一、课程简介
单片机与嵌入式系统是工科电子类专业的一门重要专业基础课，本课程的主要任务是使学生掌握当前通用单片机以及主流嵌入式微处理器的硬件结构、指令系统和汇编及C51语言程序设计，在此基础上重点掌握单片机的扩展及接口应用。学会归纳总结，以及通过与8086的区别全面理解当前通用单片机的特点。通过本课程的学习，可以培养学生分析问题和解决问题的能力、探索和创新精神、科学思维能力、掌握科学研究方法，为以后深入学习电子技术某些领域中的内容，以及为电子技术在专业中的应用打好基础，具有其它课程不能替代的重要作用。
本课程侧重典型性和实用性，以应用为目的和出发点，使学生逐步进入微控制器的应用领域，为在测控领域和智能化仪器仪表中实际使用多种微控制器奠定基础。
本课程于第七学期开设，为必修考试课。总学时为78学时，3.5学分，其中理论48学时，实验30学时。
二、课程目标
（一）基本理论知识
1.掌握几种地址指针PC、DPTR、SP的功能、运用；掌握当前通用单片机的存储器配置、堆栈定义、生成方式和运用操作；掌握当前通用单片机的寻址方式及各种寻址方式可用的存贮空间。了解当前通用单片机的CPU的结构。
2.掌握当前通用单片机的特殊功能寄存器及其用法，掌握当前通用单片机的引脚功能，尤其注意引脚复用的特点。了解当前通用单片机的工作寄存器的分区结构及选择方法；了解 当前通用 单片机的振荡电路，以及一般工作时序概念。
3.掌握当前通用单片机的复位条件、复位电路和复位状态；掌握 当前通用 单片机的 PSW 各位的定义；掌握当前通用单片机指令系统，学会基本的编程方法。学会简单的单片机应用程序的设计方法。
4.掌握当前通用单片机的并行I/O的结构特点，及控制接口操作两类指令的用法；掌握当前通用单片机的定时器/计数器的可编程结构及其应用方法；掌握当前通用单片机的中断系统及其应用；掌握当前通用单片机的串行口的可编程结构、工作方式、相关的专用寄存器以及了解各种方式下的应用方法。了解当前通用单片机的扩展总线的形成，基本工作时序。
5.掌握当前通用单片机的程序贮存器的扩展，数据贮存器的扩展；掌握 当前通用单片机的简单I/O口的扩展方法。了解用可编程接口芯片8155的扩展I/O口的方法，主要掌握基本I/O工作方式下的编程应用。
6.掌握12位ADC与当前通用单片机接口的方法；掌握DAC0832与当前通用单片机接口的方法；掌握各种波型信号发生器的设计：锯齿波、三角波、梯形波、任意波形。了解较简单的单片机应用系统的设计方法。
7. 掌握当前常用嵌入式微处理器的硬件结构、指令系统；学会基本的编程方法和简单的应用程序设计方法。
（二）基本技能
在《单片机与嵌入式系统》课程中，以MCS-51中的一种型号为参考，对单片机基本结构、指令系统进行汇编或C51程序设计、调试、运行实验，加深单片机与嵌入式系统的理解，掌握单片机程序设计方法。掌握一种嵌入式微处理器的结构、指令系统和程序设计方法。
（三）基本素质
培养拥护党的路线、方针、政策，且有理想、有道德、有文化、有纪律适应社会需求的工程技术人才；培养学生具有严谨的、实事求是的科学作风；培养学生能够独立获取知识、分析问题、解决问题和科学思维的能力。
三、学时分配
单元 |
名称 |
理论学时 |
实验学时 |
1 |
绪论 |
3 |
|
2 |
MCS-51单片机硬件结构 |
3 |
|
3 |
MCS-51的指令系统 |
6 |
|
4 |
MCS-51程序设计 |
6 |
6 |
5 |
MCS-51的功能单元 |
3 |
9 |
6 |
MCS-51的外部接口设计 |
15 |
12 |
7 |
嵌入式微处理器硬件结构 |
6 |
3 |
8 |
嵌入式微处理器指令系统 |
3 |
|
9 |
嵌入式微处理器程序设计 |
3 |
|
合计 |
48 |
30 |
四、理论教学目标与内容
绪论
目标
了解单片机的基本概念
内容
一般介绍单片机的概念，发展史，常用单片机机型，应用领域，发展趋势。
MCS-51单片机的硬件结构
目标
1.掌握 MCS-51系列单片机的CPU，存储器结构。
2.熟悉 4个并行I/O口的特点，时钟，复位电路。
3.了解 MCS-51单片机的各个引脚作用及单片机工作时序。
内容
1.重点阐述 单片机内部存储器结构，CPU的组成、程序状态字PSW的各位定义。
