单片机原理及应用_北京化工大学

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单片机原理及应用

开课时间： 2025年02月24日 ~ 2025年06月30日

学时安排： 3-5小时每周

进行至第11周，共19周已有 228 人参加

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课程详情

课程评价(51)

spContent=课程基于STC公司最新推出的国产STC32G系列32位8051单片机和Arm公司的Keil uVision(C251版本)硬件和软件平台，系统介绍了单片机设计导论、单片机硬件开发基础、单片机软件开发基础、数值的表示和转换、处理器内核和空间映射、单片机指令集架构、汇编语言程序设计、C语言程序设计、时钟和复位以及电源管理、定时器与计数器原理和应用、UART原理和应用、ADC原理和应用、PWM原理和应用、DMA原理和应用、USB原理和应用、CAN总线原理和应用。该课程的推出标志着中国大学基于传统MCS-51指令集架构的《单片机原理及应用》课程进入到基于MCS-251指令集架构的32位8051单片机时代。

课程基于STC公司最新推出的国产STC32G系列32位8051单片机和Arm公司的Keil uVision(C251版本)硬件和软件平台，系统介绍了单片机设计导论、单片机硬件开发基础、单片机软件开发基础、数值的表示和转换、处理器内核和空间映射、单片机指令集架构、汇编语言程序设计、C语言程序设计、时钟和复位以及电源管理、定时器与计数器原理和应用、UART原理和应用、ADC原理和应用、PWM原理和应用、DMA原理和应用、USB原理和应用、CAN总线原理和应用。该课程的推出标志着中国大学基于传统MCS-51指令集架构的《单片机原理及应用》课程进入到基于MCS-251指令集架构的32位8051单片机时代。

—— 课程团队

课程概述

1. STC32G系列32位8051单片机与STC前几代的8位8051单片机相比，有哪些优势？

STC最新推出的STC32G系列32位8051单片机基于Intel上世纪末（大约1996年）推出的MCS-251指令集架构（Instruction Set Architecture, ISA）,称为MCS-251 ISA，我们常说的8位8051单片机就是基于MCS-51 ISA。MCS-251 ISA是对MCS-51 ISA的扩展和补充，其指令总数达到268条，100%兼容MCS-51 ISA的全部111条指令。MCS-251指令集提供了对1位、8位、16位和32位数据的直接操作能力。

2. 学习STC32G系列32位8051单片机需要先学习MCS-51的知识吗?

因为STC32G系列32位8051是基于MCS-251 ISA，该ISA是对MCS-51 ISA的扩展和补充，因此课程首先介绍MCS-51 ISA架构涉及到的传统CPU内核和存储器系统的知识，然后再过渡到MCS-251 ISA所涉及到的CPU内核和存储器系统的知识。所以学习了STC32G系列32位8051单片机课程后也就掌握了传统8051单片机的知识。

3. STC32G系列单片机的外设功能有哪些特点？

（1）STC32G系列单片机集成了USB 2.0模块，具备直接USB下载功能，无需再通过外部USB-UART芯片转换电路进行下载。此外，还支持SWD的硬件在线仿真功能。

（2）STC32G系列单片机集成了CAN 2.0A/CAN 2.0B模块，支持CAN总线通信，是汽车电子中不可或缺的总线通信方式。

（3）STC32G系列单片机集成了DMA模块，可实现XDATA存储空间数据的直接搬移，以及XDATA存储空间和片上多个外设之间的数据搬移。

（4）此外，还支持传统的串口通信、定时器、SPI总线、I2C总线等。

4. STC32G系列32位单片机与STC传统的8位8051单片机的兼容性如何？

由于STC32G系列32位8051单片机采用的是MCS-251 ISA，该指令集是对传统MCS-251 ISA的扩展，因此在STC传统8位8051上编写的代码，只需要更换头文件，以及在keil uvision环境下重新编译即可，就可以在STC32G系列32位8051单片机上进行运行。

授课目标

《单片机原理及应用》是国内高等学校工科专业普遍开设的一门专业课/专业基础课，课程主要讲授基于MCS-251 ISA的STC32G系列32位8051单片机的底层原理，主要包括指令集架构中的指令、CPU架构、存储器系统等；并对该款单片机的主要外设计进行了详细的介绍。通过学习该课程使得学生掌握单片机的底层硬件结构原理，并能够使用汇编语言分析底层硬件结构的原理，同时还能使用C语言/汇编语言编写针对不同场景应用的单片机应用程序。

