课程名称:单片机原理

一、课程概况

所属专业:	电子/计算机/物联网	开课单位：	电子工程系
课程类型:	专业主干课程	课程代码:
开课学期:	4/5	学分：	4
学时：	68	核心课程:	是

拟使用教材：张毅刚主编，《单片机原理及接口技术》（C51编程）(第2版)，北京：人民邮电出版社，2016年6月

学习参考资料：

1．吴金戌编著，《8051单片机实践与应用》，北京：清华大学出版社，2002年

2．李华编著，《MCS-51系列单片机实用接口技术》，北京：北京航空航天大学出版社，1993年

3．邵贝贝编著，《微控制器原理与开发技术》，北京：清华大学出版社，1997年

4．余永权编著，《ATMEL89系列单片机应用技术》，北京：北京航空航天大学出版社，2002年4月

5．赖麒文编著，《8051单片机C语言程序应用》，北京：科学出版社，2002年1月

 

二、课程描述

本门课程是电子信息工程等工科专业的基础课，是一门实践性很强的应用设计类课，以单片机技术为核心的开发和应用水平已成为一个国家工业化发展水平的标志之一，为学习后续课程准备必要的技术支持，主要培养学生掌握计算机技术理论基础知识和应用设计方法、培养嵌入式技术实验技能、引领学生初步具备解决工程实际问题等方面的知识和能力，课程的主要内容包括微型计算机（包括单片机）的基本原理和硬件基本结构、指令系统、C51程序设计、内部资源（包括中断系统、定时器/计数器和串行口）的应用、外扩存储器技术、外部输入/输出接口的扩展技术、A/D和D/A转换器的接口技术、串行扩展技术以及应用系统的设计等。

 

三、课程目标

掌握单片机的基础知识、基本结构、指令系统以及系统应用程序设计。

    掌握单片机应用系统的扩展接口技术和串行通信技术基础知识。

    具有适应社会发展的能力以及终身学习能力。

培养单片机技术实验技能，掌握本专业所必需的设计、实施、实验、应用分析等技能。

初步具备解决工程实际问题的能力。

具有综合运用单片机理论和技术手段，分析并解决工程技术问题的能力。

具有创新意识，具备对新产品、新工艺和新技术进行研究、开发和设计的初步能力。

 

四、教学要求

授课教师将按照学校本科教学工作有关要求做好课程教学各项工作，严格按照课表规定的时间、地点上课，不迟到、不早退，将根据本大纲要求，认真备课完成教案与讲稿编写等各项课前准备工作；授课过程力求内容充实、概念准确、思路清晰、详略得当、逻辑性强、重难点突出，力戒平铺直叙、照本宣科，同时重视对学生的学习方法指导和课堂教学效果信息的反馈，实现教与学的双向互动；同时将结合课程目标要求，做好考核内容设计，并严格按照本大纲要求做好出勤率统计、作业评价等各项工作。

学习是大学生自己的责任和义务，学生应根据课程大纲要求制定本门课程学习计划，加强学业管理，严格自我要求，提升自主学习能力，主动适应课程学习要求。参与课堂教学活动不迟到、不早退，无正当理由不请假，上课认真听讲，不做任何与课堂教学无关事宜，不使用手机，积极与授课教师进行教学互动，同时利用课余时间做好预习、复习、课外书籍阅读等工作，主动与同学开展合作学习，认真完成任课教师布置的课程作业。

 

五、考核方式及要求

为实现课程教学目标，本门课程考核方式及要求为：总成绩由平时成绩、实验成绩、期中成绩和期末成绩组成，其中平时成绩占20%，实验成绩占10%，期中成绩占10%，期末成绩占60%。

平时成绩由出勤率、课程作业等构成，其中出勤率占10%，课程作业占10%。

实验成绩占由实验过程、实验报告构成，其中实验过程占5%，实验报告占5%。

 

六、课程内容

（一）理论教学 44学时

第一章 单片机概述

（授课时间：第四学期第一周）

教学目标：通过本章教学，使学生明确单片机与接口技术的学科性质、基本内容和学习意义；掌握微型计算机基本原理，其中包括微型计算机与单片机之间的关系，和应用中几个常用概念的含义及其相互区别，引入本课程的学习。

教学重点：微型计算机的组成结构和发展、单片机的概念、单片机的发展及应用系统的概况。

教学难点：单片机类型认识和理解、嵌入式系统分类及应用等。

学    时：课堂教学2学时

教学方法：讲授法

主要内容：（1）微型计算机概述（计算机的特点与应用、微型计算机原理与结构、微型计算机系统的组成和微型计算机软件）；

          （2）存储器（分类和作用、堆栈的概念）；

          （3）输入/输出接口电路（功能结构、数据传送方式）；

          （4）单片机概述（特点及应用、单片机技术现状及发展趋势、单片机的分类及主要生产厂家、单片机应用系统的结构）。

学习方法：小组讨论

课后作业：完成教材练习题

 

