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1、单片机原理与技术1教学大纲一、课程基本信息课程名称单片机原理与技术Principles and Technology of Single-chip Microcomputer课程编码CST420511030开课院部计算机科学与技术学院课程团队硬件技术基础课程教学团队学分3.0课内学时56讲授32实验24上机0实践0课外学时56适用专业物联网工程授课语言中文先修课程程序设计（C/C+）、电路与模拟电子技术、数字逻辑电路课程简介（必修）单片机原理与技术是物联网工程专业的一门专业基础课。本课程的作用是通过讲授单片机结构原理以及应用技术，使学生具备设 计单片机应用程序和进行硬件分析、设计的基本技能，掌
2、握单片机应用系统开发的基本方法与步骤，培养学生具有较强的软硬件结合的应 用系统设计与开发能力。通过本课程的学习，使得学生能够正确理解和掌握单片机及接口技术的基本概念、基本理论和基本分析方法，达 到应用单片机进行电子产品开发设计的目的。本课程的应用性和实践性很强，课程学习时应注意理论与实践相结合。通过本课程的学习，要求学生掌握单片机各功能部件的基本结 构、工作原理及以常用外围接口电路的连接及编程方法，掌握单片机的内部组织、存储结构、I/O端口、定时器/计数器、中断系统、串行 通信原理、LED/LCD显示器、模/数与数/模转换原理以及接口技术，掌握单片机的汇编语三及C语言编程。课程学习后学生能够利
3、用单片 机进行数据采集、控制及通讯系统的软硬设计与开发。教学中把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力。讲解国 产单片机现状，培养学生精益求精、忧国忧民的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。Principles and Technology of Single Chip Microcomputer is a professional basic course of the loT. The role of this course is to teach the single chip microcomputer pr
4、inciple and application technology, cause the students to have the basic skills of SCM application and hardware analysis and design, enable them master the basic methods and steps of microcomputer application system development, cultivate the students with strong hardware and software application of
5、 system design and development capabilities. Through learning of this course, the students can understand correctly and grasp the basic concept of single-chip microcomputer and interface technology, basic theory and basic analysis method, and finally reach the purpose of application of single-chip e
6、lectronic product development design.Due to the appliance and practice character, the course should pay attention to the combination of theory and practice. The course demands the students to master the basic structure, working principle and common connection of六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书IMCS-51单片机原理、接口及
