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教学大纲
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课程编号：（06310660）
学 分：3
学 时：45（讲课学时：30；实验学时：15）
先修课程：计算机组成原理、程序设计
适用专业：计算机科学与技术及相近专业
教 材：SoC单片机原理与应用（第3版·微课视频版），鲍可进等，清华大学出版社，2023.
开课学院：计算机科学与通信工程学院
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课程目标
“单片机原理及应用”课程是计算机科学与技术的专业必修课程、相近专业的专业选修课程。在学习了计算机技术的软硬件基础课程后的一个应用性较强的课程，学生通过本课程的学习能了解单片机的基本原理及应用系统的设计方法，通过实验的训练，具备单片机应用系统设计的基本能力。课程的具体目标如下：
（一） 知识方面
1.1了解C8051F系列单片机的原理及单片机发展和应用的现状；
1.2理解单片机的基本结构、指令系统、节电模式、复位机制、中断系统；
1.3 掌握汇编语言、C51编程语言、C8051F单片机的片内资源的编程方法；
1.4 掌握开发应用及实验设备等方面的基本的知识。
（二） 能力与素质方面
2.1 能够使用软件工具对单片机的资源进行初始化；
2.2 能够熟练使用一种单片机的程序开发工具；
2.3 能够运用编程语言对单片机的接口进行编程，实现数字量及模拟量的输入输出；
2.4 掌握单片机软硬件的基本设计方法，为解决工程应用问题提出设计方案；
2.5 逐步培养学生的综合设计能力。
2
课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系
本课程支持的毕业要求指标点如下：
指标点3.4：具备借助文献研究对计算机领域复杂工程问题进行识别、表达、建模与求解，以获得有效结论的能力。
指标点4.1：能够遵循计算机系统开发和工程化的基本要求，针对复杂工程问题，给出解决方案，并具有创新意识。
指标点6.4: 能够基于计算机科学与技术原理并采用科学方法对计算机科学与技术领域复杂工程问题进行研究，制定实验方案。
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课程的基本内容及要求
第一章 概述
（一） 教学内容与教学方法
1. 本课程的性质、学习方法、目的、任务；（讲授）
2. 介绍单片机发展历史；（讲授）
3. 介绍典型的8位单片机产品；（讲授）
4. 介绍单片机应用及发展趋势。（讲授）
（二） 知识、能力与素质等方面的基本要求
1.了解课程的性质，了解单片机发展的历史。
2.了解典型的8位单片机产品及单片机应用和发展趋势。
（三）重点与难点
1.重点
单片机应用和发展趋势。
2.难点
对单片机应用的认识。
第二章 单片机的基本结构与工作原理
（一） 教学内容与教学方法
1.介绍C8051F单片机的总体结构；（讲授）
2.讲解单片机的定时、复位、时钟电路及指令系统；（讲授）
3.C8051F单片机的存储器组织结构；（讲授）
4.C8051F单片机中断系统、端口输入/输出的配置；（讲授+软件演示）
5.电源管理方式及复位系统。（讲授）
（二） 知识、能力与素质等方面的基本要求
1. 了解C8051F单片机的总体结构及单片机的执行指令相关的机理；
2. 掌握C8051F单片机中断系统、电源管理方式的原理；
3．具有运用工具软件对端口输入/输出配置的能力。
（三）重点与难点
1.重点
C8051F单片机的存储器组织结构；
C8051F单片机中断系统、端口输入/输出的配置。
2.难点
对C8051F单片机的存储器组织结构的理解。
第三章 51单片机的编程语言
（一） 教学内容与教学方法
1.汇编语言的伪指令、循环程序、子程序的设计；（讲授）
2.汇编语言调用子程序的参数传递方法；（讲授+案例）
3.C51的程序结构、数据类型和长度、C51语言的运算符；（讲授）
4.C51程序流程控制语句、函数。（讲授+自学）
（二） 知识、能力与素质等方面的基本要求
1. 了解C8051F单片机编程语言及编程方法；
2. 掌握单片机的编程技术；
3．具有运用汇编语言或者C51语言对单片机进行应用编程的能力。
（三）重点与难点
1.重点
C8051F单片机编程特点；
C51编程语言在单片机应用中的使用。
