《單片機原理與應(yīng)用》課程教學(xué)大綱

1、單片機原理與應(yīng)用課程教學(xué)大綱課程名稱：單片機原理與應(yīng)用課程代碼：ELEA2026英文名稱：Principles & Application of Single-chip Microcomputer課程性質(zhì)：專業(yè)必修課程學(xué)分/學(xué)時：3學(xué)分/3周開課學(xué)期：第5學(xué)期適用專業(yè)：電氣工程及其自動化先修課程：計算機信息技術(shù)、C語言程序設(shè)計、計算機原理及應(yīng)用、電子技術(shù)基礎(chǔ)、電子線路CAD后續(xù)課程：嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用、DSP原理與應(yīng)用一、課程性質(zhì)和教學(xué)目標（在人才培養(yǎng)中的地位與性質(zhì)及主要內(nèi)容，指明學(xué)生需掌握知識與能力及其應(yīng)達到的水平）課程性質(zhì)：單片機原理與應(yīng)用課程是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)必修課程。本課

2、程針對電氣工程及其自動化專業(yè)的特點，結(jié)合電子技術(shù)、計算機信息技術(shù)、計算機原理、程序設(shè)計方法，以實際應(yīng)用為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生運用單片機解決電氣領(lǐng)域?qū)嶋H工程問題的能力。教學(xué)目標：單片機原理與應(yīng)用是一門強實踐性課程，是綜合運用單片機實現(xiàn)對各種模擬信號和數(shù)字信號的處理，結(jié)合具體電路實現(xiàn)對于外部設(shè)備的控制。本課程的主要內(nèi)容包括：單片機的結(jié)構(gòu)與原理、指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計及調(diào)試方法、單片機系統(tǒng)的擴展及接口技術(shù)、單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計思想及開發(fā)過程。通過理論講授和實驗訓(xùn)練，使學(xué)生了解單片機技術(shù)在專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用情況，逐步培養(yǎng)學(xué)生編寫和調(diào)試具體功能程序的能力，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用單片機技術(shù)解決與電氣專業(yè)相關(guān)的具體工程問題

3、，培養(yǎng)學(xué)生在電氣工程及其自動化領(lǐng)域以及相關(guān)領(lǐng)域從事軟硬件分析、設(shè)計、應(yīng)用開發(fā)、系統(tǒng)維護和技術(shù)管理的能力。本課程的具體教學(xué)目標如下：了解單片機的結(jié)構(gòu)與原理掌握指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計掌握單片機系統(tǒng)的擴展及接口技術(shù)熟悉單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的集成軟件開發(fā)平臺與開發(fā)過程教學(xué)目標與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系：畢業(yè)要求指標點課程目標對應(yīng)關(guān)系說明畢業(yè)要求1：工程知識1-4 理解計算機軟硬件知識，掌握一門編程語言并用于解決復(fù)雜工程問題過程中的算法實現(xiàn)教學(xué)目標1掌握單片機引腳的外部功能、I/O端口、存儲器組織、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、串行通信接口。教學(xué)目標2掌握指令系統(tǒng)及常用偽指令；掌握機器語言、

4、匯編語言、匯編程序之間的相互關(guān)系；掌握常用的匯編語言設(shè)計方法。畢業(yè)要求3：設(shè)計/開發(fā)解決方案3-1 能針對復(fù)雜問題進行調(diào)研并明確約束條件，完成電氣或自動化系統(tǒng)的軟硬件需求分析教學(xué)目標3掌握單片機外部總線的擴展原理；掌握單片機通過外部總線與外圍芯片接口的方法。教學(xué)目標4分析單片機硬件實驗裝置電路，導(dǎo)出外部電路（芯片）的操控方法。3-2 能針對需求獨立進行算法和程序設(shè)計，并能驗證算法和程序的正確性教學(xué)目標5熟練運用單片機的集成開發(fā)軟件，根據(jù)具體的實驗要求，編寫匯編語言源程序，通過調(diào)試驗證程序和算法的正確性。二、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配（含課程教學(xué)、自學(xué)、作業(yè)、討論等內(nèi)容和要求，指明重點內(nèi)容和難點內(nèi)容

