单片机原理及应用教学教案

1、第一讲一、授课内容：1、什么是单片机2、单片机的开展二、授课类型：讲授三、授课时数：2学时四、教学目标：了解单片机的开展,应用领域和应用模式,掌握单片机的特点五、教学重、难点：重点/难点：单片机的特点六、教学设想：借助产品、作品演示,一方面可以使课堂生动,另一方面可以腾出大量时间加强对重难点知识的讲解,增强学生对知识的理解,同时提升他们对本学科的兴趣.七、教学过程：(板书)一、什么是单片机随着微电子技术的不断开展,计算机技术也得到迅速开展,并且由于芯片的集成度的提升而使计算机微型化,出现了单片微型计算机(SingleChipComputer),简称单片机,也可称为微限制器MCU(Microco

2、ntrollerUnit)o单片机,即集成在一块芯片上的计算机,集成了中央处理器CPU(CentralProcessingUnit)、随机存储器RAM(RandomAccessMemory)只读存储器(ReadOnlyMemory).定时器/计数器以及I/O接口电路等主要计算机部件.二、单片微型计算机开展概况单片机出现的历史并不长,但开展十分迅猛.它的产生与开展和微处理器的产生与开展大体同步,自1971年美国Intel公司首先推出4位微处理器(4004)以来,它的开展到目前为止大致可分为5个阶段：$第1阶段( (19711976) ):单片机开展的初级阶段.1971年11月Intel公司首先设

3、计出集成度为2000只晶体管/片的4位微处理器Intel4004,并配有RAM、ROM和移位存放器,构成了第一台MCS4微处理器,而后乂推出了8位微处理器Intel8008,以及其它各公司相继推出的8位微处理器.第2阶段19761980:低性能单片机阶段.以1976年Intel公司推出的MCS48系列为代表,采用将8位CPU、8位并行I/O接口、8位定时7计数器、RAM和ROM等集成于一块半导体芯片上的单片结构,虽然其寻址范围有限不大于4KB,也没有串行I/O,RAM、ROM容量小,中断系统也较简单,但功能可满足一般工业限制和智能化仪器、仪表等的需要.第3阶段19801983:高性能单片机阶段

4、.这一阶段推出的高性能8位单片机普遍带有串行口,有多级中断处理系统,多个16位定时器/计数器.片内RAM、ROM的容量加大,且寻址范围可达64KB,个别片内还带有A/D转换接口.第4阶段198380年代末：16位单片机阶段.1983年Intel公司乂推出了高性能的16位单片机MCS96系列,由于其采用了最新的制造工艺,使芯片集成度高达12万只晶体管/片.第5阶段90年代：单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位向更高水平开展.单片机的应用特性：1集成度高MCS-51系列单片机代表产品为8051,8051内部包含4KB的ROM、128B的RAM、四个8位并行口、一个全双工串行口、两个

5、16位定时器/计数器以及一个处理功能强大的中央处理器.T2系统结构简单MCS-51系列单片机芯片内部采用模块化结构,增加或更换一个模块就能获得指令系统和引脚兼容的新产品.另一方面,MCS-51系列单片机具有64KB的外部程序存储器寻址水平和64KB的外部RAM和I/O口寻址水平.Intel公司标准的I/O接口电路和存储器电路都可以直接连到MCS-51系列单片机上以扩展系统功能,应用非常灵活.3可靠性高单片机产品和其他产品一样,出厂指标有军用品、工业品和商用品之分.其中军用品要求绝对可靠,在任何恶劣的环境下都能可靠工作,主要用于武器系统、航空器等方面.单片机属于工业品,能在常温下工作,不需要在温

6、度恒定的机房内工作.由于单片机总线大多在芯片内部不易受干扰,而且单片机应用系统体积小,易于屏蔽,所以单片机的可靠性较高.4处理功能强,速度快MCS-51系列单片机指令系统中具有加、减、乘、除指令,各种逻辑运算和转移指令,还具有位操作功能.CPU时钟频率高达12MHz,单字节乘法和除法仅需要4US,而且具有特殊的多机通信功能,可作为多机系统中的子系统.单片机的制造工艺：制造单片机的工艺只有两种：HMOS工艺和CHMOS工艺.早期的MCS-51系列芯片都采用HMOS工艺,即高密度、 短沟道MOS工艺.8051、8751、8031、8951等产品均属于HMOS工艺制造的产品.&CHMOS工艺

