单片机原理与应用

（Principle and Application of Single Chip Computer）

  注：课程类别是指通识类平台课/学科平台课/专业核心课/专业课/；课程性质是指必修/限选/任选

一、课程的性质和目的

课程性质：本课程是电子信息工程及通信工程专业的必修课，以AVR系列单片机为主展开讨论。在学习微型计算机基本原理的基础上，注重单片机系统的设计和工程的实际应用。通过本课程的学习，为后续课程及课程设计和毕业设计打下坚实的基础。

目的：使学生通过本课程的学习，了解单片机结构和优点, 了解单片机存储器组织、接口设备，掌握单片机系统的分析与设计方法，了解各种单片机系统开发应用技术；能够进行单片机实际系统的设计与分析。

二、课程教学内容及基本要求

了解单片机处理器，掌握单片机系统的开发技术；能根据应用系统的要求选择合适的单片机芯片； 初步掌握单片机应用系统设计过程。

（一）课程教学内容及知识模块顺序

1．知识单元一：单片机基本概念，AVR单片机的基本结构（6学时）

（1）知识点一：单片机定义.特点.种类.组成

（2）知识点二：ATmega16单片机硬件资源，内部结构。

（3）知识点三：存储器的结构和地址空间。

（4）知识点四：通用寄存器组和I/O寄存器

教学基本要求：

本章主要学习单片机基本概念、单片机硬件结构及资源。掌握单片机的基本工作原理。

  2． 知识单元二：AVR单片机指令系统（8学时）

（1）知识点一：ATmega16指令综述

（2）知识点二：算数和逻辑运算指令，位操作指令

（3）知识点三：数据传送指令

（4）知识点四：程序控制指令

（5）知识点五：程序的基本结构及程序设计方法

教学基本要求：

本章主要学习AVR单片机的指令系统, 了解AVR各种指令的助记符和操作, 掌握程序的基本结构及程序设计方法。

3． 知识单元三：AVR单片机的系统设计与开发工具（4学时）

（1）知识点一：单片机应用系统设计

（2）知识点二：AVR系列单片机开发的硬件平台。

（3）知识点三：AVR系列单片机开发的软件平台。

（4）知识点四：实验电路板的电路原理

教学基本要求：

本章主要学习单片机应用系统设计的一般方法，熟悉AVR的硬件开发平台。掌握AVR Dragon的特性和功能。熟练掌握AVR Studio软件开发平台的使用。熟悉实验电路板的电路原理。

