2024年1月15日发(作者：)
单片机原理与应用课程设计教学大纲
（Course Exercise of Principle and Application of Microcontroller）
一、课程概况
课程代码：2301127
学分：2
学时：2周
先修课程：传感器原理与应用、电子技术、信号与系统、单片机原理与应用、控制工程基础。
适用专业：测控技术与仪器
适用年级：2019级
使用教材：禹定臣，李白燕。单片机原理及应用案例教程。北京：电子工业出版社，2017.3。
课程归口：光电工程学院
课程性质：本课程是测控技术与仪器专业的集中实践性环节课程。
二、课程目标
目标1：明确课程设计的任务要求，包括设计内容和具体指标；能够根据单片机测控系统设计的基本步骤，在充分考虑安全、法律法规和行业标准基础上，通过查阅资料，在比较元件参数及性价比等多种因素的基础上，确定设计方案，并进行可行性分析。（支撑毕业要求3-1：能够根据用户需求或任务要求，确定设计目标，明确设计内容和设计指标。能够考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等制约因素，分析和识别单元或子系统中的参数影响，提出满足设计目标的设计方案，并进行可行性分析。）
目标2：能够根据总设计任务要求，通过理论分析、模拟仿真等进行模块分解、单元设计、汇总调试，完成符合特定功能、性能、成本等需求的单片机系统设计。（支撑毕业要求3-2：能够针对特定需求，通过理论计算、建模仿真等进行元器件参数选择、工艺需求分析和功能分析，完成单元（部件）或子系统的设计。）
目标3：能够运用单片机相关软件工具，进行具体对象的电子作品的研究、设计和制作，对硬件、软件方案的最优化策略进行分析，综合比较仿真结果与实118
物效果的差异，并得出有效结论。（支撑毕业要求5-3：能够运用适当的现代工程工具进行仿真，对自动检测和现代质量管理领域复杂工程问题进行模拟分析与预测，并能够理解其局限性。）
目标4:能够将设计分析过程中涉及的复杂工程问题，与教师、同学进行有效地沟通和交流；能撰写语句通顺、行文规范、逻辑正确的课程设计说明书；能根据设计工作准确表达自己的观点，回应教师的质疑，做到有理有据，体现较强的表达能力。（支撑毕业要求10-1:能够就自动检测和现代质量管理领域的复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括陈述发言、设计文稿和撰写报告等方式，准确表达自己的观点，回应质疑，理解与业界同行和社会公众交流的差异性。）
课程目标与毕业要求指标点的对应关系如表1所示。
表1 课程目标与毕业要求指标点的对应关系
毕业要求观测点
毕业要求3-1
课程目标
目标1
√
目标2
√
目标3
√
目标4
毕业要求3-2
毕业要求5-3
毕业要求10-1 √
三、课程内容及要求
（一）设计具体内容和要求
要求利用单片机作为控制核心，设计具有一定功能的电子仪器或者检测装置，涉及内容包括但不限于：开关或按键选用、发光管显示、数码管静态或动态显示、LCD液晶显示、A/D模拟信号测量、D/A控制、信号运放、温度传感器、时钟电路、存储器等器件进行不同的搭配组合，由教师要求学生在指定条件下，根据不同控制指标、功能等选择一个面向“自动检测领域”方面的单片机应用系统的设计题目，并完成作品制作。
（二）设计总体要求
教师布置具有一定难度的设计题目，学生根据单片机原理及应用教学内容和实验室条件，在指定（或限定）平台条件下，利用所学的知识完成设计任务。在设计过程中，要求学生养成良好的习惯，学会独立思考、分析实际问题，并能利用所学的知识解决问题。
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根据题目任务的具体要求，提出以下总体要求：
1.要充分认识课程设计对培养实践创新能力的重要性，认真做好课程设计前的各项准备工作。课程设计期间，要严格遵守学校的纪律和规章制度，无故缺席按旷课处理，缺席时间达四分之一以上者，其成绩以不及格计。
2.既要虚心接受老师的指导，又要充分发挥主观能动性。结合题目任务，独立思考，努力钻研，树立工程实践意识和严肃认真的科学态度、严谨求实的工作作风。
