单片机原理及接口技术教案.docx

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单片机原理及接口技术教案

华北理工大学

教案

课程名称

单片机原理及接口技术

开课学院

信息工程学院

授课班级

x电信卓越班

主讲教师

职称

教案（首页）

课程

名称

单片机原理及接口技术

总计：

104学时

课程

类别

专业课

学分

6.5

讲课：

64学时

实验：

40学时

上机：

0学时

任课

教师

职称

授课

对象

专业班级：

12电信卓越班共1个班

基要本参教考材资和料主

[1]张明峰.PIC单片机入门与实战[M].北京：

北京航空航天大学出版社，2004年

[2]刘启中，李荣正.PIC单片机原理及应用（第3版）[M].北京：

北京航空航天大学出版社，2006年

[3]李荣正，王诚杰，戴国银.PIC单片机原理及应用（第4版）[M].北京：

北京航空航天大学出版社，2010年

教和学要目求的

“单片机原理及接口技术”是电子信息工程本科专业的必修课。

通过课程的学习，使学生较系统地掌握单片机的基本原理、接口和应用技术，使学生初步获得单片机系统的综合应用能力。

课程主要以PIC16F877单片机为例，系统讲授单片机的基本组成、工作原理、PICCC语言指令系统和程序设计，以及系统扩展、接口技术和应用系统的设计方法等内容。

通过本课程的学习，使学生掌握以PIC16F877单片机为例的微处理器的硬件结构、功能和指令系统，能够使用C语言编写程序。

进一步得到一般单片机控制系统的设计和应用能力的训练。

通过课程的实际例子和实验，使学生增强单片机应用系统的设计能力和调试能力，为将来从事控制检测等系统工程开发打下坚实的基础。

教及学难重点点

PIC单片机数据存储器的间接寻址和直接寻址方式；A、B、C、D、E端口的初始化设置方法；PIC内部定时/计数器的工作方式和控制方法；3个内部中断源和11个外部中断源的区别；逐次比较型A/D转换器的工作原理；PIC16F877单片机SPI和I2C通信接口的工作方式及其控制；串入/并出移位寄存器74HC595的工作原理；键盘的中断和查询工作方式；并入/串出移位寄存器74HC165的工作原理；PIC内部WDT的工作方式和控制方法。

