极简51单片机：体系结构、程序设计与案例开发（汇编语言版）教学大纲、实验大纲 向军

-PAGE36-单片机原理（含实验）课程教学大纲一、课程基本信息课程名称单片机原理（含实验）Single-chipMachinePrinciple课程代码课程性质必修开课单位课程类型□通识课GeneralEducationCourses□新生研讨课FreshmanSeminar□公共基础课PublicBasicCourses□专业基础课SpecialtyFoundationalCourses☑专业课SpecializedCourses□实验课ExperimentalCourses□课程设计CurriculumDesign□多元化课程DiversifiedCourses□实习实训PracticalTraining授课学期第5学期学分/学时2/40课内学时40理论学时24实践学时16课外学时0（课程设计、实验单列课程）课程负责人向军课程团队适用专业授课语言中文先修课程计算机导论、C语言程序设计、模拟电子技术、数字电子技术后续课程课程中文简介本课程是电气工程类专业学生的一门重要专业基础课程，培养学生对MCS-51系统的实际动手能力、独立解决问题能力和综合应用知识能力，训练科学严谨、求真务实的工程职业素质。本课程以MCS-51系列单片机为主、以汇编及C51为手段开展本课程内容的理论和实践教学。了解单片机及嵌入式技术的发展及应用领域、学会单片机原理，掌握基于单片机的嵌入式应用系统设计方法，具备利用单片机技术解决实际控制问题的能力。课程英文简介Thiscourseisanimportantprofessionalfoundationalcourseforstudentsmajoringinelectricalengineering.IttrainsstudentstohavethepracticalabilityofMCS-51system,theabilityofsolvingproblemsindependentlyandtheabilityofcomprehensiveapplicationknowledge,trainingtheengineeringprofessionalqualityofscientificpreciseness,truth-seekingandpracticality.ThiscourseisbasedonMCS-51seriessingle-chipmicrocomputer,withtheassemblyandC51asthemeanstocarryoutthetheoreticalandpracticalteachingofthiscoursecontent.Tounderstandthedevelopmentandapplicationfieldsofsingle-chipmicrocomputerandembeddedtechnology,tolearntheprincipleofsingle-chipmicrocomputer,tograspthedesignmethodofembeddedapplicationsystembasedonsingle-chipmicrocomputer,andtohavetheabilitytosolvepracticalcontrolproblemsbyusingthetechnologyofsingle-chipmicrocomputer.二、课程目标及对毕业要求指标点的支撑单片机原理（含实验）课程是电气工程类专业基础课程，通过本课程的学习，使学生掌握MCS-51单片机的硬件结构、资源配置、指令系统、程序编写、基本输入输出、人机交互以及与其它设备之间的通信等方面的基本知识和技术。