完整版单片机电子教案Word格式文档下载.docx

1、掌握相应的技术后再学习别的单片机则会事半功倍。二、内容：1、单片机的基础知识 , 分类和典型应用 1.1定义：随着大规模集成电路技术和计算机技术的飞速发展，把计算机的运算器和控制器（即CPU），存储器（程序存储器和数据存储器）和多种接口集成在一块芯片上，称为微处理器（Microprocessor）。也叫微控制器，在我国习惯上又叫单片机。 1.2 单片机的主要应用领域 （1） 智能化产品 单片机与传统的机械产品相结合，使传统的机械产品结构简单化，控制智能化，构成新一代的机、电一代化产品。目前，广泛用于工业自动控制，如数控机床、可编程顺序控制、电机控制、工业机器人，离散与连续过程自动控制等；家用电

2、器，如微波炉、电视机、录像机、音响设备、游戏机等；办公设备，如传真机、复印机、数码相机等；电讯技术，如调制解调器、声像处理、数字滤波、智能线路运行控制；在电传、打印机设计中由于采用了单片机，取代了近千个机械部件；用单片机控制空调机，使制冷量无级调节的优点得到了充分的发挥，并增加了多种报警与控制功能；用单片机实现了通信系统中的临时监控、自适应控制、频率合成、信道搜索等，构成了自动拨号无线电话网、自动呼叫应答设备及程控调度电话分机等等。 （2） 智能化仪表 单片机引入到已有的测量、控制仪表后，能促进仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化发展，并使监测、处理、控制等功能一体化，使仪表重量大大

3、减轻，便于携带和使用。同时成本低，提高了性能价格比，长期以来测量仪器中的误差修正、线性化处理等难题也可迎刃而解。单片机智能仪表的这些特点不仅使传统的仪器、仪表发生根本的变革，也给传统的仪器、仪表行业技术改革带来了曙光。 （3） 智能化测控系统 测控系统特点是工作环境恶劣，各种干扰繁杂，而且往往要求控制实时，要求检测与控制系统工作稳定、可靠、抗干扰能力强。单片机最适合应用于工业控制领域，可以构成各种工业检测控制系统。例如，温室人工气候控制、电镀生产线自动控制系统等。在导航控制方面，如在导弹控制、鱼雷制导、智能武器装置、航天导航系统等领域中也发挥着不可替代的作用。 （4） 智能化接口 通用计算机外

4、部设备上已实现了单片机的键盘管理、打印机、绘图仪、扫描仪、磁盘驱动器、 UPS 等，并实现了图形终端和智能终端。2、单片机的发展方向和几种较为典型的单片机产品 2.1 单片机的发展趋势 CPU 的改进 存储器的发展 片内 I/O 的改进 外围电路内装化 器件集成度的不断提高，把众多的外围功能部件集成在片内系统的单片化。 低功耗化 CMOS 化 CHMOS 工艺。总之，向高性能、高速、低压、低功耗、低价格、外围电路内装化方向发展。2.2 典型的单片机产品 Intel 公司在单片机的早期开发中，一直处于领先地位。因此我们以 Intel 公司的产品为例，介绍其较流行的三种系列产品的功能。 MCS-4

5、8 系列单片机 MCS-51 系列单片机 如ATMEL公司AT89C51 AT89C52等 MCS-96 系列单片机 另外，还有Philips公司各系列单片机、PIC（MICROCHIP公司）系列单片机、ST公司系列单片机、 Motorola单片机等。3、单片机应用和开发系统的知识三、演示：1、常见的单片机的不同形式的实物外形2、自主开发的亚光电子单片机产品 脱水机 ZT-12P2生物组织摊烤片机 YT-7C 型 3、其他单片机应用实物使用教具：多媒体、单片机产品实物。 第讲 51单片机的结构与引脚1、熟悉51单片机的发展历史；2、了解51单片机的结构；3、学习51单片机的引脚及其功能；4、了

6、解常见的 51 系列单片机和增强型单片机。1、 51单片机的内部构造；2、 51单片机的引脚及其功能；3、 增强型单片机的功能和特点。教学方式和步骤：一、复习：单片机的概念和组成 二、授课内容：1、 51 单片机的发展历史和特点1.1 单片机的发展历史 单片机的初级阶段：1976年Intel公司推出了8位的MCS-48系列的单片机，以其体积小、重量轻、控制功能齐全和低价格的特点，得到了广泛的应用，为单片机的发展奠定了坚实的基础。单片机的发展阶段：80年代初 ,Intel公司推出了8位的MCS-51系列的单片机 高性能单片机发展阶段：随着控制领域对单片机性能要求的增加，出现了16位的单片机，而且

