1、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
2、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1MCS-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。2AT89C51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。
3、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。ALEALE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16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端口引脚P0口
4、（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
5、能寄存器的初始状态SFR名称初始状态SFR名称初始状态ACC00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0 P3FFHSBUF不确定IP00000BSCON00HIE000000BPCON0B2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1-5 8051的外接石英晶体的时钟电路电容容量范围为30PF10PF，石英晶体频率的范围为1
6、212MHZ，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） P
7、SW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）：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0CYACF0RS1RS0OVPCY 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
8、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 NO 2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 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18051的存储器分为两大存储空间：程
9、序存储器（ROM）空间（1）片内4KB 的程序存储器，其地址为0000H0FFFH（2）片外64KB的程序存储器，其地址为0000HFFFFH数据存储器（RAM）空间 （1）片内256B的数据存储器，00H7FH为通用的数据存储区，80HFFH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0000HFFFFH2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
10、、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7FH30H用户区2FH20H位寻址区(位地址007F)1FH00H工作寄存器区3(R0R7)工作寄存器区2(R0R7)工作寄存器区1(R0R7)工作寄存器区0(R0R7)（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分钟工
11、作寄存器区（ 00H1FH ）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RS1RS0当前工作寄存器区000区011区102区113区思考题：单片机复位时，当前工作寄存器区是哪个？ 位寻址区（20H2FH） 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：20H2FH 位地址：00H7FH用户区 （ 30H7FH） 为一般数据缓冲区，堆栈区通常也设
12、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80HFFH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
13、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）0000001000880001111001990010221010.A100011331011B110100441100C120101551101D130110661110E140111771111F151十进制转换为二进制 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
14、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1011011110B转换为十六进制数6将十六进制数 7B25H 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，
15、即：BCD码（Binary Code Decimal）。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1-6 BCD（8421）码与十进制数的对照表十进制数BCD码十进制数BCD码00000501011000160110200107011130011810004010091001 课堂练习：（1）将79.32转换成BCD码（2）将BCD码100001100101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
16、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 09的ASCII码为30H39H；大写字母AZ的ASCII码为41H5AH。（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 = 01
17、110000B 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
