一、基本信息
1、课程中文名称：单片机原理与应用
2、课程英文名称：Microcontroller Theory and Applications
3、课程编号：031309
4、课程类别：专业基础课
5、课程性质：必修课
6、适用层次：汉族本科
7、适用专业：农业电气化与自动化
8、开课学期：5
9、学时：总学时64（理论课学时50，实验课学时14）
10、学分：4
二、课程教育目标
《单片机原理与应用》是电类专业的一门必修专业基础课，是一门面向应用的、具有很强的实践性与综
合性的课程。本课程是以MCS-51单片机为例介绍单片微型计算机的工作原理，通过学习，使学生获得微
机原理的有关知识和在相应专业领域内应用单片计算机的初步能力。让学生学习和掌握单片机的系统结
构、指令系统、程序设计方法、系统扩展方法、接口应用技术和发展现状。1、知识要求：通过该课程
学习，使学生掌握单片机的功能结构和工作原理、寻址方式、指令系统、汇编语言程序设计、单片机系
统的扩展、接口技术。2、素质要求：通过该课程学习，培养学生的工程观念和规范意识，使学生建立
起完整的单片机应用系统的概念；培养学生质量第一的思想；鼓励学生勤奋学习，要有创新意识；培养
学生严谨的工作作风。3、能力要求：通过该课程学习，使学生能够设计简单的单片机应用系统，能够
编写系统控制程序。为今后其他课程的学习，及以后从事相关工作或科研打下坚实的基础。
三、教学内容与要求
（一）理论课教学内容与要求
第一章 微型计算机基础知识
教学内容：
单片机概念；单片机的发展；微型计算机的组成及工作过程；数制转换与信息编码；数据的表示；单片
机的特点及应用。
教学要求：
1.掌握微机系统的三个层次。
2.了解微机的硬件系统，微机的结构和工作过程。
3.掌握常见数制转换与信息编码，数据的表示方法。
4.了解单片机的概念、特点、发展及应用领域。
教学重点：
1.微处理器、微型计算机和微型计算机系统的关系。
2.进制转换与信息编码。
3.微型计算机的组成和工作原理。
教学难点：
1.信息编码。
2.微型计算机的工作过程。
第二章 MCS-51系列单片机的硬件结构
教学内容：
基本型MCS-51系列单片机的内部结构，引脚功能；存储器的配置，堆栈操作；MCU时钟电路和时序操作
；并行输入、输出端口电路结构特点。
教学要求：
1.掌握MCS-51系列单片机的内部结构和各功能部件。
2.熟练掌握各引脚功能，特别是控制引脚的作用。
3.掌握单片机中存储器的配置，堆栈的应用。
4.掌握单片机时钟的作用和时钟信号的产生，掌握机器周期、震荡器周期和指令周期的计算。
5.掌握复位电路和单片机的低功耗工作方式。
6.掌握四个8位并行输入/输出端口的结构特点和应用。
教学重点：
1.MCS－51单片机的内部组成及信号引脚功能。
2.MCS－51单片机内部存储器的配置。
3.并行输入/输出端口的结构特点和第二功能应用。
教学难点：
1.单片机的内部结构。
2.对于片内外数据存储器和程序存储器的访问方式的不同。
3.并行输入/输出端口的第二功能。
第三章 指令系统和汇编程序设计
教学内容：
寻址方式；指令格式及常用符号；数据传送指令；算术运算类指令；逻辑运算类指令；控制转移类指令
；位操作类指令；伪指令；汇编语言程序设计。
教学要求：
1.掌握指令格式和操作，指令对标志位的影响。
2.了解三类操作数，八种寻址方式。
3.熟练掌握各类指令的功能和使用方法。
4.掌握常见的伪指令的使用。
5.掌握汇编语言程序的基本格式和常见的汇编程序结构设计方法。
教学重点：
1.寻址方式。
2.指令功能和应用。
3.伪指令的应用。
4.顺序结构、选择结构和循环结构的程序设计方法。
教学难点：
1.寄存器间接寻址、相对寻址、变址寻址。
2.查表指令、堆栈操作指令和控制程序转移类指令。
3.伪指令。
4.汇编程序设计。
第四章 C51语言程序设计
教学内容：
C51编程语言；C51程序的编辑和编译；C51程序设计。
教学要求：
1.掌握C51编程语言。
2.掌握C51程序的设计。
3.了解C51程序的优化。
教学重点：
1.C51编程语言的函数使用和汇编程序接口。
2.C51程序的优化。
教学难点：
C51编程语言的函数调用和绝对地址访问。
