单片机应用技术课程整体教学设计.docx
《单片机应用技术课程整体教学设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机应用技术课程整体教学设计.docx（36页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
单片机应用技术课程整体教学设计
《单片机应用技术》
整体教学设计
（2015～2016学年第2学期）
课程名称：
单片机应用技术
所属系部：
信息与智能工程系
制定人：
郭志勇巩雪洁
合作人：
自成留忠
制定时间：
2016.1.16
电子信息职业技术学院
一、课程基本信息
课程名称：
单片机应用技术
课程代码：
085011
学分：
6.5
学时：
90
授课时间：
第2学期
授课对象：
高职学生
课程类型：
计算机控制技术等专业职业能力必修课
先修课程:
计算机电路、C语言程序设计
后续课程:
嵌入式系统、智能机器人
一、课程定位
本课程主要是以智能控制、智能电子产品、智能机器人工程项目为主线，采用企业真实工作任务，通过“项目驱动”教学模式，对国外广泛应用的MCS-51系列单片机的AT89S52单片机工作原理、应用系统的剖析，使学生获得有关单片机硬件、软件的基本概念、基本知识和单片机应用系统的设计编程入门知识以及用C语言进行程序设计、运行、调试等基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力。
1.岗位分析：
本课程主要培养具有智能电子产品和智能控制设计、分析、调试和制作能力的技术技能型人才，可以从事智能电子产品和智能控制设计开发、生产、销售与服务等相关工作，如图1所示。
单片机应用技术（专业技术课程）
计算机控制技术、物联网应用技术等相关专业
智能电子产品生产、销售和服务
智能电子产品开发和智能控制
岗位群
专业
课程
图1课程与岗位
2.课程分析：
本课程是计算机控制技术、物联网应用技术等相关专业的职业能力必修课程，是计算机控制技术专业核心课程。
在计算机控制技术专业课程体系中，基于单片机应用技术的课程结构如图2所示。
计算机应用基础
计算机电路
C语言程序设计
单片机应用技术（核心课程）
嵌入式系统、智能移动终端、智能机器人等专业课程
图2基于单片机应用技术的课程结构
位于最底层的是本课程的先修课程，也是专业基础课程；本课程是专业核心课程；位于最上层的是本课程的后续课程，既专业课程。
基于单片机应用技术的课程结构实现了无缝对接，同时也是我们学校其它相关专业的骨干课程，如嵌入式技术、电子信息工程技术、机电一体化、电气自动化、数控技术等专业都开设本课程。
二、课程目标设计
总体目标：
学通过本课程的学习，学生能熟练使用Proteus仿真软件、C语言编程，能完成简单的智能电子产品和智能控制设计开发；能根据智能电子产品和智能控制设计要求进行元器件焊接组装、软硬件调试；培养学生具有一定的创新思维能力，科学的工作方法和良好的职业道德意识，为提高学生职业技能奠定良好基础。
能力目标：
（1）会运用keil集成开发环境，能用C语言编写控制程序、下载调试、查阅帮助的技能；
（2）会运用Proteus仿真软件，在计算机上完成从单片机电路设计、调试与仿真运行的技能；
（3）会智能电子产品、智能控制的开发流程和设计方法；
（4）能编制出智能电子产品、智能控制的总体设计方案；
（5）能根据智能电子产品、智能控制设计要求，完成元器件采购、焊接组装、软硬件调试；
（6）具备智能电子产品、智能控制的运行维护、技术改造、生产管理岗位的能力。
知识目标：
（1）知道MCS-51单片机的组成、部结构和引脚功能；
（2）会C51的C语言程序基本结构、数据类型和基本语句；
（3）会C语言程序分析、应用程序设计和中断服务程序编写；
（4）知道MCS-51单片机中断的概念及中断系统；
（5）会灵活应用MCS-51单片机的定时器/计数器；
