单片机技术教案(综合版)[1]文档格式.doc
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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)
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2000只晶体管/片的4位微处理器Intel4004,并配有RAM、ROM和移位寄存器,构成了第一台MCS—4微处理器,而后又推出了8位微处理器Intel8008,以及其它各公司相继推出的8位微处理器。
第2阶段(1976~1980):
低性能单片机阶段。
以1976年Intel公司推出的MCS—48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4KB),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64KB,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
n
(1)体积小、重量轻、功耗低、功能强、性价比高。
n
(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。
n(3)结构灵活,易于组成各种微机应用系统。
n(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、MCS—51系列、MCS—96系列。
该3大系列的性能简介见表1。
表1Intel单片机系列性能简介
4、MCS—51单片机系列
MCS—51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。
MCS—51子系列中主要有8031、8051、8751三种类型。
而MCS—52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MCS—52子系列间所不同的是片内程序存储器ROM从4KB增至8KB;
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630mW,而80C51的功耗只有120mW。
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。
⑵ 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。
(3)智能仪表。
用单片机改造原有的测量、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)等都要构成冗余的网络系统。
第二讲
2.1单片机的基本组成2.280C51单片机的引脚功能和结构框图
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
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
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.
(板书)
2.1.1MCS-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。
(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。
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
P0P1P2P3
TXDRXD
INT0INT1
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XTAL1和XTAL2
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+5V电源正端;
VSS:
接+5V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):
P0.0~P0.7统称为P0口。
(b)P1口(1脚~8脚):
P1.0~P1.7统称为P1口,可作为准双向I/O接口使用。
(c)P2口(21脚~28脚):
P2.0~P2.7统称为P2口,一般可作为准双向I/O接口。
(d)P3口(10脚~17脚):
P3.0~P3.7统称为P3口。
第三讲
2.380C51CPU的结构和特点2.4存储器结构和地址空间
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
MCS-51单片机的基本结构
2.1.2MCS-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
6.指令系统
2.1.3MCS-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(ArithmeticLogicUnit)、8位累加器ACC(Accumulator)、8位寄存器B、程序状态字寄存器PSW(ProgramStatusWord)、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。
2.3MCS-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
2.3.3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。
特
殊
功
能
寄
存
器
通用
RAM区