课程名称：

《单片机原理及接口技术》第1周，第1讲次，学时2

授课题目（章、节）

第一章PIC单片机概述

§1.1单片机的发展概况

§1.2Microchip单片机产品概述

§1.3PIC中档单片机的基本特性

教学目的与要求：

本单元要求掌握：

PIC单片机哈佛（Harvard）总线结构、两级流水线、为什么驱动能力强？

教学重点与难点：

哈佛体系、哈佛总线。

教学方法及手段：

 讲解、图示、举例分析 

以交通灯系统为例，导入单片机的教学任务，简单介绍单片机能够实现的功能，让学生逐渐进入专业学习，领会该课程在今后专业学习中所发挥的作用。

实验箱与PPT演示相结合介绍单片机功能，并通过若干例子进一步阐述所讲内容。

授课内容、程序、学时分配：

1、什么叫单片机（25分钟） 

微机基础知识、数制的概念、单片机的发展等。

2、Microchip单片机产品概述（25分钟）

PIC单片机哈佛（Harvard）总线结构、两级流水线等。

 3、PIC中档单片机的基本特性（1学时） 

驱动能力、I/O端口、基本功能模块、专用功能模块等。

课堂练习、作业：

让学生自己查阅资料，了解单片机在生产、生活实际中的应用。

课程小结：

按计划完成内容，通过交通灯系统实例讲解单片机的功能和作用，使学生对单片机有初步的感性认识。

课程名称：

《单片机原理及接口技术》第1周，第2讲次，学时2

授课题目（章、节）

第二章PIC单片机的开发环境和开发工具

§2.1PIC系列单片机的开发环境MPLAB-IDE

§2.2在线调试器MPLAB-ICD2

§2.3硬件仿真器MPLAB-ICE2000

教学目的与要求：

本单元要求掌握：

PIC单片机的集成开发环境MPLAB-IDE和硬件开发工具MPLAB-ICD2、MPLAB-ICE2000的使用方法。

教学重点与难点：

MPLAB-ICD2、MPLAB-ICE2000的使用方法。

教学方法及手段：

 讲解、图示、举例分析 

以交通灯系统为例，演示集成开发环境MPLAB-IDE的操作步骤，分别使用ICD2和ICE2000将程序下载至PIC16F877A单片机中，让学生对单片机程序的开发及下载有直观的认识，提高学习的兴趣。