（6）能应用MCS-51单片机的I/O接口，完成显示、键盘、D/A转换、A/D转换、串行通信的设计。
素质目标：
（1）能制定出切实可行的工作计划，提出解决实际问题的方法；
（2）具有对新知识、新技术的学习能力，通过不同途径获取信息的能力，以及对工作结果进行评估的能力；
（3）具有决策能力，能记录、收集、处理、保存各类专业技术的信息资料。
（4）具有良好的思想品德、敬业与团队精神及协调人际关系的能力；
（5）具有一定的语言和文字表达能力；
（6）具有科学的创新精神、决策能力和执行能力；
（7）具有从事专业工作安全生产、环保、职业道德等意识。
职业技能证书要求：
本课程对应的职业技能证书要求如表1所示。
表1职业技能证书表
序号
职业资格名称
颁证单位
等级
1
家用电子产品维修工
人力资源和社会保障部
中级
2
计算机装调员
人力资源和社会保障部
中级
3
嵌入式单片机设计工程师
中国软件行业协会嵌入式系统分会
中级
3、课程容设计：
本课程主要是以智能电子产品和智能控制工程项目为主线，采用企业真实工作任务，通过Proteus仿真软件设计和C语言编程，实现在计算机上完成从单片机电路设计、软件设计、调试与仿真一气呵成，同时在每个项目中融入了元器件焊接组装、软硬件调试，真正实现从概念到产品的完整设计与制作。
本课程容与职业岗位标准密切接轨，从职业岗位技能出发，课程容分为技能基础、技能提高和技能综合应用（即单片机项目开发实训）三部分部分，其能综合应用是停课一周进行，如图3所示。
LED控制
模拟量输入输出设计
键盘控制电机方向转速
LED循环点亮控制
数码管显示控制
键盘的设计与实现
定时器/计数器应用
串行通信设计
按键设置液晶电子钟
8路温度采集监控系统
点阵显示设计与实现
单片机项目开发
技能基础训练
技能提高训练
技能综合训练
技术逐渐综合
难度逐渐增加
图3课程容组织设计
总课时在90学时左右，用11个智能电子产品和智能控制项目作为载体组织教学容，将相关知识、能力要求贯穿于每个项目实践中。
技能基础模块安排64学时左右，主要注重职业岗位的基本技能训练，使学生能完成简单的智能电子产品设计制作和调试；技能提高模块可以根据实际需要选择项目，安排26学时左右，主要注重职业岗位的开发技能训练以及学生的课程设计，使学生具有智能电子产品和智能控制开发制作和调试的能力。
本课程容安排如表2所示。
表2课程容安排表
序号
模块（或子模块）名称
学时
1
技能基础模块（64学时）
发光二极管LED控制
8
2
LED循环点亮控制
10
3
数码管显示控制
10
4
键盘的设计与实现
10
5
定时器/计数器综合应用
8
6
模拟量输入输出设计与实现
8
7
单片机串行通信设计与实现
10
8
技能提高模块（任选）
键盘控制电机方向和转速
8
9
按键设置液晶电子钟
8
10
8路温度采集监控系统
8
11
点阵显示设计与实现
10
合计
90
4、能力训练项目设计
学习情境
参考学时
情境名称
情境描述
学习情境1
技能基础部分
（1）知道单片机的组成、部结构和引脚功能；
（2）知道C语言程序基本结构、数据类型和基本语句；
（3）会C语言程序分析、应用程序设计和中断服务程序编写；
（4）知道中断的概念及MCS-51单片机的中断系统；
（5）会灵活使用定时器/计数器；
（6）会应用I/O接口、显示、键盘接口、D/A、A/D转换接口、串行接口；
（7）能完成智能电子产品元器件焊接组装、软硬件调试。
64学时
学习情境2
技能提高部分
（1）会智能电子产品和智能控制电路设计以及实现的方法；
（2）会用C语言编写智能电子产品和智能控制程序以及实现的方法；
（3）会编制智能电子产品和智能控制的系统总体设计方案；
（4）能根据产品系统设计方案和要求进行元器件采购、焊接组装、软硬件调试；
（5）具备单片机技术应用系统的系统维护、技术改造、运行管理岗位的能力。
26学时
学习情境3
单片机项目开发实训部分.
