《单片机技术》课程教学大纲

单片机技术课程教学大纲 第一部分 大纲说明 一 课程的性质和任务 单片机技术 是国家开放大学电气自动化技术专业 专科 的一门统设必修专业课程 本课程 4 学分 共 72 学时 其中含实践 18 学时 本课程以 MCS 51 系列单片机为核心 系统讲述单片机的基本原理 功能 应用 程 序设计方法和编程技巧及简单应用系统设计 是一门实践性很强的课程 通过本课程学习 使学生掌握单片机的基本性能和利用单片机构成应用系统的基本方法 具备对小型单片机 应用系统进行设计 分析 调试和开发能力 二 与相关课程的衔接 配合 分工 本课程是一门知识综合性强 内容覆盖宽的课程 其先导课程有 电路分析 模拟 电子电路 数字电子电路 计算机应用基础 传感器与检测技术 同时为后续 电 气控制与 PLC 自动化生产线安装与调试综合实践等 等课程的学习提供理论及职业技 能基础 因此 本课程在全部专业课程中起到承上启下的作用 三 课程的教学基本要求 1 教学活动的实施原则 1 本课程是一门实践性很强的课程 教学过程中 要以单片机应用能力培养为主线 淡化理论难度和深度 强化单片机各个功能部件的使用 理论讲授以够用为度 通俗易懂 2 注重应用 面向实用 要体现单片机应用的新知识 新技术 3 在教学各环节上 要关注学生的全面发展 在注重学生实践能力 专业技能等能 力的培养的同时 还要培养学生的团队协作 脚踏实地 勇于创新 敬业乐业的工作作风 2 教学基本要求 1 按照 够用 实用 的原则 讲授单片机的结构原理 使学生了解 MCS 51 系列单片机的硬件结构 2 完善教学内容和教学手段 补充实用知识 扩充新知识 降低难度 力求通俗易 懂地完成对单片机的基础知识的教学 使学生对 MCS 51 系列单片机的一般原理 主要 功能及工作方式有较深入的理解 3 强化实践教学 增加实践项目教学比重 使学生熟悉 MCS 51 系列单片机的指 令系统 并能熟练地编写相关的应用程序 4 通过对典型的实用项目设计方法和应用的分析 使学生具备一定的查阅相关技术 资料和编写技术文件的能力 能够设计出较完整的 完成某些特定功能的单片机应用系统 四 教学方法和教学形式建议 为了满足学生自主学习和个性化学习的需求 在教学方法上将采用基于网络教学的自 主化学习 面授辅导 实践环节模拟训练相融合的教学模式 本课程为学生提供的教学资 源包括 文字教材 合一型 视频教材 网络教学平台互动 三种方式 在学生自主阅读 教材的基础上 接受面授辅导 网络互动 参加网络自主学习 小组讨论与答疑 并完成 形成性考核作业和终结性考试 面授辅导不仅要包含基础知识 原理和技能的重点讲授 演示和答疑 自学方法的介 绍 还要向学生提供典型案例进行讨论和分析 该课程实践性较强 需要学生多作上机练习 落实实践教学 重视在实际项目中的运用 通过观察 分析 思考和实践获得知识和技能 地方教学点和学员可充分利用本地已具备 的教学资源 有条件的地方应该建立实践教学基地 主讲教师需要有较高的理论水平和丰富的实践经验 熟悉系统开发环境 针对所留习 题 可以组织两到三次讨论 以便学生掌握单片机原理 本课程教学要结合电气自动化技术专业学生的特点 基于能力培养导向 突出每一章 节的教学重点 有针对性地灵活采用相应教学方法 除了综合运用讲授法 演示法 观察 法 讨论法 练习法等 还应积极利用小组合作学习 案例分析 问题教学 启发引导等 方法 引导学生积极思考 大胆探索 乐于实践 提高教学效果 使学生具备必要的理论 知识和实际应用能力同时 还要具备良好的职业道德与行为操守 组织与协调能力及团队 合作精神 五 课程教学要求的层次 本课程对于理论教学部分的要求 根据所列内容分为 了解 理解 熟悉 掌握 四 个层次要求 了解 要知道的内容 多为资料性内容 理解 要知道 明白的内容 多为基本概念和知识 熟悉 是十分清楚并能熟练应用的内容 多为基本指令等的相关知识 掌握 要求非常清楚地理解和把握的内容 