单片机技术教案(综合版).doc

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第一讲

一、授课内容：

1．授课科目：

单片机技术

2．授课内容：

1.1什么是单片机1.2单片机的发展1.3MCS-51和80C51系列简介1.4单片机的应用领域和应用模式

3．授课类型：

讲授

4．授课时间：

2学时

5．主讲教师：

刘珊

二、教学目的：

了解单片机的发展,应用领域和应用模式，掌握单片机的特点

三、教材分析：

重点/难点：

单片机的特点

四、教学设想：

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.

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

一、授课内容：

1．授课科目：

单片机技术

2．授课内容：

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

3．授课类型：

讲授

4．授课时间：

2学时

5．主讲教师：

刘珊

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

三、教材分析：

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

四、教学设想：

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.

五、教学过程：

（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

一、授课内容：

1．授课科目：

单片机技术

2．授课内容：

2.380C51CPU的结构和特点2.4存储器结构和地址空间

3．授课类型：

讲授

4．授课时间：

2学时

5．主讲教师：

刘珊

二|、教学要求：

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

三、教材分析：

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

四、教学设想：

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.

五、教学过程：

（板书）

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