单片机应用技能实训教案--项目2

单片机应用技能实训教案 项目 2 项目项目 2 2 广告灯电路制作广告灯电路制作 任务任务 1 MCS 51 单片机单片机 I O 端口及项目相关指令端口及项目相关指令 一 案头 任务MCS 51 单片机并行接口及项目相关指令 授课时间年 月 日授课班级 教学形式讲授授课时数2 课时 教学用具多媒体教学资源课件 单片机应用制作成品 课前准备 教学目标1 了解 MCS 51 单片机并行接口的结构 2 掌握 MCS 51 单片机并行接口的使用方法 3 掌握项目相关指令的作用及使用方法 教学重点1 MCS 51 单片机并行接口的使用方法 2 项目相关指令的作用及使用方法 教学难点1 MCS 51 单片机并行接口结构原理 2 项目相关指令的灵活使用 教学过程1 通过生活中实际情境的介绍 引出项目任务 2 MCS 51 单片机 P0 口结构原理 重点学习 P0 口的使用方法 3 P1 P3 口结构原理及使用方法 4 项目相关指令的作用及使用方法 教学后记 二 教学实施过程 实施环节教学内容导学方法 组织教学1 检查学生出勤情况并做好记录 2 调整学生的注意力 为上课作准备 互动交流 复习提问1 MCS 51 单片机由哪几部分组成 2 MCS 51 单片机有多少个 I O 口引脚 提问导思 导入夜晚的商业街上 各种各样的广告彩灯光彩夺目 变幻无穷 非常好看 那么功能强大的单片机是否能完成广告彩灯的控制 任务呢 本项目的任务就是制作一个用单片机控制的广告灯电 路 为完成项目制作 先进行相关基本知识的学习 启发学习 积极性 讲授新课一 MCS 51 单片机并行接口 1 P0 口的结构和工作原理 P0 口每一位的结构如图 2 2 所示 它由一个输出锁存器 上 可用多媒 体展示图 2 2 或画在 下两个三态缓冲器 一个输出驱动电路和一个输出控制电路组 成 从 P0 口输出数据时 CPU 自动给出控制信号为 0 控制 MUX 使锁存器的与 T2 栅极相连 控制信号为 0 也同时 Q 封锁与门 T1 截止 当要输出的数据为 0 时 内部总线数 据为 0 锁存器的为 1 T2 栅极为 1 T2 漏极为 Q 0 引脚 P0 x 输出为 0 引脚上数据与内部总线数据一致 当要输出的数据为 1 时 内部总线的数据为 1 锁存 器的为 0 T2 栅极为 0 T2 截止 由于 T1 T2 都截 Q 止 所以引脚上数据变为悬浮态与内部总线数据不一致 当外 接上拉电阻 如图中虚线部分 时 引脚上数据与内部总线数 据就一致了 所以 当把所以 当把 P0 口作为输出口使用时 要外接上口作为输出口使用时 要外接上 拉电阻 拉电阻 从 P0 口输出数据的方法有两种 一种是执行以 P0 口为目 的操作数的数据传送指令来实现 另一种是执行以 P0 口位为 目的操作数的位操作指令来实现 分别举例如下 MOV P0 66H 将立即数 66H 送到 P0 口 MOV P0 A 将累加器 A 中的数据送到 P0 口 SETB P0 0 将 P0 0 位置 1 P0 口的主要功能如下 1 作为通用 I O 端口输出数据 使用时注意外接上拉电阻 该功能在前面已介绍过 2 作为通用 I O 端口输入数据 输入数据的路径是 外部 引脚 P0 x 下三态缓冲器 内部数据总线 在输入数据时 为 避免 T2 对引脚数据的影响 应使 T2 截止 即先向锁存器写 1 3 扩展外部设备时 作为低 8 位地址线和 8 位数据线分时 复用 此时 CPU 自动给出控制信号为 1 使 MUX 开关接非 门与地址 数据线连接 此时引脚 P0 x 输出就与地址 数据线一 致了 2 P1 