最新单片机技术教案(综合版).pdf
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1、精品文档 精品文档 第一讲 一、授课内容: 1 授课科目:单片机技术 2 授课内容:1.1什么是单片机1.2单片机的发展1.3 MCS-51 和 80C51系列简介1.4 单片机的应用领域和应用模式 3 授课类型:讲授 4 授课时间: 2 学时 5 主讲教师:刘珊 二、教学目的:了解单片机的发展,应用领域和应用模式,掌握单片机的特点 三、教材分析: 重点 /难点:单片机的特点 四、教学设想: 1.借助多媒体教学,一方面可以使课堂生动,另一方面可以腾出大量时间加强对重难点知识 的讲解 . 2.借助 EWB软件做演示实验,增强学生对知识的理解,同时提高他们对本学科的兴趣. 五、教学过程:(板书)
2、一、什么是单片机 单片机是将CPU,RAM,ROM, 定时器 /计数器以及I/O 接口电路等计算机的主要部件集成在一 块电路芯片上。 SCM:单片微型计算机 MCU :微控制器 SOC: 片上系统 二、单片微型计算机发展概况 单片机出现的历史并不长, 但发展十分迅猛。它的产生与发展和微处理器的产生与发展大 体同步 , 自 1971 年美国 Intel 公司首先推出4 位微处理器( 4004)以来 , 它的发展到目前为 止大致可分为5 个阶段 : 第 1 阶段( 1971 1976): 单片机发展的初级阶段。1971 年 11 月 Intel 公司首先设计出集 成度为 2 000 只晶体管 /片
3、的 4 位微处理器Intel 4004, 并配有 RAM 、ROM 和移位寄存器 , 构 成了第一台MCS4 微处理器 , 而后又推出了8位微处理器Intel 8008, 以及其它各公司相继 推出的 8 位微处理器。 第 2 阶段( 19761980): 低性能单片机阶段。以 1976 年 Intel 公司推出的MCS48 系列 为代表 , 采用将 8 位 CPU、 8 位并行 I/O 接口、8 位定时 /计数器、RAM 和 ROM 等集成 于一块半导体芯片上的单片结构, 虽然其寻址范围有限(不大于4 KB) , 也没有串行I/O, RAM 、 ROM容量小 , 中断系统也较简单, 但功能可满
4、足一般工业控制和智能化仪器、仪 表等的需要。 第 3 阶段( 1980 1983): 高性能单片机阶段。这一阶段推出的高性能8 位单片机普遍带 有串行口 , 有多级中断处理系统, 多个 16 位定时器 /计数器。片内 RAM 、 ROM 的容量加 大,且寻址范围可达64 KB, 个别片内还带有A/D 转换接口。 第 4 阶段( 1983 80 年代末) : 16 位单片机阶段。1983 年 Intel 公司又推出了高性能的16 精品文档 精品文档 位单片机 MCS 96 系列 , 由于其采用了最新的制造工艺, 使芯片集成度高达12 万只晶体管 /片。 第 5 阶段( 90 年代) : 单片机在
5、集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位向更 高水平发展。 三、单片机的特点 ( 1)体积小、重量轻、功耗低、功能强、性价比高。 ( 2)数据大都在单片机内部传送,运行速度快,抗干扰能力强,可靠性高。 ( 3)结构灵活,易于组成各种微机应用系统。 ( 4)应用广泛,既可用于工业自动控制等场合,又可用于测量仪器、医疗仪器及家用电 器等领域。 四、单片机系列简介 目前世界上单片机生产厂商很多, 如: Intel 、 Motorola 、 Philips 、 Siemens、 NEC、 ADM 、 Zilog 等公司 , 其主流产品有几十个系列, 几百个品种。尽管其各具特色, 名称各异 , 但作
6、为 集 CPU、 RAM 、 ROM (或 EPROM) 、 I/O 接口、定时器 /计数器、中断系统为一体的 单片机 , 其原理大同小异。现以 Intel 公司的系列产品为例, 说明各系列之间的区别。 Intel 公司从其生产单片机开始, 发展到现在 , 大体上可分为3 大系列 : MCS 48 系列、MCS51 系列、MCS96 系列。该 3 大系列的性能简介见表1。 表 1 Intel 单片机系列性能简介 4、MCS51 单片机系列 MCS51系列单片机虽已有10 多种产品 , 但可分为两大系列: MCS 51 子系列与 MCS 52 子系列。MCS51 子系列中主要有8031、 805
