《单片机原理与应用》教学大纲.docx

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《单片机原理与应用》教学大纲

《单片机原理与应用》教学大纲

一、课程基本信息

1、课程名称：

单片机原理与应用

2、课程代码：

B

3、课程管理：

电子信息工程学院电气工程及其自动化教研室

4、教学对象：

电气工程及其自动化专业

5、教学时数：

总时数48学时，其中理论教学28学时，实验20学时。

6、课程学分：

3学分

7、课程性质：

专业必修课

8、课程衔接：

（1）先修课程：

《电路》、《模拟电子电路》

（2）后续课程：

《传感器原理及应用》、《单片机课程设计》

二、课程教学目标

本课程是电气工程及其自动化专业的一门专业必修课，是进一步学习后续课程的基础。

本课程介绍了MCS-51系列单片机的结构原理与指令系统，特殊功能寄存器SFR的功能特点及设置方法，系统扩展及接口，单片机应用系统的软硬件设计等。

通过该课程的学习，使学生具备完成具有一定测控功能的单片机应用系统设计的能力，提高学生分析、设计、调试单片机应用系统的能力，为后续的专业课程打下基础。

三、教学内容及要求

第一章单片机基础知识

（一）教学目标

通过本章学习，激发学生学习单片机的兴趣，使学生掌握单片机学习方法。

（二）教学节次及要求

第一节什么是单片机

掌握单片机的概念。

第二节单片机的发展历史

了解单片机的发展历史。

第三节单片机的特点

了解单片机的特点。

第四节单片机的应用

了解单片机的应用领域。

第五节单片机的发展趋势

了解单片机的发展趋势。

（三）教学重点与难点

单片机的特点。

（四）教学方法与手段

课堂讲授、实物与图片展示法、多媒体辅助教学。

（五）教学时数2学时

第二章AT89S51单片机的硬件结构

（一）教学目标

通过本章学习，准确掌握各引脚的位置，区分不同类型的存储器及SFR的使用。

（二）教学节次及要求

第一节AT89S51单片机的硬件组成

了解AT89S51单片机的硬件特点和组成。

第二节AT89S51的引脚功能

掌握AT89S51的引脚功能。

第三节AT89S51的CPU

掌握AT89S51的运算器和控制器的特点和功能。

第四节AT89S51存储器的结构

1、了解位地址空间；

2、掌握AT89S51程序存储器空间分配和数据存储器空间分配；

3、理解特殊功能寄存器的作用和特点。

第五节AT89S51的并行I/O口

1、了解AT89S51并行口驱动简单外设；

2、掌握AT89S51的I/O口的结构特点。

第六节时钟电路与时序

1、掌握AT89S51时钟电路的设计；

2、掌握机器周期、指令周期与指令时序。

第七节复位操作和复位电路

掌握复位电路的工作原理和设计方法。

（三）教学重点与难点

单片机的结构特点，存储器配置与空间的分布，程序状态寄存器（PSW），单片机的指令时序。

（四）教学方法与手段

课堂讲授、实物与图片展示法、多媒体辅助教学。

（五）教学时数4学时

第三章AT89S51的指令系统

（一）教学目标

通过本章学习，使学生掌握不同寻址方式运用的方法。

（二）教学节次及要求

第一节指令系统概述

1、了解机器指令的字节编码形式和书写格式；

2、掌握指令格式及常用符号。

第二节指令格式

掌握各种寻址方式。

第三节指令系统的寻址方式

掌握一般传送指令和特殊传送指令。

第四节AT89S51指令系统分类介绍

掌握加法、减法、乘法、除法指令。

（三）教学重点与难点

指令的寻址方式，控制转移指令和位操作指令。

（四）教学方法与手段

课堂讲授、实验教学、实物与图片展示法、多媒体辅助教学。

（五）教学时数6学时，其中理论4学时，实验2学时。

第四章AT89S51汇编语言程序的设计

（一）教学目标

通过本章学习，使学生能熟练编写汇编语言程序。

（二）教学节次及要求

第一节汇编语言程序设计概述

1、掌握汇编语言的语句和格式；

2、掌握常用伪指令。

第二节汇编语言程序的汇编

掌握手工汇编和机器汇编的特点。

第三节AT89S51汇编语言程序设计举例

掌握顺序程序、分支程序、循环程序。

（三）教学重点与难点

分支程序、循环程序的设计特点，子程序的编写和应用。

