单片机原理及应用课程教学大纲

课程名称：	单片微机原理及应用	课程模块编码：	6013A415
总学时数：	56	课内实践学时数：	16
学    分：	3.5	开课单位：	电信学院
先修课程：	计算机应用基础、C语言程序设计、电子技术
适用专业：	电气工程及其自动化

 

一、课程性质、目的和任务

《单片微机原理及应用》是电气工程及其自动化专业学生的必修的专业基础课程之一。本课程以目前应用比较普遍的51系列单片机原理为主线，讲述单片机寄存器和内部各部件的结构、定时器、存储器、I/O接口电路的工作原理、指令系统和单片机C语言程序设计的方法、应用系统的开发技术等。通过本课程的学习，使学生掌握一些硬件方面的知识，初步进行单片机编程，掌握单片机应用系统设计和开发的基本技能。学习完本课程，可以使学生们掌握单片机的应用技术，能够学到单片机在不同领域的实际应用，具有初步的“嵌入式系统”设计的基本思想。主要支撑毕业要求1.2、2.2、2.3、3.1、5.2达成。

通过本课程的学习，达到以下教学目标：

1、工程知识

掌握必要的单片微机原理及应用基本知识，并能够将其用于解决电气工程及相关领域的复杂工程问题。

2、问题分析

能够借助本课程的理念，理解电气智能化装置或系统的嵌入式思想，分析其基本工作原理，以满足电气系统运行维护或智能装置选用和改进的需要。

3、设计/开发解决方案

在某些产品或系统的设计开发中能用到本课程的基本知识并体现创新意识。

4、使用现代工具

熟练运用PROTEUS、KEIL等仿真工具，仿真与开发设计所需的智能装置或系统的部分模块。

表1 课程教学目标对专业毕业要求的支撑

二、教学内容及教学基本要求

第一章  单片机概述

1、教学要求

掌握单片机的特点。

了解单片机的发展概况、单片机的应用领域。

2、教学内容

知识要点：单片机的特点、发展概况、应用领域

3、本章重点、难点

本章重点：单片机的特点

本章难点：单片机的发展、应用领域

4、本章学时数

本章教学时数：2学时，其中讲课2学时，实验(课内实践、上机)0学时。

第二章  51系列单片机的硬件结构

1、教学要求

掌握单片机的中央处理器、存贮器结构、I/O端口、复位和时钟电路。

了解单片机的在线编程ISP、单片机的结构、引脚功能。

2、教学内容

第一节51单片机的结构

知识要点：51单片机的结构

第二节51的引脚功能

知识要点： I／O端口、控制引脚、电源与晶振引脚。

第三节51的中央处理器

知识要点：中央控制器、掌握运算器、时钟电路及CPU的工作时序。

第四节 存贮器结构

知识要点：程序存储器和数据存储器配置、特殊功能寄存器(SFR)、RAM的地址分配。

第五节 I/O端口

知识要点：接口内部电路结构、接口内部电路工作原理、I／O (引脚)功能负载能力。

第六节 复位电路和时钟电路

知识要点：复位电路及工作方式、时钟电路及时序。

第七节 在线编程ISP

知识要点：在线编程接口电路、编程算法及时序、串行编程命令。

3、本章重点、难点

本章重点：单片机的结构、引脚、I/O端口、在线编程ISP

本章难点：单片机的中央处理器、存贮器、复位电路和时钟电路

4、本章学时数

本章教学时数：6学时，其中讲课6学时，实验(课内实践、上机)0学时。

第三章 单片机汇编语言初步

1、教学要求

了解理解指令格式；

掌握7种寻址方式；掌握111条指令的功能和作用。

2、教学内容

第一节：寻址方式

知识要点：寻址方式。

第二节：指令系统

知识要点：每条指令的功能和作用。

3、本章重点、难点

本章重点：指令的寻址方式和指令格式；

本章难点：111条指令的应用。

4、本章学时数

本章教学时数：4学时，其中讲课4学时，实验(课内实践、上机)0学时。

第四章  基于KEIL软件的设计入门

1、教学要求

