课程标准-单片机应用技术项目教程（C语言版）（第2版）

南通职业大学单片机控制系统应用课程标准学院：电子信息工程学院教研室：电气自动化课程名称：单片机控制系统应用课程代码：C022054起草人：束慧审核人：修订时间：2023年1月15日单片机控制系统应用课程标准适用专业：电气自动化技术课程代码：C022054学时（理实一体）：48一、课程性质与定位《单片机控制系统应用》课程是一门面向应用的综合性专业课程，是工科电类专业（如电子、电气、通信、物联网、自动化、机电等专业）的专业拓展课程。课程教学面向先进制造业嵌入式产品开发、装调和运维等岗位，围绕“职业素质优先、动手能力优先、注重实践和创新意识培养”的思想，着眼于培养有单片机应用产品设计、分析、调试、制作与维护能力的实践型人才。通过本课程的学习，让学生了解典型单片机系统的原理、结构和设计方法等知识，掌握单片机编程软件使用、程序调试，仿真软件使用，仿真搭建、硬件电路连接、故障分析等技能，达到能够编写51系列单片机的程序，设计小型产品的能力，培养职业规范、职业道德和精益求精、团结协作、时间管理等综合素养，引领学生树立牢记使命、勇于担当、刻苦钻研、精益求精的价值观和使命感。（1）与导前课程的关系学生在学习本课程前，对《电路分析》、《模拟电路技术》、《数字电路技术》具有一定的了解，通过本课程的学习，要求熟练掌握能利用C51单片机组成实际系统，具备硬件和软件编程能力。（2）与后续课程的联系学生通过本课程的学习，使学生掌握51系列单片机的C语言的编写能力和设计小型产品的设计能力，为后续独立分析和设计单片机测控系统的打下基础。二、课程目标单片机控制系统应用课程的目标是全面贯彻党的教育方针，培育和践行社会主义核心价值观，落实立德树人的根本任务，厚植精益求精、团结协作、时间管理等素养，培养牢记使命、勇于担当、刻苦钻研、精益求精的价值观和使命感，能够爱岗敬业、忠于祖国、高度负责的高素质技术技能人才。通过本课程的学习，学生应该能够达到单片机控制系统应用课程标准所设定的几项课程核心素养的发展目标。1.总目标通过实训学生应达到：（1）应使学生熟悉单片机的原理与结构，通过试验实训的训练和一些简易单片机项目制作，掌握单片机指令系统，掌握单片机原理、接口技术，掌握单片机应用系统开发、设计的基本技能。（2）了解单片机技术在嵌入式产品以及自动控制工程中的应用，具备一定的分析问题、解决问题的能力和动手实践能力。（3）掌握高级技术人员的基本实践技能，能从整个系统的角度去考虑解决问题，提高职业基本素质，为以后进一步发展打下基础。2.具体目标知识目标：（1）熟悉常用的单元电路及其功能。（2）掌握keilC51软件和proteus软件的相关知识，熟知常用命令的功能。（3）掌握设计流程。（4）掌握典型应用程序的编制方法。技能目标：（1）培养学生识读单片机相关的硬件电路图以及C语言。（2）能设计单片机简单音调发生器、交通灯控制系统、存储器扩展等电路。（3）能设计端口扩展等外围电路。（4）能设计需求进行单片机选型。（5）能进行开发板选型。（6）能利用开发板设计电子产品。（7）能根据需求设计程序流程图。（8）能识读单片机相关的程序代码。（9）能运用keilC51和Proteus集成开发环境，编写、编译、调试源程序并能设计绘制硬件电路图。（10）能运用仿真器对单片机系统进行仿真设计。（11）能进行经典算法的编程，并学会优化算法的相关技巧。职业素质目标（1）培养学生乐于思考、敢于实践、做事认真的工作作风。（2）培养学生好学、严谨、谦虚的学习态度。（3）培养学生健康向上、不畏难、不怕苦的工作态度。（4）培养学生良好的职业道德、职业纪律。（5）培养学生遵循严格的安全、质量、标准等规范的意识。