使用软件模拟器MPLAB-SIM进行程序的运行控制，让学生对单片机程序的开发及下载有直观的认识，提高学习的兴趣。

实验箱与PPT演示相结合介绍单片机功能，并通过若干例子进一步阐述所讲内容。

授课内容、程序、学时分配：

1、集成开发环境MPLAB-IDE（1学时） 

PIC单片机的集成开发环境MPLAB-IDE的操作过程。

2、MPLAB-ICD2和MPLAB-ICE2000（1学时） 

使用MPLAB-ICD2进行程序的下载。

使用MPLAB-ICE2000进行程序的下载。

课堂练习、作业：

让学生自己查阅资料，熟悉集成开发环境MPLAB-IDE、MPLAB-ICD2和MPLAB-ICE2000的使用方法。

课程小结：

按计划完成内容，通过交通灯系统实例讲解PIC单片机的开发环境和开发工具的功能和作用，使学生对单片机开发有直观的认识。

课程名称：

《单片机原理及接口技术》第2周，第1讲次，学时2

授课题目（章、节）

第三章PIC16F877单片机的存储器

§3.1PIC16F877单片机的程序存储器

§3.2程序存储空间的寻址问题

教学目的与要求：

本单元要求掌握：

PIC16F877单片机的程序存储器的各项参数及寻址方式。

教学重点与难点：

程序空间的直接跳转、程序空间的间接跳转。

教学方法及手段：

 讲解、图示、举例分析 

以秒表程序为例，演示程序存储器的使用及空间的跳转，让学生对程序存储器的运行原理有直观的认识，提高学习的兴趣。

实验箱与PPT演示相结合介绍单片机功能，并通过若干例子进一步阐述所讲内容。

授课内容、程序、学时分配：

1、PIC16F877单片机的程序存储器（1学时） 

程序存储器的大小、分页、中断矢量、复位矢量等。

2、程序空间的直接跳转（25分钟） 

PIC16F877单片机针对程序存储器空间的直接跳转寻址方式。

3、程序空间的和间接跳转（25分钟）

PIC16F877单片机针对程序存储器空间的间接跳转寻址方式。

课堂练习、作业：

P。

待定

课程小结：

按计划完成内容，通过秒表程序实例讲解PIC16F877单片机程序存储器，使学生对单片机开发有直观的认识。

课程名称：

《单片机原理及接口技术》第2周，第2讲次，学时2

授课题目（章、节）

第三章PIC16F877单片机的存储器

§3.3PIC16F877单片机的数据存储器

§3.4数据存储的寻址问题

教学目的与要求：

本单元要求掌握：

PIC16F877单片机的数据存储器的各项参数及寻址方式。

教学重点与难点：

数据存储器直接寻址、数据存储器间接跳转。

教学方法及手段：

 讲解、图示、举例分析 

以秒表程序为例，演示数据存储器的使用及寻址方式，让学生对数据存储器的运行原理有直观的认识，提高学习的兴趣。

实验箱与PPT演示相结合介绍单片机功能，并通过若干例子进一步阐述所讲内容。

授课内容、程序、学时分配：

1、PIC16F877单片机的数据存储器（1学时） 

数据存储器的大小、分体、通用寄存器、专用寄存器等。

2、数据存储器的直接寻址（25分钟） 

PIC16F877单片机针对数据存储器空间的直接寻址方式。

3、数据存储器的间接寻址（25分钟）

PIC16F877单片机针对数据存储器空间的间接寻址方式。

课堂练习、作业：

P。

课程小结：

按计划完成内容，通过秒表程序实例讲解PIC16F877单片机数据存储器，使学生对单片机开发有直观的认识。

课程名称：

《单片机原理及接口技术》第3周，第1讲次，学时2

授课题目（章、节）

第三章PIC16F877单片机的存储器

§3.5PIC16F877单片机的特殊功能寄存器

教学目的与要求：

本单元要求掌握：

PIC16F877单片机的特殊功能寄存器（专用寄存器）的功能和作用，并通过STATUS、FSR、INDF、OPTION_REG等几个最常用的特殊功能寄存器进行举例分析。

教学重点与难点：

特殊功能寄存器与PIC16F877单片机数的各个功能模块之间的逻辑关系。

教学方法及手段：

 讲解、图示、举例分析 

以霹雳灯程序为例，演示特殊功能寄存器与单片机的I/O口之间的逻辑关系，让学生对特殊功能寄存器的运行原理有直观的认识，提高学习的兴趣。

实验箱与PPT演示相结合介绍单片机功能，并通过若干例子进一步阐述所讲内容。

授课内容、程序、学时分配：

1、PIC16F877单片机的STATUS特殊功能寄存器（25分钟） 

STATUS状态寄存器中8个功能位的作用。

2、PIC16F877单片机的OPTION_REG特殊功能寄存器（25分钟） 

OPTION_REG选项寄存器中8个功能位的作用。

3、PIC16F877单片机的FSR和INDF特殊功能寄存器（1学时）

FSR和INDF寄存器配合完成数据存储器的间接寻址操作。

课堂练习、作业：

P。

课程小结：

按计划完成内容，通过霹雳灯程序实例讲解PIC16F877单片机特殊功能寄存器，使学生对单片机开发有直观的认识。

课程名称：

《单片机原理及接口技术》第3周，第2讲次，学时2

授课题目（章、节）

第三章PIC16F877单片机的存储器

§3.6PIC16F877单片机的E2PROM数据存储器

教学目的与要求：

本单元要求掌握：

PIC16F877单片机的E2PROM数据存储器的功能和作用，以及读写操作方式。

教学重点与难点：

内部集成的E2PROM数据存储器的读→修改→写操作过程。

教学方法及手段：

 讲解、图示、举例分析 

以E2PROM数据存储器读写操作程序为例，借助软件模拟器MPLAB-SIM，边演示边讲解读→修改→写操作过程，让学生对E2PROM数据存储器的运行原理有直观的认识，提高学习的兴趣。

