單片機課程設(shè)計仿真與實踐指導(dǎo) 第2版 課件第1章 單片機課程設(shè)計概述

單片機課程設(shè)計仿真與實踐指導(dǎo)鹽城工學(xué)院電氣工程學(xué)院張?zhí)m紅2為什么要安排課程設(shè)計1.1課程設(shè)計在學(xué)習(xí)過程中的作用1.2課程設(shè)計的內(nèi)容與組織方式1.3第1章單片機課程設(shè)計概述31.1為什么要安排課程設(shè)計單片機是指在一塊半導(dǎo)體芯片上，集成了微處理器、存儲器、輸入/輸出接口、定時器/計數(shù)器以及中斷系統(tǒng)等功能部件，構(gòu)成一臺完整的微型計算機。單片機實物41.1為什么要安排課程設(shè)計單片機可通過執(zhí)行使用者編寫的程序，控制芯片的各個引腳在不同的時間輸出不同的電平，從而控制與單片機各個引腳相連的外圍電路的電氣狀態(tài)。單片機在各種控制場合獲得了廣泛的應(yīng)用！51.1為什么要安排課程設(shè)計單片機廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制、汽車電子系統(tǒng)、機器人、能源、通信、軍事等眾多領(lǐng)域，已經(jīng)成為電子技術(shù)智能化最普遍的使用手段。

在日常生活中也可以到處接觸到采用單片機進行自動化控制的家用電器，如空調(diào)、冰箱、電飯煲、洗衣機等。

在引導(dǎo)高等學(xué)校注重培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力、協(xié)作精神和理論聯(lián)系實際學(xué)風(fēng)的全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽中，幾乎所有的作品都要用單片機才能完成設(shè)計。61.1為什么要安排課程設(shè)計

單片機課程設(shè)計可讓學(xué)生對單片機應(yīng)用系統(tǒng)“解剖麻雀”，真正理解與掌握單片機的內(nèi)涵，熟悉單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)與研制的全過程，熟悉軟、硬件設(shè)計的方法、內(nèi)容與步驟。

單片機課程已成為高校電氣類、電子信息類、計算機類、機電一體化類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程的教學(xué)應(yīng)為培養(yǎng)學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力提供一個良好的平臺。71.2課程設(shè)計在學(xué)習(xí)過程中的作用單片機的學(xué)習(xí)如何下手？單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機實物81.2課程設(shè)計在學(xué)習(xí)過程中的作用單片機的學(xué)習(xí)可從兩個方面來下手：一是掌握編程結(jié)構(gòu)。所謂編程結(jié)構(gòu)，即是從編程人員角度所看到的單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即單片機包括幾大組成部分，每一部分用哪些寄存器去控制，寄存器的設(shè)置方法等等。編程結(jié)構(gòu)便于我們從軟件編程的角度去了解單片機系統(tǒng)的操作和運行，不必了解單片機內(nèi)部復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)、電氣連接或開關(guān)特性。二是引腳功能。單片機功能的實現(xiàn)要靠程序控制其各個引腳在不同的時間輸出不同的電平，進而控制與單片機各個引腳相連接的外圍電路的電氣狀態(tài)，因此要學(xué)習(xí)單片機，必須掌握它的引腳功能。91.2課程設(shè)計在學(xué)習(xí)過程中的作用

單片機的編程結(jié)構(gòu)與引腳功能屬于單片機本身的知識。但僅有一塊單片機集成芯片，即使它內(nèi)部包含的資源再多，功能再強大，也不能發(fā)揮作用，必須要將單片機和外圍設(shè)備組成單片機應(yīng)用系統(tǒng)，才能發(fā)揮單片機的作用，能獲得應(yīng)用的是單片機應(yīng)用系統(tǒng)，而絕不僅僅是單片機本身。101.2課程設(shè)計在學(xué)習(xí)過程中的作用

為了縮小體積，單片機集成度很高，這樣單片機工作的一些必須功能電路，如晶振電路與復(fù)位電路就沒有辦法集成到單片機內(nèi)部去，只能在外面通過引腳接進去。使單片機獲得應(yīng)用的最簡應(yīng)用系統(tǒng)(也稱最小應(yīng)用系統(tǒng))，由單片機本身、電源、晶振與復(fù)位電路構(gòu)成。圖1-3單片機最簡應(yīng)用系統(tǒng)硬件原理圖111.2課程設(shè)計在學(xué)習(xí)過程中的作用

隨著單片機內(nèi)部存儲容量的不斷擴大和內(nèi)部功能的不斷完善，單片機“單片”應(yīng)用的情況更加普遍，這是發(fā)展趨勢。

但由于控制對象的多樣性和復(fù)雜性，常常會出現(xiàn)單片機內(nèi)部資源不夠用的情況，而且多數(shù)單片機內(nèi)部沒有集成A/D和D/A等芯片，對模擬量的處理非常不方便。