序号课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求1目标1：掌握数学、自然科学、单片机原理等电气工程专业基础知识和专业知识，并能够将其用于描述、分析诸如信号采集、处理及显示等电气工程领域的复杂工程问题。1.2能针对电气工程复杂工程问题中的部件、环节、系统等具体对象建立数学模型并求解。要求1：工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决电气工程领域的复杂工程问题。2目标2：掌握MCS-51单片机的硬件结构、资源配置、指令系统、程序编写、基本输入输出、人机交互以及与其它设备之间的通信等方面的基本知识和技术。了解单片机最新的发展方向和新的应用，掌握电气工程领域主要行业软、硬件的开发使用技术，掌握主要工程工具的使用方法，并能够用于解决实际工程问题。5.2掌握电气工程领域主要行业软、硬件的开发使用技术，掌握主要工程工具的使用方法。要求5：使用现代工具：能够针对电气工程领域的复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。3目标3：掌握MCS-51相关的硬件和软件实践知识，培养实际动手能力，能够根据复杂电气工程问题的解决方案，设计实验方案并开展实验。4.2能够根据实验方案构建实验系统，安全地开展实验，正确地采集实验数据。要求4：研究：能够基于科学原理并采用科学方法对复杂电气工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。4目标4：能够对实验数据进行分析、处理与解释，并通过信息综合与相关研究进行对比，获得有效结论。掌握电气工程领域主要行业软、硬件的开发使用技术，掌握主要工程工具的使用方法，并能够用于解决实际工程问题。4.3能够通过信息综合与相关研究，对实验结果进行分析和解释，获得合理有效的结论。要求4：研究：能够基于科学原理并采用科学方法对复杂电气工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。三、教学内容及进度安排序号教学内容学生学习预期成果课时理论/实践支撑课程目标151单片机的基本概念（1）掌握51系列单片机的内部结构、外部引脚；（2）了解51单片机的存储器组织；（3）掌握内部存储器的组成及访问方式；（4）了解常用的特殊功能寄存器。2/0目标1,2251单片机汇编语言基础（1）了解MCS-51单片机汇编指令的基本格式；（2）掌握单片机汇编指令的寻址方式及指令系统；（3）掌握汇编程序设计的基本方法。4/0目标1,23并口与外部中断（1）了解51单片机并口的内部电路及工作过程；（2）熟悉并口的基本使用方法；（3）熟练掌握利用并口实现外部LED、开关和按钮控制的电路连接及程序设计方法；（4）了解中断的基本概念，熟练掌握外部中断的处理过程及应用。4/4目标1,2,3,44人机接口（1）掌握单片机与键盘、LED和LCD接口的基本方法；（2）了解键盘、数码管的基本结构、工作原理，掌握单片机人机接口的设计方法。2/2目标1,2,3,45定时/计数器和串口（1）掌握单片机的并口、串口和定时计数器功能、结构、工作方式及编程方法；（2）掌握单片机中断系统的基本功能及其应用。4/6目标1,2,3,4651单片机资源的并行扩展（1）了解MCS-51单片机的最小系统结构及存储器扩展方法；（2）掌握外部存储器和并口扩展的基本方法。2目标1,2751单片机资源的串行扩展（1）了解常用的串行扩展接口；（2）了解常用的串行接口芯片；（3）了解51单片机外部资源的串行扩展方法。2目标1,28模拟外设及其与51单片机的接口（1）了解A/D、D/A转换的基本原理；（2）掌握A/D、D/A转换器和单片机的连接及程序控制方法。（3）了解任意波形发生器的基本原理及接口设计方法。2/4目标1,2,3,49从汇编到C51（1）掌握C51程序中的数据和变量，各种数据和变量的存储格式；（2）掌握C51程序中函数的基本编制方法。