2.难点
C51程序流程控制语句、函数的熟练使用。
第四章 C8051F单片机的片内功能部件
（一） 教学内容与教学方法
1. 定时器/计数器、可编程计数器阵列的原理与应用；（讲授+案例）
2. UART通信接口的原理与应用；（讲授+案例）
3. SMBus、SPI总线的原理与应用。（讲授+自学）
（二） 知识、能力与素质等方面的基本要求
1. 了解C8051F单片机片内硬件资源的使用方法；
2. 掌握片内资源的编程步骤；
3．具有针对应用问题对单片机接口进行编程的能力。
（三）重点与难点
1.重点
定时器/计数器编程方法；
UART通信接口的使用。
2.难点
掌握定时器/计数器、可编程计数器阵列的原理与应用。
掌握UART通信接口的原理与应用。
第五章 数/模与模/数转换
（一） 教学内容与教学方法
1.C8051F020模/数转换器的原理及应用；（讲授+案例）
2.掌握C8051F020数/模转换器的原理及应用；（讲授+案例）
3.电压基准及比较器。（讲授+自学）
（二） 知识、能力与素质等方面的基本要求
1. 掌握C8051F单片机片内模/数转、数/模换器的使用方法；
2. 具有针对应用问题对单片机模/数转、数/模换器进行编程的能力。
（三）重点与难点
1.重点
单片机片内模/数转、数/模换器编程方法。
2.难点
C8051F020模/数转换器的原理及应用。
第六章 C8051F系列其他型号芯片介绍
（一） 教学内容与教学方法
C8051F系列芯片其他型号的情况。（讲授+自学）
（二） 知识、能力与素质等方面的基本要求
了解C8051F系列其他单片机型号的特点。
（三）重点与难点
1.重点
C8051F系列单片机的不同型号及特点。
2.难点
无。
第七章 单片机应用系统的研制
（一）教学内容与教学方法
单片机应用系统的开发和调试方法。（讲授+自学）
（二） 知识、能力与素质等方面的基本要求
了解单片机应用系统的设计步骤；
具有单片机应用系统设计的基本能力。
（三）重点与难点
1.重点
单片机应用系统的设计步骤。
2.难点
应用系统的需求分析。
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课程学时分配及对指标点的支持
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考核方式
1. 课程考核方式包括期末考试、平时及作业情况考核和实验情况考核。期末考试采用闭卷笔试（可带规定的参考资料）。
2. 课程成绩=平时考核成绩×15%+实验成绩×15%+期末考试成绩×70%。成绩的具体构成如下：
3.课程达成度计算方法：
（1）令S1=平时成绩15分+实验占比15*对应指标点3.4的比例+期末考试对应3.4的分数*0.7
指标点3.4达成度=(平时成绩*0.15+实验中对应指标点3.4平均分*0.15*对应指标点3.4的比例+考试中对应3.4得分*0.7)/S1
(2)令S2=实验占比15*对应指标点4.1的比例+期末考试对应指标点4.1的分数*0.7
指标点4.1达成度=(实验中对应指标点4.1平均分*0.15*对应指标点4.1的比例+考试中对应4.1得分*0.7)/S2
（3）令S3=实验占比15*对应指标点6.4的比例+期末考试对应指标点6.4的分数*0.7
指标点6.4达成度=(实验中对应指标点6.4平均分*0.15*对应指标点6.4的比例+考试中对应6.4得分*0.7)/S3
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大纲说明
（内容可包括实验内容与基本要求、
习题要求及其他一些必要的说明）
1. 本课程的实验要求见“单片机原理与应用”实验教学大纲。
2. 本课程结束后安排1.5周的课程设计，要求见“单片机原理与应用”课程设计教学大纲。
3. 采用多媒体教学。
4. 每次课后布置一些作业，主要是书中所附的习题与思考题。
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实验大纲
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课程编号：（06310660）
学 分：3
学 时：45 （讲课学时：30 实验学时：15 ）
先修课程：计算机组成原理、程序设计
适用专业：计算机科学与技术及相近专业
教 材：SoC单片机原理与应用（第3版·微课视频版），鲍可进等，清华大学出版社，2023.
