2025年《单片机系统分析与调试B》课程标准

2/2《单片机系统分析与调试B》课程标准课程名称：单片机系统分析与调试B课程代码：4190021适用专业：集成电路技术课程类别：专业必修学时：68学时（理论：34实践：34）学分：4学分一、课程概述（一）课程性质与任务本课程是集成电路技术专业的职业技能模块课程，也是专业的核心课程。根据人才培养方案安排，学生前期已完成《电工电子技术》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》及《C语言程序设计》4门基础课程的学习。通过本课程工作任务的实施，让学生掌握单片机相关的外围电路设计，了解单片机内部结构和工作原理，熟悉单片机指令系统、中断系统、定时/计数器及其扩展技术，熟练运用C语言编写、调试程序，掌握单片机应用系统开发技术，培养学生具备单片机系统硬件设计、软件编程、系统调试和故障排除的实践技能。为培养学生从事集成电路测试岗位、芯片应用岗位打下坚实基础。本课程是进一步学习《嵌入式系统应用》、《集成电路测试技术》和《毕业设计》等课程的基本保障。（二）课程设计思路本课程以思政教育为引导，将精益求精的工匠精神、创新精神以及爱国主义情怀等思政元素融入课程，让学生在学习专业知识的同时，树立正确的价值观。利用最新的开发工具（STM32CubeIDEV1.6）对目前市面上应用最广泛的单片机（32单片机）进行教学，紧跟技术前沿。以企业需求和学生就业为导向，确定该课程的内容。课程以专业能力、方法能力、社会能力的培养为重点，充分体现教学内容的职业性。注重培养学生分析问题、解决问题的能力，强化学生动手实践能力，遵循学生认知规律，紧密结合集成电路技术专业的发展需要，为将来从事应用集成电路的检测、应用奠定坚实的基础。为实现课程目标的学习领域，将本课程的教学活动分析设计成4个项目16个工作情景（具体安排见图1），以项目为单位组织教学、并以典型案例为载体，通过具体案例，按单片机项目实施的顺序逐步展开，让学生在掌握技能的同时，引出相关专业理论知识，使学生在技术训练过程中加深对专业知识、技能的理解和应用、培养学生的综合职业能力，满足学生职业生涯发展的需要。课程采用虚实结合的方式，前2个项目在学生没有任务硬件的前提下，一台电脑就可以完成学习，后2个项目以实物验证的方式进行教学和学习，教学内容由浅入深、由易而难，层层推进。课程最后完成一台具有避障功能的自动导引小车，以此提升学生的学习兴趣，提高单片机系统的安装与调试能力，开阔学生视眼，激发学生的创新能力。图1课程实训项目安排二、培养目标与要求（一）总体目标与要求本课程以单片机项目为载体，以单片机系统的分析、设计、调试为手段，通过具体任务的实施，培养学生掌握单片机系统开发的基本方法，掌握单片机硬件电路的设计、软件程序的编写及系统仿真调试的基本技能，具备单片机控制系统的应用能力，了解从单片机模块电路到单片机产品的设计思路，掌握单片机控制系统技术文档的编写，进一步加深对传感器技术、C语言程序设计、数字电子技术等基础知识的理解和掌握，同时在单片机系统设计过程中，强化学生的团队意识，进一步提高学生的沟通交流能力和协作能力。（二）具体目标与要求1、素质单片机系统的分析与调试需要高度的细心和耐心，任何一个细节的错误都可能导致系统故障，通过课程学习，培养学生严谨的工作态度和一丝不苟的工作作风。在单片机系统的开发过程中，强调系统的稳定性、可靠性和性能指标，让学生树立质量意识，在设计和调试过程中严格把控质量关。在编程和电路设计过程中，要求学生遵循相关的行业规范和标准，如编程规范、电路设计规范等，培养学生的规范意识。2、知识了解STM32单片机的组成、内部结构和特点，获得其硬件和软件的必要基本概念；熟悉单片机内部资源和参数配置，熟悉常用外设功能及特点；掌握STM32CubeIDE的开发单片机的流程，掌握常用内部资源的使用和原理，加强C语言程序设计和分析能力，掌握常用的接口技术和传感器应用技术。3、能力课程中的项目设计环节要求学生亲自动手操作，从电路设计、程序编写到系统调试，全面提升学生的工程实践能力。鼓励学生在掌握单片机基本原理和方法的基础上，进行创新设计，积极参加各类创新创业竞赛，激发学生的创新思维。在课程设计和综合项目开发过程中，需要学生组成团队共同完成任务，通过团队成员之间的分工协作、沟通交流，培养学生的团队协作能力。