单片基础技术应用 5

项目七制作银行动态密码获取系统完整教案（4份，每份2课时）教案第1-2课时课题名称串行通信基础单元名称项目七制作银行动态密码获取系统授课对象课时授课章节知识一串行通信概念

知识二并行通信与串行通信

知识三串行通信方式教学资源PPT，单片机开发板，USB转串口模块，示波器，KeilC51信息化措施多媒体课件、波形演示、在线仿真、学习通平台2

一、教学分析

（一）教材分析

本节课选自《单片机技术及应用》项目七内容，是单片机通信技术的基础。重点介绍串行通信的基本概念、通信方式和51单片机的串行口结构，为实现银行动态密码获取系统的通信功能奠定基础。

（二）教学目标

知识技能目标：

1.能够理解串行通信的基本概念

2.能够掌握并行通信与串行通信的区别

3.能够掌握串行通信的三种方式

4.能够理解51单片机串行口的结构

素养目标：

5.通信思维：通过通信技术学习，培养数据传输的系统思维

6.规范意识：理解通信协议规范，培养标准化操作意识

7.问题解决：通过通信故障排查，提升系统调试能力

8.安全意识：理解数据通信安全的重要性

（三）学情分析

学生已掌握单片机基本I/O控制和中断系统，但对串行通信的概念和应用较为陌生。学生实际使用过串口通信（如手机充电、鼠标等），但缺乏理论认识。需要通过生活案例和实物演示帮助理解。