7、芯片内部也增加了其他的性能。如Intel的 MCS-96 系列单片机，在单片机内部集成了A/D转换器、PWM输出。1.2 单片机的特点 :单片机具有集成度高、体积小、功耗低、系列齐全、功能扩展容易、使用灵活方便、抗干扰能力强、性能可靠、价格低廉等特点。用行话讲叫“性/价”比高 . 2、51 单片机的结构2.1 MCS-51 的核心电路单片机 8051 内部结构框图 一个8位CPU；一个片内振荡器和时钟电路；4K字节片内部程序存储器ROM ；128字节片内部数据存储器RAM ；可寻址64K外部程序存储器；可寻址64K外部数据存储器；21个特殊功能寄存器 （专用寄存） ；32条可编程的 I/O 线

8、（4个8 位并行I/O端口）；两个16位定时器/计数器；一个可编程全双工串行口；具有5个中断源，两个优先级嵌套中断结构。单片机各功能部件由内部总线联系在一起。简化结构如下图所示 MCS-51 单片机结构框图2.2 中央处理单元CPU CPU 是单片机的核心部件，如上图所示，各方框表示功能部件，可以看出本单片机是 8 位数据宽度的处理器，能处理 8 位二进制数据或代码， CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成各种运算，实现对单片机各功能部件的指挥和控制任务，它是由运算器和控制器等部件组成的。各功能部件实际上是 CPU 的有机组成部分，各功能部件通过运行程序相联系 （1）运算器

9、运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算，它还包含一个布尔处理器，用来处理位的操作。运算器模块包括算术和逻辑运算部件 ALU、布尔处理器，累加器 ACC、 B 寄存器、暂存器 TMP1 和 TMP2、程序状态字寄存器 PSW 和十进制数调整电路等。1、累加器 ACC 是一个最常用的专用寄存器。大部分单操作数据指令的操作数取自累加器。很多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。加、减、乘、除算术运算指令的运算结果都存放在累加器 A 或 AB 寄存器对中。指令系统中用 A 作为累加器的助记符。2、B 寄存器 3、程序状态字 PSW 程序状态字记录程序状态信息，反映程序运算结果的特征，它是一个 8 位寄

10、存器。其中 PSW 的 1 位未用，格式如下：（按 D7 D0 顺序排列） Cy Ac F0 RS1 0 OV - P Cy （PSW.7） 进位标志。在执行某些算术和逻辑指令时，当运算结果的最高位有进位或借位时， Cy 将被硬件置位，否则就被清零。不同的是在布尔处理机中，它被认为是位累加器，可由软件置位或清零。 AC （PSW.6） 辅助进位标志。在进行加法或减法操作中，当低 4 位数向高 4 位数有进位或借位时， AC 将被硬件置位，否则就被清零。 AC 被用于十进制调整。 FO （PSW.5） 用户定义标志。可由用户让其记录程序状态，用作标记，即用软件使其置位或复位。 RS1、RS0（P

11、SW.4,PSW.3） 工作寄存器组选择控制位。可以用软件置位或清零，以确定当前工作寄存器组。 OV（PSW.2 溢出标志位。在对有符号数作加减运算时，用 C6 表示 D6 位向 D7 位的进位或借位，用C7表示D7位向更高位的进位或借位，则 OV 标志可由下式求得： OV=C6 C7。 OV=1 表示加减运算的结果超出了目的寄存器 A 所能表示的带符号数的范围（-128 +127）。无符号数乘法指令 MUL 的执行结果也会影响溢出标志。若置于累加器 A 和寄存器 B 的两个数的乘积超过 255 时（8位数）， OV=1 ，否则 OV=0 。此积的高 8 位放在 B 内，低 8 位放在 A 内

12、。因此， OV=0 时，只要从 A 中取得乘积即可，否则还要从 B 中取得乘积的高 8 位。除法指令 DIV 也会影响溢出标志，当除数为 0 时， OV=1 ，否则 OV=0 。 （PSW.0） 奇偶标志。每个指令周期都由硬件来置位或清零，以表示累加器 A 中有 1 的位数的奇偶数。若 1 的位数为奇数，则 P 置位，否则清零。该标志位对串行通信中的数据传输有重要意义。和数学中的数据本身的奇偶性有区别。当 A=10101000B 时，因数中是三个 1 使 P 置位。在数据传输时，当把一批数的 P 位和原 8 位放在一起构成 9 位数，这批 9 位数中 1 的个数应全为偶数。接收端如收到的数没有