2目标1,2四、课程考核序号课程目标（支撑毕业要求指标点）评价依据及成绩比例成绩比例(%)考察考试1目标1：掌握数学、自然科学、单片机原理等电气工程专业基础知识和专业知识，并能够将其用于描述、分析诸如信号采集、处理及显示等电气工程领域的复杂工程问题。1020302目标2：掌握MCS-51单片机的硬件结构、资源配置、指令系统、程序编写、基本输入输出、人机交互以及与其它设备之间的通信等方面的基本知识和技术。了解单片机最新的发展方向和新的应用，掌握电气工程领域主要行业软、硬件的开发使用技术，掌握主要工程工具的使用方法，并能够用于解决实际工程问题。1040503目标3：掌握MCS-51相关的硬件和软件实践知识，培养实际动手能力，能够根据复杂电气工程问题的解决方案，设计实验方案并开展实验。10104目标4：能够对实验数据进行分析、处理与解释，并通过信息综合与相关研究进行对比，获得有效结论。掌握电气工程领域主要行业软、硬件的开发使用技术，掌握主要工程工具的使用方法，并能够用于解决实际工程问题。1010合计4060100总评成绩构成：出勤：10%；作业：10%；实验：20%；末考：60%五、教材及参考资料1.谢维成、杨加国编，单片机原理与应用及C51程序设计（第三版），清华大学出版社，20192.林立、张俊亮编，单片机原理及应用——基于Proteus和KeilC（第四版），电子工业出版社，20183.唐颖编，单片机原理与应用及C51程序设计，北京大学出版社，2017大纲执笔人：向军审核人（专业负责人/系主任）：制定时间：年月日-PAGE5-附录：课程达成度评价评分标准单片机原理（含实验）课程达成度评价评分标准序号课程目标比例优（100-90）良（89-80）中（79-70）及格（69-60）不及格（<60）1掌握数学、自然科学、单片机原理等电气工程专业基础知识和专业知识，并能够将其用于描述、分析诸如信号采集、处理及显示等电气工程领域的复杂工程问题。（支撑毕业要求指标点1.2）30能够准确地数学、自然科学、单片机原理等电气工程专业基础知识和专业知识，并能够将其用于描述、分析诸如信号采集、处理及显示等电气工程领域的复杂工程问题数学、自然科学、单片机原理等电气工程专业基础知识和专业知识掌握较扎实，能够较准确地运用专业知识描述、分析诸如信号采集、处理及显示等电气工程领域的复杂工程问题数学、自然科学、单片机原理等电气工程专业基础知识和专业知识掌握良好，基本能够较准确地运用专业知识描述、分析诸如信号采集、处理及显示等电气工程领域的复杂工程问题数学、自然科学、单片机原理等电气工程专业基础知识和专业知识掌握基本良好，基本能够运用专业知识描述、分析诸如信号采集、处理及显示等电气工程领域的复杂工程问题数学、自然科学、单片机原理等电气工程专业基础知识和专业知识掌握不扎实，不能够运用专业知识描述、分析诸如信号采集、处理及显示等电气工程领域的复杂工程问题2能够掌握电气工程领域主要行业软、硬件的开发使用技术，掌握主要工程工具的使用方法，并能够用于解决实际工程问题。（支撑毕业要求指标点5.2）50能够准确地掌握电气工程领域主要行业软、硬件的开发使用技术，掌握主要工程工具的使用方法，并能够用于解决实际工程问题。能够较准确地掌握电气工程领域主要行业软、硬件的开发使用技术，掌握主要工程工具的使用方法，并能够用于解决实际工程问题。能够基本准确地掌握电气工程领域主要行业软、硬件的开发使用技术，掌握主要工程工具的使用方法，并能够用于解决实际工程问题。基本能够掌握电气工程领域主要行业软、硬件的开发使用技术，基本掌握主要工程工具的使用方法，并能够用于解决实际工程问题。无法掌握电气工程领域主要行业软、硬件的开发使用技术，不能用主要工程工具解决实际工程问题。3掌握MCS-51相关的硬件和软件实践知识，培养实际动手能力，能够根据复杂电气工程问题的解决方案，设计实验方案并开展实验。