（四）教学重、难点

教学重点：

-串行通信的基本概念

-并行通信与串行通信的区别

-串行通信的三种方式

-51单片机串行口的结构

教学难点：

-串行通信时序的理解

-串行通信参数的选择

-通信协议的配置

二、教学策略

（一）教学思路

采用"生活案例-原理讲解-实物演示-对比分析"的教学模式。通过生活中的串行通信案例理解基本概念，讲解通信原理和方式，通过实物演示展示串行通信的应用。

（二）教法与学法

教法：案例教学法、演示实验法、对比分析法、启发式教学法

学法：观察法、对比法、讨论法、实践法

三、教学过程

教学过程教师活动学生活动设计意图任务导入（10分钟）1.生活案例：

-手机充电、USB接口、鼠标键盘

2.提出问题：这些设备的通信方式有什么特点？

3.演示对比：

-并行通信：多根线同时传输

-串行通信：单根线逐位传输

4.引出课题：串行通信基础1.观察生活中的串行通信案例

2.对比并行和串行通信

3.思考通信方式的特点通过生活案例引入，激发学习兴趣教师讲解（35分钟）1.串行通信概念（10分钟）

-讲解串行通信的定义

-分析串行通信的优点和缺点

-介绍串行通信的应用场景

2.并行与串行对比（10分钟）

-讲解并行通信的特点

-对比并行与串行的区别

-分析各自的适用场景

3.串行通信方式（15分钟）

-单工通信：只能单向传输

-半双工通信：可双向但不同时

-全双工通信：可双向同时传输1.记录串行通信概念

2.对比并行与串行通信

3.学习三种通信方式

4.绘制通信方式示意图通过对比讲解，清晰区分不同通信方式实物演示（20分钟）1.演示USB转串口模块

-展示模块的实物

-讲解模块的工作原理

-演示数据的收发过程

2.示波器观察串行信号

-连接示波器观察TX/RX信号

-演示数据发送的波形

-分析信号的时序特征1.观察USB转串口模块

2.观察串行通信信号

3.理解数据传输过程通过实物演示加深理解案例分析（15分钟）1.分析银行动态密码系统

-讲解密码获取的通信过程

-分析串行通信在其中的作用

2.讨论通信参数选择

-波特率的作用

-数据位、校验位、停止位的含义1.分析密码系统的通信

2.讨论通信参数

3.理解参数配置的重要性通过案例分析，理解实际应用评价总结（10分钟）1.检查学生掌握情况

2.总结串行通信要点

3.点评常见误解

4.布置课后任务1.参与课堂总结

2.记录重点内容

3.反思学习过程及时反馈，巩固知识课后任务（5分钟）1.绘制串行通信时序图

2.查阅资料：银行动态令牌的工作原理

3.预习51单片机串行口结构1.记录课后任务

2.查阅相关资料巩固知识，拓展应用

四、教学反思

1.生活案例有效帮助学生理解了串行通信的概念，但对通信时序的理解还需要加强

2.实物演示环节效果良好，学生对串行通信的实际应用有了直观认识

3.学生对三种通信方式掌握较好，但在实际应用场景的选择上需要更多指导

4.需要在后续课程中加强串行口编程的实践

课后作业：

1.绘制单工、半双工、全双工三种通信方式的示意图，标注数据传输方向

2.分析题：对比并行通信和串行通信的优缺点，说明各自适用的应用场景

3.查阅资料：了解银行动态密码令牌的工作原理和安全机制

4.预习51单片机串行口的结构和寄存器

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教案第3-4课时课题名称51单片机串行口单元名称项目七制作银行动态密码获取系统授课对象课时授课章节知识四51单片机串行口结构