（6）培养学生自我检查、自我学习、自我促进、自我发展的能力。（7）培养学生善于沟通交流、团队协助的能力。（8）培养学生敢于创新、敢于发现的能力。（9）培养学生项目管理应用的能力。三、课程结构根据单片机控制系统应用课程核心素养和课程目标，结合高职学生特点和职业教育人才成长规律，课程融入思政、规范等内容，设计本课程结构和课时。表1单片机控制系统应用的课程结构学时分配项目名称思政引领三懂四会能创新学思融合主题初阶任务中阶任务高阶任务线上2学时线下6学时知“芯”——从零搭建单片机信号灯中国制造中国心、中国芯任务一搭建单片机最小系统任务二简单信号指示灯设计线上6学时线下10学时用“芯”——单片机与常用外设的分析与制作自主创新科技报国方寸屏幕核心技术任务一流水灯系统设计任务二数码管显示器设计任务三液晶显示器设计任务四键盘系统设计线上4学时线下8学时精“芯”——多功能电子万年历的分析与制作文化自信精益求精古老漏刻现代应用任务一报警声发生器设计任务二秒表设计任务三电子万年历设计线上4学时线下8学时连“芯”——远程交通灯控制系统设计与制作自主创新探索未来天宫WIFI首露面，智能家居连天地任务一串口彩屏显示系统设计任务二双机通信系统设计任务三远程交通信号灯控制系统设计建议8学时拓展项目——现场数据存储的设计与实现严谨求实技能报国“中国制造”需要更多青年工匠任务一并行存储器的扩展设计任务二EEPROM的扩展设计建议12学时创新项目——常用测量与控制装置的设计与实现使命担当工匠精神中国力量汉字信息处理与激光照排技术任务一数字电压表设计任务二波形发生器设计任务三直流电动机控制系统设计建议8学时企业项目——变电站环境检测系统的设计与实现自立自强创新发展“卡脖子”技术，强国青年实现从0到1任务一PCB制版和焊接任务二变电站环境检测系统设计四、课程内容单片机控制系统应用课程内容是由7个项目组成，每个项目教学内容及教学提示组成如下。表2项目一教学内容及教学提示项目一知“芯”——从零搭建单片机信号灯学时：8素质目标：1．热爱科学，具有科学思维方式；2．具有安全意识，质量意识；3．良好的职业道德，职业纪律。知识目标：1．能识别常用的电路元件，了解其性能，特点，功能；2．能了解什么是单片机；3．能理解计算机中的数计算方法。能力目标：1．会使用Proteus仿真软件；2．能构建最小系统电路结构3．能制作最小系统实物，并测试；项目（或任务）单元名称内容要求融入SEQ、1+X、劳动教育等内容情况1.搭建单片机最小系统组装一个单片机的最小系统，外接1个发光二极管，要求系统上电后，发光二极管点亮。安全、质量、环保教育2.简易信号指示灯设计设计一个模拟汽车转向灯控制系统，利用单片机外接2个按键分别模拟左转和右转输入，外接2个发光二极管模拟汽车转向灯，用于指示左转开关盒右转开关是否按下的状态，实现转向灯控制的基本功能。劳动教育、质量教育教学提示（教学设计）思政引领、任务驱动，原理问题剖析、结构问题辨析、方法问题探析；设计任务导练、焊接任务跟练、编程任务启练、调试任务拓练。课后在嵌入式开发等实验室开展仿真及实物搭建测试。表3项目二教学内容及教学提示项目二用“芯”——单片机与常用外设的分析与制作学时：16素质目标：1．具有较高的自主创新、科技报国信念。2．具有强烈的爱国情怀，努力奋斗。知识目标：1．掌握C51程序循环结构及循环语句的使用。2．了解单片机存储结构，能够在Keil软件中查看变量。3．学会单片机控制LED显示器的电路设计及控制方法。能力目标：1．掌握程序调试的基本方法。2．会Keil中利用Watch窗口查看变量值辅助程序调试。3．会设计控制代码。