7、1、 8751 三种类型。而 MCS52 子系列 也有 3 种类型 8032、 8052、 8752。 在某些性能上略有差异。由此可见 , 在本子系列内各类芯片的主要区别在于片内有无ROM 或 EPROM; MCS 51 与 MCS52 子系列间所不同的是片内程序存储器ROM 从 4 KB 增至 8 KB; 片内数据存储器由128 个字节增至256 个字节 ;定时器 /计数器增加了一个; 中断源增 加了 1 2个。 另外 , 对于制造工艺为CHMOS 的单片机 , 由于采用 CMOS 技术制造 , 因此 具有低功耗的 特点 , 如 8051 功耗约为630 mW, 而 80C51 的功耗只有1
8、20 mW。 五、单片机的应用 由于单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、 功耗低 , 控制功能强及运算速度快等特点, 因而在国民 经济建设、军事及家用电器等各个领域均得到了广 泛的应用。 (1) 家用电器领域 目前国内各种家用电器已普遍采用单片机控制取代传统的控制电路,而做成单片机控 制系统。 例如洗衣机、电冰箱、空调机、微波炉、电饭煲、电视机、录像机及其它视频音像设 备的控制器。 办公自动化领域 现代办公室中所使用的大量通信、信息产品多数都采用了单片机,如通用计算机系统中的键 盘译码、磁盘驱动、打印机、绘图仪、复印机、电话、传真机、考勤机等。 精品文档 精品文档 (3) 智能仪表。 用单片机
9、改造原有的测量、控制仪表 , 促进仪表向数字化、智能化、多功能化、 综合化、柔性化方向发展。 (4) 机电一体化产品。 单片机与传统的机械产品相结合, 使传统机械产品结构简化, 控制智能化。 (5) 商业营销领域 由于在商业营销系统已广泛使用的电子称、收款机、 条形码阅读器、 仓储安全监测 系统、 商场保安系统、空气调节系统、冷冻保鲜系统等中,目前已纷纷采用单片机构成专用 系统,主要由于这种系统有明显的抗病菌侵害、抗电磁干扰等高可靠性能的保证。 (6)汽车电子与航空航天电子系统 通常在这些电子系统中的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驭系统、 通信 系统以及运行监视器(黑匣子)等都要构成冗
10、余的网络系统。 第二讲 一、授课内容: 1 授课科目:单片机技术 2 授课内容: 2.1 单片机的基本组成2.2 80C51单片机的引脚功能和结构框图 3 授课类型:讲授 4 授课时间: 2 学时 5 主讲教师:刘珊 二|、教学要求: 掌握单片机的存储器结构与复位方式,以及80C51 单片机的引脚功能,内部结构和工作 原理 三、教材分析: 重点: 80C51单片机的引脚功能和内部结构,单片机的存储器结构与复位方式. 难点:单片机的内部结构和工作原理 四、教学设想: 1、借助多媒体教学,一方面可以使课堂生动,另一方面可以腾出大量时间加强对重难点知 识的讲解 . 2、借助 EWB软件做演示实验,增
11、强学生对知识的理解,同时提高他们对本学科的兴趣. 五、教学过程:(板书) 2.1.1 MCS-51 单片机的基本组成 (1)一个 8位微处理器 CPU。 (2)数据存储器 RAM和特殊功能寄存器SFR。 (3)内部程序存储器ROM。 (4)两个定时 /计数器,用以对外部事件进行计数,也可用作定时器。 精品文档 精品文档 (5)四个 8位可编程的 I/O(输入 /输出)并行端口,每个端口既可做输入,也可做输出。 (6)一个串行端口,用于数据的串行通信。 (7)中断控制系统。 (8)内部时钟电路。 二、 80C51 单片机的引脚功能结构框图(如上图) 1主电源引脚VCC 和 VSS 2外接晶振引脚
12、XTAL1 和 XTAL2 时钟电路SFR和RAM ROM CPU 定时 /计数器 并行端口中断系统串行端口 时钟源T0T1 P0P1P2TXD INT 0 精品文档 精品文档 3控制或其他电源复用引脚RST/ VPD 、ALE/ 、和 /VPP 4输入 /输出引脚P0、P1、P2、 P3(共 32 根) 三、引脚功能 (1) 主电源引脚Vcc 和 Vss VCC: 接 +5 V 电源正端 ; VSS: 接+5 V 电源地端。 (2) 外接晶体引脚XTAL1 和 XTAL2 XTAL1: 接外部石英晶体的一端。在单片机内部, 它是一个反相放大器的输 入端 , 这个放大器构成了片内振荡器。当采用
