟硬件等技術和工具。課程目標21M5.3能使用現(xiàn)代技術和工程工具對自動化工程領域復雜工程問題進行預測與模擬，并理解其局限性。課程目標31H（H—高，M—中，L—低）三、教學內容、基本要求與學時分配序號教學內容基本要求學時教學方式對應課程目標1概述介紹微型計算機組成的基本功能部件；單片機（MCU）概念及發(fā)展過程、種類、發(fā)展趨勢、應用前景以及目前51兼容產品現(xiàn)狀、開發(fā)方法。了解單片機的特點和應用領域，理解為什么要學習單片機原理及其應用開發(fā)過程，理解單片機中的數(shù)據(jù)表示和工作過程。1集中講授12單片機硬件結構介紹單片機的硬件結構，CPU、存儲器配置、引腳分配及功能、最小系統(tǒng)；單片機的時鐘與復位；單片機的工作時序。了解單片機的工作時序；掌握單片機的硬件配置以及單片機最小系統(tǒng)電路的構建。5集中講授13C51程序設計介紹單片機C語言設計方法及優(yōu)點；C語言程序基本結構，程序控制流程，數(shù)組，指針，C51函數(shù)；單片機內部資源在C51中的定義；C51開發(fā)工具。了解單片機匯編語言及目前嵌入式系統(tǒng)編程的常規(guī)方法，理解單片機內部資源在C51中的定義，掌握結構化的C51程序設計步驟與方法。2集中講授14單片機端口編程應用介紹單片機端口的各種工作方式以及應用環(huán)境：單片機端口輸出方式連接外部設備；單片機端口輸入方式連接按鍵；單片機驅動多位數(shù)碼管顯示。理解端口各種工作方式的特點，掌握按鍵識別、去抖動的各種編程方法，多位數(shù)碼管動態(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；中斷函數(shù)設計的要求；中斷函數(shù)調用的過程與普通函數(shù)程序調用的區(qū)別，中斷應用規(guī)則；外部中斷產生的方式和中斷響應的條件，過程。理解中斷應用及中斷過程，掌握外部中斷編程以及中斷系統(tǒng)設計及應用。4集中講授1,2,36定時/計數(shù)器介紹定時/計數(shù)器結構；控制寄存器控制字設置；3種工作方式及不同工作方式的區(qū)別；定時/計數(shù)器的查詢應用與中斷應用特點，中斷應用設計。理解定時/計數(shù)器與CPU之間的時序關系，掌握定時/計數(shù)器基本工作方式中方式1、2的使用方法及中斷應用方式。6集中講授1,2,37串口控制器介紹單片機全雙工串口結構；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；各種方式的查詢應用與中斷應用；簡介SPI、IIC等串行通訊方式及超時處理與校驗。理解串口控制器與單片機CPU之間的時序關系，掌握單片機與單片機，單片機與PC機以及多機串行通訊的應用設計編程。8集中講授1,2,38綜合應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連接的電路設計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驅動控制直流電機、捕獲測頻率等。理解單片機系統(tǒng)常用的抗干擾方法，掌握單片機與幾種常用接口之間的應用編程。12集中講授演示1,3合計48序號實驗項目實驗內容與要求學時類型對應課程目標1數(shù)據(jù)傳輸理解單片機的數(shù)據(jù)存儲格式。要求：必修2驗證1,32跑馬燈設計掌握單片機端口各種方式，理解單片機的時序。要求：必修2設計1,33外部中斷理解單片機的中斷結構，掌握中斷執(zhí)行的過程，理解兩種方式外部中斷的區(qū)別，能對外部中斷事件進行編程。要求：必修2設計1,34計數(shù)器/定時器理解單片機的定時器結構，掌握定時器的3種工作方式，能采取方式1,2進行計數(shù)定時。要求：必修2設計1,35串行通信理解單片機的串行控制器，掌握串行控制器的2種工作方式會編程實現(xiàn)單片機雙機之間、單片機與PC機之間串行通訊。要求：必修2設計1,36簡易電壓表理解A/D轉換的原理，掌握單片機內置A/D轉換器結構，會編程實現(xiàn)A/D采樣，測量顯示模擬引腳的電壓。要求：必修2綜合1,37綜合設計綜合運用單片機的端口輸入輸出模式、中斷、定時器資源，編程實現(xiàn)單片機系統(tǒng)功能要求：必修4綜合1,3合計16四、課程教學方法1.總體設計以課程目標為導向，項目任務為載體，為每個具體任務的實現(xiàn)量身定做與之相關的理論知識，課內采用虛擬仿真與實踐演示相結合的教學方式，課后要求學生利用仿真軟件和口袋式實驗系統(tǒng)對項目進行拓展或者舉一反三，采取教、學、做一體化的方法。