三、课程结构与内容（一）课程结构课程结构安排见下表：表1《单片机系统分析与调试》课程结构序号学习任务（项目）子任务（项目）1键控花样灯初识32单片机2点亮LED灯3LED流水灯4键控花样灯5交通灯丁字路口交通灯6具有精准计时的丁字路口交通灯7具有1位倒计时显示的十字路口交通灯8具有2位倒计时显示的十字路口交通灯9电压采集器IIC总线OLED显示10ADC模数转换11电压采集器12寻迹小车小车运动控制13遥控小车14自动导引小车15DS18B20温度检测16超声波距离检测17考核、作品验收（二）教学内容1.课程内容安排学习任务（项目）描述、结构与内容、目标与要求及学时分配（总学时：68，理论34/实践34）见下表：表2《单片机系统分析与调试》课程教学内容表序号学习任务（项目）子任务（项目）教学内容课时数（理论/实践）目标与要求（知识点、能力点、素质点）教学方式（教学方法、教学手段）教学场地1项目一：键控花样灯任务1：初识32单片机1.说课（授课计划、考核方案）；2.认识32单片机。为什么学？学什么内容？怎样学？3.32单片机的最小系统硬件电路。16（8/8）知识点1.单片机发展历程及趋势；2.单片机运行机制；3.单片机最小系统组成；4.STM32CubeIDE的功能及操作；5.STM32F103单片机内部结构；6.HAL库程序模板结构及用户代码区；7.32单片机开发流程；8.IO口写操作和状态翻转函数；9.32单片机的时钟系统；10.按键硬件电路原理；11.按键的软件消抖；12.自建函数的应用。能力点1.IDE建立32单片机工程的能力；2.IO口输出编程能力；3.按键消抖软件处理能力；4.信息获取能力；5.团队协作能力；4.提出问题、解决问题的能力。素质点1.爱岗敬业、团结协作的职业品质；2.细致、严谨的科学精神；3.诚实守信的职业道德；4.良好的编程规范意识。讲授法、案例法、演示法、讨论法理实一体化实训室任务2：点亮LED灯1.32单片机的开发环境；2.STM32单片机的开发流程；3.STM32F103C8T6的内部外设；4.STM32CubeIDE的操作；5.模块的代码结构。演示法、项目法、讨论法、虚拟仿真法理实一体化实训室任务3：LED流水灯1.HAL库中的库函数；2.IO口写操作和状态翻转操作；3.GPIO口输出控制编程；4.32单片机的时钟系统。演示法、项目法、讨论法、虚拟仿真法理实一体化实训室任务4：键控花样灯1.按键硬件电路分析；2.按键消抖原理；3.按键检测编程；4.自定义函数应用。演示法、项目法、讨论法、虚拟仿真法理实一体化实训室2项目二：交通灯任务1：丁字路口交通灯1.流程图绘制工具；2.逻辑分析和流程绘制；3.交通灯编程。16（8/8）知识点：1.流程图绘制工具的使用；2.流程图规范；3.定时器的作用；4.通用定时器的配置；5.定时器的使用；6.定时器的中断系统；7.数码管内部电路原理；8.数码管0～F编码；9.数码管静态显示编程；10.数码管动态显示原理；11.数码管动态编程。能力点1.工程问题建模能力；2.流程图绘制能力；3.灵活定时能力；4.数码管动态显示编程能力；5.团队协作能力；6.工程实践能力。素质点1.爱岗敬业、团结协作的职业品质；2.高度的细心和耐心；3.严谨的工作态度；4.一丝不苟的工作作风；5.良好的编程规范意识。演示法、翻转课堂法、讨论法、虚拟仿真法理实一体化实训室任务2：具有精准计时的丁字路口交通灯1.定时器的作用；2.通用定时器的使用；3.定时器中断的编程。演示法、项目法、讨论法、虚拟仿真法理实一体化实训室任务3：具有1位倒计时显示的十字路口交通灯1.数码管内部电路；2.0～F显示编码；3.数码管静态显示编程。翻转课堂法、讨论法、虚拟仿真法理实一体化实训室任务4：具有2位倒计时显示的十字路口交通灯1.数码管动态显示原理；2.数码管动态熟悉编程。演示法、项目法、讨论法、虚拟仿真法理实一体化实训室3项目三：电压采集器任务1：IIC总线OLED显示1.IC通信原理；2.IC通信编程；3.OLED显示原理；4.OLED显示操作。12（6/6）知识点1.IC通信原理；2.IC通信编程；3.OLED显示原理；4.OLED显示操作；5.ADC的原理；6.ADC计算与编程；7.数字滤波技术；8.串口通信原理；9.串口通信时序；10.串口通信编程。能力点1.