第五章 单片机的中断系统
教学内容：
数据传输的三种方式；中断概念；单片机系统内的中断结构和中断源；中断的响应及中断处理流程；中
断系统的应用。
教学要求：
1.数据传送的三种方式。
2.掌握中断的概念，MCS-51单片机中断系统的结构，中断源，中断特殊功能寄存器。 
3.掌握中断响应处理过程及中断绝应用。
4.理解中断向量。
教学重点：
1.中断响应及中断处理过程。
2.中断特殊功能寄存器的设置。
教学难点：
中断技术的应用。
第六章 单片机定时器/计数器
教学内容：
单片机定时器/计数器的结构及工作原理；定时器/计数器的工作方式；相关寄存器的定义和设置；定时
器/计数器应用举例。
教学要求：
1.掌握单片机定时器的结构和工作原理。
2.理解定时/计数器的各种工作方式和定时计数能力。
3.掌握单片机定时/计数器的应用及程序编写，定时器/计数控制寄存器的设置。
教学重点：
1.定时/计数器的功能、控制寄存器及定时器的各种方式。
2.定时/计数器的应用。
教学难点：
1.定时器/计数器工作方式的特点。
2.定时/计数器的编程应用。
第七章 串行接口
教学内容：
计算机串行通信基础；MCS-51单片机的串行接口；单片机与PC机串行通信；双机通信。
教学要求：
1.掌握串行通信的基本概念，了解串行通信与并行通信的区别与特点，掌握同步，异步通信的特点及数
据帧的格式及波特率；掌握单工，半双工，全双工通信和调制解调的含义。
2.掌握MCS-51单片机的全双工串行通信接口特点。
3.掌握MCS-51单片机串行通信接口的工作方式和波特率的计算。
4.掌握相关控制寄存器的设置。
5.掌握EIA RS-232C接口的特点及常用引脚。
教学重点：
1.串行通信基本概念。
2.MCS-51单片机全双工串行通信接口工作方式1的编程应用。
教学难点：
1.MCS-51单片机全双工串行通信接口工作方式1的编程应用。
2.波特率计算。
第八章 单片机系统扩展
教学内容：
MCS-51单片机的应用系统（最小系统）；串行扩展总线；程序存储器的扩展；数据存储器的扩展。
教学要求：
1.理解单片机最小系统。
2.熟悉常见的串行扩展总线。
3.掌握数据存储器的扩展方法。
4.掌握程序存储器的扩展方法。
教学重点：
1.用单片机I/O口模拟串行扩展总线，如SPI总线、IIC总线。
2.数据存储器的扩展。
教学难点：
1.单片机I/O口模拟串行扩展总线的应用。
2.数据存储器扩展容量的接口设计方法。
第九章 典型的外围接口技术
教学内容：
人机接口技术；A/D转换及接口技术；D/A转换及接口技术；开关量接口。
教学要求：
1.掌握数字LED静态显示、动态显示不同方式下的电路设计工作原理及显示程序设计。
2.掌握独立式按键、行列式键盘的电路设计、工作原理、与单片机的接口及键输入程序的设计，LCD显
示器接口及显示程序原理。
3.掌握A/D转换原理及接口技术。
4.掌握D/A转换原理及接口技术。
5.了解见开关量接口的应用。
教学重点：
1.数字LED静态显示、动态显示不同方式下的电路设计工作原理及显示程序设计。
2.A/D、D/A转换接口技术的应用。
教学难点：
A/D、D/A转换接口的应用。
第十章 单片机应用程序的开发
教学内容：
1.系统扩展(含所涉及常用芯片引脚及使用)。
2.定时器/计数器、串行口和布尔处理机的应用。
3.硬件电路设计；应用软件设计；应用系统开发步骤；实例开发。
教学要求：
1.掌握：单片机应用系统的特点、单片机开发系统组成、特点、功能和使用。
2.了解：单片机的典型应用系统的组成特点和设计方法。
3.熟练掌握定时器/计数器的应用。
4.掌握程序存储器、数据存储器、I/O口扩展的硬件连接方法和布尔处理机、串行口的应用。
教学重点：
综合接口电路的设计与控制程序设计。
（二）实践（包括实验、实习等）课教学内容与要求
1.实验教学要求
课程系统地介绍了单片机的组成、工作原理、指令系统、定时器计数器、中断、输入输出接口、A/D、
D/A的使用方法及其应用、显示器和键盘、并行口、串行口以及单片机接口设计等。
2.课程实验目的与要求
掌握单片机的工作原理、基本结构、片内外设、汇编语言、C语言程序设计、开发环境及其使用方法、