实验箱与PPT演示相结合介绍单片机功能，并通过若干例子进一步阐述所讲内容。

授课内容、程序、学时分配：

1、PIC16F877单片机E2PROM数据存储读取数据的操作方式（1学时） 

2、PIC16F877单片机E2PROM数据存储修改数据的操作方式（1学时） 

课堂练习、作业：

P。

课程小结：

按计划完成内容，借助软件模拟器MPLAB-SIM，边演示边讲解读→修改→写操作过程，让学生对E2PROM数据存储器的运行原理有直观的认识，提高学习的兴趣。

课程名称：

《单片机原理及接口技术》第4周，第1讲次，学时2

授课题目（章、节）

第四章PICCC语言

§4.1PIC单片机C语言简介

§4.2Hitech-PICC编译器

§4.3MPLAB-IDE内挂接PICC编译器

教学目的与要求：

本单元要求掌握：

Hitech-PICC编译器的功能及在MPLAB-IDE内进行挂接的方法。

教学重点与难点：

PICC编译器在MPLAB-IDE内进行挂接的方法。

教学方法及手段：

 讲解、图示、举例分析 

以流水灯实验为例，边讲解边演示Hitech-PICC编译器的安装使用方法及如何在MPLAB-IDE内进行挂接，提高学习的兴趣。

实验箱与PPT演示相结合介绍单片机功能，并通过若干例子进一步阐述所讲内容。

授课内容、程序、学时分配：

1、PIC单片机C语言简介（25分钟） 

介绍支持PIC芯片的C语言工具。

2、Hitech-PICC编译器简介（25分钟） 

PICC编译器的“静态覆盖”技术及其应用

3、MPLAB-IDE内挂接PICC编译器（1学时） 

课堂练习、作业：

P。

课程小结：

按计划完成内容，以流水灯实验为例，边讲解边演示Hitech-PICC编译器的安装使用方法及如何在MPLAB-IDE内进行挂接，提高学生的学习兴趣。

课程名称：

《单片机原理及接口技术》第4周，第2讲次，学时2

授课题目（章、节）

第四章PICCC语言

§4.4PIC单片机C语言程序框架

§4.5PICCC语言中的变量定义

§4.5.1PICCC语言的基本变量类型

§4.5.2PICCC语言的高级变量类型

教学目的与要求：

本单元要求掌握：

PICCC语言的程序框架与ANSIC语言程序框架的相同点及不同点；PICCC语言中基本变量类型和高级变量类型。

教学重点与难点：

PICCC语言中高级变量类型。

教学方法及手段：

 讲解、图示、举例分析 

以按键扫描实验为例，边讲解边演示PICCC语言的程序框架及其特点，逐项比较其与ANSIC语言的区别；在源程序中以举例说明PICCC语言的基本变量类型和高级变量类型。

实验箱与PPT演示相结合介绍单片机功能，并通过若干例子进一步阐述所讲内容。

授课内容、程序、学时分配：

1、PIC单片机C语言程序框架（1学时） 

介绍PICCC语言的源程序框架。

2、PICCC语言中的变量定义（1学时） 

讲解PICCC语言中基本变量类型和高级变量类型，与ANSIC语言中的变量类型作比较，深化理解单片机C语言中变量类型的特点。

课堂练习、作业：

P。

课程小结：

按计划完成内容，以按键扫描实验为例，边讲解边演示PICCC语言的程序框架及其特点，逐项比较其与ANSIC语言的区别；在源程序中以举例说明PICCC语言的基本变量类型和高级变量类型，提高学生的学习兴趣。

