《單片機原理及應(yīng)用課程實習》課程標準課程編碼：BS040010課程性質(zhì)：實踐教學環(huán)節(jié)適用專業(yè)：電子信息工程學時學分：4周，4學分所需先修課：電路原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機原理及應(yīng)用、C51單片機應(yīng)用設(shè)計、電子線路CAD編寫單位：機電工程學院一、前言1.課程性質(zhì)本課程設(shè)計是在專業(yè)核心課程單片機原理及應(yīng)用理論課程、單片機原理及應(yīng)用實驗課程、單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計開設(shè)之后的重要的實踐教學環(huán)節(jié)。使學生在掌握單片機基礎(chǔ)知識、程序編制和調(diào)試方法以及簡單項目設(shè)計的仿真實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，通過對單片機小系統(tǒng)的設(shè)計、焊接、裝配，掌握電路原理圖及電子線路的基本焊接裝配工藝、規(guī)范及注意事項；通過對系統(tǒng)的測試，了解單片機系統(tǒng)的工作原理及性能，掌握元器件及系統(tǒng)故障的排除方法；通過單片機系統(tǒng)的硬件焊接、調(diào)試，程序的編制及運行，與理論及實驗的有機結(jié)合和指導教師的補充介紹，使學生掌握單片機顯示、測量及控制系統(tǒng)的工作原理、開發(fā)方法。本課程是“電子技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計”、“專業(yè)課程綜合實習”、“專業(yè)技能競賽”、“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐”、“畢業(yè)設(shè)計”等實踐教學環(huán)節(jié)的重要基礎(chǔ)。2.課程基本理念通過本次課程實習使學生進一步掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬、軟件開發(fā)方法，輸入/輸出（I/O）接口、電子測量及控制系統(tǒng)的擴展技術(shù)；應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù)并結(jié)合專業(yè)能完成簡單、實用的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計、焊接和軟件硬件調(diào)試及測試。主要將本專業(yè)重點講授的課程應(yīng)用于單片機的顯示、測量與控制系統(tǒng)，提高學生的系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計開發(fā)能力，提高學生的專業(yè)技能、應(yīng)用與創(chuàng)新能力。3.課程的設(shè)計思路本課程實習要求學生按照設(shè)計指導書，完成單片機最小系統(tǒng)及簡單顯示、測量與控制等模塊的硬件電路的設(shè)計與電路圖的繪制；完成電路焊接、組裝與調(diào)試；配合仿真軟件完成系統(tǒng)初始化、端口操作、鍵盤、顯示、數(shù)據(jù)采集、通信、機電設(shè)備的控制等程序的編制及調(diào)試；最終實現(xiàn)軟件硬件的聯(lián)合調(diào)試與系統(tǒng)測試，以及實習報告的撰寫。對于平時基礎(chǔ)好的同學，可以有選擇地完成拓展模塊的功能要求。二、課程目標1.總體目標通過對單片機簡單系統(tǒng)的硬件設(shè)計、焊接、裝配、測試，掌握元器件及系統(tǒng)故障的排除方法；配合程序編制及調(diào)試掌握通信、測量與控制系統(tǒng)的工作原理、開發(fā)的基本流程和方法；通過對電工電子、信息控制及計算機技術(shù)等方面的基本專業(yè)訓練，使學生掌握單片機的基本理論和專業(yè)知識，培養(yǎng)學生解決通信、測量與控制技術(shù)問題的基本能力；激發(fā)學生的實踐操作的興趣，使學生進一步理解單片機技術(shù)的硬件知識，加強使用高級語言進行編程的能力，提高學生的就業(yè)競爭力，同時為弱電類專業(yè)課程如何推進應(yīng)用型教學轉(zhuǎn)型探索切合實際的有效途徑。