单片机实际应用系统的开发等。培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力；培养学生综合运用所
学知识分析处理工程实际问题的能力，提高学生工程素质；培养学生的思维能力、自学能力、实践能力
和创新能力。
3.实验项目及学时分配
序号	实验项目名称	   计划学时	   实验类型	   备注
1	认识实验	       2	  验证性实验	
2	P1口输入/输出实验      2	  验证性实验	
3	继电器控制实验	       2	  验证性实验	
4	外部中断实验	       2	  验证性实验	
5	定时器定时实验	       2	  验证性实验	
6	串行口实验（一）       2	  验证性实验	
7	串行口实验（二）       3	  综合性实验	
8	数码显示实验	       2	  验证性实验	
9	D/A转换实验	       3	  综合性实验	
10	电子时钟实验	       3	  验证性实验	
11	交通灯	               3	  设计性实验	
12	步进电机控制	       3	  综合性实验	
13	温度控制器	       3	  综合性实验	
以上实验选做7-8个。
四、学时分配
章节	主要内容	               各个教学环节学时分配	       备注
		              理论    实验   习题   讨论   其它   小计	
第一章	微型计算机基础知识	3				   3	
第二章	MCS-51单片机的硬件结构	6				   6	
第三章	指令系统和汇编程序设计	8	2			  10	
第四章	C51语言程序设计		4	2			   6	
第五章	单片机的中断系统	5	2			   7	
第六章	单片机定时器/计数器	5	2			   7	
第七章	串行接口		5	2			   7	
第八章	单片机系统扩展		5	2			   7	
第九章	典型的外围接口技术	5	2			   7	
第十章	单片机应用程序的开发	4				   4	
	        合计	       50	14			  64	
五、作业、练习的安排与要求
1、课内练习的教学安排、内容与学时安排。
根据课程内容与学时分配，各分章节后安排适量作业与习题讨论分析，主要巩固所讲知识要点，扩展学
生知识面，加深课堂教学效果。
2、学生课外作业的内容、目的、形式（论文、设计、调查、课后习题、阅读书目）、要求等。
主要以课后习题为主，辅助以搜集芯片资料，设计接口电路等，适当扩充知识内容，并要求学习
PROTEUS仿真软件，及时巩固所学知识点
六、相关联的课程
1.先修课程
计算机文化基础、电路分析、模拟电路、数字电路、C语言程序设计、汇编语言程序设计。
2.后续课程
自动控制原理、毕业设计。
七、教材与教学参考书
1.建议教材：
[1] 单片机原理及接口技术，李朝青主编，北京：北京航空航天大学出版社，2004年出版，第3版。
[2] 单片机与应用设计，张毅刚、彭喜元编著，北京：电子工业出版社，2008年4月，第1版。
[3] 新编单片机原理及应用，汪贵平、李登峰等编著，北京：机械工业出版社，2010年7月，第1版。
2.建议参考书目：
[1] 单片机原理与工程应用,杨居义编著，北京：清华大学出版社 , 2009年3月，第1版。
[2] 单片机接口C语言开发技术，龚运新、罗惠敏、彭建军编著，北京：清华大学出版社，2009年2月，
第1版。
[3] 单片机原理与控制技术，653工程指定教材编委会编，北京：中国电力出版社，2009年3月，第1版
。
[4] 单片机设计与开发，全国电子专业人才考试教材编委会编，北京：科学出版社,2009,第1版。
[5] 51单片机应用开发速查手册指令、模块、实例，王守中、赵朋朋、索世文编著，北京：人民邮电出
版社，2009年4月。
[6] 单片机原理实用教程——基于Proteus虚拟仿真，徐爱钧编著，北京：电子工业出版社，2011年3月
，第2版。
八、考核
1、考核方式：笔试、闭卷。
2、成绩评定：课程考核成绩由平时成绩、实验测试成绩和课程考试成绩综合评定。其中平时成绩占10%
；实验测试成绩占20%；课程考试成绩占70%。