云南大学《单片机及其应用》教学大纲.docx
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云南大学《单片机及其应用》教学大纲
《单片机及应用》课程教学大纲
一、课程基本信息
1、课程名称（中/英文）：
单片机原理及其应用/
MicrocontrollerandItsApplications
2、课程性质：
专业必修
3、周学时/学分：
5/4，其中理论2学分，实验2学分
4、授课对象：
电子信息科学与技术，电子信息工程
5、主要教学方法：
讲授演示学生实验
6、使用教材：
李学海，PIC单片机原理，北京航空航天大学出版社，2004年5月
李学海，PIC单片机实践，北京航空航天大学出版社，2004年5月
二、课程简介
单片机是芯片级的高集成度计算机系统，具有体积小，耗电低，成本低，可编程，使用方便等特点。
另外随着半导体工艺的发展，其性价比越来越高，小到家用电器、汽车，大到航天飞机、洲际导弹中都可以发现单片机的身影。
单片机系统是一种较容易实现的计算机系统，通过单片机教学学生可以验证和实践在微机原理、数字（模拟）电子技术基础等课程中学到的知识，达到复习巩固前期课程的目的，同时也提高了学生学习计算机课程的积极性和自信心。
另一方面，单片机自身具有其他半导体产品不具有的特点和优势，已经成最典型、最广泛、最普及的一种嵌入式计算机应用系统，在生活、工业和军事领域的各类装置和设备的智能化中具有不可替代的重要作用，具有广泛的应用前景。
通过学习这门课程可以增加学生的动手能力和毕业后适应社会的能力。
综上，单片机技术是现代计算机技术独特而又重要的分支，是电子类专业的学生应该学习和掌握的技术。
三、教学目的与基本要求
以目前国际流行的具有哈佛结构和片上系统（SoC）特点的中档PICmicro单片机为教学对象，讲授PICmicro单片机的结构、工作原理和编程语言。
另外单片机原理实验是单片机应用的重要实践，是了解单片机的组织结构，掌握单片机的工作原理和单片机接口的重要途径，也是对单片机应用进行充分开发的关键要结合所学的理论知识并通过实践，培养学生的研究能力、动手能力和分析解决问题的能力。
通过课程要学生达到的基本要求是了解哈佛结构单片机的特点及其优势；掌握PICmicro单片机汇编语言；掌握其片上外设的结构、功能和使用方法；通过实验介绍PIC单片机的开发工具和开发方法，掌握MPLAB和ICD2的使用，在试验中能够使用汇编语言合理控制片上系统的各个部件合理工作。
并通过实验学会独立使用PICmicro单片机进行简单项目系统的设计开发。
四、教学进度表
章次
题目
教学时数
第一章
PIC单片机的结构和工作原理
4学时
第二章
PIC单片机的汇编语言程序设计
4学时
第三章
集成开发环境MPLAB和在线调试技术
2学时
第四章
端口的基本输入/输出功能
2学时
第五章
中断系统
2学时
第六章
E2PROM数据存储器与FLASH程序存储器
2学时
第七章
定时器/计数器
6学时
第八章
捕获/比较/脉宽调制CCP模块
6学时
第九章
模数转换器A/D模块
2学时
第十章
通用同步/异步收发器USART
2学时
第十一章
主同步串行端口MSSP
2学时
第十二章
PIC系统设计基础应用
2学时
总计
36学时
五、考核方式和成绩评定办法
理论课考核方式：
1、考核理论知识的掌握情况，按平时成绩占10%，期中占20%，期末占70%的比例核算。
2、平时成绩参考实验中应用理论知识独立解决问题的能力情况。
3、参考作业完成质量。
4、参考出勤情况。
实验课考核方式：
1．实验课程的考核由两部分构成：
平时实验和实验报告占70%，综合实验和实验报告占30%。
2．基础实验为实验项目中的前十个。
综合实验可以自己选题。
3．这两类实验均包括实验演示和实验报告。
实验演示和实验报告都要求独立完成，实验报告重点讨论实验中遇到的问题和解决的方法，提供必要的实验数据和图表。
4．总评分时参考出勤情况、实验操作。
六、理论部分
第一章PIC单片机的结构和工作原理（教学时数2）
教学目的：
理解PIC单片机的内部结构及其是如何工作的
教学重点：
1、数据存储器和程序存储器的概念和功能
2、哈佛结构的PIC单片机是如何通过双流水线结构实现单周期内取指和取数据的
