课程教学大纲

一、课程基本概况

二、课程简介

单片机原理及应用是高等院校电类专业的一门重要技术基础课，也是现代控制类、机电类和计算机类各专业的一门必修课。因此，该课程在整个教学计划中占有重要的地位。本课程主要论述MCS-51单片机的内部结构和工作原理、指令系统和汇编语言程序的设计、存储器扩展和中断系统、I/O接口和总线等问题，并在此基础上讨论单片机应用系统的设计方法，以培养大家在工程应用中解决实际问题的能力。

三、课程教学总体目标

硬件和软件是单片机应用系统不可缺少的组成部分。硬件是基础，是软件赖以工作的基础；软件是关键，是关系到系统质量和功能的根本因素。通过学习课程，大家应能在软件和硬件两方面初步具备开发一个单片机应用系统的能力。在硬件方面，应能全面掌握MCS-51、存储芯片、A/D、D/A等芯片的内部结构、引脚功能和工作原理，深刻理解MCS-51的各类芯片接口中实际存在的地址信息流。数据信息流和控制信息流，准确掌握中断概念和I/O断口地址的确定方法。在软件方面，应能掌握汇编语言程序设计的基本方法和技巧，树立结构化和模块化程序设计思想，熟练编制各种分支程序、循环程序、查表程序、子程序和运算程序，逐步形成思维严密的程序设计风格。

四、理论教学内容及要求

第一章 单片机基础知识概述

【教学目标】

（1）了解什么是单片机、单片机和微型计算机的区别和联系

了解市面上常用单片机型号并分析对比各自应用领域

（2）掌握单片机硬件结构及特点、软件结构及特点

（3）对整本书的内容并实验内容进行系统讲解，了解系统框架

【学时分配】3学时

【授课方式】 多媒体教学

【授课内容】

本章首先通过对比单片机及微型计算机的结构来认识什么是单片机，学习市面上流行的单片机型号及各自应用领域，学习单片机的硬件及软件结构特点，学习并了解汇编语言操作码对应英文及中文含义，了解单片机的发展与应用及单片机相关的新技术和新概念。学习本书的整体框架及实验内容，从而指引大家如何学习本课程。主要教学内容如下:

第一节 单片机概述

一、 单片机硬件结构及特点

二、 单片机软件结构及特点

第二节 单片机学习的预备知识

【教学重点和难点】

（1） 重点 单片机和微型计算机的结构特点

整个课本的体系，从硬件到软件，到接口

（2） 难点 有符号数的表示方法

【课外学习指导的要求】

思考题 1. 什么是单片机?单片机和微型计算机的比对?有那些型号?各自的应用领域?

第二章 MCS-51单片机的硬件结构及原理

【教学目标】

（1）了解单片机工作过程，了解单片机的振荡电路，及工作时序中的各个周期的概念。

（2）理解单片机的工作时序、单片机的存储器的配置

（3）掌握专用寄存器的使用、地址指针PC、DPTR、SP的功能、运用

掌握单片机的寻址方式及各种寻址方式可用的存贮空间

掌握单片机的特殊功能寄存器及其用法

掌握单片机的工作寄存器的分区结构及选择方法

掌握单片机的并行I/O的结构特点，及控制接口操作两类指令的用法

掌握单片机的引脚功能，尤其注意引脚复用的特点

掌握单片机的复位条件、复位电路和复位状态

掌握单片机的PSW各位的定义

【学时分配】 6学时

【授课方式】多媒体教学

【授课内容】

本章主要学习单片机结构特点、资源分配。学习专用寄存器的使用、特殊功能寄存器的使用、单片机各引脚功能、单片机片内RAM的结构、单片机I/O端口的特点及使用、存储器的配置、单片机时序及复位电路和复位状态，主要教学内容如下:

第一节 MCS-51单片机的结构

一、 MCS-51单片机的内部结构

二、 MCS-51外部引脚及功能

第二节 MCS-51单片机的存储器配置

第三节 时钟电路、复位电路和CPU时序

一、 振荡器和时钟电路

二、 51单片机的复位

三、 CPU时序

第四节 并行输入输出端口

一、 P0、P1、P2、P3口结构及功能

二、 端口负载能力和接口要求

【教学重点和难点】

（1）重点 单片机的专用寄存器及特殊功能寄存器的使用、单片机的各引脚功能、单片机片内RAM的结构、CPU时序、复位、单片机I/O端口的特点及如何使用、有符号无符号数据运算对标志位的影响

（2）难点 分析不同的指令的时序图

【课外学习指导的要求】

思考题 1. 如何识别片内外数据存储器和存储器的地址重叠问题?