掌握KEIL软件的使用。

2、教学内容

第一节 Keil软件的使用

知识要点：工程文件的建立，工程的详细设置，工程的编译、连接，调试方法。

第二节 ISP 在线烧录

知识要点：ISP下载线接口，驱动程序安装

第三节 实例程序解析

知识要点：reg52.h及其他头文件，C语言中注释的写法，main( )主函数的写法

3、本章重点、难点

本章重点：Keil uVision4工程文件的建立，工程的设置、编译、连接，调试方法。

本章难点：ISP 在线烧录，reg52.h及其他头文件。

4、本章学时数

本章教学时数：4学时，其中讲课2学时，实验2学时。

第五章  Proteus 软件入门

1、教学要求

了解Proteus仿真软件在单片机开发中的作用和意义，了解Proteus软件的菜单功能；

掌握和使用Proteus 软件的元件库使用及有关参数设置。

能用Proteus构建单片机硬件系统，选择正确的仿真测试仪器进行观察，在程序加载到单片机CPU后台时，能选择正确的方式进行仿真调试。

2、教学内容

第一节  Proteus 软件介绍

知识要点：Proteus 软件的组成、特点，产品开发流程，仿真方式与虚拟仪器。

第二节 Proteus 7 Professional 界面简介

知识要点：原理图编辑窗口，模型工具选择栏，元件列表，方向工具栏，仿真工具栏

第三节 操作简介

知识要点：绘制原理图，注入和调试程序

第四节 MCS-51 单片机的仿真实例

知识要点：新建工程文件，拾取元器件，放置元器件、连线，仿真

第五节 Proteus7.7 与 Keil uVision4 联调

知识要点：安装vdmagdi.exe，配置 Keil，main( )主函数的写法

3、本章重点、难点

本章重点：能用Proteus构建单片机硬件系统，能选择正确的方式进行仿真调试。

本章难点：掌握和使用Proteus 软件的元件库使用及有关参数设置,选择正确的仿真测试仪器进行观察。

4、本章学时数

本章教学时数：4学时，其中讲课2学时，实验2学时。

第六章 程序设计基础

1、教学要求

了解单片机C语言程序设计的步骤；

掌握顺序、分支、循环的程序设计方法；掌握C51程序设计方法。

2、教学内容

第一节：C51简介

知识要点：伪指令

第二节：基本程序设计方法

知识要点：顺序、分支、循环程序设计方法。

第三节：C51程序设计基础及举例

第四节：流水灯的设计（多种设计方法）

习题与过程考核

知识要点：C51程序设计基础及举例。

3、本章重点、难点

本章重点：C51程序设计

本章难点：循环结构设计

4、本章学时数

本章教学时数：8学时，其中讲课6学时，实验2学时。

第七章 中断系统

1、教学要求

掌握中断的基本概念、中断的初始化设置及外部中断的应用；

掌握使用C51进行中断程序设计方法；

2、教学内容

第一节：中断的概念

知识要点：中断的概念和中断源；

第二节：单片机的中断系统

知识要点：涉及有关中断的寄存器及中断的初始化方法；

第三节：C51中断服务函数的应用

知识要点：使用C51进行中断程序设计；

3、本章重点、难点

本章重点：涉及有关中断的寄存器及中断的初始化方法；使用C51进行中断程序设计；

本章难点：中断的初始化方法；

4、本章学时数

本章教学时数：6学时，其中讲课4学时，实验2学时。

第八章 定时器/计数器

1、教学要求

掌握工作方式控制寄存器TMOD、定时器/计数器控制寄存器TCON的功能和控制字的作用；

掌握方式1和方式2 的应用；

了解定时器/计数器的结构和工作原理；

了解对输入信号的要求；理解定时器同步问题；了解门控位GATE的功能和使用方法；

2、教学内容

第一节：定时器/计数器的结构

