單片機原理和應用教學教學案

1、wordword格式版本第一講一、授課容：1、什么是單片機2、單片機的發(fā)展二、授課類型：講授三、授課時數：2學時四、教學目標：了解單片機的發(fā)展,應用領域和應用模式，掌握單片機的特點五、教學重、難點：重點/難點：單片機的特點六、教學設想：借助產品、作品演示,一方面可以使課堂生動,另一方面可以騰出大量時間加強對重難點知識的講解,增強學生對知識的理解,同時提高他們對本學科的興趣.七、教學過程：(板書)一、什么是單片機隨著微電子技術的不斷發(fā)展，計算機技術也得到迅速發(fā)展，并且由于芯片的集成度的提高而使計算機微型化，出現了單片微型計算機(SingleChipComputer),簡稱單片機，也可稱為微控制器

2、MCU(MicrocontrollerUnit)。單片機，即集成在一塊芯片上的計算機，集成了中央處理器CPU(CentralProcessingUnit)、隨機存儲器RAM(RandomAccessMemory)、只讀存儲器(ReadOnlyMemory)、定時器/計數器以及I/O接口電路等主要計算機部件。二、單片微型計算機發(fā)展概況單片機出現的歷史并不長,但發(fā)展十分迅猛。它的產生與發(fā)展和微處理器的產生與發(fā)展大體同步,自1971年美國Intel公司首先推出4位微處理器(4004)以來,它的發(fā)展到目前為止大致可分為5個階段:第1階段(19711976):單片機發(fā)展的初級階段。1971年11月Int

3、el公司首先設計出集成度為2000只晶體管/片的4位微處理器Intel4004,并配有RAM、ROM和移位寄存器，構成了第一臺MCS4微處理器，而后又推出了8位微處理器Intel8008,以及其它各公司相繼推出的8位微處理器。第2階段(19761980):低性能單片機階段。以1976年Intel公司推出的MCS48系列為代表，采用將8位CPU、8位并行1/0接口、8位定時/計數器、RAM和ROM等集成于一塊半導體芯片上的單片結構，雖然其尋址圍有限(不大于4KB),也沒有串行I/O,RAM、ROM容量小，中斷系統(tǒng)也較簡單，但功能可滿足一般工業(yè)控制和智能化儀器、儀表等的需要。第3階段(198019

4、83):高性能單片機階段。這一階段推出的高性能8位單片機普遍帶有串行口，有多級中斷處理系統(tǒng)，多個16位定時器/計數器。片RAM、ROM的容量加大，且尋址圍可達64KB,個別片還帶有A/D轉換接口。第4階段(198380年代末)：16位單片機階段。1983年Intel公司又推出了高性能的16位單片機MCS96系列，由于其采用了最新的制造工藝，使芯片集成度高達12萬只晶體管/片。第5階段(90年代)：單片機在集成度、功能、速度、可靠性、應用領域等全方位向更高水平發(fā)展。單片機的應用特性：集成度高MCS-51系列單片機代表產品為8051,8051部包含4KB的ROM、128B的RAM、四個8位并行口、

5、一個全雙工串行口、兩個16位定時器/計數器以及一個處理功能強大的中央處理器。系統(tǒng)結構簡單MCS-51系列單片機芯片部采用模塊化結構，增加或更換一個模塊就能獲得指令系統(tǒng)和引腳兼容的新產品。另一方面，MCS-51系列單片機具有64KB的外部程序存儲器尋址能力和64KB的外部RAM和I/O口尋址能力。Intel公司標準的I/O接口電路和存儲器電路都可以直接連到MCS-51系列單片機上以擴展系統(tǒng)功能，應用非常靈活?？煽啃愿邌纹瑱C產品和其他產品一樣，出廠指標有軍用品、工業(yè)品和商用品之分。其中軍用品要求絕對可靠，在任何惡劣的環(huán)境下都能可靠工作，主要用于武器系統(tǒng)、航空器等方面。單片機屬于工業(yè)品，能在常溫下工

6、作，不需要在溫度恒定的機房工作。由于單片機總線大多在芯片部不易受干擾，而且單片機應用系統(tǒng)體積小，易于屏蔽，所以單片機的可靠性較高。(4)處理功能強，速度快MCS-51系列單片機指令系統(tǒng)中具有加、減、乘、除指令，各種邏輯運算和轉移指令，還具有位操作功能。CPU時鐘頻率高達12MHz,單字節(jié)乘法和除法僅需要4s,而且具有特殊的多機通信功能，可作為多機系統(tǒng)中的子系統(tǒng)。單片機的制造工藝：制造單片機的工藝只有兩種：HMOS工藝和CHMOS工藝。早期的MCS-51系列芯片都采用HMOS工藝，即高密度、短溝道MOS工藝。8051、8751、8031、8951等產品均屬于HMOS工藝制造的產品。CHMOS工藝

7、是CMOS和HMOS的結合，除保持了HMOS工藝的高密度、高速度之外，還具有CMOS工藝低功耗的特點。例如HMOS工藝制造的8051芯片的功耗為630mW，而用CHMOS工藝制造的80C51芯片的功耗為120mW，這么低的功耗用一粒鈕扣電池就可以工作。單片機型號中包含有“C”的產品就是指它的制造工藝是CHMOS工藝。例如80C51，就是指用CHMOS工藝制造的8051。三、單片機的特點（1）體積小、重量輕、功耗低、功能強、性價比高。（2）數據大都在單片機部傳送，運行速度快，抗干擾能力強，可靠性高。（3）結構靈活，易于組成各種微機應用系統(tǒng)。（4）應用廣泛，既可用于工業(yè)自動控制等場合，又可用于測量

