可编程序串行通信接口电路教学设计中职专业课-计算机原理-计算机类-电子与信息大类

课题可编程序串行通信接口电路教学设计中职专业课-计算机原理-计算机类-电子与信息大类课时安排课前准备教学内容教材章节：计算机原理中的“可编程序串行通信接口电路”

内容：本章节主要围绕可编程序串行通信接口电路展开，包括串行通信的基本概念、通信协议、接口电路的组成及工作原理。具体内容包括串行通信的基本形式、串行通信的波特率、同步与异步通信方式、串行通信接口的硬件结构、可编程串行通信接口的编程方法等。核心素养目标培养学生信息素养，提高学生的逻辑思维和问题解决能力。使学生掌握串行通信的基本原理和编程方法，提升学生对计算机硬件接口的理解和应用能力。通过实际操作，强化学生的实践技能和创新能力，培养学生在计算机领域终身学习的意识。教学难点与重点1.教学重点

-串行通信接口的硬件结构分析：重点讲解UART（通用异步接收/发送器）的组成，包括发送和接收寄存器、控制寄存器、状态寄存器等，以及它们的功能和相互关系。

-可编程串行通信接口的编程方法：强调初始化设置，如波特率计算、工作模式选择、中断控制等，并通过实例展示编程步骤和代码示例。

2.教学难点

-波特率的计算与配置：难点在于理解波特率与传输速率的关系，以及如何根据系统时钟和通信协议计算出合适的波特率值，并进行正确的寄存器配置。

-异步通信中的起始位和停止位的处理：学生可能难以理解起始位和停止位的检测和生成机制，需要通过实例分析帮助理解其在数据帧传输中的作用。

-串行通信中的同步和异步传输的区别与应用：难点在于区分同步和异步通信的工作原理，以及在实际应用中选择合适的通信方式。通过对比分析，帮助学生理解不同应用场景下的通信需求。教学资源准备1.教材：确保每位学生都有《计算机原理》教材，包含可编程序串行通信接口电路相关章节。

