天津市自考01645单片机原理与接口技术（实践）考试大纲

天津市高等教育自学考试课程考试大纲

课程名称：单片机原理与接口技术（含实践）                   课程代码：01644 01645

第一部分   课程性质与目标

一、课程性质与特点

本课程是高等教育自学考试电气工程及其自动化专业本科阶段的一门专业必修课。本课以51系列单片机为主线，使用C51编程语言，介绍了单片机的特点、应用领域，重点论述其硬件结构、中断、定时器/计数器、存储器扩展、I/O扩展、单片机典型应用等内容。通过学习可使考生对上述内容有系统的认识，达到熟练运用其软、硬件的目的，为单片机应用系统开发奠定基础。

二、课程目标与基本要求

通过本课程的学习使考生获得51单片机的组成原理、C51程序编写、硬件扩展、典型单片机应用等内容的方法与技能，为后续学习和工作打下坚实基础。

课程基本要求如下：

1、了解51单片机的发展过程，主要产品，单片机的特点、应用领域及发展趋势。

2、掌握AT89S51单片机硬件结构及工作原理。

3、熟练掌握C51编程语言。

4、掌握Keil C51开发平台及Proteus虚拟仿真软件的使用。

5、掌握单片机与开关、键盘以及显示器件的接口设计。

6、掌握中断系统、定时器/计数器以及串行口的工作原理及应用。

7、掌握单片机系统的并行、串行扩展技术以及单片机与DAC、ADC的接口技术。

本课程实践性强，学习时应注意联系实际，完成必要的实验项目。

第二部分   考核内容与考核目标

第一章   单片机概述

一、学习目的与要求

通过本章学习，了解单片机的定义、单片机的发展历史、特点及应用领域。特别是了解MCS-51单片机的发展过程以及AT89S51与MCS-51单片机之间的关系。

二、考核的知识点与考核目标

（一）单片机的发展过程（一般）

识记：单片机发展历史、特点、应用领域以及发展趋势。AT89S51单片机是MCS-51单片机的衍生机型

第二章   AT89S51单片机片内硬件结构

一、学习目的与要求

通过本章学习，掌握AT89S51单片机的片内硬件结构，掌握单片机的引脚功能，掌握中央处理器（CPU）的功能、存储器结构以及并行I/O端口的工作原理。掌握时钟电路与时序的基本知识，理解复位操作及其电路。对于看门狗定时器（WDT）的使用有清晰的认识。了解AT89S51单片机的低功耗节电模式。能够设计并实现最小单片机应用系统。

二、考核知识点与考核目标：       

（一）AT89S51单片机内部硬件结构及引脚功能（重点）

识记：AT89S51芯片的基本组成，40只引脚的定义及功能

理解：引脚复用的概念

（二）中央处理器及芯片存储器结构（次重点）

识记：中央处理器（CPU）的组成和特点，存储器结构的特点，单片机存储器空间的划分，程序存储器、数据存储器以及位地址空间的功能、存储容量、特点以及寻址方式，特殊功能寄存器的名称、符号、功能以及寻址方式，中断入口地址

理解：通用寄存器区、位寻址区、用户RAM的划分；程序计数器、累加器A、寄存器B、程序状态字、数据指针以及堆栈指示器的功能

（三）单片机并行I/O端口（重点）

识记：P0～P3四个并行I/O端口的特点、功能以及工作原理

理解：P0～P3端口在使用上的区别与联系

（四）时钟电路和时序（一般）

识记：时钟电路的功能及构成，振荡周期、时钟周期、机器周期、指令周期的定义，时序单位间的换算

理解：时钟电路的工作原理

（五）复位操作和复位电路（一般）

识记：复位方式及特点，典型复位电路，复位时片内寄存器的状态

理解：复位方式与复位电路的工作原理

（六）单片机最小应用系统、看门狗定时器以及低功耗节电模式（次重点）

识记：看门狗定时器的作用，低功耗节电模式的类型、用途以及不同低功耗模式的特点

理解：看门狗定时器的基本工作原理及用途、低功耗节电模式的基本工作原理

应用：设计AT89S51单片机的最小应用系统

第三章 C51编程语言基础

一、学习目的与要求

通过本章学习，了解C51编程语言的基础知识，了解C51与标准C语言的区别，掌握C51语言的数据类型与存储类型，C51语言的基本运算，分支与循环结构，数组、指针的使用，掌握C51语言中函数的类型及用途。

