《單片機控制系統(tǒng)運行與維護》課程標準

《單片機控制系統(tǒng)運行與維護》課程標準招生對象：高中畢業(yè)生及同等學力者教學時數(shù)：86H學歷層次：高職課程代碼：9035104修業(yè)年限：全日制三年學分數(shù)：5.0適用專業(yè)：電氣自動化技術(shù)及相關(guān)專業(yè)制訂人：一、課程概述1．課程定位《單片機控制系統(tǒng)運行與維護課程》是電氣自動化技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，是為培養(yǎng)學生崗位核心能力中的以單片機為主控單元的自動化設(shè)備運行控制能力而設(shè)置的課程。通過本課程學習，使學生熟悉單片機內(nèi)部資源和指令系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識，掌握單片機程序編制及仿真調(diào)試方法，具有單片機控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計與制作、系統(tǒng)綜合調(diào)試與運行維護能力。本課程的前導課程有《電子產(chǎn)品制作與檢修》、《C語言程序設(shè)計》。后續(xù)課程為《自動化設(shè)備調(diào)試與維護》、《嵌入式系統(tǒng)安裝與調(diào)試》、《計算機控制系統(tǒng)調(diào)試與維護》等。2．設(shè)計思路（1）內(nèi)容設(shè)計針對電氣設(shè)備裝配調(diào)試員崗位中單片機控制系統(tǒng)軟、硬件系統(tǒng)設(shè)計與制作等典型工作任務(wù)要求，通過與企業(yè)工程技術(shù)人員合作，以企業(yè)實際產(chǎn)品為依據(jù)，根據(jù)單片機系統(tǒng)接口的主要類型，設(shè)計了8個學習項目，每個學習項目下包含2—4個不同的任務(wù)。其中包含用于學習基礎(chǔ)知識的仿真型任務(wù)及與單片機設(shè)計調(diào)試實際工作過程相一致的產(chǎn)品型任務(wù)。遵循教學規(guī)律和能力遞進的原則，按照制作任務(wù)由簡單到復雜、學習內(nèi)容由易到難的順序，進行項目任務(wù)的序化。每個產(chǎn)品型任務(wù)按照單片機控制系統(tǒng)的方案設(shè)計、硬件電路制作、程序設(shè)計與調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)試的工作過程，合理組織教學內(nèi)容，讓學生在真實產(chǎn)品制作與調(diào)試的工作過程中，掌握單片機控制系統(tǒng)的理論知識及制作調(diào)試技能，實現(xiàn)崗位工作能力培養(yǎng)。（2）教學設(shè)計課程教學以實際產(chǎn)品為載體，任務(wù)驅(qū)動，通過資訊、決策、計劃、實施、檢查及評價六個步驟組織實施，將“教、學、做”融為一體。課程考核采用過程考核與綜合考核相結(jié)合、知識考核與技能考核相結(jié)合的原則進行。二、課程目標1.具有借助工具軟件，熟練繪制產(chǎn)品電路原理圖和印制電路板圖的能力；2.具有單片機選型、元器件選擇和測試能力；3.掌握單片機的外部引腳與內(nèi)部資源；4.熟悉單片機指令系統(tǒng)，具有程序編制和調(diào)試能力；5.掌握單片機控制系統(tǒng)方案設(shè)計、硬件電路設(shè)計與制作；6.具有系統(tǒng)硬件、軟件仿真、調(diào)試能力；7.具有單片機控制系統(tǒng)故障分析與排除能力；8.熟悉產(chǎn)品說明書等技術(shù)文件撰寫；9.具有資料收集、分析和知識獲取能力。