3、特殊功能寄存器的地址映射机制
教学难点：
16F877数据存储器得理解和用法
第一节PIC单片机内部结构
第二节程序存储器和堆栈
第三节RAM数据存储器（文件寄存器）
1、通用寄存器
2、特殊功能寄存器
3、地址映射机制
第四节应用系统性能的优化设计
1、系统配置字以及特殊存储器单元
2、时钟系统
3、复位系统
4、看门狗定时器WDT
5、睡眠与唤醒
本章基本概念：
数据存储器、程序存储器、地址映射、复位、系统配置字、看门狗定时器
本章思考题：
2题
第二章PIC单片机的汇编语言程序设计（教学时数4）
教学目的：
1、掌握PIC1单片机的指令集。
2、学会PIC单片机汇编语言程序设计的基本方法。
教学重点：
1、不同PIC指令的异同点
2、汇编语言程序设计的通用规则
教学难点：
1、寻址方式
2、伪指令的理解
第一节PIC单片机指令集
1、指令时序
2、指令系统概览
3、面向字节操作类指令
4、面向位操作类指令
5、面向常数操作和控制操作类指令
6、指令功能分类
7、寻址方式
8、数据传递关系
9、“内核－寄存器－外围模块”相互关系
第二节PIC汇编语言的编写方法
1、汇编语言格式
2、常用伪指令
3、RAM数据存储器的体选寻址问题
4、程序跨页跳转和跨页调用问题
第三节PIC汇编语言编程举例
1、1ms软件延时
2、两字节加法
3、查表程序设计
本章基本概念：
寻址方式、伪指令、体选寻址、跨页跳转和跨页调用
本章思考题：
2题
第三章集成开发环境MPLAB和在线调试技术（教学时数2）
教学目的：
掌握PIC16单片机软硬件调试系统的建立和调试方法
教学重点：
1、硬件调试系统的结构和建立
2、软件调试系统的结构和建立
3、MPLAB软件环境功能和用法
4、ICD2的连接和使用方法
教学难点：
MPLAB软件环境功能和用法
第一节硬件调试系统的结构和建立方法
1、硬件调试系统的结构
2、硬件调试系统的连接方法
3、USB设备ICD2的安装方法
第二节PIC开发软件MPLAB
1、MPLAB的特性和安装
2、MPLAB的使用
3、在MPLAB环境中书写和编译程序
第三节PIC在线调试技术
1、实例调试：
两字节加法、两字节减法、查表程序设计
本章基本概念：
集成开发环境、在线调试技术
本章思考题：
1题
第四章中断系统（教学时数2）
教学目的：
掌握PIC单片机的中断机制和使用方法
教学重点：
1、PIC单片机的中断产生的机制
2、如何进行正确的中断保护和处理
教学难点：
1、PIC单片机的堆栈结构及其影响
2、PIC单片机中断现场的保护方法
第一节中断的基本概念
第二节PIC的中断源
第三节PIC中断硬件逻辑
第四节与中断相关寄存器
第五节中断的处理
1、中断的延时响应和延时处理问题
2、中断的现场保护问题
3、需要注意的问题
第六节端口RB0外部请求中断
第七节端口RB电平变化中断
本章基本概念：
中断标志、中断使能、现场保护
本章思考题：
2题
第五章端口的基本输入/输出功能（教学时数2）
教学目的：
掌握PIC单片机I/O端口的基本输入/输出使用方法
教学重点：
1、I/O端口的位电路结构原理
2、I/O端口的使用方法
教学难点：
1、位电路结构原理
2、并行从动端口的使用
第一节输入输出端口的概述
第二节输入输出端口的逻辑电路原理
第三节输入输出端口的相关寄存器
第四节输入输出端口的编程方法
第五节PSP并行从动端口
1、与PSP相关的寄存器
2、电路结构和工作原理
本章基本概念：
I/O方向寄存器、I/O寄存器、并行从动端口
本章思考题：
2题
第六章E2PROM数据存储器与FLASH程序存储器（教学时数2）
教学目的：
掌握PIC片内E2PROM和FLASH的读写方法
教学重点：
如何通过防E2PROM和FLASH的读写方法
教学难点：
E2PROM、FLASH以及一般RAM和非易失性RAM的区别
第一节背景知识
4、通用型半导体存储器的种类和特点
5、PIC单片机内部的程序存储器
6、PIC单片机内部的E2PROM数据存储器
7、PIC内部E2PROM和FLASH的操作方法
第二节与E2PROM相关的寄存器
第三节片内E2PROM数据存储器结构和操作原理
1、从E2PROM中读取数据