3.必须按时、保质保量质地完成课程设计规定的各项任务，不得弄虚作假，不准抄袭他人内容，否则成绩以不及格计。
4.能独立查阅资料，提出具体的设计方案，并进行可行性分析。
5.课程设计结束后，每位学生要求演示各自的作品（仿真、实物），提交单片机使用说明书及课程设计说明书。设计说明书要体现各自任务，重点体现设计部分内容的制作过程。若出现提交的设计报告内容雷同，或报告内容与任务要求不一致的，视为无效设计，成绩以不及格计。
（三）教学内容与课程目标的对应关系及学时分配
本课程设计时间为2周（10天），教学内容与课程目标的对应关系及建议时间分配如表2所示。
表2 教学内容与课程目标的对应关系及学时分配表
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
教学内容
下达任务，收集资料，消化课题要求、进行方案论证
系统总体方案设计，列出元器件清单
软件设计及仿真调试
硬件设计和制作
硬件测试、形成中期报告
作品测试和功能优化
撰写设计报告
作品演示、答辩
支撑的课程目标
支撑的毕业要求指标点
时间分配/天
目标1 3-1 0.5
目标1、2 3-1、3-2 0.5
目标2、3 3-2、5-3 2
目标2、3 3-2、5-3 1
目标2、3 3-2、5-3 2
目标2、3、4 3-2、5-3、10-1 1
目标1、2、3、3-1、3-2、5-3、1
4 10-1
目标4 10-1 1
合计 10
四、课程实施
（一）教学方法与教学手段
1.鼓励学生根据培养计划和教学大纲中设计内容的相关要求，自选课题，课120
题以企业工程项目为背景，强调实践、动手能力，注重作品质量、效果。
2.在设计教室实时辅导，可插入数次多媒体讲座，并对软件仿真、硬件焊接、系统测试等重要环节集中验收。
3.采用答辩、作品演示、课程设计报告等多种形式相结合的考核方法，引导学生按时、保质保量地完成设计任务。
4.指导学生如何进行项目研发前期资料的收集和后期如何完成设计报告的写作，设计报告应注重具体设计过程、相关计算、调试等细节方面内容的描述，体现报告的深度、广度及对社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素的考虑。
（二）课程实施与保障
课程主要教学环节及其质量要求如表3所示。
表3 课程主要教学环节和质量要求表
质量要求
根据学校要求及专业人才培养方案制定详实可行的设计计划，设计计划1.实践计划
在设计开始前发放给学生。
指导教师由实践经验丰富、对实习内容熟悉的讲师及以上职称的教师担准备2.指导老师
任，具备扎实的理论基础知识和丰富的实践经验；指导教师在设计任务前熟悉实验大纲，对所需的相关设备进行检查，确认其完备可用。
阶段
3.选用教材 采用应用性强，实践指导性强，且符合教学大纲要求的教材和指导书。
4.组织管理 进行课程设计要求讲解和安全教育，同组中每位学生都有明确的要求。
1.计划执行 设计进度及设计质量等符合教学大纲的要求。
2.过程指导 按要求对每个学生予以指导。
实施阶段
3.学生管理
严格进行考勤和平时考核，认真记录学生工作情况；对迟到、早退和无故缺勤等违纪情况及时处理。
主要教学环节
4.教学检查 学院有计划地开展实验督导检查，并及时反馈检查情况。
1.设计报告 结束后，及时按要求提交作品和设计报告。
总结根据考核内容及要求对每位学生设计情况进行考核，合理评价，并按照2.实践考核
考核
学校有关规定登记成绩。
3.总结归档 及时总结交流经验与体会，按要求做好材料归档。
五、课程考核
（一）考核资料要求
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1. 单片机设计中期报告1份。包括课题名称、系统总体方案、软件模块划分、主要模块流程图、硬件框图与元器件选择等部分。
2. 课程设计说明书1份。包含课程设计说明书目录、系统工作原理、系统设计过程、Proteus仿真调试结果及分析、硬件调试结果及分析、课程设计小结与体会等部分。
3.答辩记录1份。包含答辩过程中提问的问题与答题情况。
（二）成绩评定要求
