C51單片機應(yīng)用與C語言程序設(shè)計(第4版)-基于機器人工程對象的項目實踐 教學(xué)大綱、授課計劃

《C51單片機應(yīng)用與C語言程序設(shè)計（第4版）——基于機器人工程對象的項目實踐》教學(xué)大綱課程信息課程名稱：C51單片機應(yīng)用與C語言程序設(shè)計（第4版）——基于機器人工程對象的項目實踐課程類別：素質(zhì)選修課/專業(yè)基礎(chǔ)課課程性質(zhì)：選修/必修計劃學(xué)時：64計劃學(xué)分：4先修課程：無選用教材：《C51單片機應(yīng)用與C語言程序設(shè)計（第4版）——基于機器人工程對象的項目實踐》，秦志強主編，2022年，電子工業(yè)出版社教材。適用專業(yè)：可用于職業(yè)院校、職業(yè)本科院校的“單片機技術(shù)與應(yīng)用”“嵌入式C語言程序設(shè)計”兩門課程，也可用于本科院校工程訓(xùn)練、電子制作的實踐教材和相應(yīng)專業(yè)課程，同時還可供廣大希望從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和C語言程序設(shè)計的學(xué)生或者個人自學(xué)使用。課程負(fù)責(zé)人：二、課程簡介以兩輪小型移動機器人的制作與編程項目為主線，通過循序漸進(jìn)地構(gòu)建機器人的控制器和傳感器電路，并對機器人進(jìn)行編程和控制，將C51單片機的外圍接口特性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理、綜合應(yīng)用設(shè)計和C語言程序設(shè)計等知識和技能傳授給學(xué)生，徹底打破了傳統(tǒng)的先理論、后實驗的教學(xué)方法和教學(xué)體系，解決了單片機原理與應(yīng)用、C語言程序設(shè)計等核心專業(yè)基礎(chǔ)課程抽象、枯燥與教學(xué)效果差的難題。三、課程教學(xué)要求序號專業(yè)畢業(yè)要求課程教學(xué)要求關(guān)聯(lián)程度1工程知識掌握構(gòu)建機器人的控制器和傳感器電路。掌握對機器人進(jìn)行編程和控制。了解C51單片機的外圍接口特性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理。H2問題分析成本高和靈活性不強的原因是Arduino已經(jīng)是一個通用的控制模塊，經(jīng)過了二次封裝，自然就多了一道制造和開發(fā)成本。但是在許多大批量小型智能產(chǎn)品的開發(fā)過程中，往往要求我們直接采用單片機進(jìn)行開發(fā)，因為這樣不僅可以大幅降低生產(chǎn)成本，而且可以提高產(chǎn)品的可靠性和效率。本課程將引領(lǐng)大家從已經(jīng)掌握的微控制器出發(fā)，深入微控制器內(nèi)部，學(xué)習(xí)和掌握如何直接用單片機和C語言來開發(fā)智能產(chǎn)品。H3設(shè)計/開發(fā)解決方案1.根據(jù)客戶需求進(jìn)行液C51單片機的設(shè)計和開發(fā)。2.學(xué)會進(jìn)行系統(tǒng)測試和驗證，以確保系統(tǒng)的質(zhì)量和性能符合要求。H4研究1.了解C51單片機的前沿技術(shù)和研究方向，為系統(tǒng)的長期發(fā)展提供支持。2.學(xué)會進(jìn)行科學(xué)研究和創(chuàng)新，提高自身的專業(yè)水平和創(chuàng)新能力。L5使用現(xiàn)代工具6工程與社會學(xué)會將工程知識應(yīng)用于實際生產(chǎn)和社會服務(wù)中，為社會做出貢獻(xiàn)。L7環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展8職業(yè)規(guī)范9個人和團隊1.學(xué)會個人發(fā)展和團隊合作，提高個人和團隊的綜合素質(zhì)。2.學(xué)會與他人合作和溝通，建立良好的人際關(guān)系和團隊合作氛圍。H10溝通1.學(xué)會進(jìn)行有效的溝通和表達(dá)，與客戶、同事和上級保持良好的溝通和協(xié)作。2.學(xué)會進(jìn)行跨文化溝通和合作，提高國際化視野和跨文化交流能力。