单片机应用技术理论教学课题.docx

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单片机应用技术理论教学课题

《单片机应用技术》理论教学课题

课题一进位计数制及其转换1

课题二AT89S51的内部结构5

课题三AT89S51外部引脚及工作方式14

课题四51单片机指令格式及寻址方式19

课题五AT89S51的指令系统25

课题六51单片机汇编程序设计34

课题七51单片机中断技术及外部中断39

课题八51单片机定时/计数功能44

课题九AT89S51的串行口通信功能49

课题十中断优先及看门狗功能的使用54

课题一进位计数制及其转换

本课题的目标

学习完本课题后，您将能够：

1.清楚二进制数和十六进制数的计数特点。

2.清楚十进制、二进制、十六进制的转换方法。

本课题的要求

本课题教学完成后，初学者必须做到：

1．正确理解二进制数和十六进制数的计数原理与特点。

2．正确掌握十进制数、二进制数、十六进制数间的转换方法。

3．牢记十进制、二进制、十六进制转换对照表。

本次课讲解内容

1．十进制数

2．二进制数

3．十六进制数

4．数制间的转换

5．进制数对照表

讲解进程参考

学时

序号

内容提要

讲解时间

第一学时

1

明确本次课程目标及讲解内容

3分钟

2

十进制数

6分钟

3

二进制数

10分钟

4

十六进制

10分钟

5

二进制、十六进制转十进制

10分钟

休息

第二学时

1

十进制转二进制

8分钟

2

十进制转十六进制

8分钟

3

二进制转十六进制

8分钟

4

十六进制转二进制

8分钟

5

进制数对照表

6分钟

6

课题内容总结，明确本课题的要求

5分钟

本课题学生笔记

一．十进制数（D）

人类日常生活中使用的计数制。

共10个数码符号（0，1，2，3，4，5，6，7，8，9）

基数10（分析二进制数，该数为十进制）

权，以10为底的幂次方

特点，逢10进1

二．二进制数（B）

计算机及数码产品中使用的计数制。

共2个数码符号（0，1）

基数2（分析二进制数，该数为十进制）

权，以2为底的幂次方

特点，逢2进1

表示方法：

（1010110）2或1010110B

三．十六进制（H）

本质上是二进制的一种缩写，方便使用和计数。

共16个数码符号（0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F）

基数16（分析十六进制数，该数为十进制）

权，以16为底的幂次方

特点，逢16进1

表示方法：

（1A2B）16或1A2BH

四．数制间的转换

1．二进制、十六进制转十进制

方法:

权展开式

例：

将二进制数1010110B转换成十进制数。

例：

将十六进制数1A2BH转换成十进制数。

2．十进制转二进制

方法:

除以2倒取余

例：

将十进制数86转换成二进制数。

3．十进制转十六进制

方法:

除以16倒取余

例：

将十进制数6699转换成十六进制数。

4．二进制转十六进制

方法:

四位合一法

例：

将二进制数1010110B转换成十六进制数。

5．十六进制转二进制

方法:

一位分四法

例：

将十六进制数据1A2BH转换成二进制数。

五．进制数对照表

二进制数

（B）

十六进制数

（H）

十进制数

（D）

二进制数

（B）

十六进制数

（H）

十进制数

（D）

0000

0

0

1000

8

8

0001

1

1

1001

9

9

0010

2

2

1010

A

10

0011

3

3

1011

B

11

0100

4

4

1100

C

12

0101

5

5

1101

D

13

0110

6

6

1110

E

14

0111

7

7

1111

F

15

课题二AT89S51的内部结构

本课题的目标

学习完本课题后，您将能够：

1.认识AT89S51单片机，了解其特点、功能和使用优势。

2.清楚AT89S51单片机的重要组成部分及其CPU特点。

3.清楚AT89S51单片机中六大专用寄存器作用及特点。

4.清楚AT89S51单片机的存储器结构。

5.清楚AT89S51单片机的堆栈空间及堆栈的作用。

6.清楚AT89S51单片机I/O端口的特点。

本课题的要求

本课题教学完成后，初学者必须做到：

1．掌握单片机的含义，单片机基本结构组成及用途。

2．正确理解位、字节、字长、存储元、存储单元、存储单元地址的含义。

3．牢记专用寄存器PC、A、B、PSW、SP、DPTR特点及作用。

4．牢记状态字寄存器PSW中各个位标识符号及各位作用。

5．牢记内部RAM的结构及地址分区，内部ROM的地址范围及作用。

6．正确认识堆栈空间及堆栈的工作原理和作用。

本次课讲解内容

1．单片机的含义、组成

2．单片机应用技术中重要术语

3．AT89S51单片机的CPU结构

4．AT89S51单片机六大专用寄存器

讲解进程参考

学时

序号

内容提要

讲解时间

第一学时

1

明确本次课程目标及讲解内容

5分钟

2

回顾理论，导入课题

5分钟

3

单片机的含义

5分钟

4

单片机的组成

5分钟

5

几个重要术语的讲解

15分钟

6

AT89S51的CPU特点及组成

10分钟

休息

第二学时

1

程序计数器PC

5分钟

2

累加器A

5分钟

3

通用寄存器B

3分钟

4

程序状态字PSW

15分钟

5

堆栈指针SP

8分钟

6

数据指针DPTR

6分钟

7

本次课题的要点总结

5分钟

8

明确本课题的要求

3分钟

本课题学生笔记

一．单片机的含义、组成

1．单片机的含义

由单片集成电路芯片构成的微型计算机简称单片机，特别适用与控制领域，故又称为微控制器（MCU）。

2．AT89S51单片机的组成

中央处理器CPU、存储器、I/O接口电路、特殊功能模块四部分组成。

二．单片机应用技术中重要术语

1．位

在单片机应用中表示一个二进制信息的单位，1位即标志1个二进制信息0或1，单位：

BIT（比特）。

2．字节

规定8位二进制数据长度为1个字节，即1字节=8位。

3．字长

单片机一次能处理数据的位数称为字长，AT89S51的CPU一次最多能处理8位二进制的数据信息，所以AT89S51为8位机，字长为8位。

4．存储元

存储元是存储器中的对象，表示存储1位二进制信息的物理单元。

5．存储单元

存储单元是存储器中的对象，一个存储单元含有若干个存储元。

如果一个存储单元含有8个存储元，即该存储单元长度是8位。

6．存储单元地址

在存储器中每个存储单元都使用一个地址来表示，该地址往往也是二进制信息，长度由该存储器中存储单元的数量决定。

三．AT89S51单片机的CPU结构

特点：

字长为8位的中央处理器；由运算器、控制器、专用寄存器组三大模块组成。

运算器:

完成各种运算，提供丰富的指令系统和极快的指令执行速度。

控制器:

完成取指令并译码后执行指令，控制各种部件的协调工作。

专用寄存器组:

任何CPU不可缺少的部件，AT89S51专用寄存器组包括PC、A、B、PSW、SP、DPTR等。

四．AT89S51单片机六大专用寄存器

1．程序计数器PC（ProgramCounter）

特点：

16位、能自动加1、复位后内容为0000H；

作用：

存放下一条需要执行指令的内存地址；

2．累加器A（Accumulator）

特点：

8位、可位寻址、复位后内容为00H；

作用：

专门用来存放操作数或运算结果；

3．通用寄存器B（GeneralPurposeRegister）

特点：

8位、可位寻址、复位后内容为00H；

作用：

专门为乘法和除法设置的寄存器；

4．程序状态字PSW（ProgramStatusWord）

特点：

8位、可位寻址、复位后内容为00H；

作用：

存放指令执行后的有关状态；

PSW寄存器

CY

AC

F0

RS1

RS0

OV

—

P

进位位CY

辅助进位位AC

用户标志位F0

工作寄存器选择位RS1和RS0

溢出位OV

奇偶标志位P

5．堆栈指针SP（StackPoint）

特点：

8位、能自动加1减1、复位后内容为07H；

作用：

专门用来存放堆栈的栈顶地址。

6．数据指针DPTR（DataPointor）

特点：

16位、由两个8位寄存器拼装而成DPH（高8位）、DPL（低8位）、复位后内容为0000H；

作用：

存放16位数值数据或地址数据；

本次课讲解内容

1．单片机中的存储器

2．AT89S51单片机的ROM存储器

3．AT89S51单片机的RAM存储器

4．AT89S51单片机中的堆栈

5．AT89S51单片机的I/O端口

讲解进程参考

学时

序号

内容提要

讲解时间

第一学时

1

明确本次课程目标及讲解内容

5分钟

2

回顾理论，导入课题

6分钟

3

单片机中的存储器

10分钟

4

S51单片机的ROM存储器

8分钟

5

S51单片机的RAM存储器

15分钟

休息

第二学时

1

S51单片机的RAM存储器

10分钟

2

S51单片机中的堆栈

15分钟

3

S51单片机的I/O端口

10分钟

4

本课题要点总结

7分钟

5

明确本课题的要求

5分钟

本课题学生笔记

一．单片机中的存储器

1.只读存储器ROM

程序执行中，二进制信息只能读出而不允许写入的存储器，掉电后数据不丢失。

因此ROM存储器用来存放用户编写的程序（用户通过一定的工具将程序固化到ROM中）。

2．随机存储器RAM

单片机工作中，二进制信息能随时读出写入的存储器，掉电后数据丢失。

因此RAM存储器用来存放运行中的交互数据（用户通过编写的程序来使用RAM各个存储单元）。

二．AT89S51单片机的ROM存储器

在单片机中ROM中存放的是用户程序，因此ROM在单片机中称为程序存储器。

1．片内:

AT89S51内部带有4KB的FLASHROM存储器，地址范围0000H——0FFFH，利用编程器可擦除写入1000次以上。

2．片外:

AT89S51外部可扩展ROM最大为64K，地址范围0000H——FFFFH，内外地址重叠区通过EA^引脚区分。

（0：

外部，1：

内部）

三．AT89S51单片机的RAM存储器

在单片机中RAM主要存放运行中的数据，因此RAM在单片机中称为数据存储器。

1．片内:

AT89S51内部RAM存储单元地址范围00H—FFH，其中高128个单元80H—FFH称特殊功能寄存器区，不能被用户任意使用。

低128个单元00H—7FH为用户编程任意使用；

2．片外:

AT89S51外部可扩展RAM最大为64K，地址范围0000H—FFFFH，内外地址靠单片机指令来区分。

3．内部RAM结构

①在低128个存储单元中，00H—1FH共32个存储单元称为工作寄存器区，8个连续单元为一组，共分4组。

每组存储单元低到高的对应工作寄存器符号为R0—R7。

对应为哪组靠PSW寄存器中RS1、RS0的信息组合区分。

②在低128个存储单元中，20H—2FH共16个存储单元称为位寻址区，按低对低，高对高原则，每一位都有一个位地址，地址范围00H—FFH。

位地址与单元地址通过操作码区分。

③在低128个存储单元中，30H—7FH共80个存储单元称为通用区。

④在高128个存储单元中，AT89S51的寄存器组分布其中，特殊功能寄存器分布其中，保留区分布其中。

四．AT89S51单片机中的堆栈

在AT89S51的数据存储器（RAM）中开辟具有特殊存储功能的空间。

堆栈空间原则上可以设在内部RAM的任意区域。

保存数据时通过堆栈指针SP来指示栈顶地址位置。

堆栈指针默认地址是内部RAM的07H。

堆栈空间大小：

由栈顶到栈底的地址单元构成。

堆栈操作：

进栈与出栈（PUSH、POP、地址保护、地址恢复）。

堆栈特点：

后进先出原则。

堆栈指针：

SP，默认值是7FH，永远指向栈顶地址，SP能自动加1减1。

五．AT89S51单片机的I/O端口

1．并行I/O端口

AT89S51有四个8位的并行I/O端口，对应的端口寄存器符号为P0、P1、P2、P3；，分布在片RAM内高128单元中，同时对应着芯片的端口引脚。

2．串行I/0端口

AT89S51有一个全双工的可编程串行I/O端口。

课题三AT89S51外部引脚及工作方式

本课题的目标

学习完本课题后，您将能够：

1．认识实物AT89S51单片机芯片，了解其封装形式。

2．清楚AT89S51双列直插式芯片引脚分类、特点、功能。

3．清楚AT89S51单片机工作中几个时间概念的含义。

4．清楚AT89S51单片机几种工作方式及作用。

本课题的要求

本课题教学完成后，初学者必须做到：

1．能够在单位时间内按顺序标出双列直插式全部引脚的符号。

2．牢记P0、P2、P3口的第二功能标识符并简述其功能。

3．牢记单片机工作中四个时间周期的含义及相互关系。

4．牢记AT89S51单片机复位后，内部主要寄存器的初始状态。

本课题讲解内容

1．AT89S51单片机芯片的封装形式

2．双列直插式AT89S51的引脚

3．AT89S51单片机工作中的四个周期

4．AT89S51单片机的工作方式

讲解进程参考

学时

序号

内容提要

讲解时间

第一学时

1

明确本次课程目标及讲解内容

2分钟

2

回顾理论，导入课题

3分钟

3

AT89S51单片机的封装形式

5分钟

4

AT89S51引脚分类

5分钟

5

AT89S51的电源、控制引脚

10分钟

6

AT89S51的端口引脚

10分钟

7

AT89S51的P3口引脚功能

10分钟

8

学生笔记总结，提出学习要求

5分钟

休息

第二学时

1

晶振周期、时钟周期的含义

8分钟

2

机器周期、指令周期的含义

10分钟

3

AT89S51的复位工作方式

10分钟

4

AT89S51的执行工作方式

5分钟

5

AT89S51的节电、编程工作方式

5分钟

6

本课题总结，明确本课题的要求

5分钟

本课题学生笔记

一．AT89S51单片机芯片的封装形式

1．双列直插式封装

2．方形封装

二．双列直插式AT89S51的引脚

1．引脚分类

电源线2个、控制线6个、端口线4×8个总计40个引脚。

2．电源引脚

VCC：

接电源正极，给芯片通电，引脚号40。

GND：

接电源负极，芯片地线，引脚号20。

3.控制引脚

RST：

芯片复位，高电平复位，引脚号9。

XTAL1：

外接晶振输入端，引脚号18。

XTAL2：

外接晶振输出端，引脚号19。

EA^/Vpp：

片外ROM选择/编程电源线,引脚号31。

ALE/PROG^：

地址锁存允许/芯片编程，引脚号30。

PSEN^：

片外ROM选通线，引脚号29。

4．端口引脚

P0口（P0.0—P0.7）：

用于传送输入/输出数据时为准双向口，用于传输数据/地址时为真正的双向口。

漏极开路，总线扩展时用做低八位地址且做8位数据线。

（引脚号39—32）

P1口（P1.0—P1.7）：

准双向通用I/O口，内含上拉电阻。

（引脚号1—8）

P2口（P2.0—P2.7）：

准双向通用I/O口，内含上拉电阻；总线扩展时做高八位地址。

（引脚号21—28）

P3口（P3.0—P3.7）：

准双向I/O口，内含上拉电阻；第二功能丰富。

P3.0—RXD串行数据接收口，引脚号10。

P3.1—TXD串行数据发送口，引脚号11。

P3.2—INT0^外部中断0输入，引脚号12。

P3.3—INT1^外部中断1输入，引脚号13。

P3.4—T0计数器0计数输入，引脚号14。

P3.5—T1计数器1计数输入，引脚号15。

P3.6—WR^外部RAM写选通信号，引脚号16。

P3.7—RD^外部RAM读选通信号，引脚号17。

三．AT89S51单片机工作中的四个周期

1．晶振周期

又称振荡周期，由单片机内部振荡电路产生的时间周期，是单片机时序中最小的时间单位。

2．时钟周期

振荡脉冲经二分频后产生的时间周期（节拍），故时钟周期是晶振周期的2倍。

3．机器周期

CPU完成某次特定操作所需要的时间，AT89S51单片机的机器周期固定为6个时钟周期。

4．指令周期

执行一条指令所需要的时间，是单片机时序中最大的时间单位。

AT89S51中有单周期指令，有双周期指令，两个四周期指令。

机器周期=6倍时钟周期=12倍晶振周期

