《微机原理与接口技术》、

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《微机原理与接口技术》、《微机原理与接口技术实验》课程教学大纲英文名称：Microcomputerprincipleandinterfacetechnology课程编码：学时：48+32学分：3课程性质：专业方向限选课课程类别：专业基础课先修课程：电工学；模拟电路与数字电子电路开课学期：大三秋冬学期适用专业：机械电子控制学科一、课程的性质与任务微机原理与接口是一门以单片机为核心，将电路原理、模拟电路、数字电路、电子测量与仪表、传感器等多门知识融合的综合型应用技术，已成为工业测控领域普遍采用的智能化控制工具，而且已渗入到人们工作和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，应用前景广阔，是机电一体化人才所需的有关微机原理和接口技术综合知识结构的重要组成部分。本课程是机械电子控制工程专业的必修模块课，课程特点是：理论与实验并重、控制方法侧重微机原理和接口的分析和工程实际应用的紧密结合。通过课程教学，启发学生对微机原理和接口技术的兴趣，使学生能够针对工业控制目标要求等给定的问题，设计合适的单片机控制系统硬件和软件；通过课程讨论，使学生真正搞懂微机原理和接口的基本概念、基本理论和设计方法；通过课程实验，培养学生初步的单片机系统设计、分析和控制的实验技能以增强动手实际操作能力；通过全课程学习，培养学生将单片机原理和接口基础知识综合运用到机电系统的设计和实施中去，获得知识创新和技术创新能力，使其成为具有创新意识的复合型人才。二、教学目标与要求通过本课程的学习使学生了解单片机原理和接口技术基本知识，掌握单片机控制系统的软硬件设计的基本能力。课程以MCS一51单片机为对象，重点讲授单片机结构、指令系统、汇编语言程序设计、并行接口P0～P3和中断系统、定时／计数器与串行接口、总线与存储器的扩展、系统功能扩展、典型外围接口技术、串行接口技术。通过原理讲授和设计实例，使学生掌握单片机系统设计，接口扩展和应用程序设计的基本方法和技能。掌握常用元器件的特性和应用设计。能综合运用单片机的软、硬件技术分析实际问题，设计智能检测与控制系统，为今后从事机电装备的智能化技术工作打下坚实基础。三、课程的基本内容与教学要求第0章计算机的基础知识[主要内容]0.1绪论0.2微型计算机的基本结构和工作原理0.3计算机中的数制与码制[本章重点]1.微机的系统机构和基本工作原理2.微机中原码、反码和补码的转化方法 3.进位、溢出的基本判断方法[本章难点]掌握微型计算机的基本组成和工作原理，了解计算机中的数制和码制。[教学目的与要求]了解计算机的系统结构、基本数制及其相互转换方法。了解微机的分类，明确单片机是微机的一种，了解单片机技术的发展历史和现状，掌握单片机的定义、特点、基本组成等基本概念以及常用系列单片机的分类、产品型号及性能特点。第1章MCS-51单片机结构[主要内容]1.1MCS-51单片机内部结构1.2存储器1.3特殊功能寄存器1.4时钟电路与复位电路1.5引脚功能[本章重点]1、片机引脚及其功能。2、单片机存储器的组织结构。3、单片机的基本时序和复位。[本章难点]单片机存储器的组织结构。[教学目的与要求]掌握单片机的整个结构，引脚及其功能、存储器的组织结构、I/O器的基本工作原理和操作特点；掌握单片机的各种工作方式及其意义；明白单片机的基本时序，掌握51系列单片机各存储空间的地址分配，使用特点及数据操作方法。第2章MCS-51单片机的指令系统[主要内容]2.1寻址方式2.2数据传送与交换指令2.3算术运算和逻辑运算指令2.4控制转移指令2.5位操作指令[本章重点]1、寻址方式。2、指令系统。[本章难点]各类寻址方式，数据传送类指令，算术运算类指令，逻辑运算类与循环类指令，控制转移类指令，位操作类指令[教学目的与要求]通过本章教学，使学生掌握MCS-51单片机的指令系统，并能结合后续的章节加深理解。第3章MCS-51单片机汇编语言程序设计[主要内容]3.1伪指令 3.2顺序程序设计3.3分支程序设计3.4循环程序设计3.5位操作程序设计3.6子程序[本章重点]1、汇编语言程序设计的步骤、方法和技巧方法。2、汇编语言程序的设计。[本章难点]伪指令，顺序、分支、循环、位操作等功能程序设计，源程序的编辑和汇编。