《微机原理及其应用》课程教学大纲（本科）.docx

微机原理及其应用课程教学大纲课程英文名Principle and Practical Application of Microcomputer课程代 码01M0132学分3.5总学时56理论学时40实验/实践学时16课程类别学科基础课课程性质限选先修课程C语言程序设计、电 子技术等适用专业自动化开课学院机电工程学院执笔人审定人制定时间2020年11月一、课程地位与课程目标(-)课程地位微机原理及应用是电气信息类专业的重要学科基础课程，教学目的是培养学生掌握 微机系统的原理，并运用单片机接口技术进行系统设计。通过课程学习，使学生理解单片微 型计算机的结构组成与工作原理，掌握单片机指令系统，掌握汇编语言程序设计方法，熟练 掌握单片机的C语言程序设计与调试方法，熟练掌握单片机的中断系统，熟练使用单片机 接口技术实现通讯、检测、人机交互等应用，掌握单片机应用系统的设计方法。为今后深入 学习MSP430原理与应用、电子系统设计、运动控制装置课程设计、检测技术与计量校准课 程设计等课程奠定基础。学生通过本课程的学习，可针对工程需求，应用单片机技术进行系 统设计，具备初步单片机系统设计能力。(二)课程目标1 .理解微型计算机的基本概念与术语，熟悉单片机系统的典型构成，具有面向基于单 片机的实际测控系统复杂工程问题的理解能力；介绍单片机产业发展历史与现状，通过国产 单片机的发展激励学生爱国热情及培养其使命感。2 .掌握单片机系统结构组成与工作原理，具备应用数学、自然科学、工程基础和专业 知识将工程问题转为单片机系统设计需求的能力；3 .熟练掌握单片机指令系统和编程方法，具备应用单片机技术将理论模型转化为实际 控制系统的能力；4 .熟练掌握单片机中断系统、外设和接口技术，具有运用单片机系统扩展设计实现检 测、控制及数据分析与处理的能力。二、课程目标达成的途径与方法微机原理及应用课程教学以课堂教学和实验教学为主，结合自主学习，引导学生根 据工程问题提炼设计需求，依据单片机设计原理设计单片机硬件系统，运用单片机程序设计 方法，实现检测、处理、通讯、人机交互等应用。培养学生理解检测和控制的基本理论在控 制科学与工程领域的基本运用，以及运用单片机技术设计系统，进行检测、控制及数据分析 与处理的能力。（1）课堂教学主要讲述微机系统的基本概念、基本原理、基本功能和设计方法。在理 论教学中突出重难点的讲解，并结合实际案例加深学生的理解。教学中通过作业与任务布置, 充分调动学生的自学能力，培养学生的自主学习意识。在课堂教学中，充分引入互动环节, 提高教学效果。（2）在实验教学环节，根据理论教学内容设计实验项目，将实践教学贯穿于课堂教学 和自主学习环节，训练实验技能，培养理论知识的应用能力、实验数据分析和处理能力和团 队协助能力。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系注：1 .支撑强度分别填写H、M或L （其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）；课程目标毕业要求（支撑程度H、M、L）毕业要求2-2毕业要求3-1毕业要求5-3课程目标1M课程目标2H课程目标3H课程目标4H2 .毕业要求须根据课程所在专业培养方案进行描述。四、课程主要内容与基本要求第一部分微型机的基本知识了解微型计算机的发展和分类；了解单片微型计算机的发展和趋势；理解微处理器、微型机和单片机的概念和术语；理解微型计算机模型的组成理解微机系统的组成和衡量计算机性能的主要技术指标；理解单片微型计算机的内部结构、应用系统、典型产品和应用第二部分51单片机的硬件结构了解51单片机的主要功能特点理解51单片机的内部结构和时序掌握51单片机的引脚功能，能够根据接口电路的需求正确选择单片机的引脚和模式；掌 握51单片机的程序存储器、数据存储器、特殊功能存储器的配置、寻址方式和功能；掌握51 单片机的低功耗运行方式，能够根据应用的功耗需求选择运行方式；掌握51单片机的程序存 储器的写入和擦除第三部分51单片机的指令系统理解51单片机指令系统的基本概念、术语和特点 掌握汇编语言的伪指令、寻址方式和指令系统第四部分汇编语言程序设计理解汇编语言的特点掌握汇编语言程序的设计步骤；具有编写顺序程序、分支程序、循环程序和子程序等基 本结构程序的能力；掌握常用的汇编语言应用程序的设计、调试和分析方法，能够熟练应用 Keil uVision集成开发环境设计与调试汇编语言程序。