学　院

计算机与软件

教　师

曹　新

授课专业

物联网工程

学　时

64

课程名称

单片机原理与应用

课程性质

专业必修课

授课内容

串口通信

授课班级

物联网工程20001-2

教学目的

与要求

知识目标：了解串行通信协议和数据帧格式；通过串口结构图理解串口的工作过程；掌握串口特殊功能寄存器的使用；掌握串口工作方式1查询和中断两种方式的程序设计；

能力目标：能够对串口调试助手进行通信基本设置；能够编程实现串口的初始化函数、查询和中断两种方式的串口处理函数；

素质目标：培养学生的社会主义核心价值观和文化自信，以及精益求精的工匠精神。

教学重/难点

重点：串口工作方式1通信程序的设计与实现，领悟程序实践中精益求精的工匠精神

难点：串口特殊功能寄存器的理解和应用

教学流程

教学分析

经过前面三个模块的学习，学生对如何通过软件来控制硬件已经有了一定理解，通过串口模块的学习，巩固对特殊功能寄存器的理解和应用；通过串口通信程序的实现强化学生的实践能力，深入理解理论与实践的关系；通过案例的引入，培养学生的法治意识、文化自信以及精益求精的工匠精神。

教学策略

教学方法：讲授、讨论、启发、实践，多种方式相结合，规避讲授的枯燥。理论与实践相结合，践行“知行合一”。

教学设计：结合课程内容深入挖掘思政元素，在授课过程和课后任务中分别融入思政，学练结合，让思政真正融入课程，如盐入水、润物无声。

教学内容

融入元素

融入方法

一、【课前教学设计】

【学生】

1.下载学案：提前了解本次课学习目标、重难点以及课程内容。

2.课前预习：观看微课视频，阅读教材第8章，预习串口通信基础知识，了解串口结构，预习串口如何初始化，熟悉串口查询、中断程序结构。完成作业管理系统中的预习测试题，并记录存在的问题。

【教师】

1.了解学生课前学习情况：利用在线系统，统计学生线上视频的学习情况，包括学习人数、未学习学员、学习时长和测试结果。 

2.整理问题：统计学生存在的问题（通过在线留言等方式）。 

3.教学准备：针对学生存在的问题设计解决方案，比如设计提问问题、问题导入案例等。

二、【课中教学设计】

1.【自主学习检测&反馈】（10分钟）

（1）作业点评

点评上次课学生作业的完成情况和学生的课后总结。

（2）预习效果反馈

根据课前测试情况和统计的课前自学问题进行预习反馈。

2.【课堂教学】

（1）串口基础知识（20分钟）

1）串口简介（5分钟）

①简介串行通信的概念——与并行通信相比较

【案例】如单车道与多车道的区别

②波特率：9600bit/S

③串口通信种类：

【提问】请同学举例说明

1-单工——如电视、广播信号

2-半双工——如对讲机

3-全双工——如手机

【思政引入】

思考1：为什么道路交通会顺畅通行？（引出交通规则）

思考2：请同学列举自己所熟悉的规则有哪些？（引出依法治国）

2）通信协议

Q：何为通信协议？没有协议会如何？

A：通信协议指通信双方完成通信所必须遵循的规则和约定。

【UART串口通信协议】

①数据帧格式：为何要有 起始位？终止位？

②机械指标

③电气指标

④三线制连线：为何需要连接GND？

⑤TTL-EIA电平转换电路：为何需要？如何使用?  

3）串口工作方式与结构（5分钟）

①51单片机串口工作方式：重点介绍方式1

②51单片机串行口结构——结合图讲解

【激活旧知】定时器初始化使用了哪些特殊功能寄存器SFR？如何应用的？

【引入新知】串口中需要哪些SFR？如何应用呢？（难点）

**重点介绍：寄存器SCON、PCON、SBUF

4）串口方式1的发送与接收（10分钟）

①发送*****  +板书说明过程

【提出问题】程序员需要的控制是什么？

SBUF=’?’; //将待发送的字符送入到SBUF，启动一次发送

发送完毕后，软件清除TI，即TI=0;

②接收***** +板书说明过程：

【提出问题】程序员需要的控制是什么？

软件清除RI，即RI=0;

把数据从SBUF读进来，如：tmp=SBUF;

（2）串口通信程序设计（50分钟）

【分析问题】程序实现方式：查询式、中断式

【解决问题】案例：单字符收发（单片机接收PC机发送过来的字符，再发送回去。）（20分钟）

1）查询方式

①编程

②演示串口环境使用：PC—电路板的串口线连接、端口号确认、串口调试助手的使用

2）中断方式

***基本结构：（重点）

void uart_int(void)interrupt 4

{

unsigned char temp;

if(TI==1)   //发送中断处理

    {

       TI=0;

   。。。。。 //视情况处理

     }

    else       //接收中断处理

    {

       RI=0;

       temp=SBUF; //必须将串口数据接收到进来

       。。。。。。    //视情况处理

    }

}

【小结】两个重要函数：串口初始化、串口中断服务函数

【思政引入】

思考：两个函数是如何实现的？为什么要设置那些SFR？为什么串口的收发处理要通过SBUF实现？……

古人云，圣人有三大标准：立功，立德，立言，此三不朽，且三者合一才谓之“圣人”。三不朽皆做到——王阳明（王守仁），明代心学创始人、思想家、文学家、哲学家、军事家、官至兵部尚书、谥号文成公。

