單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教案

教師教案

（2017~2018學(xué)年度第2學(xué)期）

課程名稱單片機(jī)原理及應(yīng)用

使用班級(jí)機(jī)電一體化1班

教研室機(jī)電一體化

任課教師___________________________

職務(wù)________教師_____________

職稱______________________________

教案首頁

2017-2018學(xué)年第2學(xué)期順序號(hào)：（1）

主講教師職稱系、部機(jī)電與信息工程系

本教案

課程名稱單片機(jī)原理及應(yīng)用2

授課學(xué)時(shí)

1.1微機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)概述

本次課標(biāo)題

1.2單片機(jī)概述

機(jī)電一體化1班2018年月日

授課班級(jí)

年月日

及時(shí)間

年月日

本章主要介紹微機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，單片機(jī)的基本概念、發(fā)展過程、應(yīng)用特點(diǎn)

教學(xué)目標(biāo)

和概況。

教學(xué)

微機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，單片機(jī)的基本概念、發(fā)展過程、應(yīng)用特點(diǎn)和概況

主要內(nèi)容

教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：

教學(xué)重點(diǎn)、

教學(xué)重點(diǎn)：微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，了解單片機(jī)的概念以及應(yīng)用范圍

難點(diǎn)

教學(xué)難點(diǎn)：

教學(xué)手段、

通過課件進(jìn)行圖文并茂的講解

方法

?新課導(dǎo)入：復(fù)習(xí)電路原理的基本知識(shí)

?教學(xué)過程和教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)：

步驟一復(fù)習(xí)原計(jì)算機(jī)概論相關(guān)微型計(jì)算機(jī)

備、輸出設(shè)備

口，總線

2.微機(jī)軟件

(1)指令和程序，名詞解釋:

?軟件是指使用和管理計(jì)算機(jī)的各種程序(Program),而程序是由一條條指令(Instruction)組

成的。

?1.指令

?2.程序

軟件面向用尸的程序—應(yīng)用程序、軟件包

—語言翻譯程序

—數(shù)據(jù)庫管理程序

面向維護(hù)、營

理人員的程序T—調(diào)機(jī)程序

I—診斷、維修、管理程序

—面向計(jì)算機(jī)

監(jiān)控程序

本身的程序

操作系統(tǒng)

(2)機(jī)器語言，匯編語言，高級(jí)語言

(3)匯編，編譯，解釋程序

1.1.2計(jì)算機(jī)中的數(shù)制

1.計(jì)算機(jī)中的數(shù)制

十進(jìn)0123456789101112131415

制

二進(jìn)00000001001()()011010001010110011110001001101010111100110111101111

制

卜六0123456789ABC【)EF

進(jìn)制

為了區(qū)別十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)及十六進(jìn)制數(shù)3升卜數(shù)制，可在數(shù)的右下角注明數(shù)制,或者在數(shù)的后面

加一字母。如B(binary)表示二進(jìn)制數(shù)制；D(decimal)或不帶字母表示十進(jìn)制數(shù)制；II(hexadecimal)表

示十六進(jìn)制數(shù)制。

2.帶符號(hào)數(shù)的表示：原碼、反碼、補(bǔ)碼

3.帶符號(hào)數(shù)的溢出及判斷

1.1.3計(jì)算機(jī)中常用編碼

1.英文字符的表示方法一一ASCII碼(見P256附錄A)如何查表

2.BCD碼(二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù))解釋：壓縮、非壓縮BCD碼表示

3.簡介漢字編碼

步驟二：導(dǎo)入新課，

1.2單片機(jī)概述

自從20世紀(jì)70年代推出單片機(jī)以來，作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支，單片機(jī)經(jīng)過30多年的發(fā)展，

已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。由于單片機(jī)具有可靠性高、體積小、干擾能力強(qiáng)、能在惡劣的環(huán)境

下工作等特點(diǎn)，且有較高的性價(jià)比，因此廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器儀表智能化、機(jī)電一體化、家用電

器等領(lǐng)域。本章主要介紹單片機(jī)的基本概念、發(fā)展過程、應(yīng)用特點(diǎn)和概況。

講授新課

77單片機(jī)至要用點(diǎn)什么地方呢？我們中有惚婚接觸到嗎？

一、單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

在工業(yè)控制、智能儀表、自動(dòng)化裝置、通信系統(tǒng)、信號(hào)處理等領(lǐng)域以及家用電器、高級(jí)玩具、辦公

自動(dòng)化設(shè)備等方面均得到廣泛的應(yīng)用。

(1)工業(yè)測控：對(duì)工業(yè)設(shè)備(如機(jī)床、汽車、高檔中西餐廚具、鍋爐、供水系統(tǒng)、生產(chǎn)自動(dòng)化、自動(dòng)報(bào)警

