《單片機原理及接口技術(shù)》課程教學大綱

PAGEPAGE12《單片機原理及接口技術(shù)》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱單片機原理及接口技術(shù)課程編號課程性質(zhì)必修課課程類別核心課程開課單位軌道交通信號與控制教研室授課學期第5學期學分/學時3/48課內(nèi)學時48理論授課40上機學時0課內(nèi)實踐0實驗學時8課外學時0適用專業(yè)測控技術(shù)與儀器是否雙語否先修課程電路原理、C語言程序設(shè)計、數(shù)字電子技術(shù)后續(xù)課程單片機原理及接口技術(shù)、測控技術(shù)與系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)設(shè)計二、課程簡介單片機原理與應(yīng)用是測控技術(shù)與儀器專業(yè)的學科專業(yè)基礎(chǔ)課程，是進一步學習后續(xù)課程的基礎(chǔ)。本課程介紹了以AT89S51單片機為代表的8051系列單片機的結(jié)構(gòu)原理與指令系統(tǒng)，特殊功能寄存器SFR的功能特點及設(shè)置方法，系統(tǒng)擴展及接口，單片機應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計等，是一門理論嚴密、邏輯性強，有廣闊的工程背景，綜合性、實踐性較強的課程。學習完本門課程后，學生應(yīng)該具備一定測控功能的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的能力，提高學生分析、設(shè)計、調(diào)試單片機應(yīng)用系統(tǒng)的能力，能夠較好地將計算機技術(shù)與其它工業(yè)技術(shù)相結(jié)合，解決各類實際電子技術(shù)問題。三、課程目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐（一）課程目標課程目標1：思政目標通過課程的學習，激發(fā)學生求知熱情、探索和創(chuàng)新精神，使學生善于思考，勇于實踐，讓學生意識到國內(nèi)科技發(fā)展的突出實力，增強學生對祖國的自信心、民族自豪感和責任心，同時養(yǎng)成規(guī)范操作的職業(yè)習慣，具有良好的安全意識、職業(yè)道德和敬業(yè)精神。課程目標2：知識目標能夠分析并闡明AT89S51單片機片內(nèi)資源組成結(jié)構(gòu)和工作原理，以及片外資源擴展方法，精通單片機應(yīng)用系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)的設(shè)計、調(diào)試方法。課程目標3：能力目標能夠針對具體問題，運用單片機原理與應(yīng)用課程相關(guān)知識和邏輯思維，分析系統(tǒng)在測量、控制等方面的需求，選擇合適的硬件資源搭建單片機應(yīng)用系統(tǒng)，并實現(xiàn)相應(yīng)的設(shè)計功能。課程目標4：素質(zhì)目標能夠綜合運用單片機的基本原理和系統(tǒng)設(shè)計方法，并運用包括技術(shù)、資源及系統(tǒng)仿真軟件等現(xiàn)代工程工具，設(shè)計軟硬件，獲取信息及對信息進行加工的能力，培養(yǎng)分析、解決實際問題的能力。（二）課程目標對畢業(yè)要求指標點的支撐課程目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求課程目標18-具有人文社會科學素養(yǎng)、社會責任感，能夠在測控技術(shù)與儀器領(lǐng)域?qū)嵺`中理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，履行責任；12-具有自主學習和終身學習的意識，有不斷學習和適應(yīng)發(fā)展的能力；8-職業(yè)規(guī)范12-終身學習課程目標21-能夠?qū)?shù)學、自然科學、工程基礎(chǔ)和測控技術(shù)與儀器專業(yè)知識用于解決測控與技術(shù)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題；1-工程知識課程目標32-能夠應(yīng)用數(shù)學、自然科學和儀器儀表科學的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析測控技術(shù)與儀器專業(yè)相關(guān)的復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論；3-能夠設(shè)計針對測控與技術(shù)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計滿足工程需要的測控模塊、系統(tǒng)或儀器；2-問題分析3-設(shè)計/開發(fā)解決方案課程目標45-能夠針對測控技術(shù)與儀器領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對測控技術(shù)與儀器領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題的預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性；5-使用現(xiàn)代工具四、課程基本教學內(nèi)容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內(nèi)容第一單元單片機概述（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內(nèi)容單片機的基礎(chǔ)知識；單片機的歷史及發(fā)展概況；單片機的發(fā)展趨勢；單片機的應(yīng)用領(lǐng)域；單片機的主流機型；各種擴展型的8051系列單片機；此外對目前使用較多的AVR、PIC單片機進行簡介，對嵌入式處理器家族其他成員DSP、嵌入式微處理器也作以介紹，以開闊學生的眼界。2.重點和難點重點：單片機系統(tǒng)的定義、組成及特點。難點：單片機系統(tǒng)的定義及組成。3.學生學習預(yù)期成果激發(fā)學生學習單片機的興趣，建立單片機的學習方法。4.教學方式課堂講授、實物與圖片展示法、多媒體輔助教學。5.支撐課程目標課程目標1.課程目標2.第二單元單片機片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內(nèi)容精通單片機的片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)以及片內(nèi)的硬件資源。包括單片機的片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)、引腳功能、CPU組成、存儲器的結(jié)構(gòu)、并行I/O端口特性、時鐘電路的結(jié)構(gòu)與時序、復(fù)位操作和復(fù)位電路結(jié)構(gòu)、單片機的最小應(yīng)用系統(tǒng)、低功耗節(jié)電模式等內(nèi)容。2.重點和難點重點：單片機I/O端口的結(jié)構(gòu)及設(shè)計原理，單片機的存儲器結(jié)構(gòu)，常見特殊功能寄存器的功能，以及復(fù)位電路與時鐘電路的設(shè)計。難點：單片機的存儲器結(jié)構(gòu)。3.學生學習預(yù)期成果準確識別各引腳的位置并描述其功能，區(qū)分不同類型的存儲器及SFR的使用。4.教學方式課堂講授、多媒體輔助教學。5.支撐課程目標課程目標1.課程目標2.課程目標3.第三單元C51編程語言基礎(chǔ)（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內(nèi)容熟悉C51語言與標準C語言的差別，C51語言的數(shù)據(jù)類型與存儲類型，C51語言的基本運算，分支與循環(huán)結(jié)構(gòu)，數(shù)組、指針、函數(shù)相關(guān)定義與使用方法。2.重點和難點重點：C51語言的數(shù)據(jù)類型、分支程序、循環(huán)程序的設(shè)計特點，函數(shù)的編寫和注意事項。難點：分支程序、循環(huán)程序的設(shè)計特點。3.學生學習預(yù)期成果能夠采用這些特殊的線性結(jié)構(gòu)的特性解決實際開發(fā)中遇到的一些問題，如表達式求解、排隊、字符串查找等問題。4.教學方式課堂講授、示例分析、多媒體輔助教學。5.支撐課程目標課程目標1.課程目標2.課程目標3.第四單元單片機與開關(guān)、鍵盤及顯示器件的接口設(shè)計（學時數(shù)：8學時）1.課程主要內(nèi)容發(fā)光二極管、LED數(shù)碼管以及常見輸入器件（開關(guān)、鍵盤）的工作原理、接口設(shè)計與軟件編程。實驗：通過單片機P口流水燈實驗，精通單片機通用并行I/O接口的使用方法。2.重點和難點重點：單片機并行I/O口的工作原理，常見輸入輸出接口電路的設(shè)計及軟件編程。難點：LED數(shù)碼管的顯示實現(xiàn)方法、矩陣按鍵的工作原理。3.學生學習預(yù)期成果能夠在實際開發(fā)中熟練采用庫函數(shù)、左右運算符、循環(huán)及選擇語句等編寫程序，實現(xiàn)基本的輸入輸出操作。在調(diào)試過程中，針對出現(xiàn)的問題，提出合適的解決方案。4.教學方式課堂講授、案例分析、多媒體輔助教學、實驗教學。5.支撐課程目標課程目標1.課程目標2.課程目標3.課程目標4.第五單元中斷系統(tǒng)的工作原理及應(yīng)用（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內(nèi)容片內(nèi)中斷系統(tǒng)的工作原理及特性，包括中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、優(yōu)先級處理等。外部中斷的觸發(fā)方式、接口設(shè)計及軟件編程。實驗：精通外部中斷的操作及編程方法，利用中斷策略來解決實際的設(shè)計用問題。2.重點和難點重點：中斷的工作原理、寄存器設(shè)置、中斷系統(tǒng)的初始化編程、中斷響應(yīng)的條件及如何撤銷、中斷系統(tǒng)編程設(shè)計案例的分析。