8、儀器、醫(yī)療儀器及家用電器等領域。（5）含有Flash存儲器由于片含有Flash存儲器，因此在系統(tǒng)開發(fā)過程中可以十分容易地進行程序的修改。同時，在系統(tǒng)工作過程中，能有效地保存數據信息，即使外界電源損壞也不影響信息的保存。（6）和AT80C51插座兼容AT89系列單片機的引腳和MCS-51系列單片機的引腳是一樣的。只要用相同引腳的AT89系列單片機就可以取代MCS-51系列單片機。（7）靜態(tài)時鐘方式AT89系列單片機采用靜態(tài)時鐘方式，節(jié)省電能，這對于降低便攜式產品的功耗十分有用。第二講一、授課容：1、MCS-51和80C51系列簡介2、單片機的應用領域和應用模式二、授課類型：講授三、授課時數：2學

9、時四、教學目標：了解單片機的發(fā)展,應用領域和應用模式，掌握單片機的特點五、教學重、難點：重點/難點：單片機的特點六、教學設想：借助產品、作品演示,一方面可以使課堂生動,另一方面可以騰出大量時間加強對重難點知識的講解,增強學生對知識的理解,同時提高他們對本學科的興趣.七、教學過程：（板書）一、單片機系列簡介目前世界上單片機生產廠商很多，如：Intel、Motorola、Philips、Siemens、NEC、ADM、Zilog等公司，其主流產品有幾十個系列，幾百個品種。盡管其各具特色，名稱各異，但作為集CPU、RAM、ROM（或EPROM）、I/O接口、定時器/計數器、中斷系統(tǒng)為一體的單片機，其

10、原理小異。現以Intel公司的系列產品為例，說明各系列之間的區(qū)別。Intel公司從其生產單片機開始，發(fā)展到現在，大體上可分為3大系列：MCS48系列、MCS51系列、MCS96系列。MCS51單片機系列：MCS51系列單片機雖已有10多種產品，但可分為兩大系列：MCS51子系列與MCS52子系列。MCS51子系列中主要有8031、8051、8751三種類型。而MCS52子系列也有3種類型8032、8052、8752。在某些性能上略有差異。由此可見，在本子系列各類芯片的主要區(qū)別在于片有無ROM或EPROM;MCS51與MCS52子系列間所不同的是片程序存儲器ROM從4KB增至8KB;片數據存儲器

11、由128個字節(jié)增至256個字節(jié)；定時器/計數器增加了一個；中斷源增加了12個。另外，對于制造工藝為CHMOS的單片機,由于采用CMOS技術制造，因此具有低功耗的特點，如8051功耗約為630mW,而80C51的功耗只有120mW。MCS-51是一個單片機系列產品，具有多種芯片型號。具體說，按其部資源配置的不同，MCS-51可分為兩個子系列和四種類型.MCS子系列片ROM形式片ROM容量片RAM容量定時器/計數器中斷源無ROMEPROME2PROMMCS-51子系列80318051875189514KB128B2X165MCS-52子系列80328052875289528KB256B3X166M

12、CS-51子系列包含4個產品，這4個產品具有不同的應用特性。8051:單片機8051部包含了4KB的ROM、128B的RAM、21個特殊功能寄存器、4個8位并行口、一個全雙工串行口、兩個16位定時器/計數器以及一個處理功能很強的中央處理器，是一臺完整的微型計算機8751：是以4KB的EPROM代替4KBROM的8051。8951:是以4KB的E2PROM(或FlashROM)代替4KBROM的8051。8031：是部無ROM的8051。單片機8031不構成完整計算機，必須外接EPROM作為程序存儲器。52子系列也包含4個產品，分別是51子系列的增強型。由于資源數量的增加，芯片的功能有所增強。片

13、ROM容量從4KB增加到8KB；RAM容量從128B增加到256B;定時器數目從2個增加到3個；中斷源從5個增加到6個等。80C51單片機系列是在MCS-51系列的基礎上發(fā)展起來的。最早推出80C51系列芯片的是Intel公司，并且作為MCS-51系列的一部分，按原MCS-51系列芯片的規(guī)則命名，例如80C51、80C31、87C51等(至于89C51，我們把它歸入89系列單片機，將在下一節(jié)介紹)。后來越來越多的公司生產80C51芯片，而且型號的命名已面目全非，功能上也做了不同程度的改進，如增加了A/D轉換、高速I/O口等。有些還在總線結構上做了重大改進，出現了廉價的非總線型單片機芯片。但是萬

14、變不離其宗：CHMOS工藝芯片80C51/80C31/87C51/89C51的基本特征是低功耗、允許的電源電壓波動圍較大（為5V20%）,并有三種功耗控制方式（增加了待機和掉電保護兩種方式）。習慣上，我們仍然把80C51系列作為MCS-51的子系列。二、單片機的應用由于單片機具有體積小、重量輕、價格便宜、功耗低,控制功能強及運算速度快等特點,因而在國民經濟建設、軍事及家用電器等各個領域均得到了廣泛的應用。（1）家用電器領域目前國各種家用電器已普遍采用單片機控制取代傳統(tǒng)的控制電路，而做成單片機控制系統(tǒng)。例如洗衣機、電冰箱、空調機、微波爐、電飯煲、電視機、錄像機及其它視頻音像設備的控制器。（2）辦

