单片机教案.docx
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单片机教案
常州轻工职业技术学院
单片机原理及应用课程授课教案NO__1__
授课日期
授课班级
课题
第一章基础知识
授课类型
讲授
课时数
2
教学
目的
了解单片机的概念、大致构成、工作过程、种类及用途
重点
难点
MCS-51单片机的内部硬件结构及引脚功能
MCS-51单片机的内部硬件结构
教具
挂图
单片机实验仪、实物
教学过程
及
时间分配
教学方法的应用
10分钟
第一章认识单片机
一、什么是单片机
单片机是将CPU、存储器、输入/输出接口、定时/计数器等集成在一块芯片上,是目前销量最大、应用面最广、价格最便宜的微型计算机。
如图1-1所示:
例1-1单片机彩灯控制系统(单片机控制8个发光二极管每隔0.1秒轮流点亮。
)
使用单片机实验仪进行演示。
二、典型单片机产品
1.MCS-51系列
美国Intel公司生产的8位字长单片机。
基本型产品有8051、8031、8751等。
2.AT89C51系列
美国ATMEL公司生产的8位字长单片机。
与MCS-51系列单片机兼容,内含4KB的flash存储器。
讲解
15分钟
20分钟
三、MCS-51单片机的内部的硬件结构及引脚
(一)MCS-51单片机内部的总体硬件结构
8051单片机的内部基本结构,如图1-2所示。
(二)MCS-51单片机的引脚
8051单片机是HMOS工艺制造,外形为40条引脚,如图1-3所示。
因为受芯片引脚数量的限制,有很多引脚具有双功能。
1、主电源引脚
VCC:
芯片工作电源端,接+5V。
Vss:
电源接地端。
2、时钟振荡电路引脚
XTAL1:
内部晶体振荡电路的反相器输入端。
接法如图1-5。
XTAL2:
内部晶体振荡电路的反相器输出端。
接法如图1-5。
3、控制信号引脚
RST————RST为复位信号输入端。
外部接复位电路。
接法如图1-4。
ALE————ALE为地址锁存允许信号。
在不访问外部存储器时,ALE以时钟振荡频率的1/6的固定频率输出,用示波器观察ALE引脚上的脉冲信号是判断单片机芯片是否正常工作的一种简便方法。
————外部程序存储器ROM的读选通信号。
到外部ROM取指令时,
自动向外发送负脉冲信号。
————为访问程序存储器的控制信号。
4、并行I/O端口引脚
P0口(P0.0~P0.7);P1口(P1.0~P1.7);P2口(P2.0~P2.7);P3口(P3.0~P3.7)
图示
讲解
图示
15分钟
5分钟
●举例:
单片机P1.0点灯的应用电路
(三)复位电路与时钟电路
1.复位电路
(1)复位电路
单片机的RST引脚是复位信号输入端,RST引脚上保持两个机器周期(24个时钟周期)以上的高电平时,可使单片机内部可靠复位。
单片机常用的外部复位电路如图1-4。
(2)复位状态
复位后,单片机内部的各寄存器的内容将被初始化,包括程序计数器PC和特殊功能寄存器,其中(PC)=0000H,特殊功能寄存器的状态见表1-1。
复位不影响片内RAM和片外RAM中的内容。
表1-1复位后特殊功能寄存器的初始状态
SFR名称
初始状态
SFR名称
初始状态
ACC
00H
TMOD
00H
B
00H
TCON
00H
PSW
00H
TH0
00H
SP
07H
TL0
00H
DPL
00H
TH1
00H
DPH
00H
TL1
00H
P0~P3
FFH
SBUF
不确定
IP
ХХХ00000B
SCON
00H
IE
0ХХ00000B
PCON
0ХХХХХХХB
2.时钟电路
时钟电路用于产生时钟信号,时钟信号是单片机内部各种微操作的时间基准,在此基础上,控制器按照指令的功能产生一系列在时间上有一定次序的信号,控制相关的逻辑电路工作,实现指令的功能。
举例讲解
图示
讲解
10分钟
15分钟
图1-58051的外接石英晶体的时钟电路
电容容量范围为30PF±10PF,石英晶体频率的范围为1.2~12MHZ,常用6MHZ或12MHz。
3.时序单位
(1)时钟周期(是时钟信号频率fosc的倒数)
时钟周期=1/fosc
(2)机器周期:
机器周期=12×时钟周期
(3)指令周期
一条指令从被读取到被执行的整个过程所需的时间称为指令周期。
●思考题:
fosc分别为6MHZ和12MHZ时,机器周期分别为多少?