开课学院：计算机科学与通信工程学院
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目的与任务
通过实际操作和实验结果的观察和认证，加深学生对所学课程的了解，并能运用已学过的知识进行实验方案的设计，应用先进实验设备让理论变为应用，培养学生的动手能力，提高学生对理论学习的兴趣，发挥出学生潜在的积极性和创造性；通过对实验程序的编写、实验过程的调试、实验结果的观察，培养学生创新思维和编写实验报告的能力，处理一般工程设计技术问题的初步能力及实事求是的科学态度。
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实验教学的基本要求
（1）复习实验相关理论和基础知识，认真写好预习报告；
（2）根据要求编写单片机程序，在设备上调试并获得实验结果；
（3）分析存在的问题及改进的方法。
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实验内容、性质、学时分配及
对毕业要求的支撑
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教学管理模式与注意事项
1． 学生在实验前必须认真复习课程有关内容，预习实验指导书，实验目的明确。实验时态度认真，遵守纪律，注意安全。
2． 指导教师适当提示实验要求、实验设备的结构、性能及注意事项，并检查预习情况。
3． 要求学生了解实验的原理及设备使用方法，逐项记录数据，并完成实验报告。
4． 学生要完成 “必做实验”，鼓励学生利用课外时间完成和单片机相关其他的实验。
写实验报告时，对实验原理的透彻理解，画出主要程序流程图及相关必要的硬件原理图（如有的话），实验结论清楚准确。
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实验成绩的考核与评定方法
1. 指导教师根据每个学生实验预习情况、必做实验完成情况、实验结果的准确性、选做实验的数量和完成情况，以及对实验报告的批改，进行评分，并将成绩记录在册。
2. 实验成绩含各单项实验成绩和实验总评成绩，按百分制的形式给出。
3. 实验不单独算学分，将实验成绩报给任课教师，按教学大纲规定的比例纳入课程的总成绩。
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参考资料
1．SoC单片机原理与应用（第3版·微课视频版），鲍可进等，清华大学出版社，2023.
（第7章）
2．C8051F020/1/2/3混合信号ISP FLASH 微控制器数据手册，新华龙公司译，2002.
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参考书籍
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《SoC单片机原理与应用（第3版·微课视频版）》
ISBN：9787302637257
作者：鲍可进、赵念强、申屠浩、陈向益
定价：69.80元
“十三五”江苏省高等学校重点教材。改版增加物联网内容。配套25小时微课视频、在线作业系统、PPT课件、教学大纲、程序源码。
内容简介
本书以C8051F020为例介绍了SoC型的单片机原理及应用，该系列单片机具有与MCS-51完全兼容的指令内核和丰富的外设接口及片内资源。书中详细叙述了该单片机的基本结构、指令系统及用C51语言对片内资源的编程方法、C8051F系列单片机应用系统的开发方法及实验项目等方面的内容。本书附有习题、实验题、应用实例及程序源码，大部分内容配有微课视频供读者自学，同时提供用于教学的PPT课件。
全书内容自成体系，语言通俗流畅，结构合理紧凑。本书可作为高等院校单片机课程的教材及实验指导书，也可作为相关电子技术人员的参考书。
本书可作为高等院校软件工程、计算机、自动化、机电一体化和信息工程等相关专业的本科生教材，也可作为工程技术人员与科研工作者的参考书籍。
精彩样章
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目录
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第1章 概述
1.1 单片机的发展概况
1.1.1 单片机的发展历史
1.1.2 典型的8位单片机产品
1.2 单片机的应用及发展趋势
1.2.1 单片机的应用
1.2.2 单片机的发展趋势
习题1
第2章 SoC单片机的结构与原理
2.1 C8051F系列单片机总体结构
2.1.1 C8051F系列单片机简介
2.1.2 CIP-51内核
2.1.3 C8051F020单片机的片上资源
2.2 C8051F020存储器组织
2.2.1 程序存储器
2.2.2 内部数据存储器
2.2.3 特殊功能寄存器
2.2.4 位寻址区
2.2.5 外部RAM和片内XRAM
2.3 中断系统
2.3.1 中断概念