15、公自動化領域現代辦公室中所使用的大量通信、信息產品多數都采用了單片機，如通用計算機系統(tǒng)中的鍵盤譯碼、磁盤驅動、打印機、繪圖儀、復印機、傳真機、考勤機等。（3）智能儀表。用單片機改造原有的測量、控制儀表,促進儀表向數字化、智能化、多功能化、綜合化、柔性化方向發(fā)展。（4）機電一體化產品。單片機與傳統(tǒng)的機械產品相結合,使傳統(tǒng)機械產品結構簡化,控制智能化。（5）商業(yè)營銷領域由于在商業(yè)營銷系統(tǒng)已廣泛使用的電子稱、收款機、條形碼閱讀器、倉儲安全監(jiān)測系統(tǒng)、商場保安系統(tǒng)、空氣調節(jié)系統(tǒng)、冷凍保鮮系統(tǒng)等中，目前已紛紛采用單片機構成專用系統(tǒng)，主要由于這種系統(tǒng)有明顯的抗病菌侵害、抗電磁干擾等高可靠性能的保證。（6）汽

16、車電子與航空航天電子系統(tǒng)通常在這些電子系統(tǒng)中的集中顯示系統(tǒng)、動力監(jiān)測控制系統(tǒng)、自動駕馭系統(tǒng)通信系統(tǒng)以及運行監(jiān)視器（黑匣子）等都要構成冗余的網絡系統(tǒng)。習題什么叫單片機？除了“單片機”之外，單片機還可以稱為什么？單片機主要使用匯編語言，而編寫匯編語言程序要求設計人員除了熟練掌握指令系統(tǒng)外，還必須精通什么？8051、8751、8031單片機的主要區(qū)別是什么？與8051比較，80C51的最大特點是什么？AT89系列單片機的最大優(yōu)點是什么？單片機發(fā)展方向是什么？第三講一、授課容：進位計數制及相互轉換二、授課類型：講授三、授課時數：2學時四、教學目標：掌握各數制之間的相互轉換五、教學重、難點：重點/難點：

17、掌握各數制之間的相互轉換六、教學設想：借助產品、作品演示,一方面可以使課堂生動,另一方面可以騰出大量時間加強對重難點知識的講解,增強學生對知識的理解,同時提高他們對本學科的興趣.七、教學過程：（板書）一、進位計數制按進位的原則進行計數的方法稱之為進位計數制，簡稱進位制。人們日常生活中習慣上使用十進制，而二進制使于實現、存儲、傳輸，所以計算機中采用二進制。但二進制不易書寫和閱讀，因此又引入了八進制和十六進制。1十進制（后綴或下標D表示）十進制計數原則：逢十進一十進制的基數為：10十進制的數碼為：0123456789十進制數第K位的權為：10k（第K位的權為基數的K次方，第K位的數碼與第K位權的乘

18、積表示第K位數的值）。例如：8846.78=8X103+8XIO2+4X101+6X106+7X101+8X102該數中共出現三次數碼8，但各自的權不一樣，故其代表的值也不一樣。2二進制（后綴或下標B表示）二進制計數原則：逢二進一二進制的基數為：2二進制的數碼為：01二進制數第K位的權為：2k例如：11010101.01B=1X27+1X26+0X25+1X24+0X23+1X22+0X21+1X2。+0X21+1X22=213.25N位二進制數可以表示2n個數。例如3位二進制數可以表示8個數，如附表1所示：附表1二進制數000001010011100101110111相應的十進制數01234

19、5673八進制（后綴或下標0表示）八進制計計數原則：逢八進一八進制的基數為：8八進制的數碼為：01234567八進制數第K位的權為：8k例如：127O=1X82+2X8i+7X8o=87D4.十六進制（后綴或下標H表示）十六進制計數原則：逢十六進一十六進制的基數為：16十六進制的數碼為：0123456789ABCDEF十六進制第K位的權為：16k例如：64.4H=6X16i+4X160+4X16i=100.25D十六進制數、二進制和十進制數的對應關系如附表2所示：附表2二進制數00000001001000110100010101100111十進制數01234567十六進制數01234567二進

20、制數10001001101010111100110111101111十進制數89101112131415十六進制數89ABCDEF二、不同進位制之間的轉換。二進制數轉換為十制數。轉換原則：按權展開求和。例如：10001101.11B=1X27+0X26+0X25+0X24+1X23+1X22+0X21+1X20+1X21+1X22=141.75D八進制十六進制轉換為十進制數也同樣遵循該原則，不再單獨介紹了。十進制數轉換為二進制數十進制數轉換為二進制數的原則：整數部分：除基取余，逆序排列小數部分：乘基取整，順序排列例將十進數186和0.8125轉換成二進制數。因此：186D=10低1位010B0

21、.8125D=0.11011B注意：當十進制小數不能用有限位因此：186D=10低1位010B0.8125D=0.11011B注意：當十進制小數不能用有限位示時，根據精度要求，來用“0舍1入”高位制小數近似表示。十進制數轉換為八進制，十六進制0.8125X2.62501X20.250-1X2.5-0X21.01高位二進制小數精確表法，取有限位二進卄低位數同樣遵循該原則。3二進制轉換為十六進制由于十六進制的基數是2的冪，所以二進制與十六進制之間的轉換是十分方便的，二進制轉換為十六進制的原則：整數部分從低位到高位四位一組不足補零，直接用十六進制數來表示；小數部分從高位到低位四位一組不足補零，直接用

22、十六進制數表示。例附2將二進制數10011110.00111轉換成十六進制數。10011110.001110009E38所以10011110.00111B=9E.38H。4十六進制數轉換為二進制數十六進制數轉換為二進制數的原則：十六進制數中的每一位用4位二進制數來表示。例如：將十六進制數A87.B8轉換為二進制數。A87.B810101000011110111000所以A87.B8H=1.10111000B。八進制的基數同樣是2的冪，因此二進制與十六進制之間的轉換也遵循以上的原則，只是將原則中的四位改成三位。例如：將二進制數11010110.110101B轉換成八進制數。將八進制數746.42