三、內(nèi)容標準及實施建議1．課題/項目安排及學時分配課程選取了單片機的I/O接口設(shè)計、顯示接口設(shè)計、鍵盤接口設(shè)計、中斷定時器設(shè)計、通信接口設(shè)計、A/D轉(zhuǎn)換接口設(shè)計、D/A轉(zhuǎn)換接口設(shè)計及串行接口設(shè)計等8個教學項目，每個教學項目下包含若干任務(wù)。為使學生掌握單片機控制系統(tǒng)運行與維護需要的知識與技能，根據(jù)教學內(nèi)容和項目難易程度合理分配課時。教學項目安排及課時分配見表1。表1課題/項目安排表課題/項目序號課題/項目名稱學時H1AT89S51單片機輸入/輸出接口設(shè)計122AT89S51單片機顯示接口設(shè)計103AT89S51單片機鍵盤接口設(shè)計104AT89S51單片機中斷定時器設(shè)計125AT89S51單片機通信接口設(shè)計86AT89S51單片機A/D轉(zhuǎn)換接口設(shè)計107AT89S51單片機D/A轉(zhuǎn)換接口設(shè)計108AT89S51單片機串行接口設(shè)計14合計862．課題/項目內(nèi)容及實施針對課程教學項目，合理組織教學內(nèi)容，并按教學目標、教學內(nèi)容、知識與能力準備、場地設(shè)施、教學方法等方面進行教學設(shè)計，各項目教學設(shè)計見表2～表9。表2項目1教學內(nèi)容設(shè)計表項目1AT89S51單片機輸入/輸出接口設(shè)計學時H12教學目標1．掌握單片機基本知識；2．掌握單片機開發(fā)環(huán)境的使用，熟悉單片機的開發(fā)流程；3．掌握單片機硬件制作過程及調(diào)試方法；4．具備流水燈系統(tǒng)故障處理能力；5．培養(yǎng)團隊合作精神。教學內(nèi)容1．單片機的基本知識，常用指令及程序編寫方法，單片機各引腳功能及內(nèi)部資源；2．KeilC51及Proteus仿真調(diào)試軟件使用；3．流水燈電路制作與測試；4．數(shù)據(jù)傳送等常用指令及延時程序的編寫；5．流水燈程序設(shè)計、下載及系統(tǒng)調(diào)試；6．流水燈的故障分析與處理。重點難點重點：單片機最小系統(tǒng)難點：單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)教學實施建議步驟內(nèi)容方法、資源運用課時1認識單片機的最小系統(tǒng)多媒體教學法現(xiàn)場演示法22單燈點亮設(shè)計與仿真多媒體教學法實踐操作法43流水燈設(shè)計與制作多媒體教學法實踐操作法6每一任務(wù)均采用“資訊→計劃→決策→實施→檢查→評價”六個步驟組織實施，實現(xiàn)“教、學、做”一體化。教學資源場地：單片機實訓室設(shè)備、工具等：單片萬用表機實訓板、資料：實訓指導書、C語言書考核評價考核內(nèi)容：硬件制作；軟件編程；基本調(diào)試能力；團隊合作。評價方式：個人自評、小組互評、教師評價。表3項目2教學內(nèi)容設(shè)計表項目2AT89S51單片機顯示接口設(shè)計學時10教學目標1.認識LED數(shù)碼管及其驅(qū)動電路。2.掌握單片機的靜態(tài)和動態(tài)顯示電路。3.掌握單片機常用算術(shù)和邏輯運算指令及查表指令。4.掌握數(shù)碼管顯示程序設(shè)計。5.了解點陣及液晶顯示程序設(shè)計。教學內(nèi)容1．數(shù)碼管的基本知識；2．靜態(tài)和動態(tài)顯示電路硬件結(jié)構(gòu)；3．數(shù)碼管顯示程序設(shè)計；4．秒表硬件電路的制作；5．秒表控制程序設(shè)計及調(diào)試；6．