知识五串行口寄存器

知识六串行口工作方式教学资源PPT，单片机开发板，USB转串口模块，串口助手软件，KeilC51信息化措施多媒体课件、仿真演示、在线实验、学习通平台2

一、教学分析

（一）教材分析

本节课重点讲解51单片机串行口的结构、寄存器配置和工作方式。串行口是51单片机的重要通信接口，掌握其应用方法对于实现银行动态密码获取系统至关重要。

（二）教学目标

知识技能目标：

1.能够掌握51单片机串行口的结构

2.能够配置串行口控制寄存器

3.能够理解串行口的四种工作方式

4.能够编写串行口通信程序

素养目标：

5.通信思维：通过串行口应用，培养数据通信思维

6.编程思维：通过串行通信编程，培养程序设计思维

7.规范意识：理解通信协议规范，培养标准化操作意识

8.问题解决：通过通信调试，提升问题解决能力

（三）学情分析

学生已掌握串行通信的基本概念，对通信方式有一定了解。但对51单片机串行口的内部结构和寄存器配置较为陌生。需要通过详细讲解和实验实践来掌握串行口的应用方法。

（四）教学重、难点

教学重点：

-51单片机串行口的结构

-串行口控制寄存器（SCON、PCON）

-串行口的四种工作方式

-串行口中断的应用

教学难点：

-串行口寄存器的配置

-不同工作方式的选择

-波特率的计算

-串行通信数据的发送和接收

二、教学策略

（一）教学思路

采用"结构解析-寄存器讲解-方式分析-编程实践"的教学模式。先详细讲解串行口的内部结构，然后讲解寄存器配置，分析工作方式，最后通过编程实践掌握串行通信。

（二）教法与学法

教法：演示实验法、案例分析法、仿真教学法、任务驱动法

学法：观察分析法、计算法、编程实践法、调试法

三、教学过程

教学过程教师活动学生活动设计意图任务导入（10分钟）1.回顾串行通信概念

2.提出问题：51单片机如何实现串行通信？

3.展示51单片机串行口引脚

4.引出课题：51单片机串行口1.回顾串行通信知识

2.思考单片机串行通信

3.观察串行口引脚通过回顾引入，激发学习兴趣教师讲解（35分钟）1.串行口结构（10分钟）

-讲解串行口的内部结构

-介绍发送缓冲器和接收缓冲器

-讲解移位寄存器的作用

2.串行口寄存器（15分钟）

-讲解SCON寄存器（串行控制）

-讲解PCON寄存器（电源控制）

-讲解SBUF寄存器（数据缓冲）

-讲解串行口中断

3.工作方式（10分钟）

-讲解方式0（同步移位）

-讲解方式1（8位UART）

-讲解方式2（9位UART）

-讲解方式3（9位UART）1.学习串行口结构

2.记录寄存器功能

3.学习工作方式

4.绘制结构图通过详细讲解，建立理论基础波特率计算（15分钟）1.讲解波特率概念

-波特率的定义

-波特率与通信速度的关系

2.讲解波特率计算

-方式1的波特率计算

-方式2、3的波特率计算

-定时器T1的作用

3.练习波特率计算

-晶振频率为11.0592MHz

-计算常用波特率（9600、115200）1.学习波特率概念

2.学习计算公式

3.完成计算练习

4.理解定时器作用通过计算练习，掌握波特率配置编程实践（20分钟）1.指导学生编写程序

-串行口初始化

-配置工作方式

-设置波特率

-数据发送函数

-数据接收函数

2.提供参考代码框架

3.巡视指导，解答学生疑问1.编写初始化程序

2.编写发送函数

3.编写接收函数

4.调试程序通过编程实践，掌握串行口应用仿真验证（15分钟）1.指导学生进行仿真

-搭建串行口仿真电路

-使用串口助手通信

-测试数据收发

2.演示通信过程

-观察发送数据

-观察接收数据

-验证通信正确性1.搭建仿真电路

2.使用串口助手

3.测试通信功能

4.验证数据正确性通过仿真验证，确保程序正确评价总结（10分钟）1.检查程序和仿真完成情况

2.总结串行口应用要点

3.点评常见编程问题

4.布置课后任务1.展示程序和仿真结果

2.参与总结

3.记录重点内容及时反馈，巩固知识课后任务（5分钟）1.绘制串行口结构图

2.编写双机通信程序

3.上学习通平台观看教学视频1.记录课后任务

2.完成结构图

3.编写程序巩固知识，拓展应用

四、教学反思

1.串行口结构讲解详细，学生对寄存器功能掌握较好

2.波特率计算是难点，部分学生在公式应用上存在困难

3.编程实践环节参与度高，但对工作方式的选择需要加强指导

4.需要在后续课程中加强串行口中断的应用

课后作业：

1.绘制51单片机串行口的完整结构图，标注各组成部分

2.计算题：

-晶振频率为11.0592MHz，使用方式1，TH1=0xFD，计算波特率

-若要实现9600波特率，计算TH1的值

3.编写程序：实现51单片机的双机通信，两机之间可以相互发送和接收数据

4.预习银行动态密码获取系统的设计方案

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教案第5-6课时课题名称动态密码获取系统设计与制作单元名称项目七制作银行动态密码获取系统授课对象课时授课章节技能实训任务一：动态密码获取系统设计制作教学资源单片机开发板，数码管，按键，USB转串口模块，PC机，KeilC51信息化措施实物演示、仿真验证、在线调试、学习通平台2

一、教学分析

（一）教材分析

本节课是项目七的技能实训部分，综合应用串行通信、数码管显示、按键输入等技术，设计并制作银行动态密码获取系统。该系统模拟银行动态密码令牌，培养学生的综合应用能力和安全意识。

