單片機第一章教案

學校：系部：機電系班級：1320

課程：單片機技術及應用以工作過程為導向的項目教學專業(yè)：機電一體化課時：3授課教師：學生人數(shù)：35項目名稱：單片機控制一只發(fā)光二極管閃爍

子項目名稱：單片機的基本概念一、項目任務（提出問題）以工作過程為導向的項目教學了解、認識單片機及基本概念（1）雙列直插式（2）方形二、相關理論知識及技術技能1.認識單片機及基本概念。2.單片機應用領域。3.單片機的發(fā)展概述及常用系列。以工作過程為導向的項目教學師生互動：提問、討論，講解二、相關理論知識（問題分析-故障及現(xiàn)象）以工作過程為導向的項目教學（一）單片機應用領域。

（1）、在日常生活及家用電器中的應用。以工作過程為導向的項目教學以工作過程為導向的項目教學洗衣機控制電路板復讀機控制電路板以工作過程為導向的項目教學以工作過程為導向的項目教學排隊機控制電路板以工作過程為導向的項目教學（2）、在辦公自動化方面的應用應用。以工作過程為導向的項目教學（3）在工業(yè)自動化方面的應用以工作過程為導向的項目教學（4）在智能儀器儀表方面的應用以工作過程為導向的項目教學（5）在汽車電子與航空航天方面的應用以工作過程為導向的項目教學（6）在機電一體化方面的應用以工作過程為導向的項目教學（7）其它的應用二、相關理論知識及技術技能（二）認識單片機及基本概念。了解認識單片機是學習單片機的基礎。常用單片機的封裝形式：（1）、雙列直插式（2）、方形

以工作過程為導向的項目教學（1）雙列直插式（2）方形（2）方形（3）貼片二、相關理論知識（問題分析-故障及現(xiàn)象）以工作過程為導向的項目教學

（一）認識單片機及基本概念。

(3）、單片機——將中央處理器CPU和及其I/O接口電路等集成在了一塊集成芯片上，從而構成了單芯片微型計算機，即單片機。

單片機的形態(tài)只是一塊芯片，但是它只是具有了微型計算機的組成結構和功能由于單片機的結構特點，在實際應用中常常將它完全融入應用系統(tǒng)之中，故而也有將單片機稱為嵌入式微控制器MCU

單片機開發(fā)系統(tǒng)有編程器和仿真器。實現(xiàn)單片機應用系統(tǒng)的硬、軟件開發(fā)以工作過程為導向的項目教學單片機的開發(fā)和開發(fā)工具單片機本身沒有自我開發(fā)能力，必須借助開發(fā)工具來生成目標程序，排除目標系統(tǒng)中的軟硬件故障。單片機應用系統(tǒng)的軟硬件調試需要專門的開發(fā)工具，稱為單片機開發(fā)系統(tǒng)或仿真機。然后將調試好的程序固化到用戶系統(tǒng)的單片機內或固化到EPROM中，對獨立的用戶系統(tǒng)進行試運行，若滿足設計要求，則開發(fā)工作完成。以工作過程為導向的項目教學（1）仿真器和編程器以工作過程為導向的項目教學單片機開發(fā)板二、相關理論知識（問題分析-故障及現(xiàn)象）以工作過程為導向的項目教學（二）單片機的發(fā)展概述及常用系列。

1、單片機作為嵌入式微控制器在工業(yè)測控系統(tǒng)、智能儀器和家用電器中得到廣泛應用。雖然單片機的品種很多，但其中最具有代表性的是Intel公司的MCS-51系列單片機,以及其與之兼容的派生系列芯片。Intel8位單片機的發(fā)展經歷了以下3代：

第一代：以1976年推出的MCS-48系列為代表。第二代：以MCS-51的8051為代表的單片機，第三代：以80C51系列為代表。

8051單片機：8051單片機最早由Intel公司推出,隨后Intel公司將80C51內核使用權以專利互換或出讓給世界許多著名IC制造廠商，如Philips、NEC、Atmel、AMD、Dallas、siemens、Fujutsu、OKI、華邦、LG等。在保特與80C51單片機兼容的基礎上，這些公司容入了自身的優(yōu)勢，擴展了針對滿足不同測控對象要求的外圍電路，如滿足模擬量輸入的A/D、滿足伺服驅動的PWM、滿足高速輸入/輸出控制的HSL/HSO、滿足串行擴展總線I2C、保證程序可靠運行的的WDT、引入使用方便且價廉的FlashROM等，開發(fā)出上百種功能各異的新品種。這樣80C51單片機就變成了眾多芯片制造廠商支持的大家族，統(tǒng)稱為80C51系列單片機。