课程名称：

《单片机原理及接口技术》第5周，第1讲次，学时2

授课题目（章、节）

第四章PICCC语言

§4.5PICCC语言中的变量定义

§4.5.3PICC对数据存储器的bank管理

§4.5.4PICCC语言的局部变量

§4.5.5PICCC语言的位变量

教学目的与要求：

本单元要求掌握：

PICC编译器对数据存储器的bank管理方式；PICCC语言中局部变量的定义及使用；PICCC语言中位变量的定义及使用方法。

教学重点与难点：

PICCC语言中局部变量。

教学方法及手段：

 讲解、图示、举例分析 

以头文件中各个寄存器的定义方法为例，讲解数据寄存器的bank管理；局部变量的定义及使用方法；位变量的定义及使用方法。

实验箱与PPT演示相结合介绍单片机功能，并通过若干例子进一步阐述所讲内容。

授课内容、程序、学时分配：

1、PICC对数据存储器的bank管理（1学时） 

介绍PICC编译器对数据存储器的bank管理。

2、PICCC语言的局部变量（25分钟） 

讲解PICCC语言中局部变量的定义及使用。

3、PICCC语言的位变量（25分钟） 

位变量是PICCC语言所特有的变量类型，在ANSIC语言中没有此变量类型。

课堂练习、作业：

P。

课程小结：

按计划完成内容，以头文件中各个寄存器的定义方法为例，讲解数据寄存器的bank管理；局部变量的定义及使用方法；位变量的定义及使用方法，提高学生的学习兴趣。

课程名称：

《单片机原理及接口技术》第5周，第2讲次，学时2

授课题目（章、节）

第四章PICCC语言

§4.6PICC中的子程序和函数

§4.7PICC中定义工作配置字

教学目的与要求：

本单元要求掌握：

PICC编译器对函数代码的限制、函数的声明、中断函数的实现及标准库函数。

教学重点与难点：

PICCC语言的中断函数。

教学方法及手段：

 讲解、图示、举例分析 

以“按键检测程序”为例，讲解PICC编译器对函数代码长度的限制、函数的声明，对于中断的管理等问题。

实验箱与PPT演示相结合介绍单片机功能，并通过若干例子进一步阐述所讲内容。

授课内容、程序、学时分配：

1、PICC中的子程序和函数（1学时） 

介绍PICC函数代码长度限制、调用层次的限制。

2、PICCC函数的类型声明（25分钟） 

3、PICC中断函数的实现（25分钟） 

课堂练习、作业：

P。

课程小结：

按计划完成内容，以“按键检测程序”为例，讲解PICC编译器对函数代码长度的限制、函数的声明，对于中断的管理等问题。

课程名称：

《单片机原理及接口技术》第6周，第1讲次，学时2

授课题目（章、节）

第五章输入输出端口

§5.1PIC16F877单片机I/O口的基本特性

§5.2PIC16F877单片机I/O口的设定方法

教学目的与要求：

本单元要求掌握：

PIC16F877单片机端口输入/输出设定、输出的驱动能力、端口的“读-修改-写”及引脚的ESD保护问题。

教学重点与难点：

PIC16F877单片机端口的输出驱动能力。

教学方法及手段：

 讲解、图示、举例分析 

以“8×8LED点阵程序”为例，讲解PIC16F877单片机的I/O口设定方法及驱动能力问题。

实验箱与PPT演示相结合介绍单片机功能，并通过若干例子进一步阐述所讲内容。

授课内容、程序、学时分配：

1、PIC16F877单片机I/O口的基本特性（1学时） 

讲解端口的读/写原理、驱动能力。

2、PIC16F877单片机I/O口的设定方法（1学时） 

讲解端口的“读-修改-写”及引脚的ESD保护问题。

课堂练习、作业：

P。

课程小结：

以“8×8LED点阵程序”为例，讲解PIC16F877单片机的I/O口设定方法及驱动能力问题。

课程名称：

《单片机原理及接口技术》第6周，第2讲次，学时2

授课题目（章、节）

第五章输入输出端口

§5.3PIC16F877单片机RA口的基本特性

§5.4PIC16F877单片机RB口的设定方法

§5.5PIC16F877单片机RC口的设定方法

§5.6PIC16F877单片机RD口的设定方法

§5.7PIC16F877单片机RE口的设定方法

教学目的与要求：

本单元要求掌握：

PIC16F877单片机的端口A的特点、端口B中RB4-RB7的中断特性、PIC16F877单片机I/O引脚的应用技巧。