秒表的故障分析與處理。重點難點重點：單片機顯示接口技術(shù)難點：單片機動態(tài)顯示教學實施建議步驟內(nèi)容方法、資源運用課時1數(shù)碼管的靜態(tài)顯示及仿真多媒體教學法現(xiàn)場演示法22數(shù)碼管的動態(tài)顯示及仿真多媒體教學法實踐操作法23秒表的設(shè)計與制作多媒體教學法實踐操作法6每一任務(wù)均采用“資訊→計劃→決策→實施→檢查→評價”六個步驟組織實施，實現(xiàn)“教、學、做”一體化。教學資源場地：單片機實訓室設(shè)備：多媒體教學設(shè)備、計算機及調(diào)試仿真工具、直流穩(wěn)壓電源、示波器、常用電工工具、ISP下載線資料：實訓指導書、C語言書考核評價考核內(nèi)容：硬件制作；軟件編程；基本調(diào)試能力；團隊合作。評價方式：個人自評、小組互評、教師評價。表4項目3教學內(nèi)容設(shè)計表項目3AT89S51單片機鍵盤接口設(shè)計學時10教學目標1.認識鍵盤的分類及其工作原理。2.掌握單片機的鍵盤程序設(shè)計。3．具備密碼鎖故障處理能力；4．培養(yǎng)團隊合作精神。教學內(nèi)容1．分支程序設(shè)計及編程調(diào)試方法；2．鍵盤接口電路制作及測試；3．獨立式鍵盤程序設(shè)計；4．矩陣式鍵盤的行掃描控制程序設(shè)計；5．密碼鎖控制電路制作與系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；6．密碼鎖故障分析與處理。重點難點重點：鍵盤接口技術(shù)難點：矩陣式鍵盤的編程技術(shù)教學實施建議步驟內(nèi)容方法、資源運用課時1獨立式鍵盤設(shè)計與仿真多媒體教學法現(xiàn)場演示法22矩陣式鍵盤設(shè)計與仿真多媒體教學法實踐操作法23密碼鎖的設(shè)計與制作多媒體教學法實踐操作法6每一任務(wù)均采用“資訊→計劃→決策→實施→檢查→評價”六個步驟組織實施，實現(xiàn)“教、學、做”一體化。教學資源場地：單片機實訓室設(shè)備：多媒體教學設(shè)備、計算機及調(diào)試仿真工具、直流穩(wěn)壓電源、示波器、常用電工工具、ISP下載線資料：實訓指導書、C語言書考核評價考核內(nèi)容：硬件制作；軟件編程；基本調(diào)試能力；團隊合作。評價方式：個人自評、小組互評、教師評價。表5項目4教學內(nèi)容設(shè)計表項目4AT89S51單片機中斷定時器設(shè)計學時12教學目標1．了解單片機如何控制聲音？2．了解單片機中的中斷系統(tǒng)和定時/計數(shù)器基本知識。3．掌握中斷系統(tǒng)和定時/計數(shù)器相關(guān)寄存器設(shè)置。4．掌握中斷系統(tǒng)和定時/計數(shù)器的程序設(shè)計。5．具備音樂播放器故障處理能力。教學內(nèi)容1．中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作過程；2．中斷控制寄存器設(shè)置；3．中斷程序設(shè)計；4．定時器結(jié)構(gòu)及控制寄存器；5．定時器程序設(shè)計；6．音樂播放器硬件制作與系統(tǒng)調(diào)試；7．音樂播放器故障分析與處理。重點難點重點：單片機中斷技術(shù)難點：單片機中斷定時器技術(shù)教學實施建議步驟內(nèi)容方法、資源運用課時1中斷及仿真多媒體教學法現(xiàn)場演示法22定時器及仿真多媒體教學法實踐操作法43音樂播放器的設(shè)計與制作多媒體教學法實踐操作法6每一任務(wù)均采用“資訊→計劃→決策→實施→檢查→評價”六個步驟組織實施，實現(xiàn)“教、學、做”一體化。