《单片机与工业PC机技术》课程教学大纲

《单片机与工业PC机技术》教学大纲课程编号010910课程性质专业必修课适合层次本科先修课程大学计算机基础/电子技术/C语言设计后继课程机电一体化系统设计学分3总学时48理论42实验6上机0课外0适用专业机械设计制造及其自动化一、课程的目的与任务本课程是机械设计制造及其自动化专业的一门专业选修课，本课程学习机电系统中两种常见的计算机技术，MCS-51单片机和工业PC机，其主要内容有单片机的硬件结构、指令系统、程序设计及I/0接口设计、中断系统、定时器/计数器、并行扩展技术、工控机系统结构、数据采集卡的原理及应用。本课程的教学目标如下：课程目标1：能够通过文献研究及现代技术获取信息，了解机电系统中两大计算机技术，单片机与工业PC机的发展趋势和研究热点，并能理解世界不同国家产品的差异性和多样性。课程目标2：了解单片机与工业PC机的基本原理，掌握MCS-51单片机的IO接口、中断、定时计数等常用的硬件结构和编程控制方法；IPC的数据采集卡的控制方式，同时为后续专业课程打下基础。课程目标3：能够选择与使用恰当的工业计算机对机电系统中的工程问题进行分析，具备在相应专业领域内应用工业计算机的能力，具备进行过程及资源管理、成本及决策分析的能力。本课程的教学目标对毕业要求的支撑如下表所示：表1课程教学目标对毕业要求的支撑毕业要求毕业要求指标点对应课程目标【毕业要求5】使用现代工具：能够针对机械设计制造复杂工程问题，选择与使用恰当的现代工具，对复杂工程问题进行模拟与预测，并分析和理解现代工具的局限性5.1了解现代工具的基本原理，在工程实践中具备使用现代工具和技术的能力课程目标2【毕业要求10】沟通：能够就机械设计制造复杂工程问题与业界同行及社会公众进行清晰有效的书面和口头沟通和交流；了解专业领域的国际发展趋势和研究热点，具备一定的国际视野；能够在跨文化背景下进行沟通和交流10.1了解专业领域的国际发展趋势和研究热点，并能理解和尊重世界不同文化的差异性和多样性课程目标1【毕业要求11】项目管理：握工程相关的管理学与经济学知识，能够在多学科实践中进行过程及资源管理、成本分析及决策11.2能够在机械设计制造工程多学科实践中进行过程及资源管理、成本分析及决策课程目标3二、课程目标达成途径设计及学时分配为促成各项教学目标的顺利达成，对理论教学环节、过程训练环节、实践教学环节等达成途径进行具体规定，包括课内、课外学时分配，如表2所示。表2课程目标达成途径设计及学时分配课程目标达成途径理论教学环节过程训练环节实践教学环节1讲授10学时；包括讨论、互动交流/答疑2学时；作业14学时​2讲授22学时；包括讨论、互动交流/答疑2学时；作业2、3、412学时(1)IO接口实验2学时(2)定时计数中断控制实验2学时(3)IPC数据采集与控制实验2学时3讲授10学时；​​合计42学时（理论）16学时（课外）6学时（实验）三、理论教学要求表3理论教学内容及学时分配知识单元/章节知识点教学要求学时支撑课程目标第1章概述1、机电系统计算机概述2、单片机和工业PC机3、单片机和工业PC机发展和应用1、掌握课程的研究内容、行业现状与趋势。（支撑课程目标1）2、了解本课程学习目的、任务、要求及考核方法。21第2章MCS-51单片机的硬件结构1、80C51系列单片机内部结构和引脚功能2、存储空间配置和功能3、I/O端口结构、工作原理及功能4、时钟和时序5、复位电路、复位条件和复位后状态1、掌握单片机的内部存储结构、IO引脚功能、时钟时序、复位功能与方法。（支撑课程目标2）2、了解单片机IO引脚在工程中的应用。（支撑课程目标1）41、2第3章MCS-51指令系统1、指令系统概述2、寻址方式3、数据传送类指令4、算术操作类指令5、逻辑操作类指令6、程序转移类指令7、位操作类指令1、掌握单片机的寻址方式、基本指令类型。（支撑课程目标2）2、了解单片机指令在工程中的应用。（支撑课程目标1）81、2第4章程序设计及I/O接口1、汇编语言源程序格式和伪指令2、分支结构程序设计3、循环结构程序设计4、子程序结构程序设计5、LED显示器接口技术6、键盘接口技术1、掌握单片机的编程方法，程序结构。（支撑课程目标2）2、掌握工程中LED显示器、键盘的接口设计方法，编程控制方法。（支撑课程目标1、3）81、2、3第5章MCS-51中断系统1、中断的基本概念2、8051中断源3、中断控制寄存器4、中断处理过程5、中断系统的应用1、掌握单片机的中断结构、原理、编程控制方法。（支撑课程目标2）2、掌握单片机中断在工程中的运用。