5、。重點內(nèi)容：；難點內(nèi)容：）微型計算機基礎(chǔ)（3學(xué)時）（支撐教學(xué)目標1、3、5）微型計算機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程目標及要求：使學(xué)生掌握組成計算機的五大部件及各自的功能使學(xué)生掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程，了解仿真器、寫入器、開發(fā)軟件等必要知識作業(yè)內(nèi)容：參考閱讀教材，加深對計算機基礎(chǔ)知識的理解討論內(nèi)容：總線的作用、高阻態(tài)的意義MCS-51單片機的硬件結(jié)構(gòu)（6學(xué)時）（支撐教學(xué)目標1、3）MCS-51單片機的組成及工作原理存儲器目標及要求：使學(xué)生掌握組成單片機的五大部件、它們各自分工及通過總線進行相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作的基本原理使學(xué)生掌握MCS-51單片機引腳的外部功能使學(xué)生了解MCS-51單片機

6、內(nèi)部的時鐘電路、復(fù)位電路、I/O端口電路使學(xué)生了解MCS-51單片機的時序及機器周期了解存儲器的工作原理、配置存儲器的馮諾依曼結(jié)構(gòu)、哈佛結(jié)構(gòu)使學(xué)生掌握MCS-51單片機的存儲器組織及配置使學(xué)生掌握MCS-51單片機外部三總線的擴展及存儲器的擴展方法作業(yè)內(nèi)容：參考閱讀教材，加深對計算機硬件基礎(chǔ)知識的理解，設(shè)計單片機外擴6264、2764的電路圖討論內(nèi)容：根據(jù)外部存儲器的擴展方法討論單片機與外圍芯片相連的基本原則MCS-51單片機的指令系統(tǒng)（3學(xué)時）（支撐教學(xué)目標2）指令系統(tǒng)概述指令目標及要求：了解機器碼指令、匯編語言指令、高級語言指令之間區(qū)別與聯(lián)系掌握機器碼指令或匯編語言指令的字節(jié)數(shù)、機器周期數(shù)

7、、尋址方式等概念掌握指令系統(tǒng)中所有匯編語言指令討論內(nèi)容：根據(jù)匯編語言指令功能，推算指令的字節(jié)數(shù)DA A指令的功能作業(yè)內(nèi)容：參考閱讀教材，復(fù)習上課講的內(nèi)容匯編語言程序設(shè)計（3學(xué)時）（支撐教學(xué)目標2）匯編語言與機器語言程序設(shè)計步驟與方法偽指令MCS-51系統(tǒng)典型程序設(shè)計目標及要求： 掌握匯編語言與機器語言、匯編語言、匯編語言源程序、匯編程序、匯編等概念掌握通過兩次掃描進行匯編的基本原理掌握偽指令概念及常用的偽指令了解匯編語言源程序設(shè)計的步驟與常用的程序結(jié)構(gòu)討論內(nèi)容：討論匯編語言中A與ACC的區(qū)別與聯(lián)系作業(yè)內(nèi)容：參考閱讀教材，復(fù)習上課所講的內(nèi)容。自學(xué)拓展：了解高級語言、編譯、編譯軟件、源代碼、目標文

8、件、執(zhí)行文件幾個基本概念，了解通用計算機中文件擴展名的意義中斷（3學(xué)時）（支撐教學(xué)目標1、3）中斷的概念中斷系統(tǒng)中斷程序設(shè)計目標及要求：掌握中斷的概念掌握MCS-51單片機的中斷源，中斷使能、中斷優(yōu)先級、中斷嵌套，中斷響應(yīng)等概念中斷程序的組成及設(shè)計原則作業(yè)內(nèi)容：參考閱讀教材，復(fù)習相關(guān)內(nèi)容討論內(nèi)容：中斷程序設(shè)計時的保護現(xiàn)場及恢復(fù)現(xiàn)場問題自學(xué)拓展：對比不同單片機的中斷系統(tǒng)定時器/計數(shù)器與串行接口（3學(xué)時）（支撐教學(xué)目標1、3）定時器/計數(shù)器串行通信的基本概念MCS-51單片機的串行接口目標及要求：掌握定時器/計數(shù)器概念掌握MCS-51單片機的定時器/計數(shù)器的工作原理掌握MCS-51單片機定時器/計