口的结构和工作原理 P1 口每一位的结构如图 2 13 所示 它由一个输出锁存器 两个三态缓冲器 一个输出驱动电路组成 由 P1 口的结构图 可以得知 P1 口的主要功能是 1 作为通用 I O 端口输出数据 由于 P1 口已有内部上拉电 黑板上 参照图 2 2 介绍其工 作原理 重点是如 何作用 多媒体展 示图 2 13 或画在黑 板上 重 点介绍使 用方法 同上 阻了 所以 输出数据时不必外接上拉电阻 2 作为通用 I O 端口输入数据 输入数据的路径与 P0 口相 似 在输入数据时 要先向锁存器写 1 3 P2 口的结构和工作原理 P2 口的位结构如图 2 14 所示 它由一个输出锁存器 两个 三态缓冲器 一个输出驱动电路和一个输出控制电路组成 MUX 开关在控制信号的作用下可以分别接通锁存器输出 用 于数据输入 输出 或地址线 作为系统的数据总线和高 8 位地 址总线 P2 口的主要功能是 1 作为通用 I O 端口输出数据 输出数据时可以不外接上 拉电阻 2 作为通用 I O 端口输入数据 在输入数据时 要先向锁 存器写 1 3 系统扩展外部设备时 作为高 8 位地址总路线使用 4 P3 口的结构和工作原理 P3 口的位结构如图 2 15 所示 它由一个输出锁存器 上下 两个三态缓冲器 一个输出驱动电路和替代输入 输出电路组成 P3 口的主要功能如下 1 作为通用 I O 接口输出数据 由于 P2 口有内部上拉电阻 输出数据时可以不外接上拉电阻 2 作为通用 I O 接口输入数据 同样 在输入数据时 要 先向锁存器写 1 3 每位都有专有的第二功能 替代的输入或输出 当 P3 口各位用作替代的专用功能时 锁存器输出 Q 为 1 打开与 非门 使替代输出功能信号从与非门以及输出场效应管 T 送至 端口引脚 输入时 端口引脚信号通过缓冲器和替代输入功能 端到相应的控制电路 二 项目相关指令 1 指令格式 MCS 51 单片机的汇编语言程序每行只能写一条指令 每条 指令的格式如下 标号 操作码 操作数 注释 1 标号 标号是一个名字 由英文字母和数字等符号组成 用来表示某一条指令的地址 标号位于一条指令的开始 必须 由英文字母开头 冒号结束 不必要时 标号可以省略 2 操作码 操作码部分是指令或伪指令的助记符 用来表 示指令的性质 指明指令的功能 3 操作数 操作数给出的是参与操作的数据或这些数据的 地址 它位于操作码之后 与操作码用空格分开 两个操作数 同上 相关指令 作为重点 之间用逗号分隔 4 注释 注释部分是用来对指令或程序段的功能 性质进 行说明的部分 以便于阅读和理解 它由分号引导开头 后面 可以为任意字符 不必要时 注释部分可以省略 2 相关指令 1 数据传送类指令 MOV A data A data MOV Rn data Rn data MOV direct data direct data 具体使用举例如下 MOV A 30H 将立即数 30H 送到累加器 A 中 MOV R2 36H 将立即数 36H 送到工作寄存器 R2 中 MOV 30H 66H 将立即数 66H 送到内部数据存储器的 30H 单元 MOV direct A direct A 使用举例如下 MOV 31H A 将 A 中的数据送到内部数 据存储器 31H 单元 MOV P0 A 将 A 中的数据送到特殊功能寄存器 P0 口 2 位操作类指令 CPL bit bit bit bit 是位的地址 可用位的名称来代替 如 P0 0 P0 1 举例 CPL P0 0 将 P0 0 取反 3 控制转移类指令 LJMP addr16 PC addr16 