单片机原理及应用课件

编 写 弁 言,中华人民共和国高等教育法第二十一条规定国家实行高等教育自学考试制度，经考试合格的，发给相应的学历证书或其它学业证书。高等教育自学考试的开考专业根据经济建设和社会发展的需要设置。当前，中国高等职业技术教育正处于发展时期。发展职业技术教育是促进经济、社会发展和社会主义精神文明建设的重要途径。作为高等教育事业的重要组成部分，高等教育自学考试开展职业技术教育对调整教育结构、广开成才之路，对普及义务教育、提高教育整体效益，对促进素质教育、增强教育与经济的紧密结合都具有重要的作用。高等职业技术教育培养的是活跃在生产、管理、服务第一线，掌握专业知识、成熟技术和管理规范，具有完成职业任务能力的应用人才。高等职业技术教育的专业设置与社会需求密切结合，强调知识、技能、态度和价值等素质的整合及其在具体工作环境中的应用。其课程是依据社会经济发展对劳动力的需求，在以职业为导向的整合能力本位思想指导下开发的。高等职业技术专业的课程标准(大纲)是职业活动、学科知识和学习经验的综合反映，在课程内容和课程内容的构造方式上，具有针对性、应用性和综合性的特点。单片机原理与应用自学考试大纲由茹国宝副教授、甘良才教授、杨文副教授等编写，茹国宝副教授执笔。单片机原理与应用自学考试大纲经应用电子技术专业委员会审定，湖北省高等教育自学考试委员会批准，自2004年4月1日起试行。,单片机原理及应用（2358）自学考试大纲,一、课程性质及其设置目的（一）课程性质和特点课程性质单片机原理与应用是高等教育自学考试电子工程本科专业必修的专业基础课程之一。单片机技术在通信、家电、自动控制、仪器仪表中得到广泛的应用。本课程以MCS-51单片机为基础,研究8051单片机的硬件结构、组成原理和指令系统及其在工业实时控制领域中的应用。通过学习本课程，使学生能够掌握有关单片机的基础知识，并为今后的单片机应用打下基础。随着科学技术的发展，计算机在各个领域正发挥越来越重要的作用。作为微型计算机发展的一个重要分支，单片机以其体积小、速度快、使用方便、控制功能强、性能价格比高、容易产品化等特点在实时控制、智能仪表、数据采集、机电一体化及家用电器等诸多领域得到了广泛的应用。因此，工程类专业尤其是计算机应用、电子工程、自动化、机电一体化等专业的学生学习单片机知识、掌握单片机应用技术是十分必要的。2课程特点单片机原理及应用介绍了单片机的基本知识和单片机技术的应用，其内容与工程实际紧密相联系，实用性很强，是一门在理论指导下, 偏重于实际应用的课程。要求学生在首先学好单片机原理的基础上，重视实验环节，具有一定的实际动手操作能力。本课程中既有硬件的原理和组成，又有针对硬件的软件编程， 软件与硬件必须同时兼顾。因此本课程具有实用性强、理论和实践结合、软硬件结合等特点,（二）本课程的基本要求通过本课程的学习，要求学生学习和掌握单片机的系统结构、指令系统、程序设计方法、系统扩展方法、单片机常用接口等应用技术。1掌握内容： MCS-51单片机的的应用领域、系统结构、指令系统、程序设计方法、系统扩展方法。2理解内容：单片机常用接口等应用技术。3了解内容：通过查资料读懂较为复杂的接口原理图及编写相应的控制程序。（三）本课程与相关课程的联系1、学习本课程主要涉及数字电路课程中有关译码器、存储器和多路开关以及微机原理课程中有关接口和汇编程序、微机控制方法等方面的有关知识，应当尽可能地在先修了“计算机电路基础”、“计算机组成原理与汇编语言”和“微机接口技术”，或者学过“电路基础”、“数字电路”、“微型计算机原理与应用”等课程的基础上进行自学. 2、本课程将为有关单片机应用方面的课题打下必要的基础。