2. 单片机的I\O端口在使用的时候要注意什么?

第三章 MCS-51单片机的汇编语言与程序设计

【教学目标】

（1）了解指令的寻址方式

（2）掌握各寻址方式对应的寄存器及存储空间

掌握各指令系统进行简单程序段的编写

【学时分配】 5学时

【授课方式】多媒体教学

【授课内容】

本章主要介绍汇编语言的寻址方式及汇编语言指令系统。寻址方式包括直接寻址、立即数寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、相对寻址、位寻址；指令系统包括数据传送类指令、算术运算类指令、逻辑操作类指令、位操作类指令、控制程序转移类指令和伪指令。主要教学内容如下:

第一节 汇编语言概述

一、 指令和程序设计语言

二、 指令格式

第二节 MCS-51指令系统简介

一、 数据传送类指令

二、 算术运算类指令

三、 逻辑操作类指令

四、 位操作类指令

五、 控制程序转移类指令

六、 伪指令

第三节 汇编语言的编程方法

【教学重点和难点】

（1） 重点 汇编语言指令格式、汇编语言各寻址方式对应的寄存器及存储空间、汇编语言指令系统（重点讲解传送类指令）、顺序程序、分支程序、循环程序、子程序的编写

（2） 难点 汇编语言程序的编写 、两个查找表指令的区别与使用

【课外学习指导的要求】

思考题 1. 寄存器间接寻址和寄存器寻址各用于什么场合?

2. 如何实现对程序存储器及片外数据存储器的访问?

第四章 单片机的C51语言

【教学目标】

（1）掌握C51语言的程序结构

掌握C51的数据结构

熟练掌握应用程序分析与调试的基本方法

【学时分配】 5学时

【授课方式】多媒体教学

【授课内容】

本章主要介绍C51的程序结构（和标准的C语言一样），C51的数据结构（和标准的C语言对比，C51增加了几种数据类型，并增加了存储类型），学习程序设计方法，掌握基本的程序设计流程:顺序程序、分支程序、循环程序、子程序及其调用、查表程序设计和散转程序。掌握键盘中的按键识别的方法:扫描法和线反转法，掌握线反转法的程序编写，掌握LED静态、动态显示的原理并程序设计，主要教学内容如下:

第一节 C51的程序结构

第二节 C51的数据结构

第五节 C51应用编程初步

【教学重点和难点】

（1）重点 C51的数据结构（和标准C语言的区别）

（2）难点 键盘中的按键识别及程序编写，

LED静态、动态显示的原理及程序设计

【课外学习指导的要求】

思考题 1. C51语言和汇编语言格子有什么优缺点?

2. C51编程有什么优点?

第五章 单片机的中断系统

【教学目标】

（1） 了解边沿触发的外部中断0/1和电平触发方式下的外部中断0/1各自的特点

了解各中断标志位是何时、如何被置位的，以及何时、如何被清零的

(2） 掌握单片机的中断系统及其应用，如中断源与相关的专用寄存器、外部中断的两种触发方式、中断响应的条件和响应过程、中断优先级控制、中断使能控制等。

【学时分配】 4学时

【授课方式】多媒体教学

【授课内容】

本章主要学习中断的入口地址，中断系统的初始化，初始化IE、IP、IT0/1，了解中断响应的条件和响应过程，了解中断标志位的作用及如何被清零及置位的。主要教学内容如下:

第一节 中断的系统

第二节 中断控制系统

一、中断系统的结构

二、中断控制

第三节 中断处理过程

第四节 中断的编程和应用举例

【教学重点和难点】

（1）重点 中断源有哪些、中断标志的作用，中断标志为何时如何被清零的，中断标志位何时如何被置位的

（2）重点 中断的初始化及中断入口的中断号

（3）重点 汇编语言和C51在中断程序编写上的区别

【课外学习指导的要求】

思考题 1. 电平触发方式和边沿触发方式下外部中断有什么不同的地方?