客觀事實表明，80C51已成為8位單片機的主流，成了事實上的標準MCU芯片。以工作過程為導向的項目教學以工作過程為導向的項目教學1、ATMEL單片機

目前，國內廣泛應用的芯片是80C51系列，其中ATMEL公司生產的具有FlashROM的增強型51系列單片機目前在市場上仍然十分流行，其中AT89S系列十分活躍AVR單片機：AVR單片機是ATMEL在90年代推出的精簡指令集RISC的單片機,跟PIC類似。使用哈佛結構。

是增強型RISC內載Flash的單片機,芯片上的Flash存儲器附在用戶的產品中,可隨時編程,再編程,使用戶的產品設計容易,更新?lián)Q代方便.AVR單片機采用增強的RISC結構,使其具有高速處理能力,在一個時鐘周期內可執(zhí)行復雜的指令,每MHz可實現(xiàn)1MIPS的處理能力.

AVR單片機工作電壓為2.7~6.0V,可以實現(xiàn)耗電最優(yōu)化。AVR的單片機廣泛應用于計算機外部設備,工業(yè)實時控制,儀器儀表,通訊設備,家用電器,宇航設備等各個領域。二、相關理論知識（問題分析-故障及現(xiàn)象）以工作過程為導向的項目教學

ATMEL公司所生產的ATMEL89系列單片機（簡稱89系列單片機），就是基于Intel公司的MCS-5l系列而研制的，該公司的技術優(yōu)勢在于Flash存儲器技術。標準型單片機有：AT89C51，AT89LV51，AT89C52，AT89LV52；低檔型單片機有：AT89C1051和AT89C2051兩種型號。它們的CPU內核和AT89C51是相同的，但并行I/O較少；高檔型單片機有：AT89S8252，這是一種可下載的Flash單片機。它和IBM微機通信進行下載程序十分方便。

AT91M系列是基于ARM7TDMI嵌入式處理器的ATMEL16/32微處理器系列中的一個新成員該處理器用高密度的16位指令集實現(xiàn)了高效的32位RISC結構且功耗很低。二、相關理論知識（問題分析-故障及現(xiàn)象）以工作過程為導向的項目教學

2、Philips單片機

飛利浦半導體作為全球著名的半導體產品供應商，在單片機（MCU）領域具有強大的影響力，產品范圍廣泛并且在技術創(chuàng)新上極為活躍。尤其近幾年在ARM（32位）和增強型51單片機方面，有大量的新產品問世。Philips公司的的單片機都屬于MCS-51系列兼容的單片機。從內部結構看可以劃分為兩大類，8位機與80C51兼容系列和16位機XA系列。Philips公司的的單片機8位機的主要產品型號有P80CXX、P87CXX和P89CXX系列，16位機的主要產品型號有PXACXX、PXAGXX和PXASXX等。

以工作過程為導向的項目教學

3、MicroChip單片機

MicroChip單片機的主要產品是PIC16C系列和17C系列8位單片機,CPU采用RISC結構,分別僅有33,35,58條指令,采用Harvard雙總線結構,運行速度快,低工作電壓,低功耗,較大的輸入輸出直接驅動能力,價格低,一次性編程,小體積。適用于用量大,檔次低,價格敏感的產品.在辦公自動化設備,消費電子產品,電訊通信,智能儀器儀表,汽車電子,金融電子,工業(yè)控制不同領域都有廣泛的應用,PIC系列單片機在世界單片機市場份額排名中逐年提高.發(fā)展非常迅速。以工作過程為導向的項目教學4.Motorola單片機

Motorola是世界上最大的單片機廠商.從M6800開始,開發(fā)了廣泛的品種,4位,8位,16位32位的單片機都能生產,

其中典型的代表有:8位機M6805,M68HC05系列,8位增強型M68HC11,M68HC12,16位機M68HC16,32位機M683XX.Motorola單片機的特點之一是在同樣的速度下所用的時鐘頻率較Intel類單片機低得多,因而使得高頻噪聲低,抗干擾能力強,更適合于工控領域及惡劣的環(huán)境。二、相關理論知識（問題分析-故障及現(xiàn)象）3、其他公司的單片機