2.详细了解 4个并行I/O口从使用角度的异同点，时钟，复位电路。
3.一般介绍 MCS-51单片机的各个引脚及其功能，4个并行I/O口的内部结构，单片机的指令时序。
MCS-51的指令系统
目标
掌握 MCS-51 单片机的各类指令。
内容
重点阐述 MCS-51单片机的寻址方式，各类指令的格式及其对PSW各位的影响，各种指令包括数据传送类指令、算术操作类指令、逻辑操作类指令、程序转移类指令、位操作类指令等。
MCS-51的程序设计
目标
1.掌握 MCS-51系列单片机的查表程序、延时程序的设计。
2.熟悉 MCS-51系列单片机的子程序、分支程序、循环程序的设计的要点。
3了解 汇编语言程序、单片机C语言程序的特点，码制转换程序的设计。
内容
1.重点阐述 查表程序所用的指令，延时程序的时间计算方法及编程方法。
2.详细了解 子程序、分支程序、循环程序的设计步骤、用到的关键指令，关键字查找，极值程序的编写。
3.一般介绍 汇编语言、单片机C语言语句的种类和格式，程序设计步骤，码制转换程序的设计。
MCS-51的功能单元
目标
1.掌握 （1）MCS-51单片机定时器/计数器的工作方式、所使用的寄存器；（2）中断系统的中断源、优先级、所使用的寄存器；（3）MCS-51单片机串行口的工作方式、所使用的寄存器
2.熟悉 三个基本功能单元的简单编程。
3.了解 定时器/计数器、串行口的内部结构，中断的内部结构、中断响应时间及撤销方法。
内容
1.重点阐述 （1）定时器/计数器的4种工作方式，定时初值的计算及相关的寄存器；（2）中断系统的中断源及其优先级、所使用的寄存器；（3）MCS-51单片机串行口的4工作方式、波特率的计算。
2.详细了解 （1）定时器/计数器的工作方式、初值的设置、定时器/计数器的启动；（2）中断的响应条件及中断服务程序的编写；（3）MCS-51单片机串行口的工作方式、波特率的设置。
3.一般介绍 （1）定时器/计数器的内部结构，定时器/计数器对输入信号的要求；（2）中断的内部结构、中断响应时间、撤销方法及多外部中断源的设计方法；（3）串行口的内部结构及多机通信。
MCS-51的外部接口设计
目标
1.掌握 键盘、显示、A/D和D/A的接口原理及常用芯片的使用。
2.熟悉 MCS-51系列单片机的外部存储器并行扩展和串行扩展方法，键盘、显示、A/D和D/A的串行接口设计。
3.了解 一些较常用的外部存储器芯片、IO接口芯片，液晶和微打接口设计。
内容
1.重点阐述 （1）MCS-51单片机的LED段码显示原理及设计方法；（2）独立和矩阵键盘的设计方法；（3）D/A和A/D接口原理、技术指标，常用D/A芯片 DAC0832的使用，A/D芯片ADC0809的使用。
2.详细了解 （1）程序存储器、数据存储器以及输入/输出口的扩展的地址空间及控制引脚和指令语句；（2）串行口实现键盘/显示接口，A/D和D/A的串行接口方法。
3.一般介绍 （1）27512、6264外部存储芯片，8255、8155外部扩展IO芯片；（2）8279键盘显示芯片，液晶显示器和微型打印机接口；（3）D/A芯片DAC1230,A/D芯片AD574,双积分A/D，V/F接口设计。
嵌入式ARM微处理器的体系结构
目标
1.掌握 ARM处理器的工作模式、寄存器、存储器结构。
2.熟悉 ARM处理器体系结构、ARM处理器内核。
3.了解 ARM处理器的异常和中断。
内容
1.重点阐述 ARM处理器编程模式、内部寄存器组织、存储器和存储器映射IO。
2.详细了解 ARM处理器体系结构特点、ARM7TDMI的模块和内部框图。
3.一般介绍 其它ARM处理器核、ARM的异常和中断。
嵌入式微处理器的指令系统
目标
1. 掌握 ARM的寻址方式、ARM指令系统。
2. 熟悉 Thumb指令系统。
3. 了解 ARM指令系统的特点
内容
重点阐述 常用嵌入式微处理器的寻址方式，各类指令的格式及其对PSW各位的影响，各种指令包括分支指令、数据处理类指令、加载和存储、协处理器和杂项算。
嵌入式微处理器的程序设计
目标
1.掌握 嵌入式C语言设计和简单的GPIO编程。
2.熟悉 汇编语言程序设计。
3了解 汇编语言程序和C语言程序混合编程。
内容