還需要考慮人機接口、參數(shù)檢測、系統(tǒng)監(jiān)控、超限報警等應(yīng)用需求，此時單片機最簡應(yīng)用系統(tǒng)就不能滿足要求了，在進行系統(tǒng)設(shè)計時要進行更復(fù)雜的系統(tǒng)擴展，構(gòu)成功能更強大的單片機應(yīng)用系統(tǒng)。121.2課程設(shè)計在學(xué)習(xí)過程中的作用單片機學(xué)習(xí)的最高境界：將學(xué)習(xí)的單片機知識、數(shù)電、模電、電力電子等多學(xué)科的知識融合起來，設(shè)計出單片機應(yīng)用系統(tǒng)。第一步：進行單片機理論和實驗課的學(xué)習(xí)，熟悉單片機的內(nèi)部資源、軟件編程的匯編語言或C語言工具；第二步：參加課程設(shè)計一類的實踐環(huán)節(jié)，動手做一個不太復(fù)雜的單片機應(yīng)用系統(tǒng)，熟悉單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的全部流程；第三步：實踐中通過對多個較復(fù)雜應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，獲得設(shè)計經(jīng)驗。單片機課程設(shè)計是培養(yǎng)單片機系統(tǒng)設(shè)計師的關(guān)鍵一步。131.3課程設(shè)計的內(nèi)容與組織方式課程設(shè)計時間有限，一般不多于兩周；選題很關(guān)鍵；可以選擇一些對單片機接口或內(nèi)部資源進行簡單應(yīng)用的題目，如流水燈、交通燈、數(shù)碼管顯示器、液晶顯示器、點陣顯示器、定時器應(yīng)用的秒表或時鐘、鍵盤應(yīng)用、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換設(shè)計方面的題目，工作量不宜太大；對學(xué)有余力的同學(xué)可以安排一些復(fù)雜的題目；最好是一人一題，沒有條件的也可兩人一題，但要求個人有獨到的見解。141.3課程設(shè)計的內(nèi)容與組織方式

課程設(shè)計可和理論教學(xué)同步進行，即便是安排在課程結(jié)束后集中時間段進行，也要在理論課進行期間早日將設(shè)計題目布置給每位同學(xué)，提前完成最簡應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試、完成設(shè)計方案的論證與仿真，在仿真的指導(dǎo)下，購買好元器件，到最后兩周才有可能真正完成課程設(shè)計作品。151.3課程設(shè)計的內(nèi)容與組織方式鹽城工學(xué)院單片機課程：理論教學(xué)64學(xué)時，實驗教學(xué)16學(xué)時，理論課與實驗課在16周內(nèi)完成，課程設(shè)計在理論和實驗結(jié)束后的兩周內(nèi)進行。理論課進行了兩周，布置課程設(shè)計題目，隨后的兩周，要求學(xué)生資料收集，論證方案，由班級統(tǒng)一購買單片機最簡應(yīng)用系統(tǒng)所需元器件及必需的電工工具，每人一套。理論課進行到四分之一學(xué)時后，要求每位學(xué)生都完成單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)的焊接與調(diào)試。理論課進行到一半學(xué)時后，要求每位學(xué)生完成課題的Proteus仿真調(diào)試。161.3課程設(shè)計的內(nèi)容與組織方式理論課進行到四分之三學(xué)時后，要求每位學(xué)生自行完成在網(wǎng)上電子商城購買課題所需的其他元器件，隨后鼓勵、指導(dǎo)并督促學(xué)生在萬用電路板上調(diào)試出課程設(shè)計實物作品。理論課結(jié)束時，大部分都能完成單片機課程設(shè)計的實物作品調(diào)試，少部分同學(xué)可能由于焊接問題、元器件性能不熟悉、元件使用不當(dāng)?shù)仍?，還處于實物調(diào)試階段集中課程設(shè)計的兩周時間內(nèi)，繼續(xù)完成電路焊接與調(diào)試等電子設(shè)計的全過程，要求學(xué)生充分調(diào)試軟件，鼓勵他們編寫不同的程序?qū)崿F(xiàn)題目所要求的功能，真正對軟件與硬件融會貫通，完成設(shè)計說明書的撰寫，鼓勵有余力的同學(xué)完成PCB板的設(shè)計與實物作品調(diào)試。171.3課程設(shè)計的內(nèi)容與組織方式兩周集中課程設(shè)計時間后要求提交的材料包括課程設(shè)計說明書，調(diào)試成功的多孔電路板實物作品、PCB板實物作品(可選)及整個設(shè)計過程的視頻。設(shè)計說明書要求用word軟件排版，從方案設(shè)計到器件選型，從程序開發(fā)到調(diào)試，都總結(jié)成文字材料，使學(xué)生充分體驗設(shè)計工作的系統(tǒng)性，對學(xué)生的工程素質(zhì)進行全面的訓(xùn)練；原理圖與PCB圖要求用AltiumDesign軟件繪制；最后再安排一到兩天時間進行課程設(shè)計答辯，通過自述與提問方式深入了解學(xué)生對課題的掌握情況。181.3課程設(shè)計的內(nèi)容與組織方式

課程設(shè)計的考核根據(jù)學(xué)生實物完成、視頻制作、設(shè)計說明書與答辯情況綜合評分，評分比例為：

1、實物作品+視頻制作40%；2、設(shè)計說明書30%；3、創(chuàng)新性15%；4、答辯15%。

單片機課程設(shè)計安排為一門獨立的課程，如果考核不通過，當(dāng)年沒有補考機會，只能等下一學(xué)年跟下一屆同學(xué)一起重做。191.3課程設(shè)計的內(nèi)容與組織方式

學(xué)生思想上對課程設(shè)計高度重視，因為要完成實物作品，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性也大大提高。

通過連續(xù)八年的實踐，每一屆所有同學(xué)均可以做出符合預(yù)期要求的作品，有相當(dāng)一部分同學(xué)在課程設(shè)計集中時間段開始之前就完成了規(guī)定的任務(wù)，剩余時間他們還完成了自己感興趣的創(chuàng)新設(shè)計，創(chuàng)新能力得到了提高，在校級、省級或國家級的大學(xué)生競賽中取得了優(yōu)良的成績。17:5620

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