项目（或任务）单元名称内容要求融入SEQ、1+X、劳动教育等内容情况流水灯系统设计组装一个简易流水灯显示器，单片机外接8个发光二极管，要求系统上电后，8个发光二极管依次循环点亮。爱国主义情怀2.数码管显示器设计组装一个模拟城市交通灯系统，由单片机外接12个发光二极管，分别代表东南西北四个道口的红、绿、黄信号灯，红灯亮9秒，黄灯亮2秒，绿灯亮7秒，黄灯期间黄灯闪烁5次。同时外接1位数码管，用于倒计时。科技报国的信念，控制时间精确性，严谨性3.8*8点阵显示器设计组装一个点阵显示器，由单片机外接一个8*8点阵，轮流显示0~9这10个字符动态显示，代码优化4.液晶显示器设计组装一个液晶显示系统，由单片机外接1个LCD1602，分两行显示字符串“Hello！”“WelcometoZHCPT”。显示要正确，科学严谨，不容有失5.键盘系统设计组装一个单片机系统，外接16个按键（代表0~F），以及1位数码管显示器（或其他显示器）。要求实时显示当前按下的按键值。键盘虽小，却兢兢业业，劳动教育教学提示（教学设计）思政引领、任务驱动，原理问题剖析、结构问题辨析、方法问题探析；设计任务导练、焊接任务跟练、编程任务启练、调试任务拓练。课后在嵌入式开发等实验室开展仿真及实物搭建测试。表4项目三教学内容及教学提示项目三精“芯”——多功能电子万年历的分析与制作学时：12素质目标：1．具有较高的集体主义观念和社会责任感。2．具有团结协作意识，创新意识的培养。3.培养文化自信，具有精益求精的工匠精神。知识目标：了解51单片机中断系统的结构、工作原理。能学会KeilC51的断点调试技术。了解专用时钟芯片DS1302的结构、工作原理。能力目标：1．会用中断的方法处理定时/计数溢出的情况。2．会单片机与DS1302的接口电路设计。3．熟练掌握子程序设计技巧。项目（或任务）单元名称内容要求融入SEQ、1+X、劳动教育等内容情况1.报警声发生器设计组装一个报警声发生器，由单片机外接蜂鸣器控制发生，上电后发出高低音交错的报警声。培养安全意识，创新意识2.简易秒表设计用单片机制作一个简易秒表，外接2位数码管显示，可用两个按键分别控制秒表的启停。培训时间管理能力，环保意识3.简易电子万年历设计利用专用时钟芯片DS1302制作一个简易电子万年历，单片机做主控芯片，外接液晶显示器LCD1602，显示年月日和时间。养成时间管理、质量意识教学提示（教学设计）思政引领、任务驱动，原理问题剖析、结构问题辨析、方法问题探析；设计任务导练、焊接任务跟练、编程任务启练、调试任务拓练。课后在嵌入式开发等实验室开展仿真及实物搭建测试。表5项目四教学内容及教学提示项目四连“芯”——远程交通灯控制系统设计与制作学时：12素质目标：1．培养诚信的学习态度，形成良好的学习习惯，规范操作，培养职业素养。2．培养学生乐与思考、敢于实践、做事认真的工作作风。3．培养学生好学、严谨、谦虚的学习态度。知识目标：1．了解串行通信的原理、方式。2．掌握51单片机串口的结构与工作原理。3．单片机单机、双机以及与PC机串行通信系统的组成、通信实现方法和步骤。能力目标：能够设计并制作单机、双机、PC机的三种通信系统，完成通信过程。能用查询和中断的方法进行串口收发处理。3．掌握虚拟终端工具辅助通信系统调试的方法。项目（或任务）单元名称内容要求融入SEQ、1+X、劳动教育等内容情况1.串口彩屏显示系统设计组装一个彩屏显示系统，由单片机外接1个Usart-GPU串口彩屏和2个按键，要求按下按键1后，单片机控制串口彩屏显示“Wemuststudyhard！”；按下按键2后，单片机控制串口屏显示“WelcometoChina！”。树立文化自信，培养爱国主义情怀2.