系統(tǒng)、衛(wèi)星信號(hào)接收等)進(jìn)行智能測控，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

(2)智能設(shè)備：用單片機(jī)改造普通儀器、儀表、讀卡機(jī)等，使其(集測量、處理、控制功能為一體)智能化、

微型化，如智能儀器、醫(yī)療器械、數(shù)字示波器等。

(3)家用電器：如高檔的洗衣機(jī)、空調(diào)器、電冰箱、微波爐、彩電、DVD、音響、手機(jī)、高檔電子玩具

等，用單片機(jī)做自動(dòng)控制。

(4)商用產(chǎn)品：如自動(dòng)售貨機(jī)、電子收款機(jī)、電子秤等。

(5)網(wǎng)絡(luò)與通信的智能接口：在大型計(jì)算機(jī)控制的網(wǎng)絡(luò)或通信電路與外圍設(shè)備的接口電路中，用單片機(jī)

來控制或管理，可大大提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度和接口的管理水平。如圖形終端機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、打印

機(jī)、繪圖儀、磁盤/磁帶機(jī)等。

?7那單片機(jī)名什么犍夠南送么多用途呢7到底什么是單片機(jī)呢7它有些什么特點(diǎn)呢7

二、單片機(jī)的概念

單片機(jī)是將CPU、存儲(chǔ)器(RAM和ROM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器以及I/O接口等主要部件集成在一塊芯片上

的微型計(jì)算機(jī)。

單片機(jī)是單片微機(jī)(SingleChipMicrocomputer)的筒稱，但準(zhǔn)確反映單片機(jī)本質(zhì)的名稱應(yīng)是微控制器

MCU(MicroControllerUnit)0目前國外已普遍稱之為微控制器。鑒于它完全作嵌入式應(yīng)用，故又稱為嵌

入式微控制器(EmbeddedMicrocontroller)。

三、單片機(jī)的特點(diǎn)

單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支，與一般的微型計(jì)算機(jī)沒有本質(zhì)上的區(qū)別，同樣具有快速、精確、

記憶功能和邏輯判斷能力等特點(diǎn)。但單片機(jī)是集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)，它與一般的微型計(jì)算機(jī)

相比，在硬件結(jié)構(gòu)和指令設(shè)置上均有獨(dú)到之處，主要特點(diǎn)有：

(1)目前大多數(shù)單片機(jī)采用哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)體系，存儲(chǔ)器ROM和RAM是嚴(yán)格區(qū)分、相互獨(dú)立的。

(2)1/0引腳通常是多功能的.由于單片機(jī)芯片上引腳數(shù)目有限，為了解決實(shí)際引腳和需要的信號(hào)線

的矛盾，采用了引腳功能復(fù)用的方法。引腳處于哪種功能可由指令來設(shè)置或由機(jī)器狀態(tài)來區(qū)分。

(3)有面向控制的指令系統(tǒng)。為滿足控制的需要，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O

接口的邏輯操作以及位處理指令。所以，單片機(jī)有更強(qiáng)的邏輯控制能力，特別是具有很強(qiáng)的位處理能力。

(4)外部擴(kuò)展能力強(qiáng)。在內(nèi)部的各種功能部分不能滿足應(yīng)用需求時(shí)，均可在外部進(jìn)行擴(kuò)展，如擴(kuò)展

存儲(chǔ)器、I/O接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等，可與許多通用的微機(jī)接口芯片兼容，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方便靈

活。

正因?yàn)槿绱?，單片機(jī)具有功能強(qiáng)、體積小、成本低、功耗小、配置靈活等特點(diǎn)，使其在工業(yè)控制、

2

智能儀表、自動(dòng)化裝置、通信系統(tǒng)、信號(hào)處理等領(lǐng)域以及家用電器、高級(jí)玩具、辦公自動(dòng)化設(shè)備等方面

均得到廣泛的應(yīng)用。

77那么單片機(jī)是怎么發(fā)展而束的泥？其發(fā)展?fàn)顩r又由何呢7

四、發(fā)展概況

1.第一代：單片機(jī)探索階段(1974—1978年)

2.第二代：單片機(jī)完善階段(1978—1983年)

3.第三代：微控制器形成階段

4.第四代：微控制器百花齊放

5.單片機(jī)技術(shù)發(fā)展方向

(1)CPU的發(fā)展：8位916位少32位

(2)片內(nèi)存儲(chǔ)器的發(fā)展：①擴(kuò)大存儲(chǔ)容量；②片內(nèi)EPROM開始E2PR0M化；③片內(nèi)程序的保密措施