课程大纲

单片机设计导论

课时目标：通过本章内容的学习，理解单片机/微控制器的本质特点，以及相关的应用领域。掌握单片机和嵌入式系统的联系和区别。理解构成嵌入式系统的硬件和软件要素，以及它们在嵌入式系统中发挥的作用。从分层结构理解单片机程序设计语言之间的关系。

1.1 单片机和桌面系统的基本架构

1.2 处理器核的指令集类型

1.3 嵌入式系统的硬件和软件

1.4 单片机程序设计语言

1.5 单片机性能评价

单片机硬件开发基础

课时目标：通过本章内容的介绍，初步学习STC公司STC32G系列单片机的硬件系统基础知识，为学习本书后面的内容奠定基础。

2.1 STC系列单片机的发展历史

2.2 STC单片机的IAP和ISP

2.3 STC32G系列单片机的功能

2.4 STC32位单片机的命名规则及封装

2.5 STC32G系列单片机引脚驱动原理

2.6 STC32G系列单片机硬件下载电路

单片机软件开发基础（*）

课时目标：通过本章内容的学习，初步了解STC32G系列单片机的软件开发环境，并初步掌握在Keil μVision5（C251版本）上开发STC32G系列单片机应用程序的方法。本章内容可由学生在课后观看视频完成。

3.1 Keil uVision软件的下载和安装

3.2 Keil uVision设计流程和应用开发

数值的表示和转换（*）

课时目标：通过本章内容额学习，理解并掌握数值表示的基本概念和运算方法。对于已经开设了前导课《微机原理及接口技术》的学生和教师，可以不必再学习本章内容。

4.1 常用码制

4.2 正数表示方法

4.3 正数码制转换

4.4 负数表示方法

4.5 负数补码的计算

4.6 定点数表示

4.7 浮点数表示

处理器内核和存储空间映射

课时目标：通过本章内容的学习，达到下面的目标：（1）理解并掌握STC15/STC8系列增强型8位MCU内部处理器核功能以及存储器结构和地址空间映射；（2）理解并熟练掌握STC32 8/16/32位MCU内部处理器核功能以及存储器结构和地址空间映射。（3）理解并掌握STC32G系列单片机中断系统的原理及功能。

5.1 8位单片机处理器核的内部结构

5.2 字节存储顺序

5.3 8位单片机存储器结构和地址空间

5.4 32位单片机处理器核的内部结构

5.5 32位单片机存储器结构和地址空间

5.6 中断系统原理及功能

单片机CPU指令集架构

课时目标：本章通过对兼容MCS-251指令集架构得CPU寻址模式以及单片机CPU指令类型和格式的学习，深入理解STC32G单片机内CPU的内核原理，为后续学习基于汇编语言和C语言的单片机软件应用开发打下坚实基础。

6.1 数据类型和端

6.2 指令集中的符号规则

6.3 单片机CPU寻址模式

6.4 单片机指令模式的选择

6.5 单片机CPU指令类型和格式

汇编语言程序设计

课时目标：通过本章内容的学习，掌握Keil A251汇编器支持的汇编语言词法和句法格式，深入理解汇编语言的重要性。并能通过汇编语言编写程序代码，实现简单场景的应用程序开发。