M11項目管理1.學(xué)會進(jìn)行項目管理和組織，包括項目計劃、進(jìn)度控制、質(zhì)量管理等。2.學(xué)會進(jìn)行風(fēng)險評估和管理，提高項目成功的概率和效率。L12終身學(xué)習(xí)1.學(xué)會進(jìn)行自我學(xué)習(xí)和自我提升，不斷提高自身的專業(yè)水平和創(chuàng)新能力。2.學(xué)會進(jìn)行終身學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展規(guī)劃，不斷拓展職業(yè)領(lǐng)域和發(fā)展空間。H注：“課程教學(xué)要求”欄中內(nèi)容為針對該課程適用專業(yè)的專業(yè)畢業(yè)要求與相關(guān)教學(xué)要求的具體描述。“關(guān)聯(lián)程度”欄中字母表示二者關(guān)聯(lián)程度。關(guān)聯(lián)程度按高關(guān)聯(lián)、中關(guān)聯(lián)、低關(guān)聯(lián)三檔分別表示為“H”“M”或“L”?！罢n程教學(xué)要求”及“關(guān)聯(lián)程度”中的空白欄表示該課程與所對應(yīng)的專業(yè)畢業(yè)要求條目不相關(guān)。四、課程教學(xué)內(nèi)容章節(jié)名稱主要內(nèi)容重難點關(guān)鍵詞學(xué)時類型1從Arduino到C51單片機單片機和微控制器機器人與C51單片機任務(wù)1獲得軟件任務(wù)2安裝軟件任務(wù)3硬件連接任務(wù)4第一個程序任務(wù)5做完實驗關(guān)斷電源1.了解單片機和微控制器、機器人與C51單片機。2.掌握獲得、安裝軟件的方法。3.掌握硬件連接。4.知道做完實驗關(guān)斷電源。8理論+實操2C51接口與伺服電機控制C51單片機的輸入/輸出接口任務(wù)1單燈閃爍控制任務(wù)2機器人伺服電機控制信號任務(wù)3計數(shù)并控制循環(huán)次數(shù)任務(wù)4用計算機來控制機器人的運動了解C51單片機的輸入/輸出接口。掌握單燈閃爍控制。掌握機器人伺服電機控制信號。掌握計數(shù)并控制循環(huán)次數(shù)。掌握用計算機來控制機器人的運動的方法。8理論+實操3C語言函數(shù)與機器人運動控制任務(wù)1基本運動動作任務(wù)2勻加速/減速運動任務(wù)3用函數(shù)調(diào)用簡化運動程序任務(wù)4高級主題——用數(shù)組建立復(fù)雜運動了解C語言函數(shù)與機器人運動控制的基本運動動作。了解C語言函數(shù)與機器人的勻加速/減速運動。掌握用函數(shù)調(diào)用簡化運動程序。掌握數(shù)組建立復(fù)雜運動。4理論+實操4C51接口與觸覺導(dǎo)航觸覺導(dǎo)航與單片機輸入接口任務(wù)1安裝并測試機器人“胡須”任務(wù)2通過“胡須”導(dǎo)航任務(wù)3機器人進(jìn)入死區(qū)后的人工智能決策了解觸覺導(dǎo)航與單片機輸入接口。掌握通過“胡須”導(dǎo)航。掌握機器人進(jìn)入死區(qū)后的人工智能決策。4理論+實操5C51接口與紅外線導(dǎo)航使用紅外線發(fā)射和接收器件探測道路任務(wù)1搭建并測試紅外發(fā)射和檢測器對任務(wù)2探測和避開障礙物任務(wù)3高性能的IR導(dǎo)航任務(wù)4俯視的紅外發(fā)射和檢測器對了解使用紅外線發(fā)射和接收器件探測道路。掌握搭建并測試紅外發(fā)射和檢測器對。掌握探測和避開障礙物的方法。掌握俯視的紅外發(fā)射和檢測器對。8理論+實操6C51定時器與機人的距離檢測用同樣的IR組電路檢測距離任務(wù)1定時/計數(shù)器的運用任務(wù)2測試掃描頻率任務(wù)3尾隨小車任務(wù)4跟蹤條紋帶掌握用同樣的IR組電路檢測距離。掌握定時/計數(shù)器的運用。掌握測試掃描頻率的應(yīng)用。8理論+實操7C51單片機的UART與機器人串口通信串口控制寄存器SCON什么是波特率波特率的計算RS232電平與TTL電平轉(zhuǎn)換任務(wù)1編寫串口通信程序1.了解串口控制寄存器SCON、波特率。2.掌握波特率的計算。3.掌握編寫串口通信程序。