双机通信系统设计组装一个双机通信系统，由主机和从机构成。主机根据按键输入，选择不同协议内容发送给从机。从机接收协议，并按照对应的协议，控制不同的信号灯点亮培养精益求精的工匠精神3.远程交通灯控制系统组装一个远程交通灯控制系统。要求：下位机（单片机）能实现交通灯的常规控制，当出现紧急情况时，上位机（PC）发送信号“01”，下位机实现双向禁行控制；上位机发送“02”，下位机恢复禁行前的交通灯状态。厚植科技报国的家国情怀，用劳动育人教学提示（教学设计）思政引领、任务驱动，原理问题剖析、结构问题辨析、方法问题探析；设计任务导练、焊接任务跟练、编程任务启练、调试任务拓练。课后在嵌入式开发等实验室开展仿真及实物搭建测试。表6项目五教学内容及教学提示项目五拓展项目——现场数据存储的设计与实现课时：建议8素质目标：1．培养学生健康向上、不畏难、不怕苦的工作态度。2．培养学生良好的职业道德，职业纪律。3．培养学生遵循严格的安全、质量、标准等规范的意识。知识目标：1．了解单片机三总线接口。2．了解读写外部RAM、ROM的信号时序。3．了解AT24C系统EEPROM芯片的性能和使用方法。能力目标：1．掌握EEPROM芯片扩展的接口电路设计。2．学会访问C51中的绝对地址。项目（或任务）单元名称内容要求融入SEQ、1+X、劳动教育等内容情况1.并行存储器的扩展设计利用存储器芯片6264设计一个外部RAM扩展系统，并完成数据的存取。培养学生勤奋好学、孜孜以求的精神2.EEPROM的扩展设计设计一个简易来电存储显示器，用一个1位数码管来显示，要求能存储待显示的数据，掉电不丢失，能将来电号码存入AT24CO4A,并能够读取和显示继承并发扬工控人严谨、细致、务实的作风，认真完成任务，磨炼自已的技能教学提示（教学设计）思政引领、任务驱动，原理问题剖析、结构问题辨析、方法问题探析；设计任务导练、焊接任务跟练、编程任务启练、调试任务拓练。课后在嵌入式开发等实验室开展仿真及实物搭建测试。表7项目六教学内容及教学提示项目六创新项目——常用测量与控制装置的设计与实现课时：建议12素质目标：1．培养学生自我检查、自我学习、自我促进、自我发展的能力。2．培养学生善于沟通交流和团队协助的能力。知识目标：1．了解并行A/D芯片ADC0809转换性能及编程方法。2．了解单片机如何进行数据采集。3．掌握A/D转换芯片与单片机的接口方法。能力目标：1．会设计接口电路并编写控制代码。2．D/A转换芯片与单片机的接口设计。项目（或任务）单元名称内容要求融入SEQ、1+X、劳动教育等内容情况1.数字电压表设计设计一个数字电压表，利用ADC0809做A/D转换，负责电压信号采集。测量结果用4位数码管显示。精确的测控技术是技术保障，精益求精的精神是需要养成的2.波形发生器设计利用单片机AT89C51作为控制器，DAC0832作为D/A转换芯片，设计一个锯齿波发生器，输出一个0~+5V的递增锯齿波。电路测试的操作流程规范，安全意识3.直流电动机控制系统设计设计一个单片机控制直流电动机风扇的电路。科技报国、书写规范，安全意识教学提示（教学设计）思政引领、任务驱动，原理问题剖析、结构问题辨析、方法问题探析；设计任务导练、焊接任务跟练、编程任务启练、调试任务拓练。课后在嵌入式开发等实验室开展仿真及实物搭建测试。表8项目七教学内容及教学提示项目七企业项目——变电站环境检测系统的设计与实现学时：建议8素质目标：1．培养学生敢于创新、敢于发现的能力。2．培养学生项目管理应用的能力。知识目标：1．熟悉常用的单元电路及其功能。2．掌握设计流程。能力目标：1．能利用开发板设计电子产品。2．能运用仿真器对单片机系统进行仿真设计。