多为重点原理 方法等 要求能够清 楚记忆并熟练运用 实践教学以 学习活动 的形式实现 按 简单模仿 独立完成 两个层次要求 简单模仿 是根据网上资源 如图片 视频等 使学生能跟着图像进行模仿操作 独 立完成 是指学生必须按照要求 独立完成技能操作 第二部分 教学媒体与教学过程建议 一 学时分配 本课程 4 学分 72 学时 其中含实践 18 学时 在第三学期开设 开设一学期 学时分配详见表 1 表 1 学时分配表 理论教学 实践教学序号 内 容 方式手段 课时 方式手段 课时 课内学时数 0 绪论 多媒体 2 学习活动 0 2 1 单片机基本知识 多媒体 8 学习活动 2 10 2 单片机输入 输出口 多媒体 8 学习活动 2 10 3 单片机的中断系统 多媒体 4 学习活动 2 6 4 单片机的定时器 计数器 多媒体 6 学习活动 6 12 5 单片机总线与系统扩展 多媒体 8 学习活动 2 10 6 单片机应用接口技术 多媒体 10 学习活动 4 14 7 单片机应用系统设计中的实用技术 多媒体 8 学习活动 0 8 合 计 54 18 72 二 多媒体教材的总体说明 本课程教材是由文字教材和视频教材等多种媒体组成的一体化教材 要求学生正确使 用 充分利用本课程的多种媒体一体化教材及网上教学资源 文字教材是教学内容的基本 载体 是各种教学媒体的核心 1 文字教材 本课程主教材以文字教材为主 文字教材是学生的主要学习资源 是课程教学的基本 依据 因此 教材在体例上 要概念清晰 条理分明 深入浅出 便于自主学习 在内容 上 要紧密围绕培养目标 突出重点 兼顾一般 反应当代最新技术及应用 2 视频教材 微课 视频教材是辅助资源 可采取专专家讲解 演示操作 示例分析等方式呈现 主要针 对某个知识点进行讲解 着重对课程的重点和难点问题进行深入探讨 3 网上资源 通过 电大在线 的网上教学平台 学生可以浏览本课程的各种文本学习资料与教学 信息和相关的学习资料 实验 进行各种训练 测试和讨论 以及对学习中遇到的问题进 行讨论的实时与非实时的远程教学活动 在课程资源建设成熟的基础上将开发和使用网络 课程供学生自学使用 三 教学环节 1 教学环境使用培训及教学计划说明 教学环境使用培训主要是帮助主讲教师 辅导教师和学生熟悉教学环境 更好地使用 网络教学平台等 此外 在课程开始之前 需要将整个课程的教学计划及各个阶段的教学 计划公布在网络教学平台上 2 自主学习 责任教师可以根据教学的推进 随时调整网络教学平台上呈现给学生的课程内容 教 学资源或教学活动等 促进学生在线自主学习 除了教材内容 教师还可以自己提供或发 动学生提供课程的扩展资源 帮助学生发现新的思想和观点 探索和体验更为广阔的知识 空间 3 面授辅导 导学教师可根据教学需求开展一定的面授辅导课 定期组织学生进行面对面讨论 收 看视频等 4 在线答疑与讨论 网络教学采用的异步交互 可以支持学生对某一个论题进行深入讨论 弥补面对面讨 论因时间有限造成的浮于表面层次 感性成分居多 难以深入等缺陷 依据教学平台上的 讨论交流记录 教师可以将学生参与学习讨论的情况作为学习评价的重要指标之一 可将 学生遇到的常见问题作为资源整理到答疑中心中 提高问题解答的效益和效率 5 在线个别辅导 利用在线网络教学平台的统计与分析功能 辅导教师通过在线查看学生的个人基本信 息 学习历史记录 学习活动记录 学习成绩记录等 对学生进行诊断和了解 可以通过 QQ MSN 微信等交互手段提出针对性的指导意见或辅导 6 作业与考试 作业是非常重要的一个学习环节 它可以巩固所学 促进反思 检验学习效果 使学 生能够运用所学知识指导实践 加深对该门课程的理解 锻炼和提高学生分析问题 解决 问题的能力 作业题量以让学生掌握本章内容为量 本课程的作业布置应不少于四次 本课程的作业主要包括两个方面 1 通过实践教学环节 完成实践教学的任务 以一定方式提交作业等 2 完成形成性考核作业及网络教学平台上发布的在线练习题 