（支撑课程目标1、3）41、2、3第6章MCS-51定时器/计数器1、80C51定时/计数器概述2、定时/计数器控制寄存器3、定时/计数器工作方式4、定时/计数器的应用（一）5、定时器/计数器的应用（二）1、掌握单片机定时计算器的结构、原理、编程控制方法。（支撑课程目标2）2、掌握单片机定时计数器在工程中的运用。（支撑课程目标1、3）61、2、3第7章MCS-51并行扩展技术1、并行扩展结构2、数据存储器的扩展3、AD接口技术及应用4、DA接口技术及应用1、掌握单片机并行接口的结构、原理、编程控制方法。（支撑课程目标2）2、掌握单片机并行接口在工程中的运用。（支撑课程目标1、3）21、2、3第8章工控机系统概述1、工控机概述2、工控机的硬件系统构成3、工控机的软件系统1、掌握工业PC机的软硬件结构特点。（支撑课程目标2）2、掌握工业PC机的工程应用。（支撑课程目标1）21、2第9章数据采集卡的原理及应用1、多功能数据采集卡功能和原理、板卡选型2、AD通道控制及应用应用3、DA通道控制及应用4、IO通道控制及应用5、COUNT通道控制及应用1、掌握数据采集卡的功能、接口、编程控制方法。（支撑课程目标2）2、掌握数据采集卡的工程应用。（支撑课程目标1、3）41、2、3其他习题课针对每章课后习题进行重点提示或讲解，可根据实际教学情况分散进行（支撑课程目标1、2）21、2四、过程训练环节要求表4过程训练环节训练项目内容及要求课外学时支撑课程目标作业1单片机内部结构、基本概念、指令与程序分析4学时1作业2单片机IO口结构、应用与编程4学时2作业3定时计数器基本结构、原理、应用与编程4学时2作业4并行接口基本构成、原理、应用与编程4学时2五、实践教学要求表5实验项目的设置及学时分配序号实验项目名称实验性质学时分配实验类型实验内容及要求支撑课程目标1IO接口实验必修2验证内容：单片机的IO口内部结构、外围设计、编程控制。要求：通过程序验证实验方案和理论分析结果；试验报告应包含程序代码，代码分析，接口电路图。22定时计数中断控制实验必修2验证内容：单片机定时计数器结构、应用、编程。要求：通过实验验证程序代码，掌握单片机定时器、计数器、中断的正确编程方法。23IPC数据采集与控制实验必修2综合内容：数据采集卡接口、功能、连接、编程控制。要求：掌握数据采集卡的工程运用，VB下的编程控制方法。2每组实验学生人数5-7人，学生应在教师指导下根据所学内容按小组编写实验提纲。实验报告应能体现试验步骤、数据处理和结果分析过程，在结果分析上应具有一定专业性和深度。六、课程考核评价方式和教学目标达成度评价方法（一）课程考核评价方式表6课程考核评价方式考核项目考核要求总比例支撑课程目标期末考试对基本知识及概念的掌握情况、计算能力、综合分析能力及应用能力、自主学习能力等进行考核80%1、2、3实验对实验项目理解、试验手段和方法的掌握情况、数据处理与分析能力、实验报告撰写等进行考核10%2作业1/2/3/4对计算分析能力、独立解决问题的能力、创新能力等进行考核。10%1、2总评成绩100分=开卷考试成绩80%+过程考核成绩20%1）开卷考试80%：根据课程教学目标，重点考核学生对基本知识、重难点知识的理解和应用情况，能反映学生的分析问题、自主学习等能力；考核内容与类型应能支撑课程目标的达成。2）过程考核20%：包括实验10%、作业10%。课程实验主要考核学生实验的出勤和态度，并综合预习、过程、数据处理、实验报告撰写的完成质量由试验指导老师给出该项成绩。过程考核一方面强调学生独立完成作业的重要性，培养学生分析问题、独立思考并解决问题的能力。同时鼓励学生课堂上积极参与讨论、交流，勇于表现自我，提高学生沟通表达等能力，任课教师应充分利用现代化技术方法和手段提高课堂活跃度。表7作业评分标准作业内容评价标准作业1：单片机内部结构、基本概念、指令与程序分析优秀5分良4分合格3分差2-0分全面清楚地了解51单片机内部结构、基本概念，能够正确分析指令代码与简短程序。独立完成作业、作业完整且字迹清楚。比较清楚地了解51单片机内部结构、基本概念，能够比较正确分析指令代码与简短程序。独立完成作业、作业较完整、字迹较清楚。基本了解51单片机内部结构、基本概念，能够基本正确的分析指令代码与简短程序。有作业格式不规范、字迹模糊和回答不完整等情形。51单片机内部结构、基本概念不清楚，不能够正确的分析指令代码与简短程序。存在回答不准确、作业存在抄袭、字迹模糊、格式极不规范等情形。作业2：单片机IO口结构、应用与编程优秀5分良4分合格3分差2-0分完全掌握单片机IO口结构、应用与编程方法。