第六章 单片机的定时器/计数器

【教学目标】

(1） 掌握单片机的定时器/计数器的可编程结构及其应用方法，如工作方式的选择、初始值的计算与装入、启停控制及编程的一般步骤等。

熟练掌握定时/计数器的基本用法，能编制应用程序。

【学时分配】 4学时

【授课方式】多媒体教学

【授课内容】

本章主要学习51单片机的非常重要的片内外设定时/计数器系统。学习定时/计数器的初始化，定义其工作方式、初始值的装入、GATA和TR0/1如何控制定时/计数器的启停，学习它的不同工作方式的特点及应用。主要教学内容如下:

第一节 定时器/计数器的结构与工作原理

一、定时器/计数器的基本原理

二、定时器/计数器的结构

第二节 定时器/计数器的控制和工作方式

一、 定时器/计数器结构和工作原理

二、 定时器/计数器的四种模式和定时器/计数器的控制

【教学重点和难点】

（1） 重点 定时器的初始化，初始化初始值和初始化TMOD

【课外学习指导的要求】

思考题 1．定时器/计数器的一些实际应用场合?

第七章 单片机的串行口及应用

【教学目标】

（1） 了解51单片机的多机通信过程

了解基本的串行通信协议的编写

（2）掌握51单片机的串口结构特点与工作方式

掌握波特率的设计

掌握232接口和485接口各自特点及使用

掌握双机通信程序编写

【学时分配】 4学时

【授课方式】 多媒体教学

【授课内容】

本章主要学习通信的基本原理同步通信和异步通信，学习51单片机的串口结构特点及串口的使用，波特率的设计方法，编程实现双机通信。主要教学内容如下:

第一节 串行通信概述

一、 数据通信

二、 串行通信方式

三、 异步通信和同步通信

第二节 串行口结构与工作原理

一、 串口结构

二、 串行接口的工作方式

三、 波特率设计设置

第三节 8051双机串行异步通信

一、 硬件连接

二、 查询方式双击通信设计

【教学重点和难点】

（1）重点 串行口的结构特点、串口的工作方式、232接口和485接口的特点及使用

（2）难点 通信协议及通信程序的编写

【课外学习指导的要求】

思考题 1. 编写两个单片机之间的通信协议，并进行程序的编写?

第八章 单片机接口技术

【教学目标】

（1） 掌握简单I/O的扩展

掌握ADC0809接口的使用并程序设计

掌握DAC0832接口，并设计程序输出不同波形的输出

【学时分配】 5学时

【授课方式】多媒体教学

【授课内容】

本章主要介绍单片机的各典型接口，包括I/O扩展、A/D及D/A转换接口。学习单片机和外围芯片的连接方法，不同的接线对应的程序控制以实现单片机和外设的数据交互。主要教学内容如下:

第一节 单片机的系统总线

一、 三总线结构

二、 地址锁存原理及实现

第二节 简单并行I/O口扩展

第三节 A/D转换接口

第四节 D/A转换接口

【教学重点和难点】

（1） 重点 ADC0809接口及控制、DAC0831接口及控制

（2） 难点 不同的接口如何实现数据的交互

【课外学习指导的要求】

思考题 1. 12位并行AD574与单片机接口及使用?

2. 12为并行DAC器件DAC1210与单片机接口

五、实验教学及要求

1．实验教学内容及安排

2．实验报告撰写要求

实验报告撰写规范，条理清晰，写清楚实验目的要求、掌握要点及实验内容。实验的过程并结果以图片文档的形式保存下来，附在实验报告中。实验报告结束部分对该实验过程进行总结，并能对实验过程中所出现的问题进行总结。

六、课程考核及成绩评定要求

本课程完整的教学过程包括:理论教学、实验教学两部分

考核方法 平时(含上课出勤、课堂练习等)，实验，考试

成绩评定方法 平时成绩（点名+课堂表现+实验）30%+期末考试 70%。

七、教材与参考资料

教材:林立、张俊亮编著，单片机原理及应用—基于PROTEUS和KEIL C，北京:电子工业出版社，2014

参考资料:1.凌志浩，AT89C52单片机原理与接口技术，北京:高等教育出版社，2011

2. 刘南平，单片机实训与开发教程，北京:科学出版社，2008

3. 张建军，单片机应用基础（项目教程），北京:机械工业出版社，2008

4. 李平，单片机入门与开发，北京:机械工业出版社，2008

5. 吴银琴，.51单片机实践教程，北京:科学出版社，2011