四、MCS-51单片机的内部硬件的主要功能
(一)中央处理单元CPU
它由运算器和控制器两部分组成。
1.运算器
运算器是进行各种算术运算和逻辑运算的部件。
与运算器有关的寄存器包括ACC、B、PSW。
(1)累加器ACC(8位寄存器)
(2)B寄存器(8位)
(3)程序状态字寄存器PSW(8位)
PSW主要用于存放程序状态信息以及运算结果的标志,所以又称标志寄存器。
其格式如下(D1位没有定义):
D7D6D5D4D3D2D1D0
CY
AC
F0
RS1
RS0
OV
—
P
CY——进位标志位。
AC——辅助进位标志位。
F0——用户标志位
RS1、RS0——工作寄存器区选择控制位
OV——溢出标志位。
P——奇偶标志位。
2.控制器
(1)控制器的组成
控制器是由程序计数器PC、指令寄存器、译码器、定时与控制电路等组成的。
(2)程序计数器PC
PC是一个16位的寄存器,PC中的内容是下一条将要执行的指令代码的起始存放地址。
当单片机复位之后,(PC)=0000H,引导CPU到0000H地址读取指令代码,CPU每读取一个字节的指令,PC的内容会自动加1,指向下一个地址,使CPU按顺序去读取后面的指令,从而引导CPU按顺序执行程序。
图示
图示
举例并讲解
讲解
课
后
小
记
授课教师:
常州轻工职业技术学院
单片机原理及应用课程授课教案NO2
授课日期
授课班级
课题
单片机存储器结构及数制编码
授课类型
讲授
授课时数
2
教学
目的
掌握MCS-51系列单片机的存储器结构、常用数制编码及相互转换
重点
难点
单片机的存储器结构、常用数制编码及相互转换
存储器的地址分配
教具
挂图
多媒体课件
教学
及
过程分配
主要教学内容
教学方法
的运用
5分钟
15分钟
5分钟
复习上堂内容
(二)存储器
1.8051的存储器分为两大存储空间:
程序存储器(ROM)空间
(1)片内4KB的程序存储器,其地址为0000H~0FFFH
(2)片外64KB的程序存储器,其地址为0000H~FFFFH
数据存储器(RAM)空间
(1)片内256B的数据存储器,00H~7FH为通用的数据存储区,80H~FFH为专用的特殊功能寄存器区
(2)片外64KB的数据存储器,其地址为0000H~FFFFH
2.程序存储器
(1)程序存储器主要用于存放程序和表格常数。
(2)程序存储器分为片内、片外两部分,总容量最大为64KB,地址为0000H~FFFFH。
(3)
引脚的接法
与8051不同的是,8751片内包含4KB的EPROM程序存储器,而8031内部不包含程序存储器。
对于8051、8751等片内有程序存储器的芯片,
引脚应该接高电平;对于8031这种片内无程序存储器的芯片,
引脚应该接低电平。
3.数据存储器
数据存储器主要用于存放各种数据。
●讲述8031,8051,8751,8032,8052,8752以及其它MCS-51系列单片机的区别
以下只对内部数据存储器进行介绍
7FH
·
·
30H
用户区
2FH
20H
位寻址区
(位地址00~7F)
1FH
00H
工作寄存器区3(R0~R7)
工作寄存器区2(R0~R7)
工作寄存器区1(R0~R7)
工作寄存器区0(R0~R7)
(1)低128B的内部数据存储器
按其功能不同划分为三个区域。
提问
结合课件讲解
图示
图示
10分钟
10分钟
5分钟
15分钟
10分钟
5分钟
15分钟
①工作寄存器区(00H~1FH)
该区均分为四个小区,任何时候,只有一个区的工作寄存器可以工作,称为当前工作寄存器区。
当前区的选择可通过对寄存器PSW中的RS1、RS0两个位的设置来进行,见表1-2。
表1-2当前工作寄存器区的选择
RS1
RS0
当前工作寄存器区
0
0
0区
0
1
1区
1
0
2区
1
1
3区
思考题:
单片机复位时,当前工作寄存器区是哪个?