通过单片机项目开发实训完成，学生能识别电子元器件，会电路板元器件焊接以及电路板调试，能完成单片机项目开发程序设计，能完成单片机项目开发软硬件运行与调试。
停课一周
26学时
五、项目情境设计
学习情境1参考学时：
64学时
学习目标：
（1）知道单片机的组成、部结构和引脚功能；
（2）知道C语言程序基本结构、数据类型和基本语句；
（3）会C语言程序分析、应用程序设计和中断服务程序编写；
（4）知道中断的概念及MCS-51单片机的中断系统；
（5）会灵活使用定时器/计数器；
（6）会应用I/O接口、显示、键盘接口、D/A、A/D转换接口、串行接口；
（7）能完成智能电子产品元器件焊接组装、软硬件调试。
学习情境
教学方法和建议
子情境1
任务载体
采用“教、学、做”一体化教学方法模式。
项目的实施可采用小组合作的学习方法。
能完成单片机最小系统和输出电路设计，能应用C语言程序完成单片机输入输出控制，实现对LED控制的设计、运行及调试。
发光二极管LED控制
子情境2
任务载体
采用“教、学、做”一体化教学方法模式。
项目的实施可采用小组合作的学习方法。
能完成单片机的输入输出电路设计，能应用C语言程序完成单片机输入输出控制，实现对LED循环点亮控制的设计、运行及调试。
LED循环点亮控制
子情境3
任务载体
采用“教、学、做”一体化教学方法模式。
项目的实施可采用小组合作的学习方法。
能熟练掌握单片机与数码管的接口技术，能完成单片机的数码管动态及静态显示电路设计，能完成数码管动态和静态显示的C语言程序的设计、运行及调试。
数码管显示控制
子情境4
任务载体
采用“教、学、做”一体化教学方法模式。
项目的实施可采用小组合作的学习方法。
能独立完成单片机键盘电路的设计，能使用C语言实现对键盘的扫描和按键识别控制程序的设计、运行及调试。
键盘的设计与实现
子情境5
任务载体
采用“教、学、做”一体化教学方法模式。
项目的实施可采用小组合作的学习方法。
能完成单片机的定时器/计数器相关电路的设计，能应用C语言程序完成单片机定时器初始化及相关编程控制，实现对定时器应用于相关电路的设计、运行及调试。
定时/计数器综合应用
子情境6
任务载体
采用“教、学、做”一体化教学方法模式。
项目的实施可采用小组合作的学习方法。
能完成单片机与ADC0808/ADC0809模/数转换芯片、DAC0832数/模转换芯片的电路和C语言程序设计，掌握ADC0808/ADC0809、DAC0832与单片机的连接及编程技能。
模拟量输入输出设计与实现
子情境7
任务载体
采用“教、学、做”一体化教学方法模式。
项目的实施可采用小组合作的学习方法。
通过串行通信基本知识和单片机串行通信基本原理的学习，能够掌握单片机点对点、点对多数据传输的设计方法及编程方法。
单片机串行通信设计与实现
学习情境2参考学时：
26学时
学习目标：
（1）会智能电子产品和智能控制电路设计以及实现的方法；
（2）会用C语言编写智能电子产品和智能控制程序以及实现的方法；
（3）会编制智能电子产品和智能控制的系统总体设计方案；
（4）能根据产品系统设计方案和要求进行元器件采购、焊接组装、软硬件调试；
（5）具备单片机技术应用系统的系统维护、技术改造、运行管理岗位的能力。
学习情境
教学方法和建议
子情境1
任务载体
采用“教、学、做”一体化教学方法模式。
项目的实施可采用小组合作的学习方法。
能利用AT89S52单片机及独立键盘，通过C语言程序实现键盘控制步进电机和直流电机的速度和方向，完成单片机输入输出控制系统的设计、运行及调试。
键盘控制电机方向和转速
子情境2
任务载体
采用“教、学、做”一体化教学方法模式。
项目的实施可采用小组合作的学习方法。