（四）教学方法与手段

课堂讲授、实验教学、实物与图片展示法、多媒体辅助教学。

（五）教学时数6学时，其中理论4学时，实验2学时。

第五章AT89S51单片机的中断系统

（一）教学目标

通过本章学习，使学生掌握五个中断源的使用方法，能熟练编写相应程序。

（二）教学节次及要求

第一节AT89S51中断技术概述

1、掌握AT89S51中断系统概念；

2、理解中断源。

第二节AT89S51中断系统结构

1、理解中断响应的条件和事件；

2、理解中断响应过程和中断返回。

第三节中断允许与中断优先级的控制

掌握中断优先级的概念。

第四节响应中断请求的条件

掌握中断请求的条件。

第五节外部中断响应时间

掌握中断响应时间。

第六节外部中断的触发方式选择

掌握中断触发方式的选择。

（三）教学重点与难点

中断响应的条件和中断优先级的应用，外部中断源的扩展方法。

（四）教学方法与手段

课堂讲授、实验教学、实物与图片展示法、多媒体辅助教学。

（五）教学时数6学时，其中理论2学时，实验4学时。

第六章AT89S51的定时器/计数器

（一）教学目标

通过本章学习，使学生能熟练掌握定时器/计数器的应用。

（二）教学节次及要求

第一节定时器/计数器的结构

1、了解定时器/计数器TMOD和TCON的作用；

2、掌握定时器/计数器的结构。

第二节定时器/计数器的4种工作方式

掌握定时器/计数器4种工作方式的特点。

第三节定时器/计数器的编程和应用

掌握定时器/计数器编程方法。

（三）教学重点与难点

定时器/计数器的初始化，定时器/计数器中断的应用。

（四）教学方法与手段

课堂讲授、实验教学、实物与图片展示法、多媒体辅助教学。

（五）教学时数8学时，其中理论2学时，实验6学时。

第七章AT89S51单片机的串行口

（一）教学目标

通过本章学习，使学生掌握串口的各种工作方式，并进行编程。

（二）教学节次及要求

第一节串行口的结构

掌握串行口的控制寄存器SCON和特殊功能寄存器PCON。

第二节串行口的4种工作方式

掌握串行口4种工作方式的特点。

第三节多机通信

掌握多机通信的设置方法。

第四节波特率的制定方法

掌握波特率的制定方法。

（三）教学重点与难点

AT89S51单片机串行通信的基本原理，单片机串行通信的应用。

（四）教学方法与手段

课堂讲授、实验教学、实物与图片展示法、多媒体辅助教学。

（五）教学时数6学时，其中理论2学时，实验4学时。

第八章AT89S51单片机扩展存储器的设计

（一）教学目标

通过本章学习，使学生掌握单片机存储器扩展方法。

（二）教学节次及要求

第一节系统扩展结构

掌握系统总线扩展的结构。

第二节地址空间分配和外部地址锁存器

1、理解外部地址锁存器的作用；

2、掌握存储器地址空间分配。

第三节程序存储器EPROM的扩展

1、了解AT89S51单片机与EPROM的接口电路设计；

2、理解程序存储器的操作时序；

3、掌握常用的EPROM芯片。

第四节静态数据存储器RAM的扩展

1、了解AT89S51单片机与RAM的接口电路设计；

2、理解外扩数据存储器的读写操作时序；

3、掌握常用的静态RAM。

（三）教学重点与难点

应用系统的程序设计和调试。

（四）教学方法与手段

课堂讲授、实物与图片展示法、多媒体辅助教学。

（五）教学时数2学时

第九章AT89S51单片机I/O接口扩展

（一）教学目标

通过本章学习，使学生掌握I/O接口模块的特点和扩展方法。

（二）教学节次及要求

第一节I/O接口扩展概述

掌握I/O接口扩展的扩展方法。

第二节AT89S51扩展I/O接口芯片8255

掌握可编程芯片8255的应用。

（三）教学重点与难点

8255的应用。

（四）教学方法与手段

课堂讲授、实物与图片展示法、多媒体辅助教学。

（五）教学时数2学时

第十章AT89S51单片机与输入/输出外部设备的接口

（一）教学目标

通过本章学习，使学生掌握输入/输出外部设备的接口的设计方法。

（二）教学节次及要求

第一节LED数码管的显示原理

掌握LED数码管显示的原理。

第二节键盘接口原理

掌握键盘接口的原理。

（三）教学重点与难点

键盘、显示模块技术的掌握和综合应用。

（四）教学方法与手段

课堂讲授、实物与图片展示法、多媒体辅助教学。