（二）教学目标

知识技能目标：

1.能够设计动态密码获取系统的硬件电路

2.能够编写动态密码生成程序

3.能够实现密码的串行通信发送

4.能够实现密码的数码管显示

素养目标：

5.工程实践：通过完整项目开发，培养工程实践能力

6.安全意识：理解动态密码的安全机制，培养信息安全意识

7.系统思维：通过系统设计，培养系统化思维

8.规范操作：遵循通信协议，培养标准化操作意识

（三）学情分析

学生已掌握串行通信和数码管显示的基本技术，对系统集成有一定了解。但在动态密码算法和系统安全性设计方面缺乏经验。

（四）教学重、难点

教学重点：

-动态密码获取系统的系统设计

-动态密码生成算法

-串行通信程序编写

-数码管密码显示

教学难点：

-动态密码算法的实现

-时间同步机制

-密码安全性设计

-通信协议的可靠性

二、教学策略

（一）教学思路

采用"需求分析-系统设计-算法实现-通信编程-系统集成"的项目驱动教学模式。

（二）教法与学法

教法：项目教学法、任务驱动法、演示实验法、案例教学法

学法：项目探究法、模块化编程法、仿真验证法、小组协作法

三、教学过程

教学过程教师活动学生活动设计意图任务展示（10分钟）1.展示银行动态密码令牌实物

2.演示动态密码系统功能：

-动态生成6位密码

-每60秒更新一次

-数码管显示密码

-串口发送密码

3.提出项目任务：制作动态密码获取系统

4.明确项目要求：安全性、准确性、实时性1.观察密码令牌实物

2.了解动态密码系统功能

3.明确项目要求明确项目目标，激发兴趣需求分析与系统设计（20分钟）1.引导学生分析需求

-动态生成6位密码

-密码每60秒更新一次

-数码管显示密码

-串口发送密码到PC

-按键触发密码生成

2.指导系统设计

-硬件设计：单片机、数码管、按键、串口模块

-软件设计：密码算法、通信协议、显示模块

-安全设计：时间同步、加密算法

3.绘制系统框图1.分析系统需求

2.设计硬件系统

3.设计软件系统

4.设计安全机制

5.绘制系统框图培养需求分析和系统设计能力动态密码算法设计（25分钟）1.讲解动态密码原理

-基于时间的动态密码

-密码算法基本原理

-常用动态密码算法（TOTP）

2.指导密码算法实现

-使用定时器实现时间同步

-基于时间戳生成密码

-密码加密和验证

3.提供算法参考代码

4.巡视指导，解答学生疑问1.学习密码原理

2.设计密码算法

3.编写密码生成程序

4.调试算法

5.测试密码正确性培养算法设计和编程能力串行通信编程（20分钟）1.指导编写通信程序

-串行口初始化

-配置通信参数

-密码发送函数

-数据格式定义

2.提供通信协议框架

3.巡视指导，解答学生疑问1.编写串行口初始化

2.编写密码发送程序

3.定义通信协议

4.测试通信功能培养通信编程能力显示模块编程（15分钟）1.指导编写显示程序

-数码管显示函数

-6位密码显示

-刷新频率控制

2.提供显示参考代码

3.巡视指导1.编写显示函数

2.实现6位显示

3.调试显示效果培养显示编程能力系统集成与调试（30分钟）1.指导系统集成

-模块集成

-程序优化

2.进行系统测试

-测试密码生成

-测试密码更新

-测试串口发送

-测试数码管显示

3.巡视指导，解答疑问

4.使用串口助手验证通信1.集成各模块

2.测试系统功能

3.使用串口助手

4.验证通信正确性

5.记录测试结果培养系统集成和调试能力评价总结（10分钟）1.组织学生展示作品

2.对比不同系统的性能

3.总结动态密码系统设计要点

4.点评常见问题

5.布置课后任务1.展示作品

2.汇报设计思路

3.总结学习收获培养表达和总结能力课后任务（5分钟）1.优化密码算法安全性

2.设计密码验证功能

3.撰写实验报告1.记录拓展任务

2.优化系统

3.准备报告拓展应用，巩固知识

四、教学反思

1.项目驱动教学法有效激发了学生的学习兴趣，培养了项目开发能力

2.学生对串行通信掌握较好，但在密码算法设计上存在困难

3.系统集成阶段问题较多，需要加强模块化设计的指导

4.安全意识培养到位，学生对密码安全有了深入认识

课后作业：

1.功能拓展：为动态密码系统增加密码验证功能，能够验证输入的密码是否正确

2.撰写完整的项目报告，包括：需求分析、系统设计、硬件电路图、程序代码、调试过程、测试结果、安全性分析、改进方案

3.思考题：如何提高动态密码系统的安全性？有哪些攻击方式需要防范？

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教案第7-8课时课题名称动态密码系统优化与拓展单元名称项目七制作银行动态密码获取系统授课对象课时授课章节技能实训任务二：系统优化与功能拓展

