Principle and Interface Technology of Single-chip Microcomputer

一、课程的性质和目的

《单片机原理与接口技术》是机械电子工程专业的一门专业必修课程。

通过本课程的学习，达到以下目的：

（1）通过学习，要求学生掌握单片机原理结构、MCS-51汇编语言指令系统、汇编语言程序设计；

（2）掌握中断系统和计数/定时控制器等方面的知识，会编写相应的程序；

（3）学会I/O设备接口技术，初步掌握单片机系统的设计开发方法。

二、教学内容与学时分配

第一章微机基础知识（2学时）

教学内容：

微处理器、微机和单片机的概念，常用数制和码制，数据在计算机中的表示，微机的基本组成电路，微机的基本工作原理。

教学要求：

1、了解单片微型计算机发展概述

2、理解数制和码制的基本概念，布尔代数的运算方法，二进制数的运算；

3、掌握寄存器的工作原理、总线的概念。

重点：微机的基本组成电路和工作原理，数据在计算机中的表示。

难点：有符号数的运算

第二章  MCS-51系列单片机硬件结构和原理（4学时）

教学内容：MCS－51单片机的内部组成及信号引脚，8051的存储器结构，并行输入、输出端口电路结构，时钟电路、时序及指令序列以及MCS-51单片机的工作方式。

教学要求：

1、理解MCS-51单片机的内部组成、引脚信号和功能；

2、理解MCS-51单片机复位工作方式；

3、理解MCS-51单片机的工作时序；

4、掌握MCS-51系列单片机的基本结构，输入/输出端口。

重点：MCS-51系列单片机的基本结构，存储器的结构，输入/输出端口。

难点：MCS－51单片机的内部组成及信号引脚的含义，8051的内部存储器的结构，输入/输出端口。

第三章MCS-51单片机的指令系统（6学时）

教学内容：

MCS-51指令格式、寻址方式以及指令的执行过程，MCS-51的指令系统――数据传送类指令、算术运算类指令、逻辑运算及移位类指令、控制转移类指令和布尔变量操作类指令。

教学要求：

1、理解MCS-51单片机指令一般格式及寻址方式；

2、掌握全部五大类的指令并能熟练应用。

重点：MCS-51指令一般格式及寻址方式，指令系统、各种指令的用法。

难点：MCS-51的寻址方式、指令系统、各种指令的用法。

第四章汇编语言程序设计（6学时）

教学内容：MCS－51汇编语言的语句格式，汇编语言程序的编程过程，伪指令；汇编语言的三种程序结构――顺序结构、选择结构和循环结构的程序设计方法，单片机汇编语言源程序的编辑和汇编。

