《單片機原理與接口技術》課程教學大綱

《單片機原理與接口技術》課程名稱（中文/英文）：單片機原理與接口技術（MicrocontrollerPrincipleandInterfaceTechnology）課程編號：04021507學分：3學時：總學時48學時分配：講授學時：40，實驗學時：8適用專業(yè)：機械設計制造及其自動化一、課程簡介/課程目標《單片機原理與接口技術》是高等學校機電類專業(yè)的一門理論與實踐緊密結合的專業(yè)基礎課，是本校機械設計制造及其自動化專業(yè)學生的專業(yè)核心課程，具有較強的實踐性和工程性，對培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新能力起重要作用。通過課程學習，能使學生掌握嵌入式系統(tǒng)的基本概念，了解嵌入式系統(tǒng)的技術發(fā)展和開發(fā)流程；初步掌握Cortex-M3內核STM32單片機的內核結構、總線結構、存儲結構、中斷和時鐘樹等基本知識；了解STM32單片機的寄存器、標準外設庫、HAL庫三種開發(fā)模式，學會使用基于STM32CubeMX的HAL庫開發(fā)平臺的搭建，掌握單片機的C語言程序設計方法和調試方法；初步掌握STM32單片機的GPIO、EXTI、定時器、USART和ADC等外設的基本結構、工作原理，熟悉用HAL庫接口函數對外設編程；初步具備單片機應用系統(tǒng)設計的能力，為后續(xù)的專業(yè)課程學習、生產實習、課程設計和畢業(yè)設計，為今后機電控制系統(tǒng)設計奠定牢固的專業(yè)基礎。課程目標1：能解釋嵌入式系統(tǒng)相關概念和專業(yè)術語；能根據Cortex-M3內核STM32單片機的內核結構、總線結構、存儲結構、中斷和時鐘樹等結構特點分析單片機的工作原理和單片機最小系統(tǒng)電路。會根據不同應用需求進行資源配置，對STM32進行選型，為實際工程的提供單片機系統(tǒng)配置解決方案。課程目標2：會利用單片機的通用輸入/輸出（GPIO）、外部中斷（EXTI）、定時器（TIM）、串口（USART）和模數轉換（ADC）等外設的基本功能和各外設的HAL庫接口函數，完成常用的按鍵、LED驅動、中斷、定時器應用、串口通信和模擬信號轉換等接口電路設計和編程；搭建硬件平臺，設計合理、可行的實驗方案，編寫相應軟件程序，并通過軟硬件調試獲取實驗結果，培育認識和發(fā)現問題的能力和解決工程問題的能力。課程目標3：正確使用STM32CubeMX開發(fā)平臺和HAL庫開發(fā)編程模式設置初始化系統(tǒng)參數，能應用C語言來描述和實現簡單的控制算法，建立單片機應用系統(tǒng)的整體概念，初步具備單片機應用系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的初步能力。十五．課程目標和畢業(yè)要求的對應關系課程目標畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求12.1能運用相關科學原理，識別和判斷機械工程領域復雜工程問題的關鍵環(huán)節(jié)2.問題分析24.3能根據機械系統(tǒng)的實驗方案構建實驗系統(tǒng)，安全地開展實驗，正確采集實驗數據、處理實驗數據4.研究35.1了解專業(yè)常用的現代儀器、信息技術工具、工程工具和模擬軟件的使用原理和方法，并理解其局限性5.使用現代工具十六．教學內容和教學環(huán)節(jié)與課程目標的對應關系（一）理論教學表一理論教學內容、教學方式和課程目標的關系教學內容知識點教學環(huán)節(jié)課程目標講授作業(yè)第一章單片機概述單片機基本概念；