(3)加強(qiáng)片內(nèi)輸入輸出接口功能

(4)單片機(jī)在工藝上的提高

(5)相關(guān)開發(fā)軟件的發(fā)展

??有用的單片機(jī)/哪些呢7

五、常用單片機(jī)系列介紹

目前世界上單片機(jī)生產(chǎn)廠商很多，如：Intel、Motorola>Philips、Siemens、NEC、ADM、Zilog

等公司，其主流產(chǎn)品有幾十個(gè)系列，幾百個(gè)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(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)為一體的單片機(jī)，其原理大同小異。現(xiàn)

以Intel公司的系列產(chǎn)品為例，說明各系列之間的區(qū)別。

從1976年8位單片微機(jī)誕生以來，在單片微機(jī)領(lǐng)域中一直是以8位機(jī)為主流機(jī)型的，預(yù)計(jì)這種情

況還將繼續(xù)下去。

自1976年Intel公司推出MCS-48系列單片機(jī)以來，單片機(jī)經(jīng)過了30年的迅猛發(fā)展，有了繁多的

系列和五花八門的機(jī)種，現(xiàn)介紹幾種主要的系列。

I.8051單片機(jī)

8051單片機(jī)最早由Intel公司推出，其后多家公司購買了8051的內(nèi)核，使得以8051為內(nèi)核的MCU

系列單片機(jī)在世界上產(chǎn)量最大，應(yīng)用也最廣泛。

2.WINBOND單片機(jī)(華邦公司)

3.LG公司生產(chǎn)的GMS90系列單片機(jī)

應(yīng)用于：多功能電話、智能傳感器、電量表、工業(yè)控制、防盜報(bào)警裝置、各種計(jì)費(fèi)器、各種IC卡

裝置、DVD,VCD,CD-ROMo

4.MSP430單片機(jī)

TI的MSP430單片機(jī)是最近引進(jìn)中國的品利%它在超低功耗方面有突出的表現(xiàn)，經(jīng)常被電池應(yīng)用

設(shè)計(jì)師所選用，被業(yè)界稱為綠色MCU。

5.Motorola單片機(jī)

Motorola是世界上最大的單片機(jī)廠商。Motorola

單片機(jī)的特點(diǎn)之一是在同樣的速度下所用的時(shí)鐘頻率較Intel類單片機(jī)低得多，因而使得高頻噪聲

低，抗干擾能力強(qiáng)。更適合于工業(yè)控制領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境。

6.MicroChip單片機(jī)

7.Atmel公司的AVR單片機(jī)

8.EM78系列OTP型單片機(jī)

9.Zilog單片機(jī)

3

六、MCS-51系列單片機(jī)的分類

MCS-51系列單片機(jī)共有二十多種芯片。

表1-1MCS-51系列單片機(jī)分類

程序數(shù)據(jù)尋址尋址并串中

定時(shí)帝/品掇典型報(bào)

型號(hào)存儲(chǔ)21范圉范圍行行斷其他

計(jì)數(shù)器(MHz)令(間

R/E(B)RAM(KB)ROM(KB)□□源

8051AH4KR12864644X8UART52X162-121HMOS-H工藝

8751H4KE12864644X8UART52X162?121HMOS-I工藝

8031AH—12864644X8UART52X162721HMOS-II工藝

8052AH8KR25664644X8UART63X162-121HMOS-II工藝

8752H8KE25664644X8UART63X162721HMOS-I工藝

8032AH一25664644X8UART63X162-121HMOS-II工藝

80C51BH4KR12864644X8UART52X162-121

87C51H4KE12864644X8UART52X162-121CHMOS工藝

8OC31BH—12864644X8UART52X162-121

83C4514KR12864647X8UART52X162?121CHMOS工藝

87C45!4KE12864647X8UART52X162-121有選通方式

80C451一12864647X8UART52X162-121雙向口

CHMOS工藝

83C51GA4KR12864644X8UART72X162-121

8X8A/D

87C51GA4KE12864644X8UART72X162?121

有16位監(jiān)視

80C51GA一!2864644X8UART72X162~121

定時(shí)器

83C1528KR25664645X8GSC62X162-17CHMOS工藝

0.73

8OC152—25664645X8GSC112X162?17有DMA方式

CHMOS工藝

83C2518KR25664644X8UART73X162-121

有高速輸出、脈

87C2518KE25664644X8UART73X162?121

沖啊制、位監(jiān)視

8OC251一25664644X8UART73X162-121

定時(shí)器

80C528KR25664644X8UART63X162-121CHMOS工藝

8052AHHMOS-II工藝

8KR25664644X8UART63X162-121

BASIC片內(nèi)固化BASIC

注IUART——通用異步接收發(fā)送器1R/E------MaskROM/EPROMjGSC------全局串行通道.

