单片机原理及接口技术
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课程评价
spContent=《单片机原理及接口技术》课程以工程应用为背景,结合CDIO工程教育理念,优化课程结构,搭建虚拟实践平台,采用学、做、练一体化和“产学研”相结合的课内+课外的实践教学模式,大力开展学生科技创新活动,将理论与工程实践相结合,以“项目驱动”为载体,加强学生的实践操作、工程实践和创新能力。
—— 课程团队
课程概述

0.引言

随着半导体技术的飞速发展,微处理器更新换代的速度越来越快, 以 386、486、586 为代表的微处理器,在很短的时间内就被淘汰出局,而传统的单片机如 68HC05、8051 等年龄已有15 岁,产量仍是上升的。

     到目前为止,单片机技术已发展得相当完善,它已成为计算机技术的一个独特而又重要的分支。并且广泛应用到电信、家用电器、工业控制、仪器仪表、汽车电子等智能化领域。研究表明:一个消费者一天接触到的物品中,就包括至少100个嵌入式单片机系统:从微波炉、吹风机、无绳电话、冰箱、洗衣机到汽车、微机、中央空调系统、智能门禁、安防系统等众多产品,都加入了嵌入式单片机来增强可靠性、改善能效、保证安全、提高产品灵活性。单片机市场每年销售量超过50亿片,其中8位单片机的年销售量达到约30亿片。市场前景是非常广阔的。       

1.课程的地位和作用

     《单片机原理及接口技术》是电子信息类、电气类等专业的一门重要的专业基础课,该课程是培养学生的工程应用能力和创新能力、提升学生就业水平的一门重要专业核心课。我校的电子信息工程、电气工程及其自动化、物理学开设了这门课程,该课程在学生科研项目训练、学科竞赛、专业课程设计、毕业设计等环节占据主要位置。

该课程以目前比较典型的89C51为核心,主要讲述单片机的硬件结构、指令系统、汇编语言设计、定时器/计数器、串行口、中断系统、A/D、D/A、以及单片机的接口电路设计。

     通过本课程的学习,让学生学会一种单片机(8051),掌握一类单片机开发应用技能,熟悉一批常见的工程案例。使学生了解单片机技术及其在工业控制、经济建设和日常生活中的应用。为学生后续课程奠定基础,同时也为学生在科研创新方面搭建一个研发平台。为将来从事电子电器新产品设计开发,以及电子产品的检测和维护等工作奠定坚实的基础。

2.课程建设基本思路及主要措施

课程建设的基本指导思想:以培养学生的工程应用能力和创新能力、提升学生就业水平为导向,以培养学生的设计能力、研究能力、实践能力和创新能力为目标,构建理论和实践课程体系,确保课程内容的系统性和完整性的统一。

(1)项目驱动,突出应用。课程以实际工程应用为背景,结合章节内容,采用项目化的案例教学模式,通过大量具有实际工程背景的教学案例,注重学生创新理念和创新意识的培养。

(2)虚实结合,强化实践。课程采用学、做、练一体化的教学手段,结合Proteus仿真软件和实验平台,紧密结合实验课、课程设计、课外科技活动、学科竞赛等实践活动,推动实践平台建设,使学生达到既懂原理,又懂设计和制作、应用,达到培养学生实践技能的目的。

(3)产学互动,推动课改。课程采用“产学研”相结合的课内+课外的实践教学模式。把课程改革、科研训练和课程设计融为一体,着重学生“研究能力、创新能力和工程实践能力”的培养。

(4)大赛牵引,促进创新。以课程为载体,大力开展学生科技创新活动。通过组织学生参加全国大学生电子设计竞赛、大学生“挑战杯”科技比赛、“蓝桥杯”全国软件和信息技术专业人才大赛,促进学生的应用创新能力的培养。


授课目标
通过本课程的学生,能够让学生掌握用Keil、Proteus等软件进行基于51单片机开发平台上的单片机开发,使学生学会一种单片机(8051),掌握一类单片机开发应用技能,熟悉一批常见的工程案例,培养学习者综合运用单片机知识解决实际工程问题的能力。
课程大纲

理论授课部分:

第一部分 单片机简介

 1.1 什么是单片机

      1.2  单片机的发展过程

      1.3  单片机的应用领域

      1.4  单片机应用系统开发

第二部分:80C51的结构和原理

  2.1 80C51的基本结构

  2.2 80C51单片机的CPU

  2.3 80C51单片机的小系统

  2.4 80C51单片机的存储器组织

      2.5  80C51单片机的并口

第三部分: 80C51的指令系统与汇编语言程序设计

3.1 单片机可执行程序生成示例

3.2 MCS-51系列的指令系统指令格式

3.3 MCS-51系列的指令系统寻址方式

3.4 MCS-51系列的指令系统功能分类

第四部分:80C51的汇编语言程序设计

 4.0 汇编语言程序设计概述

 4.1  最简单的彩灯管理

4.2  数码管管理_查表指令的使用

4.3  单键查询_位转移指令 

4.4  延时子程序_有条件转移指令

4.5  累加和_算术运算指令 

4.6  流水灯_移位指令

4.7  多键查询_散转指令

第五部分:80C51单片机的中断系统

  5.1 80C51单片机的中断系统

  5.2 80C51单片机的中断举例

第六部分:80C51单片机的定时/计数器

6.1  80C51单片机的定时/计数器结构及工作原理

6.2  80C51单片机的定时/计数器控制模式

6.3  80C51单片机的定时/计数器举例

第七部分:80C51单片机的串行口

  7.1 串行通信的基本概念

  7.2 80C51单片机的串行口结构及工作原理

  7.3  80C51单片机的串行口工作方式

  7.4  80C51单片机的串行口应用  

第八部分:80C51单片机的系统扩展

 8.1 存储器的扩展

8.2  单片机扩展TTL芯片的输入/输出

第九部分:80C51的串行总线扩展

   9.1 I2C总线接口及其扩展

   9.2 SPI总线接口及其扩展

   9.3 串行日历时钟芯片DS1302及其接口

第十部分:A/D、D/A转换及接口技术

  10.1 DAC0832芯片及接口技术

  10.2 ADC0809芯片及接口技术

10.3 串行A/D转换器TLC2543芯片及其接口技术

第十一部分:人机接口

11.1 行列式键盘接口及工作原理

11.2 LED显示器接口及显示程序

11.3  LCD接口及其扩展

 第十二部分:80C51应用系统设计

12.1 单片机应用系统设计步骤

12.2 数字钟系统设计

12.3 数据采集系统设计

12.4 基于51单片机的波形发生器设计

12.5 基于51单片机的电机控制系统

  

实验授课部分:

实验1.  单片机开发环境及开发过程的认识

实验2.  P1口输入、输出实验

实验3.  外部中断实验

实验4.  定时器/计数器实验

实验5  LED静态显示实验

实验6.  动态显示时钟实验


预备知识

先修课程:计算机基础、数字电子技术、模拟电子技术

特别提醒:

由该课程团队开设的《电子系统软件设计》将在本课程之后开课,建议有意愿参加学科竞赛、继续深造或从事单片机设计研发工作的同学, 后续选修《电子系统软件设计》的课程内容。


证书要求

本课程的学习环节包含:观看讲课视频、完成课后作业、完成单元测验题、参与课程讨论、参加期末考试。

总成绩由三部分构成:

(1)课后作业和单元测验,占课程成绩的40%。

(2)参与课程讨论占课程成绩的10%。

(4)课程结束后,学生参加课程的最后考试,成绩占50%。

 完成课程学习,考核成绩:

(1)60≤成绩<85者将获得合格证书

(2)成绩≥85者将获得优秀证书


参考资料

教材:

[李全利].[单片机原理及接口技术(第二版)].[北京]:[高等教育出版社].[2009]

主要参考书:

1.[李朝青].[单片机原理及接口技术(第三版)].[北京]:[北京航空航天大学出版社].[2005]

2.[张毅刚].[单片机原理及接口技术].[北京]:[人民邮电出版社].[2008]

3.[赵嘉蔚].[单片机原理及接口技术].[北京]:[清华大学出版社].[2010]

参考网站:

1.宏晶科技(http://stcmcu.com/)

2.周立功单片机(www.zlgmcu.com

3.中源单片机(www.zymcu.com

4.嵌入开发网(www.embed.com.cn

5.51单片机(www.mcu51.com

6.单片机学习网(www.mcustudy.com

7.单片机爱好者(www.mcufan.con)

8. 单片机精品课程网站:

http://jpkc.aynu.edu.cn/wlx/dpjyljjkjs/index.asp

参考公众号:



常见问题

Q:学习过程中可能出现的问题有哪些?

A:注重理论学习,忽视编程实践;开始时不够重视,功夫下不到,到后期理解困难;太注重汇编语法规则,忽视编程应用和方法的训练;平时容易忽视基本概念、基本原理,忽视基本功的训练,要牢记:原理通一通百通。

Q:学好单片机的关键是什么?

A:编程和实践是学好单片机的关键,多看书,多练习,提高动手实践解决问题能力。

Q:整个学习过程怎么安排?

A:整个学习过程分为四个阶段。第一阶段:重点掌握单片机的存储器组织、P0~P3端口结构及工作原理 ,初步了解单片机的特殊功能寄存器;第二阶段:重点掌握单片机的指令和寻址方式,了解汇编语言编程方法;第三阶段:模仿起步,从流水灯编程做起,加上必要的记忆,逐步养成良好的编程习惯及Keil编程调试的方法,到熟练掌握程序调试方法;第四阶段:结合实际工程重点掌握定时器、中断、通信、端口扩展编程实现,学会分析问题,开始进行系统设计。

Q:本课程需要哪些编程和仿真工具?

A:需要Proteus仿真软件及Keil开发环境。有条件的同学可以配一块开发板。