云南大学《单片机及其应用》教学大纲.docx

1、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 / Microcontroller and Its Applications2、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

2、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

3、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

4、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

5、步/异步收发器USART2学时第十一章主同步串行端口MSSP2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

6、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

7、储器单元2、 时钟系统3、 复位系统4、 看门狗定时器WDT5、 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

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

9、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MPLAB1、 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

10、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

11、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E

12、2PROM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/

13、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、 Timer 0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、Timer 1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

14、/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

15、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

16、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USART1、 与USART模块相关的寄存器2、 USART波特率发生器BRG3、 USART模块的异步工作方式4

17、、 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

18、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

19、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4E2P

20、ROM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6CCP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7CCP模块的使用2用PWM方式实现低频正弦信号发

21、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

22、微机实验室、开放实验室10A/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PC ICD2 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，MICROCHIP PIC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