單片機發(fā)展

ARM處理器；

Cortex-M3（CM3）內核微控制器；

STM32系列單片機；

STM32總線和存儲器結構；

STM32最小系統(tǒng)電路√√課程目標1第二章單片機開發(fā)環(huán)境與嵌入式C語言

STM32CubeMX圖形化代碼生成工具安裝及建立新工程；

Keil集成開發(fā)環(huán)境安裝、設置、

工程編譯、

程序下載和調試；工程程序框架、

HAL庫；

嵌入式C語言基礎√√課程目標3第三章通用輸入/輸出（GPIO）口STM32F103GPIO引腳工作模式；GPIO的HAL庫接口函數；STM32CubeMX設置GPIO參數的方法；GPIO應用于按鍵、LED等人機接口電路的軟件編程√√課程目標2第四章中斷系統(tǒng)單片機中斷概念、中斷機制、中斷允許和優(yōu)先級控制；HAL庫接口函數√√課程目標2第五章串口通信USART模塊結構和編程模式；USART的HAL庫接口函數；STM32CubeMX設置USART參數的方法；USART收發(fā)編程思想√√課程目標2第六章定時器TIM主要功能和工作原理；TIM的HAL庫接口函數；STM32CubeMX設置TIM參數的方法；TIM編程思想√√課程目標2第七章ADCSTM32ADC內部結構、工作原理和轉換過程；ADC的通道選擇；ADC的HAL庫接口函數；STM32CubeMX設置ADC參數的方法√√課程目標2實驗教學表二實驗教學內容、學習要求和課程目標的關系序號實驗名稱學時實驗教學內容學習要求課程目標1I/O口應用2開發(fā)軟件的基本操作；初始化GPIO口；編程控制單片機控制I/O口驅動LED發(fā)光二極管。1.熟悉MDK5、STM32CubeMX開發(fā)軟件的基本操作；2.掌握單片機如何初始化GPIO口；3.熟悉HAL庫有關GPIO口的接口函數，利用接口函數驅動LED的程序編寫。課程目標2課程目標32外部中斷2單片機初始化IO中斷；中斷函數程序編寫。1.熟悉單片機中斷的執(zhí)行過程；2.掌握單片機如何初始化IO口線中斷；3.熟悉STM32CubeMX中的中斷配置，4.掌握利用HAL庫中斷回調函數程序編寫中斷服務子程序。課程目標2課程目標33定時器的運用2定時器的結構、初始化編程；定時器的計數模式的使用及編程；1.熟悉單片機定時器的工作模式；2.掌握單片機如何初始化配置定時器；3.熟悉STM32CubeMX中的PWM配置4.掌握利用HAL庫中定時器函數。課程目標2課程目標34串口通信2單片機串口通信工作方式；單片機串串口通信和ADC的配置。串口通信的初始化編程以及收發(fā)程序的編寫。1.了解單片機串口和A/D轉換的工作原理；2.熟悉STM32CubeMX中的串口通信和ADC的配置。3.掌握利用HAL庫ADC和串口接口函數編寫應用程序。課程目標2課程目標3實驗報告要求：1、每次實驗前必須根據實驗指導書結合講課內容進行預習，明確實驗目的。2、實驗報告要書寫整齊，圖表要整齊規(guī)范。實驗指導書名稱：《STM32單片機原理與接口技術實驗指導書》自編四、教學安排教學內容課堂教學（學時）實驗（學時）總計（學時）第一章單片機概述44第二章單片機開發(fā)環(huán)境與嵌入式C語言1212第三章通用輸入/輸出（GPIO）口628第四章中斷系統(tǒng)426第五章串口通信426第六章定時器628第七章ADC44合計40848五、課程考核（一）課程考核評價方式課程考核由平時成績與期末成績相結合的方式進行。1、平時成績占40%，主要包括：平時表現占10%、平時作業(yè)占20%、實驗占10%。2、期末成績占60%，考試采用閉卷筆試方式?？荚嚪秶鷳w所有講授及實驗的內容，考試內容應能客觀反映出學生對本門課程主要概念的記憶、掌握程度，對有關接口技術的理解、掌握及綜合運用能力?？荚囶}型以選擇題、判斷題、填空題、簡答題、分析題、設計題為主?？己伺c評價方式課程目標成績比例（期末成績60%+平時成績40%）合計平時成績（40%）課程考試（60%）平時表現（10%）平時作業(yè)（20%）實驗（10%）1240142024106305034641630合計(成績構成）10201060100成績評定辦法及依據（1）平時表現與評分標準課程目標考核內容評分標準90-100分80-89分70-79分60-69分<60分課程目標1（2%）考核學生預習、復習、課堂參與情況。遵守課堂紀律，積極參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于90%；或能回答老師提出的問題，準確率大于90%遵守課堂紀律，認真參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于80%；或能回答老師提出的問題，準確率大于80%；遵守課堂紀律，上課狀態(tài)一般，能回答老師提出的問題，準確率大于70%。遵守課堂紀律，上課狀態(tài)一般，能回答老師提出的問題，準確率大于60%。