4． 知识单元四: 通用I/O端口的基本结构与应用 （6学时）

（1）知识点一：通用I/O端口各寄存器的功能与设置

（2）知识点二：LED数码管显示控制原理及编程

（3）知识点三：按键输入及扫描的原理与编程

（4）知识点四：I/O口的扩展方法。

教学基本要求：

本章主要学习单片机I/O端口的基本结构和控制方法，掌握LED数码管的显示原理和编程方法，掌握按键检测及防抖动的方法及编程。掌握I/O口的扩展方法。

5． 知识单元五: AVR单片机中断系统与基本应用 （6学时）

（1）知识点一：中断的基本概念，中断定义, 中断类型, 中断过程

（2）知识点二：ATmega16的中断系统，中断源和中断向量

（3）知识点三：中断相关寄存器的设置

（4）知识点四：利用外部中断实现单片机的控制

教学基本要求：

本章主要学习单片机的中断系统，要求牢固掌握中断的基本概念，熟悉AVR中与中断相关的寄存器设置及中断向量的分布。能够正确编写中断服务程序。

6． 知识单元六: 定时器/计数器的应用设计 （6学时）

（1）知识点一：定时器/计数器的工作原理

（2）知识点二：定时器/计数器的控制寄存器定义

（3）知识点三：定时器/计数器的工作模式,相关寄存器的设置

（4）知识点四：定时器/计数器的控制应用

教学基本要求：

本章主要学习定时器/计数器控制的基本理论和应用设计, 学习定时器/计数器不同工作模式下应用编程。

7． 知识单元七: 串行通信接口应用设计 （6学时）

（1）知识点一：RS-232总线标准

（2）知识点二：异步传输接口USART

（3）知识点三：串行通信控制寄存器设置

（4）知识点四：波特率设置,串行通信应用

教学基本要求：

本章主要学习串行通信接口应用技术, 学习USART串行通信各方式下波特率计算, 学习USART串行通信应用编程技术。

8． 知识单元八:AD转换器的应用设计（6学时）

（1）知识点一：AD转换器结构,工作原理

（2）知识点二：AD控制寄存器定义 , 设置

（3）知识点三：AD转换器的应用设计

教学基本要求：

本章主要学习AD转换器控制及应用技术, 学习AD转换器应用编程技术。

（二）课程的重点、难点及解决办法

重点：（1）单片机硬件资源, 特别是接口资源；（2）单片机编程技术（3）单片机时钟管理和电源管理；（4）单片机的总线、 I/O设备；（5）单片机的稳定性和可靠性。

难点：（1）单片机系统设计过程；（2）单片机系统接口控制编程；（3）单片机的数据组织及存取；（4）单片机总线和接口时序。

解决办法：多媒体技术辅助教学，课堂讲授与课内实验相结合,在实际编程实验过程中发现问题, 进而找到解决问题的方法,增加对知识理解，促进对知识的应用。

三、实验实践环节及基本要求

1．实验实践教学环节在本课程中的作用及要求

本课程是实践性很强的课程，实践环节对于整个课程的学习至关重要。课内在老师指导下进行实际编程实验能更好地理解理论知识，将这些理论知识真正用于实验中解决问题，配合实验电路板，实现各种单片机的控制功能。增加学生的学习兴趣，提高实际动手能力。

2．实验项目(具体要求见实验教学大纲)

实验一：AVRStudio软件实验（学时：2）

实验二：LED流水灯控制及软件延时实验（学时：2）

实验三：LED数码静态显示实验（学时：2）

实验四：多位LED数码动态扫描显示实验， （学时：2）

实验五：AVR单片机的中断系统，定时器实验（学时：2）

实验六：ATmega16通用IO输入接口实验，按键输入接口（学时：2）

实验七：Atmega16模数转换实验（学时：2）

实验八：Atmega16 USART异步通信接口实验（学时：2）

四、本课程与其它课程的联系与分工

先修课程：数字电路与系统；后续课程：FPGA课程设计

五、对学生能力培养的要求

通过本课程的学习，使学生在掌握单片机处理器结构，学习用单片机应用到电子系统设计方法，理解单片机系统开发过程和设计方法，能编写基本单片机应用程序，建立单片机应用系统，认识单片机的总线技术、接口技术，单片机时钟管理和电源管理,运用单片机进行数字系统设计的能力，面对实际问题时独立分析和解决问题的能力，自主学习的能力。

   1、了解单片微型计算机的基本概念，掌握AVR系列单片机系统结构，及其引脚功能和内部组成部分的功能。掌握AVR系列单片机存储器结构和寻址方式。
           2、熟练掌握AVR系列单片机的指令系统和寻址方式，熟练掌握单片机程序设计方法和程序设计的基本结构。

  3、掌握AVR系列单片机中, 中断系统, 基本I/O,定时/计数器与串行通讯技术，AD等接口技术的应用。

    4、掌握AVR系列单片机系统开发技术，初步掌握单片机系统的设计开发方法。通过实例分析，进一步巩固和加深对所学理论知识的理解。

六、课程学时分配

总学时48学时，课内实验16学时。课程主要内容和学时分配见课程学时分配表。

课程学时分配表

七、主要教学方法

以课堂教学为主，可结合使用CAI课件、多媒体等现代化教育技术手段进行教学。通过课内实验，有计划、有目的地逐步培养学生应用所学知识解决实际问题的能力。

八、建议教材和主要教学参考书目

1．教材

    [1] 《AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践》(第2版)，马潮编著，北京航空航天大学出版社，2011

2．主要参考书

    1．《AVR单片机C语言高级编程设计》，周兴华，中国电力出版社，2010

 2．《AVR单片机实用程序设计》，张克彦编，张迎新等编著，北京航空航天大学出版社，2004

九、课程考核

    考核性质：考试

    考试方法：闭卷

    成绩评定：按《三江学院考试工作管理规定》的要求，总评成绩由平时成绩和期末成绩组成。平时成绩占总评的40%，期末成绩占总评的60%。

   执笔人：花怀海    审核人：赵航    教学院长（主任）：王芳