2.具體目標（1）知識與方法使學生在充分掌握單片機、A/D轉(zhuǎn)換器、運算放大器、傳感器、LED/LCD顯示器、固態(tài)繼電器、電機等元器件的特性、功能及使用方法的基礎(chǔ)上，利用模塊化設(shè)計思想完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計、電路焊接與調(diào)試測試；熟練應(yīng)用C51程序設(shè)計語言，利用開發(fā)工具軟件完成系統(tǒng)軟件的模塊化設(shè)計；實現(xiàn)系統(tǒng)的軟件硬件聯(lián)合調(diào)試與運行測試，掌握完整的電子與計算機技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)流程及開發(fā)方法，培養(yǎng)學生解決通信、測量與控制技術(shù)問題的基本能力。（2）技能與能力培養(yǎng)學生具備電子電路圖的識圖能力，并能熟練運用到硬件電路的設(shè)計與繪制；完成單片機簡單測量與控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計、焊接、裝配、測試，掌握元器件及系統(tǒng)故障的排除方法；學會程序框圖的設(shè)計繪制、程序代碼的設(shè)計與調(diào)試能力；掌握系統(tǒng)軟件硬件聯(lián)合調(diào)試的技巧和基本方法；能將自己設(shè)計的系統(tǒng)用規(guī)范的技術(shù)語言完成設(shè)計說明書的撰寫等。（3）情感與態(tài)度培養(yǎng)學生勤于實踐，不盲從書本和前人的創(chuàng)新精神；養(yǎng)成踏實勤奮的學習態(tài)度，實事求是的科學精神；透過現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問題解決問題的鍥而不舍的鉆研精神和敏銳的科學素養(yǎng)。三、內(nèi)容標準1.時間進程安排（1）實習項目介紹及準備。在這一階段，每組同學需要積極討論，按計劃進行設(shè)計，規(guī)范繪制電路原理圖，列出需要領(lǐng)取材料的詳細清單。完成單片機最小系統(tǒng)、燒錄模塊、簡單流水燈的實現(xiàn)。這一階段工作計劃3天完成。（2）其它實習項目的完成。同學須嚴格按照計劃完成各個項目要求的功能，并利用仿真調(diào)試軟件進行系統(tǒng)軟件編制及調(diào)試；完成系統(tǒng)硬件電路焊接和系統(tǒng)軟、硬件聯(lián)合調(diào)試。先從簡單功能模塊開始，逐個模塊進行軟硬件結(jié)合的設(shè)計，調(diào)試時先用簡單程序測試硬件電路，在硬件電路正常的前提下再進一步調(diào)試功能模塊的軟件程序，最后將各個模塊聯(lián)合在一起。這一階段工作計劃15天完成。（3）提交實習報告，進行現(xiàn)場演示答辯。按指導教師意見進行修改完善，上交實習報告，工具，電路板等。這一階段計劃2天完成。2.課程結(jié)構(gòu)序號任務(wù)名稱實踐類型組織形式教學場地儀器設(shè)備學時分配備注1項目1：單片機最小系統(tǒng)、燒錄模塊、簡單流水燈的實現(xiàn)實習集中指導校內(nèi)實驗室計算機平臺、電子元器件、萬能PCB板、導線、安裝焊接工具等3天2項目2：按鍵的控制模塊實習集中指導校內(nèi)實驗室2天3項目3：數(shù)碼管顯示模塊實習集中指導校內(nèi)實驗室3天4項目4：液顯示模塊實習集中指導校內(nèi)實驗室2天5項目5：數(shù)字式電子鐘實習集中指導校內(nèi)實驗室3天6項目6：數(shù)據(jù)采集與顯示模塊實習集中指導校內(nèi)實驗室3天7項目7：A/D、D/A轉(zhuǎn)換及電機控制實習集中指導校內(nèi)實驗室2天8撰寫實習報告實習集中指導校內(nèi)實驗室1天9現(xiàn)場答辯實習按組進行校內(nèi)實驗室1天3.具體內(nèi)容和標準序號任務(wù)名稱主要內(nèi)容內(nèi)容標準教學建議與說明1項目1：單片機最小系統(tǒng)、燒錄模塊、簡單流水燈的實現(xiàn)設(shè)計電源、燒錄模塊，并完成單片機最小系統(tǒng)和流水燈的仿真電路的繪制以及實物制作，編寫程序?qū)崿F(xiàn)以下功能：（1）單向循環(huán)流水led顯示。