单片机应用技能实训教案项目8.docx

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单片机应用技能实训教案项目8

单片机应用技能实训教案—项目8

项目8数字时钟电路制作

任务1MCS-51单片机串行接口学习

一、案头

任务

MCS-51单片机串行接口学习

授课时间

年月日

授课班级

教学形式

讲授、讨论

授课时数

2课时

教学用具

教学资源

项目制作成品、课件

课前准备

教学目标

1、了解并行通信与串行通信。

2、理解串行口的结构。

3、掌握串行口控制寄存器的作用与用法。

4、掌握串行口工作方式0的应用。

教学重点

1、串行口控制寄存器的作用与用法。

2、串行口工作方式0的应用。

教学难点

1、对串行口发送启动和接收启动的理解。

教学过程

1、通过对生活中的数字钟表的讨论，引出项目任务。

2、并行通信与串行通信。

3、MCS-51单片机串行口的结构。

4、用于串行口的专用寄存器作用。

5、串行口控制寄存器的用法。

6、串行口工作方式0的应用。

教学后记

二、教学实施过程

实施环节

教学内容

导学方法

组织教学

1、检查学生出勤情况并做好记录。

2、调整学生的注意力，为上课作准备。

互动交流

复习提问

1、LED数码管结构？

2、什么是静态显示？

什么是动态显示?

本项目的终极目标是制作一个单片机控制的LED数码管静态显示数字时钟电路。

提问导思

导入

在项目7中学习了数码管的结构原理及显示方式，在项目6中学习了单片机的定时器，本项目要用定时器定时，用数码管显示时间，至少要用4个数码管，每个数码管占用8位，4个LED数码管占用4个I/O端口。

仅显示电路就将单片机的4个I/O端口全部占用，秒闪烁、调时按键已无端口可用，另外，P0、P2、P3口都具有第二功能，将这些端口仅用于显示电路，会造成资源浪费，所以，在本项目中要扩展用于显示电路的输出端口。

下面，我们在进行项目制作之前，学习MCS-51单片机的串行口，利用串行口的方式0进行I/O口的扩展。

启发学习积极性

讲授新课

一、MCS-51单片机串行接口

1、并行通信和串行通信

并行通信是指将组成数据字节的各位同时发送或接收。

在并行通信中，一个并行数据占有多少个二进制数位，就需要多少位并行传输线。

因此，并行通信所需的传输线多，传输线的成本及维护费高，不宜用于远距离通信。

串行通信是组成数据的字节中的各位按顺序逐一传送的方式。

它的优点是占用的传输线少，与外部设备的连接简单，最少只需3根传输线即可，如图8-2所示。

由于串行通信使用的传输线少、成本低，因此特别适用于远距离通信。

但是，串行通信是一位一位的传送数据，所以串行通信的传送速度较低。

图8-2

2、MCS-51单片机串行接口

MCS-51单片机的串行接口由串行口缓冲寄存器SBUF、串行口控制寄存器SCON和电源控制寄存器PCON构成，通过引脚TXD（P3.1）、RXD（P3.0）来完成串行数据的发送和接收与外界进行串行通信。

