单片机原理与应用
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课程评价
spContent=单片机在工业控制、智能仪器仪表、家电等电子设备中得到广泛应用,并迅速发展。了解并掌握单片机技术已经是理工科各专业学生的必备技能。本课程以AT89S51单片机为例,以项目为主线,以自主设计的综合实验板为载体,系统介绍51系列单片机的原理和应用,是学生掌握单片机技术的基础课程。
—— 课程团队
课程概述

本课程为电气信息类专业的专业基础课,可为各类理工科院校、职业技术学院涉电专业的学生学习使用,也可供从事单片机开发的工程技术人员参考。

本课程的定位为:(1)将微机原理与应用单片机原理与应用课程合并,从微型计算机的基本知识和概念、基本原理和基本分析方法入手,引入目前使用最广泛的51系列单片机,选取AT89S51型号单片机作为典型对象展开教学。以项目为主线、以自主设计的综合实验板为载体,通过学习使学生掌握单片机的基础知识、基本概念,且能触类旁通,为了解掌握其他各种类型的单片机及其应用技术打下良好的基础。(2)通过本门课程学习,使学生熟悉单片机的组成和工作原理;具备一般单片机系统的设计开发、分析和应用能力,为进一步学习DSP、嵌入式微处理器等奠定坚实的理论与技术基础,也为职场求职或进一步攻读硕士学位做好理论与技能准备。

授课目标
课程的教学目标 (1)使学生掌握51系列单片机系统基本组成、工作原理、程序设计的基本方法以及单片机的接口技术; (2)使学生掌握单片机应用系统设计和开发的基本方法,培养学生利用单片机进行电子系统的设计和开发能力; (3)锻炼学生的动手能力,启迪学生的创新意识,促使学生全面素质的提高。
课程大纲

(一)如何学习单片机

1.基本内容:从一般微型计算机概念入手,首先介绍其组成、各部分的作用与工作原理,微型计算机的技术发展趋势;其次介绍单片机的产生、特点、应用与发展趋势;最后介绍了学习单片机需要做的准备工作。

2.基本要求:了解计算机的发展概况、一般组成及各部分的功能。了解嵌入式系统的发展历史、分类、内部结构、应用环境和应用系统构成;熟悉嵌入式系统的知名厂家及典型产品,了解学习单片机需要做的准备工作。

3.重 点:计算机的基本结构;学习单片机需要做的准备工作。

(二)51系列单片机的结构及原理

1.基本内容:以AT89S51为例,以设计AT89S51单片机最小系统为目标,介绍51系列单片机结构及原理的基本知识。从单片机的组成结构入手,首先介绍51系列单片机的结构原理,包括基本组成、内部结构和引脚与功能;其次介绍51系列单片机的存储器组织、并行I/O接口与操作方法;然后介绍51系列单片机的时钟电路、时序、复位电路、低功耗工作方式和看门狗定时器。

2.基本要求:掌握单片机的总体结构与片上资源;掌握单片机的时钟与时钟电路、复位与复位电路;掌握单片机的程序存贮器、数据存贮器组织,特别是特殊功能寄存器、位存贮区;掌握并行I/O接口与操作方法;了解低功耗工作方式和看门狗定时器。

3.重 点:89S51的内部结构、存储器组织、并行输入/输出端口结构及功能。

(三)搭建51系列单片机的开发环境

1.基本内容:在上一章的基础上,以设计AT89S51单片机最小系统为目标,介绍51系列单片机电源电路、时钟电路、复位电路、I/O引脚和控制引脚的处理等问题,以完成最小系统的设计;之后介绍Keil软件的安装与使用,为后续内容的学习奠定基础

2.基本要求:掌握AT89S51单片机最小系统各部分电路的设计与处理方法;掌握Keil软件的安装与使用方法

3.重 点:AT89S51单片机最小系统的设计原理、Keil软件的安装与使用方法

(四)闪烁的LED灯

1.基本内容:本章以编程实现点亮发光二极管为目标,介绍51系列单片机的指令和指令系统,介绍C51程序设计方法,并对并行I/O接口的结构与操作方法进行复习。内容包括指令系统概述、指令分类、指令格式、寻址方式及与本项目相关的汇编指令;C51的结构与特点,C51的扩展数据类型、存贮器类型和存贮模式,C51的绝对地址访问,C51的中断函数,C51的预处理命令;最后基于指令系统对汇编语言程序设计方法作详细的介绍,并举例实现点亮发光二极管。

2.基本要求:了解51系列单片机的指令分类、指令格式;掌握其寻址方式、伪指令;掌握与本项目有关的基本汇编语言指令;了解C51的结构与特点,掌握C51的扩展数据类型,存贮器类型和存贮模式,C51的绝对地址访问,C51的中断函数,C51的预处理命令。掌握程序的一般设计方法(包括循环程序、分支程序、查表程序等子程序)。能设计一般的程序。

3.重 点:与本项目有关的基本汇编语言指令;C51的扩展数据类型;程序的一般设计方法。

(五)变换花样的LED灯(中断系统)

