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课程信息

《微机原理与接口技术》课程教学大纲

 

《微机原理与接口技术》课程教学大纲

 

课程名称:微机原理与接口技术

课程代码:TELE2105

英文名称:Microcomputer Principles and Interface Technology

课程性质:专业必修课程

学分/学时:4学分/72学时(讲授63,实验9

开课学期:秋

 

适用专业:通信工程、信息工程、电子信息工程、电子科学与技术等专业

先修课程:数字电路,模拟电路,C语言

后续课程:嵌入式系统设计

开课单位:4166.com

课程负责人:陈蕾

大纲执笔人:陈蕾

大纲审核人:徐大诚

一、              课程性质和教学目标

课程性质:本课程是通信工程、信息工程、电子信息工程等电子信息类专业的一门重要专业基础课,是通信工程专业的必修主干课。

教学目标:本课程主要以51单片机为核心,先容微型计算机的基本原理,汇编语言程序设计方法,接口电路的App硬件设计技术。通过理论教学,使学生能建立微型计算机系统的总体概念,掌握微型计算机的基本组成、各个功能模块的结构与作用以及程序设计方法。要求学生通过实验熟悉单片机系统的开发环境uVision Keil和仿真AppProteus的使用方法,以及单片机应用系统的设计与开发技术,掌握51单片机的结构及各种接口的工作方式,掌握单片机的并行口、中断系统、定时器、串行口的程序控制方法,具备一定的接口电路设计能力,培养学生分析问题和解决问题的能力,为后续课程打下理论和技术基础。本课程的具体教学目标如下:

1、  掌握微型计算机结构、工作原理、汇编语言指令系统、程序设计方法等基础常识。【1.2

2、  能利用微型计算机系统的App、硬件常识,根据给定的设计指标,设计本专业领域的单元或过程。【3.1

3、  熟悉51单片机的App开发环境uVision4,掌握应用程序的开发方法,能够根据实验任务要求设计算法流程。【4.3

4、  掌握利用单片机仿真AppProteus进行电路设计的方法,具备对复杂工程问题中的单元或环节进行仿真运行的能力。【5.2

 

二、              课程目标与毕业要求的对应关系

毕业要求

指标点

课程目标

1、工程常识

1-2掌握计算机软硬件基础常识,具备对工程问题进行软硬件分析与设计的基本能力。

教学目标1

2、设计/开发解决方案

3-1 能利用专业常识,根据给定的设计指标,设计通信领域的单元或过程。

教学目标2

3、研究

4-3能根据实验方案构建实验系统,进行实验。

教学目标3

4、使用现代工具

5-2能针对复杂工程问题,选择并合理使用软硬件设计与仿真平台。

教学目标4

 

三、              课程教学内容及学时分配(重点内容:?;难点内容:D)

1、   计算机基础常识(4学时)(支撑课程目标1

1.1       数制与编码?

1.2       逻辑电路概况

1.3       微机系统概述?

1.4       微机与单片机的区别与联系?

1.5       单片机的发展与应用

1.6       主流的单片机产品

目标及要求:

1)          掌握计算机中数据的表达方式。各种不同数制、编码之间的转换方法。

2)          复习逻辑电路、逻辑运算的相关常识。

3)          掌握微机系统组成,微机与单片机的主要区别与联系;了解单片机的发展趋势、应用领域,以及主流的单片机产品的特点。

作业内容:

强化对数制与编码的表示及转换方法;微机中的主要逻辑功能部件的工作原理;微机的主要性能指标;单片微型计算机的结构特点;总线的作用。

讨论内容:

BCD码、ASCII码与十进制数之间的关系;锁存器与三态缓冲器的区别;51单片机与通用微机在存储器结构上的区别。

自学拓展:

查阅资料,了解单片机的应用,以及主流产品特点。

 

2、   基于8086/8088的微型计算机组成(4学时)(支撑课程目标1

2.1       8086/8088微处理器

2.1       内存储器?D

2.1       I/O接口概况?

目标及要求:

1)   了解8086/8088CPU的结构特点;

2)   掌握半导体存储器的分类和特点;

3)   掌握存储器芯片引脚信号功能;

4)   掌握CPU与存储器的硬件接口技术,以及CPU对存储器的读写过程;

5)   了解接口的结构及其在微机系统中的作用。

作业内容:

强化不同存储器的工作特点;存储器容量与地址信号之间的关系;片选信号的产生方式;存储器芯片地址范围的确定;I/O接口的作用。

讨论内容:

读和写操作的区别,存储单元的地址与内容,讨论不同的地址译码方式,存储空间与地址范围的确定。

自学拓展:

通过查阅相关资料,了解不同存储器的工作特点及其在微机中的作用。

 

3、   MCS-51单片机的硬件结构(8学时)(支撑课程目标1

3.1       MCS-51单片机的结构?

3.2       MCS-51的微处理器?

3.3       MCS-51的存储器?D

3.4       单片机的并行口结构?D

3.5       I/O端口的直接输入/输出?

3.6       单片机的片外总线结构D

3.7       简单I/O端口的扩展D

3.8       MCS-51单片机最小系统?

3.9       CMOS型单片机的低功耗方式

目标及要求:

1)   掌握MCS-51单片机的功能结构和引脚信号功能;

2)   掌握常用特殊功能寄存器的作用

3)   掌握数据存储器和程序存储器的地址空间分配;

4)   掌握4个并行口在使用时的区别。

5)   掌握外部存储器和简单I/O端口的扩展技术

6)   掌握单片机最小系统结构、单片机的操作时序

7)   了解低功耗工作方式

作业内容:

强化PCSP的作用,CPU实行指令的过程;强化片内数据存储器的地址分配,程序存储器的特殊入口地址分配;晶振周期与机器周期的关系;I/O端口的功能。

讨论内容:

P0口与其它3个端口在使用上的不同;不同工作寄存器区的地址划分;I/O端口直接输入/输出与单片机外扩I/O端口的数据输入/输出的区别。

自学拓展:

查阅资料,了解MCS-51兼容产品的主要厂商、产品系列和特点,以及在实际工程问题中的应用。

 

4、   MCS-51单片机的指令系统(9学时)(支撑课程目标1

4.1       概述

4.2       寻址方式?D

4.3       指令系统?D

目标及要求:

1)   通过概述,了解汇编语言指令格式,汇编语言指令与机器指令的关系;

2)   掌握不同寻址方式的特点与寻址空间;

3)   掌握51单片机指令的功能和使用方法。

作业内容:

强化指令的分类、空间属性和时间属性的理解;强化寻址方式的汇编表示及其使用特点;强化对所有指令功能的理解。

讨论内容:

寄存器寻址与寄存器间接寻址的区别。MOVMOVCMOVX的区别。如何区分位地址与字节地址;字节条件转移与位条件转移指令的区别。

自学拓展:

查阅资料,了解精简指令系统与复杂指令系统的区别。

 

5、   MCS-51汇编语言程序设计(6学时)(支撑课程目标12

5.1概述

5.2伪指令?

5.3汇编语言程序设计方法?

5.4顺序结构程序设计?

5.5分支结构程序设计?D

5.6循环结构程序设计?D

5.7子程序设计D

5.8 MCS-51实用程序设计举例

目标及要求:

1)   通过概述,了解汇编语言程序的开发过程

2)   掌握伪指令功能;

3)   掌握51汇编语言程序的一般结构;

4)   掌握不同程序的设计方法。

作业内容:

强化伪指令的作用分析;强化数制编码转换程序的设计;强化分支、循环程序设计中,条件转移指令的使用。根据要求设计汇编语言程序。

讨论内容:

程序设计时,工作寄存器、存储单元的分配问题

自学拓展:

查阅资料,了解汇编语言程序设计与C语言的区别与联系。

 

6、   中断系统(4学时)(支撑课程目标12

6.1       概述?