7、是CMOS和HMOS的结合,除保持了HMOS工艺的高密度、高速度之外,还具有CMOS工艺低功耗的特点.例如HMOS工艺制造的8051芯片的功耗为630mW,而用CHMOS工艺制造的80C51芯片的功耗为120mW,这么低的功耗用一粒钮扣电池就可以工作.单片机型号中包含有C的产品就是指它的制造工艺是CHMOS工艺.例如80C51,就是指用CHMOS工艺制造的8051.三、单片机的特点1体积小、重量轻、功耗低、功能强、性价比高.2数据大都在单片机内部传送,运行速度快,抗干扰水平强,可靠性高.3结构灵活,易于组成各种微机应用系统.4应用广泛,既可用于工业自动限制等场合,乂可用于测量仪器、医疗仪器及家

8、用电器等领域.5内含有Flash存储器由于片内含有Flash存储器,因此在系统开发过程中可以十分容易地进行程序的修改.同时,在系统工作过程中,能有效地保存数据信息,即使外界电源损坏也不影响信息的保存.6和AT80c51插座兼容AT89系列单片机的引脚和MCS-51系列单片机的引脚是一样的.只要用相同引脚的AT89系列单片机就可以取代MCS-51系列单片机.7静态时钟方式AT89系列单片机采用静态时钟方式,节省电能,这对于降低便携式产品的功耗十分有用.第二讲一、授课内容：1、MCS-51和80C51系列简介2、单片机的应用领域和应用模式二、授课类型：讲授三、授课时数：2学时四、教学目标：了解单片

9、机的开展,应用领域和应用模式,掌握单片机的特点五、教学重、难点：重点/难点：单片机的特点六、教学设想：借助产品、作品演示,一方面可以使课堂生动,另一方面可以腾出大量时间加强对重难点知识的讲解,增强学生对知识的理解,同时提升他们对本学科的兴趣.七、教学过程：板书一、单片机系列简介目前世界上单片机生产厂商很多,如：Intel、MotorolaPhilips、Siemens、NEC、ADM、Zilog等公司,其主流产品有儿十个系列,几百个品种.尽管其各具特色,名称各异,但作为集CPU、RAM、ROM或EPROM、I/O接口、定时器/计数器、中断系统为一体的单片机,其原理大同小异.现以Intel公司的

10、系列产品为例,说明各系列之间的区别.Intel公司从其生产单片机开始,开展到现在,大体上可分为3大系列：MCS48系列、MCS51系列、MCS96系歹IJ.MCS51单片机系列:MCS51系列单片机虽已有10多种产品,但可分为两大系列：MCS51子系列与MCS52子系列.MCS51子系列中主要有8031.8051、8751三种类型.而MCS52子系列也有3种类型8032、8052、8752.在某些性能上略有差异.由此可见,在本子系列内各类芯片的主要区别在于片内有无ROM或EPROM;MCS51与MCS52子系列间所不同的是片内程序存储器ROM从4KB增至8KB;片内数据存储器由128个字节增至

11、256个字节;定时器/计数器增加了一个；中断源增加了12个.另外,对于制造工艺为CHMOS的单片机,由于采用CMOS技术制造,因此具有低功耗的特点,如8051功耗约为630mW,而80C51的功耗只有120mW.MCS-51是一个单片机系列产品,具有多种芯片型号.具体说,按其内部资源配置的不同,MCS-51可分为两个子系列和四种类型.MCS子系列片内ROM形式片内ROM容量片内RAM容量定时器/计数器中断源无ROMEPROME2PROMMCS-51子系列80318051875189514KB128B2X165MCS-52子系列80328052875289528KB256B)3X166MCS-5

12、1子系列包含4个产品,这4个产品具有不同的应用特性.8051：单片机8051内部包含了4KB的ROM、128B的RAM、21个特殊功能存放器、4个8位并行口、一个全双工串行口、两个16位定时器/计数器以及一个处理功能很强的中央处理器,是一台完整的微型计算机8751：是以4KB的EPROM代替4KBROM的8051.8951：是以4KB的E2PROM(或FlashROM)代替4KBROM的8051.8031：是内部无ROM的8051.单片机8031不构成完整计算机,必须外接EPROM作为程序存储器.52子系列也包含4个产品,分别是51子系列的增强型.由于资源数量的增加,芯片的功能有所增强.片内R

13、OM容量从4KB增加到8KB：RAM容量从128B增加到256B；定时器数目从2个增加到3个；中断源从5个增加到6个等.80C51单片机系列是在MCS-51系列的根底上开展起来的.最早推出80c51系列芯片的是Intel公司,并且作为MCS-51系列的一局部,按原MCS-51系列芯片的规那么命名,例如80c51、80c31、87c51等至于89c51,我们把它归入89系列单片机,将在下一节介绍.后来越来越多的公司生产80C51芯片,而且型号的命名已面目全非,功能上也做了不同程度的改良,如增加了A/D转换、高速I/O口等.有些还在总线结构上做了重大改良,出现了廉价的非总线型单片机芯片.但是万变不

