《单片机与嵌入式系统》 课程教学大纲.docx

单片机与嵌入式系统课程教学大纲课程名称：单片机与嵌入式系统课程编号：2noi810、21401810、21201810课程性质：通信工程系学科基础平台课程（必修）适用专业：电子信息科学与技术专业、通信工程专业总学时数：72课时4学时/周（理论2学+实验2学时）学 分：3华东师范大学2009年8月单片机与嵌入式系统课程教学大纲一、课程地位、性质和任务本课程是通信工程系“电子信息科学与技术专业（本科）”、“通信工 程专业（本科）”的学科基础平台课程之一，是培养电子技术、电子工程、 自动化、测控技术、电子信息工程技术与通信工程技术人才的重要专业基 础课。本课程以AVR系列单片机中的ATmega16为蓝本，介绍单片机的原理、 程序设计、最小系统、中断定时技术、串行数据通信、I/O接口技术、D/A、 A/D转换，以及由单片机作为核心控制部件构成的嵌入式应用设计和实现。 通过本课程的学习，将使学生在课堂理论课学习的基础上，进一步加深对 基础理论知识的理解，学习、掌握单片机的软件编程技术、硬件扩展技术、 以及小型嵌入式应用系统设计技术等相关的技能，锻炼和提高动手能力。 为今后在相关领域中从事与单片机嵌入式系统和产品有关的设计、开发、 应用等工作打下良好的基础。本课程的建设和开设，宗旨在使学生能全面掌握和综合应用模拟电子 技术和数字技术等基础的知识，能运用最新技术，了解新型MCU芯片的原 理、性能和应用，以及设计和开发电子系统的技术。全面提高学生的硬件 设计、软件编写、系统开发的综合能力，以适应和满足二十一世纪我国社 会主义建设和发展对电子技术学科高级人才的需要。二、课程教学的特点与建议本课程的教学理念为：理论与实践紧密结合、重在学生的创新、综合 应用、动手能力等综合素质的培养。因此课程的内容应该在“模拟电子线 路”、“数字逻辑电路”、“微机原理”等基础课程上，从提高学生的综合应 用实践和实际的系统设计开发能力，掌握现代单片机嵌入式系统开发应用 技术为出发点，将模拟、数字、微处理器等单科基础知识同计算机辅助设 计技术、计算机软件模拟仿真技术进行有机的综合和提高，着重介绍现代 电子系统设计和开发技术的发展和应用，各类新型IC芯片的特点、功能。 并在以上基础上进行综合应用和设计练习实践，完成智能化电子系统的设 计、调试和实现。与通常课程的教学方法相比较，本课程更加强调实际应用技能的培 养，故需要采取讲授理论与动手实验紧密结合的教学方法。根据教学课时 的分配，将理论教学过程和学生实践过程紧密结合。建议主要教学过程应安排在配备电化教学设备和相应实验设备的实 验室中完成。教学采用边讲解，边动手，理论与实践紧密结合，不分割的 教学形式。课程的主要教学特点为：1 .课程涉及的内容、技术和应用紧跟最新的技术发展；.采用新的教学方法和手段，减少了理论写黑板的时间；基本采用 电子化的教学；2 .特别强调理论与实践结合，注重学生的动手实践和独立解决问题 的能力培养，边讲授、边实践；.大量增加课外电子文献，特别是英文资料的阅读和学习，全方位 的培养学生的能力。3 .注重电子系统的设计思想、方法与实践和实现；.由于实验设备方便携带，学生可以将实验设备带出实验室，在课 外完成设计实验以及课程设计过程。课堂主要帮助学生调试和解 决问题。三、先修课程与要求学习单片机与嵌入式系统课程的先期课程为数字逻辑和中大规 模集成电路应用、微机原理和应用、模拟电子线路和程序设计 以及相关课程的实验。单片机与嵌入式系统课程的教学应安排在学生学习完数字逻辑 和中大规模集成电路应用、微机原理及应用以及相应实验课程之后， 以安排在四年制本科教学的第6、7学期为宜。四、课程教学的基本要求.以AVR单片机微控制器为基础，了解和掌握8位微控制器的基本 体系、架构等基本概念1 . 了解AVR指令系统（汇编），做到能读懂含义.掌握AVR单片机至少一种开发环境与平台的使用，熟练掌握C语 言开发2 .掌握AVR单片机内部各个基本模块的功能和简单应用3 .学习掌握基本的硬件设计技术和系统软件的设计思想和方法4 .初步了解单片机应用系统的组成和设计方法五、课程总体安排及学时分配课程总体安排分成：课堂理论教学，实验教学和课程设计3个部分。 课程总学时：72学时（4学时/周，18周）。其中理论教学：36学时；实 验课教学：20学时；课程综合设计：16学时（4周）。本课程是面向电子系学生的专业平台课程，是基于学生在学习和掌握 了数字逻辑电路、模拟电子线路、C语言及程序设计、计算机原 理与应用等专业基础课程之后开设的综合实践性课程。其目的是培养和 锻炼学生利用所学基本知识、原理和技术，利用8位单片机AVR平台，面 向实际应用系统，进行系统的综合设计与实现，进而达到提高电子系学生 硬件设计、软件编写、系统开发的综合能力。课程在介绍AVR应用的基础上，结合实际系统实例，进行全面的分析 和讲解。同时强调学生动手实践能力的锻炼和培养，提供必要的硬件环境, 指导学生自己进行并完成一个实际应用系统的设计和实现。实践过程占课 程1/2时间。建议教学时间的安排为：教学周的14周为教师讲解、实例分析和 基本系统实验设计指导和学生实验阶段。