《車用微控制器及接口技術》教學大綱

《車用微控制器及接口技術》教學大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：04133021課程性質：學科基礎必修課學分：3學分學時：48學時（理論40學時，實驗8學時）先修課程：電工與電子技術、C程序設計后續(xù)課程：汽車電器與電控技術、智能汽車環(huán)境感知技術、汽車CAN總線技術適用專業(yè)：車輛工程開課單位：車輛與交通工程學院一、課程說明《車用微控制器及接口技術》是車輛工程專業(yè)的一門學科基礎必修課。本課程主要講授常用的微控制器——C51單片機的硬件資源及工作原理，使學生掌握基于單片機的車用控制器的基本開發(fā)和應用，為學習其他有關課程及以后從事技術工作打下必要的基礎。本課程注重基本理論知識的深入學習，同時還設置了一定的實驗環(huán)節(jié)，強調培養(yǎng)運用基礎理論知識解決實際中問題的能力，力求通過實驗環(huán)節(jié)，軟、硬結合，培養(yǎng)學生初步的車用微控制系統(tǒng)開發(fā)能力，努力培養(yǎng)“厚基礎、寬口徑、高素質、強能力”的全面人才。二、課程目標通過本課程的學習，使學生達到如下目標：課程目標1：掌握單片機的基本知識以及應用領域，能夠通過單片機控制常見顯示器件，能夠通過常見的輸入器件向單片機輸入基本信息；掌握開關、鍵盤等接口設計與軟件編程技巧；掌握中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、串口通信和數(shù)模轉換的工作原理。課程目標2：能夠運用單片機硬件知識、C51語言編程基本知識、相關軟件知識進行單片機接口設計、中斷系統(tǒng)設計、定時器/計數(shù)器設計等；培養(yǎng)學生自主學習能力及對職業(yè)的認同感和自豪感；使學生能夠在一定目標下，負責、踏實、穩(wěn)定、注重質量地完成工作任務。課程目標3：能從單片機技術發(fā)展及我國芯片技術發(fā)展中，了解到我國在芯片領域的短板和國家對汽車行業(yè)的扶持政策與發(fā)展規(guī)劃；了解并行擴展技術和車用控制器的接口特點；掌握串行通信工作原理，具備串行通信的設計和應用能力；培養(yǎng)學生愛國情操，能夠運用掌握的知識服務于國家建設。三、課程目標與畢業(yè)要求《車用微控制器及接口技術》課程教學目標對車輛工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。

表1課程教學目標與畢業(yè)要求關系畢業(yè)要求指標點課程目標支撐強度3.設計/開發(fā)解決方案3.2能夠根據(jù)要求，設計開發(fā)實現(xiàn)特定功能的復雜汽車電控系統(tǒng)和單元（部件）。課程目標1：掌握單片機的基本知識以及應用領域，能夠通過單片機控制常見顯示器件，能夠通過常見的輸入器件向單片機輸入基本信息；掌握開關、鍵盤等接口設計與軟件編程技巧；掌握中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、串口通信和數(shù)模轉換的工作原理。課程目標2：能夠運用單片機硬件結構知識、C51語言編程基本知識、相關軟件知識進行單片機接口設計、中斷系統(tǒng)設計、定時器/計數(shù)器設計等；培養(yǎng)學生自主學習能力及對職業(yè)的認同感和自豪感；使學生能夠在一定目標下，負責、踏實、穩(wěn)定、注重質量地完成工作任務。H5.使用現(xiàn)代工具5.1掌握車輛工程領域常用的現(xiàn)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。課程目標2：能夠運用單片機硬件結構知識、C51語言編程基本知識、相關軟件知識進行單片機接口設計、中斷系統(tǒng)設計、定時器/計數(shù)器設計等；培養(yǎng)學生自主學習能力及對職業(yè)的認同感和自豪感；使學生能夠在一定目標下，負責、踏實、穩(wěn)定、注重質量地完成工作任務。