教学要求

     1、理解含子程序的程序设计的基本方法；

2、掌握汇编语言的基本格式和人工汇编；

     3、掌握简单程序和分支程序、循环程序的设计方法。

重点：汇编语言程序的三种结构，汇编语言源程序的编写。

难点：循环程序的设计和子程序的设计的技巧。

第五章中断系统和计数/定时控制器（8学时）

教学内容：MCS-51单片机的中断系统的结构及初始化编程；MCS-51单片机内部定时器/记数器的结构及初始化编程

教学要求：

1、掌握中断系统的基本结构和基本概念及初始化编程；

2、掌握MCS-51单片机内部定时器/记数器的结构及初始化编程应用；

重点：中断系统的结构及初始化编程定时器/记数器的结构及应用。

难点：中断系统的结构及初始化编程定时器/记数器的结构及应用。

第六章  MCS-51单片机的串行通信（4学时）

教学内容：

MCS-51单片机的串行接口及应用，MCS-51单片机的串行接口的扩展。

教学要求：

1、理解 MCS-51单片机的串行接口的结构及应用

2、掌握MCS-51单片机串行接口的扩展、8251芯片的应用

重点：串行数据通信的基本原理和串行通信的四种工作方式的应用。

难点：串行数据通信的基本原理和串行通信的四种工作方式的应用。

第七章输入和输出接口（6学时）

教学内容：

外设接口功能；外设接口一般结构；I/O端口的编址方式；I/O端口地址的形成；输入/输出数据传送方式；并行接口芯片8255A和8155的基本结构及其应用。

教学要求

1、了解MCS-51单片机对LED/键盘的接口；

2、理解程序控制传送方式、中断传送方式、DMA传送方式；

3、掌握CPU寻址外设的方式、I/O端口编址方式、CPU与外设间的接口信息、CPU与外设间数据传送的形式；

4、掌握8251A和8255A的基本结构及其应用。

重点：输入/输出数据传送方式； 8155和8255A的基本结构及其应用。

难点：8155和8255A的基本结构及其应用。

第八章　常用外围设备接口电路（4学时，学生自学）

教学内容：键盘接口技术；LED显示器及其接口技术；A/D转换电路接口技术；D/A转换接口电路。

教学要求：

1、掌握键盘接口技术；

  2、掌握LED显示器及其接口技术；

3、掌握A/D转换电路接口技术；

4、掌握D/A转换接口电路。

重点：键盘接口技术；LED显示器及其接口技术；A/D转换电路接口技术；D/A转换接口电路。

难点：A/D转换电路接口技术；D/A转换接口电路。

三、课程教学环节的基本要求

课堂讲授：

本门课程课堂讲授36学时，学生自学4学时。课堂讲授坚持“教师讲授与学生练习相结合，理论与实践相结合，加强与学生的互动”这一原则，教师主要起启发和引导的作用，激发学生求知和探索的欲望，调动学生的学习的积极性、主动性和自觉性；采用现代化、多媒体教学手段，课堂教学与和实验教学相结合，理论联系实际，以增加课堂教学信息量和感性认识，培养学生的动手能力。

实践教学部分（16学时）

序号	实验项目名称	项目学时	每组人数	内容提要	实验项 目类型	实验项目要求
1	单片机 I/O 口应用实验_ P3.3 口输入 P1 口输出	2	2	1、P3.3口做输入口，外接一脉冲，每输入一个脉冲，P1口按十六进制加一输出。 2、P1口做输出口，编写程序，使 P1口接的8个发光二极管L0—L7按16进制加一的方式点亮发光二极管。	设计型	必修
2	单片机 I/O 口应用实验_工业顺序控制	2	2	P1.0～P1.6控制注塑机的七道工序，现模拟控制七只发光二极管的点亮，高电平有效，设定每道工序时间转换为延时，P3.4为开工启动开关，低电平启动。P3.3为外故障输入模拟开关，P3.3为0时不断告警，P1.7 为报警声音输出。	设计型	必修
3	并行 I/O 接口 8255 应用	2	2	用8255的PA口做输入口，PB口做输出口，控制PA 口状态从PB口输出显示。	综合型	必修
4	简单 I/O 口扩展实验	2	2	74LS244入端PI0～PI7接 JK（K1～K8），74LS273的输出端PO0～PO7接JK（L0～L7），244CS接Y2，273CS接Y3，编程实现拨动K1～K8时点亮L0～L7。	综合型	必修
5	A/D 转换实验	2	2	利用实验仪上的0809做 A/ D 转换实验，实验仪上的电位器提供模拟量输入。编制程序，将模拟量转换成数字量，通过显示接口芯片  8279 控制在七段数码管上显示。	综合型	必修
6	D/A 转换实验	2	2	利用0832输出一个从-5V 开始逐渐升到0V再逐渐升至5V；然后从5V 逐渐降至0V，再降至-5V的锯齿波电压。	综合型	必修
7	键盘显示控制器 8279 应用实验	2	2	利用系统中8279A接口芯片及其相关电路完成键盘扫描和显示，实验以查询方式获取键盘状态信息，读取键值。键值转换成显示代码供显示。	综合型	必修
8	步进电机控制实验	2	2	通过程序改变正、反转命令，转速参数和转动步数，并在显示器上显示，转动步数减为零时停止转动。	综合型	必修

作业方面：

每次课后要求布置作业和思考题，并适当地增加一些难度较大及实用性较强的问题，以培养学生的程序设计能力与创新能力，增强学生的学习兴趣；结合学生的作业可采用一些课堂讨论，以调动学生的学习兴趣和积极性，使课堂活起来，提供“相互学习”的机会，培养学生探索与追求知识的能力。

考试环节：

课程成绩采用百分制，由三部分组成：平时成绩（教学活动过程）占20%，实验成绩（技能成绩）占25%；期末考试成绩占55%。期末考试采取笔试、闭卷形式。

教学活动过程考核包括：考勤50%，作业50%。

四、本课程与其它课程的联系与分工

本课程的先修课为：《电路原理》、《电子技术基础》、《C语言》等课程，该课程是《机电系统设计》、《工业机器人技术与应用》等课程的先修课程。

五、教材及主要参考书

建议使用教材：

[1]吴晓苏，张中明.单片机原理与接口技术（第2版），人民邮电出版社，2015年。

[2]桑胜举，单片机原理与接口技术，电子工业出版社，2018年。

教学参考书：

[1] 李广第. 单片机基础（第二版），北京航空航天大学出版社，1994年。

[2]李朝青. 单片机原理及接口技术（第一版），北京航空航天大学出版社，1994年。

[3]何立民. 单片机初级教程—原理与应用，北京航空航天大学出版社，2000年。

[4]何立民. 单片机中级教程—原理与应用，北京航空航天大学出版社，2000年。

[5]薛均义. MCS51/96系列单片微型计算机及其应用,西安交通大学出版社，2001年。

[6]丁元杰..单片微机原理及应用（第二版），机械工业出版社，2005.1。