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课程简介

单片机自20世纪70年代后期问世以来,以极其高的性能价格比,受到人们的重视和关注,已广泛应用到工业控制、航空航天、智能仪表、家用电器、汽车电器等各个领域。对人类社会产生了巨大的影响,以单片机技术为核心的产品到处可见。单片机技术的开发和应用水平已成为一个国家工业化发展水平的标志之一。目前,国内的所有的工科院校,无论是本科层次,还是职业教育层次,都无一例外地开设了单片机课。

   《单片机技术》是电气信息类专业必修的主干专业技术基础课,具有明显的“职业”与“技术”特色。课程内容是电子电路、电子产品、电子系统、智能仪器仪表、机电一体化设备等研发人员、维修人员所必需的基本技术和基本技能。目前社会上已有“单片机设计师”等专门的职业或技术岗位。学生可以凭此一技之长容易地找到电子产品研发类的就业岗位。

整个课程体系由理论课、实验课、课程设计、创新设计等部分构成。内容包括单片机技术的基础知识、基本技术和基本的技术应用技能。

我校从1996年开设电气信息类专业以来,该课程一直是各相关专业的主干技术基础课。经过近十年的教学实践以及校系两级的共同建设,现已形成了教学队伍结构合理、教学条件完备、教学方法与教学手段先进的课程体系结构。在教学条件方面,现已拥有50套具有仿真、实验功能的综合实验系统,并与凌阳科技公司合作建成具有30套单片机综合开发应用装置的学生创新实验室一个,购进先进的16位单片机学生自主开发应用实验板1600套,学生从入学开始直到毕业人手一套。以此实验板为基础可以完成课程设计、创新实验、毕业设计等内容。在实践教学环节中,教学内容、教学要求、教学手段均接近真实的技术应用环境。在教学方法上正在不断探索和逐渐完善以应用目标主导教学内容和教学过程的“目标激励教学法”,在教学手段上注重传统教学手段与现代教学手段(例多媒体课件、计算机仿真)相结合。现已开发出比较成熟的教学课件1套、自编教材、讲义3本。在教学效果方面,近五年学生对该课程教师的评价优秀率在百分之八十以上,有三名教师多次获得“教学质量优秀奖”等称号。

理论课和理论(含实践)教学内容

一、课程在专业培养目标中的定位与课程目标

《单片机技术》是电子、通信类各专业的重要技术基础课,是培养电子信息领域技术应用性人才的核心课程。以此课程为平台将各专业的专业技术、技能搭接起来,使各专业的专业目标得以具体实现。本课程介绍计算机系统的基本构成、工作原理、单片机的构成特点、常用接口的工作原理及应用方法,MCS—51系列单片机的指令系统及汇编语言程序设计方法,单片机应用系统设计方法等内容。通过学习本课程,使学生了解和掌握智能化电子产品的维护维修、设计开发所需要的基本方法、基本技术和基本技能。

二、知识模块顺序及对应的学时

 

 

 

 

模块

主要内容

要点及重点难点

学时

基础理论与基本技术模块

计算机及单片机基本概念

MCS—51的结构原理

计算机系统的基本构成、工作原理;单片机的构成特点、应用领域;MCS—51单片机片内逻辑部件及功能、存储器配置、接口的逻辑结构、引脚的电气特性;了解时序的概念

8

指令系统

汇编语言程序设计

指令格式、寻址方式、指令的功能;典型指令的执行时序;汇编语言的格式及伪指令的概念,基本的程序结构及设计方法,典型实用程序设计

12

中断系统

定时/计数器

串行通信与串行接口

中断的概念、中断源及中断控制、中断响应条件过程;中断系统的应用;定时/计数器的逻辑结构、工作特点,工作方式及控制,定时/计数器的应用;串行通信的基本概念、异步通信的数据格式;掌握串行接口的逻辑结构、工作原理;各种工作方式的特点及应用

16

系统扩展技术及常用接口

实用接口技术

常用存储器及接口芯片的逻辑功能;系统扩展的总线结构;存储器及接口的扩展方法;键盘接口、显示接口、A/D接口、D/A接口、开关量与功率接口

20

应用系统设计方法及实例

应用系统的基本要求、开发工具和开发方法;应用实例

6

实验模块

开发工具使用实验

伟福Lab2000P仿真调试软件的使用

3

常用程序设计实验

二进制BCD码转换、并行口输入输出

6

定时器/计数器及中断实验

定时、计数及中断

3

接口实验

A/D、D/A转换,键盘及显示接口

6

 