（1）串行口缓冲寄存器SBUF

SBUF是按字节寻址的特殊功能寄存器，它用来存放将要发送或接收到的数据。

在物理上，有两个独立的SBUF寄存器，一个用于发送，一个用来接收。

（2）串行口控制寄存器SCON

SCON是一个可以位寻址的特殊功能寄存器，它用于串行通信的方式选择、发送、接收控制及保存串行口的状态信息等。

SCON中各位的名称如表8-1所示。

表8.1SCON中各位的名称

SCON位

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

位名称

SM0

SM1

SM2

REN

TB8

RB8

TI

RI

SCON中各位的定义如下：

SM0、SM1：

串行口工作方式选择位。

4种不同取值对应4种工作方式如表8-2所示。

表8-2串行口工作方式选择

SM0、SM1

工作方式

功能

00

方式0

8位数据同步移位寄存器方式

01

方式1

8位数据异步通信方式

10

方式2

9位数据异步通信方式

11

方式3

9位数据异步通信方式

SM2：

在方式2、3中用作多机通信控制位。

REN：

允许接收控制位。

REN=0时，禁止接收；REN=1时，允许接收。

TB8：

发送数据的第九位。

在方式2、3中存放发送数据的第九位。

RB8：

接收数据的第九位。

在方式2、3中，接收的第九位数据存于RB8中。

TI：

发送中断请求标志位。

RI：

接收中断请求标志位。

（3）电源控制寄存器PCON

PCON对串行口的影响是通过其SMOD位改变串行口的波特率。

SMOD位位于PCON的最高位，即PCON.7，当SMOD=1时串行口的波特率是SMOD=0时的两倍（方式0除外）。

PCON在单片机复位时，SMOD=0。

二、MCS-51单片机串行口工作方式0的应用

1、串行口方式0的发送与接收

串行口工作方式0是8位同步移位寄存器方式。

串行数据由RXD（P3.0）引脚输入或输出，同步移位脉冲由TXD（P3.1）引脚输出。

方式0主要用于I/O端口的扩展。

（1）方式0的发送

方式0的发送操作是在TI=0的情况下，执行以SBUF为目的字节的数据传送指令开始的。

例如：

MOVSBUF，A

指令执行后，在RXD线上串行发送8位数据，同时在TXD线上发送同步移位脉冲。

8位数据发送完成后，由硬件将TI置1，向CPU请求中断。

若中断不开放，TI可作为发送完成的查询标志位。

TI=1后，必须用软件将其清0，以便再次发送数据。

（2）方式0的接收

方式0的接收操作是在RI=0的条件下，由REN置1指令来启动接收。

当执行指令：

SETBREN

后，8位数据从RXD引脚输入，同时TXD引脚发出同步移位脉冲，收到8位数据后，由硬件将RI置1，向CPU请求中断。

若中断不开放，RI可作为接收完成的查询标志位。

RI=1后，必须用软件将其清0，以便再次接收数据。

2、方式0应用举例

例1：

使用串入并出芯片74LS164与单片机相连，利用串行口方式0扩展8位并行输出，接线示意图如图8-3所示。

8位并行输出接8个发光二极管，要求控制8个发光二极管反复亮灭。

程序设计如下（采用查询方式）：

ORG0000H

AJMPSTART；转移到初始化程序START

ORG0030H

START：

MOVA，#00H；亮/灭初值

MOVSCON，#00H；初始化串行口方式0

MAIN：

MOVSBUF，A；启动串行口发送

MA1：

JNBTI，MA1；等待发送完一帧数据

CLRTI；清发送完成标志

LCALLYS；调用延时子程序YS

CPLA；取反以使亮灭变换

AJMPMAIN；转移到主程序MAIN

YS：

；延时子程序

…

RET

END

例2使用并入串出芯片74LS165与单片机相连，接线示意图如图8-4所示。

利用串行口方式0扩展8位并行输入，将输入的8位开关数据从P0口输出，由发光二极管显示。

参考程序如下：

ORG0000H

AJMPSTART；转移到初始化程序START

ORG0030H

START：

MOVSCON，#00H；初始化串行口方式0

MAIN：

CLRP2.7；置入并行数据

SETBP2.7；串行输入准备

SETBREN；开始串行输入

MA1：

JNBRI，MA1；等待接收完一帧数据

CLRREN；停止串行接收

CLRRI；清0接收完标志

MOVA，SBUF；取接收到的数据

MOVP1，A；将接收到的数据输出

AJMPMAIN；转移到主程序MAIN

END

详细介绍各位的作用及用法。

对方式0的发送与接收详细说明。

用多媒体展示课件图8-3和图8-4。

简单介绍集成电路芯片74LS164、74LS165工作特点。

对应用程序进行介绍，延时程序同学进行编写。

课堂小结

1、并行通信、串行通信的概念。

2、MCS-51单片机串行口结构。

3、串行口控制寄存器SCON各位作用及用法。

4、串行口方式0主要应用。

课后作业

自我测评1题、2题、3题、4题。

任务2数字时钟电路硬件、软件设计

一、案头

任务

数字时钟电路硬件、软件设计

