《单片机原理及应用》课程教学大纲

1、单片机原理及应用课程教学大纲课程编码：SD01100200课程名称：单片机原理及应用课程英文名称：Principle and Application of Microcontroller Unit总学时：48 讲课学时：38 实验学时：10 上机学时：0 课外辅导学时：0学分：3开课单位：电气工程及自动化学院自动化测试与控制系授课对象：测控技术与仪器专业、光电信息科学与工程专业、应用物理专业本科生开课学期：3秋先修课程：C语言程序设计I、数字电子技术基础I主要教材及参考书：教材： 1.张毅刚.单片机原理及应用.高等教育出版社.2010. 2.张毅刚.基于Proteus的单片机课程的基础实验与课

2、程设计.人民邮电出版社.2012.主要参考书： 1.韩建国.Fundation and Application of Microcontroller.高等教育出版社.2006.2. ATMEL：8-bit Microcontroller With 4K Bytes in-system programble Flash AT89LS51. 2001.3. 徐爱钧.单片机原理与应用基于Proteus的虚拟仿真技术.机械工业出版社.2010.4. 张毅刚.单片机原理及应用C51编程+Proteus仿真.高等教育出版社.2012.一、课程教学目的本课程为应用技术类课程，也是进一步学习其它类型嵌入式处理

3、器的基础。通过课程学习，使学生掌握AT89S51单片机的硬件基本结构、片内各功能部件的工作原理、汇编语言指令系统以及各种常用系统扩展的硬件电路设计与程序设计，同时要掌握软件开发工具Keil Vision3以及虚拟仿真开发工具Proteus的使用。要在掌握基本知识、基本概念、基本原理的基础上，注重加强对学生的硬件系统设计与编程调试能力的培养，通过案例教学与课后布置的综合性设计大作业以及基础实验环节，锻炼提高学生软、硬件开发与实际动手能力。课程学习的目的应使学生熟练掌握单片机的基本概念与基本知识，并能根据工程实际任务要求，熟练运用虚拟仿真开发工具Proteus及软件开发工具Keil Vision3

4、，提高综合性设计能力，独立完成单片机应用系统的设计、开发与调试。二、教学内容及基本要求主要教学内容： 介绍AT89S51单片机的片内硬件结构，最小系统构成，8051汇编语言指令系统，常用程序设计，片内各功能部件：中断系统、定时器、异步串口的功能及工作原理以及应用程序设计；系统扩展部分包括：存储器扩展、I/O扩展、键盘/显示器/微型打印机/BCD码拨盘的接口设计、单片机扩展D/A转换器与A/D转换器的接口设计与软件编程；介绍系统的串行扩展，包括：单总线系统、I2C总线系统、SPI系统。AT89S51单片机应用系统的综合设计与应用系统开发介绍，包括单片机应用系统的设计步骤，单片机应用系统的仿真开发

5、与调试，抗干扰与可靠性设计以及I/O功率驱动。利用虚拟仿真平台Proteus与软件开发工具Keil Vision3进行单片机应用系统的开发、设计与系统软硬件联调的基本方法与步骤。课程重点：掌握片内功能部件的工作原理、特殊功能寄存器的功能以及各种扩展接口工作原理与软件设计，学生应根据不同应用，设计出相应的单片机硬件系统以及软件驱动程序；掌握虚拟仿真平台Proteus与软件开发工具Keil Vision3的使用，并能进行单片机系统的虚拟仿真设计与调试， 课程的难点：根据不同应用设计要求，设计出相应的单片机硬件系统的接口电路，以及根据该接口电路编写出相应的驱动程序。尤其在接口的原理电路设计完毕后，编

6、写相应的驱动程序，是本课程的难点。第1章 单片机概述（2学时）教学内容：介绍有关单片机的基础知识与基本概念；历史及发展概况与趋势、应用领域； MCS-51系列与AT89C5x系列单片机以及各种与80C51兼容的增强型和扩展型的单片机；非8051内核的AVR系列单片机与PIC系列单片机基本性能；DSP、嵌入式微处理器的基本特性与应用领域。教学要求：应使学生掌握有关单片机的基础知识与基本概念；了解单片机的历史及发展概况与趋势、应用领域；熟悉MCS-51系列与AT89C5x系列单片机以及各种与80C51兼容的增强型和扩展型的单片机；了解非8051内核的AVR系列单片机与PIC系列单片机基本性能。此外

7、，应使学生了解DSP、嵌入式微处理器的基本特性及其应用领域，为将来进一步学习DSP、嵌入式微处理器打下良好基础。第2章 AT89S51片内硬件结构（4学时）教学内容：AT89S51片内的硬件结构、引脚功能、存储器的基本组成与结构、4个并行I/O端口；时钟电路的工作原理与时序以及时钟电路的设计；复位操作与复位的工作原理，以及复位电路的设计；单片机最小系统的概念；低功耗节电模式以及看门狗的工作原理与应用。 教学要求：应使学生从应用角度掌握AT89S51片内的硬件结构、引脚功能、存储器的基本组成与结构、4个并行I/O端口；掌握时钟电路的工作原理与时序以及时钟电路的设计，复位操作与复位的工作原理，以及