知识要点：定时器/计数器的结构和工作原理；掌握工作方式控制寄存器TMOD、定时器/计数器控制寄存器TCON的功能和控制字的作用；

第二节：定时器/计数器的四种工作方式和应用

知识要点：定时器/计数器的4种工作方式；掌握方式1和方式2 的应用；

第三节：定时器/计数器的编程和应用

知识要点：使用C51进行中断程序设计；

3、本章重点、难点

本章重点：定时器/计数器的4种工作方式；掌握方式1和方式2 的应用；使用C51进行中断程序设计；

本章难点：定时器/计数器的4种工作方式；掌握方式1和方式2 的应用；

4、本章学时数

本章教学时数：8学时，其中讲课6学时，实验2学时。

第九章  串行接口

1、教学要求

了解串行口的结构和工作原理；

掌握串行口控制寄存器SCON和电源控制寄存器PCON功能和控制字的作用；

掌握四种工作方式及方式1和、方式3的应用；

2、教学内容

第一节：串行口的结构

知识要点：串行口的结构和工作原理；串行口控制寄存器SCON和电源控制寄存器PCON功能和控制字的作用；

第二节：串行口的工作方式

知识要点：串行口的4种工作方式；理解工作原理；

第三节：串行口的编程和应用

知识要点：使用C51进行方式0、方式1编程；

3、本章重点、难点

本章重点：串行口中断寄存器SCON的各个位及各个位的功能；掌握方式1和方式3的应用；使用C51进行中断程序设计；

本章难点：理解和掌握串行口的4种工作方式；掌握方式1和方式3的编程应用；

4、本章学时数

本章教学时数：6学时，其中讲课4学时，实验2学时。

第十章 单片机的人机接口技术

1、教学要求

掌握独立键盘和行列键盘的工作原理；

掌握LED显示的方法和编程应用。

2、教学内容

第一节：键盘及接口

知识要点：独立式键盘和行列式键盘的编程方式；

第二节：LED显示器及其接口

知识要点：LED数码管的动态和静态显示。

3、本章重点、难点

本章重点：独立式和行列式键盘的设计方法；LED动态显示。

本章难点：独立式和行列式键盘的设计方法；LED动态显示。

4、本章学时数

本章教学时数：8学时，其中讲课4学时，实验4学时。

 

表2 知识单元、学时分配与教学目标对应表

知识单元		知识点		理论 学时	教学 目标
序号	描述	序号	描述
1	单片机概述	1	单片机的特点	2	1
		2	单片机的发展、应用领域
2	51系列单片机的硬件结构	1	51单片机的结构	6	1、2
		2	51的引脚功能
		3	51的中央处理器
		4	存贮器结构
		5	I/O端口
		6	复位电路和时钟电路
		7	在线编程ISP
3	单片机汇编语言初步	1	寻址方式	4	1
		2	指令系统
4	基于KEIL软件的设计入门	1	Keil软件的使用	2	1、2、3、4
		2	ISP 在线烧录
		3	实例程序结构解析
5	Proteus软件入门	1	Proteus 软件介绍	2	1、2、3、4
		2	Proteus 7 Professional 界面简介
		3	操作简介
		4	MCS-51 单片机的仿真实例
		5	Proteus7.7 与 Keil uVision4 联调
6	程序设计基础	1	C51简介	6	1、2、3、4
		2	基本程序设计方法
		3	C51程序设计基础及举例
		4	流水灯的设计（多种设计方法）
7	中断系统	1	中断的概念	4	1、2
		2	单片机的中断系统
		3	C51中断服务函数的应用
8	定时器/计数器	1	定时器/计数器的结构	6	1、2、3
		2	定时器/计数器的四种工作方式和应用
		3	定时器/计数器的编程和应用
9	串行接口	1	串行口的结构	4	1、2、3
		2	串行口的工作方式
		3	串行口的编程和应用
10	单片机的人机接口技术	1	键盘及接口	4	1、2、3
		2	LED显示器及其接口
	总计			40

 