難點：外部中斷不同中斷方式的接口設(shè)計，以及外部中斷服務(wù)函數(shù)編寫。3.學生學習預(yù)期成果能夠根據(jù)實際情況，選擇合適的中斷源。能夠精通2個外部中斷的工作原理，并能利用外部中斷靈活解決電子系統(tǒng)中的實際任務(wù)。4.教學方式課堂講授、案例分析、多媒體輔助教學、實驗教學。5.支撐課程目標課程目標1.課程目標2.課程目標3.課程目標4.第六單元定時器/計數(shù)器的工作原理及應(yīng)用（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內(nèi)容單片機片內(nèi)定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)、功能、工作原理、有關(guān)特殊功能寄存器、工作模式、工作方式的選擇、定時器/計數(shù)器的C51編程及設(shè)計案例。實驗：精通定時器/計數(shù)器的初始化及編程方法，利用定時器來解決實際的設(shè)計問題。2.重點和難點重點：定時/計數(shù)器工作方式1和方式2工作原理；定時/計數(shù)器定時和計數(shù)方式初始值的計算；定時/計數(shù)器的初始化、中斷服務(wù)函數(shù)編寫。難點：定時器/計數(shù)器計數(shù)初值計算以及有關(guān)特殊功能寄存器的初始化設(shè)置。3.學生學習預(yù)期成果能夠在實際開發(fā)中熟練地根據(jù)任務(wù)要求和所選用的工作方式計算定時/計數(shù)器的初始值，合適、高效地編寫初始化程序以及定時器/計數(shù)器服務(wù)程序，解決電子系統(tǒng)中的實際任務(wù)。4.教學方式課堂講授、案例分析、多媒體輔助教學、實驗教學。5.支撐課程目標課程目標1.課程目標2.課程目標3.課程目標4.第七單元串行口的工作原理及應(yīng)用（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內(nèi)容單片機片內(nèi)串行口的結(jié)構(gòu)與工作原理、有關(guān)特殊功能寄存器、串行口的4種工作方式的選擇、利用串行口實現(xiàn)雙/多機通訊，串行口的C51編程及設(shè)計案例。實驗：精通串行口通信的操作及編程方法，解決實際的設(shè)計應(yīng)用問題。2.重點和難點重點：單片機串行通信接口的結(jié)構(gòu)、串行口的工作方式1的工作原理；串行口波特率的計算；串行口初始化及中斷服務(wù)函數(shù)的編寫。難點：串行口有關(guān)特殊功能寄存器的初始化設(shè)置，及串行口服務(wù)程序的編寫。3.學生學習預(yù)期成果能夠在實際開發(fā)中熟練地根據(jù)任務(wù)要求選用相應(yīng)的串行口工作方式，合適、高效地編寫串行口初始化以及服務(wù)程序，解決電子系統(tǒng)中的實際任務(wù)。4.教學方式課堂講授、案例分析、多媒體輔助教學。5.支撐課程目標課程目標1.課程目標2.課程目標3.課程目標4.第八單元單片機系統(tǒng)的并行擴展（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內(nèi)容單片機并行擴展技術(shù)，地址譯碼、數(shù)據(jù)鎖存與驅(qū)動；程序寄存器擴展技術(shù)、數(shù)據(jù)寄存器的擴展技術(shù)，及接口的擴展技術(shù)；常用擴展芯片。2.重點和難點重點：存儲器擴展電路設(shè)計，存儲器的擴展、存儲器地址的計算，外擴存儲器數(shù)據(jù)的讀寫。利用74LS244、74LS373擴展并行I/O口的方法。難點：存儲器的擴展、存儲器地址的計算與讀寫編程。3.學生學習預(yù)期成果能夠精通存儲器擴展的電路連接，根據(jù)任務(wù)要求選擇適合的連接方式，熟練編寫程序?qū)崿F(xiàn)存儲器的讀寫。4.教學方式課堂講授、案例分析、多媒體輔助教學。5.支撐課程目標課程目標1.課程目標2.課程目標3.課程目標4.第九單元單片機與DAC、ADC的接口（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內(nèi)容單片機擴展ADC、DAC基本概念，典型的ADC、DAC芯片結(jié)構(gòu)、與單片機的硬件接口設(shè)計以及接口驅(qū)動程序設(shè)計，ADC、DAC設(shè)計案例。2.重點和難點重點：ADC0809芯片與單片機的接口連接、芯片地址計算、接口驅(qū)動程序的C51編程。難點：芯片地址計算，轉(zhuǎn)換原理、轉(zhuǎn)換驅(qū)動程序編程。3.學生學習預(yù)期成果能夠精通ADC、DAC芯片與單片機的接口連接，根據(jù)任務(wù)要求選擇適合連接方式，熟練地編程實現(xiàn)模擬信號與數(shù)字信號的相互轉(zhuǎn)換。4.教學方式課堂講授、案例分析、多媒體輔助教學。5.支撐課程目標課程目標1.課程目標2.課程目標3.課程目標4.