8、复位电路的设计；掌握单片机最小系统的概念以及最小系统的设计；熟悉低功耗节电模式以及看门狗的工作原理与应用，为单片机应用系统的硬件设计与软件编程打下基础。第3章 AT89S51的指令系统（3学时）教学内容：介绍8051单片机汇编语言的指令格式、寻址方式，以功能分类的指令系统，以及指令使用中一些常见问题。教学要求：通过本章学习，使学生了解汇编语言的指令是如何对底层硬件进行操作，如何掌握基本指令的使用。各种AT89S51的汇编语言指令无需死记硬背，掌握常用的汇编语言指令即可。为单片机应用程序的编写打下基础。对于C51编程语言的掌握，可通过自学来解决，主要参考书为参考书4。第4章 AT89S51的汇编

9、语言程序设计（1学时）教学内容：介绍汇编语言与高级语言的各自特点；伪指令；汇编语言源程序的汇编；常用汇编语言源程序设计的基本方法。教学要求：通过本章学习，使学生进一步使学生熟悉汇编语言与高级语言的各自特点；伪指令；汇编语言源程序的汇编；掌握子程序，查表程序的设计，熟悉常见的汇编语言各种程序设计，如关键字查找、分支转移、循环等程序设计的基本方法。第5章 AT89S51的中断系统（2学时）教学内容：介绍中断系统的工作原理，相关的特殊功能寄存器，以及中断系统的软件编程。教学要求：掌握有关AT89S51中断系统的基本概念，熟悉中断源及中断系统的硬件逻辑结构，掌握中断优先级的设置，各中断源中断请求信号的

10、撤销，中断入口的概念，中断响应的必要条件，中断响应过程，外部中断的响应时间，尤其要重点掌握相关的特殊功能寄存器的功能与设置，中断服务子程序的编写以及中断系统编程应用设计。第6 章 AT89S51的定时器/计数器（2学时）教学内容：介绍AT89S51片内定时器/计数器的结构；掌握定时器/计数器的工作原理，以及定时器/计数器的4种工作方式，定时器/计数器的应用编程。教学要求：熟悉AT89S51片内定时器/计数器的结构；掌握定时器/计数器的工作原理；定时器/计数器的4种工作方式以及对外部输入的计数信号要求；掌握定时器/计数器的编程。重点掌握方式1与方式2的应用。并能根据不同的定时应用与计数应用的具体

11、设计要求，编写出相应的程序。案例中，重点掌握对外部脉冲计数的程序设计，1s定时程序设计以及在此基础上的实时时钟的设计与实现。第7章 AT89S51的串行口（4学时）教学内容：介绍AT89S51片内串行口（UART）的结构；串行口4种工作方式的工作原理，多机通信的工作原理，波特率的制定方法；熟悉串行口的各种标准接口，如RS-232、RS-422A、RS-485等；单片机与PC机的串行通信，以及如何组成一个多机分布系统。教学要求：通过本章学习，应使学生熟悉AT89S51片内串行口（UART）的结构；掌握串行口4种工作方式的工作原理，多机通信的工作原理，波特率的制定方法；熟悉串行口的各种标准接口，如

12、RS-232、RS-422A、RS-485等。同时使学生了解单片机与PC机的串行通信，以及如何组成一个多机分布系统。应重点掌握方式1、方式3的串行通信编程，包括查询方式与中断方式串行通信的程序设计。同时能根据不同的串行通信距离、串行通信速率以及不同的应用场合要求来选择各种不同的标准串行接口，如RS-232、RS-422A、RS-485等，以及这些标准串行接口的硬件电路设计。第8章 AT89S51单片机外部存储器的扩展（4学时）教学内容：介绍系统并行扩展的三总线结构与基本概念；两个外部存储空间的地址分配，以及如何实现两个地址空间的分配；简介程序存储器的扩展，片内Flash存储器的基本特性与编程方

13、法，ISP技术的实现；数据存储器的扩展，单片机读写片外RAM的基本工作原理与软件编程。教学要求：掌握系统并行扩展的三总线结构与基本概念，外部存储空间的地址分配的线选法与译码法，以及使用线选法与译码法实现两个地址空间的分配；对于程序存储器的扩展，只需了解基本扩展方法即可，但应使学生熟悉片内Flash存储器的基本特性与编程方法，尤其要熟悉ISP技术；要求学生在掌握静态数据存储器扩展技术同时，还要掌握单片机读写片外RAM的基本工作原理与软件编程。第9章 AT89S51单片机的I/O扩展（2学时）教学内容：介绍I/O并行扩展的意义与基本概念，I/O接口与I/O端口的概念，外部I/O与外部RAM的编址关

