项目4单片机应用技能实训C语言教案.docx
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项目4单片机应用技能实训C语言教案
单片机应用技能实训（C语言）教案—项目4
项目4防盗报警器电路制作
任务1MCS-51单片机中断系统学习
一、案头
任务
MCS-51单片机中断系统学习
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、理解中断的概念。
2、了解中断系统的结构。
3、掌握中断请求标志的作用
4、掌握中断允许寄存器、中断优先级寄存器的作用和使用方法。
5、理解中断响应的条件、中断响应遵循的规则、中断响应过程。
教学重点
1、中断请求标志的作用及置位复位方法。
2、中断允许寄存器、中断优先级寄存器的使用方法。
教学难点
1、对中断请求标志位置位/复位的理解。
2、中断响应过程。
教学过程
1、通过对报警器电路的工作特点分析，引出项目任务。
2、中断的基本概念。
3、中断系统的结构。
4、中断系统各组成部分作用及使用方法。
5、中断响应的条件、中断响应遵循的规则、中断响应过程。
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、在项目3中，单片机是如何获取正反转命令的？
2、以同学们的了解，防盗报警器由几部分构成？
本项目的终极目标是制作一个单片机控制的断线式防盗报警器。
提问导思
导入
在单片机控制系统中，对于有可能发生，但又不能确定其是否发生、何时发生的事件处理，通常采用中断方式处理。
比如盗窃事件就是此类事件。
所以本项目采用中断方式，项目设计制作之前先来学习中断系统。
启发学习积极性
讲授新课
一、中断的基本概念
将正在执行的程序暂停，转而去执行另一程序的过程称为中断。
中断系统是单片机的重要组成部分，它使单片机具有实时中断处理能力，进行实时控制，故障自动处理等。
下面介绍中断系统的几个基本概念。
1、中断源
中断源是指能够发出中断请求信号的来源。
2、中断的开放与关闭
所谓中断开放（也称开中断），就是允许CPU接受中断源提出的中断请求。
所谓中断的关闭（也称关中断），就是不允许CPU接受中断源提出的中断请求。
3、中断优先级控制
对于有多个中断源的单片机系统，对中断源进行响应的先后次序必须事先设定，即中断优先级控制。
4、中断处理过程
中断处理过程可归纳为中断请求、中断响应、中断处理及中断返回四部分。
二、MCS-51单片机的中断系统
MCS-51单片机中断系统的结构框图如图4-2所示，由5个中断源，4个用于中断控制的专用寄存器TCON、SCON、IE和IP及优先级硬件查询电路构成。
图4-2中断系统
1、中断源和中断请求标志
MCS-51单片机的5个中断源及中断请求标志见表4-1，其中两个是外部中断源，另外3个属于内部中断源。
表4-1MCS-51单片机的中断源与中断请求标志
中断源
说明
标志
外部中断0（
）
从P3.2引脚输入的中断请求
IE0
定时器/计数器T0
定时器/计数器T0溢出发出的中断请求
TF0
外部中断1（
）
从P3.3引脚输入的中断请求
IE1
定时器/计数器T1
定时器/计数器T1溢出发出的中断请求
TF1
串行口
串行口发送、接收时产生的中断请求
TI、RI
MCS-51的5个中断源的中断请求标志位位于定时器控制寄存器TCON和串行口控制寄存顺SCON中，TCON及SCON中各位的名称如表5-2所示。
对TCON和SCON中与中断有关的位说明如下：
TF1（TF0）：
定时/计数器T1（T0）的溢出中断请求标志位，当T1/T0计数产生溢出时，由硬件将TF1（TF0）置1，向CPU请求中断。
当CPU响应其中断后，由硬件将TF1（TF0）自动清0。
IE1（IE0）：
外部中断1（外部中断0）的中断请求标志位。