1）NEC單片機；

2）東芝單片機；

3）Epson單片機；以工作過程為導向的項目教學以工作過程為導向的項目教學單片機基本結構MCS-51系列單片機都是以8051為核心電路發(fā)展起來的，包括51子系列（基本型）和52子系列（增強型）兩大類，因此它們都具有MCS-51的基本結構與軟件特征，具有很強的兼容性。以工作過程為導向的項目教學1．4位單片機階段

自1975年美國德克薩斯儀器公司首次推出4位單片機TMS-1000后，各個計算機生產公司競相推出4位單片機。例如美國國家半導體公司(NationalSemiconductor)的COP402系列，日本電氣公司(NEC)的μPD75XX系列，美國洛克威爾公司(Rockwell)的PPS/1系列，日本松下公司的MN1400系列，富士通公司的MB88系列等。

4位單片機主要用于家用電器、電子玩具等。以工作過程為導向的項目教學

2．8位單片機階段

1976年9月，美國Intel公司首先推出了MCS-48系列8位單片機以后，單片機發(fā)展進入了一個新的階段，8位單片機紛紛應運而生。例如，莫斯特克(Mostek)和仙童(Fairchild)公司共同合作生產的3870(F8)系列，摩托羅拉(Motorola)公司的6801系列等。在1978年以前各廠家生產的8位單片機，由于受集成度(幾千只管/片)的限制，一般沒有串行接口，并且尋址空間的范圍小(小于8KB)，從性能上看屬于低檔8位單片機。以工作過程為導向的項目教學

隨著集成電路工藝水平的提高，在1978年到1983年期間集成度提高到幾萬只管/片，因而一些高性能的8位單片機相繼問世。例如，1978年摩托羅拉公司的MC6801系列，齊洛格(Zilog)公司的Z8系列，1979年NEC公司的μPD78XX系列，1980年Intel公司的MCS-51系列。這類單片機的尋址能力達64KB，片內ROM容量達4~8KB，片內除帶有并行I/O口外，還有串行I/O口，甚至某些還有A/D轉換器功能。因此，把這類單片機稱為高檔8位單片機。以工作過程為導向的項目教學在高檔8位單片機的基礎上，單片機功能進一步得到提高，近年來推出了超8位單片機。如Intel公司的8X252、UPI-45283C152，Zilog公司的Super8，Motorola公司的MC68HC等，它們不但進一步擴大了片內ROM和RAM的容量，同時還增加了通信功能、DMA傳輸功能以及高速I/O功能等。自1985年以來，各種高性能、大存儲容量、多功能的超8位單片機不斷涌現(xiàn)，它們代表了單片機的發(fā)展方向，在單片機應用領域發(fā)揮著越來越大的作用。

8位單片機由于功能強，被廣泛用于工業(yè)控制、智能接口、儀器儀表等各個領域。以工作過程為導向的項目教學

4．32位單片機

近年來，各個計算機生產廠家已進入更高性能的32位單片機研制、生產階段。由于控制領域對32位單片機需求并不十分迫切，所以32位單片機的應用并不很多。需要提及的是，單片機的發(fā)展雖然按先后順序經歷了4位、8位、16位的階段，但從實際使用情況看，并沒有出現(xiàn)推陳出新、以新代舊的局面。4位、8位、16位單片機仍各有應用領域，如4位單片機在一些簡單家用電器、高檔玩具中仍有應用，8位單片機在中、小規(guī)模應用場合仍占主流地位，16位單片機在比較復雜的控制系統(tǒng)中才有應用。以工作過程為導向的項目教學

3．16位單片機階段

1983年以后，集成電路的集成度可達十幾萬只管/片，16位單片機逐漸問世。這一階段的代表產品有1983年Intel公司推出的MCS-96系列，1987年Intel公司又推出的80C96，美國國家半導體公司推出的HPC16040和NEC公司推出的783XX系列等。

16位單片機把單片機的功能又推向了一個新的階段。如MCS-96系列的集成度為12萬只管/片，片內含16位CPU、8KBROM、232字節(jié)RAM、5個8位并行I/O口、4個全雙工串行口、4個16位定時器/計數(shù)器、8級中斷處理系統(tǒng)。MCS-96系列還具有多種I/O功能，如高速輸入/輸出(HSIO)、脈沖寬度調制(PWM)輸出、特殊用途的監(jiān)視定時器(Watchdog)等等。