教學資源場地：單片機實訓室設(shè)備：多媒體教學設(shè)備、計算機及調(diào)試仿真工具、直流穩(wěn)壓電源、示波器、常用電工工具、ISP下載線資料：實訓指導書、C語言書考核評價考核內(nèi)容：硬件制作；軟件編程；基本調(diào)試能力；團隊合作。評價方式：個人自評、小組互評、教師評價。表6項目5教學內(nèi)容設(shè)計表項目5AT89S51單片機通信接口設(shè)計學時8教學目標1.了解通信的基本概念。2.掌握51單片機串行口的結(jié)構(gòu)及控制寄存器設(shè)置3.掌握單片機串行通信的編程方法。4.了解常用串行接口RS—232及RS—485的結(jié)構(gòu)。4．具備雙機通信控制系統(tǒng)故障處理能力；5．培養(yǎng)團隊合作精神。教學內(nèi)容1．串行通信基本概念；2．串行通信控制寄存器SCON；3．串行通信雙機控制及程序設(shè)計方法；4．雙機通信控制電路制作與調(diào)試；5．雙機通信控制系統(tǒng)故障分析與處理。重點難點重點：單片機通信技術(shù)難點：單片機通信技術(shù)教學實施建議步驟內(nèi)容方法、資源運用課時1串行通信初始化程序設(shè)計多媒體教學法現(xiàn)場演示法22雙機通信系統(tǒng)的設(shè)計與制作多媒體教學法實踐操作法6每一任務(wù)均采用“資訊→計劃→決策→實施→檢查→評價”六個步驟組織實施，實現(xiàn)“教、學、做”一體化。教學資源場地：單片機實訓室設(shè)備：多媒體教學設(shè)備、計算機及調(diào)試仿真工具、直流穩(wěn)壓電源、示波器、常用電工工具、ISP下載線資料：實訓指導書、C語言書考核評價考核內(nèi)容：硬件制作；軟件編程；基本調(diào)試能力；團隊合作。評價方式：個人自評、小組互評、教師評價。表7項目6教學內(nèi)容設(shè)計表項目6AT89S51單片機A/D轉(zhuǎn)換接口設(shè)計學時10教學目標1.了解單片機的總線結(jié)構(gòu)。2.掌握A/D轉(zhuǎn)換的基本知識。3.掌握ADC0809與單片機的硬件連接。4.掌握A/D轉(zhuǎn)換器的程序設(shè)計方法。5．具備單片機應(yīng)用技術(shù)與外圍傳感器綜合應(yīng)用能力。教學內(nèi)容1．常用A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標與選型；2．ADC0809轉(zhuǎn)換芯片引腳及接口電路；3．信號處理電路制作及調(diào)試；4．A/D轉(zhuǎn)換接口電路程序設(shè)計；5．數(shù)字電壓表硬件電路制作及程序設(shè)計；6．數(shù)字電壓表系統(tǒng)調(diào)試；7．數(shù)字電壓表的故障分析與處理重點難點重點：ADC0809工作原理難點：數(shù)字電壓表的設(shè)計與制作教學實施建議步驟內(nèi)容方法、資源運用課時1ADC0809的設(shè)計與仿真多媒體教學法現(xiàn)場演示法42數(shù)字電壓表的設(shè)計與制作多媒體教學法實踐操作法6每一任務(wù)均采用“資訊→計劃→決策→實施→檢查→評價”六個步驟組織實施，實現(xiàn)“教、學、做”一體化。教學資源場地：單片機實訓室設(shè)備：多媒體教學設(shè)備、計算機及調(diào)試仿真工具、直流穩(wěn)壓電源、示波器、常用電工工具、ISP下載線資料：實訓指導書、C語言書考核評價考核內(nèi)容：硬件制作；軟件編程；基本調(diào)試能力；團隊合作。評價方式：個人自評、小組互評、教師評價。表8項目7教學內(nèi)容設(shè)計表項目7AT89S51單片機D/A轉(zhuǎn)換接口設(shè)計學時10教學目標1．