6.2       MCS-51单片机的中断系统?

6.3       中断处理过程?D

6.4       中断服务程序的设计与应用举例?D

6.5       外部中断扩展技术

目标及要求:

1)   了解中断的定义与作用;

2)   掌握中断系统组成;

3)   掌握IEIP的功能和使用方法;

4)   了解中断响应的条件与过程;

5)   掌握外部中断的初始化方法,以及中断服务程序的设计方法。

作业内容:

强化中断触发方式、允许/禁止、优先级的设置方法;强化中断入口地址的设置;中断服务程序的设计方法。完整的外部硬件中断应用程序设计与仿真实现

讨论内容:

中断处理子程序与普通子程序的不同调用方法。优先级嵌套问题。中断源的撤销问题。

自学拓展:

查阅资料,了解外部中断的更多应用。

 

7、   定时器/计数器(5学时)(支撑课程目标12

7.1概述?

7.2定时器/计数器结构?

7.3定时器/计数器的工作方式?

7.4定时器/计数器的初始化?D

7.5定时器/计数器的应用举例?

目标及要求:

1)   了解定时器/计数器的基本工作原理;

2)   掌握定时器/计数器的基本结构;

3)   掌握定时器/计数器在不同工作方式下的特点;

4)   掌握定时器/计数器的程序设计方法。

作业内容:

强化最大计数值与最长定时时间;强化定时时间与计数初值的关系;强化定时器中断入口地址的设置。编写完整的定时器应用程序并仿真实现。

讨论内容:

实际定时时间大于定时器最长定时时间的问题。中断方式与查询方式编程的区别。

自学拓展:

查阅资料,了解定时器/计数器的更多应用。

 

8、   串行通信接口及扩展技术(6学时)(支撑课程目标12

8.1       基本概述?

8.2       MCS-51串行通信口结构?

8.3       MCS-51串行通信口的工作方式?

8.4       串行通信中波特率的设置?D

8.5       串口应用举例?D

8.6       单总线接口及其应用举例

8.7       IIC总线接口及其应用举例

8.8       SPI总线接口及其应用举例

目标及要求:

1)   了解串行通信的相关基本概念;

2)   掌握MCS-51串行通信口的结构、工作方式;

3)   掌握串行口的初始化,以及数据传送的程序设计方法。

4)   了解IIC, SPI1-Wire等串行总线的技术特点

作业内容:

强化波特率的概念,以及串口波特率的初始化编程方法。强化SCON寄存器各位的含义。强化串口中断入口地址的设置。

讨论内容:

串口的两个中断标志位RITI的区别。

自学拓展:

查阅资料,了解IIC, SPI1-Wire等串行总线单片机系统中的应用。

 

9、   键盘接口技术(3学时)(支撑课程目标2

9.1概述

9.2独立式键盘接口设计与应用举例?

9.3矩阵式键盘接口设计与应用举例?D

目标及要求:

1)   了解键盘的工作原理;

2)   掌握独立式键盘接口的设计方法;

3)   掌握矩阵式键盘接口的设计方法;

作业内容:

强化按键识别原理,按键次数识别。

讨论内容:

按键抖动对识别的影响,按键消抖动的方法。

自学拓展:

查阅资料,了解复合键的应用。

 

10 显示接口技术(6学时)(支撑课程目标2

10.1 LED数码显示器?

10.2液晶显示器?D

目标及要求:

1)   了解LED数码管显示原理;

2)   掌握静态显示的硬件接口技术以及程序设计方法;

3)   掌握动态显示的硬件接口技术以及程序设计方法;

4)   了解LCD显示原理;

5)   掌握LCD显示器的硬件接口技术及编程方法。

作业内容:

强化动态显示刷新时间的设置方法。

讨论内容:

App延时刷新与定时器定时刷新的特点。

自学拓展:

查阅资料,了解更多的显示器接口技术。

 

11、模拟接口技术(6学时)(支撑课程目标2

11.1 A/D转换器与MCS-51单片机接口技术?D

11.2 D/A转换器与MCS-51单片机接口技术?D

目标及要求:

1)      了解A/DD/A转换器的基本原理与分类

2)      了解A/DD/A转换器的主要技术指标

3)      掌握ADC0809的结构特点

4)      掌握ADC0809MCS-51单片机的接口设计方法

5)      掌握DAC0832的结构特点

6)      掌握DAC0832MCS-51单片机的接口设计方法

作业内容:

强化A/DD/A转换器的编程。

讨论内容:

中断、查询、延时方式读A/D转换结果的程序设计。

自学拓展:

查阅资料,了解更多的A/DD/A转换器的应用。

 

12、单片机应用系统开发与设计实例(2学时)(支撑课程目标2

12.1单片机应用系统设计?

12.2单片机应用App的开发?

12.3单片机应用系统的开发?

12.4  基于单片机的数字音乐播放器的设计实例

目标及要求:

1)   了解单片机应用系统的设计过程;

2)   掌握单片机应用系统的开发方法。

作业内容:

强化基于51单片机的检测系统设计。

自学拓展:

查阅资料,了解更多的单片机应用系统设计。

 

13、实验项目及学时分配(9学时)

序号

项目名称

实验类型

学时分配

每组人数

必修/选修

1

数制转换程序设计

基础性

3

1

必修

2

I/O端口实验

基础性

3

1

必修

3

定时器实验

综合性

3

1

必修

实验内容及教学要求:

 

实验项目1:数制转换程序设计(支撑课程目标3

1.实验内容

1uVision KeilApp创建工程文件。

2)利用汇编语言编写二进制数、BCD码、ASCII码之间转换的程序。

2.实验目标

1)掌握App开发环境。

2)掌握数制与编码之间的转换原理,以及汇编语言程序设计方法

 

实验项目2I/O端口实验(支撑课程目标3

1.实验内容

1)在PROTEUS环境中,设计单片机与LED、开关的接口电路;

2)编写控制程序,实现LED以不同的方式点亮;

3)编写控制程序检测按键闭合;                               

4)调试、运行程序,直到结果正确。

2.实验目标

1)掌握Proteus设计电路,以及硬件仿真方法;

2)掌握并行I/O口的工作原理与程序控制方法。

 

实验项目3:定时器实验(支撑课程目标24

1.实验内容

1)在PROTEUS环境中,设计单片机外接数码管、按键的接口电路;

2)编写控制程序:实现秒计时,并利用外部按键中断可以使计时暂停、继续、清零等;

3)调试、运行程序,直到结果正确。

2.实验目标

1)掌握外部中断、定时器中断的工作原理;

2)掌握数码显示的原理;

2)掌握定时器的程序设计方法。

 

主要仪器设备及现有台套数:计算机60台。

 

四、              教学方法

1、  在课堂教学中,阐述微型计算机的基本组成和工作原理,常用算法的汇编语言实现,外围接口的软硬件设计方法。实验课教学中老师提出项目要求,要求学生自主完成设计,培养学生自学能力,以及对实际问题的分析和应用能力;

2、  采用传统教学方式与多媒体课件相结合进行教学;充分利用学校的课程录播视频和课程中心网站资源辅助教学。

 

五、              考核及成绩评定方式

考核方式:期中、期末2次考试,平时成绩(作业及出勤情况),以及实验考核。实验考核方式采用上机操作并完成实验报告,实验操作与实验报告各占实验成绩的50%,最后折算成10分计入总成绩。

成绩评定方式:平时10%,期中20%,期末60%,实验10%

 

六、              教材及参考书目

教材:陈蕾、邓晶、仲兴荣.《单片机原理与接口技术》,机械工业出版社,2012

参考书:

[1] 李全利. 单片机原理及接口技术(2)[M].高等教育出版社,2009

[2] 邹丽新 等. 单片微型计算机原理(第2版)[M]. 4166出版社,2009

[3] 候玉宝 等. 基于Proteus51系列单片机设计与仿真[M]. 电子工业出版社,2009

[4] 何宏.基于Proteus单片机系统设计及应用[M]. 清华大学出版社,2012

 

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