课题六单片机基础知识

理理实实一体化一体化课课程教程教师师教案教案 六 2012 2013 学年 第 一 学期 专业名称 高级维修电工 课程名称 高级电子单片机 授课教师 李明 郭涛 系 部 电气工程系 唐山唐山劳动劳动技技师师学院学院 理理实实一一体体化化教教案案首首页页 教学 模块 高级电子 单片机 任课教师 李明 郭涛 审阅 授课时数 12 章节 课题 单片机基础知识理论课时 12 教学 方法 讲授法 演示法 练习法 启发法 项目教学法实训课时 0 基本 教材 电子技术基础 中国劳动社会保障出版社合计课时 12 授课 班级 10 高电二10 高电一 授课 时间 1 知识目标 了解单片机的概念 大致构成 工作过程 种类及用途 2 能力目标 培养学生接受新知识的理解能力以及实际动手能力 分析解决问题的能 力 教学 目标 3 素质目标 培养学生主动探索 创新精神 增强的安全意识 提高学生的安全常识 知识 教学 分析 重点介绍单片机的功能 分类 内部结构以吸引学生的学习兴趣 教学 重点 1 了解单片机的基础知识 2 了解单片机的发展概况 3 熟悉数制的转换 教学 难点 数制间的转换 教案 说明 该课题内容不是很难理解 一体化教学 需要一个长期的实施过程 要求学生们养成 良好的安全意识 理论教学 12 节 整个教学期间时刻提醒安全注意事项 课题一课题一 LEDLED 数码管的原理及应用数码管的原理及应用 理论讲解理论讲解 旧课复习 旧课复习 1 555 定时器的工作原理及应用 新课引入 新课引入 正课内容 正课内容 一 什么是单片机一 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 教学 设计 1 组织教学 1 组织教学 2 复习旧课 3 引入新课 4 讲授新课 模仿练习 5 归纳总结 6 布置作业 7 板书设计 I O 口CPU 程序 存储器 定时 计数器外设 取指令 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 三 三 MCS 51单片机的内部的硬件结构及引脚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 图 1 1 单片机结构框图 振荡器 和时钟 电路 程序存储器 4KB ROM 数据存储器 256B RAM SFR 8051 CPU 两个 16 位 定时器 计数器 中断系统 64K 字节 总线扩展控制 并行 I O 端口 全双工 串行口 外部时钟源 外部计数脉 冲 外中断 控制 外部设备 串行通讯 图1 2 8051单片机的内部基本结构 外部计数脉冲 外部计数脉冲 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 PSEN 自动向外发送负脉冲信号 PSEN 为访问程序存储器的控制信号 EA 4 并行I 端口引脚 P0 口 P0 0 P0 7 P1 口 P1 0 P1 7 P2 口 P2 0 P2 7 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 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 图 1 5 8051 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 SFR名称初始状态SFR名称初始状态 ACC00HTMOD00H B00HTCON00H PSW00HTH000H SP07HTL000H DPL00HTH100H DPH00HTL100H P0 P3FFHSBUF不确定 IP 00000BSCON00H IE0 00000BPCON0 B 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 四 MCS 51单片机的内部硬件的主要功能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 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 CYACF0RS1RS0OV P 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 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 EA 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 EA 这种片内无程序存储器的芯片 引脚应该接低电平 EA 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 工作寄存器区 3 R0 R7 1FH 00H 工作寄存器区 2 R0 R7 FFFFH FFFFH 1000H 0FFFH 0FFFH FFH 80H 0000H 0000H 00H 0000H 程序存储器 内部数据存储器 外部数据存储器 60KB 外部 ROM 4KB 内部 ROM EA 1 4KB 外部 ROM EA 0 SFR 内部 RAM 64KB 外部 RAM 图 1 7 8051 的存 储器结构 1 低低 128B 的内部数据存储器的内部数据存储器 按其功能不同划分为三个区域 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 思考题 单片机复位时 当前工作寄存器区是哪个 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 工作寄存器区 1 R0 R7 工作寄存器区 0 R0 R7 RS1RS0当前工作寄存器区 000 区 011 区 102 区 113 区 字节地址 20H 2FH 位地址 00H 7FH 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 高 128 字节 特殊功能寄存器区 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 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 数制转换数制转换 1 十进制转换为二进制 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 000000100088 000111100199 0010221010 A10 0011331011B11 0100441100C12 0101551101D13 0110661110E14 0111771111F15 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 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 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 0000050101 1000160110 2001070111 3001181000 4010091001 课堂练习 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 D