23、0轉換成二進制數。011010110.1101017011010110.110101746.4232665111100100013266511110010001746.420=111100110.100010B乘法法則746.420=111100110.100010B乘法法則0X0=00X1=01X0=01X1=1所以，11010110.110101B=326.650,三、八進制數和十六進制數運算1二進制數的運算加法法則0+0=00+1=11+0=11+1=0（進位1）注意：二進制數加法運算中1+1=0（進位1）和邏輯運算中1V1=1的不同含義。2十六進制數的運算十六進制數的運算遵循“逢十六進

24、一”的原則。十六進制加法：十六進制數相加，當某一位上的數碼之和S小于16時與十進制數同樣處理,如果數碼之各S216時，則應該用S減16及進位1來取代S。例如：08A3H+4B89H542CH十六進制減法十六進制減法也與十進制數類似，夠減時直接相減，不夠減時服從向高位借1為16的原則。例如：3D25HC89EH十六進制數的乘除運算同樣根據逢十六進一的原則處理，這里不再繁述。第四講一、授課容：計算機中數和字符的表示二、授課類型：講授三、授課時數：2學時四、教學目標：熟悉計算機中數和字符的表示五、教學重、難點：重點/難點：計算機中數和字符的表示六、教學設想：借助產品、作品演示,一方面可以使課堂生動,

25、另一方面可以騰出大量時間加強對重難點知識的講解,增強學生對知識的理解,同時提高他們對本學科的興趣.七、教學過程：（板書）一、計算機中有符號數的表示。計算機中的數是用二進制來表示的，有符號數中的符號也是用二進制數值來表示，0表示“”號，1表示“”號，這種符號數值化之后表示的數稱之為機器數，它表示的數值稱之為機器數的真值。為將減法變?yōu)榧臃?，以方便運算簡化CPU的硬件結構，機器數有三種表示方法：即原碼、反碼和補碼。1原碼最高位為符號位，符號位后表示該數的絕對值。例如：+112原=01110000B112原=11110000B其中最高位為符號位，后面的7位是數值（字長為8位，若字長為16位，則后面15

26、位為數值）。原碼表示時112和112的數值位相同，符號位不同。說明：0的原碼有兩種表示法：+0原=00000000B0原=10000000BN位原碼的表示圍為：12ni2ni1。例如8位原碼表示的圍為：一127+1272反碼最高位為符號位，正數的反碼與原碼相同，負數的反碼為其正數原碼按位求反。+112反=01110000B-112反=10001111B說明：0的反碼有兩種表示法：+0反=00000000B0反=11111111BN位反碼表示的圍為：12n12n11；例如8位反碼表示的圍為-127+127。符號位為1時，其后不是該數的絕對值。例如反碼11100101B的真值為-27,而不是-10

27、1。3補碼最高位為符號位，正數的補碼與原碼相同；負數的補碼為其正數原碼按位求反再加1。例如：+112補=01110000B112補=10010000B說明：0的補碼只有一種表示法：+0=0=00000000B;n位補碼所能表示的圍為一2n12n11；例如8位補碼表示的圍為128+127。八位機器數中：128補=10000000B,128原，128反不存在。符號位為1時，其后不是該數的絕對值。例如：補碼11110010B的真值為-14，而不是-114。有符號數采用補碼表示時，就可以將減法運算轉換為加法運算。因此計算機中有符號數均以補碼表示。例如：X=8416=(+84)+(-16)fX補二+84

28、補+-16補(+84)補=01010100B(-16)補=11110000B01010100B+11110000B01000100B1所以X補=01000100B，即X=68。在字長為8位的機器中，第7位的進位自動丟失，但這不會影響運算結果。機器中這一位并不是真正丟失，而是保存在程序狀態(tài)字PSW中的進位標志Cy中。又如：X=4888=(+48)+(88)fX補二+48補+88補+48補=00110000B88補=10101000B00110000B+10101000B11011000B所以X補=11011000B，即X=40。為進一步說明補碼如何將減法運算轉換為加法運算，我們舉一日常的例子對于

29、鐘表，它所能表示的最大數為12點，我們把它稱之為模，即一個系統(tǒng)的量程或所能表示的最大的數。若當前標準時間為6點，現有一只表為9點，可以有兩種調時方法：9-3=6（倒撥）9+9=6（順撥）即有99=936=126=93因此對某一確定的模，某數減去小于模的一數，總可以用加上該數的負數與其模之各（即補碼）來代替。故引入補碼后，減法就可以轉換為加法。補碼表示的數還具有以下特性：X+Y#=X補+Y補XY補=X補+Y補附表3為n=8和n=16時n位補碼表示的數的圍。附表3n位二進制補碼數的表示圍十進制數二進制數十六進制數十進制數十六進制數N=8n=16+127+126+2+10-1-2-126011111

30、11011111100000001000000001000000001111111111111110100000107F7E020100FFEE82+32767+32766+2+10-1-2-327667FFF7FFE000200010000FFFFFFFE8002-1271000000181-327678001-1281000000080-327688000二、無符號整數在某些情況下，處理的全是正數時，就不必須再保留符號位。我們把最高有效位也作為數值處理，這樣的數稱之為無符號整數。8位無符號數表示的圍為：0255。計算機中最常用的無符號整數是表示存儲單元地址的數。三、字符表示字母、數字、符號