遵守課堂紀律，但不能正常參與課堂教學活動，不能回答老師提出的問題。課程目標2（4%）考核學生預習、復習、課堂參與情況。遵守課堂紀律，積極參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于90%；或能回答老師提出的問題，準確率大于90%遵守課堂紀律，認真參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于80%；或能回答老師提出的問題，準確率大于80%；遵守課堂紀律，上課狀態(tài)一般，能回答老師提出的問題，準確率大于70%。遵守課堂紀律，上課狀態(tài)一般，能回答老師提出的問題，準確率大于60%。遵守課堂紀律，但不能正常參與課堂教學活動，不能回答老師提出的問題。課程目標3（4%）考核學生預習、復習、課堂參與情況。遵守課堂紀律，積極參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于90%；或能回答老師提出的問題，準確率大于90%遵守課堂紀律，認真參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于80%；或能回答老師提出的問題，準確率大于80%；遵守課堂紀律，上課狀態(tài)一般，能回答老師提出的問題，準確率大于70%。遵守課堂紀律，上課狀態(tài)一般，能回答老師提出的問題，準確率大于60%。遵守課堂紀律，但不能正常參與課堂教學活動，不能回答老師提出的問題。（2）平時作業(yè)評分標準成績課程目標優(yōu)秀（90-100分）良好（80-89分）中等（70-79分）及格（60-69分）不及格（<60分）課程目標1（4%）按時完成作業(yè)，書寫規(guī)范工整；準確解釋嵌入式系統(tǒng)相關概念和單片機的內部資源。完整畫出最小系統(tǒng)電路。按時完成作業(yè)，書寫工整；正確解釋嵌入式系統(tǒng)相關概念和單片機的內部資源。較完整畫出最小系統(tǒng)電路。按時完成作業(yè)，書寫較工整；基本能解釋嵌入式系統(tǒng)概念和單片機的內部資源。能畫出最小系統(tǒng)電路。。按時完成作業(yè)，書寫潦草；能部分解釋嵌入式系統(tǒng)相關概念和單片機的內部資源?；灸墚嫵鲎钚∠到y(tǒng)電路。不按時完成作業(yè)，書寫潦草；不能正確解釋嵌入式系統(tǒng)相關概念和單片機的內部資源。不能畫出最小系統(tǒng)電路。課程目標2（10%）按時完成作業(yè)，書寫規(guī)范工整；熟練掌握按鍵、LED、中斷、定時器、串口和ADC等接口電路設計和編程按時完成作業(yè)，書寫工整；掌握按鍵、LED、中斷、定時器、串口和ADC等接口電路設計和編程按時完成作業(yè)，書寫較工整；基本掌握按鍵、LED、中斷、定時器、串口和ADC等接口電路設計和編程。按時完成作業(yè)，書寫潦草；基本正確運用按鍵、LED、中斷、定時器、串口和ADC等接口電路設計和編程不按時完成作業(yè)，書寫潦草；圖。不能正確應用按鍵、LED、中斷、定時器、串口和ADC等接口電路設計和編程課程目標3（6%）按時上交，書寫規(guī)范工整；熟練使用開發(fā)軟件和C語言實現控制算法。按時上交，書寫工整；正確使用開發(fā)軟件和C語言實現控制算法。按時上交，書寫較工整；基本正確使用C語言開發(fā)軟件和語言實現控制算法。按時上交，書寫潦草；使用開發(fā)軟件和C語言實現簡單的控制算法。不按時上交書寫潦草；不能正確使用開發(fā)軟件和C語言實現簡單的控制算法。每次作業(yè)按百分制評分，以所有作業(yè)的平均成績計入總成績。（3）實驗環(huán)節(jié)考核與評價標準成績課程目標優(yōu)秀（90-100分）良好（80-89分）中等（70-79分）及格（60-69分）不及格（<60分）課程目標3（6%）實驗態(tài)度端正；實驗操作規(guī)范、實驗結果正確；考核中能準確地回答全部問題；實驗報告撰寫規(guī)范、整潔、全面。實驗態(tài)度端正；實驗操作規(guī)范、實驗結果正確；考核中能基本準確地回答全部問題；實驗報告撰寫規(guī)范整潔。實驗態(tài)度端正；實驗操作基本規(guī)范，實驗結果正確；考核中能準確地回答主要問題；實驗報告撰寫基本規(guī)范。實驗態(tài)度較端正；實驗操作基本規(guī)范，實驗結果基本正確；考核中能準確地回答部分問題；實驗報告撰寫基本規(guī)范。實驗態(tài)度不端正；無法獨立完成實驗操作，實驗結果不正確；考核中不能準確地回答主要問題；實驗報告書寫不規(guī)范。課程目標4（4%）實驗態(tài)度端正；實驗操作規(guī)范、實驗結果正確；考核中能準確地回答全部問題；實驗報告撰寫規(guī)范、整潔、全面。實驗態(tài)度端正；實驗操作規(guī)范、實驗結果正確；考核中能基本準確地回答全部問題；實驗報告撰寫規(guī)范整潔。