单片机应用技术(第四次开课)

课程简介


《单片机应用技术》这门课是电子信息类和自动化类等专业的核心课程,涉及到单片机的原理结构、硬件设计、软件编程、调试运行等专业知识。该课程实践性很强,学好这门重要的专业课,对学生今后从事智能产品安装调试、维护维修等职业技能工作,将起到十分重要的作用。

《单片机应用技术》  采用项目教学法,加强学生实践技能的培养,使学生基本具备单片机的硬件设计,软件编程,调试运行等职业技能,为胜任智能产品设计、安装调试、维护维修等工作奠定坚实的技术基础。达到小项目的自主开发,协助大项目研发的基本素质。注重培养学生的创新意识、分析和解决实际问题的能力,养成学生的工程道德观念,建立工程敬业精神和团队合作精神。



教学目标


1、专业能力

1)能正确使用常用电子仪器、仪表、电工工具; 能阅读和分析一般程度的电子电路原理图;具有借助工具书、网络查阅电子元器件、集成电路的参数、和使用方法的能力;

2)具备运用典型的中小规模集成电路组成某些简单应用电路的能力;具备对单片机电路进行初步分析和设计能力; 具有一定的解决电子工程实际问题的能力; 能处理电子电路的简单故障; 具备电子产品的焊接、整机安装调试能力。

3)具备基本的C语言程序设计能力,能够阅读一定难度的C语言源程序。具备基本的软件工程思想和理念。

4)熟练掌握单片机设计相关软件的使用,并具备一定的对软件二次开发的能力。

2、学习能力

注重培养学生科学的思维方法、综合职业能力和职业素养;注重培养学生独立学习及获取新知识、新技能、新方法的能力。

3、社会能力

1)培养唯物辨证思维的能力;

2)具有热爱科学、实事求是的科学作风和创新意识、创新精神;

3)加强职业道德意识,具备良好职业素养;

4)培养学生团体协作的能力。



教学大纲


《单片机应用技术》课程标准

课程学分:6

时:96

适用专业:计算机、电子、自动化类专业

一、课程描述

本课程是高职教育类计算机应用、应用电子、电子信息工程、电气自动化等相关专业的主干课程,旨在培养计算机、电子、自动化领域安装、调试、维护维修和管理能力和一般设计能力,具备较强的综合运用多种知识和技能解决问题的能力、创新能力和可持续发展能力,能从事生产、技术、管理、营销等岗位工作的高素质应用人才。对学生职业岗位能力培养和职业素质养成起主要支撑作用。本课程内容是与行业企业专家共同分析确立了以面向单片机应用产品研发与生产岗位、针对实际工作过程中完成各项工作任务应具备的职业能力,以“智能电子产品”真实工作项目为依据,对该项目进行功能分解,提取工作任务并进行序化,分析工作任务所涉及的相关知识,设计一系列能力要求不断提升的工作项目作为学习情境,以学习情境为教学单元组织课程教学。配合学习情境设计以学生为主、教师指导的子情境,培养学生再学习能力。

本课程实施是基于单片机应用产品的典型工作过程来设计和开发学习情境,做到每一个学习情境的实施都是一个完整的工作过程。

本课程的教学设计结合岗位分析和要求,在进行教学组织方面,充分体现职业岗位需求,丰富多样的实践环节,教学内容的灵活可选性、重组性、扩展性。

二、课程目标

1、专业能力

1)能正确使用常用电子仪器、仪表、电工工具; 能阅读和分析一般程度的电子电路原理图;具有借助工具书、网络查阅电子元器件、集成电路的参数、和使用方法的能力;

2)具备运用典型的中小规模集成电路组成某些简单应用电路的能力;具备对单片机电路进行初步分析和设计能力; 具有一定的解决电子工程实际问题的能力; 能处理电子电路的简单故障; 具备电子产品的焊接、整机安装调试能力。

3)具备基本的C语言程序设计能力,能够阅读一定难度的C语言源程序。具备基本的软件工程思想和理念。

4)熟练掌握单片机设计相关软件的使用,并具备一定的对软件二次开发的能力。

2、学习能力

注重培养学生科学的思维方法、综合职业能力和职业素养;注重培养学生独立学习及获取新知识、新技能、新方法的能力。

3、社会能力

1)培养唯物辨证思维的能力;