1.按片內(nèi)不同程序存儲(chǔ)器的配置來分

MCS-51系列單片機(jī)按片內(nèi)不同程序存儲(chǔ)器的配置來分，可以分為以下3種類型。

(1)片內(nèi)帶MaskROM(掩膜ROM)型：8051、80c51、8052、80c52。此類芯片是由半導(dǎo)體廠家在芯片生

產(chǎn)過程中，將用戶的應(yīng)用程序代碼通過掩膜工藝制作到ROM中。其應(yīng)用程序只能委托半導(dǎo)體廠家“寫

入”，一旦寫入后不能修改。此類單片機(jī)適合大批量使用。

⑵片內(nèi)帶EPROM型：8751、87c51、8752。此類芯片帶有透明窗口，可通過紫外線擦除存儲(chǔ)器中的程

序代碼，應(yīng)用程序可通過專門的編程器寫入到單片機(jī)中，需要更改時(shí)可擦除重新寫入。此類單片機(jī)價(jià)格

較貴，不宜于大批量使用。

(3)片內(nèi)無ROM(ROMLess)型：8031、80c31、8032?此類芯片的片內(nèi)沒有程序存儲(chǔ)器，使用時(shí)必須在

外部并行擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)芯片。此類單片機(jī)由于必須在外部并行擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)芯片，造成系

統(tǒng)電路復(fù)雜，目前較少使用。

2.按片內(nèi)不同容量的存儲(chǔ)器配置來分

按片內(nèi)不同容量的存儲(chǔ)器配置來分，可以分為以下兩種類型。

(1)51子系列型：芯片型號(hào)的最后位數(shù)字以I作為標(biāo)志，51子系列是基本型產(chǎn)品。片內(nèi)帶有4KB

ROM/EPROM(8031>80c31除外)、128BRAM、2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、5個(gè)中斷源等。

4

(2)52子系列型：芯片型號(hào)的最后位數(shù)字以2作為標(biāo)志，52子系列是增強(qiáng)型產(chǎn)品。片內(nèi)帶有8KB

ROM/EPROM(8032、80c32除外)、256BRAM,3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、6個(gè)中斷源等。

3.按芯片的半導(dǎo)體制造工藝上的不同來分

按芯片的半導(dǎo)體制造工藝上的不同來分，可以分為以下兩種類型。

(l)HMOS工藝型：8051、8751、8052、8032。HMOS工藝，即高密度短溝道MOS工藝。(2)CHMOS

工藝型：80C5K83c51、87c51、80c31、80c32、80c52。此類芯片型號(hào)中都以字母“C”來標(biāo)識(shí)。此

兩類器件在功能上是完全兼容的，但采用CHMOS工藝的芯片具有低功耗的特點(diǎn)，常用于構(gòu)成低功耗

的應(yīng)用系統(tǒng)。

七、AT89系列單片機(jī)分類

在MCS-51系列單片機(jī)8051的基礎(chǔ)上，Atmel公司開發(fā)的AT89系列單片機(jī)自問世以來，以其較低

廉的價(jià)格和獨(dú)特的程序存儲(chǔ)器----快閃存儲(chǔ)器(FlashMemory)為用戶所青睞。

表1-2AT89系列單片機(jī)一覽表

快閃程序存數(shù)據(jù)存尋址范圉尋址范圍并行I/O串行定時(shí)W工作頻率

型號(hào)中斷源

悌器(KB)儲(chǔ)熊(B)ROM(KB)RAM(KB)接口線UART計(jì)數(shù)器(MHz)

AT89C514128g6432152X160-24

AT89C528256646432163X160-24

AT89LV514128646432152X160?24

續(xù)表

快閃程序存數(shù)據(jù)存尋址范圍界址范圍并行IQ串行定時(shí)器/工作頻率

型號(hào)中斷源

儲(chǔ)器(KB)儲(chǔ)81(B)ROM(KB)RAM(KB)接口線UART計(jì)數(shù)器(MHz)

AT89LV528256646432163X160-24

AT89C1Q511644415一31X160-24

AT89C1Q51U1644415152X160-24

AT89C2Q5I21284415I52X160-24

AT89C4Q5141284415152X16。?24

AT89C5520256646432163X160-33

AT89S53122566432173X16。?33

AT89S82528256646432173X16。?33

AT88SC54C81286432152X160-24

采用了快閃存儲(chǔ)器(FlashMemory)的AT89系列單片機(jī)，不但具有一般MCS-51系列單片機(jī)的基本

特性(如指令系統(tǒng)兼容，芯片引腳分布相同等)，而且還具有以下一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

(1)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器為電擦寫型ROM(可重復(fù)編程的快閃存儲(chǔ)器)。整體擦除時(shí)間僅為10ms,可寫入/擦

除1000次以上，數(shù)據(jù)保存10年以上。

(2)兩種可選編程模式，即可以用12V電壓編程，也可以用VCC電壓編程。

(3)寬工作電壓范圍，VCC為2.7?6V。

⑷全靜態(tài)工作，工作頻率范圍為0?24MHz,頻率范圍寬，便于系統(tǒng)功耗控制。

(5)3層可編程的程序存儲(chǔ)器上鎖加密，使程序和系統(tǒng)更加難以仿制。

總之，AT89系列單片機(jī)與MCS-51系列單片機(jī)相比，前者和后者有兼容性，但前者的性能價(jià)格比

等指標(biāo)更為優(yōu)越。

〃友情提魏，

初學(xué)單片機(jī)時(shí)總覺得這也不清楚那也不明白，學(xué)了半天還是一頭霧水，這一是與現(xiàn)行的教材只講理

論，理論與實(shí)驗(yàn)脫離有關(guān)，二是對(duì)單片機(jī)的整個(gè)開發(fā)過程不知有關(guān)。實(shí)際上學(xué)習(xí)單片機(jī)要換一種思路來

學(xué)，單片機(jī)的有些知識(shí)你不要問為什么，你照著做就行了。例如：對(duì)于每條指令你能問為什么這樣嗎？

5

不能，這是設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)的。

要知道單片機(jī)種類很多，但不管哪種單片機(jī)，廠家都要配套提供編程器(固化程序)、硬件仿真器、

開發(fā)軟件(編譯軟件)、指令系統(tǒng)，芯片使用說明書，沒有這些你很難進(jìn)行二次開發(fā)，除非你是絕對(duì)高

手，破解芯片。知道了這些，就懂得了我們所做的工作就是按廠家提供的方法怎樣使用好這個(gè)芯片、設(shè)

計(jì)好你所需要的電路、按產(chǎn)品所要實(shí)現(xiàn)的功能編好程序。

步驟三課堂小結(jié)

單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支，由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成。單片機(jī)是將CPU、存儲(chǔ)器(RAM

和ROM)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及I/O接口等主要部件集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。它具有功能強(qiáng)、體

積小、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)，可作為常規(guī)器件應(yīng)用于各種智能化系統(tǒng)中。

單片機(jī)與一般的微型計(jì)算機(jī)相比，在硬件結(jié)構(gòu)和指令設(shè)置上有以下主要特點(diǎn)。

(1)大多數(shù)單片機(jī)采用哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)體系，存儲(chǔ)器ROM和RAM是嚴(yán)格區(qū)分、相互獨(dú)立的。小

容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器能以高速RAM形式集成在單片機(jī)內(nèi)，以加速單片機(jī)的執(zhí)行速度，同時(shí)程序在只讀存

儲(chǔ)器ROM中運(yùn)行，不易受外界侵害，可靠性高。

(2)1/0引腳通常是多功能的。

(3)有面向控制的指令系統(tǒng)，如豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O接口的邏輯操作以及位處理指令等。使單片機(jī)

具有更強(qiáng)的邏輯控制能力，特別是具有很強(qiáng)的位處理能力。

(4)外部擴(kuò)展能力強(qiáng)。如擴(kuò)展存儲(chǔ)器、I/O接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等，可與許多通用的微

機(jī)接口芯片兼容，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方便靈活。

步驟四布置作業(yè)

?布置作業(yè)或思考題：

6

教案首頁

2017-2018學(xué)年第2學(xué)期順序號(hào)：(2)

主講教師職稱系、部機(jī)電與信息工程系

本教案

課程名稱單片機(jī)原理及應(yīng)用2

授課學(xué)時(shí)

本次課標(biāo)題MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳說明

機(jī)電一體化1班2018年月日

授課班級(jí)

年月日

及時(shí)間

年月日

重點(diǎn)要求掌握MCS-51型單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖以及8051內(nèi)部組成部件

教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)

MCS-51型單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖以及8051內(nèi)部組成部件

主要內(nèi)容

教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：

教學(xué)重點(diǎn)、教學(xué)重點(diǎn)：重點(diǎn)要求掌握MCS-51型單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖以及8051內(nèi)部

難點(diǎn)組成部件

教學(xué)難點(diǎn)：

教學(xué)手段、

通過多媒體，結(jié)合有關(guān)的圖形，以及設(shè)計(jì)作品實(shí)物加以講解

方法

?新課導(dǎo)入：復(fù)習(xí)電路原理的基本知識(shí)

?教學(xué)過程和教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)：

步驟一:新課引入

MCS-51系列單片機(jī)產(chǎn)品有8051,8031,8751,80C51,80C31,89c51等型號(hào)（前三種為CMOS芯片，

后兩種為CHMOS芯片）。它們的結(jié)構(gòu)基本相同，其主要差別反映在存儲(chǔ)器的配置上有所不同。8051內(nèi)部

設(shè)有4K字節(jié)的掩模ROM程序存儲(chǔ)器,8031片內(nèi)沒有程序存儲(chǔ)器，而8751是將8051片內(nèi)的ROM換成EPROM。