掌握單片機的D/A輸出接口電路；2．掌握模擬量輸出程序設(shè)計及調(diào)試方法；3．具備低頻信號發(fā)生器的故障處理能力。教學內(nèi)容1．并行D/A轉(zhuǎn)換芯片基礎(chǔ)知識；2．DAC0832芯片的引腳及接口電路；3．D/A轉(zhuǎn)換的程序設(shè)計；4．信號發(fā)生器的程序設(shè)計；5．信號發(fā)生器的系統(tǒng)調(diào)試；6．信號發(fā)生器的故障分析與處理。重點難點重點：DAC0832工作原理難點：信號發(fā)生器的設(shè)計與制作教學實施建議步驟內(nèi)容方法、資源運用課時1DAC0832的設(shè)計與仿真多媒體教學法現(xiàn)場演示法42信號發(fā)生器的設(shè)計與制作多媒體教學法實踐操作法6每一任務(wù)均采用“資訊→計劃→決策→實施→檢查→評價”六個步驟組織實施，實現(xiàn)“教、學、做”一體化。教學資源場地：單片機實訓室設(shè)備：多媒體教學設(shè)備、計算機及調(diào)試仿真工具、直流穩(wěn)壓電源、示波器、常用電工工具、ISP下載線資料：實訓指導書、C語言書考核評價考核內(nèi)容：硬件制作；軟件編程；基本調(diào)試能力；團隊合作。評價方式：個人自評、小組互評、教師評價。表9項目8教學內(nèi)容設(shè)計表項目8AT89S51單片機串行接口設(shè)計學時14教學目標1．了解常用單片機串行擴展方式。2.掌握I2C總線、SPI總線及單總線的使用方法。3.掌握24CXX、TLC549、TLC5615、DS18B20等典型器件的編程方法。4.掌握復雜單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計方法。；5．具備復雜單片機應(yīng)用系統(tǒng)故障處理能力。教學內(nèi)容1．串行擴展種類；2．I2C總線擴展電路的制作及調(diào)試；3．SPI總線擴展電路的制作及調(diào)試；4．單總線擴展電路的制作及調(diào)試；5．數(shù)字溫度計的調(diào)試與故障分析與處理。重點難點重點：單片機串行擴展方式難點：24CXX、TLC549、TLC5615、DS18B20等典型器件的編程方法教學實施建議步驟內(nèi)容方法、資源運用課時1AT24CXX存儲器設(shè)計與仿真多媒體教學法現(xiàn)場演示法22TLC549的設(shè)計與仿真多媒體教學法實踐操作法43TLC5615的設(shè)計與仿真多媒體教學法實踐操作法24數(shù)字溫度計的設(shè)計與制作多媒體教學法實踐操作法6每一任務(wù)均采用“資訊→計劃→決策→實施→檢查→評價”六個步驟組織實施，實現(xiàn)“教、學、做”一體化。教學資源場地：單片機實訓室設(shè)備：多媒體教學設(shè)備、計算機及調(diào)試仿真工具、直流穩(wěn)壓電源、示波器、常用電工工具、ISP下載線資料：實訓指導書、C語言書考核評價考核內(nèi)容：硬件制作；軟件編程；基本調(diào)試能力；團隊合作。評價方式：個人自評、小組互評、教師評價。四、考核評價1．課程考核評價課程考核評價由單項任務(wù)考核評價和綜合任務(wù)考核評價組成，突出“過程考核與綜合考核相結(jié)合，學生自評、小組互評、教師評價相結(jié)合”的原則。單項任務(wù)考核占總成績的70%，綜合任務(wù)占總成績的30%。課程考核評價分值表見表10。