课程信息

《微处理器与微计算机系统》课程教学大纲

 

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《微处理器与微计算机系统》课程教学大纲

课程名称:微处理器与微计算机系统

课程代码:TELE2201

英文名称:Microprocessors and microcomputer systems

课程性质:专业必修课程

学分/学时:3学分/63学时(讲授45,实验18

开课学期:

 

适用专业:通信工程、信息工程、电子信息工程、电子科学与技术等专业

先修课程:数字电路,模拟电路,C语言

后续课程:嵌入式系统设计

开课单位:电子信息学院

课程负责人:陈蕾

大纲执笔人:陈蕾

大纲审核人:邓晶

一、 课程性质和教学目标(在金博宝188亚洲体育备用网址 中的地位与性质及主要内容,指明学生需掌握知识与能力及其应达到的水平

课程性质本课程是通信工程、信息工程、电子信息工程等电子信息类专业的一门重要专业基础课,是通信工程专业的必修主干课。

 

教学目标本课程主要以51单片机为核心,介绍微型计算机的基本原理,汇编语言程序设计方法,接口电路的软件硬件设计技术。通过理论教学,使学生能建立微型计算机系统的总体概念,掌握微型计算机的基本组成、各个功能模块的结构与作用以及程序设计方法。要求学生通过实验熟悉单片机系统的开发环境uVision Keil和仿真软件Proteus的使用方法,以及单片机应用系统的设计与开发技术,掌握51单片机的结构及各种接口的工作方式,掌握单片机的并行口、中断系统、定时器、串行口的程序控制方法,具备一定的接口电路设计能力,培养学生分析问题和解决问题的能力,为后续课程打下理论和技术基础。本课程的具体教学目标如下:

1. 掌握微型计算机结构、工作原理、汇编语言指令系统、程序设计方法等基础知识。(支撑毕业要求1-2)

2. 能利用微型计算机系统的软件、硬件知识,根据给定的设计指标,设计本专业领域的单元或过程。(支撑毕业要求3-1)

3. 熟悉51单片机的软件开发环境uVision4,掌握应用程序的开发方法,能够根据实验任务要求设计算法流程。掌握利用单片机仿真软件Proteus进行电路设计的方法,具备对复杂工程问题中的单元或环节进行仿真运行的能力。(支撑毕业要求4-3)

 

毕业要求

指标点

课程目标

1、工程知识

1-2掌握计算机软硬件基础知识,具备对工程问题进行软硬件分析与设计的基本能力。

教学目标1

2、设计/开发解决方案

3-1能利用专业知识,根据给定的设计指标,设计电路与系统相关领域的单元或过程。

教学目标2

3、研究

4-3能根据实验方案构建实验系统,进行实验。

教学目标3

 

一、 课程教学内容及学时分配(含课程教学、自学、作业、讨论等内容和要求,指明重点内容和难点内容)(重点内容:«;难点内容:D

1、 计算机基础知识3学时)(支撑课程目标1

1.1 数制与编码«

1.2 逻辑电路简介

1.3 微机系统概述«

1.4 微机与单片机的区别与联系«

1.5 单片机的发展与应用

1.6 主流的单片机产品

² 目标及要求:

1) 掌握计算机中数据的表达方式。各种不同数制、编码之间的转换方法。

2) 复习逻辑电路、逻辑运算的相关知识。

3) 掌握微机系统组成微机与单片机的主要区别与联系;了解单片机的发展趋势、应用领域,以及主流的单片机产品的特点。

² 作业内容:

强化对数制与编码的表示及转换方法;微机中的主要逻辑功能部件的工作原理;微机的主要性能指标;单片微型计算机的结构特点;总线的作用。

² 讨论内容:

BCD码、ASCII码与十进制数之间的关系;锁存器与三态缓冲器的区别;51单片机与通用微机在存储器结构上的区别。

² 自学拓展:

查阅资料,了解单片机的应用,以及主流产品特点。

² 能力

能够完成不同数制之间数据的转换,能够分析逻辑电路关系,能够解释微机与单片机的主要区别与联系

 

2、 基于8086/8088的微型计算机组成(3学时(支撑课程目标1

2.1 8086/8088微处理器

2.2 内存储器«D

2.3 I/O接口简介«

² 目标及要求:

1) 了解8086/8088CPU的结构特点;

2) 掌握半导体存储器的分类和特点;

3) 掌握存储器芯片引脚信号功能;

4) 掌握CPU与存储器的硬件接口技术,以及CPU对存储器的读写过程;