9、數(shù)器的中斷設(shè)置了解串行通信的基本概念，了解MCS-51單片機的串行接口的基本工作原理討論內(nèi)容：MCS-51單片機的串行通信的波特率、中斷的設(shè)置方法作業(yè)內(nèi)容：參考閱讀教材，復(fù)習相關(guān)內(nèi)容自學(xué)拓展：上網(wǎng)查閱資料，了解RS232、RS485等術(shù)語的內(nèi)涵，了解USB、CAN及其它總線的基本原理單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計（3學(xué)時）（支撐教學(xué)目標3、4）輸入/輸出口擴展的地址分配實驗裝置電氣原理圖分析目標及要求：使學(xué)生掌握外部三總線時序使學(xué)生根據(jù)外部三總線時序，掌握在實際電路中正確使用地址譯碼器給外圍芯片分配地址分析實驗裝置電氣原理圖，得出實驗裝置中，編程操控各外圍器件時具體的讀寫地址；討論內(nèi)容：外圍I/O器件操

10、作地址的重迭問題自學(xué)拓展：MCS-51單片機其它應(yīng)用系統(tǒng)硬件電路設(shè)計方案軟件實驗（12學(xué)時）（支撐教學(xué)目標6）數(shù)據(jù)傳送實驗數(shù)據(jù)分類、統(tǒng)計與校驗實驗定點數(shù)算術(shù)運算實驗數(shù)制轉(zhuǎn)換實驗?zāi)繕思耙螅菏褂肒eil uVision開發(fā)軟件，熟練掌握進行軟件仿真時對開發(fā)環(huán)境的設(shè)置，從新建工程到加入源程序再到調(diào)試運行，每一步驟和作用進行完整的操作掌握MCS-51單片機各個存儲器的使用方法掌握數(shù)據(jù)分類、統(tǒng)計與校驗的常用方法掌握多字節(jié)定點數(shù)算術(shù)運算的常用方法掌握不同數(shù)制之間相互轉(zhuǎn)換的常用方法作業(yè)內(nèi)容：在當天實驗中來不及完成的部分討論內(nèi)容：討論交流各自所采用的具體方法、編程技巧及碰到的問題自學(xué)拓展：查閱資料，尋找更適

11、合解決具體問題的方法硬件實驗（9學(xué)時）（支撐教學(xué)目標6）I/O端口操作實驗A/D轉(zhuǎn)換實驗秒表實驗?zāi)繕思耙螅菏褂肒eil Vision開發(fā)軟件，熟練掌握進行硬件仿真時對開發(fā)環(huán)境的設(shè)置，從新建工程到加入源程序再到調(diào)試運行，每一步驟和作用進行完整的操作；掌握對單片機單個I/O引腳進行控制的方法掌握對單片機某個端口進行整體控制的方法掌握軟件延時程序的編寫方法學(xué)習與掌握用LED數(shù)碼管顯示數(shù)字及字符的方法學(xué)習與掌握ADC0809芯片的使用方法掌握ADC應(yīng)用程序的編寫方法學(xué)習與掌握單片機上定時器的基本使用方法，掌握定時中斷的設(shè)置及使用方法作業(yè)內(nèi)容：完成在當天實驗中來不及完成的部分查閱資料，掌握硬件實驗中所

12、用芯片的工作原理及操作方法討論內(nèi)容：討論讀-修改-寫指令的作用比較處理AD轉(zhuǎn)換EOC信號的查詢法與中斷法按鍵的抖動問題比較數(shù)碼管的靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示自學(xué)拓展：查閱資料，了解功能相同，性能不同的其它型號的芯片三、教學(xué)方法在教學(xué)方式上，根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容，綜合運用課堂講授和演示、課堂討論、課堂練習、發(fā)現(xiàn)學(xué)習法和自學(xué)指導(dǎo)法，通過引入問題和啟發(fā)式教學(xué)，使學(xué)生更加明確教學(xué)內(nèi)容的知識體系，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習，激發(fā)內(nèi)在學(xué)習動機，提高課堂的積極性。在目前的實驗教學(xué)條件基礎(chǔ)上，及時采用實驗練習法，強化所學(xué)知識的理解和運用，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。在實驗教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，思考解決方案，為后續(xù)教學(xué)內(nèi)容作

