单片机原理与应用新教学大纲

《单片机原理与应用》课程教学大纲

课程中文名称：单片机原理与应用

课程英文名称:Principle and Application of Microcontroller Unit 课程编号：ZJ17406 课程类型：专业基础课

学 时：总学时 ，其中理论42，实验12 学 分：3

适用对象：电子科学与技术

先修课程：电子技术，C语言程序设计，微型计算机原理与接口技术 课程简介：

现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。单片机以其价格低，体积小，性能高的特点，将成为电脑的一个发展方向，就这一点而言，单片机有着广泛的市场前景。本课程以MCS－51系列单片机为例，介绍单片机的硬件结构、组成原理和指令系统，并结合实例，重点介绍单片机应用系统的设计方法。

一、教学目标及任务

《单片机原理及应用》是电子科学与技术专业的一门重要的、实践性很强的专业基础课。通过本课程的学习，让学生了解单片机的内部结构、各硬件部分的工作原理及使用方法和单片机应用系统的组成原理，掌握单片机的汇编语言和C语言的指令功能、编程方法及软件开发技术。通过学习和训练，要求学生较为熟练地掌握一种单片机产品的应用开发技术，从而有能力进一步对其它单片机产品的应用系统从事研制和开发工作，为工业生产、科学研究和实验设备等领域的单片机应用和开发打下良好的基础，也是进一步学习计算机原理和有关接口知识重要环节。

二、学时分配

章 一 二 三 四 五 六 七 教 学 内 容 单片机基础知识 单片机基本原理 单片机汇编程序设计 MCS-51仿真开发系统的使用 单片机C语言程序设计 MCS－51程序设计 单片机C语言与汇编语言混合编程 MCS－51单片机内部资源及编程 单片机内部资源运用实验 MCS－51单片机常用接口 教 学时 数 2 6 8 4 2 9 4 实验 3 3 3 7 2 12 7 小计 2 6 11

八 九 十 MCS－51单片机接口实验 MCS－51与D/A、A/D的接口 MCS－51 单片机的其它接口 单片机应用系统设计 合计 2 2 3 42 3 12 2 2 3 三、教学内容及教学要求

第一章 单片机基础知识（2学时）

教学重点：单片机的概念及其特点。 教学难点：微机的工作过程。

教学要求：掌握单片机的定义、特点、基本组成等基本概念以及常用系列单片机的分类、产品型号及性能特点。了解单片机技术的发展。

第一节 单片机基础知识

1. 单片机的定义及发展概况 2. 单片机的组成

3. MCS-51系列单片机

第二章 单片机基本原理（6学时）

教学重点：单片机引脚及其功能。单片机存储器的组织结构。单片机的基本时序。 教学难点：单片机存储器的组织结构。

教学要求：了解：单片机内部所包含的硬件资源及其功能特点和使用方法，注意几个概念：振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期的意义及它们之间的关系。掌握：单片机芯片的内部组成及存储器结构，特别是片内RAM和四个并行I/O口的使用方法。理解：单片机时钟电路时序、输入输出口以及引脚的使用。注意： “地址重叠”的问题，注意程序状态字PSW中各位的含义。

第一节 MCS-51系列单片机的结构原理

1. MCS-51系列单片机的基本组成 2. MCS-51系列单片机的内部结构

3. MCS-51系列单片机的处理器（CPU） 4. MCS-51系列单片机的存储器结构 5. MCS-51系列单片机的输入／输出接口 第二节 单片机基本原理

1. 外部引脚 2. 片外总线结构

第三节 MCS-51系列单片机的工作方式

1. 复位方式 2. 程序执行方式 3. 单步执行方式 4. 掉电和节电方式 5. 编程和校验方式

第四节 MCS-51系列单片机的时序

1. 机器周期和指令周期 2. 单机器周期指令的时序 3. 双机器周期指令的时序

第三章 单片机汇编语言程序设计（11学时）

教学重点：单片机指令系统。

教学难点： 汇编语言程序设计。

教学要求：了解机器语言、汇编语言、高级语言，各自的特点；掌握MCS－51单片指令格式、指令的寻址方式。掌握常用指令的功能和使用方法。理解和掌握汇编语言程序设计方法，如子程序设计，查表、关键字查找、数据极值查找、数据排序、分支转移、循环以及码制转换子程序的设计。

第一节 MCS-51系列单片机汇编指令格式及标识

1. 指令格式

2. 指令中用到的标识符

第二节 MCS-51系列单片机的寻址方式

1. 常数寻址（立即寻址）

2. 寄存器数寻址（寄存器寻址） 3. 存储器数寻址 4. 位寻址 5. 指令寻址

第三节 MCS-51系列单片机的指令系统

1. 数据传送指令 2. 算术运算指令 3. 逻辑操作指令 4. 控制转移指令 5. 位操作指令

第四节 MCS-51系列单片机汇编程序常用伪指令 第五节 MCS-51系列单片机汇编程序设计

1. 运算程序

2. 数据的拼拆和转换

3. 多分支转移（散转）程序

第四章 单片机C语言程序设计（7学时）

教学重点：C51程序设计。 教学难点：C51程序设计。

教学要求：掌握C51的数据类型、运算符及表达式；理解和掌握C51程序设计方法，如子程序设计，查表、关键字查找、数据极值查找、数据排序、分支转移、循环以及码制转换子程序的设计。