2、向E2PROM中烧写数据
第四节与FLASH相关的寄存器
第五节片内FLASH数据存储器结构和操作原理
1、从FLASH中读取数据
2、向FLASH中烧写数据
第六节写操作的安全保障措施
1、写校验的方法
2、预防意外写操作的保障措施
本章基本概念：
E2PROM、FLASH、一般RAM和非易失性RAM
本章思考题：
2题
第七章定时器/计数器（教学时数6）
教学目的：
掌握PIC片内定时计数器的使用方法
教学重点：
片内3种定时/计数器的控制逻辑结构
教学难点：
1、八位单片机内核如何读写十六位定时计数器才不会造成数据的错读
2、TIMER1的振荡器工作方式
第一节Timer0模块
1、Timer0的控制逻辑
2、Timer0中断
3、Timer0的相关寄存器设置方法
4、Timer0的编程方法
第二节Timer1模块
1、Timer1的控制逻辑
2、Timer1中断
3、Timer1的相关寄存器设置方法
4、Timer1的编程方法
第三节Timer2模块
1、Timer2控制逻辑
2、Timer2中断
3、TMR2的输出
4、TMR2的编程方法
本章基本概念：
定时器、计数器、预分频器
本章思考题：
2题
第八章捕获/比较/脉宽调制CCP模块（教学时数4）
教学目的：
掌握PIC片内CCP模块捕获/比较/脉宽调制的使用方法
教学重点：
1、CCP模块捕获/比较/脉宽调制功能的控制逻辑
2、CCP模块3种功能的使用方法
教学难点：
CCP捕获/比较/脉宽调制功能各自的适合场合
第一节输入捕捉工作模式
1、输入捕捉模式的电路结构
2、输入捕捉模式的工作原理
3、与输入捕捉模式相关的寄存器和编程方法
第二节输出比较工作模式
1、输出比较模式的电路结构
2、输出比较模式的工作原理
3、与输出比较模式相关的寄存器
第三节脉宽调制输出工作模式
1、脉宽调制输出模式的电路结构
2、脉宽调制输出模式的工作原理
3、与脉宽调制输出模式相关的寄存器和编程方法
本章基本概念：
捕捉模式、比较模式、脉宽调制模式
本章思考题：
2题
第九章模数转换器A/D（教学时数2）
教学目的：
掌握使用PIC片内模数转换器进行数据采集的软硬件方法
教学重点：
片内模数转换模块的配置方法
教学难点：
如何通过模拟和数字方法提模高数转换结果的信噪比
第一节背景知识
1、ADC种类与特点
2、ADC器件的工作原理
第二节PIC片内ADC模块
1、ADC模块结构和操作原理
2、与ADC模块相关的寄存器
3、ADC模块操作时间要求
4、特殊情况下的A/D转换
5、ADC模块的转换精度和分辨率
6、ADC模块的操作编程
7、信号采集的模拟驱动电路设计
本章基本概念：
A/D转换、精度、分辨率
本章思考题：
2题
第十章通用同步/异步收发器USART（教学时数2）
教学目的：
掌握使用PIC片内异步接收发送器进行相互之间通讯的方法
教学重点：
USART的异步工作模式
教学难点：
九位USART通讯的寻址方式
第一节串行通讯的基本概念
1、串行通讯的两种基本方式
2、串行通讯中的数据传送方向
3、串行通讯中的控制方式
4、串行通讯中的码型、编码方式和帧结构
5、串行通讯中的的检错和纠错方式
6、串行通讯组网方式
7、串行通讯接口电路和参数
第二节PIC片内通用同步/异步收发器USART
1、与USART模块相关的寄存器
2、USART波特率发生器BRG
3、USART模块的异步工作方式
4、USART模块的同步主控工作方式
5、USART模块的同步从动工作方式
本章基本概念：
USART、可寻址的9位异步接收发送器
本章思考题：
2题
第十一章主控同步串行端口MSSP（教学时数2）
教学目的：
掌握PIC16片内主同步串行端口的几种工作模式和各自的使用方法
教学重点：
主同步串行端口的SPI工作模式
教学难点：
同步串行端口和其他几种串行端口的区别
第一节串行外设接口SPI模式
1、SPI接口背景知识
2、SPI接口的结构和操作原理
3、与SPI接口相关的寄存器
4、SPI主控模式
5、SPI从动模式
第三节串行外设接口I2C模式
1、I2C接口背景知识
2、与I2C接口的基本原理和概念
本章基本概念：
同步串行端口、SPI、I2C
本章思考题：
2题
第十二章PIC系统设计综合应用（教学时数2）