31、等各種字符（例如鍵盤輸出的信息或打印輸出的信都是按字符方式輸出輸出）按特定的規(guī)則，用二進制編碼在計算中表示。字符的編碼方式很多，最普遍采用的是美國標準信息交換碼ASCII碼。ASCII碼是7位二進制編碼。計算機中用一個字節(jié)表示一個ASCII碼字符，最高位默認為0，可用作校驗位。第五講一、授課容：MCS51系列單片機二、授課類型：講授三、授課時數：2學時四、教學目標：掌握MCS51系列單片機的結構引腳功能六、教學重、難點：重點/難點：80C51單片機的引腳功能。七、教學設想：借助產品、作品演示,一方面可以使課堂生動,另一方面可以騰出大量時間加強對重難點知識的講解,增強學生對知識的理解,同時提高他

32、們對本學科的興趣.八、教學過程：（板書）、MCS-51單片機的基本組成（如下圖所示）（1）一個8位微處理器CPU。（2）數據存儲器RAM和特殊功能寄存器SFR。（3）部程序存儲器ROM。4）兩個定時/計數器，用以對外部事件進行計數，也可用作定時器。（5）四個8位可編程的I/O（輸入/輸出）并行端口，每個端口既可做輸入，也可做輸出。6）一個串行端口，用于數據的串行通信。7）中斷控制系統(tǒng)。8）部時鐘電路。、80C51單片機的引腳功能結構框圖（如下圖所示）Pgl14D7上239T皿PlPgl14D7上239T皿Pl廠3站一Pql%-437-樂P|廠3殆PL32635%734%PL7-833RT/V9

33、習皿132kpQ7RXD,P3f-10oUjI87331-亦匚11SOAWPHIN；INTO.Pjj-12OUJJ29-pslnINTI、卷j-1328YuEPg-1427P2tTl叫廠1526P2SWK片廠25砥P曠17加y;XTALj-1823%XTAL1922P1JV曠2D21妲址總綾期t血%主電源引腳VCC和VSS外接晶振引腳XTAL1和XTAL2控制或其他電源復用引腳RST/VPD、ALE/、和/VPP輸入/輸出引腳PO、P1、P2、P3(共32根)三、引腳功能主電源引腳Vcc和VssVCC：接+5V電源正端；VSS：接+5V電源地端。（2）外接晶體引腳XTAL1和XTAL2XTAL

34、1：接外部石英晶體的一端。在單片機部,它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構成了片振蕩器。當采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳接地；對于CHMOS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。XTAL2：接外部晶體的另一端。在單片機部，接至片振蕩器的反相放大器的輸出端。當采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端；對于CHMOS芯片，該引腳懸空不接。圖一部振蕩方式圖二外部振蕩方式ITTLMCS-51PXTALXTALiJTALiITTLMCS-51PXTALXTALiJTALiMCS-51JMTAUu圖一圖二（3）輸入/輸出（I/O）引腳P0口、Pl口、P2口及P3

35、口（a）P0口（39腳32腳）：P0.0P0.7統(tǒng)稱為P0口。（b）Pl口（1腳8腳）：P1.0P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準雙向I/O接口使用。（c）P2口（21腳28腳）：P2.0P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般可作為準雙向I/O接口。（d）P3口（10腳17腳）：P3.0P3.7統(tǒng)稱為P3口第六講一、授課容：MCS51系列單片機二、授課類型：講授三、授課時數：2學時四、教學目標：掌握MCS51系列單片機的結構引腳功能六、教學重、難點：重點/難點：80C51單片機的引腳功能。七、教學設想：借助產品、作品演示,一方面可以使課堂生動,另一方面可以騰出大量時間加強對重難點知識的講解,增強學生對知識的理

36、解,同時提高他們對本學科的興趣.八、教學過程：（板書）下面將這40條引腳按功能分為四部分敘述其功能。主電源引腳Vcc和VssVcc（40腳）：接+5V電壓Vss（20腳）：接地外接晶體引腳XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）：接外部晶體的一個引腳。在單片機部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構成了片振蕩器。當采用外部振蕩器時，對HMOS單片機，此引腳應接地；對CHMOS單片機，此引腳作為驅動端。XTAL2（18腳）：接外部晶體管的另一個引腳。在單片機部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。當采用外部振蕩器時，對于HMOS單片機，此引腳應接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接接

37、到部時鐘發(fā)生器的輸入端；對于CHMOS單片機，此引腳應懸浮?？刂苹蚱渌娫磸陀靡_RST/VPD、ALE/PROG、PSEN、EA/VPPRST/VPD（9腳）：振蕩器運行時，在此引腳上出現兩個機器周期的高電平使單片機復位。建議在此引腳與Vss之間連接一個約8.2kQ的下拉電阻，與Vcc引腳之間連接一個約10F的電容，以保證可靠的復位（詳見復位電路容）。Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保持部RAM的數據不丟失。ALE/PROG（30腳）：當訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍然以不變的頻率周期性地出現正脈沖信號，此頻率為

38、振蕩器的1/6。因此，它可以用作對外輸出的時鐘，或用于定時。對于EPROM型的單片機（如8751）,在EPROM編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。PSEN（29腳）：此引腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。在從外部程序存儲器取指令（或常數）期間，每個機器周期它二次有效。但在此期間，每當訪問外部數據存儲器時，這二次有效信號將不出現。它同樣可以驅動（吸收或輸出電流）8個LS型的TTL輸入電路。EA/VPP（31腳）：當這引腳保持高電平時，訪問部程序存儲器，但在PC（程序計數器）值超過0FFFH（對8051/8751）或1FFFH（對8052）時將自動轉向執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當這引腳保持低電