课程总成绩由终结性考试成绩和形成性考核成绩组成 形成性考核重点是考查学生的 素质能力和实践能力 可以以在线学习时间 作业 试验完成情况作为重要衡量指标 形 成性成绩占 50 终结性考试由国家开放大学统一命题 统一考试时间 考试采用开卷考 试方法 终结性成绩占 50 考核以基本概念 基本原理和基本方法为主 主要考核学生 的理解 掌握 运用的水平和分析能力 7 实验环节 由于本课程是一门以应用为目的的实用性学科 为了让学生有效地掌握单片机的应用 本课程配套设计了多个实验项目 以学习活动形式实现 学生应按照要求参加学习活动 完成实验项目 并完成相应的实验报告 第三部分 教学内容和教学要求 绪论 教学要求 了解 单片机的概念 特点 发展及应用领域 常用的二进制编码 理解 数制的表示方法 熟悉 有符号数的二进制编码形式 掌握 不同数制间的相互转换方法 教学内容 01 微型计算机的基本结构和工作原理 0 1 1 微型计算机的基本结构 0 1 2 微型计算机的基本工作原理 0 2 单片机技术的发展 0 3 单片机的特点与发展趋势 0 4 单片机的应用 0 5 计算机运算基础 0 5 1 计数体制 0 5 2 二进制编码 第 1 章 单片机基本知识 教学要求 了解 MCS 51 的结构与主要型号 理解 单片机存储器配置和基本电路 熟悉 MCS 51 单片机的结构特点 特殊功能寄存器 掌握 98C51 单片机引脚功能及存储器空间的分配 教学内容 1 1 MCS 51 系列单片机结构 1 1 1 8051 单片机内部结构 1 1 2 8051 单片机的引脚功能 1 1 3 单片机的工作原理 1 1 4 8051 单片机基本电路 1 2 指令格式 28 1 2 1 单片机指令系统的分类 1 2 2 汇编程序书写格式 1 2 3 伪指令 1 3 寻址方式 1 3 1 什么是寻址 1 3 2 寻址方式 1 3 3 寻址的符号注释 1 4 数据传送指令 1 4 1 内部 RAM 数据传送指令 1 4 2 外部 RAM 数据传送指令 1 4 3 查表指令 1 4 4 交换指令 1 4 5 堆栈操作指令 1 4 6 数据传送指令举例 1 5 KEIL uVISION 软件的使用 1 5 1 建立您的第一个项目 1 5 2 编译运行程序文件 学习活动 1 1 Keil 软件的使用 1 6 8051 单片机的存储器结构 1 6 1 存储器的逻辑空间分布 1 6 2 程序存储器结构 1 6 3 数据存储器结构 1 6 4 特殊功能寄存器 第 2 章 单片机输入 输出口 教学要求 了解 输入 输出口的结构设计 指令格式 理解 输入 输出口功能 特点 数据传送类 控制转移类指令的基本格式 熟悉 输入 输出口的应用 掌握 数据传送类 控制转移类指令的功能和使用方法 利用 I O 口实现输入 输出控 制 KEIL U VISION2 软件的使用 教学内容 2 1 8051 的输入 输出口 2 2 输出电路的设计 2 2 1 驱动 LED 2 2 2 驱动继电器 2 3 输出口应用 2 4 输入电路设计 2 5 控制转移指令 2 5 1 无条件转移指令 2 5 2 条件转移指令 2 5 3 调用 返回指令 2 5 4 空操作指令 2 5 5 控制转移指令应用实例 学习活动 2 1 数据传送指令和控制转移指令的功能验证 2 6 输入口应用 2 6 1 计数器 2 6 2 BCD 拨码开关 第 3 章 MCS 51 单片机的中断系统 教学要求 了解 中断的基本概念和功能 理解 中断系统的结构和控制方式 逻辑运算 位操作指令的基本格式 熟悉 中断控制寄存器功能 掌握 单片机中断系统的中断处理过程 外部中断的编程应用 逻辑运算 位操作指 令的功能和使用方法 教学内容 3 1 中断的概念 3 2 中断的功能 3 3 单片机中断系统结构 3 3 1 中断源 3 3 2 中断允许控制寄存器 3 3 3 定时和外中断控制寄存器 3 3 4 串行控制寄存器 