Principle and application of MCU

一、课程的性质和目的

本门课程属于机械设计制造及自动化专业的一门专业方向课。

通过本课程的学习，使学生达到以下目的：

1、掌握单片机的一般组成原理与内部运行机理，了解单片机在测量、控制等电子技术领域的应用情况；

2、初步掌握以单片机为核心的计算机控制系统的设计方法；

3、熟悉单片机的系统结构、系统扩展方法、单片机常用接口等单片机的基础知识和单片机基本应用技术；

4、熟练掌握单片机的指令系统和程序设计方法。

二、教学内容与学时安排

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：

了解单片微型计算机发展概述；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；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：

理解MCS-51单片机的内部组成、引脚信号和功能；理解MCS-51单片机复位工作方式；理解MCS-51单片机的工作时序；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：

理解MCS-51单片机指令一般格式及寻址方式；掌握全部五大类的指令并能熟练应用（自修1学时）。

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（4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：

理解含子程序的程序设计的基本方法；掌握汇编语言的基本格式和人工汇；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以及编写汇编语言源程序。

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：

掌握中断系统的基本结构和基本概念及初始化编程；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（自修1学时）。

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（6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 ：

理解 MCS-51单片机的串行接口的结构及应用；掌握 MCS-51单片机串行接口的扩展、8251芯片的应用（自修1学时）

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（4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

了解MCS-51单片机对LED/键盘的接口 ；理解程序控制传送方式、中断传送方式、DMA传送方式；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；（自修1学时）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。

三、实验内容与要求（6学时）

要求：通过实验，可以培养和锻炼学生运用单片机技术对硬件、软件进行开发设计的能力，提高动手操作和技术创新的能力，为后续课程打下基础，为将来从事自动化工作以及应用电子产品的设计、检测和维修奠定坚实的基础。

要求教师认真做好实验前的准备工作，要求学生独立或协作操作完成实验及实训项目，并按要求完成实验报告。

实验项目：

实验一：单片机I/O口应用实验（P3.3口输入，P1口输出）（2学时）

实验二：工业顺序控制（2学时）

实验三：步进电机控制实验（2学时）

实验四：单片机双机通讯实验（2学时）

从以上4个实验任选3个实验。

四、课程教学环节的基本要求

教学环节：

1、课堂讲授采用多媒体形式。整个教学过程由课堂讲授、实验、辅导、作业四个环节组成。

2、本课程的实践性强，涉及面广、灵活性大，要求教师教学中应注意掌握基本概念在实际中的应用。

3、教学中应结合学生作业中存在的问题进行释疑、分析和解答，加强学生分析和解决问题的能力的培养。

考试环节：

1、本课程是考试课，考试的形式采用闭卷。                          

2、该课程总评成绩由平时成绩、实验成绩和期末考试成绩三部分组成，平时成绩占20%，实验成绩占20%，末考成绩占60%。

3、平时成绩包括作业、考勤、大作业等。

五、本课程与其它课程的联系与分工

本课程的先修课为：《数字电子技术》、《计算机基础》、《C语言》等课程，该课程是《机电一体化系统设计》、《工业机器人技术与应用》等课程的先修课程。

六、教材及主要参考书

[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]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。