四．AT89S51单片机的工作方式

1．复位方式

单片机在开机时都需要复位，常用的复位方法有上电复位和按键复位。

AT89S51复位时将对重要的寄存器自动进行初始化操作。

（PC）=0000H（A）=00H（B）=00H（PSW）=00H（SP）=07H

（DPTR）=0000H（P0）=0FFH（P1）=0FFH（P2）=0FFH（P3）=0FFH

2．程序执行方式

程序执行方式是单片机的基本工作方式，程序总是从地址0000H开始执行，PC自动加1。

3．节电工作方式

节电工作方式是一种减少单片机功耗的工作方式，通常有空闲模式、掉电模式等。

4．编程工作方式

使用开发工具对单片机内FLASHROM进行编程等操作的过程。

课题四51单片机指令格式及寻址方式

本课题的目标

学习完本课题后，您将能够：

1．认识到单片机受指令控制的实质。

2．清楚51系列单片机的指令格式。

3．清楚51系列单片机执行指令时的七中寻址方式。

4．初步具备利用寻址方式来解决数据传送。

本课题的要求

本课题教学完成后，初学者必须做到：

1．能够叙述51单片机指令的表示形式及各形式的本质含义。

2．牢记51单片机的七大寻址方式。

3．牢记51单片机七种寻址方式的数据传递途径。

本课题讲解内容

1．51单片机的指令系统

2．51单片机的指令表示形式

3．51单片机的指令格式

4．51单片机的七种寻址方式

讲解进程参考

学时

序号

内容提要

讲解时间

第一学时

1

明确本次课程目标及讲解内容

3分钟

2

回顾理论，导入课题

5分钟

3

指令、指令系统

8分钟

4

指令表示形式

8分钟

5

51指令格式

8分钟

6

立即寻址

8分钟

7

寄存器寻址

8分钟

休息

第二学时

1

直接寻址

8分钟

2

间接寻址

10分钟

3

变址寻址

10分钟

4

相对寻址

7分钟

5

位寻址

5分钟

6

课题总结，明确本课题的要求

5分钟

本课题学生笔记

一．51单片机的指令系统

1．指令：

计算机用于控制各种功能部件完成某一指定动作的命令。

2．指令系统：

指令的集合，该CPU能执行的所有指令。

AT89S51单片机指令系统中有111条指令，实现51种操作。

每条指令最终将存放到程序存储器中，使CPU能取指令，执行指令。

二．51单片机的指令表示形式

1．机器码：

可直接被计算机识别并执行的形式，在程序存储器中肯定是高低电平，对应的数学模型是二进制数形式，这样才能够被人所认识和使用。

2．十六进制形式：

机器码的二进制数形式的缩写而已。

（记忆、交流困难）

3．助记符形式：

又称汇编符形式，一种英文单词的缩写，与操作码严格对应，需要汇编器翻译成机器码形式。

（记忆、交流方便）

三．51单片机的指令格式（汇编形式）

1．指令由操作码和操作数两部分构成，是指令必有操作码，但某些指令不含操作数。

操作码操作数或操作数地址

2．操作码：

用于指示机器执行何种操作，即做什么。

3．操作数：

操作码执行的对象，即对什么做什么。

四．51单片机的七种寻址方式

单片机通过执行指令来完成某个工作，在执行指令时实际上是不断寻找操作数并进行操作的过程。

寻找操作数的方法定义为寻址方式。

1．立即寻址

指令中直接含有所需寻址的操作数，该操作数称为立即数。

立即数通常使用#data表示。

本质上，操作数存放在程序存储器中。

例如：

MOVA，#3AH；A←3AH

2．寄存器寻址

指令中含有该操作数所在的寄存器。

本质上，操作数在寄存器内。

例如：

MOVA，R0；A←（R0）

3．直接寻址

指令中含有操作数地址。

本质上，操作数在数据存储器中。

例如：

MOVA，3AH；A←（3AH）

4．间接寻址

指令中含有该操作数地址的寄存器。

本质上，操作数在数据存储器中。

例如：

MOVA，@R0；A←（（R0））

5．变址寻址

变址寻址的本质是对程序存储器ROM进行读操作，被读取数据的地址由两个积存器的和产生，数据读出后存入累加器A中。

AT89S51中只有两条指令是变址寻址指令：

MOVCA，@A+PC；A←（（A）+（PC））操作数在程序存储器中

MOVCA，@A+DPTR；A←（（A）+（DPTR））操作数在程序存储器中

6．相对寻址

跳转指令即为相对寻址，指令中含有相对地址偏移量。

相对寻址的本质是改变当前PC值。

这样就能改变程序执行的顺序。

例如：

SJMPrel；PC←（PC）+rel

7．位寻址

将二进制中某一位作为操作数，该操作数地址即位地址。

对该位操作数的操作都叫位寻址。

例如：

MOVC，00H；C←（00H）

课题五AT89S51的指令系统

本课题的目标

学习完本课题后，您将能够：

1．清楚AT89S51有哪几类指令及各类指令用途。

2．清楚AT89S51指令系统中各指令的时空特性。

3．清楚AT89S51指令系统中的111条指令的功能。

4．初步具备面对问题该利用哪类指令来解决问题。

本课题的要求

本课题教学完成后，初学者必须做到：

1．能够叙述指令字节和指令执行周期的本质含义。

2．分类牢记AT89S51单片机的111条指令及功能。

本次课讲解内容

1．51单片机指令的时空特性

2．AT89S51数据传送指令

3．AT89S51算术运算指令

讲解进程参考

学时

序号

内容提要

讲解时间

第一学时

1

明确本次课程目标及讲解内容

5分钟

2

回顾理论，导入课题

5分钟

3

指令的字节数

8分钟

4

指令的周期数

8分钟

5

数据传送指令

15分钟

休息

第二学时

1

数据传送指令

10分钟

2

算术运算指令

20分钟

3

本次课要点总结

10分钟

4

明确本课题的要求

5分钟

本课题学生笔记

一．51单片机指令的时空特性