第二章 AT89S51单片机片的硬件结构

（授课时间：第四学期第一周-第二周）

教学目标：掌握以MCS-51系列单片机为代表的系统结构特点，单片机内部结构，中央处理器CPU及其操作，存储器空间及存储控制，内部输入/输出，系统时钟信号及复位等特点，以及各系列单片机结构比较。

教学重点：以MCS-51系列单片机为代表的硬件结构中引脚功能、存储器空间结构；存储器地址和存储器内容的区别；字节地址和位地址的理解等。

教学难点：存储器地址和存储器内容的区别；字节地址和位地址的理解等。

学    时：课堂教学4学时

教学方法：讲授法、讨论法

主要内容：（1）单片机的总体结构（主要功能、内部结构框图及芯片引脚）；

          （2）微处理器（运算部件、控制部件、CPU时序等）；

          （3）存储器（程序存储器、数据存储器、内部数据存储器、特殊功能寄存器(SFR) 和位地址空间等）；

          （4）并行输入/输出端口（P0~P3端口及其功能等）；

          （5）单片机的复位和复位电路（上电自动复位和按钮复位、系统复位等）。

学习方法：小组讨论

课后作业：完成教材练习题

 

第三章 C51编程语言基础

（授课时间：第四学期第二周-第三周）

教学目标：掌握单片机C语言程序设计的基础知识和基本方法。

教学重点：单片机C语言程序设计的基础知识和基本方法等。

教学难点：单片机C语言程序设计与标准C语言程序设计的区别等。

学    时：课堂教学4学时

教学方法：讲授法、讨论法

主要内容：（1）编程语言Keil C51简介；

         （2）C51语言程序设计基础（数据类型、存储类型、位变量、运算符、中断服务函数、C51程序结构）；

         （3）C51的程序设计举例；

学习方法：小组讨论、实验操作

课后作业：完成教材练习题

 

第四章 开发与仿真工具

（授课时间：第四学期第三周）

教学目标：掌握开发环境Keil  uVision和仿真环境Proteus。

教学重点：开发环境Keil  uVision和仿真环境Proteus的安装与使用。

教学难点：开发环境Keil  uVision和仿真环境Proteus。

学    时：课堂教学2学时

教学方法：讲授法、讨论法

主要内容：（1）C51的集成开发环境Keil  uVision；

         （2）仿真开发环境Proteus。

学习方法：小组讨论、实验操作

课后作业：完成教材练习题

 

第五章 单片机与开关、键盘以及显示器件的接口设计

（授课时间：第四学期第四周-第八周）

教学目标：掌握单片机与输入/输出外部设备的接口原理、功能及设计，包括LED数码管、键盘等设计。

教学重点：单片机与输入/输出外部设备和接口芯片，如LED数码管、键盘等接口原理、功能及设计。

教学难点：LED数码管、键盘等接口原理和功能等。

学    时：课堂教学8学时

教学方法：讲授法、讨论法

主要内容：（1）LED数码管的显示原理（结构、工作原理）；

         （2）键盘接口原理（键盘输入应用解决的问题、键盘的工作原理和工作方式）；

         （3）键盘/显示器接口设计实例（利用单片机串行口实现、专用的键盘/显示器接口芯片）；

         （4）单片机与液晶显示器(LCD)的接口设计（LCD显示器的分类、点阵字符型液晶显示模块、软件编程）；

学习方法：小组讨论、实验操作

课后作业：完成教材练习题

 

第六章 单片机的中断系统

（授课时间：第四学期第九周）

教学目标：掌握单片机中断系统的软硬件设置和编程。

教学重点：单片机的IE、IP、TCON、SCON等特殊功能寄存器参数设定，中断系统现场保护等。

教学难点：单片机的有关中断的特殊功能寄存器参数设定的理解、中断系统现场保护的理解等。

学    时：课堂教学4学时

教学方法：讲授法、讨论法

主要内容：（1）中断的概念和结构；

         （2）中断请求源和中断控制；

         （3）响应中断请求的条件；

         （4）外部中断的响应时间和触发方式选择；

         （5）中断请求的撤销；

         （6）中断服务程序的设计；

         （7）多外部中断源系统设计。

学习方法：小组讨论、实验操作

课后作业：完成教材练习题

 