39、平時，則只訪問外部程序存儲器。對于8031來說，無部程序存儲器，端口必須保持低電平，即接地，才能只選擇外部程序存儲器。對于EPROM型的單片機（如8751），在EPROM編程期間，此引腳也用于施加21V的編程電源（VPP）。輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2、P3（共32根）P0口（39腳32腳）：是雙向8位三態(tài)I/O口，在外接存儲器時，與地址總線的低8位及數據總線復用，能以吸收電流的方式驅動8個LS型的TTL輸入負載。P1口（1腳8腳）：是準雙向8位I/O口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。P1口可以驅動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負載。

40、對于8052、8032，P1.0引腳的第二功能為T2定時器/計數器的外部輸入，P1.1引腳的第二功能為T2的外部控制端。對EPROM編程和程序驗證期間，它接收低8位地址。P2口（21腳28腳）：是準雙向8位I/O口。在訪問外部程序存儲器時，它可以作為擴展電路高8位地址總線送出高8位地址。在對EPROM編程和程序驗證期間，它接收高8位地址。P2口可以驅動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL輸入負載。P3口（10腳17腳）：是準雙向8位I/O口，在MCS-51中，這8個引腳還用于專門功能，是復用雙功能口。P3口可以驅動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL輸入負載。作為第一功能使用時，為普通I/O口

41、，功能和操作方法與P1口相同。作為第二功能使用時，各引腳的定義見表2.2。值得強調的是，P3口的每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。表6.1P3口線的第二功能定義口線引腳功能P3.010RxD（串行輸入口）P3.111TxD（串行輸出口）P3.212INT0（外部中斷0）P3.313INT1（外部中斷1）P3.414T0（定時器0外部輸入）P3.515T1（定時器1外部輸入）P3.616WR（外部數據存儲器寫脈沖）P3.717RD（外部數據存儲器讀脈沖）第七講一、授課容：MCS51系列單片機二、授課類型：講授三、授課時數：2學時四、教學目標：掌握MCS51系列單片機的部結構六

42、、教學重、難點：重點/難點：80C51單片機的部結構。七、教學設想：借助產品、作品演示,一方面可以使課堂生動,另一方面可以騰出大量時間加強對重難點知識的講解,增強學生對知識的理解,同時提高他們對本學科的興趣八、教學過程：（板書）、MCS-51單片機的基本結構（如下圖所示）P2口驅動器P0口驅動器P0口鎖存器P2口鎖存器緩沖器PCi量器uP3口鎖存器MCS-51單片機硬件結構特點RAM地址寄存器rshEPROM，/P2口驅動器P0口驅動器P0口鎖存器P2口鎖存器緩沖器PCi量器uP3口鎖存器MCS-51單片機硬件結構特點RAM地址寄存器rshEPROM，/ROM程序地址寄存器CP0.0P0.7P

43、2.0P2.7定時及指令控制寄存器P1口鎖存器pi口驅動器特殊功能寄存器中斷、串行口及定時器P3口驅動器FFIIeriH7YH3OH2HT2OH1FH特竊有S&誦甲XAML*&孚址FFIIeriH7YH3OH2HT2OH1FH特竊有S&誦甲XAML*&孚址BH作寄EOH.DOHESHEOHASH.AUH9SH勺匚i日SSH-.SOH-特侯F1談課存黠中伶舁貳七ITJFFFFH:外酣KAL-1.I口地址）LIUHOOULiH.FFfTHROMLLiLiLiHu部程序存儲器（ROM）和部數據存儲器（RAM）容量（如下圖所示）輸入/輸出（I/O）端口3外部程序存儲器和外部數據存儲器尋址空間4.中斷與

44、堆棧定時/計數器與寄存器區(qū)指令系統(tǒng)三、MCS-51單片機部結構運算器運算器由8位算術邏輯運算單元ALU（ArithmeticLogicUnit）、8位累加器ACC（Accumulator）、8位寄存器B、程序狀態(tài)字寄存器PSW（ProgramStatusWord）、8位暫存寄存器TMP1和TMP2等組成?？刂破髦饕沙绦蛴嫈灯鱌C、指令寄存器IR、指令譯碼器ID、堆棧指針SP、數據指針DPTR、時鐘發(fā)生器及定時控制邏輯等組成。四、MCS-51單片機的存儲器配置（一）部RAM低128單元8051低128個單元是真正的部數據RAM區(qū)，是一個多功能復用性數據存儲器，其按用途可分為三個區(qū)域。如圖22所

45、示：7FH30K用Fran區(qū)堆檢數據緩沖字書地7FH2FH位尋址區(qū)20H位地址OOH2FH1FH第謔3通用寄存盟區(qū)1州1TH第2爼邇用寄存器區(qū)10HFH8K第1組通用寄存器區(qū)07H第D俎謹用寄存器區(qū)OOH圖8口51內部：RM低128單元配置工作寄存器區(qū)（00H1FH）也稱為通用寄存器，該區(qū)域共有4組寄存器，每組由8個寄存單元組成，每個單元8位，各組均以R0R7作寄存器編號，共32個單元，單元的00H1FH。在任一時刻，CPU只能使用其中一組通用寄存器，稱為當前通用寄存器組，具體可由程序狀態(tài)寄存器PSW中RS1RS0位的狀態(tài)組合來確定。通用寄存器為CPU提供了就近存取數據的便利，提高了工作速度，

