单片机复习教案期末必备老师内部.docx

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单片机复习教案期末必备老师内部

单片机复习教案期末必备

教案首页

课程：

单片机授课顺次：

2学时：

2班级：

年月日第节

课题

第二章：

MCS-51单片机的结构

2．1MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚

目的要求

了解单片机的逻辑结构

掌握MCS-51单片机引脚的使用

重点难点

重点：

单片机逻辑结构及外部引脚的使用

难点：

单片机外部引脚的功能

教学过程

本节内容比较抽象、繁琐，不易理解，需要教师耐心讲解，并采取适当的教学方法。

教学手段

课堂教学

课后分析

本节课内容比较抽象，需要同学们在以后的学习中进一步理解和掌握

第二章MCS-51单片微型计算机的结构

第一节MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚

一、MCS-51单片机的结构框图

二、MCS-51单片机的逻辑结构

1、中央处理器（CPU）

中央处理器简称CPU，是单片机的核心，完成运算和控制操作。

按其功能，中央处理器包括运算器和控制器两部分电路。

1）、运算器电路

功能：

单片机的运算部件，用于实现算术和逻辑运算。

2）、控制器电路

功能：

单片机的指挥控制部件，保证单片机各部分能自动而协调地工作。

2、内部数据存储器

组成：

RAM（128×8）和RAM地址寄存器等。

功能：

用于存放可读写的数据。

3、内部程序存储器

组成：

ROM（4K×8））和程序地址寄存器等。

功能：

用于存放程序和原始数据。

4、定时器／计数器

80C51共有两个16位的定时器／计数器。

功能：

实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对单片机进行控制，以满足控制应用的需要。

5、并行I/O口

MCS-51共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3）

功能：

实现数据的并行输入输出。

6、串行口

MCS-51单片机有一个全双工的串行口。

功能；以实现单片机和其它数据设备之间的串行数据传送。

7、中断控制系统

80C51共有5个中断源，即外中断2个，定时／计数中断2个，串行中断1个。

全部中断分为高级和低级共两个优先级别。

8、时钟电路

MCS-51芯片的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。

功能：

时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。

典型的晶振频率：

6MHz、11.0592MHz、12MHz。

9、位处理器

位处理器称为布尔处理器。

功能：

以状态寄存器中的进位标志位C为累加位，可进行各种位操作。

10、总线

总线：

连接计算机各部件的一组公共信号线。

分类：

地址总线、数据总线和控制总线。

作用：

减少了单片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性。

三、MCS-51的信号引脚

80C51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚排列如图所示。

1.信号引脚介绍

·输入／输出口线

P0.0～P0.7P0口8位双向口线

P1.0～P1.7P1口8位双向口线

P2.0～P2.7P2口8位双向口线

P3.0～P3.7P3口8位双向口线

·ALE地址锁存控制信号

功能：

a）在系统扩展时，ALE用于控制把P0口输出的低8位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的分时传送。

如图所示。

b）ALE是以六分之一晶振频率的固定频率输出的正脉冲，可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。

