课程类别： 专业教育课程 课程名称：单片机原理及接口技术
开课单位： 机械工程学院 课程编号：B03020503
总学时： 48 学 分：2.5
适用专业：过程装备与控制工程
先修课程：C语言程序设计、大学计算机基础、电子技术，电工技术
一、课程在教学计划中地位和作用
《单片机原理及接口技术》课程是过程装备与控制工程专业的一门专业教育课程，主要通过理论与实践教学，让本专业学生学习工业上的经典控制器的开发、使用过程，该课程是学生今后学习其它MCU和嵌入式系统的基础。
通过本课程的学习，使学生掌握51系列单片机的硬件基本结构、内部各种功能部件的工作原理、汇编语言指令系统以及各种常用硬件接口设计和程序设计，最终使学生能够根据工程开发任务的要求，能够完成单片机应用系统的软硬件的开发与设计，为从事过程控制系统、自动化仪器仪表的科技开发、应用等方面工作打下良好基础。
二、课程目标
通过本课程的理论教学和实验训练，使学生具备下列能力：
1．能够应用数学、物理知识将典型的过程工业控制问题抽象为数学模型，并正确分析，采用单片机提出解决方案。
2．能够读懂、设计单片机及接口的外围电路，能够对典型硬件故障进行分析、判断、处理；
3．应用汇编语言或C语言编制与硬件电路对应的控制程序，独立完成调试流程，能够修改程序错误直至调试成功。
三、课程内容及基本要求
第一章 绪论
本章教学要求：在分析单片机在生产、生活中典型应用的基础上，了解单片机的发展历史，单片机的概念，单片机与嵌入式系统以及单片机语言以及未来发展方向等。回顾数码及数制转换问题。
1．了解单片机的发展概况、特点与发展趋势；
2．了解单片机的主流机型及其在过程工业中的典型应用；
3．熟悉单片机的软、硬件设计流程；
4．回顾数码及数制转换。
本章重点：单片机系统的组成。
本章难点：数码及数制转换。
第二章 单片机内部结构及功能
本章教学要求：了解单片机内部的组成结构，各部分功能以及总线组成等。掌握运算器、存储器、计算器的工作过程，特殊功能寄存器的定义和使用规则。
1．了解控制器、运算器及其功能，重点掌握特殊功能寄存器；
2．熟练掌握单片机存储器结构及地址空间的分布；
3．重点掌握单片机中断系统原理及功能，能够应用中断矢量表。
本章重点：中断向量表的构成以及编程实现方法；
本章难点：存储空间的地址分配原则，各个特殊存储器的定义及使用方法。
第三章 单片机指令系统
本章教学要求：CPU 指令系统反映了单片机内部结构，通过对单片机寻址模式和指令系统的学习，使学生掌握单片机的结构和接口功能，为后续学习汇编语言和C语言程序设计打下基础。学习本章课程后，学生应能够对给定程序进行分析、判断、纠错的能力。
1．掌握单片机汇编语言的指令格式与指令的寻址方式；
2．掌握单片机指令系统，包括：数据传送类指令、算术操作类指令、逻辑运算类指令、控制转移类指令以及位操作类指令等熟练掌握单片机存储器结构及地址空间的分布；
3．理解单片机汇编语言程序设计方法；了解机器语言、汇编语言、高级语言，各自的特点；伪指令；汇编语言源程序的汇编；掌握如子程序设计，查表、数据排序、分支转移、循环以及码制转换子程序的设计等。此部分为本门课程的难点；
4．掌握仿真软件Keil μ Vision的使用方法与步骤，能够独立进行调试。
本章重点：7种寻址方式获取操作数的异同，累加器A的使用方法以及单片机指令系统的语法；
本章难点：顺序、分支、循环程序的设计与分析。
第四章 单片机汇编语言编程模型
本章教学要求：要求学生了解汇编语言程序结构、汇编程序中段的分配、汇编语言符号及规则、汇编语言操作数描述。能够独立使用Keil μVision集成开发环境，掌握程序设计流程完成典型完整程序的设计、调试。
1．了解单片机汇编程序的设计调试流程、段的分配及使用规则、操作数的描述方法；
2．掌握常量和变量的定义，数据类型、运算符等；