三、课程的重点、难点及解决办法

重点及解决办法:

片内硬件结构、各种接口设计及接口驱动程序设计、典型应用系统的程序结构,最终根据需求设计一个应用系统。

在掌握单片机基础知识和基本技术的基础上,通过典型实验加深对重点内容的理解和掌握,最终通过课程设计让学生完成一个具有实用意义、具体的技术指标要求的应用系统设计,包括方案选择、硬件设计、软件设计、产品制作与调试等,使学生真正学到单片机应用的基本技术、基本方法和基本技能。

难点及解决办法:

(1)片内的存储器结构:要把存储器的类型及所占的地址空间讲清楚,让学生画出单片机存储器的结构图。

(2)4个并行口的结构及功能:要注意接口的输出电路结构、双向口与准双向口的区别。

(3)串行口4种方式的特点,尤其是方式0与其它3种方式的区别,串行接收时的数据加载条件。要进行分类总结。

(4)I/O接口的扩展,通过实例说明I/O接口是单片机与外设连接的桥梁,讲清总线的类型、用途及典型结构。

(5)键盘/显示器接口设计:这是本课程中的比较大的难点,不能单讲硬件或软件,一定要把软硬件结合起来讲,键盘和显示器结合起来讲。因为在实际设计中往往是键盘/显示器都要扩展。

(6)应用系统设计:难点在于应用系统的设计思路及基本步骤,尤其是要强调在明确设计要求的前提下,把具体要实现的功能、指标描述清楚,做好单片机资源的利用与分配,先进性、可靠性与经济性的综合考虑。

 

四、实践教学的设计思想与效果

实践教学由课内实验、课程设计与制作、课外创新实践等部分构成。

实验的目的是帮助学生理解和掌握单片机的基本概念和基本技术,课程设计的目的是锻炼学生的综合应用能力,课外创新实践的目的是锻炼学生的实践能力和创新能力。

实验环境是50套伟福单片机综合实验系统,学生实验时每人独立使用一套实验装置。通过精心选择实验内容、合理设置实验要求,先让学生完成基本的实验要求,进而再引导学生完成扩展的功能,学生很感兴趣,效果也非常好。

在课程设计环节,学校提供专门经费与场地,在教师的指导下让学生完成原材料采购、方案选择与设计、综合调试等全部过程,由于具有接近真实的设计要求和设计环境,调动了学生的积极性,均能全身心地投入,收获也很大。

在课外实践环节不仅安排了具有丰富经验的指导教师,还为每个学生从入学时起就提供了一套凌阳16位单片机开发套件,并通过开展电子设计竞赛的方式,调动学生在课余时间在宿舍、实验室等各种场地开展单片机应用与电子产品制作的活动,渲染了单片机应用的风气、扩展了单片机应用实践的时间和场地,涌现出很多熟练掌握单片机应用技术的学生,在广西首届大学生电子设计竞赛中我校的参赛的两组作品均获一等奖,参赛学生均是以单片机为基础平台;还有很多学生毕业后从事研发工作也是得益于对单片机技术的熟练掌握。

实践(验)课教学内容

一、课程设计的思想、效果以及课程目标 

实践教学由课内实验、课程设计与制作、课外创新实践等部分构成。其中课内实验包含于理论课教学中,目的是帮助学生加深理解所学的基础理论和基本技术。课程设计与制作是独立于理论教学之外的独立教学模块,课程名称为《单片机课程设计与制作》。

《单片机课程设计与制作》是在相应的理论课程之后集中安排的重要实践性教学环节,目的是使学生综合运用所学的单片机及电路、电子技术、电子测量等基础知识,动脑又动手,在教师指导下,以单片机技术应用为主要内容,结合某一专题独立地进行电子电路、电子产品或电子系统的设计与实现,加深对单片机技术基本原理、主要内容、应用方法的理解和掌握,培养和提高综合技术应用能力和实践能力。

该课程要求学生在教师的指导下,选定一个能较全面地包含单片机技术内容、具有明确功能和指标要求的综合性设计题目,在规定的时间内和给定的条件下,完成方案选择、总体设计、硬件设计、软件设计、电路制作、系统调试及设计报告编写等任务。题目的难度和工作量要适当,以能包含单片机技术的基本内容,并能综合训练单片机应用系统设计制作的基本过程、方法和手段为准。在单片机技术方面一般应涉及数据输入、数据输出、简单的运算控制及人机接口等内容。在设计方法和手段方面应涉及仿真调试工具使用等内容。在教学过程中教师对学生的指导主要是对方案选择的基本思路、功能及技术指标的实现方法和原理及在设计和制作过程中学生遇到的特殊问题给予必要的帮助,并对学生的分析解决问题方法、团结合作精神、严肃认真的工作态度及职业规范等进行教育和指导。