IE1（IE0）=1，表示外部中断1（外部中断0）请求中断，当CPU响应其中断后，由硬件将IE1（IE0）自动清0；IE1（IE0）=0，表示外部中断没有请求中断。
IT1（IT0）：
外部中断1（0）的中断触发方式控制位。
若将IT1（IT0）置0，则外部中断1（0）为电平触发方式。
若将IT1（IT0）置1，则外部中断1（0）为边沿触发方式。
TI：
串行口发送中断请求标志位。
当串行口发送完一帧数据后，由硬件将TI置1，向CPU请求中断。
CPU响应中断后，必须用软件将TI清0。
RI：
串行口接收中断请求标志位。
当串行口接收完一帖数据后，由硬件将RI置1，向CPU请求中断。
CPU响应中断后，必须用软件将RI清0。
2、中断的开放和关闭
MCS-51单片机中断的开放与关闭是由中断允许寄存器IE的相应位来进行控制的。
IE中各位的名称如表4-3所示。
表4-3IE中各位的名称
IE位
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
位名称
EA
—
—
ES
ET1
EX1
ET0
EX0
IE中各位的定义如下：
EA：
中断允许总控制位。
EA=1时，开放所有的中断请求，但是否允许各中断源的中断请求，还要取决于各中断源的中断允许控制位的状态。
ES：
串行口中断允许位。
ET1（ET0）：
定时器T1（T0）中断允许位。
EX1（EX0）：
外部中断1（0）中断允许位。
中断允许位为0时关闭相应中断，为1时开放相应中断。
单片机系统复位后，IE中各中断允许位均被清0，即关闭所有中断。
如需要开放相应中断源，则应使用软件进行置位。
例如开放外部中断0和定时器1，可使用如下指令：
EA=1;//开放总允许
EX0=1;//开放外部中断0中断
ET1=1;//开放定时器1中断
或者
IE=0x85;//将相应位置1，开放相应中断
3、中断源的优先级控制
51单片机的中断源可设置为两个中断优先级：
高优先级中断和低优先级中断，从而可实现两级中断嵌套。
中断优先级控制寄存器IP中各位的名称如表5-4所示。
IP位
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
位名称
PS
PT1
PX1
PT0
PX0
IP中各位的定义如下：
PT0（PT1）：
定时器0
（1）的中断优先级控制位。
PX1（PX0）：
外部中断1（0）的中断优先级控制位。
PS：
串行口的中断优先级控制位。
中断控制位为1时，相应中断为高优先级，为0时相应中断为低优先级。
可以通过指令将相应位置1或清0。
单片机复位后，IP全部清0。
4、响应中断的条件
单片机响应中断时，必须满足以下几个条件：
（1）有中断源发出中断请求。
（2）中断允许总控制位及申请中断的中断源的中断允许位均为1。
（3）没有同级别或更高级别的中断正在响应。
（4）必须在当前的指令执行完后，才能响应中断。
若正在执行RETI或访问IE、IP的指令，则必须再另外执行一条指令后才可以响应中断。
5、中断响应遵循的规则
中断响应遵循如下规则：
先高后低，停低转高，高不理低、自然顺序。
自然优先级按从低到高的顺序是：
串行口→定时器T1→外部中断1→定时器T0→外部中断0
6、中断响应过程
CPU响应中断时，由硬件自动执行如下操作：
（1）保护断点，即把程序计数器PC的内容压入堆栈保存。
（2）清内部硬件可清除的中断请求标志位（IE0、IE1、TF0、TF1）。
（3）将被响应的中断源的中断服务程序入口地址送入PC，从而转移到相应的中断服务程序执行。
表4-5MCS-51单片机各中断源中断入口地址
中断源
入口地址
C语言中断编号
外部中断0（
）
0003H
0
定时器/计数器T0
000BH
1
外部中断1（
）
0013H
2
定时器/计数器T1
001BH
3
串行口
0023H
4