7、其应用，郭文川，电子工业出版社，2013. 07, ISBN:9787121188084. （*主教材）2图书1实用硬件技术基础，（校内胶印），2018. 12.七、实验项目信息序号项目名称实验室名称门牌号组人数学时实验类别要求实验类型上机1实验1 ：单片机编程实验单片机与接口实验室基础实验楼B617304专业必做设计性否2实验2 ：基本输入输出实验单片机与接口实验室基础实验楼B617304专业必做设计性否3实验3 ：存储器与T/0扩展实验单片机与接口实验室基础实验楼B617304专业必做设计性否4实验4 ：定时器与中断实验单片机与接口实验室基础实验楼B617304专业必做综合性否5实验5 ：
8、数码显示与键盘中断实验单片机与接口实验室基础实验楼B617304专业必做综合性否6实验6 ： A/D和D/A转换实验单片机与接口实验室基础实验楼B617304专业必做综合性否7实验7 ：电机控制实验单片机与接口实验室基础实验楼B617306专业选做创新性否8实验8 ： GPS信号读取实验单片机与接口实验室基础实验楼B617306专业选做创新性否peripheral interface circuit and programming method of single-chip microcomputer, master the MCU internal organization, storage
9、 structure and I/O port, timer/counter, interrupt system, serial communication principle, LED/LCD display, D/A and A/D conversion principle and interface technology, master the MCU assembly language and C language programming. After learning the course, students can use single-chip microcomputer for
10、 data acquisition, control and communication system design and development.In teaching, the education of Marxist standpoint, viewpoint and method is combined with the cultivation of scientific spirit to improve students ability to correctly understand, analyze and solve problems. Explain the current
11、 situation of domestic MCU, cultivate students craftsman spirit of striving for perfection and caring for the country and the people, and inspire students patriotism and mission of serving the country with science and technology.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标0BE毕业要求指标点任务自选1Ml目标1 :掌握单片机的基本结构及工作原理、单片机汇编语言及
12、C51语后程序设计、中断系统、定时 器/计数器、串行通信原理、LED/LCD显示器、模/数与数/模转换以及接口技术，能够针对具体功能 要求，设计与实现特定功能硬件电路及控制程序。是1. 32M2目标2 ：熟悉单片机应用系统的开发过程及开发工具，能够根据实际问题，优选设计方案，确定设计 目标，完成单片机应用系统设计与实现。是3. 13M3目标3 ：能够根据目标要求设计实验方案，构建实验系统，安全地开展实验，正确地采集和处理相关 实验数据并撰写实验报告，在实验过程中培养学生严谨的工作态度和脚踏实地的工作作风，激发学 生科技报国的家国情怀和使命担当，培养学生团队合作、顽强拼搏、尊重对手、尊重规则、不
13、惧失 败等高尚品德。是4.2三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内 学时教学方式课外学时课外环节1第1章第1章绪论本章重点难点：微型计算机的组成及其工作原理；单片机的概 念。121. 11.1微型计算机系 统组成及其工作过 程微型计算机的组成，中央处理单元（CPU）的组成，微型计算机 的工作过程。Ml1讲授1自学31.21.2单片机概述单片机的定义，单片机的特点，单片机的应用，单片机的发展 历史及未来发展方向，MS-51单片机系列，主流的单片机类 型。推荐使用国产宏晶STC单片机。Ml1讲授1自学4第2章第 2 章 Proteus ISIS简介本章重点难点：PROTEUS软