（2）雙向循環(huán)流水led顯示。（3）用查表法實現(xiàn)發(fā)光二級管花樣顯示（自由設(shè)計）的電路。（1）繪制仿真電路圖：要求采用模塊化設(shè)計，盡可能采用網(wǎng)絡(luò)標號，以減少連線，便于讀圖。①要求正確使用電源、地線、仿真元器件等電子符號，位置擺放合理，序號、參數(shù)設(shè)置正確；②要求總線、網(wǎng)絡(luò)標號要整齊規(guī)范。（2）利用編程平臺“KeiluVision4”①要求采用多文件模塊設(shè)計，如main.c、時鐘DS1302.C、顯示display.C等形式，結(jié)構(gòu)清晰、便于修改、移植性好。②程序流程圖繪制要求規(guī)范、層次清晰。③軟件編寫代碼干練，重要函數(shù)或語句，要做好解釋、說明、備注，以便后續(xù)進行分析、修改。（3）完成項目的軟、硬件聯(lián)合仿真演示；要求滿足項目預設(shè)的功能，仿真演示運行流暢。（4）硬件電路無虛焊脫焊情況，布局合理、邏輯正確。指導教師應(yīng)注意以下幾方面：1、根據(jù)具體情況可對實習項目的內(nèi)容及難易程度進行調(diào)整。2、進行實習安全教育，對實習內(nèi)容、注意事項以及考核標準進行講解。3、講述硬件電路的布局與焊接。4、常用元件的使用注意事項。5、電路的測試步驟和注意事項。6、仿真軟件的使用方法。2項目2：按鍵的控制模塊在原有電路的基礎(chǔ)上設(shè)計四個獨立按鍵和鍵盤電路，編寫程序?qū)崿F(xiàn)以下功能：（1）用3個按鍵分別實現(xiàn)流水燈的左移、右移和停止的控制。（2）用1個按鍵依次實現(xiàn)流水燈的左移、右移和停止的控制。（3）利用中斷系統(tǒng)實現(xiàn)流水燈的左移、右移和停止的控制。（4）完成矩陣鍵盤的掃描，用LED實現(xiàn)按鍵的ASCII碼顯示。3項目3：數(shù)碼管顯示模塊設(shè)計數(shù)碼管靜態(tài)和動態(tài)顯示電路，結(jié)合按鍵完成以下功能：（1）單只數(shù)碼管循環(huán)顯示0-9。（2）數(shù)碼管動態(tài)顯示。（3）獨立按鍵加、減、清零+2位數(shù)碼管顯示計數(shù)值。（4）1位按鍵控制8位數(shù)碼管閃爍、左移、右移、停止。（5）四位按鍵控制8位數(shù)碼管閃爍、左移、右移、停止。（6）74HC595串入并出芯片的應(yīng)用于1位、4位數(shù)碼管。4項目4：液晶顯示模塊設(shè)計液晶顯示電路，實現(xiàn)液晶固定顯示字符串，以及實現(xiàn)字符的左右循環(huán)顯示功能。5項目5：數(shù)字式電子鐘實現(xiàn)數(shù)字式電子鐘，具有調(diào)時、定時、報警等功能。（1）可用獨立按鍵或鍵盤校準數(shù)字時鐘、設(shè)置定時時間等。（2）用定時器T0實現(xiàn)電子鐘數(shù)碼顯示時、分、秒“**-**-**”。（3）用DS1302與1602液晶實現(xiàn)可調(diào)式時鐘。6項目6：數(shù)據(jù)采集與顯示模塊（1）實現(xiàn)4位數(shù)碼管的正負溫度顯示。（2）4位數(shù)碼管的濕度顯示、定時訊響提示。（3）按鍵+遙控定溫、定濕調(diào)整的數(shù)字溫、濕度計的實現(xiàn)。（4）用DS18B20與1602液晶實現(xiàn)溫度報警器。7項目7：A/D、D/A轉(zhuǎn)換及電機控制模塊（1）A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)值采集、計算、顯示、報警的程序及電路設(shè)計。（2）D/A轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)的電路設(shè)計與實現(xiàn)。（3）設(shè)計測速系統(tǒng)，檢測電機的轉(zhuǎn)速。根據(jù)鍵盤給定轉(zhuǎn)速使單片機產(chǎn)生調(diào)速脈沖信號實現(xiàn)直流電機的脈寬調(diào)速。