三、课内实践环节教学安排及要求

表3  课内实践环节教学安排表

 

注：实验类型是指验证性、综合性、设计性，上机、课内实践等项目不需填写本项内容。

四、教学手段、方法建议

课程教学以课堂教学、实验教学、课外作业、综合讨论、网络课程等共同实施。主要采用启发式教学法、项目驱动法、案例教学法、模块化教学法、翻转课堂等。注重采用师生互动的方法，让学生参与课堂教学，及时发现在学生中普遍存在的问题，及时地加以解决。

 

本课程课堂教学流程如图1所示。

图1 单片微机原理及应用课堂教学流程

本课程安排5次课外作业：

1、51系列单片机的硬件结构

2、中断系统

3、定时器/计数器

4、串行接口

5、设计一个单片机系统

五、课程考核方式及要求

本课程考核内容为支撑毕业要求对应的课程目标，主要考查毕业要1.2、2.2、2.3、3.1、5.2所对应的课程目标的达成情况。

（一）考核内容

1、51系列单片机的硬件结构

2、Keil C软件的熟练使用

3、中断系统

4、定时器/计数器

5、串行接口

（二）考核方式

1．考核方式：考试（√）；考查（）

2．成绩评定：采用（N+2）的考核模式

计分制：百分制（√）；五级分制（）；两级分制（）

采用（N+2）考核模式：笔记考核（10%）过程考核（40）％；期末考核（50）％
其中过程考核构成：

第一次：基础考核；形式：笔试；成绩比例：10%

第二次：中断部分考核；形式：笔试；成绩比例：10%

第三次：实验考核；形式：实验；成绩比例：10%

第四次：上机考核；形式：上机调试；成绩比例：10%

六、课程教学目标达成情况评价分析

1. 定量评价

 