②位寻址区(20H~2FH)
位寻址区有16个单元组成,共128个位,每个位具有位地址,表1-3中表格数据是每个位的位地址。
每个单元也可作一般的数据缓冲单元使用。
字节地址:
20H~2FH位地址:
00H~7FH
③用户区(30H~7FH)
为一般数据缓冲区,堆栈区通常也设置在这个区域内。
(2)高128字节(特殊功能寄存器区)
8051内部有21个特殊功能寄存器(简称SFR),它们均为8位的寄存器,离散分布在80H~FFH区域,剩下107个单元是没有定义的,用户不能使用。
见表1-4。
有11个SFR的字节地址可被8整除(地址以0和8结尾),可以位寻址(表中已给出它们的位地址)。
1.DPTR作用讲解
2.SP作用讲解
●五、计算机中的数制与编码
(一)常用数制
数制也就是进位制,计算机中常用的进位制有二进制(B字母结尾)、十进制(D字母结尾,可省略)、十六进制(H字母结尾)等。
其中二进制是计算机内部使用的,十进制、十六进制通常是人们书写程序或描述计算机工作过程时使用的。
(二)数制间的转换
三种进制的对应关系见表1-5。
表1-5三种进制数对照表
数制转换
二进制(B)
十六进制(H)
十进制(D)
二进制(B)
十六进制(H)
十进制(D)
0000
0
0
1000
8
8
0001
1
1
1001
9
9
0010
2
2
1010
.A
10
0011
3
3
1011
B
11
0100
4
4
1100
C
12
0101
5
5
1101
D
13
0110
6
6
1110
E
14
0111
7
7
1111
F
15
1.十进制转换为二进制
整数部分的转换方法称为“除2取余法”。
小数部分的转换方法称为“乘2取整法”。
2.二进制转换成十进制
将二进制数的各个非零位分别乘以位权之后相加求和。
3.十进制转换成十六进制
整数部分的转换方法称为“除16取余法”。
小数部分的转换方法称“乘16取整法”。
4.十六进制转换成十进制
将十六进制数的各个非零位分别乘以位权后相加求和。
5.二进制与十六进制之间的转换
二进制数转换成十六进制数的方法是:
4位二进制数对应于1位十六进制数(对应关系见表1-4)。
十六进制数转换为二进制数的方法是:
将每1位十六进制数用对应的4位二进制数替换。
练习:
1.将194转换成二进制数
2.将120转换成十六进制数
3.将10101000B转换成十进制数
4.将19BH转换成十进制数
5.将二进制数1011011.110B转换为十六进制数
6.将十六进制数7B.25H转换为二进制数
(三)常用二进制编码
1.二进制编码的十进制数
十进制数用二进制编码的形式来表示,称为二——十进制编码,即:
BCD码(BinaryCodeDecimal)。
最常用的是8421BCD码。
表1-5列出了BCD码(8421码)与十进制数的对照表。
互换时,可以按4位对应1位的原则,进行转换。
表1-6BCD(8421)码与十进制数的对照表
十进制数
BCD码
十进制数
BCD码
0
0000
5
0101
1
0001
6
0110
2
0010
7
0111
3
0011
8
1000
4
0100
9
1001
课堂练习:
(1)将79.32转换成BCD码
(2)将BCD码10000110.0101转换成十进制
2.字符编码(ASCll码)
计算机中的各种字符,包括0~9数字、大小写英文字母、标点符号及用于控制的特殊符号等,也必须用二进制编码表示。
在计算机中一般统一使用ASCII码来表示字符。
ASCII码是美国信息交换标准代码的简称。
每个字符的ASCII码是由7位二进制数构成,第八位(最高位)通常定为奇偶校验位。
例如:
数字0~9的ASCII码为30H~39H;大写字母A~Z的ASCII码为41H~5AH。
(四)带符号数的表示
在计算机中是使用数字“0”和“1”来表示数的符号的。
如,“+”号用“0”表示;“–”号用“1”表示。
一个数在计算机中有三种表示方法:
原码、反码、补码。
下面以8位带符号数为例进行介绍。
1、原码
最高位(D7位)作符号位,用“0”或“1”表示数的正或负,其余位为数值位,用来表示该数的大小,即绝对值。
例:
[+112]原码=01110000B
[–112]原码=11110000B
原码所能表示的十进制范围是:
–127~+127。
2、反码
正数的反码与原码相同;负数的反码,符号位为1,数值位是将原码的数值位按位取反(即原来是“0”的,取为“1”,原来是“1”的,取为“0”)。
例:
[+112]反码=01110000B
[–112]反码=10001111B
反码可表示的十进制范围是:
–127~+127。
3、补码表示法
正数的补码与原码相同;负数的补码,符号位为“1”,数值位是将反码的数值位加1形成。
例:
[+112]补码=01110000B
[–112]补码=10010000B
用补码可表示的十进制范围是:
–128~+127。
因为带符号数用补码表示,可以简化运算,所以较常用。
(五)无符号数
无符号的8位二进制数没有符号位,8位均为数值位。
即:
8位无符号二进制数对应的十进制范围为(0~255)。
讲解
图示
举例讲解
板书
讲解
课堂讲练
讲解
板书
举例讲解
举例讲解
课
后
小
记
授课教师
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