,（二）课程内容第一节 MCS-51单片机概貌第二节 MCS-51单片机的主要性能特点第三节 8051的内部总体结构第四节 8051的引脚描述第五节 存储器配置第六节 振荡器、时钟电路和CPU时序第七节 输入/输出端口第八节 定时器/计数器第九节 串行接口第十节 中断第十一节 单步操作第十二节 复位第十三节 低功耗操作方式第十四节 编程、程序验证与加密第十五节 寻址方式第十六节 布尔处理机（三）考核知识点第一节 MCS-51单片机概貌了解单片机概貌和和单片机的硬件结构。第二节 MCS-51单片机的主要性能特点了解单片机的性能特点。第三节 8051的内部总体结构,掌握MCS51单片机的组成和内部总体结构。第四节 8051的引脚描述熟练掌握8051的引脚及P0、P1、P2、P3、INTx、WR、RD、EA、ALE和PSEN功能。第五节 存储器配置熟练掌握MCS51存储器空间的划分，内部数据存储器的分配。第六节 振荡器、时钟电路和CPU时序掌握MCS51常用时钟和时序。第七节 输入/输出端口了解P1口；P3口；P2口；P0口的内部结构；熟练掌握P1口；P3口；P2口；P0口的用法。第八节 定时器/计数器熟练掌握TMOD和TCON的功能和用法，定时器/计数器的四种工作模式及功能。四种工作模式的定时时间常数确定。第九节 串行接口熟练掌握MCS51串行接口的组成和特性；串行接口的工作方式；波特率；多机通信原理。第十节 中断熟练掌握中断源的种类及名称，定时器/计数器，控制寄存器TCON，中断允许寄存器IE，中断优先级寄存器IP的功能，IE，IP各位功能。熟练掌握中断概念；MCS-51中断系统；外部中断触发方式选择；多外部中断源设计。第十一节 单步操作了解MCS-51单片机的单步操作。第十二节 复位熟练掌握MCS-51单片机的复位电路。第十三节 低功耗操作方式了解MCS-51单片机低功耗操作方式。第十四节 编程、程序验证与加密掌握MCS-51的编程和程序验证，了解MCS-51的加密。第十五节 寻址方式掌握寄存器寻址；直接寻址；寄存器间接寻址；立即寻址；基寄存器加变址寄存器间接寻址。第十六节 布尔处理机掌握布尔处理机的概念，熟练掌握MCS51的位地址和位空间分配。,令（四）考核要求识记： MCS-51系列(只限8031、8051、8751)功能结构、特点、信号引脚、存储器组织、并行I/O口结构、时序的基本概念；复位工作方式；寻址方式；布尔处理机领会：定时器/计数器T0和T1；中断系统；中断概念；MCS-51中断系统；外部中断触发方式选择；串行接口；串行接口的组成和特性；串行接口的工作方式；波特率。第二章 MCS51单片机指令系统（一）学习目的与要求本章的基本任务是学习寻址方式和指令系统，以便于程序设计。要求：1、了解指令系统的定义，MCS51单片机指令系统总条数及分布情况，指令系统的分类。2、熟练掌握数据传送类指令的功能，使用注意事项及对标志位影响。3、熟练掌握算术及逻辑运算类指令功能对标志影响及使用注意事项。4、掌握控制转移类指令LCALL，JB，JBC，JMP，JZ，JNZ，DJNZ，NOP的功能及使用注意事项。5、掌握布尔处理类指令SETB，JC，JNC，JB，JNB，JBC功能及使用注意事项。（二）课程内容MCS51指令系统的分类及一般说明数据传送类指令算术操作类指令逻辑操作类指令控制程序转移类指令布尔变量操作类指令（三）考核知识点第一节 MCS51指令系统的分类及一般说明MCS51指令系统的分类、说明。第二节 数据传送类指令内部数据传送指令；累加器A与外部数据存贮器传送指令；查表指令。第三节 算术操作类指令加法指令；减法指令；乘法指令；除法指令。第四节 逻辑操作类指令累加器A的逻辑操作指令；两个操作数的逻辑操作指令。第五节 控制程序转移类指,无条件转移指令；条件转移指令；调用和返回指令。