本课程设计成绩分优、良、中、及格和不及格五个档次。
课程设计考核方式：采用中期考核（由单片机设计中期报告给出）、作品成绩、答辩、设计说明书成绩相结合的形式。课程总评成绩=中期考核成绩×20% +作品成绩×30%+答辩成绩×20%+课程设计说明书成绩×30%。
本部分内容考核中，中期考核成绩对应各课程目标的比例分别为：目标1占50%、目标2占50%；作品成绩对应各课程目标的比例分别为：目标2占50%、目标3占50%；课程设计说明书成绩对应各课程目标的比例分别为：目标1占20%、目标2占20%、目标3占20%、目标4占40%；答辩成绩对应各课程目标的比例分别为：目标1占10%、目标2占10%、目标3占10%、目标4占70%。
（三）成绩评定标准
1.中期考核成绩评定标准
（1）90分及以上：能够有效、有序完成课程设计过程中的各项任务，协调能力和协作精神强；能严格遵守课程设计纪律和要求，在课程设计过程中能够表现出科学严谨的工作作风和诚信守则的工程职业道德规范。对课程设计的任务要求非常清楚；能够根据设计内容和具体指标，结合单片机系统设计的一般方法和基本步骤，独立提出合理的设计方案，能正确选择元器件。
（2）80～89分：能够有效完成课程设计各项任务，协调能力和协作精神较强；能遵守课程设计纪律和要求，在课程设计过程中能够表现出良好的工作作风和工程职业道德规范。对课程设计的任务要求较为清楚；能够根据设计内容和具体指标，结合单片机系统设计的一般原理和基本步骤，独立提出较为合理的设计方案，能较为正确地选择元器件。
（3）70～79分：能够有序完成课程设计过程中的各项任务，体现出一定的协调能力和协作精神；能遵守课程设计纪律和要求，在课程设计过程中能够表现122
良好的工作作风和一定的工程职业道德规范。对课程设计的任务要求较为清楚；能够根据设计内容和具体指标，结合单片机系统设计的一般原理和基本步骤，在教师指导或者同学帮助下提出设计方案，能基本正确地选择元器件。
（4）60～69分：能够完成课程设计过程中的各项任务，协调能力和协作精神一般；能够遵守课程设计纪律和要求，工作作风一般，工程职业道德规范体现不够充分。对课程设计的任务要求理解不是十分清楚；在教师多次指导或者同学帮助下，基本能够根据设计内容和具体指标，结合单片机系统设计的一般原理和基本步骤，提出设计方案，方案基本合理，元器件选择有个别地方不够正确。
（5）低于60分：课程设计全过程不服从指挥，协调能力和协作精神较差；不遵守纪律，作态度不端正，工程职业道德规范较差。对课程设计的任务要求不清楚；在教师多次指导或者同学帮助下，仍然不能提出合理的设计方案，元器件选择正确性较差。
2.作品成绩评定标准
（1）90分及以上：功能模块划分清晰，元件布局与布线合理，仿真结果正确，实物焊接整体有足够的机械强度且表面清洁美观，实物能完成课题规定功能。
（2）80～89分：功能模块划分较为清晰，元件布局与布线较为合理，仿真结果正确，焊接成品基本正常工作，可通过调试完成课题规定功能。
（3）70～79分：能够在教师指导或者同学帮助下对系统进行功能划分，仿真结果正确，能完成实物的焊接，实物能完成课题部分功能。
（4）60～69分：能在教师指导或者同学帮助下对系统进行功能划分，仿真结果基本正确，能完成实物的焊接，实物未能完成课题功能。
（5）低于60分：在教师多次指导或同学帮助下，对系统进行功能划分，但仿真结果不正确，无法完成实物的焊接。
3.课程设计说明书报告成绩评定标准
（1）90分及以上：在经过中期考核与后期指导、设计的过程后，对课程设计的任务要求非常清楚；能够根据设计内容和具体指标，结合单片机系统设计的一般方法和基本步骤，独立提出合理的设计方案，能正确选择元器件，能熟练地利用软件绘制硬件电路图和软件流程图，对作品进行测试、修改、优化。课程设计说明书撰写格式规范，语句通顺，图表清晰。
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（2）80～89分：在经过中期考核与后期指导、设计的过程后，对课程设计的任务要求较为清楚；能够根据设计内容和具体指标，结合单片机系统设计的一般原理和基本步骤，独立提出较为合理的设计方案，能较为正确地选择元器件，能较为熟练地利用软件绘制硬件电路图和软件流程图，对作品进行测试、修改、优化。课程设计说明书撰写格式较规范，语句较通顺，图表较清晰。