2)具有热爱科学、实事求是的科学作风和创新意识、创新精神;

3)加强职业道德意识,具备良好职业素养;

4)培养学生团体协作的能力。

三、课程内容与要求

1、课程教学内容设计

《单片机应用技术》课程教学内容设计

工作任务

相关知识

学习情境

子情境

任务1:智能照明

数与数制;单片机内部结构、内部存储器、寄存器资源、引脚功能;调试工具的使用。

LED管的工作原理、单片机工作时序、简单控制电路的设计及软件实现的方法。

学习情境1:灯光照明

子情境1:指示灯

子情境2:闪烁灯

子情境3:霓虹灯

任务2:智能终端

数码管的工作原理、静态和动态显示系统硬件设计及软件设计等。

学习情境2:信息显示

子情境1:计数器

子情境2:电子钟

任务3:智能控制

独立式键盘和矩阵键盘的工作原理及系统硬件设计及软件设计等。

学习情境3:智能控制

子情境1:灯光控制器

子情境2:呼叫器

任务4:安防报警

定时器初始化的设置;定时器和计数器的应用;中断的类型,中断入口地址的选择,中断的产生条件和响应过程。

学习情境4:定时与报警

子情境1:红外线人体感应报警器

子情境2:定时器

任务5:环境监测(亮度、温湿度、CO2浓度)与调节

A/DD/A转换器的工作原理及特性;A/DD/A芯片与单片机的应用设计;A/DD/A转换程序设计。

学习情境5:环境监测与控制

子情境1:煤气监测器

子情境2:花草自动浇灌系统

任务6:集中控制和远程控制

通信方式、通信协议、波特率的计算、串行口控制字的设置

学习情境6:无线遥控器

无线遥控器

以上6个序化的工作任务,6个对应的学习情境,12个对应的子情境之间的技能要求、相关知识层层涵盖,逐步提升,最终学生能够独立完成“智能家居产品设计与制作”综合性工作项目,为学生能力的可持续发展奠定了基础。

2、项目设计与学时要求

学习情境

学习目标

授课学时

学习情境1:

灯光照明

子情境1:信号指示灯

工作任务:

制作控制LED点亮信号指示灯的单片机应用系统。

知识目标:

1.了解单片机的内部结构与主要型号;

2.掌握典型 51单片机的内部逻辑结构、引脚功能;

3.重点掌握51单片机最小系统电路设计;

4.建立单片机应用系统的概念;

5.掌握C51文件结构的组成;

6. 了解C51源程序的基本框架。

技能训练目标:

1.学会LED的电路设计和单片机最小系统设计。

2.熟悉C语言源程序文件的编写方法。

3.熟悉Proteus单片机仿真软件和Keil集成开发软件的使用

4.了解单片机应用系统的一般开发流程。

8

子情境2:闪烁灯

工作任务:

制作一个基于单片机的LED闪烁灯控制系统

知识目标:

1.掌握51单片机并行输入/输出(I/O)端口的结构和功能;

2.掌握P0P1P2P3口的操作方法;

3.理解单片机的时钟和时序;

4.掌握C语言源程序结构;

5.掌握C语言基本语句;

6.重点掌握循环语句whiledowhilefor的语法特点;

7.掌握延时程序设计和调试方法。

技能训练目标:

1.熟练使用C51对并行I/O端口操作的编程方法;

2.熟悉延时程序、子函数、循环语句的概念及熟练其设计方法;

3.熟练使用单片机仿真软件及开发系统的能力;

4.熟悉单片机应用系统的一般开发流程。

4

子情境3:霓虹灯

工作任务:

制作一个基于单片机控制的LED霓虹灯。

知识目标:

1.熟练掌握P0P1P2P3功能及应用;

2.掌握51单片机内部数据存储器和程序存储器的结构;

3.掌握C51的各种数据类型的特点和使用方法;

4.理解常量和变量的差异;

5.理解C51数据存储类型与单片机存储器结构关系;

