C51单片机应用与C语言程序设计(第4版)-基于机器人工程对象的项目实践 教学大纲、授课计划

《C51单片机应用与C语言程序设计（第4版）——基于机器人工程对象的项目实践》教学大纲课程信息课程名称：C51单片机应用与C语言程序设计（第4版）——基于机器人工程对象的项目实践课程类别：素质选修课/专业基础课课程性质：选修/必修计划学时：64计划学分：4先修课程：无选用教材：《C51单片机应用与C语言程序设计（第4版）——基于机器人工程对象的项目实践》，秦志强主编，2022年，电子工业出版社教材。适用专业：可用于职业院校、职业本科院校的“单片机技术与应用”“嵌入式C语言程序设计”两门课程，也可用于本科院校工程训练、电子制作的实践教材和相应专业课程，同时还可供广大希望从事嵌入式系统开发和C语言程序设计的学生或者个人自学使用。课程负责人：二、课程简介以两轮小型移动机器人的制作与编程项目为主线，通过循序渐进地构建机器人的控制器和传感器电路，并对机器人进行编程和控制，将C51单片机的外围接口特性、内部结构原理、综合应用设计和C语言程序设计等知识和技能传授给学生，彻底打破了传统的先理论、后实验的教学方法和教学体系，解决了单片机原理与应用、C语言程序设计等核心专业基础课程抽象、枯燥与教学效果差的难题。三、课程教学要求序号专业毕业要求课程教学要求关联程度1工程知识掌握构建机器人的控制器和传感器电路。掌握对机器人进行编程和控制。了解C51单片机的外围接口特性、内部结构原理。H2问题分析成本高和灵活性不强的原因是Arduino已经是一个通用的控制模块，经过了二次封装，自然就多了一道制造和开发成本。但是在许多大批量小型智能产品的开发过程中，往往要求我们直接采用单片机进行开发，因为这样不仅可以大幅降低生产成本，而且可以提高产品的可靠性和效率。本课程将引领大家从已经掌握的微控制器出发，深入微控制器内部，学习和掌握如何直接用单片机和C语言来开发智能产品。H3设计/开发解决方案1.根据客户需求进行液C51单片机的设计和开发。2.学会进行系统测试和验证，以确保系统的质量和性能符合要求。H4研究1.了解C51单片机的前沿技术和研究方向，为系统的长期发展提供支持。2.学会进行科学研究和创新，提高自身的专业水平和创新能力。L5使用现代工具6工程与社会学会将工程知识应用于实际生产和社会服务中，为社会做出贡献。L7环境和可持续发展8职业规范9个人和团队1.学会个人发展和团队合作，提高个人和团队的综合素质。2.学会与他人合作和沟通，建立良好的人际关系和团队合作氛围。H10沟通1.学会进行有效的沟通和表达，与客户、同事和上级保持良好的沟通和协作。2.学会进行跨文化沟通和合作，提高国际化视野和跨文化交流能力。M11项目管理1.学会进行项目管理和组织，包括项目计划、进度控制、质量管理等。2.学会进行风险评估和管理，提高项目成功的概率和效率。L12终身学习1.学会进行自我学习和自我提升，不断提高自身的专业水平和创新能力。2.学会进行终身学习和职业发展规划，不断拓展职业领域和发展空间。H注：“课程教学要求”栏中内容为针对该课程适用专业的专业毕业要求与相关教学要求的具体描述。“关联程度”栏中字母表示二者关联程度。关联程度按高关联、中关联、低关联三档分别表示为“H”“M”或“L”。“课程教学要求”及“关联程度”中的空白栏表示该课程与所对应的专业毕业要求条目不相关。四、课程教学内容章节名称主要内容重难点关键词学时类型1从Arduino到C51单片机单片机和微控制器机器人与C51单片机任务1获得软件任务2安装软件任务3硬件连接任务4第一个程序任务5做完实验关断电源1.了解单片机和微控制器、机器人与C51单片机。2.掌握获得、安装软件的方法。3.掌握硬件连接。4.知道做完实验关断电源。