一、单片机的角色
通信、信息、电子类本科所学课程包括:
A、高等数学、线性代数、概率论与数理统计、大学物理等基础课。这些基础课程主要培养思维方式、分析处理问题的条理性、严密性,提高逻辑思维能力。
B、电路分析基础、计算机基础、模拟电子线路、数字电子技术、单片计算机原理与接口等专业基础课。这些专业基础课为后续专业课打下专业方面的基础知识。
C、通信电子线路、电磁场与电磁波、信号与系统、数字信号处理、通信原理、信息论与编码、移动通信、光纤通信、微波技术与天线等专业课,这些专业课与本专业就业、考研深造紧密相关。
大学4年学这么多课程,其中,高数、信号处理、编码等需要的算法需要用计算机实现;通信电路、控制、电磁传输等模块或电路需要用嵌入式CPU控制和管理。我们发现,只有模拟电子线路、数字电子技术、单片计算机原理与接口等课程,能实际动手,能看得见摸得着;找工作时,除成绩单外,这些课程是唯一能拿得出手的实际作品。同时,保研的一个渠道是参加各种比赛,包括全国大学生电子设计大赛、节能减排、挑战杯、创新杯等,这些比赛都离不开单片机(尽管可能是32位的单片机,如STM32)。由此,单片机在大学4年学习生涯的重要性可见一斑。
二、为什么是单片机,不是DSP/ARM/FPGA
大学本科是学历学位的一种,是高等教育的基本组成部分,学生正常毕业后一般可获本科毕业证书和学士学位证书。与高职高专注重技能的培养的角色不一样,本科教育属于学历学位教育,其教学目标更加注重理论素质培养和发现问题、分析问题和解决问题的综合能力培养。51单片机非常适合电子信息类本科教学目标。在基础理论方面,51单片机教材中有计算机常用的数制和编码、数据在计算机中的表示方法、定点数与浮点数等、大端(小端)格式、规则字和非规则字等基础理论;在设计应用方面,51单片机教材具有中断、定时器/计数器、串口通信、总线、扩展、AD/DA等实践知识。同时,大多数51单片机教材以汇编语言讲解为主,结合寄存器、内存、时序等计算机底层知识,让学生既能充分掌握其基本原理、知其然也知其所以然,又能培养学生的实践动手能力。
然而,大多数ARM、DSP或者FPGA等高档嵌入式微处理器教材,以C语言为主,而且多数以实验板或实验箱为基础,讲解各个模块的编程和使用,很多学生(如高职高专的同学,甚至没有上过大学的但是在北大青鸟、华清远见等培训半年的同学)会操作这些板子、编写一些代码,但是对其原理却无法掌握,更无法自我设计和创新,典型的知其然不知其所以然。
另一方面,51单片机作为本科教学素材历史悠久、教材经典(如邱关源的电路教材和谭浩强的C语言教材)。同时,整个51体系只有21个寄存器、111条汇编指令,因而其简单、入门容易,教学周期大大缩短。然而,高端的ARM、DSP或者FPGA等嵌入式微处理器寄存器多达1000个以上,其内存组织结构复杂,指令几百条,加之一些生涩难懂的定义,让很多学生初学时望而却步。同时,对仅有40多个课时的课堂教学而言,教师也无法系统的进行讲解。而且51具有计算机的基本功能,只要学会了51,其他高端的ARM、DSP或者FPGA等嵌入式微处理器很容易理解。再者,与高端的ARM、DSP或者FPGA等嵌入式微处理器相比,51单片机芯片造价低,对于学生来说它的学习成本很低,可以大量购买芯片回来DIY,因而非常适合教学使用。
三、单片机是起点
51单片机在电子信息类本科教育中具有不可替代的作用,然而随着本科毕业生人数的逐年增加、毕业生就业压力普遍增大,社会对电子信息类本科生毕业生的期望值也逐年提高。为满足既具有发现问题、分析问题和解决问题的综合素质能力,又具备实践动手能力的社会需求,建议那些将来从事技术研发或者选择继续深造的本科生在学好51单片机的基础上,能进一步有针对性的自学ARM、DSP或者FPGA等高档嵌入式微处理器,结合安卓开发、数据库开发、网络开发、图像处理等专业技能提升自己。
四、如何学好单片机
如果您认真听课没有听懂或者听懂了感觉没有收获,那么是我的错;;;如果您没有认真听,那么就不要埋怨我上课不好。
课程满分100分,由各章节测试和期中考试成绩、期末考试成绩组成,各部分要求及占总成绩比例如下:
章节测试:随每周课程更新,占总成绩的20%;
期中考试:线上阶段性考试,占总成绩的30%;
期末考试:线上期末测试,占总成绩的50%。
为了对学习者的在线学习过程更加负责,保证平台证书的严谨性和权威性,从9月份开始,中国大学MOOC将不再发放免费证书。认证证书(同时有纸质版和电子版)收费:100元/人。完成全部的课程学习后,成绩位于60分至84分的同学通过申请将获得合格证书,85分至100分的同学申请后将获得优秀证书。