第七章 单片机的定时器/计数器

（授课时间：第四学期第十周-第十一周）

教学目标：掌握单片机定时器/计数器的软硬件设置和编程。

教学重点：单片机的TCON、TMOD、T0和T1等特殊功能寄存器参数设定，定时器/计数器的结构、工作模式、工作方式、编程和应用等。

教学难点：单片机的有关定时器/计数器的特殊功能寄存器参数设定的理解、定时器/计数器的编程和应用等。

学    时：课堂教学4学时

教学方法：讲授法、讨论法

主要内容：（1）定时器/计数器的结构；

         （2）定时器/计数器的工作方式；

         （3）对外部输入的计数信号的要求；

         （4）定时器/计数器的编程和应用。

学习方法：小组讨论、实验操作

课后作业：完成教材练习题

 

第八章 单片机的串行口

（授课时间：第四学期第十一周-第十三周）

教学目标：掌握单片机串行口的软硬件设置和编程。

教学重点：单片机的SCON、PCON等特殊功能寄存器参数设定，串行口的工作方式，多机通信，串行口的编程和应用等。

教学难点：单片机的有关串行口的特殊功能寄存器参数设定的理解、波特率的制定方法、串行口的编程和应用等。

学    时：课堂教学4学时

教学方法：讲授法、讨论法

主要内容：（1）串行口的结构；

         （2）串行口的工作方式；   

         （3）波特率的制定方法；

         （4）串行口的应用学习方法：小组讨论、实验操作

课后作业：完成教材练习题

 

第九章 单片机系统的并行扩展

（授课时间：第四学期第十三周）

教学目标：掌握存储器扩展电路设计及连线，译码地址和译码范围，单片机I/O口的功能，单片机的串行口扩展并行口。

教学重点：单片机系统扩展结构的电路设计及连线，译码地址和译码范围，单片机I/O口的功能，单片机的串行口扩展并行口。

教学难点：单片机系统扩展结构的译码地址和译码范围，单片机I/O口的功能，单片机的串行口扩展并行口。

学    时：课堂教学4学时，课外自主学习时间不少于2学时

教学方法：讲授法、讨论法、期中测验

主要内容：（1）系统扩展结构；

         （2）地址空间分配和外部地址锁存器；

（3）用单片机的串行口扩展并行口；

学习方法：小组讨论、实验操作

课后作业：完成教材练习题

 

第十章 单片机的串行扩展技术

（授课时间：第四学期第十四周-第十五周）

教学目标：掌握单片机的串行扩展技术工作原理及软硬件设置。

教学重点：单片机的串行扩展技术：单总线、SPI工作原理及设计。

教学难点：单片机的串行扩展技术中，单总线、SPI总线扩展的工作原理及设计等的理解。

学    时：课堂教学2学时

教学方法：讲授法、讨论法

主要内容：（1）单总线串行扩展；

         （2）SPI总线串行扩展；

学习方法：小组讨论、实验操作

课后作业：完成教材练习题

 

第十一章 AT89S51单片机与DAC和ADC的接口

（授课时间：第四学期第十六周）

教学目标：掌握D/A和A/D转换器的接口原理，及有关芯片与单片机连接设计。

教学重点：D/A和A/D转换器的接口原理，及有关芯片与单片机连接设计。

教学难点：D/A和A/D转换器的接口原理的理解等。

学    时：课堂教学3学时

教学方法：讲授法、讨论法

主要内容：（1）单片机与D/A转换器的接口设计；

         （2）单片机与A/D转换器的接口设计；

学习方法：小组讨论、实验操作

课后作业：完成教材练习题

 

第十二章 功率接口设计

（授课时间：第四学期第十六周-第十七周）

教学目标：掌握单片机与功率接口设计技术。

教学重点：单片机与数字驱动电路、光电耦合器、集成功率电子开关的工作原理及设计。

教学难点：单片机与功率接口工作原理及设计等的理解。

学    时：课堂教学3学时

教学方法：讲授法、讨论法

主要内容：（1）单片机与外围集成数字驱动电路的接口；

         （2）单片机与光电耦合器的接口；

         （3）单片机与集成功率电子开关输出接口；

学习方法：小组讨论、实验操作

课后作业：完成教材练习题

 

第十三章 单片机应用系统的设计

（授课时间：第四学期第十七周）

教学目标：掌握单片机应用系统硬件、软件的设计步骤及资源的分配；单片机系统调试的基本问题；掌握干扰的定义及其传播途径，分析各种干扰所影响的资源及解决措施；仿真开发与调试。