1.重点阐述 嵌入式系统的程序设计方法、GPIO的配置和编程。
2.详细了解 PLL时钟和GPIO配置寄存器的使用及编程方法。
3.一般介绍 汇编语言和C语言语句的混合编程。
五、实验教学目标与内容
P1口实验（认识性实验，3学时）
目标
1.掌握 （1）利用微机实验系统进行程序调试、运行的方法；（2）P1口的使用；（3）软件延时的设计方法。
内容
1.利用P1口输出，控制LED循环点亮。
2.P1口低半字节输入、高半字节输出。完成按键对灯的控制功能。
阵列式键盘（综合性实验，3学时）
目标
掌握 键盘和显示的硬件接口方法和软件编程方法。
内容
1.按键的情况用二极管显示。
2.把按下键的键值显示在实验箱上的段码LED显示单元。
ADC0809模数转换实验（综合性实验，3学时）
目标
掌握 （1）A/D模数转换芯片与单片机的接口方法；（2）常用芯片ADC0809的典型应用。
内容
对变阻器的模拟电压进行AD转换，把结果显示在显示模块，改变变阻器的值，观察显示结果的变化。
DAC0832数模转换 （设计性实验，3学时）
目标
1.掌握 DAC0832软硬件使用方法。
2.熟悉 使用Proteus仿真软件开发单片机应用系统的流程。
内容
1.用DAC0832产生方波，在示波器上观察波形。
2.Proteus仿真成功，再在实验箱实现。
中断实验 （设计性实验，3学时）
目标
1.掌握 外部中断技术的基本使用方法。
2.熟悉 中断处理程序的编程方法。
内容
利用外部中断实现LED显示，先用Proteus仿真成功，再在实验箱实现。
计数器实验（设计性实验，3学时）
目标
1.掌握 80C51内部定时器/计数器使用方法。
2.熟悉 计数器各种工作方式的用法。
内容
对外部单次脉冲通过定时器T0计数，先在Proteus仿真成功，再在实验箱实现。
LED点阵显示实验（设计性实验，3学时）
目标
1.了解 8×8点阵显示的工作原理。
内容
在试验箱点阵显示模块上显示点阵图形，先在Proteus仿真成功，再在实验箱实现。
嵌入式微处理器程序设计（设计性实验，9学时）
目标
1.掌握 （1）实际嵌入式系统设计、调试的方法；（2）血压采集系统；（3）电压值和采集值的转算。
内容
1.利用ADC0809采集血压数据。
2.把采集的数据转换为压力值并显示。
ARM嵌入式系统程序设计（综合性实验，6学时）
目标
1.掌握 （1）以ARM微处理器进行程序调试、运行的方法；（2）IO的编程和配置方法。
内容
1.编程实现发光二极管LED1和LED2轮流点亮和熄灭。
2.完成按键对灯的控制功能。
六、措施和评价
（一）措施
1.以教学目标的要求和教学大纲来指导教学的各个环节（包括备课、授课、实验、考试等），教师应根据教学目标的要求进行教学活动。
2.适当组织课堂讨论，逐步开展专题讲座，充分应用投影仪、幻灯机、计算机辅助教学(CAI)等电化教学手段，以利于开拓学生的视野，激发学生的学习兴趣。
3.适当采用学生分组讨论和讲授教师总结的方式。
4.加强课外辅导，指定参考资料，注意培养同学的自学能力、独立思考和独立解决问题的能力及科学思维能力。
5.定期召开学生座谈会，师生交流教学信息，根据反馈情况，进一步改进教学工作，努力提高教学质量。
（二）评价
1.授课质量评价按教务处制定的“教师教学质量评价表”，由督导组、同行、学生和教研室予以评定。
2.采用形成性评价方式，注重学生的平时学习效果的检查。
3.学生成绩评价依据教学大纲和理论课考试权值分配进行期末理论考试；期末实验考核以操作为主，结合问卷，并参考平时实验操作和实验报告，进行综合评价。学科满分100分，理论成绩、平时和实验成绩分别占50％、20%和30％。
【注】
1.本课程的先修课程《微机原理与接口技术》、《电子技术》。
2.本课程使用的教材和主要参考书
教材：《单片机原理及应用》 张毅刚主编 高等教育出版社
主要参考书：
《单片机中级教程》 张俊谟主编 北京航空航天大学出版社
《单片机原理及应用》 蒋廷彪主编 重庆大学出版社
《MCS-51系列单片机原理及应用》 江太辉主编 华南理工大学出版社
《ARM嵌入式系统基础教程》 周立功主编 北京航空航天大学出版社
《嵌入式系统设计原理及应用》 符意德主编 清华大学出版社
编写 李振新 高凤梅
审校 秦鑫