8理论+实操2C51接口与伺服电机控制C51单片机的输入/输出接口任务1单灯闪烁控制任务2机器人伺服电机控制信号任务3计数并控制循环次数任务4用计算机来控制机器人的运动了解C51单片机的输入/输出接口。掌握单灯闪烁控制。掌握机器人伺服电机控制信号。掌握计数并控制循环次数。掌握用计算机来控制机器人的运动的方法。8理论+实操3C语言函数与机器人运动控制任务1基本运动动作任务2匀加速/减速运动任务3用函数调用简化运动程序任务4高级主题——用数组建立复杂运动了解C语言函数与机器人运动控制的基本运动动作。了解C语言函数与机器人的匀加速/减速运动。掌握用函数调用简化运动程序。掌握数组建立复杂运动。4理论+实操4C51接口与触觉导航触觉导航与单片机输入接口任务1安装并测试机器人“胡须”任务2通过“胡须”导航任务3机器人进入死区后的人工智能决策了解触觉导航与单片机输入接口。掌握通过“胡须”导航。掌握机器人进入死区后的人工智能决策。4理论+实操5C51接口与红外线导航使用红外线发射和接收器件探测道路任务1搭建并测试红外发射和检测器对任务2探测和避开障碍物任务3高性能的IR导航任务4俯视的红外发射和检测器对了解使用红外线发射和接收器件探测道路。掌握搭建并测试红外发射和检测器对。掌握探测和避开障碍物的方法。掌握俯视的红外发射和检测器对。8理论+实操6C51定时器与机人的距离检测用同样的IR组电路检测距离任务1定时/计数器的运用任务2测试扫描频率任务3尾随小车任务4跟踪条纹带掌握用同样的IR组电路检测距离。掌握定时/计数器的运用。掌握测试扫描频率的应用。8理论+实操7C51单片机的UART与机器人串口通信串口控制寄存器SCON什么是波特率波特率的计算RS232电平与TTL电平转换任务1编写串口通信程序1.了解串口控制寄存器SCON、波特率。2.掌握波特率的计算。3.掌握编写串口通信程序。8理论+实操8C51单片机显示接口编程与机器人应用LED数码管任务1数码管显示任务2认识LCD显示器任务3编写LCD驱动程序任务4用LCD显示机器人运动状态1.了解LED数码管。2.了解数码管显示。3.认识LCD显示器。4.掌握编写LCD驱动程序。5.险恶用LCD显示机器人运动状态。4理论+实操9多传感器智能机器人任务1多传感器信息与C语言结构体的使用和编程任务2智能机器人的行为控制策略和编程1.了解多传感器信息与C语言结构体的使用和编程。2.掌握智能机器人的行为控制策略和编程。4理论+实操10机器人循线竞赛任务1QTI传感器及其通信接口任务2安装QTI传感器到机器人前端任务3编写OTI传感器的测试程序任务4设计算法实现机器人无接触传感器游中国任务5修改算法实现机器人游中国任务6用数组实现机器人游中国比赛任务7改进运动执行程序，提升执行的可靠性1.了解QTI传感器及其通信接口。2.掌握安装QTI传感器到机器人前端。3.掌握编写OTI传感器的测试程序。4.掌握设计算法实现机器人无接触传感器游中国的方法。5.掌握修改算法实现机器人游中国方法。6.用数组实现机器人游中国比赛。7.了解改进运动执行程序，提升执行的可靠性。8理论+实操五、考核要求及成绩评定序号成绩类别考核方式考核要求权重（%）备注1期末成绩期末考试大作业50百分制，60分为及格2平时成绩实践8次40优、良、中、及格、不及格3平时表现出勤情况10两次未参加课程则无法获得学分注：此表中内容为该课程的全部考核方式及其相关信息。六、学生学习建议学习方法建议1.依据专业教学标准，结合岗位技能职业标准，通过案例展开学习，将每个项目分成多个任务，系统化地学习。2.了解行业企业技术标准，注重学习新技术、新工艺和新方法，根据教材中穿插设置的相关实例，对已有技术持续进行更新。3.扫描教材二维码，观看相关知识点的微课，利用互联网和社交媒体等资源，进行多元化的学习。学生课外阅读参考资料《C51单片机应用与C语言程序设计（第4版）——基于机器人工程对象的项目实践》，秦志强主编，2022年，电子工业出版社教材。