能利用AT89S52单片机及RT12864液晶屏，通过按键设置液晶电子钟电路设计、C语言程序设计，完成按键设置液晶电子钟的设计、运行及调试。
按键设置液晶电子钟
子情境3
任务载体
采用“教、学、做”一体化教学方法模式。
项目的实施可采用小组合作的学习方法。
能利用AT89S52单片机及DS18B20单总线数字传感器，通过C语言程序实现8路温度采集监控，完成单片机输入输出控制系统的设计、运行及调试。
8路温度采集监控系统
子情境4
任务载体
采用“教、学、做”一体化教学方法模式。
项目的实施可采用小组合作的学习方法。
能完成点阵显示电路设计，充分理解电路中关于I/O扩展、存储扩展和I2C总线等硬件电路的设计方法和原理，并能够用C语言实现对点阵屏、I2C通讯总线的控制和对外扩存储的访问，最终实现点阵屏汉字、日期和温度显示等功能。
点阵显示设计与实现
学习情境3参考学时：
26学时
学习目标：
通过单片机项目开发实训完成，学生能识别电子元器件，会电路板元器件焊接以及电路板调试，能完成单片机项目开发程序设计，能完成单片机项目开发软硬件运行与调试。
学习情境
教学方法和建议
子情境1
任务载体
采用“教、学、做”一体化教学方法模式。
项目的实施可采用小组合作的学习方法。
（1）认识电子元器件；
（2）电路设计及电子元器件焊接；
（3）编写C语言程序及调试；
（4）系统整体调试。
（5）单片机项目开发实训任务考核
（1）火车站台警戒系统驱动板
（2）滚梯节能控制系统
（3）温度控制语音播报系统
（4）门窗防盗系统
（5）智能超声波测距系统
六、课程进程表
见单片机应用技术授课计划。
7、第一次课设计和最后一次课设计
项目一发光二极管LED控制
1.1工作模块1点亮一个LED（第一次课）
工作任务：
使用AT89S52单片机的I/O引脚接发光二极管LED，通过C语言程序控制，点亮一个发光二极管。
终极目标：
能完成单片机最小系统和输出电路设计，能应用C语言程序完成单片机输入输出控制，实现对LED控制的设计、运行及调试。
促成目标：
1.知道AT89S52单片机结构；
2.知道AT89S52单片机的引脚功能；
3.会AT89S52单片机最小系统电路设计；
4.会C语言基本构成和基本语句；
5.会利用单片机I/O口实现点亮一个LED。
教学方法：
采用“教、学、做”一体化教学方法模式，项目的实施可采用小组合作的学习方法。
教学设计：
在工作模块1点亮一个发光二极管中，用Proteus仿真软件完成第一个单片机电路、用KeilC51完成第一个C语言LED控制程序；
通过“边做边学”，学习AT89S52单片机结构、引脚功能，完成最小系统电路和LED电路设计；
通过“边做边学”，学习基于单片机的C语言基本构成和基本语句，完成单片机点亮一个LED的程序设计。
课时：
4学时
教学过程：
1.1.1用Proteus设计第一个LED控制电路
Proteus是英国LabcenterElectronics公司开发的多功能EDA软件。
Proteus不仅是模拟电路、数字电路、模/数混合电路的设计与仿真平台，也是目前较先进的单片机和嵌入式系统的设计与仿真平台。
它实现了在计算机上完成从原理图与电路设计、电路分析与仿真、单片机代码级调试与仿真、系统测试与功能验证到形成PCB的完整的电子设计、研发过程。
1．点亮一个LED电路
按照工作任务要求，点亮一个LED电路由AT89S52单片机最小系统和一个LED电路构成。
LED点亮电路设计如图1-1所示。
图1-1LED点亮电路
在LED点亮电路中，LED的阳极通过220限流电阻后连接到5V电源上，限流电阻在这里起到了限流的作用，使通过LED的电流被限制在十几毫安左右。
P1.0引脚接LED的阴极，P1.0引脚输出低电平时对应的LED点亮，输出高电平时对应的LED熄灭。