独立完成作业、作业完整且字迹清楚。较好掌握单片机IO口结构、应用与编程方法。独立完成作业、作业较完整且字迹较清楚。基本掌握单片机IO口结构、应用与编程方法。有作业格式不规范、字迹模糊和回答不完整等情形。没有掌握单片机IO口结构、应用与编程方法。存在回答不准确、作业存在抄袭、字迹模糊、格式极不规范等情形。作业3：定时计数器基本结构、原理、应用与编程优秀5分良4分合格3分差2-0分完全掌握定时计数器基本结构、原理、应用与编程方法。独立完成作业、过程完整且字迹清楚。较好掌握定时计数器基本结构、原理、应用与编程方法。独立完成作业、作业较完整且字迹较清楚。基本掌握定时计数器基本结构、原理、应用与编程方法。存在格式不规范、字迹模糊和过程不完整等情形。没有掌握定时计数器基本结构、原理、应用与编程方法。存在结果错误或过程不完整，作业存在抄袭、字迹模糊、格式极不规范等情形。作业4：并行接口基本构成、原理、应用与编程完全掌握并行接口基本构成、原理、应用与编程方法。独立完成作业、解题过程清楚完整且字迹清楚。较好掌握并行接口基本构成、原理、应用与编程方法。独立完成作业、解题过程较完整、字迹较清楚。基本掌握并行接口基本构成、原理、应用与编程方法。作业格式不规范、字迹模糊和回答不完整等情形。没有掌握并行接口基本构成、原理、应用与编程方法。存在回答不准确、作业存在抄袭、字迹模糊、格式极不规范等情形。表8实验评分标准实验项目评定标准实验1：IO接口实验10-88-66-0对IO接口实验目的和原理熟悉，完成预习报告，回答问题正确，实验方案有创新，按时参加实验，原始数据记录完整，实验过程熟练，操作规范，动手能力强，主动做好分配任务，并能协助同组成员，实验数据整理规范，程序代码正确，能综合实验数据分析规律，结论正确。对IO接口实验目的和原理比较熟悉，完成预习报告，回答问题基本正确，实验方案有创新，能按时参加实验，原始数据记录基本完整，实验过程较熟练，能完成基本操作，完成分配任务，能与小组成员配合，实验数据整理基本规范，程序代码基本正确，结论基本正确，实验数据综合分析基本正确。对IO接口实验目的和原理不够熟悉，未完成预习报告，回答问题基本正确，有实验方案，基本按时参加实验，原始数据记录不完整，需在指导下完成基本操作，基本完成分配任务，并能协助同组成员，实验数据整理不够规范，程序代码不够正确，缺乏实验数据综合分析，结论不够正确。实验2：定时计数中断控制实验10-88-66-0对定时计数中断控制实验目的和原理熟悉，完成预习报告，回答问题正确，实验方案有创新，按时参加实验，原始数据记录完整，实验过程熟练，操作规范，动手能力强，主动做好分配任务，并能协助同组成员，实验数据整理规范，程序代码正确，能综合实验数据分析规律，结论正确。对定时计数中断控制实验目的和原理比较熟悉，完成预习报告，回答问题基本正确，实验方案有创新，能按时参加实验，原始数据记录基本完整，实验过程较熟练，能完成基本操作，完成分配任务，能与小组成员配合，实验数据整理基本规范，程序代码基本正确，结论基本正确，实验数据综合分析基本正确。对定时计数中断控制实验目的和原理不够熟悉，未完成预习报告，回答问题基本正确，有实验方案，基本按时参加实验，原始数据记录不完整，需在指导下完成基本操作，基本完成分配任务，并能协助同组成员，实验数据整理不够规范，程序代码不够正确，缺乏实验数据综合分析，结论不够正确。实验3：IPC数据采集与控制实验10-88-66-0对IPC数据采集与控制实验目的和原理熟悉，完成预习报告，回答问题正确，实验方案有创新，按时参加实验，原始数据记录完整，实验过程熟练，操作规范，动手能力强，主动做好分配任务，并能协助同组成员，实验数据整理规范，程序代码正确，能综合实验数据分析规律，结论正确。对IPC数据采集与控制实验目的和原理比较熟悉，完成预习报告，回答问题基本正确，实验方案有创新，能按时参加实验，原始数据记录基本完整，实验过程较熟练，能完成基本操作，完成分配任务，能与小组成员配合，实验数据整理基本规范，程序代码基本正确，结论基本正确，实验数据综合分析基本正确。对IPC数据采集与控制实验目的和原理不够熟悉，未完成预习报告，回答问题基本正确，有实验方案，基本按时参加实验，原始数据记录不完整，需在指导下完成基本操作，基本完成分配任务，并能协助同组成员，实验数据整理不够规范，程序代码不够正确，缺乏实验数据综合分析，结论不够正确。（二）课程目标达成度评价方法表9课程考核内容及课程目标达成度评价方法课程目标考核内容目标值平均值达成度计算公式课程目标1卷面成绩（基本概