二、考核的知识点与考核目标

（一）C51编程语言基础（一般）

识记：C51与标准C语言的区别

（二）C51语言程序设计基础（重点）

识记：C51语言中的数据类型与存储类型，C51语言的特殊功能寄存器及位变量的定义，C51语言的绝对地址访问，C51语言的基本运算，C51语言的分支结构与循环结构的实现，C51语言的数组的用途及实现，C51语言的指针类型、用途

应用：利用C51语言进行单片机典型程序的设计

（三）C51语言的函数（次重点）

识记：C51语言函数的定义、类型，函数参数的类型及用途，函数的返回值的用途，函数的调用方式，中断服务函数的用途、一般形式，变量的类型以及存储方式，宏定义的用途及格式

理解：C51语言函数在程序中的作用

应用：熟练使用函数组织单片机应用程序

第四章 开发与仿真工具

一、学习目的与要求

通过本章的学习，掌握如何运用Keil软件进行单片机软件的开发与调试，掌握使用Proteus软件来进行硬件线路的搭建以及单片机系统虚拟仿真的方法

二、考核的知识点与考核目标

（一）Keil C51的使用（重点）

识记：使用Keil C51进行单片机软件开发的基本流程与操作

应用：能够使用Keil C51软件进行单片机软件的开发与调试

（二）Proteus虚拟仿真工具的使用（次重点）

识记：使用Proteus进行单片机硬件开发的基本流程与操作

应用：能够使用Proteus进行单片机的硬件设计以及虚拟仿真的开发与调试

第五章 单片机与开关、键盘以及显示器件的接口设计

一、学习目的与要求

通过本章的学习，掌握单片机系统与常见的外部显示与输入器件：发光二极管、LED数码管以及开关、键盘接口电路的设计以及软件编程方法。

三、考核的知识点与考核目标

（一）单片机控制发光二极管显示（重点）

识记：掌握单片机与发光二极管的接口电路、I/O端口的编程控制方法

应用：发光二极管基本控制功能的硬件电路设计以及程序的开发与调试

（二）开关状态检测（重点）

识记：掌握单片机与外部开关接口电路的设计方法

应用：开关状态检测功能的硬件电路设计以及程序的开发与调试

（三）单片机控制LED数码管的显示（次重点）

识记：8段LED数码管的显示原理，共阴极与共阳极数码管的接法

应用：LED数码管显示功能的硬件电路设计以及程序的开发与调试

（四）按键式键盘接口设计（一般）

识记：键盘接口电路的设计、按键的识别方法

应用：按键的扫描功能的硬件电路设计以及程序的开发与调试

第六章 中断系统的工作原理及应用

一、学习目的与要求

通过本章的学习，掌握AT89S51片内中断系统的工作原理及特性。掌握与中断系统有关的特殊功能寄存器，掌握中断初始化、中断响应条件、撤销中断请求，能够编程实现中断响应。