14、系；I/O接口芯片82C55的基本特性以及单片机扩展82C55的硬件接口设计与软件编程；价廉的74LSTTL扩展的并行I/O接口，以及使用单片机串行口扩展并行口的接口电路设计以及软件编程；I/O口控制的声音提示与报警声音的设计。教学要求：通过本章学习，使学生了解I/O并行扩展的意义与基本概念，掌握I/O接口与I/O端口的概念，掌握外部I/O与外部RAM的编址关系。重点掌握经典I/O接口82C55的基本特性，以及单片机扩展82C55的硬件接口设计与软件编程。熟悉使用价廉的74LSTTL扩展的并行I/O接口，以及单片机串行口扩展并行口的接口电路设计以及软件编程。要求学生了解I/O口控制的声音提示与

15、报警的设计。第10章 AT89S51单片机与输入/输出外设的接口（5学时）教学内容：介绍单片机控制8段LED数码管的显示原理，静态显示与动态显示的工作原理，以及相应的接口电路设计和相应的驱动程序设计。键盘的工作原理及如何去除按键抖动。独立式键盘与矩阵式键盘的工作原理、接口设计与软件编程。专用键盘/显示器接口芯片CH451与HD7279。单片机与液晶显示器LCD1602的接口设计与显示编程控制。单片机与微型打印机的接口设计；扩展BCD码拨盘的接口设计。 教学要求：通过本章学习，使学生掌握单片机控制8段LED数码管的显示原理，并能设计出相应的接口电路，以及软件编程。掌握键盘的工作原理以及如何去除按

16、键抖动。重点掌握独立式键盘与矩阵式键盘的工作原理、接口设计与软件编程。熟悉目前的专用的键盘/显示器接口芯片CH451与HD7279，掌握一种即可。重点掌握单片机扩展LCD1602的接口设计与显示编程控制。要求学生熟悉单片机与Centronics打印机并行接口电路设计，并编写出相应的驱动程序。了解扩展BCD码拨盘的工作原理与接口设计以及软件编程。 第11章 AT89S51单片机与D/A、A/D 转换器的接口（5学时）教学内容：介绍AT89S51单片机与DAC的接口和ADC的接口设计；AT89S51单片机与V/F转换器的接口。教学要求：通过本章学习，应使学生了解掌握采用并行接口的DAC芯片与ADC

17、芯片主要性能指标，并能根据系统的技术要求，正确选择DAC芯片与ADC芯片。对于DAC接口设计，掌握多路DAC输出模拟量的同步输出问题。ADC接口电路设计部分首先使学生掌握单片机系统中常用的双积分与逐次比较式以及-式的ADC的各自特点及使用场合，并能根据需要来进行芯片选择。要求学生重点掌握ADC0809以及熟悉MC14433与单片机的接口设计及软件编程。了解单片机与V/F转换器的接口设计。第12章 单片机的串行扩展技术（2学时）教学内容：介绍目前常用的三种串行扩展技术与系统结构，包括单总线、I2C与SPI串行扩展，重点介绍I2C串行总线通信协议与系统扩展结构。教学要求：通过本章学习，应使学生熟悉

18、目前常用的3种串行扩展技术，如单总线串行扩展、I2C串行扩展与SPI串行扩展，熟悉3种串行扩展总线的工作原理，重点掌握I2C串行总线基本时序、通信协议与系统扩展结构。通过3种串行扩展总线的典型案例设计，掌握单片机系统的串行扩展技术。单总线系统案例为基于DS18B20的单总线温度测量系统设计；SPI部分介绍单片机扩展串行DAC与ADC的设计；I2C串行扩展部分介绍单片机扩展串行存储器芯片AT24C0 x制作IC卡的设计。学生应通过课内结合课外自学掌握上述案例设计。第13章 AT89S51单片机的应用设计与调试（2学时）教学内容：内容包括单片机应用系统的设计步骤与方法；单片机应用系统的仿真开发与调

19、试；单片机应用系统的抗干扰与可靠性设计；单片机应用系统的I/O功率驱动。教学要求：通过本章学习，应使学生了解如何从应用设计的角度，来进行一个单片机应用系统设计，尤其是在系统设计中所涉及的应用系统的抗干扰与可靠性设计问题。自学掌握虚拟仿真平台Proteus与软件开发工具Keil的使用通过自学，掌握软件开发工具Keil Vision3的使用，以及软件编程与开发；掌握先进的虚拟仿真平台Proteus的使用，并能进行单片机系统硬件电路的虚拟设计与调试。掌握上述两种软件工具进行系统软硬件联调的基本方法与步骤。掌握使用编程器或ISP的程序写入技术,最终能完成单片机应用系统的开发、设计与调试。三、其他教学环节基础实验10学时。为使学生巩固课堂教学所学的知识，需通过基础实验环节的实践练习，来提高学生的编程与设计开发能力。具体题目及要求：必作的实验题目为10个（见表1），选作的实验题目为5个（见表2）。实验题目与具体要求见辅助教材2。所有的实验题目提前发布在网络教学平台“乐学网”上，要求学生课下先在Proteus平台下虚拟设计仿真调试通过，并将相关文件传送到“乐学网”，并由教师检查通过，最终在实验室硬件实验装置上通过。编程语言使用汇编语言和C51语言均可。表1 必作的10个基础实验题目明细表