2.辅助材料：准备串行通信接口电路的原理图、波形图等图表，以及相关视频资料，以辅助理解。

3.实验器材：准备PC机、串口通信模块、示波器等实验设备，确保其功能正常，操作安全。

4.教室布置：设置分组讨论区，安排实验操作台，以便学生进行分组讨论和实验操作。教学实施过程1.课前自主探索

教师活动：

发布预习任务：通过在线平台发布PPT和视频资料，要求学生预习串行通信接口电路的基本概念和UART的工作原理。

设计预习问题：设计问题如“UART的发送和接收过程是怎样的？”和“波特率计算公式有哪些？”引导学生思考。

监控预习进度：通过平台查看学生提交的预习笔记和问题，确保学生预习到位。

学生活动：

自主阅读预习资料：学生阅读教材和预习资料，理解UART的基本概念。

思考预习问题：学生通过思考和讨论，对预习问题进行解答，并记录疑问。

提交预习成果：学生将预习笔记和解答提交至在线平台。

方法/手段/资源：

自主学习法：通过预习任务，培养学生的自主学习能力。

信息技术手段：利用在线平台实现预习资源的共享和监控。

2.课中强化技能

教师活动：

导入新课：通过串行通信在生活中的应用案例引入，激发学生兴趣。

讲解知识点：讲解UART的硬件结构、波特率计算和编程方法，结合实例讲解。

组织课堂活动：安排小组讨论，让学生设计简单的串行通信程序。

解答疑问：针对学生在讨论中提出的问题，及时解答。

学生活动：

听讲并思考：学生认真听讲，思考UART的原理和应用。

参与课堂活动：学生积极参与小组讨论，共同完成串行通信程序设计。

提问与讨论：学生提问并参与讨论，加深对知识点的理解。

方法/手段/资源：

讲授法：通过讲解，帮助学生理解UART的原理。

实践活动法：通过小组讨论和程序设计，让学生在实践中掌握技能。

合作学习法：通过小组合作，培养学生的团队协作能力。

3.课后拓展应用

教师活动：

布置作业：布置设计一个简单的串行通信系统的作业，要求学生结合所学知识完成。

提供拓展资源：推荐相关书籍和在线资源，供学生深入学习。

反馈作业情况：批改作业，针对学生的设计提出改进意见。

学生活动：

完成作业：学生根据作业要求，设计串行通信系统。

拓展学习：利用拓展资源，深入研究串行通信的更多细节。

反思总结：学生反思自己的设计过程，总结经验教训。

方法/手段/资源：

自主学习法：通过完成作业，巩固所学知识。

反思总结法：通过反思，提高学生的自我学习能力。知识点梳理1.串行通信概述

-串行通信与并行通信的区别

-串行通信的基本形式：单工、半双工、全双工

-串行通信的应用场景

2.串行通信的物理层

-信号传输方式：基带传输、频带传输

-传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤

-信号调制与解调：调幅、调频、调相

3.串行通信的协议层

-同步与异步通信

-数据帧的格式：起始位、数据位、校验位、停止位

-串行通信的波特率、数据位、停止位、校验位

4.可编程序串行通信接口（USART）

-USART的组成：发送器、接收器、控制寄存器、状态寄存器

-USART的工作模式：模式0、模式1、模式2、模式3

-USART的波特率发生器

5.串行通信的编程

-初始化USART：设置波特率、工作模式、校验位、停止位等

-发送数据：使用发送缓冲区发送数据

-接收数据：使用接收缓冲区接收数据

-中断控制：设置接收/发送中断、中断服务程序

6.串行通信接口电路

-串行通信接口的硬件结构：发送器、接收器、数据缓冲区、控制逻辑

-串行通信接口的引脚定义：TXD、RXD、RTS、CTS等

-串行通信接口的电气特性：电压、电流、信号传输速率

7.串行通信接口的测试与调试

-使用示波器、逻辑分析仪等工具测试串行通信接口

-调试串行通信程序，确保通信稳定可靠

-分析串行通信故障，找出问题原因并解决

8.串行通信在实际应用中的注意事项

-串行通信接口的选择：根据实际应用需求选择合适的接口

-通信协议的选择：根据通信双方的需求选择合适的通信协议

-通信速率的选择：根据传输距离和数据量选择合适的通信速率

-通信安全：防止数据在传输过程中被窃取或篡改

9.串行通信的拓展知识

-串行通信在嵌入式系统中的应用

-串行通信与其他通信方式的结合

-串行通信的发展趋势典型例题讲解1.例题：假设系统的时钟频率为16MHz，要实现9600波特率的串行通信，请计算波特率发生器的预分频值和除数值。

解答：波特率=波特率发生器除数值/预分频值

预分频值=系统时钟频率/(波特率发生器除数值*波特率)

波特率发生器除数值=系统时钟频率/(波特率*32)=16MHz/(9600*32)≈500

预分频值=16MHz/(500*9600)≈33

2.例题：设计一个简单的串行通信系统，使用8051单片机作为主设备，PC作为从设备，实现数据的串行传输。

解答：

-主设备（8051单片机）配置：

-使用串口1（TX1、RX1）进行通信

-设置波特率为9600

-设置工作模式为模式1

-开启接收中断

-从设备（PC）配置：

-使用串口通信软件（如PuTTY）进行数据接收

-设置波特率为9600

-监听串口1（COM1）的数据接收

3.例题：编写一个程序，实现从8051单片机的串口读取一个字符，并在LED上显示。

解答：

```c

#include<reg51.h>

#defineLEDP2

voiddelay(unsignedintms){

unsignedinti,j;

for(i=ms;i>0;i--)

for(j=110;j>0;j--);

}

voidmain(){

chardata;

while(1){

if(RI){//接收中断标志位

data=SBUF;//读取接收到的数据

RI=0;//清除接收中断标志位

LED=data;//在LED上显示数据

delay(500);//延时，避免LED闪烁

}

}

}

```

4.例题：编写一个程序，实现8051单片机的串口发送一个字符串。

解答：

```c

#include<reg51.h>

voidmain(){

charstr[]="Hello,World!";

while(*str){

SBUF=*str++;//发送字符串中的字符

while(!TI);//等待发送完成

TI=0;//清除发送中断标志位

}

}

```

5.例题：在串行通信中，如果发送数据过程中出现了校验错误，请设计一个简单的错误检测和处理程序。

解答：

```c

#include<reg51.h>

voidmain(){

chardata,checksum;

while(1){

if(RI){//接收中断标志位

data=SBUF;//读取接收到的数据

RI=0;//清除接收中断标志位

checksum=(data+0xAA)&0xFF;//计算校验和

if(checksum==SBUF){//校验和匹配

//处理正确接收到的数据

}else{

//处理校验错误

}

}

}

}

```作业布置与反馈作业布置：

1.完成教材中关于可编程序串行通信接口电路的习题，包括计算波特率、配置USART寄存器、编写简单的发送和接收程序等。

2.设计一个简单的串行通信系统，使用8051单片机作为主设备，PC作为从设备，实现数据的串行传输。要求学生详细描述系统设计，包括硬件连接、软件编程和通信协议。

3.编写一个程序，实现从8051单片机的串口读取一个字符，并在LED上显示。要求学生解释程序的工作原理，并说明如何调整程序以适应不同的数据。

4.编写一个程序，实现8051单片机的串口发送一个字符串。要求学生说明如何处理字符串的结束符，并讨论如何优化程序以提高效率。

5.分析一个已存在的串行通信程序，指出其中的错误或不足，并提出改进方案。

作业反馈：

1.