单片机程序下载能力；2.IC通信编程能力；3.ADC数据采集能力；4.对杂波数据进行处理的能力；5.串口通讯编程能力；6.团队协作能力。素质点1.爱岗敬业、团结协作的职业品质；2.细致、严谨的科学精神；3.诚实守信的职业道德；4.良好的编程规范意识。演示法、项目法、讨论法、虚拟仿真法理实一体化实训室任务2：ADC模数转换1.ADC的原理；2.ADC计算与编程；3.数字滤波技术。演示法、项目法、讨论法、虚拟仿真法理实一体化实训室任务3：电压采集器1.串口通信原理；2.串口通信时序；3.串口通信编程。演示法、项目法、讨论法、虚拟仿真法理实一体化实训室4项目四：寻迹小车任务1：小车运动控制1.电机驱动原理；2.PWM的原理及编程；3.单片机程序下载方法及调试技巧。20（10/10）知识点1.电机驱动原理；2.PWM的原理及编程；3.红外遥控原理；4.红外遥控编码和解码；5.自动寻迹原理；6.红外对管检测电路及原理；7.温度检测原理；8.单总线通信原理；9.DS18B20时序；10.DS18B20温度检测编程；11.超声波测距的原理；12.RS—04模块时序逻辑；13.输入捕获原理、配置和编程。能力点1.单片机程序调试能力；2.硬件电路分析能力；3.电路安装能力；4.通讯时序编程能力；5.工程实践能力。素质点1.细致、严谨的科学精神；2.诚实守信的职业道德；3.良好的编程规范意识；4.敏锐的创新意识。演示法、项目法、讨论法、虚拟仿真法理实一体化实训室任务2：遥控小车1.红外遥控原理；2.红外遥控编码和解码。演示法、项目法、讨论法、虚拟仿真法理实一体化实训室任务3：自动导引小车1.自动寻迹原理；2.红外对管检测电路及原理。演示法、项目法、讨论法、虚拟仿真法理实一体化实训室任务4：DS18B20温度检测1.温度检测原理；2.单总线通信原理；3.DS18B20时序；4.DS18B20温度检测编程。演示法、项目法、讨论法、虚拟仿真法理实一体化实训室任务5：超声波距离检测1.超声波测距的原理；2.RS—04模块时序逻辑；3.输入捕获原理；4.输入捕获配置和编程。演示法、项目法、讨论法、虚拟仿真法理实一体化实训室知识点分布见图2～图5。图2项目一：键控花样灯知识点思维导图图3项目二：交通灯知识点思维导图图4项目三：电压采集器思维导图图5项目四：寻迹小车知识点思维导图2.课程实验（实训）安排课程中开设的实验（实训）教学内容参考下表：表3实验（实训）教学内容标准表实验（实训）项目名称：键控花样灯参考学时16实验目的了解HAL库中GPIO口操作函数，熟悉STM32CubeIDE的使用，熟悉单片机的中断系统，掌握单片机的开发流程。仪器设备计算机，多媒体，软件需求STM32CubeIDE、Proteus、WPS场地要求理实一体化教室实训内容情景1：认识32单片机1.绘制单片机最小系统（演示视频）；2.下载STM32CubeIDE软件（演示视频）；3.安装STM32CubeIDE软件（演示视频）；4.查看STM32CubeIDE自带示例工程。情景2：点亮LED灯5.绘制仿真原理图（演示视频）；6.在STM32CubeIDE中建立单片机工程（演示视频）；7.GPIO配置（演示视频）；8.STM32CubeIDE工程参数设置（演示视频）；9.生成代码（演示视频）；10.逻辑编程（演示视频）；11.仿真测试（演示视频）；情景3：LED流水灯12.绘制仿真原理图；13.在STM32CubeIDE中建立单片机工程；14.GPIO配置（演示视频）；15.STM32CubeIDE工程参数设置；16.生成代码；17.逻辑编程（演示视频）；18.仿真测试（演示视频）。情景4：键控花样灯19.绘制仿真原理图；20.在STM32CubeIDE中建立单片机工程；21.GPIO配置；22.STM32CubeIDE工程参数设置；23.生成代码；24.逻辑编程；25.仿真测试（演示视频）。撰写实训报告成果键控花样灯系统。功能如下：按下1号按键，8个LED灯实现左流水；按下2号按键，8个LED灯实现右跑马；按下3号按键，8个LED灯实现奇偶交替闪烁，按下4号按键，8个LED灯全部熄灭。要求用STM32CubeIDE完成单片机程序开发，用Proteus对系统进行仿真。