表10課程考核評價成績分值表單項項目考核評價綜合考核評價項目名稱得分占總成績%實得分得分占總成績%實得分項目一AT89S51單片機輸入/輸出接口設(shè)計1230項目二AT89S51單片機顯示接口設(shè)計8項目三AT89S51單片機鍵盤接口設(shè)計6項目四AT89S51單片機中斷定時器設(shè)計12項目五AT89S51單片機通信接口設(shè)計6項目六AT89S51單片機A/D轉(zhuǎn)換接口設(shè)計6項目七AT89S51單片機D/A轉(zhuǎn)換接口設(shè)計6項目八AT89S51單片機串行接口設(shè)計14課程總成績=Σ單項任務(wù)考核實得分＋綜合任務(wù)考核實得分2．單項任務(wù)考核評價單項任務(wù)考核評價分為硬件制作、軟件設(shè)計、調(diào)試與維護及綜合能力四項考核內(nèi)容。硬件制作評價按硬件選型及檢測、硬件電路設(shè)計與布局、硬件電路制作與焊接進行評價，以制作為重點，主要考核學生的硬件焊接及檢測能力。軟件設(shè)計評價按流程圖與程序設(shè)計、程序編譯與調(diào)試及Proteus仿真進行評價，以程序設(shè)計與調(diào)試為重點，主要考核學生的編程調(diào)試能力。系統(tǒng)調(diào)試與維護按軟硬件聯(lián)調(diào)、程序下載與脫機運行、故障分析與處理進行評價，以軟硬件聯(lián)調(diào)為重點。綜合能力包括安全生產(chǎn)、團隊合作等社會能力和方法能力?？己瞬捎媒處熢u價、學生自評、學生互評相結(jié)合的方式進行。項目考核評分表見表11。表11單項任務(wù)考核評分表考核項目考核內(nèi)容及要求分值學生自評（a）小組評分（b）教師評分（c）實得分（a×20%+b×30%+c×50%）硬件制作（22分）硬件選型及檢測2硬件電路設(shè)計與布局8硬件電路制作與焊接12軟件設(shè)計（30分）流程圖與程序設(shè)計12程序編譯與調(diào)試12Proteus仿真6調(diào)試與維護（18分）軟硬件聯(lián)調(diào)8程序下載與脫機運行5故障分析與處理5安全文明生產(chǎn)（7分）遵守紀律3安全用電2調(diào)試工具使用2完成時間（3分）硬件1軟件1成品1團隊合作（5分）溝通能力2協(xié)調(diào)能力2組織能力1其他項目（15分）課堂提問5任務(wù)報告書5創(chuàng)新5總分1003．綜合任務(wù)考核評價綜合任務(wù)考核評價是指課程綜合任務(wù)測試。測試任務(wù)由教師按所學知識和技能選擇難易程度適中的若干任務(wù)，由學生自選，要求在規(guī)定時間內(nèi)完成從電路板制作到軟硬件調(diào)試全過程?？己艘髤⒄諉雾椚蝿?wù)考核評分表。五、教學實施條件1．師資基本條件具有扎實的專業(yè)知識，能熟練使用各種常用單片機開發(fā)工具實現(xiàn)單片機控制系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)及調(diào)試。應(yīng)熟悉本行業(yè)技術(shù)動態(tài)，并根據(jù)行業(yè)發(fā)展趨勢及時更新教學內(nèi)容。具備較強的語言表達能力及教學組織能力。2．實踐教學條件（1）校內(nèi)實訓條件課程教學需要配備一定的校內(nèi)實訓條件，校內(nèi)實訓室應(yīng)配備仿真調(diào)試設(shè)備和二次開發(fā)的單片機接口控制電路板，具備多媒體教學的環(huán)境條件，能實現(xiàn)“教、學、做”一體化。校內(nèi)實訓教學條件見表12。表12校內(nèi)實訓教學條件一覽表實訓場地名稱主要設(shè)備配置主要功能單片機應(yīng)用綜合實訓室常用電工工具、鉗工工具數(shù)字萬用表電腦直流穩(wěn)壓電源示波器偉福仿真器多功能計數(shù)器函數(shù)信號發(fā)生器通過流水燈、秒表、音樂演奏器、數(shù)字電壓表等任務(wù)制