各中断源中断服务程序入口地址如表4-5所示。
从CPU检测到中断请求信号到转入中断服务程序入口地址所需的时间称为中断响应时间。
中断响应时间一般为3~8个机器周期。
7、中断系统应用注意事项
在应用中断系统时应在设计硬件和软件时考虑解决如下问题：
（1）明确任务，确定采用哪些中断源及中断触发方式。
（2）中断优先级分配。
（3）中断服务程序要完成的任务。
（4）程序初始化设置即开放相关中断源。
列举生活中的中断事例，说明中断的含义。
用多媒体展示图4-2。
重点说明中断请求标志的作用及置位复位方法意义。
详细说明中断开放与关闭的意义及使用方法。
说明中断入口地址的作用。
课堂小结
1、中断的基本概念。
2、MCS-51单片机中断系统结构。
3、51单片机的中断源与中断请求标志。
4、中断专用寄存器IE、IP的使用。
5、中断响应的条件及响应规则。
6、中断响应过程及中断入口地址。
7、中断系统的应用注意事项。
课后作业
自我测评1题、2题、3题、6题。
任务2中断系统应用—防盗报警器电路硬件、软件设计
一、案头
任务
中断系统应用—防盗报警器电路硬件、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、掌握中断系统应用C语言程序编写方法。
2、掌握防盗报警器电路的整体构成。
3、理解应用程序的编程思路。
教学重点
1、防盗报警器电路的整体构成。
2、应用程序的的编程思路。
教学难点
1、堆栈操作指令的理解。
2、对中断服务程序与主程序的关系的理解。
教学过程
1、复习使用中断系统时需要考虑的问题。
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、C语言中断服务子程序的编写方法。
5、应用程序流程图绘制。
6、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、如何开关中断？
2、使用中断时需要考虑的问题?
提问导思
导入
本项目的任务要求是：
1、用一个控制开关启动进入防盗状态，开关闭合经50S延时后，进入防盗状态。
当断线报警电路发出报警请求信号后，若50S内没有正确的密码输入，单片机即输出报警信号。
一旦报警，单片机不能复位，只能用断电复位；2、防盗状态的退出由4个控制开关的状态来控制，用4个控制开关状态作为密码数据输入，主人进入后，在50S内将控制开关置于正确状态（输入正确密码），则防盗报警器电路退出防盗状态。
启发学习积极性
讲授新课
一、防盗报警器电路设计
1、防盗报警器电路构成方案设计
根据项目要求，本项目硬件由键开关电路、单片机最小应用系统、灯光报警电路和断线报警触发电路构成。
2、电路设计
根据电路构成方案，对各组成部分进行设计。
键开关采用拨码开关；灯光电路用发光二极管代替；断线报警触发电路可以三极管及相关元件构成。
硬件电路原理图如图4-5所示。
图4-5原理图
3、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）断线报警触发电路元件的选择。
其中：
三极管：
9013
断线模拟开关：
自锁按键
基极电阻：
2K
集电极电阻：
10K
二、应用程序编写
1、应用程序流程图绘制
本项目采用8个发光二极管全部反复亮灭闪烁来报警，S1~S4输入的正确密码设为0011（闭合为0，断开为1）。
主程序及中断服务程序流程图如图下所示。
图4-6流程图
2、程序设计
根据流程图编写程序。
延时函数、灯光报警函数由学们进行编写，中断服务子程序编写说明如下：
（1）中断服务函数（子程序）定义格式
void中断服务函数名（void）interrupt中断编号
（2）本项目的中断服务函数编写如下：
voidint1（）interrupt2//外部中断1的中断编号为2
{
delay2（20）;//延时50S
if（P1!