该指令是无条件长转移指令 addr16 是 16 位程序存储器地址 常用标号代替 例如 LJMP MAIN 的功能是转移到标号为 MAIN 处执行相应指令 DJNZ Rn rel Rn Rn 1 若 Rn 0 则 PC PC rel 该指令是条件转移指令 rel 为转移偏移量 使用时用标号代 替 若 Rn 内容减 1 后非 0 则转移到 rel 指向的地址去执行 否 则顺序执行 该指令常用在编写指定循环次数的循环程序中 例如下面的循环程序可用于软件延时程序 MOV R7 200 LOOP DJNZ R7 LOOP LCALL addr16 PC PC 3 SP PC PC addr16 进行讲授 除教案中 的使用举 例之外 还要再通 过更多的 例子让学 生练习以 达到理解 和灵活运 用指令编 写程序的 目的 该指令是长调用指令 调用首地址为 addr16 的子程序 使用 时 addr16 常用标号代替 例如 LCALL DELAY 为调用首地 址为标号 DELAY 的子程序 RET 子程序返回 该指令是子程序返回指令 功能返回到调用它的那条子程序 调用指令的下面继续执行 该指令放在子程序的最后 4 逻辑运算类指令 RL A 将 A 中的各位循环左移一位 设 A B 执行 RL A 后 A B 5 伪指令 ORG addr16 汇编起始指令 所谓伪指令 并不是单片机本身的指令 不要求 CPU 进行任 何操作 也不占用程序存贮器空间 ORG 指令是用来指明后面 程序或数据的存放起始地址 它总是出现在每段程序的开始 举例如下 ORG 0000H LJMP START 本条指令存放在从 0000H 地址开始的连续单元中 ORG 0030H MOV A 66H 本条及之后的指令存放在从 0030H 地址开始的连 续单元中 MOV P0 A END 汇编结束指令 该指令只放在应用程序的最后 作为汇编结束命令 课堂小结1 MCS 51 单片机并行接口结构原理及使用方法 P0 口用于 输出时 注意外接上拉电阻 P1 P3 口可直接用于输出 P0 P3 口用于输入时 要先向端口写 1 再输入 2 项目相关指令的作用及应用 数据传送指令 4 条 位操作 指令 1 条 控制转移指令 4 条 逻辑运算指令 1 条 伪指令 2 条 课后作业自我测评 1 题 2 题 3 题 5 题 任务任务 2 广告灯电路的硬件 软件设计广告灯电路的硬件 软件设计 一 案头 任务广告灯电路的硬件 软件设计 授课时间年 月 日授课班级 教学形式讲授 讨论授课时数2 课时 教学用具多媒体教学资源课件 单片机应用制作成品 课前准备 教学目标1 掌握单片机并行接口用于输出时与外部电路的连接方法 2 了解发光二极管工作原理 理解广告灯电路构成 掌握单片机控制广 告灯电路的整体构成 3 理解应用程序的一般结构 掌握广告灯程序的编程思路 4 理解程序流程图的作用 掌握流程图的画法 教学重点1 单片机并行接口用于输出时与外部电路的连接及整体电路构成 2 应用程序的的编程思路 教学难点1 对电路构成的理解和应用 2 灵活应用指令进行程序设计 教学过程1 使用发光二极管模拟广告灯 复习发光二极管特点 2 I O 端口控制发光二极管接线方法 亮灭控制原理及元件参数选择 3 在老师引导下 由同学或大家一起画出项目电路原理图 4 应用程序的一般结构 5 广告灯电路程序设计 6 程序流程图绘制 教学后记 二 教学实施过程 实施环节教学内容导学方法 组织教学1 检查学生出勤情况并做好记录 2 调整学生的注意力 为上课作准备 互动交流 复习提问1 将单片机 P0 口用于输出时 需要注意什么 2 发光二极管的特点 提问导思 