8理論+實操8C51單片機顯示接口編程與機器人應(yīng)用LED數(shù)碼管任務(wù)1數(shù)碼管顯示任務(wù)2認(rèn)識LCD顯示器任務(wù)3編寫LCD驅(qū)動程序任務(wù)4用LCD顯示機器人運動狀態(tài)1.了解LED數(shù)碼管。2.了解數(shù)碼管顯示。3.認(rèn)識LCD顯示器。4.掌握編寫LCD驅(qū)動程序。5.險惡用LCD顯示機器人運動狀態(tài)。4理論+實操9多傳感器智能機器人任務(wù)1多傳感器信息與C語言結(jié)構(gòu)體的使用和編程任務(wù)2智能機器人的行為控制策略和編程1.了解多傳感器信息與C語言結(jié)構(gòu)體的使用和編程。2.掌握智能機器人的行為控制策略和編程。4理論+實操10機器人循線競賽任務(wù)1QTI傳感器及其通信接口任務(wù)2安裝QTI傳感器到機器人前端任務(wù)3編寫OTI傳感器的測試程序任務(wù)4設(shè)計算法實現(xiàn)機器人無接觸傳感器游中國任務(wù)5修改算法實現(xiàn)機器人游中國任務(wù)6用數(shù)組實現(xiàn)機器人游中國比賽任務(wù)7改進(jìn)運動執(zhí)行程序，提升執(zhí)行的可靠性1.了解QTI傳感器及其通信接口。2.掌握安裝QTI傳感器到機器人前端。3.掌握編寫OTI傳感器的測試程序。4.掌握設(shè)計算法實現(xiàn)機器人無接觸傳感器游中國的方法。5.掌握修改算法實現(xiàn)機器人游中國方法。6.用數(shù)組實現(xiàn)機器人游中國比賽。7.了解改進(jìn)運動執(zhí)行程序，提升執(zhí)行的可靠性。8理論+實操五、考核要求及成績評定序號成績類別考核方式考核要求權(quán)重（%）備注1期末成績期末考試大作業(yè)50百分制，60分為及格2平時成績實踐8次40優(yōu)、良、中、及格、不及格3平時表現(xiàn)出勤情況10兩次未參加課程則無法獲得學(xué)分注：此表中內(nèi)容為該課程的全部考核方式及其相關(guān)信息。六、學(xué)生學(xué)習(xí)建議學(xué)習(xí)方法建議1.依據(jù)專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合崗位技能職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過案例展開學(xué)習(xí)，將每個項目分成多個任務(wù)，系統(tǒng)化地學(xué)習(xí)。2.了解行業(yè)企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，注重學(xué)習(xí)新技術(shù)、新工藝和新方法，根據(jù)教材中穿插設(shè)置的相關(guān)實例，對已有技術(shù)持續(xù)進(jìn)行更新。3.掃描教材二維碼，觀看相關(guān)知識點的微課，利用互聯(lián)網(wǎng)和社交媒體等資源，進(jìn)行多元化的學(xué)習(xí)。學(xué)生課外閱讀參考資料《C51單片機應(yīng)用與C語言程序設(shè)計（第4版）——基于機器人工程對象的項目實踐》，秦志強主編，2022年，電子工業(yè)出版社教材。七、課程改革與建設(shè)(1)老版教學(xué)板需要使用專用的USBASP下器和USB轉(zhuǎn)232數(shù)據(jù)線，使用起來非常不方便。而新的教學(xué)板只需要一根USB數(shù)據(jù)線即可實現(xiàn)程序的下載和程序運行時的數(shù)據(jù)交互，極大地簡化了學(xué)習(xí)開發(fā)過程。(2)由于教學(xué)板所用核心芯片AT89S52的端口電流驅(qū)動能力弱，老版教學(xué)板不能直接驅(qū)動部分品牌的標(biāo)準(zhǔn)伺服電機，需要外接上拉電阻。新版教學(xué)板直接加入了上拉電阻，使其可以直接連接各種品牌的伺服電機，從而簡化了學(xué)習(xí)開發(fā)過程。(3)新版教學(xué)板采用了TOFP封裝工藝的AT89S52芯片采用貼片方式安裝到教學(xué)板上比老版的PLCC芯片封裝方式具有更高的可靠性。(4)新版教學(xué)板只安裝了AT89S52芯片，無須再兼顧AVR單片機教學(xué)，使得教學(xué)板更加簡潔、美觀和可靠。