[教学目的与要求]通过本章教学，使学生了解汇编语言程序设计的步骤、方法和技巧；掌握顺序、分支、循环、位操作等功能程序设计第4章并行接口P0～P3和单片机的中断系统[主要内容]4.1单片机的并行接口P0～P34.2MCS-51单片机的中断系统[本章重点]1、并行接口P0～P3的功能、内部结构和编程2、条件传送方式、程序查询传送方式、中断传送方式、直接存储器存取方式。3、中断系统的结构及中断控制字、中断响应的条件、过程及中断返回，中断程序举例。[本章难点]并行接口P0～P3的内部结构和编程、中断控制字。[教学目的与要求]通过本章教学，使学生掌握单片机的并行接口P0～P3的功能、内部结构和编程，学会用并行口设计LED数码显示和键盘电路。了解单片机中断源的种类，产生中断的方式；理解中断系统的结构及中断控制、响应过程和中断的应用编程。。第5章单片机的定时／计数器与串行接口[主要内容]5.1定时/计数器T0和T15.2定时/计数器T25.3串行接口[本章重点]1、定时/计数器的结构、工作原理和工作方式。2、串行口的结构、工作原理、工作方式、控制寄存器和应用编程[本章难点]定时/计数器的工作方式，串行口的工作方式和控制寄存器[教学目的与要求]通过本章教学，使学生能够掌握定时/计数器的结构、工作原理和工作方式；了解定时/计数器在生产中的应用。熟悉单片机串行口的结构与工作原理，了解串行口的工作方式和控制寄存器、掌握多机通信的应用编程 第6章单片机总线与存储器的扩展[主要内容]6.1单片机系统总线和系统扩展方法6.2程序存储器的扩展6.3数据存储器的扩展6.4新型存储器扩展（双口RAM和FIFO）[本章重点]1、单片机系统总线。2、存储器的扩展。[本章难点]掌握总线特点和系统扩展方法[教学目的与要求]通过本章教学，使学生能够了解单片机系统总线和系统扩展方法；掌握程序存储器、数据存储器扩展方法和新型存储器的应用。第7章单片机系统功能扩展[主要内容]7.1并行I/O接口的扩展7.2中断扩展7.3定时器的扩展[本章重点]1、并行I/O接口的扩展、中断扩展、定时器扩展电路的设计。2、中断控制字。[本章难点]掌握I/O地址和可编程芯片编程、中断扩展、定时器扩展编程。[教学目的与要求]通过本章教学，使学生能够掌握单片机并行I/O接口的扩展、中断扩展、定时器扩展电路的设计，熟悉常用并行I/O接口扩展芯片、中断扩展芯片、定时器扩展芯片的使用。第8章单片机典型外围接口技术[主要内容]8.1A/D、D/A接口技术8.2V/F（电压-频率转换）接口8.3人机接口技术8.4驱动电路[本章重点]1、A/D转换器、D/A转换器及接口技术。2、用8279扩展键盘、LED和LCD显示器驱动芯片及接口设计。[本章难点]掌握A/D转换器、D/A转换器，键盘、LED和LCD显示器编程。[教学目的与要求]通过本章教学，使学生能够理解A/D转换器、D/A转换器及接口技术；掌握键盘、LED和LCD显示器接口设计与编程。 第9章串行接口技术[主要内容]9.1RS-485总线扩展9.2I2C总线扩展接口及应用9.3SPI总线扩展接口及应用[本章重点]1、串行RS-485总线、IIC总线和SPI总线通讯特性。2、RS-485总线、IIC总线和SPI总线扩展接口设计及应用编程。[本章难点]掌握基RS-485总线、IIC总线和SPI总线应用编程[教学目的与要求]通过本章教学，使学生能够掌握单片机常用串行RS-485总线、IIC总线和SPI总线扩展接口设计及应用编程。四、课程学时分配讲课内容学时讲课实验上机讨论1计算机的基础知识32MCS-51单片机结构33MCS-51单片机的指令系统444MCS-51单片机汇编语言程序设计445并行接口P0～P3和单片机的中断系统446单片机的定时／计数器与串行接口647单片机总线与存储器的扩展648单片机系统功能扩展649单片机典型外围接口技术6410串行接口技术64合计80五、课程习题（讨论）课的要求课程习题讨论课的基本要求是：巩固课堂讲授的理论知识和基本概念，锻炼学生独立思考和分析问题的能力，结合工程实际分析单片机系统软硬件设计的问题。课时数为8学时，主要内容是通过讲解习题，组织学生讨论解决书后思考题。习题课结合讲授内容举例和留作业，以巩固所学理论并培养计算技能。每个教师都有知道自己的课程在整个专业培养体系中的作用，包括知识能力培养中的贡献，在构建学生的知识体系中有什么作用，每门课程涉及那些能力和知识。