6.掌握顺序、选择和循环三种基本程序结构及结构化程序设计方法。

技能训练目标:

1. 熟练利用C51对并行I/O端口操作的编程方法。

2.具有C语言简单程序编写能力。

3.熟悉循环程序结构设计。

4

学习情境2

信息显示

子情境4:简易计数器

工作任务:

制作一个基于单片机的数码管静态显示的简易计数显示器。

项目知识目标:

1. 掌握数码管的静态工作原理与接口连接。

2. 掌握C语言一维数组的使用。

技能训练目标:

1. 熟悉数码管的原理与接口。

2.熟练使用C语言一维数组。

3.熟悉单片机数码管静态显示的程序设计方法。

6

子情境5:多位数码显示

工作任务:

制作一个基于单片机控制的多位数码显示器。

项目知识目标:

1.掌握动态显示方式及其典型应用电路;

2.掌握单片机矩阵键盘接口的程序设计方法;  

3.掌握数组的应用和全局变量的使用;

4.掌握C51函数的使用。

技能训练目标:

1.熟练使用数码管动态显示接口电路和程序设计方法

2.熟悉局部变量、全局变量及变量存储种类的使用。

3.熟练编写和应用C51函数。

6

学习情境3

智能控制

子情境6:灯光控制器

工作任务:

制作一个单片机控制的汽车左右转向灯的控制系统。

知识目标:

1.掌握独立式键盘的工作原理与应用;

2.掌握C语言选择语句的使用;

3.掌握选择语句if-elseif-else   if-else的语法特点;掌握典型分支结构程序设计和调试方法。

技能训练目标:

1.熟悉C51对并行I/O端口作输入口操作的编程方法;

2.熟练使用典型分支结构程序设计和调试方法。

6

子情境7:对讲机

工作任务:

制作一个基于单片机的键值显示呼叫器。

知识目标:

1.掌握矩阵式键盘的工作原理与接口连接;

2.掌握C语言开关语句switch   case的使用;

3.掌握单片机矩阵键盘接口的程序设计方法。  

技能训练目标:

1.熟悉数码管的原理与接口;

2.熟练使用C语言开关语句switch   case

3.熟悉单片机矩阵键盘接口的程序设计方法。

6

学习情境4

安防报警

子情境8:报警器

工作任务:

制作一个单片机控制的报警产生器。

知识目标:

1.理解中断的基本概念;

2.理解MCS51中断系统的结构和特点;

3.学会使用中断方式对外部事件中断进行处理。

技能训练目标:

1.学会中断服务程序的编制方法;

2.熟悉中断系统的处理过程和使用方法。

6

子情境9:定时器

工作任务:

设计基于单片机的测速表。

知识目标:

1.定时器的结构;

2.定时/计数的区别;

3.定时器结合中断处理程序的应用。

技能训练目标:

1. 了解霍尔传感器的使用方法;

2.熟练使用定时/计数器T0T1

3.结合中断的方式,灵活应用T0T1

6

学习情境5

环境监测与控制

子情境10:烟雾检测报警器

工作任务:

完成检测环境中的烟雾浓度,并具有报警功能。

知识目标:

1. 了解并使用MQ-2烟雾传感器;

2. 了解常用A/D转换的原理、技术指标;

3. 掌握常用A/D转换芯片的使用方法;

4. 掌握A/D转换结束后的三种数据传送方法;

技能训练目标:

1.熟练掌握常用A/D转换芯片与单片机的接口方法;

2.学会对A/D转换程序设计方法;

4

子情境11:调速水泵

工作任务:

设计采用单片机控制的水泵调速系统。

知识目标:

1.了解PWM调速原理;

2.了解常用D/A转换的原理、技术指标;

3.掌握常用D/A转换芯片的使用方法;

4.掌握DAC器件的三种工作方式。

技能训练目标:

1.熟练掌握常用D/A转换芯片与单片机的接口方法;

2.学会对D/A转换程序设计方法;

4

学习情境6

无线遥控器

技能目标:

1)能够根据用户要求进行整体方案设计,并优化;

2)能够针对相应的方案进行电路设计,并在实训开发系统上实现;

3)能够对整体方案中的工作任务进行功能分析;