第五部分单片机C语言程序设计理解C语言与汇编语言的优缺点掌握C51在数据类型、变量存储类型、存储器模式、SFR、指针、绝对地址访问和函数 使用上对标准C语言的限制与扩展；掌握常用的C语言应用程序的设计、调试和分析方法， 能够熟练应用Keil uVision集成开发环境设计与调试C语言程序第六部分51单片机的中断系统理解中断系统的优点掌握中断系统的屏蔽与开放、响应与返回、优先级、嵌套，能够根据系统设计需求正确 分析外设的中断需求；掌握常用的中断请求源、中断控制方法，能够对中断的响应过程进行 分析；掌握外部中断的响应时序、触发方式，能够设计外部中断的应用程序第七部分51单片机的定时/计数器理解51单片机定时/计数器的结构和工作原理掌握51单片机定时/计数器的寄存器和工作方式，能够根据系统设计需求正确选择定时/ 计数器工作方式、配置寄存器及设计程序第八部分51单片机的串行口理解串行通信的两种基本方式；理解51串行口的结构掌握51单片机的串行工作方式和波特率设计，能够根据系统设计需求正确选择串行口 工作方式、配置寄存器及设计程序第九部分D/A和A/D转换器理解D/A转换器的基本原理和性能参数掌握51单片机与典型DA转换器的接口技术理解A/D转换器的基本原理和性能参数掌握51单片机与典型A/D转换器的接口技术；掌握测控系统中的模拟量输入通道技术； 掌握A/D转换中数字滤波程序的设计方法第十部分单片机应用系统研制方法掌握单片机应用系统的总体设计、硬件设计、软件设计的一般方法以及可靠性和保密性 原则；掌握单片机开发系统的仿真、调试和辅助设计功能的应用方法；掌握常用的硬件调试 和软件调试方法；能够运用单片机技术进行测控系统的设计，实现检测、控制及数据分析与处理。五、课程学时安排章节号教学内容教学 时数学生任务对应课程 目标第1章1 .微型机的基本知识1.1 微型计算机的发展和分类1.2 微处理器、微型机和单片机的 基本概念1.3 微型机模型的组成1.4 单片微型计算机4L完成微型机基本知识相关 作业。课程目标1第2章2. 51单片机的硬件结构2.1 51单片机的主要功能特点2.2 51单片机内部结构分析2.3 51单片机的引脚功能2.4 51单片机的存储器结构2.5 51单片机的CPU时序41 .完成51单片机硬件结构相 关作业；2 .课后自学单片机低功耗运 行方式和程序写入、擦除等内 容。课程目标1课程目标2第3章3. 51单片机的指令系统3.1 指令系统基本概念、术语和特点3.2 51指令的寻址方式3.3 51指令系统61 .完成51单片机指令系统作 业；2 .课后根据补充材料完成 Keil uVision集成开发环境的 安装和配置。课程目标2课程目标3课程目标4第4章4.汇编语言程序设计4.1 汇编语言程序设计概述4.2 简单程序4.3 分支程序4.4 循环程序4.5 查表程序4.6 子程序的设计及调用4.7 程序设计举例81 .完成汇编语言程序设计作 业；2 .课后根据补充材料自学 Keil uVision中汇编语言工程 的建立和配置；3 .选做实验“算数逻辑运算程 序”、“多分支程序”、“查 表与子程序调用”之一。课程目标2课程目标3课程目标4第5章5.单片机C语言程序设计5.1 C语言与汇编语言的编程特点5.2 C语言简介5.3 C51对标准C的扩展5.4 C51典型程序设计举例61 .课后根据补充材料自学 Keil uVision中C语言工程的 建立和配置；2 .完成“流水灯”实验。课程目标2课程目标3课程目标4第6章6. 51单片机的中断系统6.1 中断的一般功能6.2 中断请求源6.3 中断控制6.4 中断响应过程6.5 外部中断的响应时序与触发81 .完成51单片机中断系统作业；2 .完成“外部中断”实验；3 .完成“矩阵键盘”实验。课程目标2课程目标3课程目标4方式第7章7. 51单片机的定时/计数器7.1 定时/计数器的基本结构与工作原理7.2 定时/计数器的寄存器7.3 定时/计数器的工作方式7.4 定时/计数器的初始化7.5 定时/计数器应用举例41.完成51单片机定时/计数 器作业；2.完成“定时/计数器”实验。课程目标2课程目标3课程目标4第8章8. 51单片机的串行口8.1 串行通讯的基本方式8.2 51单片机串行口结构8.3 串行口工作方式8.4 波特率的设计8.5 串行应用举例41 ,完成51单片机串行作 业；2.完成“串口通信”实验。