H12.終身學習12.1具有勤奮求學、精于探索的素養(yǎng)，對問題的辯證思維和批判性思維意識，以及不斷求知和終身學習的素養(yǎng)。課程目標2：能夠運用單片機硬件結構知識、C51語言編程基本知識、相關軟件知識進行單片機接口設計、中斷系統(tǒng)設計、定時器/計數(shù)器設計等；培養(yǎng)學生自主學習能力及對職業(yè)的認同感和自豪感；使學生能夠在一定目標下，負責、踏實、穩(wěn)定、注重質量地完成工作任務。課程目標3：能從單片機技術發(fā)展及我國芯片技術發(fā)展中，了解到我國在芯片領域的短板和國家對汽車行業(yè)的扶持政策與發(fā)展規(guī)劃；了解并行擴展技術和車用控制器的接口特點；掌握串行通信工作原理，具備串行通信的設計和應用能力；培養(yǎng)學生愛國情操，能夠運用掌握的知識服務于國家建設。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關畢業(yè)要求的關聯(lián)度。四、教學內容、基本要求與學時分配1.理論部分理論部分的教學內容、基本要求與學時分配見表2。表2教學內容、基本要求與學時分配教學內容教學要求，教學重點難點理論學時實驗學時對應的課程目標1.單片機基礎知識與硬件結構1.1單片機概述1.2單片機片內硬件結構教學要求：使學生了解單片機的基本知識以及在汽車上的應用；認識到微處理器技術在我國建設科技強國道路上的作用；掌握單片機的引腳功能、存儲器結構、并行I/O端口的工作原理、時鐘電路與時序復位電路；了解看門狗定時器和低功耗節(jié)電模式。重點：單片機的引腳功能、存儲器結構、存儲器的讀寫操作、并行I/O端口的工作原理、單片機最小系統(tǒng)的硬件組成。難點：單片機的存儲器結構、并行I/O端口的工作原理。61、2、32.C51程序設計2.1C51編程語言簡介2.2C51語言程序設計基礎2.3C51語言的函數(shù)教學要求：使學生掌握C51語言中常用的數(shù)據(jù)類型及位變量、字節(jié)賦值的方法、基本運算；掌握C51語言的順序、循環(huán)、分支、判斷等結構；掌握數(shù)組的基本應用方法；了解指針的類型；了解C51語言的函數(shù)。重點：C51語言的順序、循環(huán)、分支、判斷等結構；數(shù)組的基本應用方法。難點：數(shù)據(jù)類型及位變量、字節(jié)賦值的方法、指針的類型。61、23.單片機接口設計3.1單片機控制發(fā)光二極管顯示3.2單片機控制LED數(shù)碼管顯示3.3獨立式鍵盤的接口設計3.4矩陣式鍵盤的接口設計教學要求：使學生掌握單片機控制發(fā)光二極管的顯示原理；掌握開關狀態(tài)檢測原理；掌握單片機控制LED數(shù)碼管顯示的原理；掌握多位數(shù)碼管的靜態(tài)與動態(tài)顯示設計方法；熟練掌握矩陣鍵盤的設計方法；了解車用控制器接口設計。重點：多位LED數(shù)碼管的設計；獨立鍵盤的設計；矩陣鍵盤的設計。難點：多位數(shù)碼管的動態(tài)顯示設計，矩陣鍵盤的設計。841、24.中斷系統(tǒng)4.1中斷系統(tǒng)結構4.2中斷請求與優(yōu)先級4.3中斷請求的響應條件4.4外部中斷的使用方法教學要求：使學生掌握中斷的相關概念；理解并掌握中斷系統(tǒng)的結構及工作原理；熟練掌握中斷處理過程及中斷應用程序的編制和設計方法；掌握擴充外部中斷的方法。重點：單片機中斷系統(tǒng)的硬件結構及工作原理；中斷功能寄存器的使用方法。難點：中斷系統(tǒng)的工作原理；中斷處理過程及中斷應用程序設計。621、25.定時器/計數(shù)器5.1定時器/計數(shù)器的結構與工作方式5.2MCS-51系列單片機定時器/計數(shù)器的控制與工作方式5.3定時器/計數(shù)器的應用編程教學要求：使學生了解定時器/計數(shù)器的結構；掌握定時器/計數(shù)器的4種工作方式；能夠通過編程使用定時器/計數(shù)器設計簡單的應用電路及程序；具備定時/計數(shù)思維，養(yǎng)成誠信守時習慣。