·/PSEN外部程序存储器读选通信号

在读外部ROM时/PSEN有效（低电平），以实观外部ROM单元的读操作。

·/EA访问程序存储器控制信号

当/EA信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；

当/EA信号为高电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。

·RST复位信号

当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位操作。

·XTAL1和XTAL2外接晶体引线端

当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；

当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。

·VSS地线

·Vcc＋5V电源

2、信号引脚的第二功能

“复用”即给一些信号引脚赋予双重功能。

第二功能信号定义主要集中在P3口线中，另外再加上几个其它信号线。

1、常见的第二功能信号

·P3口线的第二功能

P3口8条口线都定义有第二功能，如表所示。

·EPROM存储器程序固化所需要的信号

编程脉冲：

30脚（ALE/PROG）

编程电压（25V）：

31脚（/EA/Vpp）

·备用电源引入

备用电源是通过9脚（RST/VPD）引入的。

当电源发生故障，电压降低到下限值时，备用电源经此端向内部RAM提供电压，以保护内部RAM中的信息不丢失。

说明：

a）第一功能信号与第二功能信号是单片机在不同工作方式下的信号，因此不会发生使用上的矛盾。

b）P3口线先按需要优先选用它的第二功能，剩下不用的才作为I/O口线使用。

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课题

2．2MCS-51内部存储器

目的要求

了解MCS-51单片机的内部程序存储器和数据存储器的结构特点；熟悉运算器和控制器中的累加器ACC、程序状态字PSW、PC、SP、DPTR的特点及应用；掌握工作寄存器R0～R7的分组情况，