（支撑毕业要求指标点4.2）10准确掌握MCS-51相关的硬件和软件实践知识，培养实际动手能力，能够根据复杂电气工程问题的解决方案，设计实验方案并开展实验。较准确掌握MCS-51相关的硬件和软件实践知识，培养实际动手能力，根据复杂电气工程问题的解决方案，设计实验方案并开展实验。较准确掌握MCS-51相关的硬件和软件实践知识，培养实际动手能力，能够根据复杂电气工程问题的解决方案，设计实验方案并开展实验。能够基本准确掌握MCS-51相关的硬件和软件实践知识，培养实际动手能力，能够根据复杂电气工程问题的解决方案，设计实验方案并开展实验。无法准确掌握MCS-51相关的硬件和软件实践知识，不能根据复杂电气工程问题的解决方案，不能开展实验。4能够对实验数据进行分析、处理与解释，并通过信息综合与相关研究进行对比，获得有效结论。（支撑毕业要求指标点4.3）10能准确对实验数据进行分析、处理与解释，并通过信息综合与相关研究进行对比，获得有效结论。能较准确对实验数据进行分析、处理与解释，并通过信息综合与相关研究进行对比，获得有效结论。能基本准确对实验数据进行分析、处理与解释，并通过信息综合与相关研究进行对比，获得有效结论。基本能对实验数据进行分析、处理与解释，并通过信息综合与相关研究进行对比，获得有效结论。对实验数据进行分析、处理与解释，并通过信息综合与相关研究进行对比，不能获得有效结论，无报告。合计100%注：1.实验数据记录必须有指导教师的现场签字方为有效，无指导教师签字数据记录为无效记录，相应实验报告不予批改，本次实验成绩计零分。2.实验报告中数据处理部分不用自己原始记录数据，抄袭他人的处理过程和结果，一经发现，该实验报告成绩记零分。单片机原理课内实验教学大纲开课学院：课程名称：单片机原理CourseName（英文名称）：Single-chipMachinePrinciple课程代码：课程类别：专业基础课课程性质：必修课程学分：2实验学分：0.5实验学时：16实验项目数：8（必开）适用学科专业:理工科各专业先修课程：计算机导论、C语言程序设计、模拟电子技术、数字电子技术撰写人： 撰写日期：2023-9 审核人：一、实验简介本课程是理工科各专业学生的一门重要专业基础课程，培养学生对MCS-51系统的实际动手能力、独立解决问题能力和综合应用知识能力，训练科学严谨、求真务实的工程职业素质。本课程以MCS-51系列单片机为主、以汇编及C51为手段开展本课程内容的理论和实践教学。了解单片机及嵌入式技术的发展及应用领域、学会单片机原理，掌握基于单片机的嵌入式应用系统设计方法，具备利用单片机技术解决实际控制问题的能力。二、实验教学任务及要求实验教学是以培养学生掌握基本实验技能、强化动手和解决问题的能力、树立科学严谨的思维与态度作为基本任务。学生应基于实验中心实验教学管理系统预习有关实验内容、认真参加实验并遵守实验室相关规定，要求学生认真完成每一个实验过程，熟悉相关软件KeilC51的功能和使用方法，掌握实验数据观测和分析的基本方法和技能。1.由指导教师讲清实验的基本要求及安全事项，由学生独立操作完成；2.每个实验小组1人，每个实验过程1讲（2节课）；3.能准确完整观测实验数据，分析绘制相关波形和频谱；4.能独立整理分析实验数据，规范、清晰、完整地完成实验报告。三、考核方式实验成绩占课程总成绩20%，实验总评成绩由以下2部分组成：出勤及课堂表现（40%）：根据出勤和课堂讨论进行评定，满分40分，缺勤1次计0分；实验报告（60%）：每项实验报告根据评分标准进行评定，共8次，最后取平均分，满分60分。四、实验教材/讲义教材/讲义名称编者出版社出版（编写）时间教材/讲义极简51单片机：体系结构、程序设计和实战案例向军清华大学出版社2024.6.教材单片机原理实验讲义向军/2021.9讲义（胶印）五、实验内容安排和具体要求（一）教学内容及要求1.单片机I/O口应用实验（1）项目代码：