5) 了解接口的结构及其在微机系统中的作用。

² 作业内容:

强化不同存储器的工作特点;存储器容量与地址信号之间的关系;片选信号的产生方式;存储器芯片地址范围的确定;I/O接口的作用。

² 讨论内容:

读和写操作的区别,存储单元的地址与内容,讨论不同的地址译码方式,存储空间与地址范围的确定。

² 自学拓展:

通过查阅相关资料,了解不同存储器的工作特点及其在微机中的作用。

² 能力

能够设计CPU与存储器的接口电路,计算不同地址译码方式下存储器的地址范围,解释不同存储器的特点。

 

3、 MCS-51单片机的硬件结构(6学时(支撑课程目标1

3.1 MCS-51单片机的结构«

3.2 MCS-51的微处理器«

3.3 MCS-51的存储器«D

3.4 单片机的并行口结构«D

3.5 I/O端口的直接输入/输出«

3.6 单片机的片外总线结构D

3.7 简单I/O端口的扩展D

3.8 MCS-51单片机最小系统«

3.9 CMOS型单片机的低功耗方式

² 目标及要求:

1) 掌握MCS-51单片机的功能结构和引脚信号功能;

2) 掌握常用特殊功能寄存器的作用

3) 掌握数据存储器和程序存储器的地址空间分配;

4) 掌握4个并行口在使用时的区别。

5) 掌握外部存储器和简单I/O端口的扩展技术

6) 掌握单片机最小系统结构、单片机的操作时序

7) 了解低功耗工作方式

² 作业内容:

强化PCSP的作用,CPU执行指令的过程;强化片内数据存储器的地址分配,程序存储器的特殊入口地址分配;晶振周期与机器周期的关系;I/O端口的功能。

² 讨论内容:

P0口与其它3个端口在使用上的不同;不同工作寄存器区的地址划分;I/O端口直接输入/输出与单片机外扩I/O端口的数据输入/输出的区别。

² 自学拓展:

查阅资料,了解MCS-51兼容产品的主要厂商、产品系列和特点,以及在实际工程问题中的应用。

² 能力

能够说明单片机内部功能结构、地址空间分配,能够设计单片机最小系统,并行口与外部设备的接口电路。

 

4、 MCS-51单片机的指令系统(7学时(支撑课程目标1

4.1 概述

4.2 寻址方式«D

4.3 指令系统«D

² 目标及要求:

1) 通过概述,了解汇编语言指令格式,汇编语言指令与机器指令的关系;

2) 掌握不同寻址方式的特点与寻址空间;

3) 掌握51单片机指令的功能和使用方法

² 作业内容:

强化指令的分类、空间属性和时间属性的理解;强化寻址方式的汇编表示及其使用特点;强化对所有指令功能的理解。

² 讨论内容:

寄存器寻址与寄存器间接寻址的区别。MOVMOVCMOVX的区别。如何区分位地址与字节地址;字节条件转移与位条件转移指令的区别。

² 自学拓展:

查阅资料,了解精简指令系统与复杂指令系统的区别。

² 能力

能够解释不同寻址方式、不同指令的特点,分析指令执行结果,根据要求编写代码段。

5、 MCS-51汇编语言程序设计(4学时(支撑课程目标12

5.1概述

5.2伪指令«

5.3汇编语言程序设计方法«

5.4顺序结构程序设计«

5.5分支结构程序设计«D

5.6循环结构程序设计«D

5.7 子程序设计D

5.8  MCS-51实用程序设计举例

² 目标及要求:

1) 通过概述,了解汇编语言程序的开发过程

2) 掌握伪指令功能;

3) 掌握51汇编语言程序的一般结构;

4) 掌握不同程序的设计方法。

² 作业内容:

强化伪指令的作用分析;强化数制编码转换程序的设计;强化分支、循环程序设计中,条件转移指令的使用。根据要求设计汇编语言程序。

² 讨论内容:

程序设计时,工作寄存器、存储单元的分配问题

² 自学拓展:

查阅资料,了解汇编语言程序设计与C语言的区别与联系。

² 能力

能够根据目标要求设计汇编语言程序。

 

6、 中断系统(3学时(支撑课程目标12

6.1 概述«

6.2 MCS-51单片机的中断系统«

6.3 中断处理过程«D

6.4 中断服务程序的设计与应用举例«D

6.5 外部中断扩展技术

² 目标及要求:

1) 了解中断的定义与作用

2) 掌握中断系统组成;

3) 掌握IEIP的功能和使用方法

4) 了解中断响应的条件与过程;