重点难点

重点：

各寄存器的特点及应用；MCS-51单片机内部存储器的空间与分配

难点：

位地址空间分配

教学过程

通过类比、举例，使所讲的抽象的内容具体化，让同学们尽可能快的掌握所学内容

教学手段

课堂教学

课后分析

本节课依然比较抽象，同学们一下子难以理解，本节作个全面的介绍，在以后的学习中，用到本节涉及的内容时，再回过头来进行复习和巩固，从而进一步理解所学内容。

第二节MCS-51内部存储器

一、内部数据存储器低128单元

划分为三个区：

1、寄存器区

地址范围：

4组通用寄存器占据内部RAM的00H～1FH单元地址。

每组8个，依次为R0～R7。

使用方法：

一种是以寄存器的形式使用，用寄存器符号表示；另一种是以存储单元的形式使用，以单元地址表示。

说明：

任一时刻，CPU使用其中的一组寄存器，并且把正在使用的那组寄存器称之为当前寄存器。

由程序状态字寄存器PSW中RSl、RS0位的状态组合来决定使用那一组。

2、位寻址区

地址范围：

内部RAM的20H～2FH单元，共有16个RAM单元，总计128位，位地址为00H～7FH。

位寻址区的位地址表如表所示。

操作方法：

字节操作和位操作。

使用方式：

一种是以位地址的形式；另一种足以存储单元地址加位的形式表示。

3、用户RAM区

地址范围：

内部RAM区单元地址为30H-7FH，共80个单元。

使用方法：

只能以存储单元的形式来使用。

但一般常把堆栈开辟在此区中。

二、内部数据存储器高128单元

又称之为专用寄存器区，其单元地址为80H-FFH，用于存放相应功能部件的控制命令、状态或数据。

因这些寄存器的功能已作专门规定，故而称为专用寄存器（SFR），有时也称为特殊功能寄存器。

MCS-51中80C51的专用寄存器共有22个，其中可寻址的为21个。

1、专用寄存器简介

现把22个专用寄存器中的5个介绍如下，其余的将在以后章节中陆续说明。

1）、程序计数器PC

PC是一个16位的计数器。

其内容为将要执行的指令地址，寻址范围达64KB。

PC有自动加1功能，以实现程序的顺序执行。

PC没有地址，是不可寻址的，因此用户无法对它进行读写。

但在执行转移、调用、返回等指令时能自动改变其内容，以改变程序的执行顺序。

2）、累加器A（或ACC）

累加器为8位寄存器，是程序中最常用的专用寄存器，功能较多，地位重要。

3、B寄存器

B寄存器是一个8位寄存器，主要用于乘除运算，也可作为一般数据寄存器使用。

4、程序状态字（PSWProgramStatusWord）

程序状态字是一个8位寄存器，用于寄存指令执行的状态信息。

其中有些位状态是根据指令执行结果，由硬件自动设置的，而有些位状态则是使用软件方法设定的。

PSW的位状态可以用专门指令进行测试，也可以用指令读出。

PSW的各位定义知下：

除PSW.1位保留未用外，对其余各位的定义及使用介绍如下：

·CY或C、PWS.7进位/借位标志位

功能：

a）存放算术运算的进位/借位标志；

b）在位操作中，作累加位使用。

·AC（PSW.6）辅助进位标志位

功能：

a）在加减运算中，当有低4位向高4位进位或借位时，AC由硬件置位，否则AC位被清“0”。

b）在进行十进制数运算时需要十进制调整，此时要用到AC位状态进行判断。

·F0（PSW.5）用户标志位

一个由用户定义使用的标志位，用户根据需要用软件方法置位或复位。

·RS1和RS0（PSW.4和PSW.3）寄存器组选择位

用于设定当前通用寄存器的组号。

通用寄存器共有4组，其对应关系如下表：

这两个选择位的状态是由软件设置的，被选中的寄存器组即为当前通用寄存器组。

·OV（PSW.2）溢出标志位

在带符号数的加减运算中，OV=1表示加减运算结果超出了累加器A所能表示的符号数有效范围（－128～+127），即产生了溢出，因此运算结果是错误的；反之，OV=0表示运算正确，即无溢出产生。