89C51將EPROM改成了4K的閃速存儲(chǔ)器，可擦寫1萬次以上不壞，本章將對(duì)8051單片機(jī)的結(jié)構(gòu)作一介

紹。

步驟二:新課講解

一、及CS-夕型單片機(jī)的內(nèi)部秸構(gòu)糖囹

8051單片機(jī)片內(nèi)集成了中央處理器（CPU）、4KB程序存儲(chǔ)器（ROM）、128B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、128B

特殊功能寄存器（SFR）、2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T0和T1）、4個(gè)8位的并行I/O端口（P0、Pl、P2、

地、1個(gè)串行口、中斷系統(tǒng)等。它們是通過片內(nèi)單一總線連接起來的。如圖所示為8051單片機(jī)功能方

框圖。

圖2.18051單片機(jī)功能方框圖

注：圖中4K（4096）字節(jié)的ROM存儲(chǔ)器部分用EPROM替換就成為8751：圖中去掉ROM部分就成為8031

的結(jié)構(gòu)圖。

二、定夕向卷徂戚春件介他

1.中央處理器CPU（8位機(jī)）

CPU由運(yùn)算器和控制器組成，是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制操作。

1）運(yùn)算器ALU

運(yùn)算器是單片機(jī)的運(yùn)算部件，用于實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。它由圖2.2中的ALU（算術(shù)

運(yùn)算單元）、累加器ACC、寄存器B、程序狀態(tài)字PSW、兩個(gè)暫存器和位處理機(jī)等組成。

⑴算術(shù)邏輯單元ALU與累加器ACC、寄存器B。

運(yùn)算器以ALU為核心，它不僅能完成8位二進(jìn)制的加、減、乘、除、加1、減1及BCD加法的十進(jìn)

制調(diào)整等算術(shù)運(yùn)算，還能對(duì)8位變量進(jìn)行邏輯“與”、“或”、“異或”、循環(huán)移位、求補(bǔ)、清零等邏輯運(yùn)

算，并具有數(shù)據(jù)傳輸、程序轉(zhuǎn)移等功能。

累加器（ACC,簡稱累加器A）為一個(gè)8位寄存器，它是CPU中使用最頻繁的寄存器。進(jìn)入ALU作算

術(shù)和邏輯運(yùn)算的操作數(shù)多來自A,運(yùn)算結(jié)果也常送回A保存。

寄存器B是為ALU進(jìn)行乘除法運(yùn)算而設(shè)置的。若不作乘除運(yùn)算時(shí)，則可作為通用寄存器使用。

(2)程序狀態(tài)字

程序狀態(tài)字PSW是一個(gè)8位的標(biāo)志寄存器,它保存指令執(zhí)行結(jié)果的特征信息，以供程序查詢和判別。

其各位的定義如下：

PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW2PSW.1PSW.0

CACFORSIRSOOV-P字節(jié)地址DOH

(3)布爾處理機(jī)(位處理機(jī))

它可對(duì)直接尋址的位(bit)變量進(jìn)行位處理，如置位、清零、取反、測試轉(zhuǎn)移以及邏輯“與”、“或”

等位操作，使用戶在編程時(shí)可以利用指令完成原來單憑復(fù)雜的硬件邏輯所完成的功能，并可方便地設(shè)置

標(biāo)志等。

2)控制器

控制器是單片機(jī)的神經(jīng)中樞，它保證單片機(jī)各部分能自動(dòng)而協(xié)調(diào)地工作?？刂破饔啥〞r(shí)和控制電路

單元、程序計(jì)數(shù)器PC、PC增量器、指令寄存器、指令譯碼器、堆棧指針SP和數(shù)據(jù)指針DPTR等部件組

成。

其中，程序計(jì)數(shù)器PC是一個(gè)不可尋址的16位專用寄存器(不屬于特殊功能寄存器)，用來存放下一

條指令的地址，具有自動(dòng)加1的功能。單片機(jī)執(zhí)行指令是在控制器的控制下進(jìn)行的當(dāng)CPU執(zhí)行指令時(shí)，

根據(jù)程序計(jì)數(shù)器PC中的地址從程序存儲(chǔ)器中讀出指令，送入指令寄存器中保存，然后送入指令譯碼器

中進(jìn)行譯碼，譯碼結(jié)果送到定時(shí)控制邏輯電路，由定時(shí)控制邏輯產(chǎn)生各種定時(shí)信號(hào)和控制信號(hào)，再送到

系統(tǒng)的各個(gè)部件去進(jìn)行相應(yīng)的操作，隨后程序計(jì)數(shù)器中的地址自動(dòng)加1,以便為CPU取下一個(gè)需要執(zhí)行

的指令碼做準(zhǔn)備。當(dāng)下一條指令碼取出執(zhí)行后，PC又自動(dòng)加1,使指令被一條條地執(zhí)行。這就是執(zhí)行指

令的全過程。

2.內(nèi)部程序存儲(chǔ)器(ROM)

