單片機原理與接口技術（Micro-controllerPrincipleandInterfaceTechnology）課程基本信息課程編號：04021507h課程總學時：48實驗學時：8課程性質：必修課程屬性:專業類開設學期：第6學期適用專業：電子信息工程；核心對先修的要求：電路、模擬電子技術、數字電子技術、C語言程序設計對后續的支撐：畢業實習、畢業設計一、課程的教學理念、性質、目標和任務《單片機原理與接口技術》是高等學校電類專業的一門理論與實踐緊密結合的專業基礎課，是本校電子信息工程專業學生的專業核心課程，具有較強的實踐性和工程性，對培養學生實踐能力和創新能力起重要作用。通過課程學習，能使學生掌握嵌入式系統的基本概念，了解嵌入式系統的技術發展和開發流程；初步掌握Cortex-M3內核STM32單片機的內核結構、總線結構、存儲結構、中斷和時鐘樹等基本知識；了解STM32單片機的寄存器、標準外設庫、HAL庫三種開發模式，學會使用基于STM32CubeMX的HAL庫開發平臺的搭建，掌握單片機的C語言程序設計方法和調試方法；初步掌握STM32單片機的GPIO、EXTI、定時器、USART和ADC等外設的基本結構、工作原理，熟悉用HAL庫接口函數對外設編程；初步具備單片機應用系統設計的能力，為后續的專業課程學習、生產實習、課程設計和畢業設計，為今后單片機實際應用系統設計奠定牢固的專業基礎。二、課程目標及對畢業要求指標點的支撐序號課程目標支撐畢業要求指標點畢業要求1能解釋嵌入式系統相關概念和專業術語；能根據Cortex-M3內核STM32單片機的內核結構、總線結構、存儲結構、中斷和時鐘樹等結構特點分析單片機的工作原理和單片機最小系統電路。會根據不同應用需求進行資源配置，對STM32進行選型，為實際工程的提供單片機系統配置解決方案。指標點1.312會利用STM32單片機的通用輸入/輸出（GPIO）、外部中斷（EXTI）、定時器（TIM）、串口（USART）和模數轉換（ADC）等外設的基本功能和各外設的HAL庫接口函數，完成常用的按鍵、LED驅動、中斷、定時器應用、串口通信和模擬信號轉換等接口電路設計和編程，解決實際工程應用問題。指標點2.323會使用STM32CubeMX開發平臺和HAL庫開發編程模式設置初始化系統參數，能應用C語言來描述和實現簡單的控制算法，建立單片機應用系統的整體概念，初步具備單片機應用系統軟硬件開發的初步能力。指標點3.234能夠正確選用實驗設備中的功能模塊，搭建硬件平臺，設計合理、可行的實驗方案，編寫相應軟件程序，并通過軟硬件調試獲取實驗結果，培育認識和發現問題的能力和解決工程問題的能力。指標點4.24三、教學內容及進度安排（一）理論教學序號教學內容學生學習預期成果課內學時教學方式支撐課程目標1第一章單片機概述1.1單片機的技術發展和開發流程；1.2嵌入式系統的有關概念和術語熟悉單片機的發展過程；理解單片機開發的流程；掌握單片機的相關術語和概念2講授目標12第二章ARMCortex-M3內核和STM32單片機2.1ARM體系結構，Cortex-M3內核；2.2STM32單片機的內核結構、總線結構、存儲結構、中斷和時鐘樹等基本知識；2.3STM32最小系統電路組成理解Cortex-M3內核構成；理解STM32總線結構、存儲器映射、中斷和時鐘樹等基本知識；掌握STM32最小系統電路組成4講授目標13第三章STM32單片機開發環境與嵌入式C語言寄存器、標準外設庫和HAL庫三種開發模式；標準外設庫開發過程及工程模板生成；HAL庫的STM32CubeMX開發平臺及工程模板生成；常用的嵌入式C語言會使用STM32CubeMX開發平臺及工程模板生成;會用MDK5編譯、調試、下載程序4講授、實驗目標34第四章通用輸入/輸出（GPIO）口STM32F103GPIO引腳工作模式；GPIO的HAL庫接口函數；STM32CubeMX設置GPIO參數的方法；GPIO應用于按鍵、LED等人機接口電路的軟件編程會配置GPIO端口工作方式；會用GPIO端口的接口函數讀寫外部設備的信息6講授目標25第五章中斷系統單片機中斷概念、中斷機制、中斷允許和優先級控制；HAL庫接口函數會配置EXTI中斷模式；會用EXTI接口函數編寫中斷回調函數6講授目標26第六章串口通信USART模塊結構和編程模式；USART的HAL庫接口函數；STM32CubeMX設置USART參數的方法；USART收發編程思想會配置串口工作模式；會用串行通信接口函數編寫收發信息和中斷回調函數6講授目標47第七章定時器TIM主要功能和工作原理；TIM的HAL庫接口函數；STM32CubeMX設置TIM參數的方法；TIM編程思想會用定時器的四種功能的配置；掌握PWM的使用6講授目標48第八章ADCSTM32ADC內部結構、工作原理和轉換過程；ADC的通道選擇；ADC的HAL庫接口函數；STM32CubeMX設置ADC參數的方法掌握ADC模式的配置；會ADC中斷、查詢、DMA三種編程模式。