46、也為編程提供了方便。位尋址區(qū)（20H2FH）部RAM的20H2FH，共16個單元，計16X8=128位，位地址為00H7FH。位尋址區(qū)既可作為一般的RAM區(qū)進行字節(jié)操作，也可對單元的每一位進行位操作，因此稱為位尋址區(qū)，是存儲空間的一部分。表71列出了位尋址區(qū)的位地址：表71位尋址區(qū)的位地址單元地址MSB位地址LSB2FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2AH57H5

47、6H55H54H53H52H51H50H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H28H47H46H45H44H43H42H41H40H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H26H37H36H35H34H33H32H31H30H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H24H27H26H25H24H23H22H21H20H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H22H17H16H15H14H13H12H11H10H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H20H07H06H05H04H03H02H01H00H其中：MSB最高有效

48、位。LSB最低有效位。用戶RAM區(qū)(30H7FH)所剩80個單元即為用戶RAM區(qū)，單元地址為30H7FH，在一般應用中把堆棧設置在該區(qū)域中。對部RAM低128單元的使用作幾點說明：8051的部RAM00H7FH單元可采用直接尋址或間接尋址方式實現數據傳送。部RAM20H2FH單元的位地址空間可實現位操作。當前工作寄存器組可通過軟件對PSW中的RS1RS0位的狀態(tài)設置來選擇。，8051的堆棧是自由堆棧，單片機復位后，堆棧底為07H,在程序運行中可任意設置堆棧。堆棧設置通過對SP的操作實現，例如用指令MOVSP，#30H將堆棧設置在部RAM30H以上單元。部RAM高128單元部RAM高128單元是

49、供給專用寄存器使用的，因此稱之為專用寄存器區(qū)(也稱為特殊功能寄存器區(qū)(SFR)區(qū))，單元地址為80H0FFH。8051共有22個專用寄存器，其中程序計數器PC在物理上是獨立的，沒有地址，故不可尋址。它不屬于部RAM的SFR區(qū)。其余的21個專用寄存器都屬于部RAM的SFR區(qū)，是可尋址的，它們的單元地址離散地分布于80H0FFH。表72為21個專用寄存器一覽表。表728051專用寄存器一覽表寄存器符號地址寄存器名稱ACCE0H累加器BF0HB寄存器PSWD0H程序狀態(tài)字SP81H堆棧指示器DPL82H數據指針低八位DPH83H數據指針高八位IEA8H中斷允許控制寄存器IPB8H中斷優(yōu)先控制寄存器P

50、080HI/O口0P190HI/O口1P2A0HI/O口2P3B0HI/O口3PCON87H電源控制及波特率選擇寄存器SCON98H串行口控制寄存器SBUF99H串行口數據緩沖寄存器TCON88H定時器控制寄存器TMOD89H定時器方式選擇寄存器TL08AH定時器0低8位TL18BH定時器1低8位TH08CH定時器0高8位TH18DH定時器1高8位注：帶“”專用寄存器表示可以位操作。（三）8051部程序存儲器（ROM）大多數51系列單片機部都配置一定數量的程序存儲器ROM，如8051芯片有4KB掩膜ROM存貯單元，AT89C51芯片部配置了4KBFlashROM,它們的地址圍均為0000H0F

51、FFH。部程序存儲器有一些特殊單元，使用時要注意。其中一組特殊單元是0000H0002H。系統(tǒng)復位后，（PC）=0000H，單片機從wordword格式版本+5w+5wrd格式上本電復位）按鍵電平復位（c）按鍵脈沖復位0000H單元開始執(zhí)行程序。如果不是從0000H開始，就要在這三個單元中存放一條無條件轉移指令，以便轉去執(zhí)行指定的應用程序。另外，在程序存儲器中有各個中斷源的入口向量地址，分配如下：0003H000AH:外部中斷0中斷地址區(qū)000BH0012H:定時器/計數器0中斷地址區(qū)0013H001AH:外部中斷1中斷地址區(qū)001BH0022H:定時器/計數器1中斷地址區(qū)0023H002AH

52、:串行中斷地址區(qū)中斷地址區(qū)首地址為各個中斷源的入口向量地址，每個中斷地址區(qū)有8個地址單元。在中斷地址區(qū)中應存放中斷服務程序，但8個單元通常難以存下一個完整的中斷服務程序，因此往往需要在中斷地址區(qū)首地址中存放一條無條件轉移指令，轉去中斷服務程序真正的入口地址。從002BH開始的的單元才是用戶可以隨意使用的程序存儲器。對程序存儲器的操作作以下說明:（1）程序指令的自主操作。CPU按照PC指針自動的從程序存儲器中取出指令。（2）用戶使用指令對程序存儲器中的常數表格進行讀操作，可用MOVC指令實現。五、單片機復位電路及復位狀態(tài)1復位電路單片機復位電路包括片、片外兩部分。外部復位電路就是為部復位電路提供

53、兩個機器周期以上的高電平而設計的。MCS-51單片機通常采用上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式。如圖4-3所示。2222圖4-32單片機復位后的狀態(tài)單片機運行出錯或進入死循環(huán)時，可按復位鍵重新運行。時鐘電路（1）振蕩周期/時鐘周期：為單片機提供時鐘信號的振蕩源的周期。（3）機器周期：通常將完成一個基本操作所需的時間稱為機器周期。（4）指令周期：是指CPU執(zhí)行一條指令所需要的時間。一個指令周期通常含有14個機器周期。八、作業(yè)：P47頁4,6,10,11第八講一、授課容：MCS51系列單片機二、授課類型：講授三、授課時數：2學時四、教學目標：掌握MCS51系列單片機的部結構六、教學重、難點：重點/