第六节 布尔变量操作类指令位变量传送指令；位变量修改指令；位变量逻辑操作指令。（四）考核要求识记：指令系统的分类；数据传送类指令；逻辑运算类指令；控制转移类指令；布尔处理类指令。简单应用：利用数据传送类指令、逻辑运算类指令、控制转移类指令、布尔处理类指令进行简单程序分析、简单程序的编程、简单程序运行结果分析。综合应用：控制程序转移类指令、布尔变量操作类指令。结合第四章程序分析、第五章硬件电路编写、分析综合程序。 第三章 MCS51单片机系统扩展与应用（一）学习目的与要求本章的基本学习任务是学习半导体存储器的类型以及与单片机系统的连接；学习单片机与外部设备传送信息的传送方式，学习单片机存储器扩展、I/O口扩展和单片机内部计数器/定时器、串行输入/输出口的应用。要求：1、了解半导体存储器的类型单片机与外部设备传送信息的传送方式。2、熟练掌握半导体存储器以及与单片机系统的连接；。3、熟练掌握单片机I/O口扩展方法。4、掌握单片机内部计数器/定时器的应用。5、掌握单片机内部串行输入/输出口的应用。6、多中断源和布尔处理机的应用（二）课程内容第一节 程序存储器的扩展第二节 数据存储器的扩展第三节 EEPROM在8051系统中的应用第四节 快速檫写存储器在8051系统中的应用第五节 输入/输出口的扩展第六节 用可编程外围芯片PSD3XX扩展外围功能第七节 定时器/计数器的应用第八节 串行口的应用第九节 多中断源第十节 布尔处理机的应用,（三）考核知识点第一节 程序存储器的扩展熟练掌握常用的程序存贮器；程序存贮器操作时序；MCS-51程序存贮器的扩展。第二节 数据存储器的扩展熟练掌握常用的数据存贮器；MCS-51扩展外部数据存贮器；典型的MCS-51存贮器扩展线路。第三节 EEPROM在8051系统中的应用熟练掌握常用的EEPROM；MCS-51扩展外部数据存贮器；典型的EEPROM与8031的连接线路。第四节 快速檫写存储器在8051系统中的应用了解快速檫写存储器在8051系统中的应用。第五节 输入/输出口的扩展熟练掌握8243扩展并行 I/O口；用8051串行口扩展并行 I/O口。第六节 用可编程外围芯片PSD3XX扩展外围功能了解用可编程外围芯片PSD3XX扩展外围功能。第七节 定时器/计数器的应用熟练掌握定时器操作模式0的应用；定时器操作模式1的应用；定时器操作模式2的应用；定时器操作模式3的应用；定时器门控位GATE的应用。第八节 串行口的应用熟练掌握由串行口发送数据的应用；由串行口接收数据的应用；多机通信的应用第九节 多中断源熟练掌握多中断源的电路构成。第十节 布尔处理机的应用熟练掌握布尔处理机的应用：字节型、位测试、布尔处理机逻辑操作指令。（四）考核要求识记：半导体存储器分类；选择存储器件的因素；常用的程序存贮器；常用的数据存贮器；MCS-51扩展外部数据存贮器的原理； 简单应用：典型芯片与单片机系统的连接包括(2716、2732、2764、6116、6264、2864)；程序存贮器的扩展； MCS-51程序存贮器的扩展；数据存贮器的扩展；典型的MCS-51存贮器扩展线路；并行接口的扩展； 理解：MCS-51系统扩展原理。综合应用：程序存贮器、数据存贮器的综合扩展；并行接口的扩展；定时器/计数器的应用；串行口的应用；多中断源的电路构成；布尔处理机的应用。,第四章 实用程序及其设计方法（一）学习目的与要求本章的基本学习任务是学习汇编程序所要求的语法规定，根据程序设计的基本方法，能够设计一般的应用程序。要求：掌握程序设计的步骤；转移程序设计；循环程序设计；子程序设计和参数传递方法，查表程序；数制转换程序；输入/输出处理程序。