6講授、實驗目標3實驗教學序號實驗名稱學時實驗教學內容學習要求支撐課程目標1I/O口應用2開發軟件的基本操作；初始化GPIO口；編程控制單片機控制I/O口驅動LED發光二極管。1.熟悉MDK5、STM32CubeMX開發軟件的基本操作；2.掌握單片機如何初始化GPIO口；3.熟悉HAL庫有關GPIO口的接口函數，利用接口函數驅動LED的程序編寫。課程目標32外部中斷2單片機初始化IO中斷；中斷函數程序編寫。1.熟悉單片機中斷的執行過程；2.掌握單片機如何初始化IO口線中斷；3.熟悉STM32CubeMX中的中斷配置，4.掌握利用HAL庫中斷回調函數程序編寫中斷服務子程序。課程目標33定時器的運用2定時器的結構、初始化編程；定時器的計數模式的使用及編程；1.熟悉單片機定時器的工作模式；2.掌握單片機如何初始化配置定時器；3.熟悉STM32CubeMX中的PWM配置4.掌握利用HAL庫中定時器函數。課程目標44串口通信2單片機串口通信工作方式；單片機串串口通信和ADC的配置。串口通信的初始化編程以及收發程序的編寫。1.了解單片機串口和A/D轉換的工作原理；2.熟悉STM32CubeMX中的串口通信和ADC的配置。3.掌握利用HAL庫ADC和串口接口函數編寫應用程序。課程目標4四、課程思政培養學生科技強國、歐美技術封鎖、愛國情懷。通過單片機概念的介紹及應用案例，使同學們了解單片機技術在國民經濟中的重要地位。對比國內外硬件技術的發展歷程，看到我們的差距和肩負的歷史使命。結合現實美國對我國芯片技術的封鎖，激發同學們學習熱情和愛國情懷。例如：（1）Intel公司的8051單片機被世界許多廠商作為基核，先后推出多種兼容機型，是國內外公認的標準體系結構。Mortorola、Intel、ATMEL、TI、三菱、日立、飛利浦、LG等公司開發一大批性能優越的單片機，極大推動單片機的應用，目前占據移動端主導的嵌入式微處理器代表性產品為ARM系列。中國科技工作者任重道遠。（2）在單片機和嵌入式系統應用方面，我國擁有最全面和最廣闊的制造和應用市場，比如消費類電子、5G通訊、電動汽車已處于世界領先地位。使同學們對科技興國深有體會，鼓勵同學們學習科技工作者的愛國精神、奉獻精神，為國家建設、民族振興刻苦學習。五、教材及參考資料1.選用教材：（1）理論課教材：《嵌入式系統基礎與實踐--基于ARMCortex-M3內核的STM32微控制器》，劉黎明編著，電子工業出版社，2020年，ISBN:9787121390890（2）實驗課教材：STM32單片機原理與應用實驗教程，游志宇編著，清華大學出版社，2022年.ISBN：9787302606574（3）實習指導書：STM32F1xx單片機實驗指導，自編，2018年.2.參考書：（1）嵌入式單片機STM32理及應用．張淑清編著．機械工業出版社,2019年.ISBN：9787111633525（2）STM32單片機原理與應用．向培素編著．清華大學出版社,2022年.ISBN：9787302604259（3）STM32單片機理及應用--基于Proteus的虛擬仿真.馮占榮編著．華中科技大學出版社,2022年.ISBN：97875680715053.