综合应用任务教学资源动态密码系统，多种密码算法，KeilC51，Proteus仿真软件信息化措施案例分析、优化演示、在线调试、学习通平台2

一、教学分析

（一）教材分析

本节课是项目七的进阶内容，重点进行动态密码系统的优化和功能拓展。通过性能优化、功能增强和安全性提升，培养学生的系统优化能力和创新设计能力。

（二）教学目标

知识技能目标：

1.能够分析动态密码系统的性能瓶颈

2.能够进行系统优化设计

3.能够设计拓展功能

4.能够实现多种密码算法

素养目标：

5.精益求精：通过系统优化，培养精益求精的工匠精神

6.创新意识：通过功能拓展，激发创新设计思维

7.安全意识：通过安全性提升，培养信息安全意识

8.系统思维：通过综合优化，培养系统化思维

（三）学情分析

学生已完成动态密码系统的基础功能，但在系统优化、多算法集成和用户体验设计方面缺乏经验。

（四）教学重、难点

教学重点：

-动态密码系统的性能优化方法

-拓展功能的设计思路

-多种密码算法的应用

-系统安全性的提升

教学难点：

-优化方向的选择和实施

-创新功能的设计和实现

-密码算法的切换和集成

-安全性的量化评估

二、教学策略

（一）教学思路

采用"问题分析-方案设计-优化实施-功能拓展-综合测试"的教学模式。

（二）教法与学法

教法：问题导向法、案例分析法、任务驱动法、创新设计法

学法：问题发现法、方案设计法、优化实践法、创新思维法

三、教学过程

教学过程教师活动学生活动设计意图任务展示（10分钟）1.展示优化后的动态密码系统

-多种密码算法切换

-密码历史记录

-密码验证功能

-系统自检功能

2.对比优化前后的差异

3.提出任务：优化和拓展动态密码系统1.观察优化后的系统

2.对比优化前后差异

3.了解拓展功能通过对比展示，激发优化兴趣问题分析与优化方案（20分钟）1.引导学生分析系统问题

-密码生成速度问题

-通信可靠性问题

-用户体验问题

-安全性问题

2.讨论优化方向

-算法优化：改进密码算法

-通信优化：增强通信可靠性

-功能优化：增加用户体验功能

-安全优化：提升系统安全性

3.制定优化方案1.分组讨论系统问题

2.分析问题原因

3.讨论优化方向

4.制定优化方案培养问题分析和方案设计能力系统优化实施（25分钟）1.指导算法优化

-优化密码生成算法

-减少计算时间

-提高生成效率

2.指导通信优化

-增加校验机制

-实现重发机制

-提高通信可靠性

3.指导安全优化

-增加加密层次

-实现密钥管理

-提升安全等级

4.进行性能测试1.实施算法优化

2.实施通信优化

3.实施安全优化

4.进行性能测试

5.记录测试数据培养系统优化和测试能力多算法拓展（25分钟）1.介绍多种密码算法

-基于时间的TOTP算法

-基于事件的HOTP算法

-基于挑战响应的算法

2.指导多算法集成

-算法切换机制

-算法参数配置

-算法选择界面

3.实现算法切换功能1.学习多种算法

2.设计切换机制

3.实现算法集成

4.测试算法功能培养多算法应用能力功能拓展设计（30分钟）1.引导学生设计拓展功能

-密码历史记录功能

-密码验证功能

-系统自检功能

-用户管理功能

-日志记录功能

2.指导功能实现

-实现历史记录存储

-实现密码验证算法

-实现系统自检

-实现用户管理

3.功能测试和调试1.设计拓展功能

2.编写功能程序

3.