5) 掌握外部中断的初始化方法,以及中断服务程序的设计方法

² 作业内容:

强化中断触发方式、允许/禁止、优先级的设置方法;强化中断入口地址的设置;中断服务程序的设计方法。完整的外部硬件中断应用程序设计与仿真实现

² 讨论内容:

中断处理子程序与普通子程序的不同调用方法。优先级嵌套问题。中断源的撤销问题。

² 自学拓展:

查阅资料,了解外部中断的更多应用。

² 能力

能够解释中断概念,中断系统结构,完成中断程序的设计。

7、 定时器/计数器(4学时(支撑课程目标12

7.1概述«

7.2定时器/计数器结构«

7.3定时器/计数器的工作方式«

7.4定时器/计数器的初始化«D

7.5定时器/计数器的应用举例«

² 目标及要求:

1) 了解定时器/计数器的基本工作原理;

2) 掌握定时器/计数器的基本结构

3) 掌握定时器/计数器在不同工作方式下的特点;

4) 掌握定时器/计数器的程序设计方法。

² 作业内容:

强化最大计数值与最长定时时间;强化定时时间与计数初值的关系;强化定时器中断入口地址的设置。编写完整的定时器应用程序并仿真实现。

² 讨论内容:

实际定时时间大于定时器最长定时时间的问题。中断方式与查询方式编程的区别。

² 自学拓展:

查阅资料,了解定时器/计数器的更多应用。

² 能力

能够解释定时器/计数器的工作原理,设计定时器/计数器应用程序。

 

8、 串行通信接口及扩展技术(4学时(支撑课程目标12

8.1 基本概述«

8.2 MCS-51串行通信口结构«

8.3 MCS-51串行通信口的工作方式«

8.4 串行通信中波特率的设置«D

8.5 串口应用举例«D

8.6 单总线接口及其应用举例

8.7 IIC总线接口及其应用举例

8.8 SPI总线接口及其应用举例

 

² 目标及要求:

1) 了解串行通信的相关基本概念

2) 掌握MCS-51串行通信口的结构、工作方式

3) 掌握串行口的初始化,以及数据传送的程序设计方法。

4) 了解IIC, SPI1-Wire等串行总线的技术特点

² 作业内容:

强化波特率的概念,以及串口波特率的初始化编程方法。强化SCON寄存器各位的含义。强化串口中断入口地址的设置。

² 讨论内容:

串口的两个中断标志位RITI的区别。

² 自学拓展:

查阅资料,了解IIC, SPI1-Wire等串行总线单片机系统中的应用。

² 能力

能够解释串行通信概念与单片机串口的工作方式,编写通信程序。

 

9、 键盘接口技术(2学时(支撑课程目标2

9.1概述

9.2独立式键盘接口设计与应用举例«

9.3矩阵式键盘接口设计与应用举例«D

² 目标及要求:

1) 了解键盘的工作原理

2) 掌握独立式键盘接口的设计方法;

3) 掌握矩阵式键盘接口的设计方法;

² 作业内容:

强化按键识别原理,按键次数识别。

² 讨论内容:

按键抖动对识别的影响,按键消抖动的方法。

² 自学拓展:

查阅资料,了解复合键的应用。

² 能力

能够设计键盘接口电路,完成键盘识别程序设计。

 

10显示接口技术(4学时(支撑课程目标2

10.1 LED数码显示器«

10.2液晶显示器«D

² 目标及要求:

1) 了解LED数码管显示原理

2) 掌握静态显示的硬件接口技术以及程序设计方法

3) 掌握动态显示的硬件接口技术以及程序设计方法

4) 了解LCD显示原理;

5) 掌握LCD显示器的硬件接口技术及编程方法。

² 作业内容:

强化动态显示刷新时间的设置方法

² 讨论内容:

软件延时刷新与定时器定时刷新的特点。

² 自学拓展:

查阅资料,了解更多的显示器接口技术

² 能力

能够设计显示接口电路,设计显示程序。

 

11、模拟接口技术(4学时(支撑课程目标2

11.1  A/D转换器与MCS-51单片机接口技术«D

11.2  D/A转换器与MCS-51单片机接口技术«D

 

² 目标及要求:

1) 了解A/DD/A转换器的基本原理与分类

2) 了解A/DD/A转换器的主要技术指标

3) 掌握ADC0809的结构特点

4) 掌握ADC0809MCS-51单片机的接口设计方法

5) 掌握DAC0832的结构特点

6) 掌握DAC0832MCS-51单片机的接口设计方法

² 作业内容:

强化A/DD/A转换器的编程

² 讨论内容:

中断、查询、延时方式读A/D转换结果的程序设计。

² 自学拓展:

查阅资料,了解更多的A/DD/A转换器的应用。

² 能力

能够设计模拟接口电路,设计ADDA转换程序。

 

12、单片机应用系统开发与设计实例(1学时(支撑课程目标2

12.1单片机应用系统设计«

12.2单片机应用软件的开发«

12.3单片机应用系统的开发«

12.4  基于单片机的数字音乐播放器的设计实例

² 目标及要求:

1) 了解单片机应用系统的设计过程

2) 掌握单片机应用系统的开发方法。

² 作业内容:

强化基于51单片机的检测系统设计

² 自学拓展:

查阅资料,了解更多的单片机应用系统设计。

² 能力

能够解释单片机应用系统开发过程。

13、实验项目及学时分配(18学时)

序号

项目名称

实验类型

学时分配

每组人数

必修/选修

1

数制转换程序设计

基础型

2

1

必修

2

I/O端口实验

基础型

2

1

必修

3

中断实验

验证型

2

1

必修

4

定时器实验

验证型

3

1

必修

5

数字钟设计

设计型

3

1

必修

6

数字电压表设计

综合型

6

1

必修

 

实验内容及教学要求:

实验项目1:数制转换程序设计(支撑课程目标3

1.实验内容

1uVision Keil软件创建工程文件;

2)利用汇编语言编写二进制数、BCD码、ASCII码之间转换的程序;

3)调试并运行程序,查看内存中的实验结果。

2.实验目标

1)了解数制、编码之间的转换关系;

1)熟悉单片机的软件开发环境;

2)掌握汇编语言程序设计技术。

实验项目2I/O端口实验(支撑课程目标3

1.实验内容

1)在PROTEUS环境中,设计单片机与LED、开关的接口电路;

2)编写控制程序,实现LED以不同的方式点亮;

3)编写控制程序检测按键闭合;

4)调试程序,直到运行结果正确。

2.实验目标

1)掌握Proteus设计电路,以及硬件仿真方法;

2)掌握并行I/O口的工作原理与程序控制方法。

 

实验项目3:中断实验(支撑课程目标3

1.实验内容

1)在PROTEUS环境中,设计单片机外接8LED、按键的接口电路;

2)编写控制程序:实现按键控制8LED以不同的方式点亮;

3)调试程序,直到运行结果正确。

2.实验目标

1)熟悉外部中断的工作方式;

2)掌握中断初始化程序、中断服务程序的设计方法。

 

实验项目4:定时器实验(支撑课程目标3

1.实验内容

1)在PROTEUS环境中,设计单片机外接LED、独立按键的接口电路;

2)编写控制程序:实现LED以不同的时间间隔亮灭;

3)调试程序,直到运行结果正确。

2.实验目标

1)熟悉定时器的工作方式;

2)掌握对定时器的编程方法。

 

实验项目5:数字钟设计(支撑课程目标3

1.实验内容

1)在PROTEUS环境中,设计单片机外接数码管、按键的接口电路;

2)编写控制程序,实现数码管上显示时--秒,通过按键可以设置时钟初始值;

3)调试程序,直到运行结果正确。

2.实验目标

1)了解数码管动态显示原理

2)熟悉按键的识别方法;

2)掌握秒计时的编程方法。

 

实验项目6:数字电压表设计(支撑课程目标3

1.实验内容

1)在PROTEUS环境中,设计单片机外接A/D转换器、数码管、按键的接口电路;

2)编写控制程序,实现数码管上显示电压值,按键控制转换开始/停止。

3)调试程序,直到运行结果正确。

2.实验目标

1)了解A/D转换器的工作方式;

2)二进制数与电压值的转换方法;

3)掌握数据采集的编程方法;

4)掌握单片机应用系统的开发过程。

 

主要仪器设备及现有台套数:计算机100台。

 

二、 教学方法

1、 在课堂教学中,阐述微型计算机的基本组成和工作原理,常用算法的汇编语言实现外围接口的软硬件设计方法,布置课后复习内容及课后作业;

2、实验课教学中老师预先提出项目要求,要求学生自主完成设计,培养学生自学能力,以及对实际问题的分析和解决能力

3采用传统教学方式与多媒体课件相结合进行教学;分利用学校的课程录播视频和课程中心网站资源辅助教学。

三、 考核及成绩评定方式

考核方式期中、期末2次考试平时成绩(作业及出勤情况),以及实验考核。实验考核方式采用上机操作并完成实验报告,实验操作与实验报告各占实验成绩的50%,最后折算成20分计入总成绩。