教学重点与难点：

PIC16F877单片机端口B中RB4-RB7的中断特性、RB0/INT的中断功能。

教学方法及手段：

 讲解、图示、举例分析 

以“8×8LED点阵程序”为例，讲解PIC16F877单片机的I/O口设定方法及驱动能力问题。

实验箱与PPT演示相结合介绍单片机功能，并通过若干例子进一步阐述所讲内容。

授课内容、程序、学时分配：

1、PIC16F877单片机RA、RB、RC口的基本特性（1学时） 

讲解端口的读/写原理、驱动能力。

2、PIC16F877单片机RD、RE口的基本特性（1学时） 

讲解端口的“读-修改-写”及引脚的ESD保护问题。

课堂练习、作业：

P。

课程小结：

以“8×8LED点阵程序”为例，讲解PIC16F877单片机的I/O口设定方法及驱动能力问题。

课程名称：

《单片机原理及接口技术》第7周，第1讲次，学时2

授课题目（章、节）

第六章PIC16F877单片机的定时器资源及其应用

§6.1定时器TMR0

教学目的与要求：

本单元要求掌握：

与TMR0相关的控制寄存器、TMR0的运作、TMR0中断、TMR0的预分频器和TMR0应用注意事项。

教学重点与难点：

TMR0用于外部脉冲计数、与TMR0相关的控制寄存器。

教学方法及手段：

 讲解、图示、举例分析 

以“秒表程序”为例，讲解TMR0综述、TMR0的运作、TMR0的中断、TMR0的预分频器以及TMR0应用注意事项。

实验箱与PPT演示相结合介绍单片机功能，并通过若干例子进一步阐述所讲内容。

授课内容、程序、学时分配：

1、TMR0综述、TMR0相关的控制寄存器、TMR0的中断（1学时） 

讲解TMR0用于外部脉冲计数的运作方式及中断原理。

2、TMR0的预分频器及应用注意事项（1学时） 

尽量避免写TMR0寄存器、TMR0赋初值的正确方法、TMR0中断查询的正确方法。

课堂练习、作业：

P。

课程小结：

以“秒表程序”为例，讲解TMR0用于外部脉冲计数的运作方式及中断原理。

尽量避免写TMR0寄存器、TMR0赋初值的正确方法、TMR0中断查询的正确方法。

课程名称：

《单片机原理及接口技术》第7周，第2讲次，学时2

授课题目（章、节）

第六章PIC16F877单片机的定时器资源及其应用

§6.2定时器TMR1

教学目的与要求：

本单元要求掌握：

与TMR1相关的控制寄存器、TMR1作为定时器、TMR1作为同步计数器、TMR1作为异步计数器、TMR1的内部振荡器、TMR1与CCP模块配合和TMR1的具体应用。

教学重点与难点：

TMR1作为异步计数器、TMR1的内部振荡器、TMR1与CCP模块配合。

教学方法及手段：

 讲解、图示、举例分析 

以“方波周期与频率的测量”实验为例，讲解与TMR1相关的控制寄存器、TMR1作为定时器、TMR1作为同步计数器、TMR1作为异步计数器、TMR1的内部振荡器、TMR1与CCP模块配合和TMR1的具体应用。

实验箱与PPT演示相结合介绍单片机功能，并通过若干例子进一步阐述所讲内容。

授课内容、程序、学时分配：

1、TMR1作为定时器、作为同步计数器、作为异步计数器（1学时） 

讲解TMR1作为同步计数器、作为异步计数器运作方式及原理。

2、TMR1与CCP模块配合和TMR1的具体应用（1学时） 

TMR1赋初值的正确方法、用TMR1构成实时时钟、用TMR1标定主振荡器频率。

课堂练习、作业：

P。

课程小结：

以“方波周期与频率的测量”实验为例为例，讲解与TMR1相关的控制寄存器、讲解TMR1作为同步计数器、作为异步计数器运作方式及原理；TMR1赋初值的正确方法、用TMR1构成实时时钟、用TMR1标定主振荡器频率；TMR1与CCP模块配合和TMR1的具体应用。

课程名称：

《单片机原理及接口技术》第8周，第1讲次，学时2

授课题目（章、节）

第六章PIC16F877单片机的定时器资源及其应用

§6.3定时器TMR2

教学目的与要求：

本单元要求掌握：

与TMR2相关的控制寄存器、TMR2的宽度与TMR0一样也是8位，一般伴随着CCP模块的PWM功能一起出现，也可以作为一个普通的定时器使用。

教学重点与难点：

TMR2的前置预分频器和后置预分频器、周期控制寄存器的工作原理，TMR2只能作为定时器使用