（2）实验学时：

2.0

（3）每组人数：

1（4）项目类型：

设计性

（5）必开/选开：

必开（6）设备名称及台套数：序号设备名称型号规格台套数1电脑安装好Keil4.0、Proteus等12新型单片机综合实验仪DICE-5201K带仿真器13普中嵌入式51单片机实验开发板A2带下载线或仿真器1（7）主要耗材：序号耗材名称型号规格备注1鼠标键盘等无1（8）实验内容简介：以下3项任选一项。仿真实验：模仿实践案例3-1~3-4（参见理论课讲义），自拟题目，在KeilC51和Proteus软件中调试。实验箱实验：利用并口字节操作驱动8个LED灯循环点亮，每按一次按钮，切换一次8个LED灯循环点亮的方向。要求采用中断方式检测按钮。开发板实验：利用并口位操作使某一个LED闪烁，每按一次按钮，LED在闪烁、常亮、闪烁、…之间重复。要求采用中断方式检测按钮。2.键盘输入和数码管显示设计实验（1）项目代码：

（2）实验学时：

2.0

（3）每组人数：

1（4）项目类型：

综合性 （5）必开/选开：

必开（6）设备名称及台套数：序号设备名称型号规格台套数1电脑安装好kEILC51软件12新型单片机综合实验仪DICE-5201K（7）主要耗材：序号耗材名称型号规格备注1鼠标键盘等无1（8）实验内容简介：以下3项任选一项。仿真实验：模仿实践案例4-1和4-2（参见理论课讲义），自拟题目，在KeilC51和Proteus软件中调试。实验箱实验：（1）利用程序向内部RAM缓冲区中任意存入6个字符，并将这6个字符顺序显示在数码管上。（2）在键盘上依次按下6个按键，将各按键对应的字符顺序存入内部RAM的缓冲区。开发板实验：将键盘上每次输入的字符显示到8位数码管的最右侧，并将数码管上原来显示的字符顺序移动。3.LCD显示设计实验（1）项目代码：

（2）实验学时：

2.0

（3）每组人数：

1（4）项目类型：

综合性

（5）必开/选开：必开（6）设备名称及台套数：序号设备名称型号规格台套数1电脑安装好Keil4.0、Proteus等12新型单片机综合实验仪DICE-5201K带仿真器13普中嵌入式51单片机实验开发板A2带下载线或仿真器1（7）主要耗材：序号耗材名称型号规格备注1鼠标键盘等无1（8）实验内容简介：以下3项任选一项。仿真实验：模仿实践案例4-3和4-4（参见理论课讲义），自拟题目，在KeilC51和Proteus软件中调试。实验箱实验：利用单片机的P1口作为数据线，P3口作为控制线，在LCD12864液晶屏上显示期望的图形和字符。开发板实验：在LCD1602上显示任意两行字符。4.波形产生实验（1）项目代码：

（2）实验学时：

2.0

（3）每组人数：

1（4）项目类型：设计性

（5）必开/选开：

必开（6）设备名称及台套数：序号设备名称型号规格台套数1电脑安装好Keil4.0、Proteus等12新型单片机综合实验仪DICE-5201K带仿真器13普中嵌入式51单片机实验开发板A2带下载线或仿真器1（7）主要耗材：序号耗材名称型号规格备注1鼠标键盘等无1（8）实验内容简介：以下3项任选一项。仿真实验：模仿实践案例5-1、5-6或5-8（参见理论课讲义），自拟题目，在KeilC51和Proteus软件中调试。实验箱实验：利用单片机内部的定时/计数器产生周期方波脉冲，由P1.7引脚输出，要求每按动一次实验箱中的按钮，输出脉冲的频率在两种频率之间切换一次。开发板实验：利用单片机内部的定时/计数器产生给定频率或周期的周期方波脉冲，由P1.7引脚输出，要求每按动一次开发板上的独立按键，输出脉冲的占空比在两种频率之间切换一次。5.波形测量实验（1）项目代码：

（2）实验学时：

2.0

（3）每组人数：

1（4）项目类型：

设计性

（5）必开/选开：

必开（6）设备名称及台套数：序号设备名称型号规格台套数1电脑安装好kEILC51软件12新型单片机综合实验仪DICE-5201K（7）主要耗材：序号耗材名称型号规格备注1鼠标键盘等无1（8）实验内容简介：以下3项任选一项。仿真实验：模仿实践案例5-2或5-5（参见理论课讲义），自拟题目，在KeilC51和Proteus软件中调试。实验箱实验：将实验箱中时钟与单脉冲模块产生的250kHz、125kHz、62.5kHz和31.25kHz的方波脉冲作为待测脉冲，测量其周期，并将测量结果保存到内部RAM单元。开发板实验：利用开发板上的独立按键K3或K4产生任意宽度的脉冲，用单片机内部的定时/计数器T0或T1测量其宽度，并将测量结果用二进制形式控制8位LED的亮灭。6.串行通信接口实验（1）项目代码：

（2）实验学时：

2.0

（3）每组人数：

1（4）项目类型：

设计性

（5）必开/选开：

必开（6）设备名称及台套数：序号设备名称型号规格台套数1电脑安装好Keil4.0、Proteus等12新型单片机综合实验仪DICE-5201K带仿真器13普中嵌入式51单片机实验开发板A2带下载线或仿真器1（7）主要耗材：序号耗材名称型号规格备注1鼠标键盘等无1（8）实验内容简介：以下3项任选一项。仿真实验：模仿实践案例5