8051單片機(jī)內(nèi)有4KB掩膜ROM,主要用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格等內(nèi)容，因此稱為內(nèi)部程序存

儲(chǔ)器或片內(nèi)ROM。

3.內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)

8051單片機(jī)中共有256個(gè)RAM單元，但其中后128個(gè)單元被特殊功能寄存器(SFR)占用，可供用戶

用來存放可讀取數(shù)據(jù)的只有前128個(gè)單元，通常把這部分單元稱為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或片內(nèi)RAM。

4.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

8051單片機(jī)片內(nèi)有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(TO、T1),并能以其定時(shí)或計(jì)數(shù)的結(jié)果對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行

控制。

5.并行I/O接口

8051單片機(jī)片內(nèi)有4個(gè)8位并行I/O接口(P0、Pl、P2、P3)。它們可雙向使用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行

輸入/輸出。

6.串行通信口

8051單片機(jī)片內(nèi)有一個(gè)全雙工的串行通信口，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他數(shù)據(jù)設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送。該

串行通信口功能較強(qiáng)，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位寄存器使用。

7.中斷控制系統(tǒng)

8051單片機(jī)共有5個(gè)中斷源，即如下所列：

(1)2個(gè)外部中斷源。

(2)2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷源。

(3)1個(gè)串行中斷源。

中斷優(yōu)先級(jí)分為高、低兩級(jí)。

三、夕型單片機(jī)外部引腳餞朗

2

雙列直插式封裝（DIP）的8051單片機(jī)有40條引腳，其引腳圖及邏輯符號(hào)如圖2.3所示。除了DIP

封裝外，它還有其他封裝格式，如TQFP、PLCC等。使用芯片時(shí)，具體的封裝格式可查閱有關(guān)手冊(cè)。

\__f

P10140~?Vvoc地

址

P11一239-P0.0

數(shù)

2一

PI338-PO.1據(jù)

P13437一P0.2總po

線P2

PI4一536-P0.3

P15—635一P0.4

PI6—734-P0.5

P17—833-P0.6

地

RST/V—932-P0.7

PD址

—10

RXD/P3.0805131-EA/Vpr總

—線

TXD/P3.1II30-ALE.PROG

—

INT0/P3.21229一PSEN

—

INTI/P3.31328一P2.7

T0.P3.4―1427一P2.6

TI.P3.5一1526一P2.5

雙

—1625-P2.4

WRP3.6功

一㈱

17能

RD/P3.724-P2.3P3

XTAL1—1823一P2.2”

XTAL2—1922一P2.1

一2021一P2.0

V5s

圖2.38051單片機(jī)引腳圖及i羅輯符號(hào)

這40個(gè)引腳按照功能可分成以下幾類：

■■電源線和外接晶振線（4根）：電源、地各1根，XTAL1和XTAL2（2根）

一端口線（32條）:4X8=32

、控制線（6條）：|-ALE/PR0G

JEA/VPP

|PSEN

IRST/VPD

1.電源及外接晶體引腳

（l）VCC（40W）：接+5V電源正端。

（2）VSS（20腳）：接+5V電源地端。

（3）XTALUXTAL2：晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。

XTAL1Q9腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大

器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外接晶體振蕩器時(shí)，該引腳接地。

XTALM18腳）：接外部石英晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸出端。當(dāng)采用

外接晶體振蕩器時(shí)，該引腳接收振蕩器的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。

2.輸入/輸出（I/O）引腳

8051共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、Pl、P2、P3端口，共32個(gè)引腳。P3端口還具有第二功能,

用于特殊信號(hào)輸入/輸出和控制信號(hào)（屬控制總線）。

（DP0端口通常用作8位數(shù)據(jù)總線或低8位地址總線的信息傳送。

（2）P1端口一般用作通用數(shù)據(jù)I/O接口使用。

（3）P2端口通常用作高8位地址總線的信息傳送。

（4）P3口常用于以第二功能（有8種）的輸入/輸出的形式。

詳解：

⑴P0端口（39?32腳）：P0.0?P0.7統(tǒng)稱為P0端口，雙向8位三態(tài)I/O接口。在不接片外存儲(chǔ)器與不

擴(kuò)展I/O接口時(shí)，作為I/O接口使用，可直接連接外部I/O設(shè)備。在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O接口時(shí),

3

P0端口分時(shí)復(fù)用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。P0端口能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。

（2）P1端口（1?8腳）：P1.0?P1.7統(tǒng)稱為P1端口，8位準(zhǔn)雙向I/O接口。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接口。它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線（作

為輸入時(shí)，端口鎖存器必須置1）。P1端口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。

（3）P2端口（21?28腳）：P2.0?P2.7統(tǒng)稱為P2端口，一般可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用；在接有片外存

儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O接口且尋址范圍超過256B時(shí)，P2端口用作高8位地址總線。P2端口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL

負(fù)載。

（4）P3端口（10?17腳）：P3.0?P3.7統(tǒng)稱為P3端口。除作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用外，還可以將每一位

用于第二功能，而且P3端口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入/輸出或第二功能。P3端口

能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。P3端口的第二功能見表2-1。

表2-1P3端口第二功能表

引腳第二功能

P3.0RXD串行口輸入端

P3.1TXD串行口輸出端

P3.2INTO外部中斷0請(qǐng)求輸入端.低電平有效

P3JINT1外部中斷1請(qǐng)求輸入端.低電平宥效

P3.4TO定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部信號(hào)（計(jì)數(shù)脈沖）輸入端

P3.5T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器】外部信號(hào)（計(jì)數(shù)脈沖）輸入端

P3.6WR外部RAM寫選通信號(hào)輸出端,低電平有效

P3.7RD外部RAM試選通信號(hào)物出端,低電平有效

3.控制引腳_

控制引腳包括ALE、PSEN,RESET（即RST）、飛A等。此類引腳提供控制信號(hào)，有些引腳具有復(fù)用功

能。_

（DALE/麗（30腳）：地址鎖存有效信號(hào)輸出端。ALE在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)輸出兩個(gè)脈沖。在訪問片

外程序存儲(chǔ)器期間，下降沿用于控制鎖存器P0輸出的低8位地址；在不訪問片外程序存儲(chǔ)器期間，可

作為對(duì)外輸出的時(shí)鐘脈沖或用于定時(shí)目的片內(nèi)含有EPROM的機(jī)型，在編程期間，該引腳用作編程

脈沖PROG的輸入端。

⑵RST/VoNg腳）：RST即為RESET,愉為備用電源。該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)

單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平,就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到

初始狀態(tài)。上電時(shí)，考慮到振蕩器有一定的起振時(shí)間，該引腳上高電平時(shí)必須持續(xù)10ms以上才能保證

有效復(fù)位。

當(dāng)h發(fā)生故障或掉電時(shí)，此引腳可接備用電源（VPD）,以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)VK下降

到規(guī)定值以下,而臨在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)（5V±0.5V）時(shí)，臨就向內(nèi)部RAM提供備用電源。

（3）麗（29腳）：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令

或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期該信號(hào)兩次有效二色通過數(shù)據(jù)總線P0端口讀回指令或常數(shù)。在訪問片外數(shù)

據(jù)存儲(chǔ)器期間，PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。

（4）面/VPP（31腳）：而為片外程序存儲(chǔ)器選用端。當(dāng)麗■保持為高電平時(shí)，首先訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)

器，在程序計(jì)數(shù)器PC值超過片內(nèi)程序存儲(chǔ)器莖色（8051單片機(jī)為4KB）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存

儲(chǔ)器中的程序。當(dāng)EA保持為低電平時(shí)，只訪問外部程序存儲(chǔ)器，而不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于

片內(nèi)含有EPROM的機(jī)型（如8751）,在EPROM編程期間，此引腳用作21V編程電源VPP的輸入端。

步驟三：課堂小結(jié)

本堂課主要介紹了MCS-51型單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖、8051內(nèi)部組成部件、MCS-51型單片機(jī)外部引腳說

明。重點(diǎn)要求掌握MCS-51型單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖以及8051內(nèi)部組成部件，對(duì)于外部引腳主要了解引

腳的使用條件即可

二、教學(xué)方法和手段、師生互動(dòng)

4

1、任務(wù)引領(lǐng)：通過舉例和提問，使學(xué)生對(duì)該學(xué)科產(chǎn)生興趣，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)。

2、“教、學(xué)、實(shí)踐”一體化：通過上課講授，使學(xué)生學(xué)習(xí)基本的理論知識(shí)和分析解決問題

的方法，通過實(shí)驗(yàn)加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的掌握。

3、鼓勵(lì)學(xué)生提問題，并隨時(shí)解答學(xué)生的問題。

4、讓學(xué)生成立學(xué)習(xí)小組，通過互幫使大部分同學(xué)能夠掌握課堂教學(xué)的重要知識(shí)。

5、通過作業(yè)使學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)。

?教學(xué)小結(jié)與拓展：

通過具實(shí)際的例子，使學(xué)生對(duì)本課程產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，上課能夠突出重點(diǎn)、及時(shí)補(bǔ)充最新的

研究成果，基本達(dá)到預(yù)期效果。

?布置作業(yè)或思考題：

5

教案首頁

2017-2018學(xué)年第2學(xué)期順序號(hào)：（3）

主講教師職稱系、部機(jī)電與信息工程系

本教案

課程名稱單片機(jī)原理及應(yīng)用2