14、件的基本操作；电路原理图设计方 法。/52. 12. 1 PROTEUS 软件 组成及基本操作PROTEUS软件组成，PROTEUS安装环境及安装步骤，启动PROTEUS ISIS,菜单介绍，PROTEUS基本操作。Ml/2自学62.22. 2电路原理图设计PROTEUS组件库，电路原理图设计方法，实例讲解。Ml/2自学7第3章第3章单片机结 构和原理本章重点难点：MCS 51单片机的组成和工作原理，单片机存储 结构，并行接口结构，工作时序，单片机工作方式。/83. 13. 1 MCS-51 单片 机的内部组成及信 号引脚单片机组成和工作原理，引脚功能，存储结构，并行接口结构 及应用。Ml3讲
15、授3自学93.23. 2单片机的时钟 电路与复位电路晶振电路、时钟与时序，复位电路，单片机的工作方式。Ml2讲授2自学10第4章第4章 MCS-51单片机的指令系统本章重点难点：寻址方式、五大类不同的指令及应用。/114. 14.1概述计算机语言，汇编语言程序语句格式，操作数的类型，MCS-51 系列单片机指令格式及分类，MCS-51汇编语言伪指令。Ml1讲授1自学124.24.2寻址方式符号注释，寻址方式。Ml1讲授1自学134.34. 3 MCS-51 单片 机的指令系统数据传送类指令，算术运算类指令，逻辑运算及移位类指令， 控制转移类指令，位操作类指令。Ml4讲授2作业14第5章第 5章
16、 MCS-51本章重点难点：各种程序结构的特点，用汇编语言编写循环和/的汇编语言程序设 计分支程序。155. 15. 1顺序程序和循 环程序设计顺序程序设计，循环程序设计Ml1讲授1自学165.25. 2分支程序和子 程序设计分支程序设计，子程序设计Ml1讲授1作业17第6章第6章单片机的C51语言编程本章重点难点：C51的基本数据类型，用C51语三编写循环和 分支程序。/186. 16. 1 Keil C51 集 成开发环境C51语言及Keil C51集成开发环境，Keil工程的建立。Ml/1自学196.26.2 C51语言程序 设计基础C51源程序的基本结构和常用的头文件，C51的基本数据
17、类型， 单片机的C51语言编程Ml/1自学20第7章第 7章 MCS-51 单片机中断系统与 定时/计数器本章重点难点：单片机定时器/计数器硬件结构、定时器/计数 器系统的工作方式，定时器/计数器程序设计。/217. 17.1单片机中断 系统结构及中断控 制中断的基本概念，中断系统结构，中断源，中断控制，中断矢 量地址，中断响应过程。Ml1讲授1自学227.27.2中断的汇编 语言程序设计主程序和中断服务程序的结构，外部中断应用及扩展Ml1讲授1作业237.37.3单片机定时/ 计数器的结构和寄 存器定时和计数的概念，定时器/计数器的控制寄存器Ml1.5讲授1自学247.47.4定时/计数器
18、的工作方式及应用定时器/计数器的4种工作方式，定时/计数器的应用Ml1.5讲授1作业25第8章第8章存储器的 扩展本章重点难点：单片机程序存储器及数据存储器扩展原理及连 接电路，串行数据存储器扩展原理及读写程序。/268. 18.1单片机的扩 展结构存储器的分类，单片机的扩展结构，单片机扩展的实现Ml1讲授1自学278.28.2并行存储器 的扩展并行程序存储器的扩展，并行数据存储器的扩展，并行程序存 储器和数据存储器的混合扩展。Ml1讲授1作业288.38.3 串行 E2PROM 的扩展串行数据存储器扩展原理，常用的串行数据存储器，串行数据 存储器扩展。Ml/1自学29第9章第9章MCS-51
19、单 片机串行接口本章重点难点：单片机串行通信接口硬件结构及工作原理，串 行口扩展、多机通信及其程序设计。/309. 19.1串行通信概 述异步通信和同步通信，串行通信的线路传输方式，波特率，信 号的调制与解调Ml0.5讲授0. 5自学319.29. 2 MCS-51 单片 机串行口串行口的结构及工作原理，与串口相关的特殊功能寄存器。Ml0.5讲授0.5作业329.39.3串行接口的 编程和应用串行通信工作方式，串行口应用举例Ml1讲授1作业339.49.4串口扩展及 其应用RS-232标准接口总线，单片机之间点对点通信，单片机与PC 机之间的通信。Ml/1自学34第10章第 10 章 MCS-