二、课程内容(详细列出实验或实践项目名称和学时) 

1.  设计内容:下面的设计题目任选一项

a.基于单片机的数字钟设计与制作

b.数字式温度测量仪的设计与制作

c.步进电机控制器的设计与制作

d.电子乒乓球游戏机的设计与制作

e.多功能定时器的设计与制作

    f.秒表的设计与制作

g.可编程函数发生器设计与制作

h.数字频率计设计与制作

2.  学时分配

方案选择、总体设计、硬件设计、软件设计:30学时

实物制作、系统调试、编写设计说明书:30学时

四、考核方式及成绩构成

(一)成绩构成

1、  题目难度、方案选择、理论设计及设计说明书,占总成绩40%;

2、  实物制作及考评,占总成绩50%;

3、  平时表现,占总成绩10%;

(二)考核方式

    考查平时表现、评阅设计说明书、考评实物;总成绩根按优、良、中、及格、不及格五级计分,但3项因素中只要有1项不及格总成绩既应评定为不及格

三、课程组织形式与教师指导方法 

课程组织形式:

集中安排在单片机技术理论课教学结束后的两周内进行,学生分成若干个设计小组,每组1-3人,每组选定一个题目,在教师的指导下完成方案选择、总体设计、硬件设计、软件设计、电路制作、系统调试及设计报告编写等任务。

教师的指导方法:

1、  选题的指导

设计题目一般在理论课开课后即提前公布给学生,以便学生在理论课学习的过程中有针对性地准备。在课程设计开始时由教师集中对推荐的设计题目在设计要求、设计原理、基本思路、参考材料、设计与制作中涉及的重要基础知识、基本技术等方面进行介绍,以指导学生掌握正确的设计方法,选定题目。

2、  学生设计过程的指导

指导教师在学生进行课程设计期间,每天至少有4学时在设计现场对学生进行指导,对学生在设计过程中出现的问题予以解答,同时对学生的工作态度等进行教育。除此以外指导教师还把课程设计有关的参考资料、参考网址等提前发给学生。

四、考核内容与方法

(一)  考核内容:

1、 对单片机应用涉及的基础理论、基本技术、基本技能的应用能力及综合分析解决问题的能力;

2、 获取新知识能力、实践能力与创新能力;

3、 工作态度、团结协作意识、行业规范或标准意识;

4、 技术文档写作规范与写作能力;

(二)成绩构成

4、  题目难度、方案选择、理论设计及设计说明书,占总成绩40%;

5、  实物制作及考评,占总成绩50%;

6、  平时表现,占总成绩10%;

(三)考核方式

    考查平时表现、评阅设计说明书、考评实物;总成绩根按优、良、中、及格、不及格五级计分,但3项因素中只要有1项不及格总成绩既应评定为不及格

五、创新与特点

1、 提供了接近真实的设计环境与设计要求

根据《单片机课程设计与制作》的教学要求与教学目标,在实验室中提供了综合开发系统、仿真器、编程器、制板系统等设备,以便学生制作出具有真实功能、指标的作品。在原材料提供方面,将费用直接发放给学生,让学生到真正的市场中去采购原材料。增强了学生的经济意识与实际经验。

2、 教学内容充实、教学资源丰富、教学规范完备

《单片机课程设计与制作》作为《单片机技术》的配套教学环节,经过学校与教师的多年建设,教学内容中不断充实最新的实用技术,编写出《单片机应用系统开发指南及实例》等配套教材,制定出“单片机课程设计的有关规定”等教学规范,确保了教学质量。

3、提供条件并引导学生将课堂教学与课外实践相结合

学校为每个学生从入学时起就提供了一套凌阳16位单片机开发套件,安排了具有丰富经验的指导教师,并通过开展电子设计竞赛等活动,调动学生利用课余时间在宿舍、实验室等各种场地开展单片机应用与电子产品制作的活动,渲染了单片机应用的风气、扩展了单片机应用实践的时间和场地,涌现出很多熟练掌握单片机应用技术的学生,在广西首届大学生电子设计竞赛中我校参赛的两组作品均获一等奖,参赛学生均是以单片机为基础平台;还有很多学生毕业后从事研发工作也是得益于对单片机技术的熟练掌握。

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