授课时间

年月日

授课班级

教学形式

讲授、讨论

授课时数

2课时

教学用具

教学资源

课件、单片机应用制作成品

课前准备

教学目标

1、掌握串行口工作方式0的应用。

2、掌握数字时钟电路的整体构成。

3、掌握相关指令的使用。

4、理解应用程序的编程思路。

教学重点

1、串行口工作方式0的应用。

2、应用程序的编程思路及相关指令使用。

教学难点

1、应用程序的编写思路及相关程序。

教学过程

1、复习提问串行口方式0的主要应用。

2、介绍项目任务要求。

3、根据项目任务要求引导设计硬件电路。

4、相关指令学习。

4、应用程序流程图绘制。

5、应用程序设计。

教学后记

二、教学实施过程

实施环节

教学内容

导学方法

组织教学

1、检查学生出勤情况并做好记录。

2、调整学生的注意力，为上课作准备。

互动交流

复习提问

1、串行口控制寄存器SCON各位的作用？

2、如何用方式0扩展并行输出？

提问导思

导入

在学习了串行口结构及方式0应用后，我们应用串行口方式0扩展4个并行输出口来输出显示时间，项目要求如下：

1、用4个LED数码管采用静态显示，分别显示时和分，用一个发光二极管表示秒。

2、用两个按键，一个用来调小时，一个用来调分钟。

启发学习积极性

讲授新课

一、数字时钟电路设计

1、数字时钟电路构成方案设计

根据项目要求，本项目硬件由按键电路（调时）、单片机最小应用系统、扩展输出电路和数码管显示电路构成。

关键是扩展输出电路构成。

扩展输出用芯片74HC595来完成。

[74HC595芯片为16脚双列直插封装，14脚为串行数据输入端，11脚为移位脉冲输入端，10脚为异步清零端，13脚为使能端，12脚为数据锁存器脉冲输入端（为0时输入数据，为1时锁存数据），15、1、2、3、4、5、6、7脚为8位并行数据输出端，9脚为级联端。

]

2、电路设计

根据电路构成方案设计，对各组成部分进行设计。

关键是扩展输出及显示电路的设计。

2、元件选择

（1）复习晶振电路元件及复位电路元件的选择。

（2）复习发光二极管电路元件选择。

（3）数码管的选择。

二、应用程序编写

1、指令复习

请将下面每条指令举个应用例子。

RLA；将A中数据循环左移1位

RRA；将A中数据循环右移1位

INCRn；Rn←（Rn）+1

INCdirect；direct←（direct）+1

DECRn；Rn←（Rn）-1

MOVDPTR，#data16；DPTR←data16

CJNERn,#data,rel；比较不相等则转移，相等则顺序执行

SETBbit；bit←1

CLRbit；bit←0

JBbit，rel；bit位为1则转移，为0则顺序执行

DJNZRn，rel；减1非0转移

2、指令学习

（1）控制转移类指令

①ACALLaddr11；调用addr11处子程序

该指令是绝对调用指令，被调用子程序的首地址由当前PC的高5位与addr11生成，使用时addr11常用标号代替，例如ACALLDELAY是调用首地址为标号“DELAY”的子程序。

绝对调用指令的调用范围为2KB。

[温馨提示：

MCS-51单片机中，子程序调用指令只有两条，在程序存贮器空间允许情况下，需要使用子程序调用时，只使用长调用指令即可。

]

（2）算术运算指令

①DIVAB；A←（A）/（B）的商，B←（A）/（B）的余数

3、应用程序流程图绘制

根据项目要求，分别绘制主程序和中断服务程序流程图如图8-6所示。

4、程序设计

根据流程图编写程序，参考程序如下：

S1EQUP1.0；按键S1与P1.0等值

S2EQUP1.1；按键S2与P1.1等值

LEDEQUP2.0；秒显示LED与P2.0等值

ORG0000H

AJMPSTART；转移到初始化程序START

ORG000BH；定时器T1中断入口地址

AJMPSZ；转移到定时器中断服务子程序SZ

START:

；初始化程序

MOVTMOD,#11H；定时器初始化

MOVTL0,#78H；置定时器初值低8位

MOVTH0,#3CH；置定时器初值高8位

MOVSCON,#00H；串行口初始化

MOVR2,#0；初始化时、分、秒

MOVR3,#0

MOVR4,#0

MOVR5,#10；置1秒定时次数（每次定时100ms）

SETBEA；开中断

SETBET0

SETBTR0；开定时器

MAIN:

；主程序

JBS1,MA1；键查询

ACALLTXS；S1按下则调用调小时子程序TXS

MA1:

JBS2,MAIN

ACALLTFZ；S2按下则调用调分钟子程序TFZ

AJMPMAIN；转移到MAIN

TXS:

；调小时子程序

JNBS1,TXS；等待S1键释放（每按一次，时加1）

INCR4；小时加1

CJNER4,#24,TXS1；按24进制调小时

MOVR4,#0

TXS1:

RET；返回

TFZ:

；调分钟子程序

JNBS2,TFZ；等待S2键释放

INCR3；分钟加1

CJNER3,#60,TFZ1；按60进制高分钟

MOVR3,#0

TFZ1:

RET；返回

SZ:

；定时中断服务子程序

MOVTL0,#78H；重装初值

MOVTH0,#3CH

DJNZR5,SZ1；不到1秒则转移到SZ1

SETBLED；到1秒，秒显示灭

MOVR5,#10；重置1秒定时次数

INCR2；秒加1

CJNER2,#60,SZ2；按60进制加1

MOVR2,#0

INCR3；分加1

CJNER3,#60,SZ2；按60进制加1

MOVR3,#0

INCR4；时加1

CJNER4,#24,SZ2；按24进制加1

MOVR4,#0

AJMPSZ2；转移到SZ2

SZ1:

CJNER5,#5,SZ4；不到0.5秒，则转移到SZ4

CLRLED；到0.5秒，则秒显示亮

AJMPSZ4；转移到SZ4

SZ2:

ACALLSZZH；调用数字转换子程序SZZH

SZ3:

ACALLSJXS；调用时间显示子程序SJXS

SZ4:

RETI；中断返回

SZZH:

数字转换子程序

MOVA,R3；将分钟值转换为10进制

MOVB,#10

DIVAB

MOV30H,B；分钟个位送到30H

MOV31H,A；分钟十位送到31H

MOVA,R4；将小时值转换为10进制

MOVB,#10

DIVAB

MOV32H,B；小时个位送到32H

MOV33H,A；小时十位送到33H

RET；返回

SJXS:

；时间显示子程序

CLRP2.1；清P2.1，准备发送串行数据

MOVR0,#30H；发送数据首地址送到R0

MOVDPTR,#TAB；数码显示段码表首地址送到DPTR

SJXS1:

MOVA,@R0；将要显示的数据送到A

MOVCA,@A+DPTR；查相应的段码

MOVSBUF,A；利用串行口方式0送出段码

JNBTI,$

CLRTI

INCR0；R0加1，准备送下一位数字

CJNER0,#34H,SJXS1；没送完转移到SJXS1再送

SETBP2.1；将4位数据送出显示

RET；返回

TAB:

DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H；段码表

DB82H,0F8H,80H,90H,88H,0FFH

END；结束

5、讨论应用程序可否进行修改

是否需要去抖动处理？

老师和同学共同讨论电路构成方案。

由老师讲解74HC593与单片机的连接及扩展级连方法。

老师和同学共同在黑板上绘制电路原理图。

通过提问或讨论方式由同学进行使用练习。

对各条指令进行讲解并举应用例子。

在老师引导下由同学老师共同完成流程图绘制。

在老师引导下与同学一起完成应用程序设计。

时间允许时，可由同学对应用程序进行优化设计。

课堂小结

1、数字时钟电路设计。

2、相关指令学习。

3、应用程序设计,关键是程序流程图设计。

课后作业

自我测评5题、6题。

技能反复训练与思考题3题。

任务3数字时钟电路的计算机仿真

一、案头

任务

防盗报警器电路的计算机仿真

授课时间

年月日

授课班级

教学形式

老师演示、学生练习

授课时数

2课时

教学用具

教学资源

机房、多媒体、相关课件

课前准备

教学目标

1、数字时钟电路设计的计算机仿真验证。

2、提高工具软件的使用熟练程度。

3、熟练相关指令的使用及电路应用程序设计。

教学重点

1、数字时钟电路设计的计算机仿真验证。

2、相关指令的使用及程序编写与修改。

教学难点

1、仿真电路运行出错时的修改调试。

教学过程

1、proteus仿真电路绘制步骤复习。

2、用keil进行程序汇编步骤复习。

3、布置练习作业，学生进行练习并验证电路效果，老师进行指导。

教学后记

二、教学实施过程

实施环节

教学内容

导学方法

组织教学

1、检查学生出勤情况并做好记录。

2、调整学生的注意力，为上课作准备。

互动交流

复习提问

1、本项目设计的数字时钟电路都有哪些功能？

提问导思

导入

刚才同学们对数字时钟电路的功能作了叙述，下面就根据上次课进行的电路设计及程序编写，用计算机仿真验证本次项目设计的正确性和运行效果。

启发学习积极性

讲授新课

一、使用proteus绘制仿真电路图的步骤

1、将所需元器件加入到对象选择器窗口

AT89S51用AT89C51代替，红色发光二极管的英文符号是“LED-RED”；电阻、电容、电解电容、按键、晶振的英文符号分别是“RES”、“CAP”“CAP-ELEC”、“BUTTON”、“CRYSTAL”；绿色数码管的英文符号是“7SEG-COM-CAT-GRN”。