20、51 单片机并行I/O接口扩展本章重点难点：I/O编址和译码，可编程并行接口，矩阵式键 盘工作原理与程序设计，LED动态显示原理与程序设计。/3510. 110. 1 I/O 口扩展 概述系统扩展总线结构，I/O接口电路的功能，接口与端口的概 念，I/O操作方式，0地址译码。Ml0.5讲授0. 5自学3610.210.2简单并行I/O接口扩展简单输入接口扩展-74LS245,简单输出接口扩展-74LS273。Ml0.5讲授0.5作业3710.310.3可编程并行 接口芯片Intel 82558255A的结构和引脚，I/O 口及其工作方式，MCS-51单片机与 8255的连接,8255A的应用。
21、Ml1讲授1自学3810.410.4 LED/LCD 显LED显示器的结构和工作原理，LED显示器的工作方式，LCD显Ml1讲授1自学示接口设计示器。3910.510.5键盘接口技 术按键的确认和消抖，单片机与键盘接口，键盘扫描程序。Ml1讲授1作业40第11第11章D/A和A/D转换器及接口 技术本章重点难点：A/D转换的原理和接口电路、D/A转换的原理和 接口。/4111.111. 1 D/A 转换 器及接口技术D/A转换器的特性，并行D/A转换器DAC0832Ml1讲授1自学4211.211.2 并行 A/D转换器及接口技术A/D转换器的主要技术指标，并行A/D转换器芯片ADC0809M
22、l1讲授1作业4311.311.3 串行D/A和 A/D转换器及其与 MCS-51单片机的 接口串行D/A转换器与单片机的接口，串行A/D转换器与单片机的 接口Ml/1自学44第12第12章单片机应 用系统设计本章重点难点：单片机应用系统设计和开发过程，系统抗干扰 设计方法。/4512. 112.1单片机应用 系统开发过程拟定总体设计方案，硬件设计与开发，软件设计与开发。M20.5讲授0. 5自学4612.212.2单片机应用 系统开发工具单片机开发系统的构成，单片机开发系统的功能，推荐使用国 产单片机仿真器。M20.5讲授0. 5作业4712.312.3单片机应用 系统抗干扰技术干扰源，硬件
23、抗干扰技术，软件抗干扰技术。M20.5讲授0.5自学4812.412.4单片机应用 系统举例总体设计方案，硬件设计，软件设计。M20.5讲授0.5作业49实验1实验1 :单片机编 程实验通过单片机的编程练习，熟悉Keil C51集成开发环境及MCS- 51 单片机汇报语言程序设计及调试方法。Ml, M34实验1实验报告50实验2实验2 ：基本输入设计实现流水灯控制，点亮的LED从右边往左边移动，到达左M1,M34实验1实验报告输出实验边再往右边移动，依此循环。通过该实验熟悉单片机端口作为 输入输出方式使用注意事项。51实验3实验3 ：存储器与I/O扩展实验编写实验程序，在单片机内部一段连续RA
24、M空间30H3FH中写 入初值00HOFH,然后将这16个数传送到RAM的0000H OOOFH中，最后冉将外部RAM的0000HOOOFH空间的内容传送 到片内RAM的40H4FH单元中。通过该实验掌握单片机系统中 存储器扩展的方法。Ml, M34实验1实验报告52实验4实验4 ：定时器与 中断实验单片机集成的定时器可以产生定时中断，利用定时器0和定时 器1,编写实验程序在PL0及PL1引脚上输出方波信号，通 过二极管亮灭观察实验现象；手动扩展外部中断INTO. INTI, 当INTO产生中断时，使LED8亮8灭闪烁4次；当INT1产生中 断时，使LED由右向左流水显示，一次亮两个，循环4次
25、。通 过该实验熟悉MCS-51单片机的中断原理，掌握中断程序的设计 方法。Ml, M34实验1实验报告53实验5实验5 ：数码显示 与键盘中断实验将8255单元与键盘及数码管显示单元连接，编写实验程序，扫 描键盘输入，并将扫描结果送数码管显示。通过该实验掌握键 盘扫描及数码显示的基本原理，熟悉数码管的编程。M3, M24实验1实验报告54实验6实验6 ： A/D和 D/A转换实验编写实验程序，将ADC单元中提供的0V5V信号源作为 ADC0809的模拟输入量，进行A/D转换，转换结果通过LED灯 进行显示；设计实验电路图实验线路并编写程序，实现D/A转 换，要求产生锯齿波、脉冲波，并用示波器观
26、察电压波形。通 过该实验理解模/数转换及数/模转换的基本原理，掌握模/数转 换芯片ADC0809及D/A转换器DAC0832的使用方法。M3, M24实验1实验报告55实验7实验7 ：电机控制 实验通过单片机的P17 来模拟PWM输出，经过驱动电路来驱动 直流电机，实现脉宽调速。通过该实验可锻炼学生的系统设计 能力。M3, M2/6自主实验56实验8实验8 ： GPS信号 读取实验GPS接收器接收太空中的卫星信号，利用单片机读取其时间、 经度、纬度等信息，并通过LCD显示模块显示出来。通过该实M3, M2/6自主实验四、考核方式验锻炼学生的系统设计能力。序号考核环节操作细节总评占比1平时作业1