重點：定時器/計數(shù)器的控制、工作方式及應用編程。難點：定時器/計數(shù)器的4種工作方式及其邏輯結構框圖；定時器/計數(shù)器的應用編程。621、26.串行口通信6.1串行通信基礎知識6.2串行接口及控制寄存器6.3串行接口的工作方式6.4波特率的設計6.5串行口的應用教學要求：使學生了解串行通信的相關概念、結構與工作原理；掌握串行接口的控制及工作方式；掌握串行通信波特率的制定方法；熟悉MCS-51串行口的多機通信及串行口的應用；了解車用控制器通信方式。重點：串行接口的控制、工作方式；串行接口的波特率設計及應用。難點：串行口的多機通信應用。41、2、37.數(shù)模接口7.1單片機擴展DAC概述7.2DAC0832的應用設計7.3單片機擴展ADC概述7.4ADC0809的應用設計教學要求：使學生掌握D/A轉換器的工作原理及D/A芯片結構；了解DAC0832的基本使用方法；掌握A/D芯片的基本原理和功能；了解ADC0809的基本使用方法；了解我國在芯片技術上的突破及汽車的轉換芯片作用。重點：D/A轉換器的工作原理及A/D轉換器工作原理；DAC0832的基本使用方法；ADC0809的使用方法。難點：DAC0832基本使用方法；ADC0809的使用方法。41、3合計4082.實驗部分實驗部分的教學內容、基本要求與學時分配見表3。表3實驗項目、實驗內容與學時實驗項目實驗內容和要求實驗學時對應的課程目標1.單片機接口設計實驗內容：通過單片機控制LED數(shù)碼管顯示，點亮一個LED、控制LED閃爍、控制LED流水燈。通過單片機控制按鍵、鍵盤，點亮LED、顯示數(shù)碼管。實驗要求：掌握單片機的開關狀態(tài)檢測方法；能夠使用單片機控制LED數(shù)碼管顯示；能夠進行單片機的鍵盤接口設計。41、2、32.單片機中斷系統(tǒng)應用設計實驗內容：通過單一外中斷方式編程實現(xiàn)控制LED亮滅。通過多個外中斷方式編程實現(xiàn)控制LED閃爍。通過中斷嵌套方式編程實現(xiàn)控制LED流水燈顯示。實驗要求：理解中斷處理過程；掌握中斷應用程序的編制和設計方法；能夠進行簡單的中斷嵌套應用設計。21、23.定時器/計數(shù)器T0應用——制作LED數(shù)碼管秒表實驗內容：使用定時器T0方式1的定時中斷方式，進行計時，并將時間顯示在數(shù)碼管，實現(xiàn)LED數(shù)碼管秒表功能。實驗要求：能夠通過定時中斷方式控制LED數(shù)碼管以設定頻率閃爍顯示；能夠使用定時器/計數(shù)器制作一定功能的LED數(shù)碼管秒表。21、2合計8五、教學方法及手段本課程以課堂教授為主，結合討論、生活案例、網(wǎng)絡視頻資源、實驗操作等教學手段完成課程理論教學任務和相關動手能力的培養(yǎng)。使學生通過案例和視頻資源學習，比較全面深刻地理解單片機的工作原理，并通過實驗操作掌握基于單片機的控制系統(tǒng)的基本開發(fā)和應用技術。本課程將以豐富的教學資源鞏固課堂知識，以全面的實驗操作加深知識理解、提升學生的動手能力。在實驗教學環(huán)節(jié)中，確保每位同學都參與、都動手，在實驗中確保學生嚴格遵守實驗紀律，按操作規(guī)程使用儀器、設備，保證涉電安全；實驗結束后，按規(guī)定對儀器、設備進行規(guī)范化存放，確保實驗室安全和設備安全；通過啟發(fā)式教學、角色扮演培養(yǎng)學生掌握車用微控制器的基本理論、基本知識和基本技能。培養(yǎng)學生實際動手能力、思考能力、創(chuàng)新能力和自主學習能力，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維。六、課程資源1.推薦教材：（1）張毅剛.單片機原理及應用——C51編程+Proteus仿真[M].北京:高等教育出版社.2021.2.參考書：（1）張毅剛.單片機原理及接口技術(C51編程)(第三版)[M].北京:人民郵電出版社.2020.（2）梅立鳳,郭棟.單片機原理及接口技術(第4版)[M].