成绩评定方式平时10%,期中20%,期末50%,实验20%

 

课程目标达成情况及考试成绩评定占比(%

课程教学目标

毕业要求

评分环节(占比):平均得分/总分

成绩比例(%

平时成绩(10%

期中成绩(20%

期末成绩(50%

实验成绩(20%

教学目标1

1-2

5

20

25

 

40

教学目标2

3-1

5

 

25

 

40

教学目标3

4-3

 

 

 

20

20

合计

10

20

50

20

100

 

考核与评价标准:

                                                         实验成绩评价标准

 

基本要求

评价标准

成绩比例(%

优秀

良好

合格

不合格

实验

熟悉51单片机的软件开发环境uVision4,掌握应用程序的开发方法,能够根据实验任务要求设计算法流程。掌握利用单片机仿真软件Proteus进行电路设计的方法,掌握撰写实验报告的能力。(支撑毕业要求4-3

能够根据实验任务要求设计算法设计电路,并进行仿真运行。实验报告撰写规范,内容完整条理清晰;报告中对实验过程叙述清晰,逻辑性强,自己努力完成,没有抄袭。实验数据记录正确充分、完整

能够根据实验任务要求设计算法设计电路,并进行仿真运行。实验报告撰写规范,内容完整条理清晰;报告中对实验过程叙述较清晰,逻辑性较强,自己努力完成,没有抄袭。实验数据记录正确充分、完整

基本能根据实验任务要求设计算法设计电路,并进行仿真运行。实验报告撰写尚规范,内容基本完整条理基本清晰;报告中对实验过程叙述尚清晰,自己努力完成,没有抄袭。实验数据记录正确

不能根据实验任务要求设计算法设计电路,并进行仿真运行。实验报告撰写不规范。不独立完成,有抄袭现象。

20

 

                                                        期中考试考核评价标准

 

基本要求

达成情况评价标准

成绩比例(%

优秀>0.9

良好>0.7

合格>0.6

不合格<0.6

教学目标1

掌握微型计算机结构、工作原理、汇编语言指令系统等基础知识。

定义清晰,能准确的描述基础概念和原理

定义清晰,但基础概念不完全了解,只能掌握部分原理

了解基本定义,知道有相关的基础概念和原理

不清楚定义,并对基础概念和原理的表述完全不了解。

10

教学目标2

能利用微型计算机系统的软件、硬件知识,根据给定的设计指标,设计本专业领域的单元或过程

运用的原理和方法准确、清晰,能完成对给定的设计指标进行设计

能清楚掌握原理和方法,但对给定的设计指标进行设计还不熟练

了解基本原理和方法,但无法对给定的设计指标进行准确的设计

不清楚原理和方法,无法对给定的设计指标进行设计

10

 

 

             期末考试考核评价标准

 

基本要求

达成情况评价标准

成绩比例(%

优秀>0.9

良好>0.7

合格>0.6

不合格<0.6

教学目标1

掌握微型计算机结构、工作原理、汇编语言指令系统等基础知识。

定义清晰,能准确的描述基础概念和原理

定义清晰,但基础概念不完全了解,只能掌握部分原理

了解基本定义,知道有相关的基础概念和原理

不清楚定义,并对基础概念和原理的表述完全不了解。

25

教学目标2

能利用微型计算机系统的软件、硬件知识,根据给定的设计指标,设计本专业领域的单元或过程

运用的原理和方法准确、清晰,能完成对给定的设计指标进行设计

能清楚掌握原理和方法,但对给定的设计指标进行设计还不熟练

了解基本原理和方法,但无法对给定的设计指标进行准确的设计

不清楚原理和方法,无法对给定的设计指标进行设计

25

 

 

四、 教材及参考书目

教材:陈蕾、邓晶、仲兴荣.《单片机原理与接口技术》,机械工业出版社,2012

参考书:

[1] 李全利. 单片机原理及接口技术(第2版)[M].高等教育出版社2009年

[2] 邹丽新 等. 单片微型计算机原理(第2版)[M]. 苏州大学出版社,2009年

[3] 候玉宝 等. 基于Proteus的51系列单片机设计与仿真[M]. 电子工业出版社,2009年

[4] 何宏.基于Proteus单片机系统设计及应用[M]. 清华大学出版社2012年

 


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