（五）教学时数2学时

第十一章AT89S51单片机与D/A转换器、A/D转换器的接口

（一）教学目标

通过本章学习，使学生掌握D/A转换器、A/D转换器的接口电路设计和编程方法。

（二）教学节次及要求

第一节D/A转换器及其与单片机的接口

1、理解DAC0832与单片机的接口方法；

2、掌握DAC0832芯片主要特性与结构。

第二节A/D转换器及其与单片机的接口

掌握ADC0809芯片及其与单片机的接口。

（三）教学重点与难点

A/D、D/A接口设计和程序设计。

（四）教学方法与手段

课堂讲授、实验教学、实物与图片展示法、多媒体辅助教学。

（五）教学时数4学时，其中理论2学时，实验2学时。

四、实验教学内容与基本要求

实验一流水灯实验

（一）目的要求

1、熟悉仿真软件PROTEUS的使用方法；

2、掌握发光二极管的控制方法。

（二）实验内容

1、通过AT89S51单片机控制8个发光二极管发光，实现暗点以1HZ的频率由低位到高位循环移动；

2、用PROTEUS设计、仿真以AT89S51为核心的发光二极管流水灯实验装置。

（三）所需实验设施设备

计算机。

（四）教学形式及过程

教师先讲解实验原理和操作方法，然后学生上机操作。

实验二开关控制数码管实验

（一）目的要求

1、掌握I/O口的控制方法；

2、掌握发光二极管的控制方法。

（二）实验内容

1、单片机AT89S51读入4位开关的输入状态（0～F），并将其输出到数码管显示；

2、用PROTEUS设计、仿真基于AT89S51单片机的开关控制数码管。

（三）所需实验设施设备

计算机。

（四）教学形式及过程

教师先讲解实验原理和操作方法，然后学生上机操作。

实验三外部中断实验

（一）目的要求

1、理解单片机AT89S51的中断原理及其中断过程；

2、用PROTEUS设计、仿真AT89S51单片机的外部中断。

（二）实验内容

用AT89S51单片机外部中断功能改变数码管的显示状态。

当无外部中断0时，主程序运行状态为七段数码管的a～g段依次点亮，不断循环；当有外部中断0（单片机P3．2脚上有下降沿电压）输入时，立即产生中断，转而执行中断服务程序，数码管显示状态为“8”亮灭闪烁显示，亮灭闪烁显示8次以后，返回主程序原断点处继续执行，数码管继续段点亮的循环显示。

根据下列控制要求，绘制电路图、编写程序并进行仿真调试。

（三）所需实验设施设备

计算机。

（四）教学形式及过程

教师先讲解实验原理和操作方法，然后学生上机操作。

实验四中断优先级实验

（一）目的要求

1、理解AT89S51单片机中断优先级概念；

2、用PROTEUS设计、仿真基于AT89S51单片机的中断优先级实验；

3、掌握中断编程；

4、掌握发光二极管的控制方法。

（二）实验内容

单片机主程序控制P0口数码管循环显示0～8；外部中断（INT0）、外部中断（INT1）发生时分别在P2、P1口依次显示0～8；INT1为高优先级，INT0为低优先级。

根据控制要求，绘制电路图、编写程序并进行仿真调试。

（三）所需实验设施设备

计算机。

（四）教学形式及过程

教师先讲解实验原理和操作方法，然后学生上机操作。

实验五方波发生器实验

（一）目的要求

1、用PROTEUS设计、仿真基于AT89S51单片机的方波发生器；

2、学会使用VSM虚拟示波器观测波形。

（二）实验内容

用AT89S51单片机定时/计数器0的定时功能可构成一简单的方波发生器，实现为400us的方波输出。

若改变定时/计数器0的初值，可得到不同周期的方波输出。

根据控制要求，绘制电路图、编写程序并进行仿真调试。

（三）所需实验设施设备

计算机。

（四）教学形式及过程

教师先讲解实验原理和操作方法，然后学生上机操作。

实验六脉冲计数器实验

（一）目的要求

1、用PROTEUS设计、仿真基于AT89C51单片机的脉冲计数器；

2、学会使用VSM虚拟定时/计时器。

（二）实验内容

根据下列控制要求，绘制电路图、编写程序并进行仿真调试：

定时/计数器1（T1）作定时器用，定时1s；定时/计数器0（T0）作计数器用，被计数的外部输入脉冲信号从单片机的P3.4（T0）接入，单片机在1s内对脉冲计数并送四位数码管实时显示，最大计数值为0FFFFH。