27、 .每周布置23道题目，平均每次课1道题以上。2 .成绩采用百分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。3 .考核学生对单片机基础知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力。题型主要有编程、计 算、分析、画电路图和设计题。10%2实验1 .本课程24个学时实验，共6次实验。2 .成绩采用白分制，根据实验完成过程及实验报告情况评分。3 .考核学生对单片机硬件结构及编程应用能力，针对单片机应用系统中的具体问题，能够根据用户需求确定设计目标， 从技术角度优选解决方案，正确安全开展实验并获得有效结论。4 .实验报告能体现学生团队合作、不惧失败的品质。30%3大作业1
28、.本课程要求利用PROTEUS、Keil C51等现代仿真工具建立研究对象的模型，设计出解决单片机应用系统中关于电机控 制、GPS信号读取等问题的实验方案，进行软件仿真实验或实验室模拟实验，写出总结报告。2 .根据模型建立情况和实验方案的准确性及实验总结报告评分。3 .总结报告能体现学生科技报国的家国情怀和使命担当。10%4期末考试1 .开卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分10。分。2 .主要考核学生对单片机系统软硬件知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力。题型主要有 填空题、简答题、编程与设计题等。50%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1Ml平时作业2
29、0%A-按时提交作业，对单片机软硬件知识点理解无误。B-按时提交作业，对上述知识点理解存在少量错误。 c-按时提交作业，对上述知识点理解存在一定量错误。 D-不按时提交作业，或对上述知识点理解存在大量错误。2Ml实验30%A-按时提交实验报告，电路图及程序设计正确，实验过程熟练，实验结论无误，实验报告规范。B-按时提交实验报告，电路图及程序设计正确，实验过程基本熟练，实验结论无误，实验报告基本规范。c-按时提交实验报告，电路图及程序设计有少量错误，实验过程不太熟练，不能全部完成实验，实验报告 不太规范。D-发生安全事故，或不能按时提交实验报告，电路图及程序设计错误，实验过程不熟练，不能独立完成
30、实 验，实验报告不规范。3Ml期末考试50%（见试卷评分标准）4M2大作业30%A-按时提交作业，对单片机应用系统中的软硬件知识理解无误，系统设计合理可行，总结报告完整规范。B-按时提交作业，对上述知识点理解存在少量错误，系统设计基本合理可行，总结报告比较完整规范。C-按时提交作业，对上述知识点理解存在一定量错误，系统设计不甚合理，总结报告不够完整规范。D-不按时提交作业，或对上述知识点理解存在大量错误，系统设计不合理，总结报告不完整规范。5M2实验30%A-按时提交实验报告，电路图及程序设计正确，实验过程熟练，实验结论无误，实验报告规范。B-按时提交实验报告，电路图及程序设计正确，实验过程基
31、本熟练，实验结论无误，实验报告基本规范。c-按时提交实验报告，电路图及程序设计有少量错误，实验过程不太熟练，不能全部完成实验，实验报告 不太规范。D-发生安全事故，或不能按时提交实验报告，电路图及程序设计错误，实验过程不熟练，不能独立完成实 验，实验报告不规范。6M2期末考试40%（见试卷评分标准）7M3大作业30%A-按时提交作业，对单片机应用系统中的软硬件知识理解无误，系统设计合理可行，总结报告完整规范。 B-按时提交作业，对上述知识点理解存在少量错误，系统设计基本合理可行，总结报告比较完整规范。 c-按时提交作业，对上述知识点理解存在一定量错误，系统设计不甚合理，总结报告不够完整规范。D
32、-不按时提交作业，或对上述知识点理解存在大量错误，系统设计不合理，总结报告不完整规范。8M3实验70%A-按时提交实验报告，电路图及程序设计正确，实验过程熟练，实验结论无误，实验报告规范。B-按时提交实验报告，电路图及程序设计正确，实验过程基本熟练，实验结论无误，实验报告基本规范。 c-按时提交实验报告，电路图及程序设计有少量错误，实验过程不太熟练，不能全部完成实验，实验报告 不太规范。D-发生安全事故，或不能按时提交实验报告，电路图及程序设计错误，实验过程不熟练，不能独立完成实 验，实验报告不规范。评分等级说明：A, B, C, D, E = 90-100, 80-89, 70-79, 60-69, 0-59; A, B, C, D = 90-100, 75-89, 60-74, 0-59; A, B, C = 90-100, 75-89, 60-74, 0-59; M, N = 80-100, 0-79