【问题深入】

思考1：字符串收发如何实现？

思考2：为了保证传输的准确性，应该如何设计传输的字符串格式呢？

【问题讨论&分组实践】（20分钟）

1）实践练习：根据讨论结果，学生进行分组实现，培养学生团队协作能力。

2）个性化辅导：教师根据不同学生的具体问题进行个性化辅导。

3）实践小结：针对实践中出现的问题进行总结。

【思政引入】

思考：在代码编写中，少一个标点符号，程序都会编译出错，编译出错时该怎么办？

胡双钱，他是让国产大飞机C919、支线飞机ARJ21－700在蓝天上翱翔的幕后英雄之一，他也是全国劳动模范、2015年上海劳模年度人物和2016年中宣部等评出的“最美职工”，他更在知名二次元网站哔哩哔哩上收获了网友“自豪”“致敬”“感动”“国宝”“神人”“服了”“支撑国家梦想的人”的评论。

数十年如一日地追求着职业技能的极致化，靠着传承和钻研，凭着专注和坚守，缔造了一个又一个的“中国制造”。这样的工匠精神，在当下浮躁的社会中显得尤为珍贵。胡双钱就是其中一位拥有非凡技术的匠人，至今，他都是一名工人身份的老师傅，但这并不妨碍他成为制造中国大飞机团队里必不可缺的一分子。

【经验分享】（10分钟）

1）错误案例分享：对于实践过程中发现错误较多或者典型错误进行分享，并讨论解决方案。

2）成功案例分享：鼓励有不同实现方案的同学在全班进行分享，提高学生表达能力的同时，也可以开阔学生们的编程思路。

（3）随堂测试（5分钟）

利用线上系统进行随堂在线测试，重点是考察本次课学生的掌握情况，并当场公布测试结果。（需计时，如有时间可以课上讲解，也可以让学生通过题反推对应的知识点）

（4）本次课内容总结（5分钟）

①教师引导，结合提问，和学生一起完成本次课的思维导图。

1）数据帧格式  

2）串口结构：重点是SBUF

3）方式1的发送和接收过程

4）串口初始化函数

5）串口中断服务函数：画流程图，理清思路

②布置课下任务。

三、【课后教学设计】

1.检查学生课下任务的完成情况，包括完成的质量、存在的问题等。

2.查阅学生的学习总结，了解学生的学习态度。 

3.进行下一次授课准备，针对前一次课大多数学生都存在的问题应重点设计复习方案，及时解决问题，并有效引入新内容。

社会主义核心价值观（法治）

文化自信

精益求精的工匠精神

通过问题导入引出交通规则，进而继续讨论引出保障国家长治久安的各种制度。“不以规矩 无以成方圆”，通过探讨建立规则的目的和意义，强化学生的法治意识

1.通过对比前面的原理分析和后面的程序实现，深入体会“理论与实践”的关系：理论指导实践、实践验证理论，进而引出“知行合一”

2.通过“知行合一”哲学思想引出明代“圣人”王阳明。通过对其“立功、立德、立言”伟大事迹的学习，培养学生对我国传统文化的自信，树立正确三观。

大部分学生遇到程序错误表现得很急躁，没有耐心。通过一线技术工人胡双钱的事迹，

培养学生精益求精的工匠精神，养成一丝不苟的工作作风，把每件事情做到极致。

课后学习

任务布置

课后任务：【融入思政】

1.实现通过手机遥控家居设备，从工程实践角度，结合通信安全性和信息传输的正确性，请设计传输的信息串格式？

2.结合串口通信的程序实现，总结当程序编译出错时有哪些解决方案？

课外拓展：

1.鼓励学生录制讲解视频

（1）串口工作原理

（2）串口通信程序实现过程

2.攥写学习总结：结合本节课程的重难点进行梳理（推荐结合思维导图完成）。

主要

参考资料

1.教材第8章

2.德飞莱 LY-51S V2.33用户使用说明书.pdf第4章的4.19.1-3节

3.郭天祥视频：lesson7串口通信原理及操作流程.avi

4.德飞莱视频：第九集 串口通讯.avi

5.微课视频：

7-1串口通信简介.mp4

7-2单片机串行口结构.mp4

7-3串口工作方式1及初始化编程.mp4

7-4串口通信应用-查询收发.mp4

7-5串口通信应用-中断收发-1.mp4

7-6串口通信应用-中断收发-2.mp4

教学反思

1.教学方面：串口的基础知识比较容易理解，程序实现上查询方式比较简单，中断方式往往学生掌握较差。但每种程序设计都有基础框架，务必使学生了解程序框架。学生编程遇到的问题，一方面体现在不理解寄存器功能，另一方面体现在C基础薄弱。

2.思政方面：本节课通过具体案例，培养学生的法治意识，对中国传统文化的自信，在程序实践中能够多一些耐心和细心，培养精益求精的工匠精神。当然不是一次课就能达到效果，将通过一个学期的全部实践慢慢渗透，让学生学深悟透“知行合一”，培养精益求精的精神和一丝不苟的态度。