推薦網站（線上資源）：（1）stm32中文官網，/（2）STM32技術社區，/tech/s/k/STM32（3）中國大學MOOC:STM32嵌入式系統,浙江大學六、教學條件電腦、KeilMDK5，STM32CubeMX，STM32F103硬石開發板七、課程考核、考核方式及成績評定序號課程目標（支撐畢業要求指標點）考核內容評價依據及成績比例(%)成績比例(%)作業課堂表現實驗考試1目標1：（支撐畢業要求指標點1.3）概念：單片機相關術語；嵌入式系統相關概念；Cortex-M3內核特點，STM32單片機的內核結構、總線結構、存儲結構、中斷和時鐘樹等結構特點分析單片機的工作原理和單片機最小系統電路42014202目標2：（支撐畢業要求指標點2.3）STM32單片機的通用輸入/輸出（GPIO）、外部中斷（EXTI）、定時器（TIM）、串口（USART）和模數轉換（ADC）等外設的基本功能和各外設的HAL庫接口函數84028403目標3：（支撐畢業要求指標點3.2）STM32CubeMX開發平臺的使用；HAL庫開發編程模式設置初始化系統參數；嵌入式C42410204目標4：（支撐畢業要求指標點4.2）GPIO端口、外部中斷、串口通信、定時器、AD轉換的等功能模塊的應用，硬件和軟件程序設計和調試及結果分析。426820合計20101060100（1）作業評分標準成績課程目標優秀（90-100分）良好（80-89分）中等（70-79分）及格（60-69分）不及格（<60分）課程目標1（4%）按時完成作業，書寫規范工整；準確解釋嵌入式系統相關概念和單片機的內部資源。完整畫出最小系統電路。按時完成作業，書寫工整；正確解釋嵌入式系統相關概念和單片機的內部資源。較完整畫出最小系統電路。按時完成作業，書寫較工整；基本能解釋嵌入式系統概念和單片機的內部資源。能畫出最小系統電路。。按時完成作業，書寫潦草；能部分解釋嵌入式系統相關概念和單片機的內部資源。基本能畫出最小系統電路。不按時完成作業，書寫潦草；不能正確解釋嵌入式系統相關概念和單片機的內部資源。不能畫出最小系統電路。課程目標2（8%）按時完成作業，書寫規范工整；熟練掌握按鍵、LED、中斷、定時器、串口和ADC等接口電路設計和編程按時完成作業，書寫工整；掌握按鍵、LED、中斷、定時器、串口和ADC等接口電路設計和編程按時完成作業，書寫較工整；基本掌握按鍵、LED、中斷、定時器、串口和ADC等接口電路設計和編程。按時完成作業，書寫潦草；基本正確運用按鍵、LED、中斷、定時器、串口和ADC等接口電路設計和編程不按時完成作業，書寫潦草；圖。不能正確應用按鍵、LED、中斷、定時器、串口和ADC等接口電路設計和編程課程目標3（4%）按時上交，書寫規范工整；熟練使用開發軟件和C語言實現控制算法。按時上交，書寫工整；正確使用開發軟件和C語言實現控制算法。按時上交，書寫較工整；基本正確使用C語言開發軟件和語言實現控制算法。按時上交，書寫潦草；使用開發軟件和C語言實現簡單的控制算法。不按時上交書寫潦草；不能正確使用開發軟件和C語言實現簡單的控制算法。課程目標4（4%）按時上交，書寫規范工整；運用所學理論知識，正確設計合理、可行的實驗方案按時上交，書寫工整；運用所學理論知識和公式正確，較完整設計合理、可行的實驗方案按時上交，書寫較工整；運用所學理論知識，基本完整設計合理、可行的實驗方案按時上交，書寫潦草；運用所學理論知識能設計較合理、可行的實驗方案。不按時上交書寫潦草；運用所學理論知識不能設計較合理、可行的實驗方案。每次作業按百分制評分，以所有作業的平均成績計入總成績。（2）課堂表現評分標準課程目標考核內容評分標準90-100分80-89分70-79分60-69分<60分課程目標1（2%）考核學生預習、復習、課堂參與情況。遵守課堂紀律，積極參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于90%；或能回答老師提出的問題，準確率大于90%遵守課堂紀律，認真參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于80%；或能回答老師提出的問題，準確率大于80%；遵守課堂紀律，上課狀態一般，能回答老師提出的問題，準確率大于70%。遵守課堂紀律，上課狀態一般，能回答老師提出的問題，準確率大于60%。遵守課堂紀律，但不能正常參與課堂教學活動，不能回答老師提出的問題。課程目標2（4%）考核學生預習、復習、課堂參與情況。遵守課堂紀律，積極參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于90%；或能回答老師提出的問題，準確率大于90%遵守課堂紀律，認真參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于80%；或能回答老師提出的問題，準確率大于80%；遵守課堂紀律，上課狀態一般，能回答老師提出的問題，準確率大于70%。