54、難點：80C51單片機的部結構。七、教學設想：借助產品、作品演示,一方面可以使課堂生動,另一方面可以騰出大量時間加強對重難點知識的講解,增強學生對知識的理解,同時提高他們對本學科的興趣.八、教學過程：（板書）一、部數據存儲器低128單元片RAM（部數據存儲器）的地址圍是00HFFH。部數據存儲器低128單元的地址圍是00H7FH。分三個區(qū)。（1）工作寄存器區(qū)00H1FH單元共32B,是4個通用工作寄存器組，每組含8個寄存器（R0R7)。切換CPU的工作寄存器組，只要CPU執(zhí)行一條單周期指令改變程序狀態(tài)字PSW(特殊功能寄存器)的第3、4位，見表8-1。若程序中不需要4組工作寄存器，那么剩下的工

55、作寄存器組所對應的單元也可以作一般的數據緩沖器使用。表8-1工作寄存器組的選擇PSW.4（RS1）PSW.3（RS0）當前使用的工作寄存器組R0R7000組（00H07H）011組（08H0FH）102組（10H17H）113組（18H1FH）位尋址區(qū)20H2FH單元共16個字節(jié)。這16個RAM單元具有雙重功能。它們既可以像普通RAM單元一樣按字節(jié)存取，也可以單獨存取，這就是位尋址。20H2FH單元用作位尋址時，共有16X8=128位，每位分配了一個特定的地址，即00H7FH，這些地址稱為位地址，如圖2.3所示。位地址在位尋址時使用。例如：把24H單元中最高位(位地址為27H)置位成1,則可以

56、使用如下置位指令：SETB27H；27H-1，SETB為置位指令的操作碼位地址的另一種表示方法是采用字節(jié)地址和位地址結合的表示方法。位地址05H可以表示成20H.5。用戶數據區(qū)307FH總共有80個RAM單元，存放用戶數據或作堆棧操作使用。中斷系統(tǒng)中的堆棧一般都設在這一區(qū)域，MCS-51對用戶數據區(qū)中的每個RAM單元是按字節(jié)存取的。二、部數據存儲器高128單元在MCS-51系列單片機中，部RAM的高128單元是供給特殊功能寄存器SFR(Specialfunctionregister)使用的。所謂特殊功能寄存器是指有特殊用途的寄存器集合，也稱專用寄存器。它們位于片數據存儲器之上，離散地分布在80

57、HFFH的地址空間圍。特殊功能寄存器的實際個數和單片機的型號有關：8051或8031的SFR有21個，8052的SFR有26個。它們在80HFFH的地址空間圍，不為SFR占用的RAM單元實際并不存在訪問它們是沒有意義的。表8-2列出了這些SFR的助記符號、名稱和地址。表8-2特殊功能寄存器地址映像表符號名稱地址符號名稱地址P0#P0鎖存器80HP1#P1鎖存器90HSP堆棧指針81HSCON#串行口控制寄存器98HDPL數據指針低位字節(jié)82HSBUF串行數據緩沖器99HDPH數據指針高位字節(jié)83HP2#P2鎖存器A0HPCON電源控制及波特率選擇87HIE#中斷允許寄存器A8HTCON#定時器

58、/計數器控制寄存器88HP3#P3鎖存器B0HTMOD定時方式選擇寄存器89HIP#中斷優(yōu)先級寄存器B8HTL0定時器/計數器0低位字節(jié)8AHB#B寄存器B8HTL1定時器/計數器1低位字節(jié)8BHPSW#程序狀態(tài)寄存器F0HTH0定時器/計數器0高位字節(jié)8CHACC#累加器E0HTH1定時器/計數器1高位字節(jié)8DH1.特殊功能寄存器下面簡單介紹SFR塊中的部分寄存器，其他SFR寄存器將在有關章節(jié)中介紹（1）程序計數器PC程序計數器PC用于存放下一條要執(zhí)行的指令地址，是一個16位專用寄存器,可尋址圍為065535（64K）。PC在物理上是獨立的，不屬于SFR。（2）累加器A累加器A是一個最常用的

59、專用寄存器，屬于SFR，也稱ACC。大部分單操作數指令的操作數取自累加器，很多雙操作數指令的一個操作數取自累加器，加、減、乘、除算術運算指令的運算結果都存放在累加器A或A和B寄存器中。B寄存器在乘除指令中，用到了B寄存器。乘除指令的兩個操作數分別取自A和B,其結果存放在A和B寄存器中。例如除法指令中，被除數取自A,除數取自B,商數存放于A，余數存放于B。堆棧指針SP堆棧指針SP是一個8位專用寄存器。它指示出堆棧頂部在部RAM塊中的位置。系統(tǒng)復位后，SP初始化為07H，使得堆棧事實上由08H單元開始。08H1FH單元分別屬于工作寄存器組13,在程序設計中用到這些區(qū)，最好把SP值改置為1FH或更大

60、的值。MCS-51的堆棧是向上生成的，若SP=60H，CPU執(zhí)行一條調用指令或響應中斷后，PC進棧，PCL保護到61H，PCH保護到62H，SP=62H。數據指針DPTR數據指針DPTR是一個16位的SFR，其高字節(jié)寄存器用DPH表示，低字節(jié)寄存器用DPL表示。DPTR可以作為一個16位的寄存器DPTR來用，也可以作為兩個獨立的8位寄存器DPH和DPL來用。程序狀態(tài)字(PSWProgramstatusword)程序狀態(tài)字是一個8位的寄存器用于寄存指令執(zhí)行的狀態(tài)信息。其中有些位狀態(tài)是根據指令執(zhí)行結果，由硬件自動設置的，而有些位狀態(tài)則是用軟件方法設定的PSW的位狀態(tài)可以用專門的指令進行測試，也可以