16位單片機可用于高速復雜的控制系統(tǒng)。以工作過程為導向的項目教學

5．64位單片機

64位單片機在比較復雜的控制系統(tǒng)中才有應用。比如是：三星智能手機等高端技術產品。什么是MCS－51系列單片機

MCS－51是指由美國INTEL公司生產的一系列高性能8位單片機的總稱，也就是我們平常講的51系列單片機。這一系列單片機包括了許多品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產品，該系列其它單片機都是在8051的基礎上進行功能的增、減、改變而來的，所以人們習慣于用8051來稱呼MCS－51系列單片機。以工作過程為導向的項目教學MCS—51系列單片機配置以工作過程為導向的項目教學學習單片機1、要有一臺電腦2、要有一個編程器，用來把編譯好的程序寫入單片機的ROM里面，把寫好后的芯片插到試驗板上面進行試驗。3、要有一個仿真器，用來實時仿真，隨時發(fā)現(xiàn)問題，修改程序，提高編寫程序的效率。4、要有一個硬件單片機試驗板，作為單片機試驗的外圍電路部分。5、要有幾個用來試驗的單片機芯片，比如應用的比較廣泛的89C51以工作過程為導向的項目教學單片機與計算機之異同（1）組成：

CPU(進行運算、控制)RAM(數(shù)據(jù)存儲器)I/O口(串口、并口等)ROM(程序存儲器)PC機：上述部件以芯片形式安裝在主板上。單片機：上述部件被集成到單芯片中。通用PC包括：鍵盤、顯示器、鼠標、硬/軟/光驅、音箱、打印機、掃描儀…等外設。單片機則只是一片集成電路。（……100、48、40、32、28、20、16、8條引腳）。以工作過程為導向的項目教學功能：PC機：數(shù)據(jù)運算、采集、處理、存儲、傳輸；單片機：控制（或受控于）外設。通用計算機擅長于數(shù)據(jù)運算、采集、處理、存儲和傳輸；單片機的專長則是測控，往往嵌入某個儀器/設備/系統(tǒng)中，使其達到智能化的效果。單片機與計算機之異同（2）以工作過程為導向的項目教學單片機與計算機之異同（3）應用特點：個人計算機（微機）：體積大，功耗大，價格高，屬通用計算機。易于學習掌握和使用，但用于控制時必須制作或購買專用的接口卡，并編制專門的應用軟件。單片機：體積小，功耗小，價格低，用途靈活，無處不在，屬專用計算機。是一種特殊器件，需經過專門學習方能掌握應用，應用中要設計專門的硬件和軟件。單片機的預備知識電平特性數(shù)字電路中只有兩種電平：高電平和低電平高電平：5V或者3.3V，取決單片機電源。低電平：0VRS232電平：計算機串口的電平高電平：-12V低電平：+12V所以當我們用單片機跟電腦通信的時候，我們要通過各種元器件將單片機的電平轉換為計算機可識別的電平才能跟電腦進行通信。以工作過程為導向的項目教學以工作過程為導向的項目教學內部IO,定時器，串口，中斷，AD,DA,PWM…（都是通過各種寄存器來控制的，我們學習的就是怎么去操作這些寄存器。）外部各種外設，外部模塊的原理和應用。（比如說：鍵盤，LCD，液晶屏，還有各種通信協(xié)議。）單片機學習什么？以工作過程為導向的項目教學在實踐中學習，邊實踐邊學習學習單片機有這樣幾部：第一步：鸚鵡學舌第二步：照葫蘆畫飄第三步：他山之石可以攻玉第四步：理論實踐結合以工作過程為導向的項目教學學習單片機具備的條件：1、信心和恒心2、匯編語言指令教材一本3、開發(fā)板一塊三、做法（解決問題方案）

本項目是單片機技術及應用的入門訓練，第一次理論授課一定注重學生對這抽象名詞的理解和發(fā)展歷史以及發(fā)展前景，通過教師簡單的演示實驗和做過的成品硬件項目，讓學生感受單片機的神奇魅力，從而激發(fā)學生的學習興趣。展示生活中相關單片機應用電路讓學生親自感受單片機存在于生活的各種電子設備中，老師與學生的互動、指導答疑和學生觀看實物，完成理論項目，掌握認識單片機及基本概念、應用。倡導學生主動參與學習，發(fā)現(xiàn)問題，探索問題，學習與老師、同學交流，學會用語言表述實施過程，提高綜合素質。以工作過程為導向的項目教學【項目重點】