13、外部时钟时, 对于HMOS单片机 , 该引脚接 地; 对于 CHMOS 单片机 , 该引脚作为外部振荡信号的输入端。 XTAL2: 接外部晶体的另一端。在单片机内部, 接至片内振荡器的反相放大 器的输出端。当采用外部时钟时, 对于 HMOS 单片机 , 该引脚作为外部振荡信号的输入端; 对于 CHMOS 芯片 , 该引脚悬空不接。 图 1 内部振荡方式 图 2 外部振荡方式 (3)输入 /输出( I/O)引脚 P0 口、P1 口、P2 口及 P3 口 (a) P0 口( 39 脚 32 脚) : P0.0P0.7 统称为 P0 口。 (b) P1 口( 1 脚 8 脚) : P1.0P1.7
14、统称为 P1 口, 可作为准双向I/O 接口使用。 (c) P2 口( 21 脚 28 脚) : P2.0P2.7 统称为 P2 口, 一般可作为准双向I/O 接口。 (d) P3 口( 10 脚 17 脚) : P3.0P3.7 统称为 P3 口。 第三讲 一、授课内容: 1 授课科目:单片机技术 2 授课内容: 2.3 80C51 CPU 的结构和特点2.4 存储器结构和地址空间 3 授课类型:讲授 4 授课时间: 2 学时 5 主讲教师:刘珊 二|、教学要求: 掌握单片机的存储器结构与复位方式,80C51 单片机的引脚功能,内部结构和工作原理 三、教材分析: 重点: 80C51单片机的引
15、脚功能和内部结构,单片机的存储器结构与复位方式. 难点:单片机的内部结构和工作原理 四、教学设想: 1、借助多媒体教学,一方面可以使课堂生动,另一方面可以腾出大量时间加强对重难点知 识的讲解 . 2、借助 EWB软件做演示实验,增强学生对知识的理解,同时提高他们对本学科的兴趣. 五、教学过程:(板书) MCS-51单片机的基本结构 精品文档 精品文档 2.1.2 MCS-51 单片机硬件结构特点 1内部程序存储器(ROM )和内部数据存储器(RAM )容量(如表2-1 所示) 。 2输入 /输出( I/O)端口 3外部程序存储器和外部数据存储器寻址空间 4中断与堆栈 5定时 /计数器与寄存器区
16、 6指令系统 2.1.3 MCS-51 单片机内部结构 1运算器 运 算 器由8 位 算术 逻辑 运 算单 元ALU ( Arithmetic Logic Unit ) 、 8 位 累 加器ACC (Accumulator ) 、8 位寄存器B、程序状态字寄存器PSW(Program Status Word) 、8 位暂存 寄存器 TMP1 和 TMP2 等组成。 2控制器 主要由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、堆栈指针SP、数据指针DPTR、时 钟发生器及定时控制逻辑等组成。 2.3 MCS-51 单片机的存储器配置 2.3.1 片内数据存储器 2.3.2 片外数据存储器 2
17、.3.3 程序存储器 2.3.1 片内数据存储器 片内数据存储器结构如图2-9( a)所示;其具体位地址单元如表2-3 所示;专用寄存器的地 址映像如表2-4 所示。 精品文档 精品文档 2.1.4 单片机复位电路及复位状态 1复位电路 单片机复位电路包括片内、片外两部分。 外部复位电路就是为内部复位电路提供两个机器周 期以上的高电平而设计的。MCS-51 单片机通常采用上电自动复位和按键手动复位两种方 式。如图2-14 所示。 2单片机复位后的状态 单片机运行出错或进入死循环时,可按复位键重新运行。21 个特殊功能寄存器复位后的状 态为确定值,如表2-6 所示。 特 殊 功 能 寄 存 器
18、通用 RAM 区 位寻址区 00H 1FH 20H 2FH 30H 7FH 80H FFH 80H 88H 90H 98H A0H A8H B0H B8H D0H E0H F0H 特 殊 功 能 寄 存 器 中 位 寻 址 外部 ROM 内部 ROM (EA=1) 外部 ROM (EA=0) 0000H 0000H 0FFFH 0FFFH 1000H FFFFH 外 部 RAM (I/O口 地址) 0000H FFFFH 内部数据存储器 (a) 外部数据存储器 (b) 程序存储器 (c) 工作寄 存器区 22 RST R +5 22 F RST +5 R2 200 RST R1 +5 C2 2