3．能够运用汇编语言对单片机端口进行编程、控制。
本章重点：完整汇编程序的设计、汇编、链接、调试流程；
本章难点：程序中段的定义和使用方法，单片机仿真软件的使用。
第五章 单片机C51语言编程模型
本章教学要求：要求学生了解C51语言的发展历史、优势，掌握C51程序中的常量、变量、运算符、描述语句、数组、指针等，能够设计典型的单片机C51程序，并进行调试。
1．C51程序的设计开发流程及与单片机的关系；
2．C51程序设计的基本语法特征；
3．能够运用C51对单片机端口进行编程、控制。
本章重点：完整C51程序的设计、汇编、链接、调试流程；
本章难点：C51与单片机间的对应关系
第六章 单片机计数器和定时器原理
本章教学要求：要求学生了解STC单片机内的5个16为定时器/计数器工作原理，能够编程实现定时计数器的初始化。
1．了解单片机计数器定时器模块；
2．掌握寄存器组功能及其应用；
3．掌握计数器定时器的工作模式和实现方法。
本章重点：TCON TMOD的使用方法；
本章难点：定时计数器的4种工作模式的异同及使用场合。
第七章 单片机I/O扩展及接口技术
本章教学要求：要求学生了解单片机I/O接口的扩展形式及外部常见设备的连接原理，如键盘的连接、液晶屏的连接、数码管的连接等，熟悉一般外部设备的驱动过程
1．8255的扩展连接；
2．LED数码管原理及接口；
3．键盘接口原理及连接方式；
4．液晶显示器的接口方式。
本章重点：8255的扩展连接。
本章难点：动静态数码显示原理及其实现。
第八章 单片机ADC原理及实现
本章教学要求：要求学生了解STC单片机内ADC模块的原理及实现方法。
1. 模数转换原理；
2. STC单片机内ADC的结构原理；
3. STC单片机内寄存器组；
4. ADC模块的应用。
本章重点：模数转换器的参数设置；
本章难点：模数转换的程序编制。
实验一 汇编程序设计
实验目的：通过本实验使学生能够掌握汇编语言仿真调试软件的使用方法、调试流程，为后续的程序设计以及和硬件电路的调试奠定基础。
主要实验内容：
1．学习Windows平台下Keil C51 仿真调试软件的文件编辑、汇编、排错、调试方法；
2．掌握单步、断点、自动跟踪/单步、全速执行等执行方法；
3．熟练掌握汇编语言编程方法，掌握常见的选择、循环程序的设计。
4. 独立设计发光二极管的汇编语言驱动程序
实验二 循环、分支结构的C51程序设计
实验目的：通过本实验使学生掌握C51程序的设计、开发流程，为后续的程序设计以及和硬件电路的调试奠定基础。
主要实验内容：
1．掌握C51程序结构的组成；
2．熟悉单片机外围端口的功能及控制方法；
3．编写C51程序实现对端口的控制；
4．学习用仿真器和实验箱硬件仿真调试程序的方法。
实验三 定时器实验
实验目的：通过实验，掌握定时计数器的4种工作模式，比较C51语言和汇编语言编写程序的差别。
主要实验内容：
1．掌握单片机的定时/计数器的编程；
2．熟悉定时程序的设计方法，编制定时程序；
3．使用实验箱进行调试，实现LED的动静态显示。
四、学时分配
五、课程目标达成评价的途径和措施
1. 考核目标
以课堂教学为主，以自习，实践教学为辅，全面学习单片机的硬件设计与软件编程知识，要求学生能够独立识图，独立编程，解决简单的工程控制问题。
2. 考核方式：考试、作业、课内实验。
3. 考核方式及对课程目标达成、评价比例见表5.1和表5.2所示。
4. 计分办法：百分制分数，满分为100分。
六、主要参考书
1．何宾. STC单片机原理及应用—从器件、汇编、C到操作系统的分析和设计，北京：清华大学出版社，2015
2．李全利. 单片机原理及应用（第2版），北京：清华大学出版社，2014
3．张毅刚, 彭喜元, 彭宇. 单片机原理及应用（第2版），北京：高等教育出版社，2015