13、偶数个 1 则认为出错。（2）控制器 控制器部件是由指令寄存器、程序计数器 PC ，定时与控制电路等组成的。 指令寄存器和译码 指令寄存器中存放指令代码。 程序计数器 PC 程序计数器 PC 用来存放即将要执行的指令地址，共 16 位，可对 64K 程序存储器直接寻址。 定时与控制电路 定时与控制电路是产生 CPU 操作时序的，它是单片机的心脏。控制各种操作的时间。8051 芯片内部有一个反向放大器所构成的振荡电路， XTAL1 和 XTAL2 分别为振荡电路的输入端和输出端。放大器可以产生自激振荡，此时时钟由内部方式产生。当 XTAL1 接地， XTAL2 接外部振荡器时，时钟由外部方式产生

14、。2.3 8051 内部 ROM 存储器 ROM： Read Only Memory 一般用于存放程序和表格等不常改变的数据 8051单片机的 ROM 是掩摸 ROM 容 量：4096byte（212） 地址范围：0000H 1FFFH 2.4 8051 内部的 RAM 存储器 RAM ： Random Access Memory 一般用于存放程序执行过程中产生的大量的临时数据，相当于 PC 的内存。8051 单片机的内部 RAM ： 128 字节 00H7FH 3、 51单片机的引脚及功能4、当前51单片机的发展方向和常见的51系列单片机5、增强型51单片机三 课后小结 多媒体，51单片机产

15、品实物。第3讲 8051单片机的存储器1、初布了解8051单片机内部存储器的结构；2、掌握8051单片机内部 ROM 的结构和资源分配情况；3、掌握8051单片机内部 RAM 的结构和资源分配情况；4、内部低128B、SFP 区的特点及使用方法。教学重点、难点：1、8051单片机内部存储器的结构特点、资源分配几访问方式；2、8051单片机内部 ROM 程序入口区的特点和使用方法；3、8051单片机内部 RAM 的结构；4、内部低 128B、SFP 区的特点及访问方式。教学方式与程序：复习：授课内容：1、单片机内部的存储器结构存储器是计算机的重要硬件之一，单片机存储器结构有两种类型：一种是程序存

16、储器和数据存储器统一编址，属于普林斯顿结构，另一种是程序存储器和数据存储器分开编址的哈佛结构。 MCS-51 采用的是哈佛结构。1.1 存储器具有的特点 程序存储器和数据存储器截然分开，各有自己的寻址系统，控制信号和特定的功能。程序存储器只存放程序和始终要保留的常数，数据存储器通常用来存放程序运行中所需要的大量数据。单片机中与存储器有关的名称有：程序存储器和数据存储器、内部存储器和外部存储器、字节地址和位地址。存储器有一定的容量，常把一个 8 位二进制数作基本单位，叫作字节。存储器有很多字节单元，也用二进制数来标识，叫地址。这些存储器空间的地址多数从零开始编址。 8 位地址 00H FFH ，

17、十六位地址 0000H FFFFH 。由于每一位十六进制数可直接换成四位二进制数（如 0H0000B、 9H1001B、 FH1111B ，其中 H 代表十六进制数标识符， B 代表二进制数标识符），以后我们也把两位十六进制数说成是 8 位二进制数 工作寄存器以 RAM 形式组成， I/O 接口也采用存储器方式工作。工作寄存器、 I/O 口锁存器和数据存储器 RAM 在单片机中统一编址。具有一个功能很强的布尔处理器，可寻址位空间有 256 位。1.2 MCS-51 具有的存储器编址空间 MCS-51 单片机寄储器结构如图所示。有六个编址空间，有四个物理存储器空间： 即由 PC 作地址指针的片内

18、 4K （0000H-0FFFH）程序存储器。 片外 4K+60K（0000H-FFFFH） 程序存储器。 由数据指针作地址的片外 64K 数据存储器。 片内 8 位地址的 128 字节 RAM （ 00H-7FH ）和特殊功能寄存器 （80H-FFH） 。程序存储器，片内 4K 程序存储器空间，其地址为 0000H 0FFFH ，外部 EPROM 也从 0000H 开始编址。在地址 0000H 0FFFH 区间，地址有重叠，由 EA 引脚信号来控制内、外程序存储器的选择。EA =0 时，不管 PC 值的大小， CPU 总是访问外部程序存储器。对于 8031 芯片，其内部没有程序存储器，必然外