北京:北京交通大學出版社.2018.（3）李全利,李穎.單片機原理及接口技術(第3版)[M].北京:高等教育出版社.2020.3.期刊：（1）孫鳳乾,鄭太恒,劉海英,劉大鵬.基于STC89C51單片機的數(shù)字時鐘設計[J].齊魯工業(yè)大學學報,2021,35(03):47-51.（2）王瑞,秦建敏.基于單片機和超聲傳感的微地震電磁信號遠程監(jiān)測控制方法[J].傳感技術學報,2021,34(12):1597-1602.（3）侯志強.單片機船舶導航自動控制系統(tǒng)[J].艦船科學技術,2021,43(04):106-108.（4）劉江虹,吳俊鋒,梁藝珍等.基于單片機的配電箱溫度監(jiān)測和火災報警系統(tǒng)設計[J].消防科學與技術,2020,39(11):1542-1545.（5）桑吳剛.基于AT89C51單片機的智能尋跡小車設計[J].電子測試,2020,14(19):29-31.（6）喻武龍.基于單片機的激光二極管溫度控制研究[J].激光雜志,2020,41(01):148-153.（7）RuizhengWang,XuanLiu,XinhaoHuang.DesignofIntelligentHomeSecurityAlarmSystemunderSTC89C51SingleChipMicrocomputer[J].JournalofComputerScienceResearch,2020,2(4):79-83.4.網(wǎng)絡資源：（1）單片機原理與應用./u/mooc1470625628507?userId=1019126019（2）基于STC89C51單片機智能化小車控制./p-2220244971.html（3）基于STC89C52單片機系統(tǒng)的綜合應用./bbs/dpj-164259-1.html七、課程考核對課程目標的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構成，具體考核/評價細則及對課程目標的支撐關系見表4。表4課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細則課程目標123過程性考核課堂表現(xiàn)10（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?42實驗20（1）根據(jù)每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告質量單獨評分，滿分100分；（2）每次實驗單獨評分，取各次實驗成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以實驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?84作業(yè)10（1）主要考核學生對各章節(jié)知識點的復習、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?42期末考核60（1）期末考核以課程論文形式考核，課程論文成績100分，以論文成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核單片機片內硬件結構、單片機片內硬件結構、C51編程語言、單片機接口設計、單片機中斷系統(tǒng)的硬件結構及工作原理、定時器/計數(shù)器的結構與工作方式、串行口通信、數(shù)模接口等內容。（3）論文主題為：基于單片機的車輛燈光信號系統(tǒng)、基于單片機的汽車盲區(qū)檢測系統(tǒng)、基于單片機的循跡小車設計、基于單片機的汽車門鎖控制等?！獭獭?52510合計：100分414118八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、實驗、作業(yè)、課程論文等方式對學生進行考核評價。考核基本要求：考核總成績由期末課程論文成績和過程性評價成績組成。其中：課程論文成績