（4）需要顯示電機轉(zhuǎn)速，利用鍵盤設(shè)定給定轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速的上下限，并實現(xiàn)越限報警功能。8撰寫實習報告描述整個系統(tǒng)的基本組成和工作原理，系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計符合實習報告的撰寫要求和規(guī)范9現(xiàn)場答辯演示系統(tǒng)軟硬件實現(xiàn)的功能，回答老師問題系統(tǒng)功能演示熟練流暢，回答問題快速、準確從硬件軟件角度進行全方位問答測試四、課程實施建議1.教學建議每個自然班應(yīng)安排一名指導教師負責本次課程實習的全程指導，指導教師負責進行課程實習指導書的編寫與修訂、日常教學組織考勤、學生實習全程的輔導、學生平時實習工作的完成情況記錄、最后答辯考核成績給定、整體課程實習的工作總結(jié)和成績統(tǒng)計提交等工作。每2名同學組成一個小組，2人合作并行開發(fā)完成實習設(shè)定的功能。學生可參考實習指導書指定的參考書目和網(wǎng)站進行。最終，每人提交一份說明書，以小組為單位完成一份實現(xiàn)了指定功能的系統(tǒng)電路板，并進行作品的演示答辯。實習過程中采取集中分散的模式進行，利用每天6學時的行課時間進行集中輔導和現(xiàn)場答疑，針對學生實習過程中的共性問題，利用實驗室的多媒體設(shè)備，進行集中講解；每組同學出現(xiàn)的個別問題，進行個別講解輔導。學生利用課余時間推進實習項目進行。本次課程實習，大部分同學將根據(jù)實習指導書完成單片機簡單顯示、測量與控制系統(tǒng)的硬件電路焊接和軟件功能的實現(xiàn)，對學有余力的同學，要積極引導他們進行拓展模塊的開發(fā)訓練，在指導教師審核其拓展模塊電路沒有大問題的情況下，領(lǐng)取實際元件，增強實訓操作的訓練。2.實驗（實踐）條件建議按專業(yè)培養(yǎng)方案本課程實習在第六學期進行，實驗室需要配備電腦（1臺/人）、網(wǎng)絡(luò)和WIFI，保證學生的開發(fā)環(huán)境和訓練條件。除了每組必備的焊接工具套件、萬用表等常用工具外，針對拓展模塊的訓練要保證足夠的數(shù)量和種類的傳感器、專用模塊等訓練材料。3.評價建議學生在完成規(guī)定的實習內(nèi)容的情況下，寫出實習報告，進行演示和答辯（實習報告同時提交）。由指導教師根據(jù)出勤、實習現(xiàn)場表現(xiàn)、完成的軟件硬件功能和演示答辯情況、實習報告書質(zhì)量，電路板的布局和焊接質(zhì)量，進行評定成績。實習成績記入學生學籍檔案，無實習成績或?qū)嵙暢煽儾患案裾咝柽M行補修，否則不能畢業(yè)。實習成績分為五級：優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格。4.教材選擇與編寫建議楊英.單片機原理及應(yīng)用課程教學實習指導書.河北科技師范學院自編教材.參考書：[1]彭偉.單片機C語言程序設(shè)計實訓100例——基于8051+Proteus仿真.北京:電子工業(yè)出版社,2011.[2]郭天祥.新概念51單片機C語言教程——入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略.北京:電子工業(yè)出版社,2009.[3]劉建清.輕松玩轉(zhuǎn)51單片機C語言.北京:北京航空航天大學出版社,2010.[4]譚浩強.C程序設(shè)計.北京:清華大學出版社,1991.[5]求是科技.單片機典型模塊設(shè)計實例導航。北京:人民郵電出版社,2004.[6]蘇家健.單片及原理及應(yīng)用技術(shù).北京:高等教育出版社,2004.[7]宏晶科技STCMicrocontrollerHandbook,2007.[8]單片機教程網(wǎng)/.[9]胡漢才.單片微機原理及其接口技術(shù).北京:清華大學出版社,2010(推薦教材).[10]李廣弟.單片機原理.北京:北京航空航天大學出版社,2007.五、課程資源利用與開發(fā)建議（一）校外實踐教學基地開發(fā)與建設(shè)開發(fā)北京等地的嵌入式軟硬件開發(fā)培訓基地，或引進校外培訓機構(gòu)來我院培訓授課，提高學生利用系列單片機乃至嵌入式技術(shù)的能力，提高就