单片机原理与应用教案单片机完全教程.doc

单片机原理与应用教案单片机完全教程.doc

《单片机原理与应用教案单片机完全教程.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机原理与应用教案单片机完全教程.doc（124页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

第一讲单片机基础知识

教学方法:

讲授法

授课时数:

2学时

教学目的:

1、了解单片机的基础知识。

2、了解单片机的发展概况。

3、熟悉数制的转换。

教学重点：

单片机的含义及作用

教学难点:

数制间的转换

第一章单片机基础知识

§1-1单片机概述

一、什么是单片机？

计算机（微型）的系统结构：

如图1所示。

输入设备

运算器

输出设备

控制器

内存

图1微机系统结构

多板机：

单板机：

Z80

单片机：

IntelMCS-51，体积小，功能强，可靠性高，价格低。

以最小系统或单片机扩展系统出现在：

家用电器，智能仪表，工业过程控制，航空，汽车等领域。

单片机特点：

（1）受集成度限制，片内存储器容量较小，一般内ROM：

8KB以下；

内RAM：

256KB以内。

（2）可靠性高

（3）易扩展

（4）控制功能强

（5）易于开发

单片机发展分四个阶段：

第一阶段（74年~76年）初级阶段：

仙童公司F8（8位CPU，64KB）

第二阶段（76年~78年）低性能单片机：

Intel公司MCS-48（8位CPU）

第三阶段（78年~83年）高性能单片机：

Intel公司MCS-51、Motorola6801、Z8

第四阶段（83年~今）新一代单片机（单片微控制器）：

AT89C51（Atmel）

二、单片机系统的组成

1、硬件部分

运算器

CPU寄存器组

控制器

内存片内

单片机

片外

中断控制逻辑

并行I/O

通用接口串行UART

定时/计数器T/C

定时/计数器：

8253

模数转换器：

ADC0809

数模转换器：

DAC0832

外围器件（片外扩展接口）串行通信扩展：

8251

并行通信扩展：

8255A、8155

驱动器

DSP等

2、软件部分（即程序）

需用户自已开发，根据指令系统进行设计。

某些功能硬件可以实现，软件也可以实现。

硬件实现——速度快，占CPU时间少；但电路复杂、成本高。

软件实现——简化硬件电路设计，可靠性高，成体低，占CPU时间少，实时性差，此外，还需开发设备。

§1-2计算机中数的表示及运算

计算机只识别和处理数字信息，数字是以二进制数表示的；它易于物理实现，同时，资料存储、传送和处理简单可靠；运算规则简单，使逻辑电路的设计、分析、综合、方便，使计算器具有逻辑性。

一、用数制及转换

1、各种进位计数及其表示方法

数字符号：

0、1、2、……9——数码。

数码的个数——基数。

进位规则：

逢十进一

例如，十进制数，10个数码；采用“逢十进一”

30681=3×104+0×103+6×102+8×101+1×100

例如，二进制数，2个数码，采用“逢二进一”

（11010100）2=1×27+1×26+0×25+1×24+0×23+1×22+0×21+0×20

总之，N进制数，N个数码，“逢N进一”