4)能够根据功能分析找出相应算法,并绘制程序流程图;

5)能够使用指令系统,根据流程图编写程序;

6)能够使用相应的工具对所编写的程序进行调试;

7)学会对串行口进行初始化;

8)学会计算串行口的通信波特率;

9)学会用查询和中断方法实现串行口通信;

相关知识:

串口通信、单片机串口通信的使用、串行口控制字的设置。

职业素质:

养成学生知识建构的习惯,培养学生可持续发展的能力。

4

合计


64


三、实施建议

1、教学条件

1)软硬件条件

校内实训室主要完成单片机课程技能训练、C语言编程训练、单片机应用能力训练。单片机应用能力训练通过任务式大作业完成,大量采用大学生电子设计竞赛项目,着力培养学生实际工作能力。单片机应用实训装置配置情况如下:

1)硬件实验实训平台:单片机实训开发系统40套,配套PC40台;

2)课题组开发的单片机综合实训平台40套;电路采用模块化设计,电路新颖实用、工程性强、内容丰富,与课程标准紧密结合,除完成基本实训外,加上选配的扩展板可完成步进电机、液晶显示、点阵块显示、语言控制、日历时钟、GPS等复杂系统的实训和各种应用控制类应用。

3)软件平台:Keil uVision4软件、虚拟仿真软件proteus等。

4)供学生自选实验、电子竞赛及毕业设计等实训专用电子器件及仪器若干。

5)单片机实训工作室

表:单片机实训工作室主要设施清单


类别

名称

1

元器件

单片机、IC、阻容元件(表贴)、光电器件、接插件等

2

焊接工具

电烙铁、热风焊台、拆焊台、吸锡器

3

常规工具

镊子、斜口钳、放大镜、IC起拔器等

4

测量仪器

万用表、示波器

5

其他器材

开发板、稳压电源 、继电器、小型电机、传感器、各种接口电缆(RS-232USB)、ISP下载线

2)师资条件

主讲教师能综合运用各种教法设计课程,掌握新技术,具有较强的专业能力新知识,有丰富的行业经验,具有相关职业资格证书和教师资格证书;辅助教师具有较强的职业技能,接受一定的专业教育培训,具有本科学历,有较丰富的企业一线工作经验。

2、教学方法

1)实施项目教学,教学做一体

6个学习情境,12个子情境,全部以项目带动技能训练、知识学习和职业素质的养成。课程共计96学时。通过对项目分析、设计与实现的过程讲解,使学生边学边做、边做边学,教学做一体,将抽象的知识实物化,激发学生学习兴趣,培养学生学习能力。

2)奠定可持续发展基础

6个学习情境,12个能力递进的项目,带动相关知识学习,既培养学生的技能,又为学生可持续发展奠定基础。

3)贯穿职业素质养成

把握课程的教学特点和企业的职业要求,注重学生职业素质培养和习惯养成。

4)激发创新潜能

适于个性化教育的训练项目、创新项目、竞赛项目、参考案例,易于调动学生学习兴趣,激发创新潜能。

针对不同的学习情境,选用不同特点的教学方法,教师从知识传授者的角色转为学习过程的组织者、咨询者和指导者,最终将学习的压力传达到学生身上,使教学过程向学生自觉的学习过程转化。建议采用教学方法如下:

1)启发引导

以教师为主,启发引导学生对技能、知识和职业素质的理解,在教师引导下边学边做,边做边学,体会项目设计的精髓。

2)学生为主

训练项目是以学生独立操作为主,教师加以辅导。培养学生独立思考、独立操作能力。

3)分组讨论

将所有学生按照学习基础、能力特点分成自主学习小组,教师定期安排学习项目,小组同学在组长的带领下通过讨论、收集资料等完成作品;学生也可以在组长的带领下,自主寻找学习题目、研讨、交流与分享