2．用Proteus仿真软件完成点亮一个LED电路
用Proteus仿真软件完成第一个LED控制电路，步骤如下：
（1）双击桌面上的ISIS7Professional图标或者单击屏幕左下方的“开始”→“程序”→Proteus7Professional→ISIS7Professional，进入ProteusISIS集成环境；
（2）新建设计文件、设置图纸尺寸、设置网格、保存设计文件为“点亮一个LED.DSN”；
（3）从Proteus元器件库中选取元器件AT89S52也可用AT89C52代替（单片机）、CRYSTAL（晶振）、CAP（电容）、CAP-ELEC（电解电容）、RES（电阻）、LED-RED（红色发光二极管）；
（4）按图1-1所示放置元器件、编辑元器件、放置终端，然后进行连线和属性设置；
（5）最后进行电气规则检测。
单击“工具”→“电气规则检查”命令，弹出检查结果窗口，完成电气检测。
若检测出错，根据提示修改电路图并保存，直至检测成功。
1.1.2用KeilC51设计第一个C语言LED控制程序
KeilC51是德国Keil软件公司开发的基于8051核的微控制器软件开发平台，是51系列单片机C语言软件开发系统，是目前开发8051核单片机的主流工具。
KeilC51软件提供了丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，可以完成工程建立和管理、编译、连接、目标代码的生成、软件仿真和硬件仿真等完整的开发流程。
1．编写点亮一个LED程序
由于P1.0引脚接LED的阴极，LED的阳极通过220限流电阻后连接到5V电源上，所以从P1.0引脚输出低电平就可以点亮LED。
“点亮一个LED”的C语言程序如下：
#include//包含AT89X52.H头文件
sbitLED=P1^0;//定义LED为P1.0引脚
voidmain（void）
{
LED=0;//P1.0引脚输出低电平点亮LED
while
（1）;
}
程序编程说明：
（1）“#include”语句是一个“文件包含”处理，是将AT89X52.H头文件的容全部包含进来。
这里程序中包含AT89X52.H头文件的目的是为了要使用P1^0这个符号，即通知C编译器，程序中所写的P1^0是指AT89S52单片机的P1.0引脚。
（2）P1.0不能直接使用，这里用“sbitLED=P1^0;”就是定义用符号LED来表示P1.0引脚，也可以起P1_0或P10一类的名字。
（3）“LED=0;”语句是使P1.0引脚输出低电平，点亮发光二极管LED。
（4）“while
（1）;”语句的表达式是1，也就是说while语句的表达式始终为真，进入死循环，LED始终点亮。
（5）KeilC支持C++风格的注释，可以用“//”进行注释，也可以用/*……*/进行注释。
2．建立第一个C程序项目
双击桌面上的KeilμVision2图标或者单击屏幕左下方的“开始”→“程序”→KeilμVision2，进入KeilμVision2集成开发环境。
（1）建立工程文件，选择单片机。
单击“工程”→“新建工程”命令，在弹出的“新建工程”对话框中指定文件夹，输入文件名“点亮一个LED”，单击“保存”按钮，在弹出的为目标Target1选择设备对话框中选择单片机型号（Atmel的89S52），单击“确定”按钮。
（2）建立源文件并加载。
单击“文件”→“新建”命令，在文件编辑窗口输入“点亮一个LED”的C语言源程序，单击“文件”→“保存”命令，在弹出的“另存”对话框中指定文件夹（一般与工程文件放在同一文件夹中），输入文件名“点亮一个LED.c”（c为C语言源程序的后缀），单击“保存”按钮，完成源文件的建立。