平時對學(xué)生的考核內(nèi)容包括出勤情況、學(xué)生的勞動成果、課堂討論等方面，占期末總評的50%。期末考試成績占期末總評的50%。制訂人簽字：教研室主任簽字：院部負(fù)責(zé)人簽字：修訂時間：年月日教學(xué)日歷（20xx～20xx學(xué)年第x學(xué)期）開課學(xué)院開課專業(yè)講授學(xué)時24課程名稱C51單片機應(yīng)用與C語言程序設(shè)計（第4版）——基于機器人工程對象的項目實踐授課教師實踐/實驗學(xué)時40授課年級授課班級總學(xué)時64使用教材《C51單片機應(yīng)用與C語言程序設(shè)計（第4版）——基于機器人工程對象的項目實踐》參考書目《C51單片機應(yīng)用與C語言程序設(shè)計（第4版）——基于機器人工程對象的項目實踐》校歷周次授課內(nèi)容分章節(jié)題目第1周第1講從Arduino到C51單片機（4學(xué)時）單片機和微控制器（1學(xué)時）機器人與C51單片機（1學(xué)時）任務(wù)1獲得軟件（1學(xué)時）任務(wù)2安裝軟件（1學(xué)時）第2周第1講從Arduino到C51單片機（4學(xué)時）任務(wù)3硬件連接（1學(xué)時）任務(wù)4第一個程序（1學(xué)時）任務(wù)5做完實驗關(guān)斷電源（2學(xué)時）第3周第2講C51接口與伺服電機控制（4學(xué)時）C51單片機的輸入/輸出接口（1學(xué)時）任務(wù)1單燈閃爍控制（1學(xué)時）任務(wù)2機器人伺服電機控制信號（2學(xué)時）第4周第2講C51接口與伺服電機控制（4學(xué)時）任務(wù)3計數(shù)并控制循環(huán)次數(shù)（2學(xué)時）任務(wù)4用計算機來控制機器人的運動（2學(xué)時）第5周第3講C語言函數(shù)與機器人運動控制（4學(xué)時）任務(wù)1基本運動動作（1學(xué)時）任務(wù)2勻加速/減速運動（1學(xué)時）任務(wù)3用函數(shù)調(diào)用簡化運動程序（1學(xué)時）任務(wù)4高級主題——用數(shù)組建立復(fù)雜運動（1學(xué)時）第6周第4講C51接口與觸覺導(dǎo)航（4學(xué)時）觸覺導(dǎo)航與單片機輸入接口（1學(xué)時）任務(wù)1安裝并測試機器人“胡須”（1學(xué)時）任務(wù)2通過“胡須”導(dǎo)航（1學(xué)時）任務(wù)3機器人進(jìn)入死區(qū)后的人工智能決策（1學(xué)時）第7周第5講C51接口與紅外線導(dǎo)航（4學(xué)時）使用紅外線發(fā)射和接收器件探測道路（1學(xué)時）任務(wù)1搭建并測試紅外發(fā)射和檢測器對（1學(xué)時）任務(wù)2探測和避開障礙物（2學(xué)時）第8周第5講C51接口與紅外線導(dǎo)航（4學(xué)時）任務(wù)3高性能的IR導(dǎo)航（2學(xué)時）任務(wù)4俯視的紅外發(fā)射和檢測器對（2學(xué)時）第9周第6講C51定時器與機人的距離檢測（4學(xué)時）用同樣的IR組電路檢測距離（1學(xué)時）任務(wù)1定時/計數(shù)器的運用（1學(xué)時）任務(wù)2測試掃描頻率（2學(xué)時）第10周第6講C51定時器與機人的距離檢測（4學(xué)時）任務(wù)3尾隨小車（2學(xué)時）任務(wù)4跟蹤條紋帶（2學(xué)時）第11周第7講C51單片機的UART與機器人串口通信（4學(xué)時）串口控制寄存器SCON（1學(xué)時）什么是波特率（1學(xué)時）波特率的計算（2學(xué)時）第12周第7講C51單片機的UART與機器人串口通信（4學(xué)時）RS232電平與TTL電平轉(zhuǎn)換（2學(xué)時）任務(wù)1編寫串口通信程序（2學(xué)時）第13周第8講C51單片機顯示接口編程與機器人應(yīng)用（4學(xué)時）LED數(shù)碼管、任務(wù)1數(shù)碼管顯示（1學(xué)時）任務(wù)2認(rèn)識LCD顯示器（1學(xué)時）任務(wù)3編寫LCD驅(qū)動程序（1學(xué)時）任務(wù)4用LCD顯示機器人運動狀態(tài)（1學(xué)時）第14周第9講多傳感器智能