4)案例分析

选取典型的单片机应用产品,从用户需求分析、硬件电路设计与制作、软件设计与调试、系统调试、验收等,提供完整工作过程。

5)企业参观

课程教师带领学生到合作紧密的企业参观考察单片机在企业的实际应用等。

3、教学评价

考核方案过程性考核与综合性考核相结合的方式。过程性考核注重学习过程,课程学习每个情境的完成情况作为成绩评定的主要方面,综合性考核(课程设计)考查学生对单片机技术的综合运用能力,强调学生的创新意识,对使用了新技术、新器件的综合项目,成绩评定将给予加分。最终成绩由以下形式组成:过程性考核70%+综合性考核30%,其中每个项目独立考核,最后按比例折算,详细的考核与评价体系表如表1

1  课程考核与评价体系表


考核项目

评价标准

平时表现10%

考勤5%

出勤情况

平时表现5%

工作态度1%

是否端正认真、积极主动

专业素质3%

是否具备一定的专业素质

团队协作1%

是否具备良好的团队精神和协作意识

知识点考核(笔试)20%

是否熟练掌握相关知识

项目考核70%

项目考核评分标准见表二

                          表2   项目考核评价标准


考核项目

考核内容

技术要求

评分

标准

总体设计

①任务分析

②方案设计

③软件和硬件功能划分

①任务明确(5分);

②方案设计合理、有新意(10分);

③软件和硬件功能划分合理(5分);

20

硬件设计

①片内器件分配;

②电路原理图设计;

③电路板制作;

①片内器件分配正确、合理(5分);

②电路原理图设计正确(10分);

③电路板制作:布线正确、整齐、合理(5分);

20

软件设计

①算法和数据结构设计;

②流程图设计;

③编程;

①算法和数据结构设计正确、合理(5分);

②流程图设计正确、简明;(5分);

③编程正确、有新意(10分);

20

系统仿真与调试

①调试顺序;

②错误排除;

③调试结果;

①调试顺序正确(5分);

②能熟练排除错误(10分);

③调试后运行正确(5分);

20

实训报告

①书写;

②内容;

③图形绘制;

④结果分析

①书写规范整齐(5分);

②内容翔实具体(5分);

③图形绘制正确、完整、全面(5分);

④能正确分析实验结构(5分);

20

合计



100

四、教材与使用建议

推荐教材:《单片机应用技术》重庆大学出版社  刘小平 冉涌 钟其明 2018.6

标准(大纲)制定者:大数据学院

                执笔人:刘小平





考评标准


考核方案过程性考核与综合性考核相结合的方式。过程性考核注重学习过程,课程学习每个情境的完成情况作为成绩评定的主要方面,综合性考核(课程设计)考查学生对单片机技术的综合运用能力,强调学生的创新意识,对使用了新技术、新器件的综合项目,成绩评定将给予加分。最终成绩由以下形式组成:过程性考核70%+综合性考核30%,其中每个项目独立考核,最后按比例折算,详细的考核与评价体系表如表1

1 课程考核与评价体系表

考核项目

评价标准

平时表现10%

考勤5%

出勤情况

平时表现5%

工作态度1%

是否端正认真、积极主动

专业素质3%

是否具备一定的专业素质

团队协作1%

是否具备良好的团队精神和协作意识

知识点考核(笔试)20%

是否熟练掌握相关知识

项目考核70%

项目考核评分标准见表二

考核项目

考核内容

技术要求

评分

标准

总体设计

①任务分析

②方案设计

③软件和硬件功能划分

①任务明确(5分);

②方案设计合理、有新意(10分);

③软件和硬件功能划分合理(5分);

20

硬件设计

①片内器件分配;

②电路原理图设计;

③电路板制作;

①片内器件分配正确、合理(5分);

②电路原理图设计正确(10分);

③电路板制作:布线正确、整齐、合理(5分);

20

软件设计

①算法和数据结构设计;

②流程图设计;

③编程;

①算法和数据结构设计正确、合理(5分);

②流程图设计正确、简明;(5分);

③编程正确、有新意(10分);

20

系统仿真与调试

①调试顺序;

②错误排除;

③调试结果;

①调试顺序正确(5分);

②能熟练排除错误(10分);

③调试后运行正确(5分);

20

实训报告

①书写;

②内容;

③图形绘制;

④结果分析

①书写规范整齐(5分);

②内容翔实具体(5分);

③图形绘制正确、完整、全面(5分);

④能正确分析实验结构(5分);

20

合计



100



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