第一节 C语言与MCS.5 1单片机

1. C语言的特点及程序结构 2. C语言与MCS.5 1单片机 3. C51程序结构 第二节 C51的数据类型 第三节 C51的运算量

1. 常量 2. 变量 3. 存储模式 4. 标识符 5. 操作符

6. 绝对地址的访问

第四节 C51的运算符及表达式

1. 赋值运算符 2. 算术运算符

3. 关系运算符 4. 逻辑运算符 5. 位运算符

6. 复合赋值运算符 7. 逗号运算符 8. 条件运算符

9. 指针与地址运算符

10. 运算符的优先级与结合性 第五节 表达式语句及复合语句

1. 表达式语句 2. 复合语句

第六节 C51的输入／输出

1. 格式输出函数 2. 格式输入函数

第七节 51程序的基本结构与相关语句

1. C51的基本结构 2. if语句

3. switch／case语句 4. While语句

5. do while语句 6. for语句 7. 循环的嵌套

8. break和continue语句 9. return语句 第八节 C51函数

1. 函数的定义

2. 函数的调用与声明 3. 函数的嵌套与递归 第九节 C51构造数据类型

1. 数组 2. 指针 3. 结构 4. 联合 5. 枚举

本章习题要点：

第五章 单片机C语言与汇编语言混合编程（2学时）

教学重点：C语言与汇编语言混合编程的方法。 教学难点：C语言与汇编语言混合编程的方法。

教学要求：了解单片混合编程的优点，掌握单片机C语言与汇编语言混合编程的方法 第一节 混合编程概述

1. 单片机汇编语言的特点 2. 单片机C语言的特点 3. 单片机混合编程的优点 4. 单片机混合编程的基本方式

第二节 混合汇编的参数传递与实现

1. 混合汇编的参数传递 2. 混合汇编的实现 本章习题要点：

第六章 MCS－51单片机的内部资源及编程（12学时）

教学重点：定时/计数器的结构和工作原理；串行接口的工作方式；中断系统的结构；中断控制字。

教学难点：定时/计数器的工作方式；串行接口的结构原理及其工作方式；中断控制字。

教学要求：掌握单片机并行输入/输出、定时/计数器接口、串行接口和中断系统的概念。了解定时/计数器在生产中的应用。掌握串行接口的结构原理及其工作方式、应用方法；了解多机通信的基本原理。掌握单片机中断源的种类，产生中断的方式；理解中断系统的结构及中断控制；了解外部中断源的扩展方法。

第一节 并行输入／输出接口 第二节 定时／计数器接口

1．定时／计数器的主要特性

2．定时／计数器T0、T1的结构及工作原理

3．定时／计数器的方式和控制寄存器

4．定时／计数器的工作方式

5．定时／计数器的初始化编程及应用 第三节 串行接口

1．通信的基本概念

2．MCS－51单片机串行口的功能与结构

3．串行口的工作方式

4．串行口的编程及应用 第四节 中断系统

1．中断的基本概念

2. MCS－51单片机的中断系统 3. MCS－51中断系统的应用 本章习题要点：

第七章 MCS－51单片机常用接口（7学时）

教学重点：单片机I/O扩展及I/O接口。 教学难点：存储器的扩展；8155的扩展。

教学要求：了解单片的最小系统；理解系统扩展的含义；掌握单片机扩展技术及应用系统设计方法；掌握程序存储器扩展的方法；掌握数据存储器的扩展方法；掌握I/O的扩展方法；掌握单片机与键盘、LED、行程开关、晶闸管、继电器和蜂鸣器的接口原理、技术与方法；了解8155可编程外围并行接口芯片。

第一节 MCS－51单片机的最小系统

1、8051／8751的最小系统 2、8031的最小系统 第二节 存储器扩展

1、存储器扩展概述 2、程序存储器扩展 3、数据存储器扩展

第三节 输入／输出口扩展

1、简单I／O接口扩展

2、可编程I／O接口扩展(8255A) 第四节 MCS－51单片机与键盘的接口

1、键盘的工作原理

2、式键盘与单片机的接口 3、矩阵式键盘与单片机的接口

第五节 MCS－51单片机与LED显示器接口

1、LED显示器的结构与原理

2、LED数码管显示器的译码方式 3、LED数码管的显示方式 4、LED显示器与单片机的接口

第六节 MCS－51单片机与行程开关、晶闸管、继电器的接口

1、行程开关、继电器与MCS单片机接口 2、晶闸管与MCS－51单片机接口 3、继电器与MCS.5 l单片机接口 4、蜂鸣器与单片机接口

第八章 MCS－51单片机与D／A、A／D转换器的接口（2学时）

教学重点：A/D转换器、D/A转换器原理及接口技术。 教学难点：A/D转换器、D/A转换器接口技术。 教学要求：理解A/D转换器、D/A转换器的原理；掌握A/D和D/A转换接口电路及其使用方法；学会单片机与DAC0832和ADC0809的接口电路与程序设计。