（二）課程基本教學內(nèi)容對課程目標的支撐課程教學內(nèi)容教學方法支撐的課程目標學時安排課內(nèi)課外學時比例第一單元單片機概述課堂講授、實物與圖片展示法、多媒體輔助教學課程目標1、221：1第二單元單片機片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)課堂講授、多媒體輔助教學課程目標1、2、361：1第三單元C51編程語言基礎(chǔ)課堂講授、示例分析、多媒體輔助教學課程目標1、2、361：1第四單元單片機與開關(guān)、鍵盤及顯示器件的接口設(shè)計課堂講授、案例分析、多媒體輔助教學、實驗教學課程目標1、2、3、481：1第五單元中斷系統(tǒng)的工作原理及應(yīng)用課堂講授、案例分析、多媒體輔助教學、實驗教學課程目標1、2、3、461：1第六單元定時器/計數(shù)器的工作原理及應(yīng)用課堂講授、案例分析、多媒體輔助教學、實驗教學課程目標1、2、3、461：1第七單元串行口的工作原理及應(yīng)用課堂講授、案例分析、多媒體輔助教學課程目標1、2、3、461：1第八單元單片機系統(tǒng)的并行擴展課堂講授、案例分析、多媒體輔助教學課程目標1、2、3、441：1第九單元單片機與DAC、ADC的接口課堂講授、案例分析、多媒體輔助教學課程目標1、2、3、441：1合計481：1五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構(gòu)成（百分制）課程成績構(gòu)成比例考核環(huán)節(jié)目標分值考核/評價細則平時成績20%課后作業(yè)50共計安排5次客觀題作業(yè)，每次客觀題作業(yè)的成績給定均10分滿分記，總計50分。課堂表現(xiàn)50根據(jù)課堂出勤，反饋，討論，發(fā)言等情況打分，次數(shù)不限，每次5-10分，最終總成績按比例折算為50分。實踐成績10%實驗50共計安排3次實驗，每次實驗后提交程序代碼、運行結(jié)果、實驗報告等相關(guān)內(nèi)容，給定均按A、B、C、D、E五等級制。根據(jù)五等級與基準分給出每次上機實驗成績。最終總成績按比例折算為100分。實驗考核50共計安排1次實驗考核，給定均按A、B、C、D、E五等級制。最終總成績按比例折算為50分。期末考試70%知識401.考核內(nèi)容：所有教學內(nèi)容2.考試題型：客觀題（選擇、填空、判斷）；主觀題（簡答、綜合編程）3.評價細則：采用線下考試答題，共計100分。能力30綜合應(yīng)用30（二）課程考核對課程目標的支撐教學內(nèi)容考核內(nèi)容考核方式支撐的課程目標第一單元單片機概述1.1什么是單片機1.2單片機的發(fā)展歷史1.3單片機的特點1.4單片機的應(yīng)用課堂表現(xiàn)期末考試課程目標1、2第二單元單片機片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)2.1AT89S51單片機的片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)2.2AT89S51的引腳功能2.3AT89S51的CPU2.4AT89S51單片機存儲器的結(jié)構(gòu)2.5AT89S51單片機的并行I/O端口2.6時鐘電路與時序2.7復(fù)位操作和復(fù)位電路2.8AT89S51單片機的最小應(yīng)用系統(tǒng)2.9低功耗節(jié)電模式課堂表現(xiàn)課后作業(yè)期末考試課程目標1、2、3第三單元C51編程語言基礎(chǔ)3.1C51編程語言簡介3.2C51語言程序設(shè)計基礎(chǔ)3.3C51語言的函數(shù)課堂表現(xiàn)期末考試課程目標1、2、3第四單元單片機與開關(guān)、鍵盤及顯示器件的接口設(shè)計4.1單片機控制發(fā)光二極管顯示4.2開關(guān)狀態(tài)檢測4.3單片機控制LED數(shù)碼管的顯示4.4鍵盤接口設(shè)計課堂表現(xiàn)課后作業(yè)實驗期末考試課程目標1、2、3、4第五單元中斷系統(tǒng)的工作原理及應(yīng)用5.1AT89S51中斷技術(shù)概述5.2AT89S51中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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)時間5.6外部中斷的觸發(fā)方式選擇5.7中斷請求的撤銷5.8中斷函數(shù)課堂表現(xiàn)課后作業(yè)實驗期末考試課程目標1、2、3、4第六單元定時器/計數(shù)器的工作原理及應(yīng)用6.1定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)6.2定時器/計數(shù)器的4種工作方式6.3計數(shù)器對外部輸入的計數(shù)信號的要求課堂表現(xiàn)課后作業(yè)實驗期末考試課程目標1、2、3、4第七單元串行口的工作原理及應(yīng)用7.1串行通信基礎(chǔ)7.2串行口的結(jié)構(gòu)7.3串行口的4種工作方式7.4多機通信7.5波特率的制定方法課堂表現(xiàn)課后作業(yè)實驗考核期末考試課程