从教学周第15周开始，学生进 入四周的课程设计与实现阶段。在课堂教学的讲义中已经提供了若干小的 系统设计题目，学生可以自己选择题目，进入自主的设计和动手阶段的过 程。教师在后阶段的教学中，将对学生进行具体的指导、全面的帮助分析 设计方案，帮助系统调试等。必要时可以提供更具体的系统设计方案、硬 件及软件等。学生实践过程需要课外的时间，但每周的课堂教学时间学生 必须参加，教师将进行进度检查、对于发现的问题以及对于学生碰到的问 题进行讨论，并给于必要的指导，提供更进一步的资料和帮助。六、课程内容及课时分配序号早节课 时对应 实验L1一、单片机嵌入式 系统概述1.1 嵌入式系统简介1.2 单片嵌入式系统结构与应用1.3 AVR单片机系列简介2L2二、AVR单片机的基 本结构2.1单片机的基本组成2. 2 ATmegal6单片机的组成2.3 ATmegal6内部结构2.4存储器结构和地址空间2. 5通用寄存器组与I/O寄存器2.6 ATmegal6单片机的工作方式3L3三、AVR单片机指令 与汇编系统3. 1 ATmegal6指令综述3. 2算术和逻辑指令3. 3跳转指令3. 4数据传送指令3. 5位操作和位测试指令3.6 MCU控制指令3. 7 AVR汇编语言系统3L4四、单片机系统设 计与开发工具4.1 单片嵌入式系统应用设计4.2 单片嵌入式系统的开发工具与环境4.3 简易ISP下载电缆4.4 4 AVR开发环境建立2实验 (-)L5五、综合实践（一）5.1秒节拍显木器系统的设计5. 2 AVR Studio 的使用5.3 CVAVR + AVR Studio5.4 AVR熔丝位的设置和执行代码的 下载5. 5* 一个比较复杂的AVR汇编语言实 例4实验（一）L6六、通用数字I/O 特性与使用（输出）6. 1通用数字I/O 的基本结构与特 性6. 2通用数字I/O 口的输出应用6.3 LED数码显示器的应用6. 4 LCD液日日业7K器的应用4实验（二）L7七、中断系统与基 本应用7. 1中断的基本概念7.2 ATmegal6的中断系统7.3中断服务程序的编写7. 4 Atmegal6的外部中断7.5外部中断应用实例4实验（二）L8八、8位定时计数器 结构与应用8. 1 8位定时计数器T/C0的结构8. 2 8位定时计数器T/C0的基本应用8. 3 PWM脉宽调制波的产生和应用8. 4* 16位定时计数器使用4实验（三）L9九、键盘输入接口 的状态机设计编程1.1 1通用数字I/O输入接口1.2 状态机分析与设计基础1.3 简单按键输入接口设计1.4 矩阵键盘输入接口设计4实验（四）LIO十、模拟比较器和 ADC接口的应用和 设计10. 1模拟比较器10.2模/数转换器ADC3实验（四）LilH1、综合实践（二）11.1 频率测量和简单频率计的设计 与实现11.2 带校时和音乐报时功能的实时 口寸钟的设计与实现3实验（五）*L12十二、串行通信12. 1串行通信基本知识12.2利用通用数字I/O 实现简单 的串行通信*说明：*L13十三、异步通信与USART接口基础13. 1异步传输的基本概念13. 2 AVR 的 USART 结构13.3 USART的基本同步应用设计13.4 USART异步通信的简单实现*实验（六）*L14十四、USART实用设计基础14.1异步通信接口应用设计要点14. 2异步通信完整示例14.夕多机通信的实现*实验（六）*L15十五、串行SPI接 口应用15. 1 SPI串行总线介绍15. 2 AVR的SPI接口原理与使用15.3 SPI接口应用实例*课程 设计*L16十六、串行TWIQ2C）接口应用16. 1 12c串行总线介绍16.2 AVR 的 TWI（I2C）接口 与使用16.3 TWI接口应用实例16. 4专用键盘LED驱动ZLG7290的应 用*课程 设计*L17课程设计*课程 设计课时合计36/20/161 .课程内容LI-LU为必讲内容，配合的必做的实验为实验一到实验五。2 . L11后期的课程内容可以根据学生的实际情况，在课程设计阶段进行 适当的补充。3 .本课程修读同学每2人一组都有AVR-51多功能实验系统一套（有条件 应每1人配备一套多功能实验系统一套），发给学生自己管理携带。因此 在整个学期内，学生可在实验室（课内）、寝室（课外）任何时间使用。七、教材、教学参考书教材：AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践（普通高等教育“十一五” 国家级规划教材），马潮，北京航空航天大学出版社。参考书：1 .嵌入式C编程与AtmelAVR，周俊杰等译，清华大学出版社2 .AVR单片机实用程序设计，张克彦，北京航空航天大学出版社六、考核办法本课程的考核方式将将更多的根据学生实际动手能力的水平作为评 定的主要依据。总成绩包括以下三个方面：1 .平时成绩：30%o依据：出勤情况、课后布置思考与练习的回 答情况、（3）平时实验成绩。2 .闭卷理论考试：50%o3 .基本实践操作技能考核或课程综合设计大实验（20%）。注：一般的学生参加基本实践操作技能考核。能力比较强的学生，在 教师的同意下可以用课程综合设计大实验代替。