（3）70～79分：在经过中期考核与后期指导、设计的过程后，对课程设计的任务要求较为清楚；能够根据设计内容和具体指标，结合单片机系统设计的一般原理和基本步骤，在教师指导或者同学帮助下提出设计方案，能基本正确地选择元器件，能在指导下利用软件绘制硬件电路图和软件流程图，对作品进行测试、修改、优化。课程设计说明书撰写格式基本规范，语句基本通顺，图表基本清晰。
（4）60～69分：在经过中期考核与后期指导、设计的过程后，对课程设计的任务要求理解不是十分清楚；在教师多次指导或者同学帮助下，基本能够根据设计内容和具体指标，结合单片机系统设计的一般原理和基本步骤，提出设计方案，方案基本合理，元器件选择有个别地方不够正确，硬件电路图和软件流程图的正确性有待进一步完善，作品的测试、修改、优化能力有待提高。设计说明书报告撰写格式不够规范，个别地方语句不通顺，图表不够清晰。
（5）低于60分：在经过中期考核与后期指导、设计的过程后，对课程设计的任务要求不清楚；在教师多次指导或者同学帮助下，仍然不能提出合理的设计方案，元器件选择正确性较差，硬件电路图和软件流程图明显不合理，不能对作品进行测试、修改、优化。课程设计说明书撰写格式不规范，语句不通顺，图表不清晰。
4.答辩成绩评定标准
（1）90分及以上：阐述设计过程时思路非常清晰、重点突出、表达准确，回答问题时简明扼要、条理清晰，所回答内容与问题相符。
（2）80～89分：阐述设计过程时思路较为清晰、能突出重点、表达较为准确，回答问题时较为简明扼要、条理清晰，所回答内容与问题较为相符。
（3）70～79分：阐述设计过程时思路较为清晰、能知道重点、表达较为准确，回答问题时流利通畅，所回答内容与问题较为相符。
（4）60～69分：能够阐述设计过程，表达基本准确，在提示下能够回答问题，且所回答内容与问题基本相符。
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（5）低于60分：不能阐述设计过程，在多次提示下仍然不能回答问题，或所回答内容与问题不符。
（三）课程目标考核说明
为能够证明学生本课程考核成绩合格，即可达到课程目标的要求，制定《课程目标考核方案一览表》，如表4所示。课程目标的计算办法按照《电气与光电工程学院课程目标达成情况评价实施办法》执行。
表4 课程目标考核方案一览表
课程支撑的毕业要求
考核原始材料（说明：试卷、作业、实验报课程目标 考核内容 考核形式 告、技术报告、过程记录、实习总结等，纸质或电子稿）
设计说明书（纸质）、设计方案合理性和可行性，设计说明书、中单片机设计中期报告目标1
、答辩记录元器件选择的合理性 期考核、答辩
（纸质）（纸质）
设计说明书（纸质）、功能划分的合理性，设计计设计说明书、作单片机设计中期报告算的正确性，电路连接的规、答辩记录品、中期考核、（纸质）目标2
范性，对所需软件操作的熟（纸质）、作品情况答辩
练程度，软硬件联调的能力
（电子）
设计说明书（纸质）、电子作品的完成度，硬件、设计说明书、作答辩记录（纸质）、作目标3
软件方案的持续优化能力，品、答辩
品情况（电子）
设计结果的分析能力
设计过程中的工作态度，与老师、同学沟通和交流；设设计说明书、答设计说明书（纸质）、计说明书撰写的规范性和目标4
辩 答辩记录（纸质）
全面性；回答问题的正确性和流利性
3-1
3-2
5-3
10-1
六、有关说明
（一）持续改进
本教学环节根据学生在课程设计期间的平时表现、计算正确性和设计规范性考核、设计说明书和陈述答辩等情况，及时对课程设计中的不足之处进行改进，并在下一轮教学中整改完善，确保相应毕业要求指标点的达成。
（二）参考书目及学习资料
1张刚毅. 单片机原理及接口技术（C51编程）. 北京：人民邮电出版社，2015.11
2. 唐颖. 单片机综合设计实例与实验. 北京：电子工业出版社, 2015.2
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