教学重点：单片机应用系统硬件、软件的设计及资源的分配，系统调试的基本问题；对单片机的各种干扰所影响的资源及解决措施，仿真开发与调试。

教学难点：单片机应用系统的资源分配，系统调试的问题；对单片机的各种干扰的解决措施，如软件陷阱等，仿真开发与调试。

学    时：课堂教学2学时

教学方法：讲授法、讨论法

主要内容：（1）单片机应用系统的设计步骤；

         （2）单片机应用系统设计；

         （3）单片机应用系统的仿真开发与调试；

         （4）单片机应用系统的I/O功率驱动

（5）仿真开发与调试

学习方法：小组讨论、实验操作

课后作业：完成教材练习题

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

（二）实验教学 24学时

通过本课程实验学习，学生将掌握常规的单片机与接口技术实验基本原理，能够熟练、规范地使用实验常规仪器设备，从单片机最小系统开始，逐步扩展功能，从单一功能到功能多样，从简单到复杂，自成系统，让学生概念清晰、直观明了、易学易懂，同时掌握Proteus的软件仿真和硬件仿真调试方法和步骤等，形成基本的实验设计与操作技能。本门课程实验同时为后续其他相关专业课程学习的基础性课程。

实验一：单片机系统的构成及编程方法

（授课时间：第四学期第四周）

教学目标：熟悉单片机实验系统的基本构成及操作；初步掌握51单片机指令系统及汇编语言编程方法；熟悉Keil C51和Proteus仿真软件。

主要内容：单片机实验系统的结构组成和各实验单元；单片机实验系统的操作界面；单片机指令系统及汇编语言编程； Keil C51和Proteus仿真软件。

学    时：3学时

教学方法：演示法/讲授/现场指导

实验类型：验证性实验

 

实验二：单片机硬件资源的设计性实验

（授课时间：第四学期第五周）

教学目标：通过交通路灯的燃灭规律和流水灯的燃灭规律等的软硬件设计，巩固掌握位地址与字节地址的区别和使用。

主要内容：位地址与字节地址的区别和使用。

学    时：3学时

教学方法：演示法/现场指导

实验类型：设计性实验

 

实验三：数码管显示实验

（授课时间：第四学期第七周）

教学目标：掌握单片机系统中数码管的接口方法；掌握显示子程序调试方法。

主要内容：单片机系统中数码管的接口方法；掌握显示子程序调试方法。

学    时：3学时

教学方法：演示法/讲授/现场指导

实验类型：验证性实验

 

实验四：键盘实验

（授课时间：第四学期第八周）

教学目标：掌握单片机系统中掌握键盘的接口方法；掌握键盘子程序调试方法。

主要内容：单片机系统中掌握键盘的接口方法；掌握键盘子程序调试方法。

学    时：3学时

教学方法：演示法/讲授/现场指导

实验类型：验证性实验

 

实验五：中断系统实验

（授课时间：第四学期第第十周）

教学目标：理解并掌握51单片机位寻址的地址划分方法及布尔指令的使用方法；掌握单片机硬件资源中中断系统的组成原理和使用方法。

主要内容：51单片机位寻址的地址划分方法及布尔指令的使用方法，位地址与字节地址的区别；单片机中断系统的组成原理、相关特殊功能寄存器（IE、IP、TCON和SCON等）设置和使用方法。

学    时：3学时

教学方法：演示法/讲授/现场指导

实验类型：验证性实验

 

实验六：定时器/计数器实验

（授课时间：第四学期第十二周）

教学目标：掌握定时器/计数器的定时工作模式设置条件和方法；掌握定时器/计数器的计数工作模式设置条件和方法。

主要内容：单片机硬件资源中，与定时器/计数器有关的特殊功能寄存器（TCON、TMOD、T0和T1等）的定义；定时器/计数器的定时工作模式设置条件和方法；定时器/计数器的计数工作模式设置条件和方法。

学    时：3学时

教学方法：演示法/讲授/现场指导

实验类型：验证性实验

 

实验七：串行口通讯实验

（授课时间：第四学期第十四周）

教学目标：掌握51单片机串行扩展I/O的方法；掌握51单片机串行口工作方式0和方式1的使用方法。

主要内容：单片机硬件资源中，与串行口有关的特殊功能寄存器（SCON、PCON、TMOD和T1等）的定义；51单片机串行口工作方式0和方式1的设置和使用方法。

学    时：3学时

教学方法：演示法/讲授/现场指导

实验类型：验证性实验

 

实验八：存储器扩展实验

（授课时间：第四学期第十六周）

教学目标：掌握单片机指系统中外扩存储器的并行扩展方法；掌握外扩存储器的串行扩展方法。

主要内容：单片机系统的外扩存储器芯片的结构、分类和区别；单片机系统的并行外扩存储器的三总线结构和选择方法；单片机系统串行外扩存储器的使用方法。

学    时：3学时

教学方法：演示法/讲授/现场指导

实验类型：验证性实验