项目（或任务）单元名称内容要求融入SEQ、1+X、劳动教育等内容情况1.PCB制版和焊接利用Altiumdesigner学习简单的PCB制版，学习较复杂模块的焊接具有独立思考能力，创新意识2.变电站环境检测系统设计设计变电站环境监测系统的单片机控制系统，包括主板、温湿度检测模块、SF6和O2模块、LED控制板、大彩触摸屏的选型、硬件设计、通信连接和软件编写具有独立思考能力，创新意识、环保意识教学提示（教学设计）思政引领、任务驱动，原理问题剖析、结构问题辨析、方法问题探析；设计任务导练、焊接任务跟练、编程任务启练、调试任务拓练。课后在嵌入式开发等实验室开展仿真及实物搭建测试。五、课程思政整体设计思路1.课程思政整体设计思路单片机控制系统应用开展“课程思政”教学，并贯穿始终，结合课程内容有机融入的主要思政元素进行总体教学设计。为发挥学生的学习主动性，提高学生的创新能力和意识，利用大国重器、自主研发技术、大国工匠、优秀科学技术人员的安全，厚植文体自信，智能控制设备安调和运维岗位对信心、耐心和细心的职业素养要求，设计思政建设目标。以专业知识技能为载体，在“教、学、做、评”课堂实施过程中融入思政元素，避免空谈思政教育。2.课程思政整体设计方案表9单片机控制系统应用课程思政整体设计方案项目或任务主要知识点提炼的思政元素挖掘的思政素材实现方法和载体途径知“芯”——从零搭建单片机信号灯单片机控制原理中国制造中国心、中国芯通过视频，文档等资源，将芯片困境到突破困境展现给学生用“芯”——单片机与常用外设的分析与制作输入与输出设备控制自主创新科技报国方寸屏幕核心技术通过视频、资讯等资源，展示如何利用外部资源，开展自主创新之路精“芯”——多功能电子万年历的分析与制作计时器系统知识文化自信精益求精古老漏刻现代应用通过视频、图片等资源，用时间的紧迫感，告诫学生要只争朝夕连“芯”——远程交通灯控制系统设计与制作串行通信机制自主创新探索未来天宏WIFI首露面，智能家居连天地通过视频、图片等资源，将天地对话融入课堂，提升科技自信拓展项目——现场数据存储的设计与实现扩展外部存储器严谨求实技能报国“中国制造”需要更多青年工匠通过视频、资讯等资源，让学生体会报国的重任，成为青年工匠的责任创新项目——常用测量与控制装置的设计与实现对外信号的采集和控制使命担当工匠精神中国力量汉字信息处理与激光照排技术通过视频、资讯等资源，让学生体会中国力量，中国制造的国量企业项目——变电站环境检测系统的设计与实现自主创新自立自强创新发展“卡脖子”技术，强国青年实现从0到1通过视频、图片等资源，让学生体会创新创业的生重要性和必然性六、学业质量学业质量是学生完成本课程学习后的学业成就表现。学业质量标准是以本学科核心素养及其表现水平为主要评价维度，结合课程内容，对学生学业成就表现的总体描述。依据不同水平学业成就表现的关键特征，学业成就标准明确将学业质量划分为不同水平，并描述了不同水平学习结果的具体表现，具体描述见表10。表10单片机控制系统应用课程学业质量水平具体描述水平分类质量描述水平一1.熟悉单片机的原理与结构，通过试验实训的训练和一些简易单片机项目制作，2.掌握单片机指令系统，3.熟悉单片机原理、接口技术，4.理解单片机应用系统开发、设计的基本技能。水平二1.掌握单片机技术在应用电子以及自动控制工程中的应用，具备一定的分析问题、解决问题的能力和动手实践能力。2.掌握高级技术人员的基本实践技能，能从整个系统的角度去考虑解决问题，3.能独立自主创新七、课程实施要求（一）教学要求1.坚持立德树人，发挥单片机控制系统应用课程的育人功能单片机控制系统应用课程要全面落实党的教育方针，落实立德树人根本任务。