1.基本内容:中断系统是计算机系统实现人机交互、处理实时性任务的重要组成部分。本章以通过按键产生外部中断进而实现LED的亮灭为目标,系统介绍51系列单片机的中断机制与工作原理。首先介绍中断的概念、特点和功能;其次介绍51系列单片机的中断系统结构、中断源与中断控制;然后对中断的处理过程进行详细的介绍;最后结合举例介绍51系列单片机的中断系统应用。

2.基本要求:掌握中断的概念、相关术语概念、单片机与外设传送数据方式和原理;掌握51系列单片机中断系统结构图及工作原理;掌握51系列单片机中断系统结构中TCON、IE、IP等寄存器的设置及初始化设计方法和编程;掌握应用中断系统实现中断控制的硬件设置和编程的实例;

3.重 点:51系列单片机中断系统结构及初始化应用程序设计。

(六)精确的电子计时器(定时器/计数器及其应用)

1.基本内容:本章以编程实现准确的数字计时器为目标,首先介绍定时器/计数器的一般结构和工作原理;其次介绍51系列单片机的定时器/计数器控制;然后介绍51系列单片机定时器/计数器的工作模式及其应用方法。

2.基本要求:掌握单片机定时/计数器结构及工作原理;掌握定时/计数器T0,T1的方式设置和控制寄存器的应用方法;掌握定时器T0、T1应用实例的技术;熟悉定时/计数器T2的应用

3.重 点:定时/计数器的四种工作方式的应用方法,定时器的初始化编程技术。

(七)两个单片机之间的对话(串行通信)

1.基本内容:本章以编程实现单片机与PC之间进行串行通信为目标,首先介绍串行通信的基本方式;其次介绍51系列单片机串行接口的结构与控制;然后介绍51系列单片机串行接口的工作方式并举例说明应用方法;最后介绍51系列单片机之间及单片机与PC之间的通信。

2.基本要求:掌握串行通信基础及相关术语的概念;掌握51系列单片机串行口的功能与内部编程结构的功能;掌握串行通信工作方式的设置及初始化编程技术;掌握串行接口点对点和PC机与单片机的串行通信的编程;熟悉定单片机的串行接口多点通信的应用。

3.重 点: 51系列单片机的串行接口的结构及初始化编程技术。

(八)简易信号发生器(总线扩展与接口技术)

1.基本内容:本章以编程实现简易信号发生器为目标,首先介绍51系列单片机的总线扩展技术,并以DAC0832为例介绍了总线扩展方法;其次介绍D/A转换器的基本原理及其与单片机的接口技术,最后介绍简易信号发生器的程序设计。

2.基本要求:以单片机的系统总线及内部资源为基础,掌握其地址译码方法(线选、片选);熟悉D/A转换器的基本原理。

3.重 点:51系列单片机的总线扩展技术、D/A转换原理及其与单片机的接口技术。

(九)简易数字电压表(总线扩展与接口技术)

1.基本内容:本章以编程实现简易数字电压表为目标,以ADC0804为例介绍了A/D转换器的基本原理及其与单片机的接口技术,最后介绍简易数字电压表的程序设计。

2.基本要求:熟悉A/D转换器的基本原理。

3.重 点:A/D转换器的基本原理及其与单片机的接口技术。



预备知识

    先修课程:《电路原理》、《模拟电子技术》《数字电子技术》、《C语言程序设计》等


证书要求

考核方式:

本课程实施理论和实践并重的考核方式:“单片机”的教学手段是以项目为主线,以“综合实验板”为主体,理论和实践密切结合,培养学生实际工作能力,所以“单片机”的考核方式也应该实施以理论内容考核和以“综合实验板”为主体的实践考核并重的方式。

鉴于此,本课程要求完成的考试共2种:

课程考试:在课程结束的指定时间在线上机测试(针对高校用户,可进行线下集中式上机考试)。考试题为知识型客观题,题型有填空题、选择题、判断题、程序分析题等,考核学生的基础知识掌握情况。

实验考试:在阶段性学习完成后进行,考试题均为编程题,具体实施方法是让学生在规定时间内独立在“综合实验板”上完成小项目的设计与实现。

成绩计算方法按单元测验成绩20,平时作业10%, 实验考试成绩20课程考试成绩50的比例计算总成绩。

参考资料

1.李广弟.单片机基础.北京:北航出版社,1981

2.张大波.单片机原理、设计与应用.北京:机械出版社,2004   

3.徐惠民.单片微型计算机原理、接口与应用.北京:北京邮电大学出版社,2001

4.肖金球.单片机原理与接口技术.北京:清华大学出版社,2003

5.张友得.单片微型机原理、应用与实验(第四版).上海:复旦大学出版社,2003

6. 冯博琴、吴宁. 微型计算机硬件技术基础(第2版). 北京:高等教育出版社, 2010

7. 邹逢兴. 计算机硬件技术及应用基础上册——微机原理部分. 北京:中国水利水电出版社2010

8. 邹逢兴. 计算机硬件技术及应用基础下册——微机接口部分. 北京:中国水利水电出版社2010