（三）所需实验设施设备

计算机。

（四）教学形式及过程

教师先讲解实验原理和操作方法，然后学生上机操作。

实验七模拟发声实验

（一）目的要求

用PROTEUS设计、仿真基于AT89C51单片机的按键发声系统。

（二）实验内容

用单片机AT89C51控制3个按键分别代表DO、RE、MI3种声音，绘制电路图、编写程序并进行仿真调试。

（三）所需实验设施设备

计算机。

（四）教学形式及过程

教师先讲解实验原理和操作方法，然后学生上机操作。

实验八串/并转换实验

（一）目的要求

1、掌握串/并转换的工作原理；

2、熟悉并掌握串转并的I/O口扩展方法。

（二）实验内容

根据下列控制要求，绘制电路图、编写程序并进行仿真调试：

1、在单片机的串行口外接一个串入并出8位移位寄存器74LS164，实现串口到并口的转换，数据从RXD端输出，移位脉冲从TXD端输出，波特率固定为单片机工作频率的1/12；

2、通过单片机的串行口控制74HC164的串行输入端口，实现串并转换，LED指示灯轮流点亮，验证串并转换数据的正确性。

（三）所需实验设施设备

计算机。

（四）教学形式及过程

教师先讲解实验原理和操作方法，然后学生上机操作。

实验九单片机之间的串口通信

（一）目的要求

1、学习单片机串口工作方式的程序设计；

2、学习串行通信的协议。

（二）实验内容

利用单片机串口，实现两个单片机之间的串行通信，绘制电路图、编写程序并进行仿真调试。

（三）所需实验设施设备

计算机。

（四）教学形式及过程

教师先讲解实验原理和操作方法，然后学生上机操作。

实验十A/D转换实验

（一）目的要求

1、掌握A/D转换与单片机接口的方法；

2、了解A/D芯片ADC0809转换性能及编程方法。

（二）实验内容

根据下列控制要求，绘制电路图、编写程序并进行仿真调试：

1、用AT89S51单片机控制ADC0809将模拟信号（0～5V）转换成数值量（0～255），再控制LED数码管以十六进制实时显示出来。

ADC0809为模/数（A/D）转换器；

2、用PROTEUS实现该接口的电路设计和程序设计，并进行实时交互仿真。

（三）所需实验设施设备

计算机。

（四）教学形式及过程

教师先讲解实验原理和操作方法，然后学生上机操作。

五、课程时数分配表

（一）总体学时分配

教学内容

课堂

授课

实验

上机

其它

合计

第一章单片机基础知识

2

2

第二章AT89S51单片机的硬件结构

4

4

第三章AT89S51的指令系统

4

2

6

第四章AT89S51汇编语言程序的设计

4

2

6

第五章AT89S51单片机的中断系统

2

4

6

第六章AT89S51的定时器/计数器

2

6

8

第七章AT89S51单片机的串行口

2

4

6

第八章AT89S51单片机扩展存储器的设计

2

2

第九章AT89S51单片机I/O接口扩展

2

2

第十章AT89S51单片机与输入/输出外部设备的接口

2

2

第十一章AT89S51单片机与D/A转换器、A/D转换器的接口

2

2

4

合计

28

20

48

（二）实验项目及学时分配

序号

实验项目名称

实验

学时

每组

人数

实验

属性

实验

类别

实验

要求

1

流水灯实验

2

1

专业

基础

必做

2

开关控制数码管实验

2

1

专业

基础

必做

3

外部中断实验

2

1

专业

基础

必做

4

中断优先级实验

2

1

专业

基础

必做

5

方波发生器实验

2

1

专业

基础

必做

6

脉冲计数器实验

2

1

专业

基础

必做

7

模拟发声实验

2

1

专业

基础

必做

8

串/并转换实验

2

1

专业

基础

必做

9

单片机之间的串口通信

2

1

专业

基础

必做

10

A/D转换实验

2

1

专业

基础

必做

六、课程考核

1、课程考核由平时成绩、实验成绩和期末考试成绩构成，平时成绩占20%，实验成绩占30℅，期末考试成绩占50%；

2、平时成绩根据平时作业和考勤情况进行综合评定；

3、实验成绩根据实验报告、实验考勤、实验纪律、实验操作情况进行综合评定；

4、期末考试形式：

笔试、闭卷。

七、建议教材及教学参考书

1、张毅刚．单片机原理与应用．北京．高等教育出版社．2010年．

2、张鑫．单片机原理及应用（第2版）．北京．电子工业出版社．2010年．

3、李林功，吴飞青，王兵，丁晓．单片机原理与应用．北京．机械工业出版社．2008年．

4、胡汉才．单片机原理及其接口技术学习辅导与实践教程．北京．清华大学出版社，2004年．

5、周立功．单片机实验与实践教程（三）．北京．北京航空航天大学出版社，2006年．

执笔人：

邓鹏教研室负责人审核：

谢娅娅　　　　教学院长审核：

向汉江