19、接 EPROM ，所以 EA 必须接地，即 EA =0 时。外部程序存储器从 0000H 开始编址，寻址范围 64K 。当 EA =1 时，先执行内部 4K 程序，满 4K 后接着执行外部程序。程序存储器以 16 位的程序计数器 PC 作为地址指针可寻址 64K 字节空间范围， PSEN 作为程序存储器的读选通信号。程序存储器也存放程序所需要的常数。单片机以指令形式的不同来区分是访问程序存储器，还是访问数据存储器，凡是从程序存储器的常数表中取数据时，都要用查表指令 MOVC 形式。2、8051单片机内部ROM结构、地址分布、资源利用 51系列单片机程序存储器的管理：每个ROM单元（byte）对

20、应一个唯一的16bit地址编码（Address） CPU要到某个ROM单元去取指令，是通过把地址写入一个16bit的特殊功能寄存器程序计数器PC（Program Counter）来实现，因此，51系列单片机的地址的编码范围（通常称为寻址范围）：0000 0000 0000 0000B 1111 1111 1111 1111B（二进制） 0 0 0 0 H F F F F H （十六进制） 0 65535 （十进制） 通常习惯说51系列单片机的ROM寻址范围是64K PC的值是CPU根据用户程序的运行流程自动装载的，它的值代表单片机下一条要执行的指令在ROM中的存放位置，用户不能直接对PC进行操

21、作 3、8051单片机的内部RAM的结构51 系列单片机数据存储器的管理：51 系列单片机对数据存储器 RAM 的管理是通过 16bit 的特殊功能寄存器 DPTR（Data Pointer） 来实现，每个 RAM 单元 （byte） 也对应一个特定的地址编码 （Address） ，因此， 51 系列单片机的地址的编码范围 （ 通常称为寻址范围 ） ：0000 0000 0000 0000B 1111 1111 1111 1111B （二进制） 0 0 0 0 H F F F F H （十六进制） 0 65535 （十进制） 因此 51 系列单片机的 RAM 寻址范围也是 64K 51 系列单

22、片机 ROM 和 RAM 的地址编码范围都是 0000H FFFFH ，但由于在寻址时硬件电路上有区别，所以不会混淆。51 系列单片机中，单片机外接的接口芯片如 A/D、 D/A 等都有互不相同的地址，这些地址都是占用单片机外部 RAM 的地址编号。4、内部低128B、SFP区的地址分布、访问方式MCS-51 内部有 128 个字节的数据存储器 RAM ，它们可以作为数据缓冲器、堆栈、工作寄存器和软件标志等使用。 CPU 对内部 RAM 有丰富的操作指令。在编程时经常用到它们，内部 RAM 地址为 00H 7FH ，不同的地址区域内，规定的功能不完全相同。128 字节地址空间的 RAM 中不同

23、的地址区域功能分配为：工作寄存器区（00H-1FH）、位地址区（20H-2FH）、堆栈和缓冲区（30H-7FH ）、特殊功能寄存器 SFR 区（80H FFH）,下面分别说明。 工作寄存器区 单片机的内部工作寄存器以 RAM 形式组成，即工作寄存器包含在内部数据存储器中。地址为 00H 1FH 单元，内部 RAM 的低 32 字节分成 4 个工作寄存器区，每一个区有 8 个工作寄存器，编号为 R0 R7 。 位寻址空间 CPU 不仅对内部 RAMR 20H 2FH 这 16 个单元有字节寻址功能，而且具有位寻址功能（可以单独读写某一位）。给这 128 位赋以位地址为 00H 7FH ， CPU

24、 能直接寻址这些位。位地址空间 字节地址 寄存器名 位 地 址 2FH 7FH 7EH 7DH 7CH 7BH 7AH 79H 78H 2EH 77H 76H 75H 74H 73H 72H 71H 70H 2DH 6FH 6EH 6DH 6CH 6BH 6AH 69H 68H 2CH 67H 66H 65H 64H 63H 62H 61H 60H 2BH 5FH 5EH 5DH 5CH 5BH 5AH 59H 58H 2AH 57H 56H 55H 54H 53H 52H 51H 50H 29H 4FH 4EH 4DH 4CH 4BH 4AH 49H 48H 28H 47H 46H 45H 44H 43H 42H 41H 40H 27H 3FH 3EH 3DH 3CH 3BH 3AH 39H 38H 26H 37H 36H 35H 34H 33H 32H 31H 30H 25H 24H 23H 22H 21H 20H 1FH 1EH 1DH 1CH 1BH 1AH 19H