导入经过前面的相关知识学习 我们已经可以设计制作用发光二 极管广告灯电路了 下面我们根据发光二极管特点及所学相关 知识来设计广告灯电路 首先看发光二极管与单片机的连接方 法 启发学习 积极性 讲授新课一 广告灯电路设计 1 发光二极管与单片机的连接 由于单片机 I O 端口输出高电平时的驱动能力较小 所以常 使用低电平驱动方式 即将发光二极管通过限流电阻接于电源 正极和单片机 I O 端口引脚之间 如图所示 当端口输出 0 时 发光二极管点亮 当端口输出 1 时 发光二极管熄灭 2 广告灯电路原理图设计 根据上述接线原理 可设计出由 P0 口输出控制 8 个发光管 模拟广告灯的电路原理图 老师直接 在黑板上 绘制 老师和同 学共同完 成电路原 3 元件选择 本项目涉及到的元件选择主要有发光二极管和限流电阻两种 元件 发光管的选择主要考虑颜色 亮度和直径 限流电阻的选择 依据是发光管的工作电压和工作电流 请同学们来选择 二 应用程序设计 1 应用程序的基本结构 为了使应用程序清晰明了 方便编写和修改 一般可按下面 结构编写程序 ORG 0000H 复位入口地址 LJMP START 转移到程序初始化部分 START ORG 0003H 外部中断 0 的中断服务程序入口地址 LJMP PINT0 转移到外部中断 0 的中断服务程序 PINT0 ORG 000BH 定时器 T0 的中断服务程序入口地址 LJMP PTF0 转移到 T0 的中断服务程序 PTF0 START MOV A 0FEH 初始化程序部分 MAIN 主程序部分 LJMP MAIN 循环执行主程序 DELAY MOV R7 20 子程序 RET PINT0 PUSH ACC 中断服务程序 RETI END 1 复位入口地址 0000H 称为复位入口地址 因为系统复位后 单片机从 0000H 单元开始读取指令执行程序 但实际上 3 个单元并不能 存下一个完整的程序 使用时应当在复位入口地址存放一条无 条件转移指令如 LJMP START 以便转移到指定的程序执行 标号为 START 处 2 中断入口地址 一般在入口地址存放一条无条件转移指令如 LJMP PINT0 而将实际的中断服务程序存放在后面的其他空间 标号为 理图设计 由同学选 择 老师 指导 重点介绍 复位功能 使用 简单介绍 简单介绍 重点介绍 的用EA 法 用多媒体 展示图 1 5 PINT0 处 不使用中断时 可省略 3 初始化程序 初始化程序主要对一些特定的存储单元设置初始值或执行特 定的功能 如开中断 设置初值 实时器设置 置计数初值等 一般该部分程序只在系统复位后执行一次 然后直接进入主程 序 所以初始化程序必须放在主程序之前 4 主程序 主程序一般为死循环程序 CPU 运行程序的过程 实际就是 反复执行主程序的过程 因此 实现了随时接收输入和不停地 将新的结果输出的功能 5 子程序 在主程序中 如果要经常执行某段功能程序 可以将该段功 能程序单独书写 这就是子程序 在主程序需要的时候 只要 调用子程序即可 子程序可以放在初始化和主程序构成的程序段之外的任何位 置 但习惯上将子程序放在主程序之后的任何位置 子程序必 须由子程序返回指令 RET 结束 6 中断服务程序 中断服务程序又叫中断服务子程序 是指响应 中断 后执 行的相应处理程序 中断服务程序类似于子程序 习惯上也是 放在主程序之后的任何位置 在汇编程序中 数值既可以使用二进制 也可以使用十进制 和十六进制 后面跟 B 的表示二进制数 后面跟 D 的表 示十进制数 对于十进制数 D 可以省略 后面跟 H 的 表示十六进制数 在程序中一般使用十六进制数 