2、放置元器件至图形编辑窗口

3、移动、删除对象和调整对象朝向

4、放置电源及接地符号

5、元器件之间的连线

6、编辑对象的属性设置元件参数

二、使用keil进行程序汇编的步骤

1、源文件的建立

输入完源程序后，保存该文件，注意必须加上扩展名asm

2、建立工程文件

点击“Project--NewProject…”菜单，出现一个对话框，要求给将要建立的工程起一个名字，---。

3、工程的设置（针对我们的单片机制作项目进行简单设置）

在OutPut页面，勾选“CreatHexfile用于生成可执行代码文件（可以用编程器写入单片机芯片的HEX格式文件，文件的扩展名为.HEX）”选项。

4、编译、连接

在设置好工程后，即可进行编译、连接。

点击Buildtarget按钮

，对当前工程进行连接，如果当前文件已修改，软件会先对该文件进行编译，然后再连接以产生目标代码。

编译过程中的信息将出现在输出窗口中的Build页中，如果源程序中有语法错误，会有错误报告出现。

三、布置作业学生练习，老师指导。

1、数字时钟电路仿真验证。

2、在仿真软件中对定时器初值进行不同参数设置，观察有什么变化。

3、在仿真软件采用74LS164代替74HC595进行仿真，观察仿真运行效果，想一想为什么出现相应效果。

4、修改应用程序验证运行效果。

利用多媒体或机房相关软件进行操作演示。

讲解个步骤的含义。

课堂小结

1、proteus的基本操作步骤。

2、keil的操作步骤。

3、单片机电动机正反转控制电路的仿真验证。

课后作业

技能反复训练与思考题3题、7题。

任务4数字时钟电路的制作与调试

一、案头

任务

单片机控制广告灯电路的制作与调试

授课时间

年月日

授课班级

教学形式

学生动手操作、老师指导

授课时数

2课时

教学用具

万用表、电烙铁等

教学资源

实训设备、电路制作成品

课前准备

数字时钟电路PCB板、相关电子元件采购、准备。

教学目标

1、掌握项目相关元件的测试方法。

2、掌握使用相关工具进行电路制作的操作方法。

3、掌握使用仪表进行电路测试方法，提高仪表使用的熟练程度。

4、掌握数字时钟电路构成及硬件、软件调试。

教学重点

1、掌握相关元件测试方法。

2、掌握数字时钟电路构成及硬件、软件调试。

教学难点

1、电路调试中的故障查找。

教学过程

1、强调实训室操作规程，注意操作安全。

2、防盗报警器电路各元件及使用工具简介。

3、学生进行元件测试。

4、分组进行硬件电路制作。

5、分组进行硬件电路调试。

6、根据硬件电路实际对应用程序进行修改并进行运行调试。

教学后记

二、教学实施过程

实施环节

教学内容

导学方法

组织教学

1、检查学生出勤情况并做好记录。

2、调整学生的注意力，为上课作准备。

互动交流

复习提问

1、能否用调时键进行时间减1？

2、如何对数码管进行简单测试？

提问导思

导入

强调操作纪律及操作安全注意事项。

经过前面几个项目的制作，同学们已经有了制作经验，但本项目比较复杂，我们用PCB板进行硬件制作，同学们在2学时内完成项目制作调试并有满意的效果应该没有问题，期待同学们成功展示作品的时刻。

由学生分组展开实际操作。

建议每组2人，最好每组不超过3人。

启发学习积极性

项目制作

一、认识项目相关元件及元件测试

1、复习发光二极管、电阻等元件测试方法并进行操作练习。

2、复习数码管测试方法并进行测试。

3、复习按键的测试方法并进行测试。

二、按元件高低层次依次进行插装与焊接

1、电阻的插装与焊接。

2、电容、晶振的插装与焊接。

3、40脚及16脚IC插座插装与焊接。

4、按键及数据线插座的插装与焊接。

5、数码管的插装与焊接。

三、电路连接

完成各元件的连接后，将电源线引出或将USB座焊接在电路板上，使用电脑上的5V电源。

四、硬件电路调试

1、通电之前，先用万用表检查各电源线与地线之间是否有短路现象，测试40脚及16脚IC插座各脚对地电阻值并记录，分析各电阻值是否合理。

若发现有不合理值，则要进行分析查找及处理。

点按控制按键，测量相应引脚电阻是否为0。

2、不插单片机芯片，接通电源，检查所有插座或器件的电源端是否有符合要求的电压值，如发现电压值偏离较多，应立即中断供电并检查处理。

接地端电压是否为0V，测试40脚及16脚IC插座各脚对地电压并记录，分析各电压值是否合理。

3、在不插上单片机芯片时，接通电源，模拟单片机输出低电平（将对应引脚接地），检查相应的外部电路是否正常（观察发光二极管是否点亮）。

模拟74HC595输出低电平，检查数码管相应位是否点亮。

五、写入应用程序试运行

学生动手实际操