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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：春
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（在人才培养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）

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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）

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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PC、SP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）

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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。MOV，MOVC，MOVX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1，2）

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1，2）

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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IE、IP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1，2）

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1，2）

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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, SPI，1-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RI和TI的区别。

² 自学拓展：

查阅资料，了解IIC, SPI，1-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）

10.1LED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/D、D/A转换器的基本原理与分类

2） 了解A/D、D/A转换器的主要技术指标

3） 掌握ADC0809的结构特点

4） 掌握ADC0809与MCS-51单片机的接口设计方法

5） 掌握DAC0832的结构特点

6） 掌握DAC0832与MCS-51单片机的接口设计方法

² 作业内容：

强化A/D与D/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/D与D/A转换器的应用。

² 能力：

能够设计模拟接口电路，设计AD、DA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

（1）uVision 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2：I/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8个LED、按键的接口电路；

（2）编写控制程序：实现按键控制8个LED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-分-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；充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（%）

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，内容较完整，条理较清晰；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]. www.优德88.cpm 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