2.3.2 C8051F中断系统
2.4 端口输入/输出
2.4.1 优先权交叉开关译码器
2.4.2 端口0~3的I/O初始化
2.4.3 端口4~7
2.4.4 端口特殊功能寄存器
2.4.5 交叉开关引脚分配示例
2.4.6 片上资源配置工具Config的应用
2.5 电源管理方式
2.5.1 空闲方式
2.5.2 停机方式
2.6 复位与时钟
2.6.1 复位源
2.6.2 上电/掉电复位
2.6.3 外部复位
2.6.4 内部复位
2.6.5 系统时钟
习题2
第3章 51单片机编程语言
3.1 单片机的编程语言概述
3.2 CIP-51指令介绍
3.2.1 寻址方式
3.2.2 51指令集
3.3 汇编语言
3.3.1 伪指令
3.3.2 顺序程序设计
3.3.3 分支程序设计
3.3.4 循环程序设计
3.3.5 子程序设计
3.4 C51语言
3.4.1 C51关键字
3.4.2 C51变量定义
3.4.3 C51数据类型
3.4.4 C51指针类型
3.4.5 C51函数定义
3.4.6 C51程序设计的注意事项
习题3
第4章 SoC单片机的片内功能部件
4.1 定时器/计数器
4.1.1 定时器/计数器的一般结构和工作原理
4.1.2 定时器/计数器T0和T1
4.1.3 定时器/计数器T2和T4
4.1.4 定时器T3
4.2 可编程计数器阵列
4.2.1 PCA0交叉开关配置
4.2.2 PCA0的特殊功能寄存器
4.2.3 PCA0定时器/计数器
4.2.4 PCA0捕捉/比较模块
4.2.5 PCA0应用举例
4.3 UART通信接口
4.3.1 串行通信及基础知识
4.3.2 串行接口的组成和特性
4.3.3 串行接口的工作方式
4.3.4 波特率设计
4.3.5 串行口应用编程
4.3.6 多机通信原理及应用
习题4
第5章 模数和数模转换器
5.1 模数转换器
5.1.1 模数转换原理和性能指标
5.1.2 C8051F020的ADC0功能结构
5.1.3 模拟多路选择器和PGA
5.1.4 ADC的工作方式
5.1.5 ADC0可编程窗口检测器
5.1.6 ADC1（8位ADC）
5.1.7 模数转换举例
5.2 数模转换器
5.2.1 数模转换原理及性能指标
5.2.2 C8051F020的DAC功能
5.2.3 DAC 输出更新
5.2.4 DAC 输出定标/调整
5.2.5 数模转换举例
5.3 电压基准
5.4 比较器
习题5
第6章 复杂接口应用
6.1 系统管理总线SMBus
6.1.1 SMBus原理
6.1.2 SMBus协议
6.1.3 SMBus数据传输方式
6.1.4 SMBus特殊功能寄存器
6.1.5 实时时钟芯片S3530A
6.1.6 程序代码
6.2 SPI总线
6.2.1 SPI总线的原理、控制信号及交叉开关配置
6.2.2 SPI特殊功能寄存器
6.2.3 用 SPI 实现串行Flash存储器芯片的读写
6.2.4 程序代码
6.3 液晶显示器接口
6.3.1 并行连接方式
6.3.2 串行连接方式
6.4 GPRS与SMS的应用
6.4.1 设计思路
6.4.2 核心代码
习题6
第7章 SoC的特殊型号芯片介绍
7.1 资源较少配置型C8051F单片机——C8051F30X
7.2 资源较多配置型单片机C8051F5XX
7.3 带无线通信功能的51单片机
7.3.1 CC2530单片机简介
7.3.2 CC2530单片机的芯片封装和外部引脚
7.3.3 CC2530单片机的内部结构
7.3.4 CC2530单片机的应用电路
7.3.5 CC2530应用举例
习题7
第8章 SoC单片机实验介绍
8.1 C8051F020实验系统介绍
8.1.1 C8051F系列单片机开发工具
8.1.2 NMC-20XX核心模块简介
8.1.3 系统实验板
8.2 C8051F系列单片机开发环境
8.2.1 Silicon Laboratories IDE简介
8.2.2 集成开发环境的安装和配置
8.2.3 Silicon Laboratories IDE的软件界面
8.2.4 程序开发的基本操作
8.2.5 JTAG接口及在线编程调试
8.2.6 Silicon Laboratories IDE使用实例
8.3 C8051F系列单片机实验项目
8.3.1 数据传送实验
8.3.2 查表实验
8.3.3 七段码显示与按键实验
8.3.4 定时器和走马灯实验
8.3.5 直流电机测速和控制实验
8.3.6 步进电机控制实验
8.3.7 温度数据采集实验
8.4 Keil μVision2开发环境
8.4.1 在Keil μVision2中集成Silicon的驱动和配置
8.4.2 使用Keil μVision2开发C8051F020单片机项目示例
习题8
附录A CIP-51指令一览表
附录B C8051F020的封装、引脚
附录CC 8051F020的电气参数
参考文献
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