遵守課堂紀律，上課狀態一般，能回答老師提出的問題，準確率大于60%。遵守課堂紀律，但不能正常參與課堂教學活動，不能回答老師提出的問題。課程目標3（2%）考核學生預習、復習、課堂參與情況。遵守課堂紀律，積極參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于90%；或能回答老師提出的問題，準確率大于90%遵守課堂紀律，認真參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于80%；或能回答老師提出的問題，準確率大于80%；遵守課堂紀律，上課狀態一般，能回答老師提出的問題，準確率大于70%。遵守課堂紀律，上課狀態一般，能回答老師提出的問題，準確率大于60%。遵守課堂紀律，但不能正常參與課堂教學活動，不能回答老師提出的問題。課程目標4（2%）考核學生預習、復習、課堂參與情況。遵守課堂紀律，積極參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于90%；或能回答老師提出的問題，準確率大于90%遵守課堂紀律，認真參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于80%；或能回答老師提出的問題，準確率大于80%；遵守課堂紀律，上課狀態一般，能回答老師提出的問題，準確率大于70%。遵守課堂紀律，上課狀態一般，能回答老師提出的問題，準確率大于60%。遵守課堂紀律，但不能正常參與課堂教學活動，不能回答老師提出的問題。（3）實驗環節考核與評價標準成績課程目標優秀（90-100分）良好（80-89分）中等（70-79分）及格（60-69分）不及格（<60分）課程目標3（4%）實驗態度端正；實驗操作規范、實驗結果正確；考核中能準確地回答全部問題；實驗報告撰寫規范、整潔、全面。實驗態度端正；實驗操作規范、實驗結果正確；考核中能基本準確地回答全部問題；實驗報告撰寫規范整潔。實驗態度端正；實驗操作基本規范，實驗結果正確；考核中能準確地回答主要問題；實驗報告撰寫基本規范。實驗態度較端正；實驗操作基本規范，實驗結果基本正確；考核中能準確地回答部分問題；實驗報告撰寫基本規范。實驗態度不端正；無法獨立完成實驗操作，實驗結果不正確；考核中不能準確地回答主要問題；實驗報告書寫不規范。課程目標4（6%）實驗態度端正；實驗操作規范、實驗結果正確；考核中能準確地回答全部問題；實驗報告撰寫規范、整潔、全面。實驗態度端正；實驗操作規范、實驗結果正確；考核中能基本準確地回答全部問題；實驗報告撰寫規范整潔。實驗態度端正；實驗操作基本規范，實驗結果正確；考核中能準確地回答主要問題；實驗報告撰寫基本規范。實驗態度較端正；實驗操作基本規范，實驗結果基本正確；考核中能準確地回答部分問題；實驗報告撰寫基本規范。實驗態度不端正；無法獨立完成實驗操作，實驗結果不正確；考核中不能準確地回答主要問題；實驗報告書寫不規范。（4）期末考核與評分標準課程目標考核內容評分標準90-100分80-89分70-79分60-69分<60分課程目標1（14%）1.單片機的發展歷程和應用場合。2.單片機的相關概念和術語3.單片機內部資源4.單片機最小系統準確描述單片機的發展歷程和應用場合；熟練記憶單片機的相關概念和術語；熟記單片機內部資源；熟練掌握單片機最小系統。較完整描述單片機的發展歷程和應用場合；完整記憶單片機的相關概念和術語、單片機內部資源；掌握單片機最小系統。能夠完整描述單片機的發展歷程和應用場合；完整記憶單片機的相關概念和術語、單片機內部資源；基本掌握單片機最小系統。基本能描述單片機的發展歷程和應用場合；基本掌握單片機的相關概念和術語、單片機內部資源；基本掌握單片機最小系統。不能完整描述單片機的發展歷程和應用場合；不能掌握單片機的相關概念和術語、單片機內部資源；不能掌握單片機最小系統。課程目標2（28%）1.單片機的IO端口、外部中斷、定時器/計數器、串口和模數轉換等外設的基本結構、接口電路設計和編程熟練掌握單片機的IO端口、外部中斷、定時器/計數器、串口和模數轉換等外設的基本結構、接口電路設計和編程。掌握單片機的IO端口、外部中斷、定時器/計數器、串口和模數轉換等外設的基本結構、接口電路設計和編程。基本掌握單片機的IO端口、外部中