2 项目程序设计 根据发光管控制原理 依据相关指令设计 8 个发光管反复亮 灭参考程序如下 ORG 0000H 复位入口地址 LJMP MAIN 转移到主程序 MAIN ORG 0030H 主程序起始地址 MAIN MOV P0 00H 8 个二极管点亮 LCALL DELAY 调用延时子程序 MOV P0 0FFH 8 个二极管灭 LCALL DELAY 调用延时子程序 LJMP MAIN 转移到主程序 MAIN DELAY MOV R7 200 延时子程序 LOOP1 MOV R6 0FFH LOOP2 DJNZ R6 LOOP2 图多媒体 展示图 1 6 展开介绍 复位电路 工作原理 在老师引 导下与同 学一起完 成应用程 序设计 时间允许 时 可由 同学设计 其它广告 变化程序 DJNZ R7 LOOP1 RET 返回 END 结束 三 程序流程图绘制 对于较简单的程序 经过构思后 可以直接编写源程序 而 对于较复杂的程序设计 往往不能直接完成源程序的编写 为 了能把复杂的工作条理化 直观化 通常在编写程序之前先设 计流程图 所谓流程图 就是用矩形框 菱形框和半圆弧形框 来表示求解某一特定问题或实现某一特定功能的步骤或过程 这些矩形 菱形 半圆弧开框通常用箭头线连接起来 以表示 实现这些步骤或过程的顺序 这样的图形称为流程图 有了流程图以后 就可以按流程图中提供的步骤或过程选择 合适的指令 一步一步地编写程序 例如软件延时子程序流程 图如图 2 17 所示 可用多媒 体展示图 2 17 最 好画在黑 板上 课堂小结1 发光管亮灭控制方法 2 广告灯电路整体构成 3 应用程序的一般结构 4 广告灯电路应用程序设计 5 程序流程图绘制 课后作业自我测评 6 题 7 题 任务任务 3 广告灯电路的计算机仿真广告灯电路的计算机仿真 一 案头 任务广告灯电路的计算机仿真 授课时间年 月 日授课班级 教学形式老师演示 学生练习授课时数2 课时 教学用具教学资源机房 多媒体 相关课件 课前准备 教学目标1 广告灯电路设计的计算机仿真验证 2 提高仿真软件 proteus 的使用熟练程度 3 提高汇编软件 keil 的使用熟练程度 4 熟练相关指令的使用及广告灯电路应用程序 教学重点1 提高工具软件的使用熟练程度 2 广告灯电路设计的计算机仿真验证 教学难点1 对仿真验证步骤的深入理解 2 仿真电路运行出错时的修改调试 教学过程1 proteus 仿真电路绘制步骤 2 用 keil 进行程序汇编步骤 3 课件演示广告灯电路运行效果 4 布置练习作业 学生进行练习并验证电路效果 老师进行指导 教学后记 二 教学实施过程 实施环节教学内容导学方法 组织教学1 检查学生出勤情况并做好记录 2 调整学生的注意力 为上课作准备 互动交流 复习提问1 proteus 基本操作有哪几步 2 用 keil 进行程序汇编有哪几步 提问导思 导入展示在上次课完成的广告灯电路原理图 接下来我们就要用计 算机仿真验证电路设计的正确性和运行效果 启发学习 积极性 讲授新课一 使用 proteus 绘制仿真电路图的步骤 1 将所需元器件加入到对象选择器窗口 AT89S51 用 AT89C51 代替 红色发光二极管 黄色发光二 极管 绿色发光二极管的英文符号分别是 LED RED LED YELLOW LED GREEN 电阻 电容 电解电容 按键 晶振的英文符号分别是 RES CAP CAP ELEC BUTTON CRYSTAL 2 放置元器件至图形编辑窗口 3 移动 删除对象和调整对象朝向 4 放置电源及接地符号 5 元器件之间的连线 6 编辑对象的属性设置元件参数 