3 3 5 中断优先级控制寄存器 3 4 中断响应过程 3 4 1 中断处理过程 3 4 2 中断请求的撤除 3 5 逻辑运算指令 91 3 5 1 逻辑 与 或 异或 指令 3 5 2 清零 取反指令 3 5 3 循环移位指令 3 5 4 逻辑运算指令应用实例 3 6 位操作指令 3 6 1 位数据传送指令 3 6 2 位逻辑运算指令 3 6 3 位条件转移指令 3 6 4 位操作指令应用实例 学习活动 3 1 逻辑运算指令和位操作指令的功能验证 3 7 外部中断的编程应用 3 7 1 外部中断 INT0 编程应用实例 3 7 2 两个外部中断编程应用实例 第 4 章 MCS 51 单片机的定时器 计数器 教学要求 了解 了解定时器 计数器的结构与工作原理 理解 定时器 计数器的四种工作方式的特点及应用 算术运算指令的基本格式 熟悉 单片机定时 计数器功能 掌握 单片机定时器 计数控制寄存器功能 定时 计数器工作方式和初始化编程 算 术运算指令的功能和使用方法 教学内容 4 1 定时 计数器的结构和工作原理 4 1 1 定时 计数器的结构 4 1 2 定时 计数器工作原理 4 2 定时 计数器的寄存器 4 2 1 定时 计数器方式寄存器 4 2 2 定时 计数器控制寄存器 4 3 定时 计数器的工作方式 1 4 3 1 方式 0 4 3 2 方式 1 4 3 3 方式 2 4 3 4 方式 3 4 4 定时 计数器的计数初值 的计算和装入 4 4 1 计数初值 的计算 4 4 2 初始值装入方法 4 5 定时 计数器的初始化编程 4 6 算术运算指令 4 6 1 加法 减法指令 4 6 2 乘法 除法指令 4 6 3 加 1 减 1 指令 4 6 4 十进制调整指令 4 6 5 算术运算指令应用实例 学习活动 4 1 算术运算指令的功能验证 4 7 定时 计数器的应用 4 7 1 交通灯控制应用 4 7 2 定时器 计数器在秒表计上的应用 学习活动 4 2 发光二极管模拟交通灯控制系统设计 学习活动 4 3 数字钟控制系统设计 第 5 章 MCS 51 单片机总线与系统扩展 教学要求 了解 数据总线 地址总线和控制总线的构成 串行通信总线的标准 理解 存储器扩展后的地址分配 串行波特率定义 熟悉 片外扩展程序存储器和数据存储器的方法 串行通信基础知识 掌握 扩展 I O 的方法 可编程芯片 8255A 的应用 串行通信的基本原理 教学内容 5 1 单片机系统总线和系统扩展方法 5 1 1 单片机系统总线信号 5 1 2 系统的扩展方法 5 1 3 地址译码器 5 2 程序存储器扩展 5 2 1 常用的程序存储器芯片 5 2 2 程序存储器扩展实例 5 3 数据存储器扩展 5 3 1 常用数据存储器芯片 5 3 2 数据存储器扩展实例 5 4 并行 I O 接口扩展 5 4 1 简单并行 I O 接口扩展常用芯片 5 4 2 简单并行 I O 接口扩展实例 5 4 3 8255A 可编程并行接口扩展 学习活动 5 1 8255A 控制 LED 第 6 章 MCS 51 单片机实用接口技术 教学要求 了解 单片机应用系统设计方法及开发工具 项目设计中的一些方法和技巧 理解 A D 和 D A 转换器的功能及性能指标 独立键盘和矩阵式键盘的原理 LED 显 示器的原理 熟悉 D A A D 转换器接口基本应用 独立键盘和矩阵式键盘的应用 静态及动态显 示的特点 掌握 典型的 A D 和 D A 转换器的使用方法 矩阵式键盘的编程方法及键盘接口芯片 的使用 静态及动态显示程序设计方法 教学内容 6 1 单片机应用系统概述 6 1 1 单片机应用系统的结构 6 1 2 单片机应用系统的设计方法 6 1 3 单片机应用系统的开发工具 学习活动 6 1 水塔水位控制系统设计 6 2 D A 转换接口技术 6 2 1 D A 转换概述 6 2 2 8 位 D A 转换器及其接口技术 6 2 3 DAC0832 应用实例 