七、课程改革与建设(1)老版教学板需要使用专用的USBASP下器和USB转232数据线，使用起来非常不方便。而新的教学板只需要一根USB数据线即可实现程序的下载和程序运行时的数据交互，极大地简化了学习开发过程。(2)由于教学板所用核心芯片AT89S52的端口电流驱动能力弱，老版教学板不能直接驱动部分品牌的标准伺服电机，需要外接上拉电阻。新版教学板直接加入了上拉电阻，使其可以直接连接各种品牌的伺服电机，从而简化了学习开发过程。(3)新版教学板采用了TOFP封装工艺的AT89S52芯片采用贴片方式安装到教学板上比老版的PLCC芯片封装方式具有更高的可靠性。(4)新版教学板只安装了AT89S52芯片，无须再兼顾AVR单片机教学，使得教学板更加简洁、美观和可靠。平时对学生的考核内容包括出勤情况、学生的劳动成果、课堂讨论等方面，占期末总评的50%。期末考试成绩占期末总评的50%。制订人签字：教研室主任签字：院部负责人签字：修订时间：年月日教学日历（20xx～20xx学年第x学期）开课学院开课专业讲授学时24课程名称C51单片机应用与C语言程序设计（第4版）——基于机器人工程对象的项目实践授课教师实践/实验学时40授课年级授课班级总学时64使用教材《C51单片机应用与C语言程序设计（第4版）——基于机器人工程对象的项目实践》参考书目《C51单片机应用与C语言程序设计（第4版）——基于机器人工程对象的项目实践》校历周次授课内容分章节题目第1周第1讲从Arduino到C51单片机（4学时）单片机和微控制器（1学时）机器人与C51单片机（1学时）任务1获得软件（1学时）任务2安装软件（1学时）第2周第1讲从Arduino到C51单片机（4学时）任务3硬件连接（1学时）任务4第一个程序（1学时）任务5做完实验关断电源（2学时）第3周第2讲C51接口与伺服电机控制（4学时）C51单片机的输入/输出接口（1学时）任务1单灯闪烁控制（1学时）任务2机器人伺服电机控制信号（2学时）第4周第2讲C51接口与伺服电机控制（4学时）任务3计数并控制循环次数（2学时）任务4用计算机来控制机器人的运动（2学时）第5周第3讲C语言函数与机器人运动控制（4学时）任务1基本运动动作（1学时）任务2匀加速/减速运动（1学时）任务3用函数调用简化运动程序（1学时）任务4高级主题——用数组建立复杂运动（1学时）第6周第4讲C51接口与触觉导航（4学时）触觉导航与单片机输入接口（1学时）任务1安装并测试机器人“胡须”（1学时）任务2通过“胡须”导航（1学时）任务3机器人进入死区后的人工智能决策（1学时）第7周第5讲C51接口与红外线导航（4学时）使用红外线发射和接收器件探测道路（1学时）任务1搭建并测试红外发射和检测器对（1学时）任务2探测和避开障碍物（2学时）第8周第5讲C51接口与红外线导航（4学时）任务3高性能的IR导航（2学时）任务4俯视的红外发射和检测器对（2学时）第9周第6讲C51定时器与机人的距离检测（4学时）用同样的IR组电路检测距离（1学时）任务1定时/计数器的运用（1学时）任务2测试扫描频率（2学时）第10周第6讲C51定时器与机人的距离检测（4学时）任务3尾随小车（2学时）任务4跟踪条纹带（2学时）第11周第7讲C51单片机的UART与机器人串口通信（4学时）串口控制寄存器SCON（1学时）什么是波特率（1学时）波特率的计算（2学时）第12周第7讲C51单片机的UART与机器人串口通信（4学时）RS232电平与TTL电平转换（2学时）任务1编写串口通信程序（2学时）第13周第8讲C51单片机显示接口编程与机器人应用（4学时）LED数码管、任务1数码管显示（1学时）任务2认识LCD显示器（1学时）任务3编写LCD驱动程序（1学时）任务4用LCD显示机器人运动状态（1学时）第14周第9讲多传感器智能