課堂教學方法：理論講授、實踐演示、項目討論。實驗教學方法：自主練習、個別答疑、集中指導。課外學習方法：預習教材相關章節(jié)，利用口袋式實驗系統(tǒng)完成課后實踐項目，鞏固教學內容。2.課堂教學課堂講授：理論教學實施項目驅動教學模式，項目化教學將傳統(tǒng)的理論知識體系打亂，再按照每個項目任務所需要的理論知識重組，以每個項目任務為載體，理論知識涵蓋在每個任務中，課堂教學采用虛擬仿真與實踐演示相結合，每個任務都按照完整的設計開發(fā)流程進行，并展示理論設計與實踐結果，激發(fā)學生的學習熱情，培養(yǎng)分析問題和解決問題的思維。課內討論：圍繞項目演示作品，提出問題，引導學生進行優(yōu)化、完善和補充。3.實驗教學在課外學習和作業(yè)實施的基礎上，通過規(guī)定的任務和集中實驗，在掌握有關知識點的前提之下，完成電路設計、搭建、編程，采用口袋式實驗系統(tǒng)演示結果。4.課外學習課前預習：要求學生在課前按預習計劃完成自主學習內容，即自學教材相關章節(jié)，觀看課程網站上教學視頻。個人基礎項目設計：每個單元有3個訓練項目，要求學生按照課堂項目教學流程，虛擬仿真與實踐結合，課后完成。個人提高項目：個人提高項目具有一定的綜合性以及技術難度，項目的組隊方式一般以多名學生為一個項目小組，要求實驗功能比較復雜并且在實現(xiàn)方法上各組都有思維創(chuàng)新。五、學業(yè)評價和課程考核1．考核方式考試（√）考查（）2．成績記載百分制（√）五級分制（）3.考核原則強化實踐——強化課內外實驗突出平時——注重實踐訓練注重能力——重點考察單片機應用電路的設計與編程能力4.成績總評考核評價構成：平時過程考核20%，實驗成績20%，上機考試15%，期末閉卷考試45%。（1）平時過程考核占比20%，包括平時課堂提問表現(xiàn)5%，平時單元項目作業(yè)10%，個人提高項目作業(yè)5%，平時過程考核考核具體方案如表5-1。表5-1平時過程考核方案考核依據(jù)建議分值考核/評價細則對應課程目標占比%平時過程考核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1100單元作業(yè)10每人隨機抽查5個單元項目，每個項目2分。要求實驗項目采用仿真軟件或者開發(fā)系統(tǒng)完成，進行功能展示。課程目標1課程目標2課程目標3502030提高作業(yè)5個人提高項目選做5個獲得滿分5分。要求綜合設計單片機應用系統(tǒng)，采用仿真軟件或者開發(fā)系統(tǒng)完成，進行功能展示。課程目標1課程目標2課程目標3402040（2）實驗成績占20%。本課程共7個實驗，實驗總體得分根據(jù)7個實驗總體平均分計算，每個實驗考核方案如表5-2。表5-2實驗考核方案考核依據(jù)建議分值考核/評價細則對應課程目標占比%實驗考核20根據(jù)實驗要求完成實驗報告，繪制電路原理圖以及軟件編程流程圖。課程目標150采用實驗系統(tǒng)編程并演示系統(tǒng)功能課程目標2課程目標32030（3）上機考試10%。期末上機考試采取抽簽方式，每人一題，按題目要求搭建系統(tǒng)電路，完成相應的程序設計與調試，并下載到口袋式實驗系統(tǒng)，演示結果，按完成功能要求得分。上機考試考核方案如表5-3。

表5-3上機考核方案考核依據(jù)建議分值考核/評價細則對應課程目標占比%上機考核15按題目要求搭建系統(tǒng)電路課程目標240采用實驗系統(tǒng)編程并演示系統(tǒng)功能課程目標360（4）期末成績占45%，采用閉卷形式。期末考試卷面成績不能低于50分，低于50分者，其課程總評成績?yōu)椴患案瘛Ｆ谀╅]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考察點占試卷百分比%總分得分對應課程目標占比%1單片機概念340課程目標1100單片機時序4復位電路3存儲器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定時器原理4串行接口原理42中斷應用1440課程目標2課程目標34060定時器應用13串行通訊應用133單片機應用系統(tǒng)設計及編程控制綜合應用能力2020課程目標2課程目標32080六、教學反饋教學反饋包括個人基礎項目和提高項目的課前抽查演示，每個單元抽查一次，每次抽查4名左右學生，要求被抽查的學生進行結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，并及時調整教學方法和進度；個別反饋采