第一章:计算机基础知识【掌握:(1)数制与编码:二、十、十六进制;(2)原码、反码、补码。重点:冯洛伊曼和哈弗、CISC和RISC、二进制与十进制、十六进制的关系和转换,原码与反码、补码的概念。难点:数制出现的原因,补码与求补的关系,溢出的本质原因】
1、常用数制与编码
2、原码、反码与补码
3、溢出的本质
第一章章节测试
第十一章:单片机的接口扩展【了解:单片机的引脚功能;单片机的内部资源;隔离与驱动。熟悉:单片机系统引脚规律;外围芯片的引脚规律。掌握:系统扩展的方法;译码方法;存储器的扩展;I/O接口的扩展;D/A扩展;A/D扩展。重点:片选方法;地址范围求取方法;根据地址如何连线】
1、扩展方法
2、存储器的扩展
3、I/O口的扩展
4、存储器和I/O综合扩展
5、中断扩展
6、D/A扩展
7、A/D扩展
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第十一章章节测试
第十章:51单片机的串口通信【了解:(1)同步和异步方式,(2)通信方向,(3)串行通信接口的任务,(4)波特率和发送接收时钟。熟悉:(1)单片机串口工作原理,(2)波特率的设定。掌握:(1)单片机串行口的控制寄存器,(2)单片机串行口的应用编程】
1、RS232连接
2、内部结构
3、基本寄存器
4、工作方式
5、应用举例
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第十章章节测试
第二章:计算机的基本结构【掌握:(1)中央处理单元、存储器、总线;(2)位、字节、字、双字、非规则字与规则字、大端与小端格式。 了解:硬盘启动、ROM启动、流水线。重点:大端与小端格式的基本概念。难点:大端与小端格式的识别与应用】
1、数据的基本单位
2、大端和小端
3、规则字和非规则字
4、微机的运行过程
第二章章节测试
第三章:51单片机简介【掌握:(1)CPU的结构:ALU的工作原理、寄存器结构、标志寄存器。(2)存贮器结构:程序存贮器、数据存贮器、片外及片内存贮器的配置和映射寄存器结构;工作寄存器和堆栈。重点:51单片机的外部管脚特性和分布,内部功能部件的组成和功能,I/O口的作用,系统外围电路。难点:51单片机I/O管脚与总线管脚的关系与区别。片内RAM和存储器映射寄存器。】
1、51单片机的存储器组织
2、51单片机CPU内部结构
3、51单片机的引脚特性和分布
4、振荡电路
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第三章章节测试
第四章:51单片机的指令系统【掌握:(1)指令的寻址方式:寻址方式的特点和方法,指令格式。(2)指令系统:数据传送类,转移、控制类指令。了解:算术运算类,逻辑运算类指令。重点:伪指令。难点:寻址方式与CPU工作过程的关系】
1、寻址方式
2、基本指令
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第四章章节测试
第五章:51单片机的编程【掌握:伪指令。了解:汇编语言的语句格式;常用汇编程序的编写方法。重点:伪指令】
1、伪指令
2、汇编程序设计
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第五章章节测试
第八章:51单片机的I/O接口【了解:简单I/O和接口的区别。掌握:功能和内部结构;并行口设计LED数码显示器】
1、I/O接口及引脚
2、I/O接口应用举例
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第八章章节测试
第七章:51单片机的中断系统【了解:(1)中断的一般共性特点;(2)中断的种类和处理过程。掌握:(1)51单片机的中断源;(2)单片机相关的中断寄存器。重点:51单片机的中断的程序设计】
1、51单片机的中断结构
2、中断优先级及中断嵌套
3、中断入口地址
4、中断寄存器
5、中断应用
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第七章章节测试
第九章:51单片机的定时器与计数器【了解:(1)定时与计数的概念,(2)定时的方法。掌握:(1)单片机定时/计数器结构,(2)定时器/计数器的寄存器。重点:(1)单片机定时/计数器的工作方式,(2)单片机定时/计数器的应用】
1、内部结构
2、工作方式
3、基本寄存器
4、初始值的设置
5、应用举例
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第九章章节测试
教材:
刘岚、尹勇等主编,单片计算机基础及应用,武汉理工大学出版社