（二）课程内容第一节 N种分支的转移程序N-JMP第二节 128种分支的转移程序JMP-128第三节 256种分支的转移程序JMP-256 第四节 大于256的分支转移程序JMP-n第五节 mn矩阵元素查找程序MATRIX1第六节 16位数加1子程序ADD1第七节 多精度无符号数加法子程序ADD2第八节 多精度无符号数减法子程序SUB1第九节 双精度无符号数乘法子程序MUL1第十节 双精度无符号数乘法子程序MUL2第十一节 双精度带符号数乘法子程序MUL3第十二节 双精度无符号数除法子程序DIV1第十三节 双精度带符号数除法子程序DIV2第十四节 双精度数取补子程序CLP1第十五节 多字节数取补子程序CLP2第十六节 4字节数左移子程序RLC4第十七节 4字节数装载子程序LOAD4第十八节 8位二进制数转换为BCD数字子程序BINBCD1第十九节 多字节二进制数转换为BCD数字子程序BINBCD2第二十节 16进制数转换为ASCII码子程序HEXASC1第二十一节 多位16进制数转换为ASCII码子程序HEXASC2第二十二节 多位16进制数转换为ASCII码子程序HEXASC3第二十三节 I/O端口程序之一第二十四节 I/O端口程序之二第二十五节 通过堆栈传递参数的方法之一第二十六节 通过堆栈传递参数的方法之一,（三）考核知识点第一部分 4.14.4 分支转移程序设计掌握分支转移程序的设计步骤、方法与技巧、入口参数；掌握程序的分析和应用。第二部分 4.5mn矩阵元素查找程序MATRIX1掌握mn矩阵元素查找程序的设计步骤、方法与技巧、入口参数；掌握程序的分析和应用。第三部分 4.64.13 加、减、乘、除程序设计掌握多精度无符号数加、减程序和双精度无符号数、双精度带符号数乘、除程序的设计步骤、方法与技巧、入口参数；掌握程序的分析和应用。第四部分 4.144.17 逻辑程序设计掌握双精度数取补子程序、多字节数取补子程序、4字节数左移子程序和4字节数装载子程序的设计步骤、方法与技巧、入口参数；掌握程序的分析和应用。第五部分 4.184.22码制转换程序设计熟练掌握8位二进制数转换为BCD数字子程序、多字节二进制数转换为BCD数字子程序、16进制数转换为ASCII码子程序和多位16进制数转换为ASCII码子程序的设计步骤、方法与技巧、入口参数；掌握程序的分析和应用。第六部分 4.234.24 I/O端口程序设计熟练掌握I/O端口程序的设计步骤、方法与技巧、入口参数；掌握程序的分析和应用。第七部分 4.254.26 通过堆栈传递参数的方法熟练掌握通过堆栈传递参数的设计步骤、方法与技巧、入口参数；掌握程序的分析和应用。（四）考核要求领会：程序设计的步骤；顺序程序、分支程序、循环程序的设计方法；子程序的编制和调用方法(参数的传递只要求使用单片机芯片中的寄存器和RAM进行)。综合应用：正确运用指令设计简单程序，包括：数据传送、算术逻辑运算、码制转换(BCD ASCII、十六进制数 ASCII)；查表程序；输入/输出处理程序。,第五章 应用系统实例,（一）学习目的与要求本章为单片机系统的组成及其应用，要求学生对所学的知识做进一步的提高。要求掌握MCS-51数据采集与处理系统和相关控制系统的硬件设计。（二）课程内容第一节MCS-51数据采集与处理系统第二节 汽车转弯信号灯控制系统第三节 个人计算机中的单片机智能接口板（三）考核知识点数据采集与处理系统数据采集与处理系统的主要功能、硬件结构、A/D转换。掌握AD574A与8031的硬件连接方式。第二节 汽车转弯信号灯控制系统汽车转弯信号灯控制系统的功能要求；系统的硬件及其软件。根据其原理，会设计简单的控制电路。第三节 个人计算机中的单片机智能接口板单片机基本系统的组成；8031与PC机的并行通讯接口；A/D转换的基本原理。