19、2 803 1 805 8031 8051 8031 8051 8751 (a)上电复位 (c) 按键脉冲复位 (b) 按键电平复位 R 精品文档 精品文档 3、时钟电路 (1)振荡周期/ 时钟周期:为单片机提供时钟信号的振荡源的周期。 (3)机器周期:通常将完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。 (4)指令周期: 是指 CPU 执行一条指令所需要的时间。一个指令周期通常含有14 个机 器周期。 若 80C51 单片机外接晶振为12MHz 时,则单片机的四个周期的具体值为: 振荡周期 1/12MHz 1/12s0.0833 s 时钟周期 1/6s0.167s 机器周期 1s 指令周期 14
20、s 4、80C51 指令时序 六、作业: P 47页4,6,10,11 第四讲 一、授课内容: 1 授课科目:单片机技术 2 授课内容:第三章80C51单片机的指令系统 3 授课类型:讲授 4 授课时间: 2 学时 5 主讲教师:刘珊 二|、教学要求: 掌握单片机的寻址方式,指令特点 ,功能和使用 三、教材分析: 重点 :寻址方式 ,指令特点 ,功能和使用 难点 :寻址方式 四、教学设想: 1、借助多媒体教学,一方面可以使课堂生动,另一方面可以腾出大量时间加强对重难点知 识的讲解 . 2、借助 EWB软件做演示实验,增强学生对知识的理解,同时提高他们对本学科的兴趣. 五、教学过程:(板书) ?
21、3.1 MCS-51指令系统的分类、格式及一般说明 P1P2 S1 P2 振荡周期 时钟周期 机器周期机器周期 指令周期 (OSC) S2S3S4S5S6S1S2 S4 S5S3S6 P1P1 P1 P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2 精品文档 精品文档 ?3.2 寻址方式 ?3.3 分类指令 MCS-51单片机指令系统有如下特点: (1)指令执行时间快。 (2)指令短,约有一半的指令为单字节指令。 (3)用一条指令即可实现2 个一字节的相乘或相除。 (4)具有丰富的位操作指令。 (5)可直接用传送指令实现端口的输入输出操作。 3.1 MCS-51指令
22、系统的分类、格式及一般说明 3.1.1 指令分类 3.1.2 指令格式 3.1.3 指令描述符号介绍 3.1.1 指令分类 按指令功能, MCS-51 指令系统分为数据传递与交换、算术运算、逻辑运算、程序转移、布 尔处理操作、 CPU控制等 6 类。 布尔处理操作类指令又称位操作指令。 3.1.2 指令格式 在 MCS-51指令中,一般指令主要由操作码、操作数组成。 指令应具有以下功能: (1)操作码指明执行什么性质和类型的操作。例如,数的传送、加法、减法等。 (2)操作数指明操作的数本身或者是操作数所在的地址。 (3)指定操作结果存放的地址。 3.1.3 指令描述符号介绍 Rn当前选中的寄存
23、器区中的8 个工作寄存器R0R7(n=07)。 Ri当前选中的寄存器区中的2 个工作寄存器R0、R1(i=0,1)。 direct8 位的内部数据存储器单元中的地址。 #data包含在指令中的8 位常数。 #data16 包含在指令中的16 位常数。 addr16 16 位目的地址。 addr11 11 位目的地址。 rel 8位带符号的偏移字节,简称偏移量。 DPTR数据指针,可用作16 位地址寄存器。 bit内部RAM或专用寄存器中的直接寻址位。 A累加器。 B专用寄存器,用于乘法和除法指令中。 C进位标志或进位位,或布尔处理机中的累加器。 间址寄存器或基址寄存器的前缀,如Ri,DPTR
24、。 / 位操作数的前缀,表示对该位操作数取反,如/bit。 片内RAM的直接地址或寄存器。 ()由寻址的单元中的内容。 箭头左边的内容被箭头右边的内容所代替。 3.2 寻址方式 精品文档 精品文档 3.2.1 立即寻址 3.2.2 直接寻址 3.2.3 寄存器寻址 3.2.4 寄存器间接寻址 3.2.5 变址寻址 3.2.6 相对寻址 3.2.7 位寻址 3.2.1 立即寻址 指令中直接给出操作数的寻址方式。立即操作数用前面加有#号的 8位或 16位数 来表示。 例如: MOV A, # 60H ; A#60H MOV DPTR ,# 3400H ;DPTR#3400H MOV 30H ,#
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