课程目标2 课程目标3课程目标4第9章9. D/A转换器与AD转换器9.1 D/A转换器的基本原理与性 能参数9.2 典型D/A转换器接口技术9.3 典型D/A转换器接口应用举 例9.4 A/D转换器的基本原理与性 能参数9.5 典型D/A转换器接口技术9.6 测控系统中的模拟输入通道 设计9.7 数字滤波程序设计9.8 典型A/D转换器应用举例81 .完成D/A转换器与AD转换 器作业；2 .完成“A/D转换器”实验。课程目标2课程目标3课程目标4第10章10.单片机应用系统研制方法10.1 单片机应用系统设计10.2 单片机开发系统10.3 单片机应用系统调试41.选做实验“DA转换器”、 “数码管显示"、“PWM控制”之一。课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4六、实践环节及基本要求序号实验项目学时基本要求学生任务实验 性质实验 类别1算数逻辑运算 程序2掌握算数运算类和逻辑 运算类汇编指令的使用 方法用汇编语言设计、调试 运算程序并完成实验 报告。验证选作2多分支程序2掌握控制转移类汇编指 令的使用方法；掌握汇 编语言程序结构设计方 法用汇编语言设计、调试 多分支程序并完成实 验报告。验证选做备注：（1）课程作品设计不占用课内教学学时。3查表与子程序 调用2掌握利用汇编语言实现 查表与子程序调用的方 法用汇编语言设计、调试 查表子程序程序并完 成实验报告。验证选做4流水灯2掌握单片机10 口的使 用用汇编或C语言设计、 调试流水灯程序并完 成实验报告。验证必做5定时/计数器2熟练掌握单片机内部定 时/计数器的使用方法用汇编或C语言设计、 调试定时/计数器程序 并完成实验报告。验证必做6串口通信2熟练掌握单片机内部 UART通讯接口的使用 方法用汇编或C语言设计、 调试UART通讯接口 程序并完成实验报告。验证必做7外部中断2理解单片机的中断机 制；熟练掌握单片机外 部中断的使用方法用汇编或C语言设计、 调试独立按键程序并 完成实验报告。验证必做8AD转换器2熟练掌握单片机内部 AD使用方法;熟练掌握 单片机使用外部AD转 换器时的接口方法用汇编或C语言设计、 调试AD转换器采集 电压程序并完成实验 报告。验证必做9矩阵键盘2熟练掌握矩阵键盘的实 现方法用汇编或C语言设计、 调试矩阵键盘程序并 完成实验报告。验证必做10DA转换器2熟练掌握单片机使用外 部DA转换器时的接口 方法用汇编或C语言设计、 调试DA转换器程序 并完成实验报告。验证选做11数码管显示2熟练掌握单片机使用数 码管时的接口方法用汇编或C语言设计、 调试数码管动态显示 程序并完成实验报告。验证选做12PWM控制2掌握PWM信号原理和 编程方法用汇编或C语言设计、 调试PWM输出程序 并完成实验报告。验证选做13课程作品设计0综合考察分析、设计、 调试等方面的能力分组选题设计完成作 品，要求包括信息输 入、数据处理、计算、 结果输出等。设计必做七、考核方法及成绩评定（一）考核方式与评价考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核作业、考勤学生课程平时成绩考核细则10%实验实验报告15%课程作品作品实物、报告和答辩25%期末考核闭卷以试卷参考答案和评分标准为依据50%考核类别考试成绩登记方式百分制（二）课程目标考核环节和达成标准课程 目标教学 环节考核环节合格 标准课程目标1讲授平时成绩（考勤、作业）A0.6实验成绩B课程作品C期末考试成绩D1ARr）i目标达成度=0.1x + 0.15X + 0.25x + 0.5x A。CoDl0课程目 标2讲授、讨论实验成绩B0.6课程作品C期末考试成绩D2（RCr）2、目标达成度=0.15x + 0.25x + 0.5x/0.9、B°CoD2q J课程目 标3讲授、讨论平时成绩（考勤、作业）A0.6实验成绩B课程作品C期末考试成绩D3目标达成度=0.1xA + 0.15x + 0.25x + 0.5x-A。D3。课程目 标4讲授、讨论平时成绩（考勤、作'也）A0.6平时成绩（实验）B课程作品C期末考试成绩D4ARD4目标达成度=0.1x + 0.15 X + 0.25 x + 0.5x A（）B（）CoD4（）八、推荐教材与主要参考书（1）推荐教材万福君等编著，MCS-51单片机原理、系统设计与应用，清华大学出版社，2008 年。陈桂友等编著，单片微型计算机原理及接口技术，高等教育出版社，2012年。自编教材，STC51单片机实验指导书，2020年（2）推荐参考书郭天祥著新概念51单片机C语言教程，电子工业出版社，2009年朱兆优，姚永平等著，单片微机原理及接口技术，机械工业出版社，2015年