（四）考核要求要求学生掌握单片机系统的建立过程；数据采集与处理系统的主要功能、硬件结构、A/D转换。掌握AD574A与8031的硬件连接方式；掌握汽车转弯信号灯控制系统的功能要求；系统的硬件及其软件。掌握8255、AD574、MC14433、74系列等基本器件的用法。识记：8255、AD574、MC14433、74系列等基本器件的用途。领会：数据采集与处理系统的主要功能、硬件结构、A/D转换；汽车转弯信号灯控制系统的功能要求；系统的硬件及其软件。 综合应用：数据采集与处理系统设计；汽车转弯信号灯控制系统设计；单片机基本系统的建立成；8031与PC机的并行通讯接口；A/D转换的基本原理。,三、有关说明与实施要求,1课程自学考试大纲中有关术语的说明在各章“基本要求”中，对概念和理论要求的提法是“了解”、“理解”、“深刻理解”；对技能要求的提法是“掌握”、“熟练掌握”。为使自学者进一步把握自学要求，在各章的考核要求中，提出了识记、领会、简单应用、综合应用等四个能力层次，他们之间是递进等级的关系，后者必须建立在前者基础上。它们的含义是：识记-能知道有关的名词、概念、知识、定律、原理的意义，并能正确认识和表达。领会-在了解的基础上，能全面的把握基本概念和原理的区别与联系。简单应用-在理解的基础上，能用学过的一、二个知识点，分析和解决简单的问题。综合应用-在简单应用基础上，能用学过的多个知识点综合分析和解决复杂的问题。2学习书目 自学教材MCS51/96系列单片机原理及应用 孙涵芳、徐爱卿 编著，北京航空航天大学出版社,参考教材单片机原理及接口技术李朝青编，北京航天航空大学出版社 MCS-51系列单片机应用系统设计何立民编，北京航天航空大学出版社3自学方法指导（1）在开始阅读某一章教材之前，先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点以及对知识点的能力层次要求和考核要求，以便在阅读时做到心中有数，有的放矢。（2）在阅读程序时注意不同程序结构的运用方法，和程序设计方法。在熟悉可编程芯片功能的基础上，学习可编程芯片初始化程序设计。在学习各章节内容的同时，要逐步建立单片机的整体概念及其设计思想。（3）做习题是理解、消化和巩固所学知识，培养分析问题、解决问题以及提高运算能力的重要环节，在做习题之前，必须先阅读教材，切勿认为会做题就是掌握了教材。做题时要步骤清楚，运算准确、书写整洁，算出最后结果，不要草率了事，急于求成，否则，效果会适得其反。,4对社会助学的要求（1）应熟知考试大纲对本课程提出的要求和各章的知识的考核要求。（2）应掌握各知识点要求达到的层次，并深刻理解对各知识点的考核要求。（3）辅导时，应以考试大纲为依据，指定教材为基础，不要随意删减内容，以免与大纲脱节。（4）辅导时，要注意突出重点，对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启发引导。（5）注意对考生能力的培养，特别是自学能力的培养，要引导考生逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题、分析问题、作出判断、解决问题。（6）要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事，在各个能力层次中都存在着不同难度的试题。5自学时间分配建议 本课程自学时间(包括阅读、笔记和作业的时间)为110小时、建议分配如下：章次章 名自学时间（小时）12345MCS51系列单片机的基本硬件结构MCS51单片机指令系统MCS51单片机的系统扩展与应用实用程序及其设计方法应用系统实例402520151