每门课程中应有20-30%时间用于互动、启发式、探究式的学习，引导学生提出问题，找到解决问题的方法，提取概念和有规律性的方法；新的知识习题范围以书后习题为主，包括建立单片机中断、定时、串行接口、存储器扩展、系统扩展、AD转化等等的硬件设计和软件编程。习题的基本要求是：巩固和加深理解所学基本概念，基本理论，提高硬件设计和软件编程技能，运用所学的知识分析从实际中简化的单片机控制问题，培养学生分析问题解决问题的能力和严肃认真的科学作风。习题包括思考题和计算题。其中计算题不少于20道。 六、实验内容与要求实验内容：针对单片机最小系统和单片机试验箱，每位同学独立完成进行单片机机各控制功能的软硬件设计，撰写实验设计和分析结果的任务书，完成实验报告。实验内容包括:1.I/0口输入输出实验2.外中断实验3.动态扫描显示实验4.矩阵式键盘实验5.单片机与PC机的RS232串行通信实验6.利用IO口模拟并行口转换串行口实验7.ADC0809模数转换实验8.DAC0832数模转换实验9.SPI串行DA实验（TLC5615）10.IIC总线24C02读写实验实验要求：通过实验了解单片机系统的设计和搭建过程，了解单片机控制软件编程方法，学会运用、使用各种相关编程软件、软件烧写工具。学会软硬件综合调试方法，掌握实验技能，培养初步的研究能力。训练学生整理资料、编写实验报告的能力，培养严格的科学作风。七、三级项目方案1.目的通微机原理和接口技术的实践教学环节，学生利用本门课知识，结合单片机仿真软件Proteus，针对工业控制相关的控制目标，设计单片机控制系统，并编写相关控制程序，通过实验室现有试验装置，完成相关模拟控制，从而巩固学生对本门课知识的掌握，并培养其灵活运用知识的能力和创新思维。鼓励学生利用课外时间完成项目的设计，对学生进行微机原理和接口技术综合试验系统的基本知识教学，并进行演示汇报讨论，任课教师根据其完成情况给出成绩。成绩占本门课总成绩的15%。2.项目内容本课程项目本课程项目主要是分单片机控制技术调研、单片机系统仿真以及工业控制领域单片机综合控制系统设计与实验三部分内容。具体项目如下：2.1单片机控制技术调研（1）国际上通用的单片机种类和功能；（2）当前单片机控制的应用领域调研；（3）单片机与电脑的区别？项目实施方法：每个项目组由3名学生组成，利用课外时间，完成项目调研。最后形成PPT演示汇报答辩。2.2单片机系统仿真（1）单片机最小系统设计及仿真；（2）单片机中断仿真；（3）单片机系统扩展仿真；（4）单片机通讯仿真 每个项目组由3-5名学生组成，利用课外时间，完成项目软硬件设计，通过Proteus软件进行仿真。最后形成PPT演示汇报答辩。2.3单片机综合控制系统设计与实验(1)单片机控制变速往复运动实验(2)单片机控制电子秤实验(3)交流充电桩设计实验(4)数字语音回放系统设计实验（5）单片机控制的定速往复运动实验项目实施方法：每个项目组由3-5名学生组成，利用课外时间，利用实验室现有试验模块搭建相应综合试验系统，编写软件，并完成试验演示。最后形成PPT演示汇报答辩。八、教学方法及手段运用多媒体课件，结合实物演示，采用多媒体和板书相结合，理论教学与实验相结合的方法进行讲授。九、课程考核方式理论课程考核通过采用平时成绩、项目成绩和考试成绩相结合的课程考核评价方法。平时成绩包括课内回答问题、讨论问题、作业、考勤等综合评价。项目成绩考核学生整个项目设计、实施过程中综合表现，重点考核项目完成质。期末考试注重考试内容的灵活性、综合性和应用性，改变死记硬背的现象，倡导灵活应用的创新精神,重点考核和评价学生的实际应用能力和创新能力，既考知识，又考能力，促进学生积极、主动、创新地学习。本课程考试为开卷考试，平时成绩、项目成绩和考试成绩各占20%，30%和50%。实验课程考核注重学生对元件、系统的熟悉程度,解决实际问题的能力及创新能力。十、课程教材及主要参考书[课程教材]：《单片机原理、接口及应用》，肖看等，清华大学出版社(2010-09出版)[课程主要参考书]：1．《单片微型计算机技术》，刘国荣等，机械工业出版社，2003年2．《单片机原理及应用》（第二版），曹巧媛，电子工业出版社，2002年3．《51单片机C语言教程——入门、提高、开发、扩展》，郭天祥，电子工业出版社，2009.4．《单片机原理及其接口技术》，胡汉才，清华大学出版社，2010.5．《嵌入式计算系统设计原理》，[美]WayneWolf.孙玉芳等译，机械工业出版社，2002.