教师要充分发挥单片机控制系统应用课程的育人功能，将课程内容与育人目标相融合，积极培育和践行社会主义核心价值观。教师要关注课程内容价值取向，提炼课程思政元素，根据学科特点，设计合理的教学活动，采取灵活多样的教学方法，引导学生形成正确的世界观、价值观、人生观，培养学生爱国主义情怀和民族自豪感。2.明确教学目标，培养单片机控制系统应用学科核心素养3.聚焦职业特色，加强单片机控制系统应用实践应用能力培养4.加强实践教学，注重实验操作技能训练5.提升信息素养，探索信息化背景下教与学方式的转变（二）教学考核评价教学考核评价是单片机控制系统应用课程的重要组成部分，其目的是促进单片机应用技术学习，改善单片机传统教学，完善课程设计，监控学业质量。实施教学考核评价时，注意以下三方面。1.基于课程核心素养开展教学评价。对接本标准中明确的学业质量水平要求，运用恰当有效的评价方法，全面、系统地收集并科学分析、处理有关学生学业表现的数据信息，通过多维度的综合分析，全面考查学生单片机控制系统应用课程核心素养的达成情况。2.建立科学的教学考核评价体系。体现评价主体、评价方式、评价过程的多元化，即教师评价、学生互评与自我评价相结合，校内评价与校外评价相结合，过程性评价与终结性评价相结合；适当吸纳相关行业、企业和社会组织参与考核评价；完善学生学习过程监测、评价与反馈机制，引导学生自我管理、主动学习，提高学习效率，教学考核评价内容如表11所示。3.评价结果运用。课程实施基于“三懂、四会、能创新”教学目标的设置评价算法，实现“多维度、增值性”评价。考核由线上学习过程考核、线下实操技能考评、个人综合素养评定构成。线上学习过程考核：包括观看视频时长、作业、测试、互动讨论、2次考试共5类46个测评点，通过平台实现对学习数据的采集、学习轨迹的监测，与学生问题的反馈；线下实操技能考评：设置器件选型合理性、电路焊接工艺性、产品功能实现度、创新功能数量共4类44个测评点，由学生小组和校企教师共同评定；个人综合素养评定：包括协作沟通、学习态度、实践操作、拓展创新共4类44个增值评价测评点。按总成绩=线上考核(30%)+线下考核(60%)+综合考核(10%)计算总分，形成个人成长档案。表11教学考核评价评价环节评价内容评价主体权重（100%）线上学习过程（5类46个测评点）视频时长通过平台实现对学习数据的采集、学习轨迹的监测，与学生问题的反馈10%占比30%作业2%测试3%互动讨论5%2次考试10%线下实操技能(4类44个测评点)器件选型合理性教师、学生小组、企业导师等15%占比60%电路焊接工艺性15%产品功能实现度15%创新功能数量15%个人综合素养(4类44个测评点)协作沟通教师、学生小组、企业导师等2.5%占比10%学习态度2.5%实践操作2.5%拓展创新2.5%（三）教材选用与编写教材编写与使用应严格遵守《职业院校教材管理办法》，健全教材选用制度，禁止使用不合格教材。具体应符合以下要求。1．教材主要教材：《单片机应用技术项目教程》，ISBN：978-7-115-51398-4，束慧等编著，人民邮电出版社，2019年10月，“十三五”、“十四五”职业教育国家规划教材。2．主要参考书参考书：《单片机应用项目化教程》，ISBN：9787301210550，顾亚文编著，北京大学出版社，2021年1月“十四五”职业教育国家规划教材。《单片机原理与应用：C51编程Proteus仿真》，ISBN：9787111723370，刘霞编著，机械工业出版社，2023年3月。（四）课程资源1．注重课程资源和现代化教学资源的利用，建立多媒体课程资源数据库，数字化教学资源辅助课程，努力实现跨学校多媒体资源的共享，以提高课程资源利用效率。2．充分利用网络教学资源如网络课程、网络