二、考核的知识点与考核目标

（一）中断技术及中断系统结构（一般）

识记：中断系统的结构，中断请求源的类型，中断请求标志寄存器中各标志位的功能及地址

理解：单片机中断响应的处理过程

（二）中断允许与中断优先级的控制（次重点）

识记：中断允许寄存器（IE）、中断优先级寄存器（IP）中各标志位的功能以及寻址方法

理解：两级中断嵌套

（三）中断的响应及撤销（一般）

识记：响应中断的条件、外部中断的响应时间范围、外部中断的触发方式、中断撤销、中断函数

理解：使用中断函数响应中断的原理

第七章 定时器/计数器的工作原理及应用

一、学习目的与要求

通过本章的学习，掌握定时器/计数器的使用，包括：定时器/计数器的结构、功能、工作原理、相关的特殊功能寄存器、工作模式和工作方式的选择。

二、考核的知识点与考核目标

（一）定时器/计数器的结构（重点）

识记：定时器/计数器的功能与结构，定时器/计数器控制寄存器各标志位的功能以及设定方式

（二）定时器/计数器的4种工作方式（次重点）

识记：方式0～方式3的基本工作原理以及特点

应用：利用中断和查询两种方法来处理定时器/计数器溢出中断，定时器/计数器的编程应用

第八章 串行口的工作原理及应用

一、学习目的与要求

通过本章的学习，掌握串行通信的概念、用途以及单片机串行通讯的用法。

二、考核的知识点与考核目标

（一）串行通信基础（一般）

识记：串行通讯的特点，异步通信和同步通信以及两者的区别，串行通信的传输模式

（二）串行口的结构和串行通讯的工作原理（次重点）

理解：串行口的结构和基本原理

应用：串行通信控制寄存器的设置与使用

（三）串行口的工作方式和应用（次重点）

识记：串行口4种工作方式、波特率的定义及其设定方法

第九章 单片机系统的并行扩展

第十章 AT89S51单片机系统的串行扩展

一、学习目的与要求

通过本章的学习，了解单片机并行与串行扩展的用途，掌握单片机并行扩展的基本实现方法，掌握单片机的单总线串行扩展方法。

二、考核的知识点与考核目标

（一）系统并行扩展技术（一般）

识记：系统并行扩展结构、系统总线的类型及用途、扩展存储器与I/O接口的寻址方式、典型的译码器芯片类型及用法、常用的地址锁存器芯片类型及用法

（二）外部数据存储器的并行扩展（次重点）

识记：常用的静态RAM芯片的类型、容量及引脚功能，读写片外RAM的操作时序

应用：外部数据存储器的扩展方法

（三）E²PROM的并行扩展（一般）

识记：外部E²PROM并行扩展的接口电路

（四）系统串行扩展技术（一般）

识记：单总线的定义、DS18B20温度传感器的接口电路，I²C串行总线接口以及SPI串行外设接口的定义及用途

第十一章 AT89S51单片机与DAC、ADC的接口

一、学习目的与要求

通过本章的学习，掌握DAC、ADC芯片与AT89S51单片机的硬件接口设计以及接口驱动程序的设计方法。

二、考核的知识点与考核目标

（一）D/A转换器接口及应用（次重点）

识记：D/A转换器的工作原理、DAC0832芯片结构、引脚以及基本用法

应用：D/A转换器与单片机的接口方法

（二）A/D转换器接口及应用（次重点）

识记：A/D转换器的工作原理、ADC0809芯片结构和引脚以及基本用法

应用：A/D转换器与单片机的接口方法

第三部分   有关说明与实施要求

一、考核目标的能力层次表述

    本课程的能力考核目标共分为三个能力层次：“识记”、“理解”、“应用”。各能力层次为递进等级关系，后者必须建立在前者的基础上，其含义是：
    识记：能知道有关的名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表述，是低层次的要求。

理解：在识记的基础上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系，是较高层次的要求。

应用：在理解的基础上，能运用基本概念、基本原理、基本方法联系学过的多个知识点分析和解决有关的理论问题和实际问题，是最高层次的要求。

二、指定教材

指定教材为考生自学、社会助学和考试命题的依据。

指定教材：《单片机原理及接口技术（C51编程）第3版》 张毅刚主编 人民邮电出版社 2020年1月

三、自学方法指导

1、自学时必须要认真阅读教材，开始阅读每一章之前，应先认真学习大纲中有关该章的考核知识点、自学要求以及对知识点的能力层次要求和考核要求。以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。

2、使用教材时，应注意将精读与泛读相结合，应在泛读即通读的基础和掌握较全面的知识背景条件下，对考核知识点进行重点地逐段细读，逐句推敲，以求做到对基本概念深刻理解，对基本理论牢固掌握。切忌在没有全面学习教材的情况下孤立地抓考核知识点，以免生吞活剥，不能真正地理解和灵活地运用。

3、在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理，归纳出要点，从而加深对问题的认知、理解和记忆。有利于突出重点，并涵盖全部课程内容，同时锻炼提高自己的自学能力。

4、在自学过程中，既要注重理论知识，也应重视实际运用能力的培养。要使用Proteus 与Keil软件分别进行单片机电路仿真以及程序的开发与调试。完成书后作业和适当的辅导练习是理解、消化和巩固所学知识，培养分析问题、解决问题及提高能力的重要环节。

四、对社会助学的要求

1.社会助学者应根据本大纲规定的考试内容和考核目标，认真钻研自学考试指定教材，明确本课程与其他课程不同的特点和学习要求，对自学应考者进行切实有效的辅导，引导他们防止自学中的各种偏向，把握社会助学的正确导向。

2.要正确处理基础知识和应用能力的关系，努力引导自学应考者将识记、理解与应用联系起来，把基础知识和理论转化为应用能力，在全面辅导的基础上，着重培养和提高自学应考者的分析问题和解决问题的能力。

3.要正确处理重点、次重点和一般的关系。课程内容有重点、次重点和一般之分，但考试内容是全面的，而且三者之间是相互联系的，不是截然分开的。社会助学者应指导自学应考者全面系统地学习教材，掌握全部考试内容和考核知识点，在此基础上再突出重点。总之，要把重点学习同兼顾一般结合起来，切勿孤立地抓重点，把自学应考者引向猜题押题。