教学目的：
提高学生自主动手能力，培养学生创新性。
教学重点：
指导学生用单片机解决实际问题
教学难点：
如何将课堂上学到的单片机知识应用来解决生产、生活中的实际问题
第一节单片机系统设计举例
1、单片机温度控制系统
2、PWM控制电动小车
第一节PIC系统设计选题
学生自行根据生产生活经历选题，教师辅导
第四节PIC系统设计点评
教师点评学生的系统设计作业
本章基本概念：
无
本章思考题：
综合设计题1道
七、实验部分
教师根据学生学习情况，适当调整每项实验的要求和内容。
实验项目与内容提要
序
号
项目名称
内容提要
学时
分配
要求
性
质
类
别
所用主要仪器
所在实验室
1
加法程序实验
通过加法程序的调试，熟悉精简指令系统，掌握使用集成开发环境调试PIC单片机程序的调试方法。
4
必做
验证
专业基础
PC、ICD2
微机实验室、开放实验室
2
数字量I/O1——彩灯控制
熟练掌握集成开发环境；学会使用ICD2在线调试工具；学习并掌握PIC单片机的并行I/O技术。
8
必做
验证
专业基础
PC、ICD2和实验电路板
微机实验室、开放实验室）
3
中断控制——中断方式控制按键输入外部脉冲计数与显示
深入理解和掌握中断运行全过程和操作方法；掌握外部中断的编程方法。
熟练使用ICD2在线调试工具。
4
必做
验证
专业基础
PC、ICD2和实验电路板
微机实验室、开放实验室
4
E2PROM的读写
理解单片机片内E2PROM的概念，掌握E2PROM读写和防止假写的方法。
4
必做
验证
专业基础
PC、ICD2和实验电路板
微机实验室、开放实验室
5
定时计数器的使用——中断法
掌握定时计数器的工作方式，掌握中断技术及中断编程，用中断法实现计时功能。
在LCM1602上实现时钟显示。
8
必做
验证
专业基础
PC、ICD2和实验电路板
微机实验室、开放实验室
6
CCP模块的使用1——用压频变换（V/F）法测量电压
掌握CCP模块的输入捕捉模式编程方法。
理解压频变换的方法和意义。
用CCP模块实现温度测量。
8
必做
验证
专业基础
PC、ICD2和实验电路板
微机实验室、开放实验室
7
CCP模块的使用2——用PWM方式实现低频正弦信号发生器
掌握CCP模块的PWM模式编程方法。
理解用PWM脉宽调制方法，输出控制电机速度和光亮度变化。
4
必做
验证
专业基础
PCICD2和实验电路板
微机实验室、开放实验室
8
主控同步串行端口的使用——SPI口实现字符LED显示
掌握主控同步串行端口的SPI模式编程方法，掌握串并转换接口芯片74HC595的使用方法。
理解字符LED的显示原理和控制方法。
4
必做
综合
专业基础
PC、ICD2和实验电路板
微机实验室、开放实验室
9
异步接收发送器的使用——用RS485实现多机通讯
精通异步收发器USART的工作原理和编程方法。
掌握RS485通讯的实现方法和优缺点。
实现一主多从的半双工通讯。
4
必做
验证
专业基础
PC、ICD2和实验电路板
微机实验室、开放实验室
10
A/D转换器的使用——模拟信号输入
掌握PIC单片机内A/D转换器的原理及编程技术，了解A/D转换的模拟输入通道设计方法，实践温度及光的传感控制与数据采集方法。
4
必做
验证
专业基础
PC、ICD2和实验电路板
微机实验室、开放实验室
11
综合设计
学生结合在本课程中学到的PIC单片机的内核和片上外设的知识和生活、生产中遇到的实际问题提出一个用PIC单片机解决实际问题的综合设计问题，并综合在“微机原理”、“模拟（数字）电子技术基础”等课程中学到的相应知识提出自己的解决方案。
4
选做
设计
专业基础
PCICD2实验电路附加电子元件示波器
微机实验室、开放实验室
合计56学时。
八、参考文献
1、张明峰，PIC单片机入门与实战，北京航空航天大学出版社，2005年3月
2、张宏林，PIC单片机典型模块实例详解，人民邮电出版社，2009年10月
3、王威廉，MICROCHIPPIC单片机原理实验及补充讲义，云南大学，2001年12月
执笔人：
周燕，何乐生，王威廉
2010年4月修订
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