實驗態(tài)度端正；實驗操作基本規(guī)范，實驗結果正確；考核中能準確地回答主要問題；實驗報告撰寫基本規(guī)范。實驗態(tài)度較端正；實驗操作基本規(guī)范，實驗結果基本正確；考核中能準確地回答部分問題；實驗報告撰寫基本規(guī)范。實驗態(tài)度不端正；無法獨立完成實驗操作，實驗結果不正確；考核中不能準確地回答主要問題；實驗報告書寫不規(guī)范。（4）期末考核與評分標準課程目標考核內容評分標準90-100分80-89分70-79分60-69分<60分課程目標1（14%）1.單片機的發(fā)展歷程和應用場合。2.單片機的相關概念和術語3.單片機內部資源4.單片機最小系統(tǒng)準確描述單片機的發(fā)展歷程和應用場合；熟練記憶單片機的相關概念和術語；熟記單片機內部資源；熟練掌握單片機最小系統(tǒng)。較完整描述單片機的發(fā)展歷程和應用場合；完整記憶單片機的相關概念和術語、單片機內部資源；掌握單片機最小系統(tǒng)。能夠完整描述單片機的發(fā)展歷程和應用場合；完整記憶單片機的相關概念和術語、單片機內部資源；基本掌握單片機最小系統(tǒng)?；灸苊枋鰡纹瑱C的發(fā)展歷程和應用場合；基本掌握單片機的相關概念和術語、單片機內部資源；基本掌握單片機最小系統(tǒng)。不能完整描述單片機的發(fā)展歷程和應用場合；不能掌握單片機的相關概念和術語、單片機內部資源；不能掌握單片機最小系統(tǒng)。課程目標2（30%）1.單片機的IO端口、外部中斷、定時器/計數器、串口和模數轉換等外設的基本結構、接口電路設計和編程熟練掌握單片機的IO端口、外部中斷、定時器/計數器、串口和模數轉換等外設的基本結構、接口電路設計和編程。掌握單片機的IO端口、外部中斷、定時器/計數器、串口和模數轉換等外設的基本結構、接口電路設計和編程。基本掌握單片機的IO端口、外部中斷、定時器/計數器、串口和模數轉換等外設的基本結構、接口電路設計和編程。大致掌握單片機的IO端口、外部中斷、定時器/計數器、串口和模數轉換等外設的基本結構、接口電路設計和編程。不能正確單片機的IO端口、外部中斷、定時器/計數器、串口和模數轉換等外設的基本結構、接口電路設計和編程。課程目標3（16%）使用開發(fā)軟件CubeMX與Keilμ硬件仿真和軟件開發(fā)2.能應用C語言來描述和實現控制算法熟練使用開發(fā)單片機開發(fā)軟件和工具和C語言實現控制算法正確使用開發(fā)單片機開發(fā)軟件和工具和C語言實現控制算法基本正確使用開發(fā)單片機開發(fā)軟件和工具和C語言實現控制算法基本能夠使用開發(fā)單片機開發(fā)軟件和工具和C語言實現簡單控制算法不能正確使用開發(fā)單片機開發(fā)軟件和工具和C語言實現簡單控制算法六、教學基本要求教師在課堂上應對單片機或微控制器的基本概念、基本結構、工作原理和接口電路進行必要的講授，并詳細講授每章的重點、難點內容；講授中應注意理論聯系實際，通過必要的案例展示、討論，啟迪學生的思維，加深學生對有關概念、理論等內容的理解，并應采用多媒體輔助教學，加大課堂授課的知識含量。在主要章節(jié)講授完之后，要布置一定量的案例分析討論，加深學生對所學知識的理解、運用，拓寬學生的知識面。對學生的要求：預習和復習是常態(tài)學習過程；認真完成教師布置的作業(yè)；上課要認真聽講，與教師互動，積極發(fā)言；有問題要及時答疑，不得隨意缺課。認真做實驗，實驗后能分析、歸納實驗結果，撰寫出完整的實驗報告。七、教學方法采用項目案例教學，在講單片機外設章節(jié)時，每一個外設都會以實際工程項目為例，引導學生分析需求，拆分出所需知識點，實現時對比幾種實現方法，分析各種方法的不同和優(yōu)劣。針對案例，各小組課堂分組討論，給出解決方案，激發(fā)學生主動學習的興趣，培養(yǎng)學生獨立思考、分析問題和解決問題的能力，引導學生主動通過實踐和自學獲得自己想學到的知識。在教學過程中采用多媒體教學與傳統(tǒng)板書、實驗儀器現場演示教學相結合的教學手段，提高課堂教學信息量，增強教學的直觀性本課程實驗教學著重突出學生實驗技能、實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，通過實驗使學生熟悉編程軟件平臺、常用儀器、儀表及單片機常用接口芯片，提高實驗接線、查線、讀數、觀察記錄、分析故障的綜合能力及編寫實驗報告能力。采用教師講授和學生動手操作的方法；在實驗前學生應復習和掌握與本實驗有關的教學內容、認真閱讀實驗指導書；在實驗中要嚴格遵守實驗紀律，按操作規(guī)程使用儀器；實驗結束后，按規(guī)定整理和擺放實驗儀器；每完成一項實驗，要認真完成一份實驗報告。八、建議使用教材與教學參考書1.建議教材：《STM32微控制器原理與應用》，鄭安平編著，北京：北京航空航天大學出版社，2023年2.建議教學參考書：（1）《嵌入式系統(tǒng)基礎與實踐