考核评价流程图（20分）+新建工程（10分）+编写程序（30分）+编译（10分）+下载调试（20分）+6S（10分）实验（实训）项目名称：交通灯参考学时16实验目的了解数码管内部电路，掌握数码管编码和动态显示，熟悉单片机中的定时器，掌握定时器的原理和参数配置，强化C语言逻辑编程。仪器设备计算机，多媒体软件需求STM32CubeIDE、Proteus、WPS场地要求理实一体化教室实训内容情景1：丁字路口交通灯1.绘制仿真原理图（演示视频）；2.在STM32CubeIDE中建立单片机工程；3.GPIO配置；4.STM32CubeIDE工程参数设置；5.生成代码；6.逻辑编程（演示视频）；7.仿真测试（演示视频）。情景2：具有精准计时的丁字路口交通灯8.绘制仿真原理图；9.在STM32CubeIDE中建立单片机工程；10.GPIO、定时器配置（演示视频）；11.STM32CubeIDE工程参数设置；12.生成代码；13.逻辑编程（演示视频）；14.仿真测试（演示视频）。情景3：具有1位倒计时显示的十字路口交通灯15.绘制仿真原理图；16.在STM32CubeIDE中建立单片机工程；17.GPIO、定时器配置；18.STM32CubeIDE工程参数设置；19.生成代码；20.逻辑编程（演示视频）；21.仿真测试（演示视频）。情景4：具有两位倒计时的十字路口交通灯22.绘制仿真原理图；23.在STM32CubeIDE中建立单片机工程；24.GPIO、定时器配置；25.STM32CubeIDE工程参数设置；26.生成代码；27.逻辑编程（演示视频）；28.仿真测试（演示视频）。撰写实训报告成果带2位倒计时显示的十字路口交通灯系统。功能如下：南北直行60秒，黄灯5秒；南北左转20秒，黄灯5秒；东西直行30秒，黄灯5秒；东西左转20秒，黄灯5秒。要求用STM32CubeIDE完成单片机程序开发，用Proteus对系统进行仿真。考核评价流程图（20分）+新建工程（5分）+编写程序（30分）+编译（5分）+下载调试（20分）+6S（20分）实验（实训）项目名称：电压采集器参考学时12实验目的了解OLED显示原理，熟悉OLED显示操作，掌握IIC通信的配置和编程；了解ADC转换原理，熟悉ADC参数配置，熟悉RS232通讯时序，掌握ADC模数转换和RS232通讯编程。仪器设备计算机，多媒体，单片机开发板、JTAG下载器，电源软件需求STM32CubeIDE、WPS场地要求理实一体化教室实训内容情景1：IIC总线OLED显示1.连接硬件电路（演示视频）；2.在STM32CubeIDE中建立单片机工程；3.GPIO、IIC配置（演示视频）；4.STM32CubeIDE工程参数设置；5.生成代码；6.逻辑编程（演示视频）；7.实物验证（演示视频）；情景2：ADC模数转换8.连接硬件电路（演示视频）；9.在STM32CubeIDE中建立单片机工程；10.IIC、ADC配置（演示视频）；11.STM32CubeIDE工程参数设置；12.生成代码；13.逻辑编程（演示视频）；14.实物验证（演示视频）；情景3：电压采集器15.连接硬件电路（演示视频）；16.在STM32CubeIDE中建立单片机工程；17.IIC、ADC配置、串口配置（演示视频）；18.STM32CubeIDE工程参数设置；19.生成代码；20.逻辑编程；21.单片机程序调试；22.实物验证（演示视频）。撰写实训报告成果电压采集器。功能如下：PC机发送启动指令，单片机自动测量出电压值，并用OLED显示出AD值和实际电压值。要求用STM32CubeIDE完成单片机程序开发，用开发板展示电压采集的功能。考核评价流程图（10分）+新建工程（5分）+编写程序（30分）+编译（5分）+下载调试（30分）+6S（20分）实验（实训）项目名称：寻迹小车参考学时20实验目的了解电机驱动原理，熟悉PWM波的参数配置，掌握PWM的编程；了解红外遥控器的编码原理，掌握红外解码的编程；了解红外对管检测原理；了解DS18B20通讯时序及指令，熟悉输入捕获的参数配置，掌握DS18B20温度传感器的使用。仪器设备计算机，多媒体，单片机开发板、JTAG下载器，电源软件需求STM32CubeIDE、WPS场地要求理实一体化教室实训内容情景1：小车运动控制1.连接硬件电路（演示视频）；2.在STM32CubeIDE中建立单片机工程；3.PWM配置（演示视频）；4.STM32CubeIDE工程参数设置；5.生成代码；6.