在工程窗口中右击Target1文件夹下的SourceGroup1文件夹后，单击弹出菜单的AddFielstoGroup‘SourceGroup1’，在弹出的AddFielstoGroup‘SourceGroup1’对话框中将文件类型设为CSourcefile（*.c），单击刚才保存的源文件名“点亮一个LED.c”，单击Add按钮再单击“关闭”按钮，完成源文件加载。
（3）设置工程的配置参数。
在工程窗口中右击Target1文件夹，单击弹出快捷菜单中的OptionsforTarget‘Target1’，在弹出的OptionsforTarget‘Target1’对话框中做以下设置：
Target标签页的晶振频率栏设为12MHz，Output标签页选中CreateHexFiles复选框，其余采用默认设置。
单击“确定”按钮，完成配置参数设置。
（4）进行编译和连接。
单击“工程”→“构造目标”，完成编译，生成名为“点亮一个LED.hex”的HEX文件。
通过输出窗口查看编译信息，若提示出错，双击输出窗口的出错信息行，文件编辑窗口中出错指令所在行左侧会有箭头提示，逐个排除错误后重新编译。
（5）进入调试模式，打开P1口对话框。
在调试模式中，单击“外围设备”→I/O-Ports→Port1，打开P1口对话框。
（6）全速运行程序。
单击“调试”→“运行到”或调试工具栏的“运行”按钮
，通过P1口对话框观察P1.0引脚是否输出低电平，打勾为高电平，不打勾则为低电平，Pins为引脚的状态。
1.1.3用Proteus仿真运行调试
1．加载“点亮一个LED.hex”目标代码文件
首先打开Proteus的“点亮一个LED”电路，然后双击单片机AT89S52，在弹出的“编辑元件”对话框中单击ProgramFile栏的“打开”按钮
，在弹出的“选择文件名”对话框中找到前面编译生成的“点亮一个LED.hex”文件，单击“打开”按钮，完成“点亮一个LED.hex”文件的加载。
同时将ClockFrequency栏中的频率设为12MHz，单击“确定”按钮，即可完成加载目标代码文件。
2．仿真运行调试
（1）单击仿真工具栏的“单步运行”按钮
，进入单步运行状态。
单击“调试”→8051CPURegisters，单击“调试”→8051CPUSFRMemory，分别打开工作寄存器窗口和特殊功能寄存器窗口。
单击源代码调试窗口的“单步执行”按钮
一次，执行一条指令，通过各调试窗口观察每条指令执行后数据处理的结果，以加深对硬件结构和指令的理解。
（2）单击仿真工具栏的“运行”按钮
，单片机全速运行程序，对“点亮一个LED”进行Proteus仿真运行。
在编辑区“点亮一个LED”电路中，可以看到接在P1.0引脚上的LED被点亮，同时在打开的工作寄存器窗口和特殊功能寄存器窗口中也能看到P1口为0xFE，即P1.0引脚为低电平，其他引脚都为高电平。
【技能训练1-1】单片机最小系统应用——开关控制LED点亮
模块1是通过程序使P1.0引脚输出低电平来点亮LED的。
在这里如果通过开关控制LED点亮，那么如何实现呢？
1．电路设计
开关控制LED点亮是AT89S52单片机的一种最简单电路，它包含3个部分：
单片机最小系统、输入电路和输出电路。
单片机最小系统由AT89S52单片机、晶振电路和上电复位电路构成。
输入部件是开关SW，输出部件是LED，如图1-2所示。
由于只使用程序存储器，AT89S52的EA端接电源正端。
图1-2开关控制LED点亮电路
2．程序设计
（1）开关控制点亮LED分析。
开关闭合：
P1.0=0，LED点亮；开关断开：
P1.0=1，LED熄灭。
流程图如图1-3所示。
图1-3开关控制点亮LED流程图
（2）编写开关控制LED点亮程序。
#include
升级会员 