=0xf3）//输入密码错误则报警
{
dgbj（）;
}
else//输入密码正确
{
EX1=0;
P0=0x00;
F0=1;//置密码正确标志
}
}
根据流程图编写的主程序如下：
voidmain（）
{
P0=0x00;//点亮彩灯
PX1=1;//置中断高优先级
IT1=0;//置中断电平触发方式
EA=1;//开总中断位
while
（1）//主程序大循环
{
do//等待S4闭合
{
P1=0xff;
}
while（S4==1）;
F0=0;//清密码标志
delay1（20）;//延时50S
if（F0==0&S4==0）//S4闭合则进入防盗状态
{
P0=0xff;//熄灭彩灯
EX1=1;//开中断
}
}
}
3、讨论应用程序可否进行修改
4、扩展中断源的方法。
老师和同学共同讨论在黑板上绘制电路原理图。
由同学选择，老师指导。
老师进行编写及说明。
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、使用中断时需要考虑的问题。
2、防盗报警器电路设计。
3、C语言中断服务程序的编写。
4、应用程序设计。
课后作业
自我测评5题、7题、8题。
任务3防盗报警器电路的计算机仿真
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、防盗报警器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、防盗报警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、课件演示电动机正反转控制电路运行效果。
4、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、有盗匪进入时，防盗报警触发电路输出什么信号？
2、防盗报警吕电路的工作过程如何？
提问导思
导入
刚才同学们对防盗报警器电路的工作过程作了叙述，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
参照上次课设计的防盗报警器电路原理图4-5进行仿真电路绘制。
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、黄色发光二极管、绿色发光二极管的英文符号分别是“LED-RED”“LED-YELLOW”“LED-GREEN”；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”；三极管、开关的英文符号分别是“2N222A”“SWITCH”。
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.c。
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”选项，用于生成扩展名为.hex的可执行代码文件。
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
，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、防盗报警器电路仿真验证。
2、试一试，用其他开关作为启动报警开关。
可否将启动报警的方式进行改进？
3、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、防盗报警器电路的仿真验证。
课后作业
技能反复训练与思考题1题、2题。
任务4防盗报警器电路的制作与调试
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
防盗报警器电路相关电子元件采购、准备。
教学目标
1、项目相关元件的测试方法。
2、熟练电路接线图绘制方法。
3、掌握使用相关工具进行电路制作的操作方法。
4、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。
5、掌握防盗报警器电路构成及硬件、软件调试。
教学重点
1、掌握相关元件测试方法。
2、掌握防盗报警器电路构成及硬件、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、学生进行元件测试及元件布局设计并绘制电路接线图。
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、除了单片机最小应用系统所用元件外，本项目都增加了那些元件？
---发光管、三极管、电阻、拨码开关、自锁开关。
提问导思
导入
强调操作纪律及安全事项。
经过前面几个项目的制作，同学们已经有了制作经验，本项目比项目3要简单许多，同学们在4学时内完成项目制作调试，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、复习三极管测试方法并进行测试。
3、讨论拨码开关的测试方法并进行测试。
二、元件布局设计及电路接线图
1、布局设计
由学生依据电路原理图4-5以及电路元件实际进行电路布局设计。
元件布局设计时应考虑方便接线，并兼顾美观大方。
2、绘制电路接线图
各小组根据所设计的布局图并依据电路原理图进行电路接线图绘制，接线图必须按元件的实际位置绘制，接线图绘制完成后，要妥善保存。
三、按元件高低层次依次进行插装与焊接
1、40脚IC插座插装与焊接。
2、晶振、电容、电阻插装与焊接。
3、拨码开关、发光二极管、电解电容、数据线插座插装与焊接。
4、自锁按键、三极管的插装与焊接。
四、电路连接
1、根据电路接线图进行各元件之间的连接。
2、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。
往届学生的制作成品如图所示。
成器图
五、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）。
4、在不插上单片机芯片时，接通电源，测试三极管各极电位，分析是否正常；操作自锁按键，测试三极管输出端是否有低电平输出。
六、写入应用程序试运行
学生动手实际操作，根据硬件电路实际对应用程序进行修改后，编译生成目标文件写入单片机芯片进行运行调试。
运行正常后，再对应用程序进行修改以期能有更好的效果实现。
若正常写入程序，接通电源后，系统不能正常工作，可以通过测试18、19、30脚的直流电位初步判定单片机最小系统是否已经正常工作。
学生分组进行动手制作，老师巡回指导或示范操作。
由学生动手操作，老师进行巡回指导，必要时进行示范操作。
将所测试数据列表记录并妥善保存。
提问学生，三极管的正常状态是怎样的。
项目制作小结
1、元件测试方法。
2、电路接线图绘制很重要。
3、元件插装与焊接及电路连接。
4、硬件电路调试。
5、程序写入与运行调试。
课后作业
1、将项目制作调试时测试数据列表并分析。
2、总结本项目制作中出现问题及解决方法。
3、自我测评9题。
升级会员 