4．助学学时建议。本课共6学分。其中理论课4学分，助学建议不少于72学时，课程学时分配见下表，考生也可参考该表安排自学时间。

此外，实践课2学分，助学建议不少于36学时，课程学时分配见下表，考生也可参考该表安排自学时间。

五、关于命题考试的若干规定

1、本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试的内容。

2、试卷中对不同能力层次要求和试题所占的比例大致是：“识记”为30%，“理解”为40%，“应用”为30%。

3、试题难易程度要合理，可分为四档：易、较易、较难、难，这四档在每份试卷中所占比例依次为2：3：3：2左右。

4、每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点占65%，次重点占25%，一般占10%。

5、试题题型一般分为：填空题、单项选择题、简答题、程序设计题等。

6、考试采用闭卷笔试，考试时间为150分钟，采用百分制评分，60分为及格。

六、 题型示例（样题）

（一） 填空题

1、除了单片机这一名称，单片机还可称为_________或_________。

（二）单项选择题

1、单片机内部数据之所以用二进制形式表示，主要是（    ）。

A.为了编程方便  B.受器件的物理性能限制  C.为了通用性  D.为了提高运算速度

（三）简答题

1、AT89S51单片机内都集成了哪些外围功能部件？

2、bit与sbit定义的位变量有什么区别？

（四）程序设计题

1、实型数组sample存有10个采样值，编写程序段，要求返回其平均值（平均值滤波）。

七、 实践考核内容与实施要求

实验一 基于Keil C51开发环境的程序开发与调试

一、考核目的与实施要求

通过该实验考生应进一步熟悉使用Keil C51集成开发环境进行程序的开发与调试。考生应达到能进行一般仿真调试的能力。

二、考核内容

要求考生熟练掌握Keil C51集成开发环境进行仿真调试。

主要操作内容：

1. 编写简单的单片机程序：

（1）使用Keil C51集成开发环境创建一个新的C语言项目。

（2）编写一个简单的单片机程序，例如让LED灯闪烁或数码管显示数字。

2. 仿真与调试：

(1) 检查程序是否存在语法错误或逻辑错误，并进行必要的修改。

(2) 运行仿真，观察程序执行过程中的寄存器变化情况。

3. 单步调试：

(1) 使用Keil C51的单步调试功能，逐条执行程序并观察每条指令的执行结果。

(2) 观察程序执行过程中变量的数值变化，确保程序按预期执行。

4. 设置断点：

(1) 在关键位置设置断点，以便在程序执行到特定位置时暂停。

(2) 在断点处检查寄存器、内存等变量的值，验证程序运行是否符合预期。

实验二 基于Proteus软件的虚拟仿真设计

一、考核目的与实施要求

通过该实验，考生应进一步熟悉使用Proteus软件进行AT89S51（或AT89C51）单片机的虚拟仿真设计，并掌握使用虚拟仪器进行测量的能力。考生应达到能够进行一般单片机程序的虚拟仿真和测量的能力。

二、考核内容

要求考生熟练掌握Proteus软件进行单片机虚拟仿真设计，并进行虚拟仪器的测量。

主要操作内容：

1. 搭建电路原理图：

    （1）使用Proteus软件创建一个新的电路设计项目。

    （2）在原理图界面上搭建一个包含AT89C51单片机和外部器件的电路，例如LED灯的亮灭控制电路。

    2. 加载Keil编译后的.hex文件：

    （1）在Keil C51集成开发环境中编写一个简单的单片机程序，并将其编译成.hex文件。

    （2）在Proteus软件中加载该.hex文件，将单片机程序载入单片机模块中进行仿真。

    3. 仿真与测量：

    （1）检查电路设计是否存在连接错误或元件设置错误，并进行必要的修改。

    （2）运行虚拟仿真，观察单片机程序执行过程中寄存器变化、内存变化等情况。

    （3）使用虚拟仪器（例如示波器、逻辑分析仪等）对电路进行测量，记录并分析波形和信号的变化。

实验三  单片机I／O口控制实验

一、考核目的与实施要求

通过该实验，考生应掌握单片机的I/O口控制方法，能够使用AT89S51（或AT89C51）单片机的GPIO（通用输入输出）口控制外部器件，并了解按键输入的处理方法。考生应达到能够编写简单的I/O口控制程序的能力。可在Proteus虚拟仿真环境下完成硬件的仿真开发。