第一节 MCS－51单片机与ADC的接口

1、A／D转换器概述

2、ADC0809与MCS－51的接口 第二节 MCS－51单片机与DAC的接口

1、D／A转换器概述

2、MCS－51单片机与8位DAC0832的接口

第九章 MCS－51单片机的其他接口（2学时）

教学重点：单片机与LCD、时钟日历芯片、I2C串行口芯片、数字传感器芯片的连接方法。 教学难点：I2C总线。

教学要求：掌握MCS－51单片机与LCD、I2C总线和时钟日历芯片的接口原理和应用编程。了解串行A/D、D/A芯片与单片机的连接方法。了解单片机与数字传感器芯片的连接方法。

第一节 LCD与MCS－51单片机的接口

1、字符型点阵式液晶显示器

2、LCD显示器与单片机的接口与应用 第二节 MCS－51单片机与I2C总线芯片接口

1、I2C总线简介

2、I2C总线EEPROM芯片与单片机的接口 第三节 MCS－51单片机与时钟日历芯片的接口

1、并行日历时钟芯片DSl2887与单片机的接口 2、串行日历时钟芯片与单片机的接口

第四节 MCS－51单片机与数字温度传感器的接口

1、DS18B20简介

2、DS18820的主要特性 3、DS18820的外部结构 4、DS18820的内部结构 5、DS18820的温度转换过程 6、DS18820与单片机的接口 7、DS18820使用中的注意事项

第五节 9.5 MCS.5 1单片机与串行A／D、D／A的接口

1、MCS－5 1单片机与串行A／D芯片MAX1241的接口 2、MCS－5 1单片机与串行D／A芯片MAX517的接口

第十章 单片机的应用设计与调试（3学时）

教学重点：单片应用系统设计的基本方法。 教学难点：单片机应用系统设计。

教学要求：掌握单片应用系统设计的基本方法，抗干扰设计的基本方法。了解应用系统的开发和调试，尤其是使用仿真开发系统对应用系统的开发调试方法和过程，重点掌握一种常用仿真软件。，并

第一节 单片机应用系统的设计步骤 第二节 单片机应用系统设计

1、硬件设计应考虑的问题 2、典型的单片机应用系统

3、系统设计中的地址空间分配与总线驱动 4、应用设计举例

5、软件设计考虑的问题 6、软件的总体框架设计

第三节 单片机应用系统的仿真开发与调试

1、仿真开发系统简介 2、用户样机的仿真调试

第四节 单片机应用系统的抗干扰与可靠性设计

1、片内看门狗定时器的使用 2、指令冗余和软件陷阱 3、软件滤波

4、开关量输入／输出软件抗干扰设计 5、过程通道干扰的抑制措施一一隔离 6、印制电路板抗干扰布线的基本原则 7、掉电保护设计和硬件“看门狗” 第五节 单片机应用系统的I/O功率驱动

1、外围集成数字驱动电路的接口 2、光电耦合器的接口

3、集成功率电子开关输出接口 本章习题要点：

四、考核方式及要求

本课程考核由三部分组成：

1、平时考核部分（20%） 主要考核学生上课情况，作业完成情况等。

2、实验部分（20%） 主要考核该课程的实验部分，成绩分为优、良、中、及格和不及格，折合20分计入总成绩。

3、期末理论考试（60%） 闭卷考试，时间为120分钟。

五、教材及教学主要参考书

徐爱均主编.单片机原理实用教程:基于Proteus虚拟仿真.第二版.电子工业出版社.2011年. 谢维成，杨加国等主编. 单片机原理与应用及C51程序设计.第二版. 清华大学出版社.2009年 林立,张俊亮等主编. 单片机原理及应用:基于Proteus和Keil C.第一版. 电子工业出版社.2011年.

张毅刚,彭喜元，彭宇主编. 单片机原理及应用.第二版.高等教育出版社.2010年. 张毅刚主编. 单片机原理及接口技术（C51编程）.第一版.人民邮电出版社.2011年.

六、说明

单片机原理及应用是一门实践性很强的课程，实验教学大纲另制，特此说明。

大纲制定人：

张永锋

大纲审定人： 章毛连，秦炎福 制定时间：

2011年8月