逻辑编程（演示视频）；7.仿真测试（演示视频）；情景2：遥控小车8.连接硬件电路（演示视频）；9.在STM32CubeIDE中建立单片机工程；10.GPIO、定时器配置；11.STM32CubeIDE工程参数设置；12.生成代码；13.逻辑编程（演示视频）；14.仿真测试（演示视频）；情景3：自动导引小车15.连接硬件电路（演示视频）；16.在STM32CubeIDE中建立单片机工程；17.GPIO、定时器配置；18.STM32CubeIDE工程参数设置；19.生成代码；20.逻辑编程；21.仿真测试（演示视频）；情景4：DS18B20温度检测22.连接硬件电路（演示视频）；23.在STM32CubeIDE中建立单片机工程；24.定时器配置；25.STM32CubeIDE工程参数设置；26.生成代码；27.逻辑编程（演示视频）；28.仿真测试（演示视频）；情景5：超声波距离检测29.连接硬件电路（演示视频）；30.在STM32CubeIDE中建立单片机工程；31.输入捕获、定时器配置；32.STM32CubeIDE工程参数设置；33.生成代码；34.逻辑编程（演示视频）；35.仿真测试（演示视频）；情景6：自动避障小车36.自行课外完成。撰写实训报告成果带避障功能的自动循迹小车。功能如下：小车能根据导引线自动前进，能区分十字路口，完成规定线路的行进。当行进路线上有障碍物时，小车能自动绕过障碍物。要求用STM32CubeIDE完成单片机程序开发，用小车实物展示自动循迹和避障的功能。考核评价实物功能演示（80分）+6S（20分）。四、课程实施与保障（一）教材的选用及编写建议谭刚林.基于HAL库的STM32单片机开发.湖南教育出版社.2024年.教材从实际工程应用入手，以实验过程和实验现象为主导，由浅入深、循序渐进，通过C语言程序来分析单片机工作原理。内容涵盖了本课程所有内容，实用性强。（二）教学参考资料推荐建议王鹏.手把手教你用STM32CubeIDE——基于HAL库的嵌入式开发.北京航空航天大学出版社，2023年.刘军，徐伟健，凌柱宁等。原子教你学STM32（HAL库版）.北京航天航空大学出版社，2024年.郭天祥.新概念STM32单片机C语言教程――入门、提高、开发、拓展全攻略（第2版）.电子工业出版社.2018年.（三）主要教学方法建议针对课程特点，结合单片机原理与应用对学生的实际需求，积极探索新颖、先进的教学方法，改进教学手段，优化教学资源，提高教学质量和教学效率。本课程主要使用以下教学方法：1.四步教学法将教学内容分四步进行。第一步：教师做好本次课的教学准备工作，学生提前预习，教师上课检查预习，布置本次课学习任务。第二步：对于布置给学生的任务，教师先做示范并讲解。第三步：学生分小组合作讨论交流完成学习任务，教师适时点拨。第四步：学生当堂训练，巩固所学知识。四步教学法突出了学生的主体性，让学生掌握学习的方法和技能，使其愿意学习。2.项目教学法本课程以实际电路组装为切入点整合课程内容，以真实的电路裸板及生产线设备为教学载体，将软件应用、设备编程、程序导入与运行等课程主要内容贯穿在项目实施过程中。要求学生独立完成，提交整体项目成果，最终提升学生的应用技能。3.一体化教学一体化教学就是将理论和实践捆绑在一起，教学方式机动灵活，淡化理论和实验环节的界限，将要讲授的内容通过教学设备、现场展示演示出来，理论通过实验取得理解，实践在理论的指导下得到领悟。课程上学生身临其境，教师讲解直观、详细，教学效果好。（四）其他教学资源配置1.MOOC学院2.实验楼（五）课程教学团队建议教学团队应积极推行改革、工作任劳任怨。具备高校教师资格证，具有丰富的单片机编程与开发经验，熟悉STM32CubeIDE、Keil、Proteus软件及电子电路绘图软件的使用，具备基于行动导向教学法的设计应用能力，两年以上企业一线研发经验，具备“电子工程师”资格的“双师型”教师。教学团队中应有30%的企业一线研发人员、技术主管等兼职教师。五、课程考核与评价1．平时成绩（50分）考勤（5分）与课堂表现（15分）通过课堂点名、提问等方式考查学生的出勤情况和课堂参与度。例如，每次课随机提问，根据学生的回答情况给予相应的分数，以激励学生积极参与课堂讨论。作业完成情况（20分）包括课后书面作业、实验报告等。书面作业主要考查学生对理论知识的掌握和理解，实验报告则重