二、考核的内容

要求考生掌握单片机的I/O口控制方法，并完成两个实验任务。

主要操作内容：

（一）实验任务一：轮流点亮LED灯

    1. 连接外部器件：连接7个灯LED至单片机的P1.0～P1.6口，确保连接正确。

    2. 编写I/O口控制程序：

    （1）使用Keil C51集成开发环境创建一个新的C语言项目。

    （2）编写一个程序，通过循环控制P1.0～P1.6口的输出状态，实现7个LED轮流点亮。

（二）实验任务二：按键控制LED灯

    1. 连接外部器件：在实验任务一的基础上，再连接一个按键至单片机的P1.7口。

    2. 编写I/O口控制程序：

    （1）使用Keil C51集成开发环境创建一个新的C语言项目。

    （2）编写一个程序，通过检测P1.7口的输入状态，判断按键是否按下。

（3）当按键按下时，7个LED灯同时亮；当按键未按下时，7个LED灯同时熄灭。

实验四  蜂鸣器驱动实验

一、考核目的与实施要求

通过该实验，考生应掌握如何使用AT89S51（或AT89C51）单片机驱动蜂鸣器。考生应达到能够编写延时程序和循环程序控制蜂鸣器发出声音的能力。可在Proteus虚拟仿真环境下完成硬件的仿真开发。

二、考核的内容

掌握蜂鸣器的正确使用方法，了解编程的方法。

主要操作内容：

1、设计一个接口电路将蜂鸣器的一个引脚与单片机的P1.3引脚连接，从而使用P1.3引脚控制蜂鸣器发声。

2、先编写一个延时程序（延时时间为120～200us）

3、再编写一个循环程序，改变Pl.3脚的电平，然后延时。这样循环就使Pl.3口输出一个频率为2.5KHz～4KHz的方波。从而控制蜂鸣器发出响声。

实验五 单一外中断的实验

一、考核目的与实施要求

通过该实验，考生应掌握AT89S51（或AT89C51）单片机的外部中断配置和使用方法，能够实现单一外中断的功能。考生应达到能够编写控制外部中断的程序，并通过按钮开关控制LED的闪烁的能力。可在Proteus虚拟仿真环境下完成硬件的仿真开发。

二、考核的内容

要求考生完成单一外中断的实验，按照以下操作内容进行配置和实验。

主要操作内容：

1. 单片机的P1口接有8只LED灯。

2. 单片机的外部中断0输入引脚P3.2接有一只按钮开关K1。

3. 程序启动运行时，控制P1口上的8只LED灯全亮。

4. 按下开关K1，低4位与高4位LED灯交替闪烁1次；然后P1口上的8只LED灯再次全亮。（要求使用中断方法检测按键开关的按下状态）

实验六  定时器输出PWM实验

一、考核目的与实施要求

通过该实验，考生应掌握使用AT89S51（或AT89C51）单片机的定时器产生PWM（脉宽调制）波形的方法，并了解如何通过按键输入控制PWM波形的脉宽。考生应达到能够编写控制定时器产生PWM波形的程序，并使用示波器查看波形的能力。可在Proteus虚拟仿真环境下完成硬件的仿真开发。

二、考核的内容

主要操作内容：

1、将KEY1连接到单片机的P1.1口，当按下KEY1时，增加PWM波形的脉宽。

2、将KEY2连接至单片机的P1.2口，当按下KEY2时，减少PWM波形的脉宽。

3、指定P1.0为PWM的输出口。

4、用示波器观测Pl.0口的PWM波形。

实验七 控制数码管循环显示单个数字

一、考核目的与实施要求

通过该实验，考生应掌握AT89S51（或AT89C51）单片机控制8段LED数码管的方法，能够实现循环显示数字0-9。考生应达到能够编写控制数码管显示的程序，并循环显示数字的能力。可在Proteus虚拟仿真环境下完成硬件的仿真开发。

二、考核内容

要求考生完成控制数码管循环显示单个数字的实验，按照以下操作内容进行配置和实验。

主要操作内容：

1. 将8段LED数码管连接至单片机的相应端口，用于显示数字0 - 9。

2. 编写程序控制8段LED数码管循环显示数字0-9。

实验八 LED数码管秒表的制作

一、考核目的与实施要求

通过该实验，考生应掌握AT89S51（或AT89C51）单片机的按键输入、计时器控制和LED数码管显示的方法，能够实现秒表的功能。考生应达到能够编写计时器控制程序和按键输入处理程序，并通过LED数码管显示计时时间的能力。可在Proteus虚拟仿真环境下完成硬件的仿真开发。

二、考核的内容

制作一个LED数码管显示的秒表，用1位数码管显示计时时间，最小计时单位为“秒”，计时范围0~9秒。

主要操作内容：

1. 当第1次按下并松开计时功能键时，秒表开始计时并显示时间；

2. 第2次按下并松开计时功能键时，停止计时，计算两次按下计时功能键的时间，并把时间值送入数码管显示，如果两次按下计时功能键的时间间隔超过9秒，则只显示最大值“9”；

3. 第3次按下计时功能键，秒表清零，等待下一次按下计时功能键。