需要根据公式逐步计算出每项课程教学目标的达成度。

2. 定性分析

需要针对课程教学目标以及毕业要求分析以下内容：

（1）上次评价中存在的问题，这次改进的情况；

（2）该课程目前存在的问题，以及后续教学过程需要改进的措施。

七、建议教材及参考资料

建议教材：

1．《单片机原理及应用》，刘志君主编，清华大学出版社，2016年版

2．《单片机的C语言应用程序设计(第5版)》，马忠梅等编著，北京航天航空大学出版社，2013年版

参考资料：

1．《单片机C语言程序设计实训100例——基于8051+Proteus仿真（第2版）》，彭伟　编著，电子工业出版社，2012年版

2．《C51单片机应用与C语言程序设计（第3版）——基于机器人工程对象的项目实践》，秦志强 编著 ，电子工业出版社，2016年版

3．《单片机C语言项目开发快速入门》，樊爱龙、姚颖主编，皇冠体育·(中国)官方网站校内印刷

八、课程教学目标与毕业要求关系表

表4 课程教学目标与毕业要求的关系

毕业要求	指标点	单片微机原理及应用
1．工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础、专业基础和专业知识用于解决电气工程及相关领域的复杂工程问题。	1.1 能够运用数学、自然科学和工程基本知识对电气工程领域相关工程问题进行识别、准确表达、分析或求解。
	1.2掌握专业基础知识，并能将其用于电气工程领域相关工程问题的推演和分析，得出有意义的结果。	H
	1.3 掌握电气工程领域的专业知识，能够对电气工程领域复杂工程问题的数学模型或解决方案进行比较、综合、优选，并提出改进思路。
2．问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献查阅、研究分析电气工程领域的复杂工程问题，获得有效结论。	2.1能够运用数学、自然科学和工程科学的基本原理对电气工程领域复杂工程问题进行数学建模、求解或机理分析。
	2.2能够运用工程科学的基本原理，对电气工程领域的工程实际问题进行识别和准确表达，以满足电气运行维护、工程设计的需要。	M
	2.3能够运用电气工程专业知识对复杂工程问题进行分解、分析和钻研，并结合文献研究得出有效结论。
3．设计/开发解决方案：针对电气工程相关领域的复杂工程问题，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。	3.1能够综合运用所掌握的专业知识、技术手段和开发工具，设计满足特定需求的产品或系统。	H
	3.2掌握电气工程设计领域的专业知识、设计方法和工程设计工具，为满足特定需求和标准的电气工程设计项目提供解决方案。
	3.3在电气工程相关领域复杂工程问题设计过程中，体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。
4. 研究：能够基于科学原理并采用科学方法对电气工程领域的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。	4.1能够针对电气工程领域的工程实际问题进行初步的推理、建模与仿真分析。
	4.2能够运用科学方法设计实验方案、搭建实验平台、获取实验数据。
	4.3能够对实验结果进行合理分析、解释，通过信息综合得出合理有效的结论，完善解决方案，并反馈到工程设计和实践中。
5．使用现代工具：能够针对电气工程及相关领域的复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。	5.1具有计算机熟练应用和电气图纸绘制的技能。
	5.2熟悉C语言、MATLAB、STEP7、PROTEUS、KEIL等软件仿真和在线硬件仿真工具的运用，能对工程问题进行模拟和预测，并理解其局限性。	H
	5.3能够根据工程实际问题检索文献、查询资料、合理选择技术。	L
6．工程与社会：能够基于电气工程领域的背景知识进行合理分析，评价复杂工程问题的解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。	6.1了解电气工程技术的发展现状与趋势，具有工程实习和社会实践的经历。
	6.2 认识工程问题与社会伦理道德联系，树立正确的工程伦理道德观，具备高度的责任感从事工程活动。
	6.3能够评价电气工程领域工程实际问题的解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并能正确理解由于这些影响所应当承担的责任。
7．环境和可持续发展：针对电气工程及相关领域的复杂工程问题，能够分析和评价工程实践对环境、社会可持续发展的影响。	7.1理解电气产品及工程项目运行对环境和社会可持续发展可能产生的影响。
	7.2能够从经济效益、社会效益、利用效率、污染以及安全隐患多个方面贯彻环境保护和社会可持续发展的理念。
	7.3理解电气工程及相关领域的工程实践活动对环境和社会的双重性，判断其可能对人类和环境造成损害的隐患。
8．职业规范：具有人文社会科学素养，社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行职责。	8.1 具有人文知识、思辨能力和科学精神。
	8.2了解国情，理解社会主义核心价值观，维护国家利益，具有推动民族复兴和社会进步的责任感。
	8.3能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行职责。
9．个人和团队：具有团队精神，能够在多学科背景下的团队承担个体、团队成员以及负责人的角色。	9.1对企业运作的模式有认知能力。
	9.2 能够主动与其他学科的成员合作，胜任团队成员的角色与责任。
	9.3 具有技术团队的构建、运行、协调和负责的能力。
10.沟通：能够就电气工程及其相关领域的复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。	10.1 具备就电气工程及其相关领域的工程实际问题进行人际交往和口头表达的能力。
	10.2 具有撰写设计文稿、技术总结报告及项目申请报告的能力。
	10.3 具备一定的外文文献阅读、理解能力和外语交流和沟通能力。
11.项目管理：理解并掌握工程管理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。	11.1 了解电气工程领域工程管理与经济决策基本知识，理解并掌握相应的工程管理与经济决策方法。
	11.2 能够在多学科环境中应用工程管理与经济决策方法进行工程设计与实践。
	11.3 具有初步的项目实施过程中的运行和管理能力。
12．终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。	12.1有积极向上的价值观，具备自主学习和终身学习的意识。
	12.2掌握自主文献检索、资料查询及运用现代信息技术跟踪并获取相关信息的基本方法。
	12.3能够针对个人或职业发展的需求，采用合适的方法自主学习、自我完善、可持续发展。

九、大纲说明

需要特殊表述的大纲中未尽事宜，如课程改革、整合情况等。

 

执   笔   人：樊爱龙

参加研讨人员：姚颖、孙娜、张翠

审   核   人：关大陆

审   批   人：赵双元