7.1 汇编语言程序结构和段分配

7.2 符号和符号名字

7.3 表达式和操作数

7.4 控制语句

7.5 条件汇编

7.6 宏的定义和调用

7.7 设计实例一：LED驱动和控制

7.8 设计实例二：按键中断和LED控制

C语言程序设计

课时目标：通过对该语言详细的介绍，从本质上认识和掌握C语言的精髓，从而能够高效地利用C语言开发嵌入式系统的应用程序。

8.1 存储器区域

8.2 数据类型

8.3 类型限定符

8.4 存储类别

8.5 绝对位置变量

8.6 指针

8.7 函数

8.8 属性

8.9 预处理器

8.10 内嵌汇编程序

8.11 定制文件

8.12 设计实例：按键识别与显示

时钟、复位和电源管理

课时目标：通过本章内容的学习，理解STC32G系列单片机内的时钟树结构、系统的复位类型和复位机制，以及控制系统功耗的方法。

9.1 时钟子系统

9.2 复位子系统

9.3 电源子系统

9.4 设计实例一：软件复位的实现

9.5 设计实例二：看门狗定时器的应用

9.6 设计实例三：进入和退出空闲模式的实现

定时器与计数器原理和应用

课时目标：通过本章内容的学习，理解并掌握STC32G系列单片机内计数器/定时器模块的工作原理和使用方法。

10.1 定时器/计数器模块功能

10.2 定时器/计数器工作模式

10.3 定时器/计数器寄存器组

10.4 设计实例一：定时器/计数器设置和中断生成

10.5 设计实例二：定时器/计数器对外部脉冲计数

UART原理和应用

课时目标：通过本章内容的介绍，学习分析简单通信协议的方法，并能够通过开发应用程序满足不同应用场景的通信需求。

11.1 RS-232串行通信标准

11.2 串口模块功能和引脚

11.3 串口寄存器及收发器

11.4 串口波特率的计算方法

11.5 设计实例一：串口重定位的设计与实现

11.6 设计实例二：红外遥控器解码的实现

ADC原理和应用

课时目标：通过本章内容的介绍，掌握ADC的工作原理，并能使用ADC实现不同场景的应用需求。

12.1 ADC的原理

12.2 ADC寄存器组

12.3 设计实例：直流电压的测量和显示

PWM原理和应用

课时目标：通过本章内容的学习，熟练掌握PWM的原理，理解并掌握高级PWM定时器的内部结构和工作模式，并能使用C语言编写代码来驱动和控制PWM高级定时器。

13.1 PWM波形的原理

13.2 高级PWM定时器原理

13.3 设计实例一：呼吸灯的设计与实现

13.4 设计实例二：直流风扇驱动和测速实现

DMA原理及应用

课时目标：通过本章内容的学习，掌握绍DMA的原理，并通过编写C语言代码实现在存储器-存储器之间，以及存储器-外设之间的DMA数据传输。

14.1 DMA的基本概念

14.2 STC32G系列单片机DMA

14.3 设计实例：存储器到存储器的DMA实现

USB原理及应用

课时目标：通过本章内容的学习，初步了解USB协议框架、人机交互设备原理、人机交互设备程序设计、通信设备类原理、通信设备类程序设计，以及USB寄存器。

15.1 USB协议概述

15.2 USB 2.0程序设计实现

15.3 人机交互设备原理

15.4 人机交互设备程序设计

15.5 通信设备类原理

15.6 通信设备类程序设计

15.7 USB寄存器

CAN总线原理和应用

课时目标：通过本章内容的学习，理解CAN总线协议规范以及STC32G系列单片机中所集成的CAN模块功能，并能够通过C语言和API库实现基于CAN总线的通信。

16.1 CAN规范基础

16.2 CAN模块功能

16.3 CAN总线通信的实现

展开全部

预备知识

模拟电子技术基础
数字电子技术基础
C语言程序设计

证书要求

为积极响应国家低碳环保政策， 2021年秋季学期开始，中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书，仅提供电子版的认证证书服务，证书申请方式和流程不变。

电子版认证证书支持查询验证，可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询，或者访问 https://www.icourse163.org/verify，通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。

完成课程教学内容学习和考核，成绩达到课程考核标准的学生（每门课程的考核标准不同，详见课程内的评分标准），具备申请认证证书资格，可在证书申请开放期间（以申请页面显示的时间为准），完成在线付费申请。

认证证书申请注意事项：

1. 根据国家相关法律法规要求，认证证书申请时要求进行实名认证，请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。

2. 完成实名认证并支付后，系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。

参考资料

何宾. STC32位8051单片机原理及应用. 北京：高等教育出版社. 2024.4

常见问题

Q : 32位8051单片机是不是比8位8051单片机难学？

A : 前面提到，32位8051单片机采用的是MCS-251 ISA，该ISA是对传统MCS-51 ISA的扩展，MCS-251 ISA 100%兼容MCS-51 ISA，因此课程仍然是以MCS-51 ISA为基础，然后过渡到32位的MCS-251 ISA，并通过Keil uVision（C251版本）的软件仿真和硬件在线调试，对底层硬件结构进行分析，以帮助学习者能快速的从8位8051单片机转换到32位8051单片机。

Q: 学习32位8051单片机是不是还需要有8位8051单片机的基础？

A: 在32位8051单片机的教学内容中，完全涵盖了8位8051单片机的内容，并且是从8位8051过渡到32位8051，因此不需要再另外学习8位8051单片机的课程。

1 位授课老师

何宾

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