在乘法运算中，0V=1表示乘积超过255，即乘积分别在B与A中；反之，OV=0，表示乘积只在A中。

在除法运算中，0V=1表示除数为0，除法不能进行；反之，OV=0，除数不为0，除法可正常进行。

·P（PSW.0）奇偶标志位

表明累加器A中1的个数的奇偶性，在每个指令周期由硬件根据A的内容对P位进行里位或复位。

若1的个数为偶数，P=0；若1的个数为奇数，P=1。

5.数据指针（DPTR）

数据指针为16位寄存器，它是MCS-51中唯一一个供用户使用的16位寄存器。

DPTR可以分为两个8位寄存器使用，即：

DPHDPTR高位字节

DPLDPTR低位字节

DPTR在访问外部数据存储器时作地址指针使用，在变址寻址方式中，用DPTR作基址寄存器，用于对程序存储器的访问。

说明：

a）在22个专用寄存器中，唯一一个不可寻址的专用寄存器就是程序计数器（PC）。

b）对专用寄存器只能使用直接寻址方式，在指令中既可使用寄存器符号表示，也可使用寄存器地址表示。

c）在21个可寻址的专用寄存器中，有11个寄存器是可以位寻址的。

专用寄存器如表所示。

三、MCS-51的堆栈操作

堆栈是一种数据结构。

数据写入堆栈称为入栈（PUSH）。

数据从堆栈中读出称之出栈（POP）。

数据操作规则：

“后进先出”LIFO。

即先入栈的数据由于存放在栈的底部，因此后出栈；而后入栈的数据存放在栈的顶部，因此先出栈。

1、堆栈的功用

堆栈主要是为子程序调用和中断操作而设立的。

其具体功能有两个：

保护断点和保护现场。

2、堆栈的开辟

堆栈只能开辟在芯片的内部数据存储器中，即所谓的内堆栈形式。

3、堆栈指示器

堆栈指示器SP（StackPointer）的内容是堆栈栈顶的存储单元地址。

SP是一个8位寄存器。

说明：

系统复位后，SP的内容为07H，但由于堆栈最好在内部RAM的30H～7FH单元中开辟，所以在程序设计时应注意把SP值初始化为30H以后。

4、堆栈使用方式

堆栈的使用有两种方式。

自动方式：

即在调用子程序或中断时，返回地址（断点）自动进栈。

程序返回时，断点再自动弹回PC。

指令方式：

即使用专用的堆栈操作指令，进行进出栈操作。

其进栈指令为PUSH，出栈指令为POP。

例如保护现场就是指令方式进行操作

四、内部程序存储器

80C51芯片内有4KROM存储单元，其地址为0000H～0FFFH。

0000H～0002H系统的启动单元

0003H～000AH外部中断0中断地址区

000BH～0012H定时器／计数器0中断地址区

0013H～001AH外部中断1中断地址区

001BH～0022H定时器／计数器1中断地址区

0023H～002AH串行中断地址区

中断响应后，系统能按中断种类，自动转到各中断区的首地址去执行程序。

由于各地址区容量有限，因此一般在第一个单元放置一条无条件转移指令以转移到程序实际存放位置。

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课程：

单片机授课顺次：

4学时：

2班级：

年月日第节

课题

2．3MCS-51并行I/O端口

2．4MCS-51单片机时钟电路与时序

2．5单片机的复位工作方式

目的要求

掌握MCS-51并行I/O端口;了解MCS-51单片机时钟电路与时序和单片机的复位工作方式

重点难点

重点：

P0、P1、P2、P3口的使用；机器周期的计算

教学难点:

P0、P1、P2、P3口的电路结构；单片机时钟电路与时序

教学过程

通过类比、举例，使所讲的抽象的内容具体化，让同学们尽可能快的掌握所学内容

教学手段

课堂教学

课后分析

本节课依然比较抽象，同学们一下子难以理解，本节作个全面的介绍，在以后的学习中，用到本节涉及的内容时，再回过头来进行复习和巩固，从而进一步理解所学内容。

第三节MCS-51并行1/O端口

MCS-51单片机具有4个8位准双向并行端口（P0～P3），共32根1/O口线。

每一根1/O口线都能独立地用作输入或输出。

这4个端口是单片机与外部设备进行信息（数据、地址、控制信号）交换的输人或输出通道。

1、P0口

功能：

a）作为通用输入/输出口；

b）地址线／数据线分时复用。

在扩展系统中，低8位地址线与数据线分时使用PO口。

PO口先输出片外存储器的低8位地址并锁存到地址锁存器中，然后再输出或输入数据。

2、P1口

功能：

作为通用输人/输出口使用。

3、P2口

功能：

a）通用输人/输出口使用；

b）作为高8位地址总线口使用。

在扩展系统中，其作为扩展系统的高8位地址总线，与P0口低8位地址线一起组成16位地址总线。

3、P3口

功能：

a）作为通用输人/输出口使用；

b）涉及串行口、外部中断、定时器的工作（第二功能）。

第四节MCS-51单片机时钟电路与时序

时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。

1、时钟信号的产生

在MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2，在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器。

如图所示。

电路中的电容一般取30pF左右，而晶体的振荡频率范围通常是1.2MHz～12MHz。

2、引入外部脉冲信号

在由多片单片机组成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，引入唯一的外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲。

这时外部的脉冲信号是经XTAL2引脚注入，其连接如图2.13所示。

二、时序定时单位

MCS-51时序的定时单位共有4个，从小到大依次是：

拍节、状态、机器周期和指令周期。

下面分别加以说明。

1、拍节与状态

振荡脉冲的周期定义为拍节（用“P”表示）。

两个拍节定义为状态（用“S”表示）。

2、机器周期

6个状态为一个机器周期。

3、指令周期

执行一条指令所需要的时间称之为指令周期。

MCS-51的指令周期根据指令的不同，可包含有1、2、3或4个机器周期。

第五节单片机的复位工作方式

一、复位操作

复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。

除PC之外，复位操作还对其它一些专用寄存器有影响，它们的复位状态如表所示：

PC0000HTCON00H

ACC00HTL000H

PSW00HTH000H

SP07HTL100H

DPTR0000HTH100H

P0～P30FFHSCON00H

IPXX000000BSBUF不定

IE0X000000BPCON0XXX0000B

TMOD00H

二、复位信号

RST引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，其有效时间应持续2个机器周期以上。

三、复位方式

复位操作有上电自动复位和按健手动复位两种方式。

上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。

电路如图2.17（a）

按健手动复位有电平方式和脉冲方式两种。

其中按健电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，其电路如图2.17（b）所示。

而按健脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的，其电路如图20.17（c）所示。