2、数制之间的转换

任意进制之间相互转换，整数部分和小数部分必须分别进行，

十进制转换成二进制——短除取余法

余数

245

222—————————1

211—————————0

25————————1

22————————1

21————————0

0———————1

十进制小数转换成二进制小数——乘2取整法。

二进制转换成十进制——展开求和法。

（101101）2=1×25+0×24+1×23+1×22+0×21+1×20

=32+0+8+4+0+1

=45

二进制转换成八进制、十六进制与此类似。

二、机器数及其编码

1、机器数与真值

机器只认识二进制数：

0、1。

这是因为，电路状态常有两个，如通、断；高电平、低电平；…可用0、1表示。

这种0、1、0、1…1在机器中的表现形式——机器数。

一般为8位。

无符号数：

00000000B、……11111111B即00H~FFH

机器数有：

带符号数：

+1010110B、-1101001真值

01010110、11101001机器数

2、机器数的编码及运算

对带符号数而言，有原码、反码、补码之分，计算机内一般使用补码。

1）原码

将数“数码化”，原数前“+”用0表示，原数前“-”用1表示，数值部分为该数本身，这样的机器数叫原码。

设X——原数；则[X]原=X（X0）

[X]原=2n-1–X（X0），n为字长的位数。

如，[+3]原=00000011B

[-3]原=27-（-3）=10000011B

0有两种表示方法：

00000000+0

10000000-0

原码最大、最小的表示：

+127、-128

2）反码

规定正数的反码等于原码；负数的反码是将原码的数值位各位取反。

[X]反=X（X0）

[X]反=（2n–1）+X（X0）

如，[+4]反=[+4]原=00000100B

[-4]反=（28–1）+（-5）=11111111-00000101=11111010B

反码范围：

-128~+127

两个0；+0——00000000B

-0——11111111B

3）补码

补码的概念：

现在是下午3点，手表停在12点，可正拨3点，也可倒拨9点。

即是说-9的操作可用+3来实现，在12点里：

3、-9互为补码。

运用补码可使减法变成加法。

规定：

正数的补码等于原码。

负数的补码求法：

1）反码+1

2）公式：

[X]补=2n+X（X<0）

如，设X=-0101110B，则[X]原=10101110B

则[X]补=[X]反+1=11010001+00000001=11010010B

如，[+6]补=[+6]原=00000110B

[-6]补=28+（-6）=10000000–00000110=11111010B

8位补码的范围–128~+127。

0的个数：

只一个，即00000000

而10000000B是-128的补码。

原码、反码、补码对照表：

表1-2P10

巩固新课：

小结：

1、计算机与单片机有何区别？

2、单片机主要有哪几部分组成？

3、真值与码值有何区别？

原码、反码、补码三者之间如何换算？

布置作业：

P132、4

版书设计

一、单片机的概念

1、…….

2、…….

3、……..

….

二、单片机的组成

1、…….

2、…

三、数制及转换

1、…….

2、…….

小结

作业：

第二讲计算机中数的表示及运算

教学方法:

讲授法

授课时数：

2学时

教学目的:

1、理解原码、反码、补码的概念

2、掌握真值、原码、反码及补码间的换算

3、熟悉BCD码和ASCII码

教学重点：

补码的概念及运算

BCD码及ASCII码

教学难点：

补码的运算

复习：

原码、反码、补码三者之间有何关系？

4）补码的运算

当X≥0时，[X]补=[X]反=[X]原

[[X]补]补=[X]原

[X]补+[Y]补=[X+Y]补

[X-Y]补=[X+（-Y）]补

例：

已知X=52Y=38求X-Y

方法1：

减法：

方法2：

加法

X-Y=52-38=14X-Y=[[X-Y]补]补=[[X]补+[-Y]补]补

00110100=[[52]补+[-38]补]补

-）00100110=[14]补=14

00001110

[52]补：

00110100

[-38]补：

+）11011010

100001110

自然丢失

计算机在做算术运算时，必需检查溢出，以防止发生错误

5）运算的溢出问题

资料字长（位数）有一定限制，所以资料的表示应有一个范围。

如字长8位时；补码范围-128~+127

若运算结果超出这个范围，便溢出。

例：

[98]补：

01100010[85]补：

01010101

[25]补：

+）00011001[47]补：

+）00101111

[123]补：

01111011[132]补：

10000100

未溢出00溢出01

Cs+1Cs（未溢出）Cs+1Cs（溢出）

错：

两个正数相加和为负数。

[-85]补：

10101011[-19]补：

01010101

[-47]补：

+）11010001[-79]补：

+）10110001

[-132]补：

101111100[-98]补：

110011110

溢出10未溢出11

Cs+1CsCs+1Cs

错：

两个负数相加和为正数。

可见：

结果正确（无溢出）时，Cs+1=Cs

结果错误（溢出）时，Cs+1≠Cs

溢出判断：

溢出=Cs+1Cs（即结果是0为无溢出；1为有溢出）

1、十进制数的编码

对机器：

二进制数方便，

对人：

二进制数不直观，习惯于十进制数。

在编程过程中，有时需要采用十进制运算，但机器不认识十进制数。

怎么办？

可以将十进制的字符用二进制数进行编码：

000009 1001

100011010

2 00101011

300111100未用码

401001101

501011110

601101111

70111

81000

这叫做二进制数对十进制编码——BCD码。

上述每4位二进制数表示一个十进制字符，这4位中各位的权依次是：

8、4、2、1——8421BCD码。

BCD码的运算：

例：

1800011000

+）3BCD码相加+）00000011

2100011011

2B

非BCD码（错）怎么办？

需进行十进制调整：

00011000

+）00000011

00011011（个位大于9，应进1）

+）0110（加6使进1）

00100001（结果形如出21）

（1）BCD码加法规则

两个BCD数相加时，“某位”的和小于10则保持不变；

两个BCD数相加时，“某位”的和大于9，则和数应加6修正。

（2）BCD码减法规则

两个BCD数相减时，“某位”的差未发生借位，则差数保持不变；

两个BCD数相减时，“某位”发生了借位，其差应减6修正。

这里“某位”指BCD数中的“个位”、“十位”、“百位”、……

01100101（65）00110100（34）

+）10010111（97）-）00010101（15）

1111110000011111

+）01100110（加66调整）-）0110（减6调整）

101100010（162）00011001（29）

四、字符信息的表示

计算机能识别0、1、0、1、……；这些0、1、0、1、……有的代表

数值，有的仅代表要处理的信息（如字母、标点符号、数字符号等文字符号），所以，计算机不仅要认识各种数字，还要能识别各种文字符号。

人们事先已对各种文字符号进行二进制数编码：

如，美国信息交换标准码——ASCII码，用一个字节表示一个字符。

低7位是字符的ASCII码值；最高位是通信时的校验位。

见P328

巩固新课：

1、补码的作用？

2为什么对BCD码要进行十进制调整？

布置作业：

P13:

5、6

版书设计

一、补码的运算

1、…….

2、…….

二、运算溢出问题

1、…….

2、…….

三、十进制数的编码

1、…….

2、…….

四、字符信息的表示

1、…….

2、…….

小结：

1、…….

2、…….

3、…….

4、…….

作业：

第三讲MCS-51单片机结构原理

教学方法:

讲授法

教学目的

1、理解MCS-51单片机分类及特征

2、了解单片机内部组成

3、掌握MCS-51单片机引脚的使用

教学重点

单片机外部引脚的使用

教学难点

单片机外部引脚的功能

第二章MCS-51单片机结构原理

单片机硬件结构

·内部结构

·引脚功能

·内存的配置

·CPU时序

·I/O接口

§2-1概述

IntelMCS-51系列单片机三个版本：

8031、8051、8751（8位机）

（表2-1P14程序内存配置）

IntelMCS-96系列机：

8096（16位机）

除此之外，Motorla公司、Zilog公司、Mcrochip……相继推出产品，

各系列产品内部功能、单元组成、指令系统不尽相同。

Intel公司单片机问世早，系列齐全，兼容性强，所以得到广泛使用。

51子系列：

8031、8051、8751MCS-51系列

52子系列：

8032、8052

无有

ROMROM

§2-2MCS-51单片机内部结构及引脚

一、MCS-51单片机内部结构

P15图2-1

1、中央处理单元（8位）

数据处理、测试位，置位，复位位操作

2、只读存储器（4KB或8KB）

永久性存储应用程序，掩模ROM、EPROM、EEPROM

3、随机存取内存（128B、128BSFR）

在程序运行时存储工作变量和资料

4、并行输入/输出口（I/O）（32条）

作系统总线、扩展外存、I/O接口芯片

5、串行输入/输出口（2条）

串行通信、扩展I/O接口芯片

6、定时/计数器（16位、加1计数）

计满溢出、中断标志置位、向CPU提出中断请求，与CPU之间独立工作

7、时钟电路

内振、外振。

8、中断系统

五源中断、2级优先。

结构特点：

MCS-51系列单片机为哈佛结构（而非普林斯顿结构）

1）内ROM：

4KB

2）内RAM：

128B

3）外ROM：

64KB

4）外RAM：

64KB

5）I/O线：

32根（4埠，每埠8根）

6）定时/计数器：

2个16位可编程定时/计数器

7）串行口：

全双工，2根

8）寄存器区：

工作寄存器区、在内128BRAM中，分4个区，

9）中断源：

5源中断，2级优先

10）堆栈：

最深128B

11）布尔处理机：

位处理机，某位单独处理

12）指令系统：

五大类，111条

二、MCS-51单片机外部引脚

DIP40脚P17图2-3

方形封装44脚

1、主电源引脚

Vss、Vcc

2、外接晶振引脚

XTAL1、XTAL2

3、控制或复位引脚

RST/VPD两个机器周期高电平，单片机复位。

P0~P3口：

输出高电平

SP：

07H

SFR、PC：

清0

不影响内RAM状态，机器从0地址开始执行。

上电复位电路、电平方式开关复位电路如图2-4所示。

ALE/PROG：

地址锁存控制端

提供1/6fosc振荡频率，输入编程脉冲EPROM

PSEN：

外部程序内存的读选通信号端。

EA/VPP：

EA=1，访问内部程序内存

当PC值超过内ROM范围（0FFFH）时，自动转执行外部内存的程序

EA=0，只访问外部程序内存。

对8751机，可施加21V编程电源（Vpp）

4、输入/输出引脚

P0~P3：

四个I/O口，每口8线，共同32线。

小结：

1、MCS-51系列机种类

2、MCS-51内部结构有几部分？

特点？

3、MCS-51机DIP有多少引脚？

ALE、PSEN、EA作用？

布置作业：

P351

版书设计

一、MCS-51单片机内部结构

1、CPU…….

2、ROM…….

3、RAM

4、并行I/O口

5、串行I/O口…….

6、定时/计数器…….

7、时钟电路

8、中断系统…….

…….

二、MCS-51单片机内部结构

1、主电源（VCC、VSS）

2、外接晶振

….

3、控制或复位

4、输入/输出

小结：

1、……..

2、…….

.

作业：

第四讲MCS-51单片机存储器配置

教学方法:

讲授法

教学目的:

1、了解特殊功能寄存器名称

2、了解单片机位地址空间分配

3、掌握MCS-51单片机内部存储器的空间与分配

教学重点：

单片机外部引脚的使用

教学难点：

单片机外部引脚的功能

复习：

1、MCS-51系列单片机有几种典型机型？

有何区别？

2、MCS-51单片机有多少外部引脚？

ALE、EA、PSEN、RET的作用？

3、MCS-51单片机的特点？

课题§2-3MCS-51单片机内存配置

一、MCS-51机的内存结构（如图1所示）

60KB

外部ROM

64KB

外部

RAM

4KB

内部

EA=1

4KB

外部

EA=0

特殊功能寄存器

内部RAM

FFFFH

FFFFH

1000H

0FFFH0FFFHFFH

80H

7FH

0000H0000H00H0000H

7F

程序存储器内部数据存储器外部数据存储器

图1MCS-51机的内存结构

物理上分为：

4个空间，片内ROM、片外ROM

片内RAM、片外RAM

逻辑上分为；3个空间，程序内存（片内、外）统一编址MOVC

数据存储器（片内）MOV

数据存储器（片外）MOVX

1、程序内存

寻址范围：

0000H~FFFFH容量64KB

EA=1，寻址内部ROM；EA=0，寻址外部ROM

地址长度：

16位

作用：

存放程序及程序运行时所需的常数。

七个具有特殊含义的单元是：

0000H——系统复位，PC指向此处；

0003H——外部中断0入口