13、鋪墊。結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容，本課程所采用的教學(xué)方法說明如下：根據(jù)基礎(chǔ)部分，由老師講解和教學(xué)演示，直觀了解實驗現(xiàn)象。教學(xué)內(nèi)容的實踐性比較強，單純原理的講解較難理解，所以功能模塊的講解分解到各個功能模塊的編程中去，用到哪里講解到哪里，講完了就用，就進行實踐，這樣學(xué)生更容易掌握，對知識的理解也更深入，交互式教學(xué)學(xué)生不懂直接提問加強師生之間的交流。利用實物投影儀和屏幕投影等方式，然學(xué)生有一個直觀的認識，之后學(xué)生重復(fù)老師的程序進行編寫、調(diào)試運行。程序?qū)懴氯チ耍Ч苯语@示這樣對程序的理解和掌握有更快的速度。根據(jù)從簡單到復(fù)雜，從單一到綜合的學(xué)習方法進行教學(xué)。單片機系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，教學(xué)中本著有簡答到復(fù)雜的

14、原則進行課程設(shè)計，老師先舉簡單的例子，老師編寫程序運行調(diào)試過后，學(xué)生跟著編寫，調(diào)試通過了，再進行功能拓展加大。學(xué)生需要在老師原有的基礎(chǔ)上進行拓展提高，這樣對原理和編程方法上更能容易掌握和提高。將一個問題先分解成簡單問題，然后再進行綜合。分部先將單元模塊的編程進行講解和實驗，然后再以小組的形式根據(jù)自己的設(shè)計，設(shè)計復(fù)雜工程，然后進行編寫程序，這樣學(xué)生更容易上手，更利于解決復(fù)雜工程能力的培養(yǎng)。注重團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)，多進行學(xué)生間、師生間的討論。單純的老師教學(xué)生學(xué)不利于知識的傳達和掌握。在課程設(shè)計的時候有很多學(xué)生動手實踐的時間，這個時候可以充分發(fā)揮學(xué)生之間的互幫互助能力，讓學(xué)生以小組進行討論，共同解決

15、遇到的困難，這樣的方式更有利于激發(fā)學(xué)生自己思考，自己探索的能力，這樣解決的問題學(xué)生印象深刻，同時可以起到培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作能力，傾聽其他人意見，與團隊成員共享信息的能力，對今后踏入工作崗位也有益處。老師也可以參與學(xué)生的討論，幫組他們分析問題，引導(dǎo)式的啟發(fā)他們解決問題。引導(dǎo)式教育，規(guī)范學(xué)生編寫代碼的習慣，培養(yǎng)規(guī)范的作風。在教學(xué)過程中，老師先編寫程序，然后學(xué)生學(xué)習，這樣有益于培養(yǎng)學(xué)生的編程風格，規(guī)范他們的編寫代碼的習慣。當今時代軟件產(chǎn)品早己步入團隊協(xié)作式開發(fā)模式，要成為一支優(yōu)秀開發(fā)組的關(guān)鍵因素之一就是組員之間的密切交流，它體現(xiàn)在整個開發(fā)周期，從需求、計劃、測試案例、設(shè)計，到算法、實現(xiàn)方式等軟件工程各

16、階段當中。具體到每一個實現(xiàn)模塊的源代碼亦不例外。簡言之，就是你在編寫這段代碼時應(yīng)當讓其他人清晰的了解這段代碼“是什么”，當程序出錯時，其他人能夠從程序邏輯上迅速分析找到錯誤出處。所以我們的設(shè)計中，老師可以潛移默化的將好的編寫代碼的習慣交給學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范編寫的習慣。在教學(xué)方法的實際執(zhí)行過程中，每個教學(xué)環(huán)節(jié)都應(yīng)具有明確的目的性。同時，以上教學(xué)方法需要根據(jù)教學(xué)過程中的實際效果、學(xué)生對知識點的掌握和應(yīng)用情況不斷改進。教學(xué)效果不好、學(xué)生對知識點理解程度不高時，應(yīng)適當調(diào)整教學(xué)方法，適當增加演示法或?qū)嶒炗?xùn)練法，或在講授后續(xù)教學(xué)內(nèi)容時，引導(dǎo)學(xué)生前后聯(lián)系，結(jié)合前置難點內(nèi)容進行討論，強化知識掌握。在學(xué)生對知識掌握情況較好，系統(tǒng)性較好、實驗訓(xùn)練效果較好的情況下，適當提高教學(xué)內(nèi)容或?qū)嶒瀮?nèi)容的難度，或增加發(fā)現(xiàn)學(xué)習法和自學(xué)指導(dǎo)法，設(shè)置具體應(yīng)用問題，