6 3 A D 转换接口技术 6 3 1 A D 转换器概述 6 3 2 8 位 A D 转换器及其接口技术 6 3 3 ADC0808 0809 应用实例 6 4 键盘接口 175 6 4 1 键盘接口技术 6 4 2 键盘的编程技术 6 5 显示接口 6 5 1 认识 LED 数码管 6 5 2 数码管的驱动方法 6 5 3 LED 显示器静态显示及应用实例 6 5 4 LED 显示器动态显示及应用实例 6 5 5 LED 显示器在秒表上的应用 6 6 单片机应用系统实例 6 6 1 步进电机控制的设计 6 6 2 空调机温度控制系统设计 学习活动 6 2 步进电机键盘控制系统设计 第 7 章 单片机应用系统设计中的实用技术 教学要求 了解 总线驱动和总线驱动能力 了解系统的抗干扰设计和措施 理解 常用逻辑电路的输入输出特性 熟悉 电平转换技术 电气隔离技术 执行装置的接口技术 掌握 隔离电路 执行装置接口电路及系统设计软 硬件抗干扰策略 教学内容 7 1 总线驱动与总线负载 7 1 1 影响驱动能力的几个因素 7 1 2 常见的几种板内总线驱动方法 7 1 3 负载的考虑方法 7 1 4 常见的 TTL 驱动器和 MOS 驱动器 7 2 电平转换技术 7 2 1 几种常见逻辑电路输入输出特性 7 2 2 电平转换实例分析 7 3 电气隔离技术 7 3 1 光电隔离技术 7 3 2 开关量输出电路的隔离 7 3 3 模拟量输入隔离电路 7 3 4 设计电气隔离电路应注意的问题 7 4 执行装置的接口技术 7 4 1 继电器输出接口技术 7 4 2 可控硅输出接口技术 7 4 3 固态继电器输出接口技术 7 5 系统的抗干扰设计 7 5 1 系统主要干扰渠道 7 5 2 电源干扰及抗干扰措施 7 5 3 地线干扰及抗干扰设计 7 5 4 过程通道干扰及抗干扰措施 7 5 5 空间干扰及抗干扰措施 7 5 6 印刷电路板抗干扰设计 7 6 软件的抗干扰设计 7 6 1 数据采集误差的软件对策 7 6 2 控制失灵的软件对策 7 6 3 程序运行失常的软件对策 实验内容及要求 学生在学习中必须完成以下多个实验项目 这些项目将以学习活动的形式体现 详见表 2 表 2 学习活动内容及要求 学习活 动序号 活动内容 活动时间 分钟 要求 1 KEIL 软件的使用 并并对程序进 行编译 仿真 90 安装 keil 软件 并熟悉 Keil 软件界面 能够 运行用 KEIL 建立的程序 并调试成功 2 验证数据传送指令和控制转移指 令的功能 90 完成对给定的数据传送和控制转移程序的软件 仿真 并能查看相关存储器单元的内容 3 验证逻辑运算指令和位操作指令 的功能 90 完成对给定逻辑运算和位操作程序的软件仿真 并能查看相关存储器单元的内容 4 使用发光二极管模拟交通灯信号 使用逻辑电平开关控制 设计交 通灯控制系统 90 完成硬件电路的设计 连接 编写交通灯控制 系统程序 并调试成功 完成实践报告编写 5 验证算术运算作指令的功能 90 完成对给定算术运算程序的软件仿真 并能查 看相关存储器单元的内容 6 用单片机及 6 个 LED 数码管显示 时 分 秒 以 24 小时计时方式 90 完成硬件电路的设计 连接 编写数字钟的软 运行 件程序 并调试成功 完成实践报告编写 7 8255A 控制 LED 90 完成 8255 接口控制开关和 LED 的硬件连接 编写软件程序 并调试成功 完成实践报告编 写 8 设计一个具有上下限液位检测的 水塔水位控制系统 有必要的状 态指示灯 系统晶振为 12MHz 90 完成硬件电路的设计 连接 编写水塔水位控 制系统程序 并调试成功 完成实践报告编写 9 设计一个步进电机控制键盘 要 求能从键盘上输入步进电机转数 控制步进电机的正 反转及启停 并显示转数 90 完成硬件电路的设计 连接 编写步进电机控 制系统的软件程序 并调试成功 完成实践报 告编写 合计 810 18 学时