二 使用 keil 进行程序汇编的步骤 1 源文件的建立 点击菜单 File New 或者点击工具栏的新建文件按钮 即可在项目窗口的右侧打开一个新的文本编辑窗口 在该窗口 中输入汇编语言源程序 输入完源程序后 保存该文件 注意必须加上扩展名 asm 2 建立工程文件 点击 Project New Project 菜单 出现一个对话框 要求 给将要建立的工程起一个名字 3 工程的设置 针对我们的单片机制作项目进行简单设置 工程建立好以后 首先右击左边 Project 窗口的 Target 利用多媒 体或机房 相关软件 进行操作 演示 讲 解各步骤 的含义 1 弹出下拉菜单 点击 Option for target target1 即出现 对工程设置的对话框 设置对话框中的 OutPut 页面 这里面也有多个选择项 其 中 Creat Hex file 用于生成可执行代码文件 可以用编程器 写入单片机芯片的 HEX 格式文件 文件的扩展名为 HEX 默 认情况下该项未被选中 如果要写片做硬件实验 就必须选中 该项 这一点是初学者易疏忽的 在此特别提醒注意 4 编译 连接 在设置好工程后 即可进行编译 连接 点击 Build target 按钮 对当前工程进行连接 如果当前文件已修改 软件会先对该文件进行编译 然后再连接以产生目标代码 编译过程中的信息将出现在输出窗口中的 Build 页中 如 果源程序中有语法错误 会有错误报告出现 三 布置作业学生练习 老师指导 1 单片机控制广告灯电路设计的仿真验证 2 观察现实中广告灯的变化情况 通过改写程序 完成不同 的灯光效果 比一比 看谁制作的变化效果又多又好 3 本项目中采用低电平驱动 是否能采用高电平驱动 试一 试 想想为什么 课堂小结1 proteus 的基本操作步骤 2 keil 的操作步骤 3 单片机控制广告灯电路的仿真验证 课后作业技能反复训练与思考题 2 题 4 题 自我测评 8 题 任务任务 4 广告灯电路的制作与调试广告灯电路的制作与调试 一 案头 任务单片机控制广告灯电路的制作与调试 授课时间年 月 日授课班级 教学形式学生动手操作 老师指导授课时数2 课时 教学用具 万用表 电烙铁等教学资源实训设备 最小应用系统制作成品 课前准备单片机芯片及相关电子元件采购 准备 教学目标1 熟练使用万能板制作项目硬件的步骤 2 掌握相关元件测试的方法 3 掌握使用相关工具进行电路制作的操作方法 4 掌握使用仪表进行电路测试方法 提高仪表使用的熟练程度 5 掌握单片机控制广告灯电路构成及硬件 软件调试 教学重点1 掌握使用万能板制作单片机项目的操作步骤 2 掌握相关元件的测试方法 3 掌握单片机控制广告灯电路构成及硬件 软件调试 教学难点1 项目硬件的电路接线图绘制 2 电路调试中的故障查找 教学过程1 强调实训室操作规程 注意操作安全 2 单片机控制广告灯电路各元件及使用工具简介 3 学生进行元件测试及元件布局设计并绘制电路接线图 4 分组进行硬件电路制作 5 分组进行硬件电路调试 6 根据硬件电路实际对应用程序进行修改并进行运行调试 教学后记 二 教学实施过程 实施环节教学内容导学方法 组织教学1 检查学生出勤情况并做好记录 2 调整学生的注意力 为上课作准备 互动交流 复习提问1 单片机最小应用系统用到了哪些外围元件 2 按键的测试方法 提问导思 导入 强调操作纪律及操作安全注意事项 简单介绍发光管测试方 法 项目硬件制作的步骤 期望同学们能在 2 学时中见证我们 的设计成果 由学生分组展开实际操作 建议每组 2 个 最好 每组不超过 3 人 启发学习 积极性 项目制作一 认识项目相关