14、离其宗：CHMOS工艺芯片80C51/80C31/87C51/89C51的根本特征是低功耗、 允许的电源电压波动范围较大为5V20%,并有三种功耗限制方式增加了待机和掉电保护两种方式.习惯上,我们仍然把80C51系列作为MCS-51的子系列.二、单片机的应用由于单片机具有体积小、重量轻、价格廉价、功耗低,限制功能强及运算速度快等特点,因而在国民经济建设、军事及家用电器等各个领域均得到了广泛的应用.1家用电器领域a目前国内各种家用电器已普遍采用单片机限制取代传统的限制电路,而做成单片机限制系统.例如洗衣机、电冰箱、空调机、微波炉、电饭煲、电视机、录像机及其它视频音像设备的限制器.2办公自动化领域

15、现代办公室中所使用的大量通信、信息产品多数都采用了单片机,如通用计算机系统中的键盘译码、磁盘驱动、打印机、绘图仪、复印机、机、考勤机等.3智能仪表.用单片机改造原有的测量、限制仪表,促进仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化方向开展.4机电一体化产品.单片机与传统的机械产品相结合,使传统机械产品结构简化,限制智能化.5商业营销领域由于在商业营箱系统已广泛使用的电子称、 收款机、 条形码阅读器、 仓储安全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保鲜系统等中,目前已纷纷采用单片机构成专用系统,主要由于这种系统有明显的抗病菌侵害、抗电磁干扰等高可靠性能的保证.6汽车电子与航空航天电子系统通

16、常在这些电子系统中的集中显示系统、动力监测限制系统、自动驾驭系统、通信系统以及运行监视器黑匣子等都要构成冗余的网络系统.习题1.什么叫单片机除了“单片机之外,单片机还可以称为什么2 .单片机主要使用汇编语言,而编写汇编语言程序要求设计人员除了熟练掌握指令系统外,还必须精通什么3 8051、8751、8031单片机的主要区别是什么Y4 .与8051比拟,80C51的最大特点是什么5 .AT89系列单片机的最大优点是什么6 .单片机开展方向是什么第三讲一、授课内容:进位计数制及相互转换二、授课类型：讲授三、授课时数：2学时四、教学目标：掌握各数制之间的相互转换五、教学重、难点：重点/难点：掌握各数

17、制之间的相互转换六、教学设想：借助产品、作品演示,一方面可以使课堂生动,另一方面可以腾出大量时间加强对重难点知识的讲解,增强学生对知识的理解,同时提升他们对本学科的兴趣.七、教学过程：板书一、进位计数制按进位的原那么进行计数的方法称之为进位计数制,简称进位制.人们日常生活中习惯上使用十进制,而二进制使于实现、 存储、 传输,所以计算机中采用二进制.但二进制不易书写和阅读,因此乂引入了八进制和十六进制.1 .十进制后缀或下标D表示十进制计数原那么：逢十进一十进制的基数为：10十进制的数码为：0123456789十进制数第K位的权为：10kA第K位的权为基数的K次方,第K位的数码与第K位权的乘积表

18、示第K位数的值.例如：=8X103+8X102+4X10.6X106+7X10一.8X10-2该数中共出现三次数码8,但各自的权不一样,故其代表的值也不一样.2 .二进制后缀或下标B表示二进制计数原那么：逢二进一二进制的基数为：2二进制的数码为：01二进制数第K位的权为：2K例如：,O1B=1X27+1X26+0X25+1X24+0X23+1X22+OX2r+lX2+0X2一X22=N位二进制数可以表示2N个数.例如3位二进制数可以表示8个数,如附表1所示：附表1二进制数000001010011100101110111相应的十进制数012(345673 .八进制后缀或下标0表示八进制计计数原那

19、么：逢八进一八进制的基数为：8八进制的数码为：01234567八进制数第K位的权为：8K例如：1270=1X82+2X81+7X80=87D4 .十六进制后缀或下标H表示十六进制计数原那么：逢十六进一十六进制的基数为：16十六进制的数码为：0123456789ABCDEF十六进制第K位的权为：16k例如：=6X16MX160+4X16-1=十六进制数、二进制和十进制数的对应关系如附表2所示:附表2二进制数0000000100100011(0100010101100111十进制数01234567十六进制数01(234567二进制数100011001101010111100110111101111

20、十进制数89101112131415十六进制数89ABCDE$F二、不同进位制之间的转换.1.二进制数转换为十制数.转换原那么：按权展开求和.例如：,11B=1X27+0X26+0X25+OX24+1X23+1X22+0XX2+1X2-1+1X2-2二八进制十六进制转换为十进制数也同样遵循该原那么,不再单独介绍了.2 .十进制数转换为二进制数十进制数转换为二进制数的原那么：整数局部：除基取余,逆序排列小数局部：乘基取整,顺序排列例将十进数186和转换成二进制数.-0Pl因此：186D=B注意：当十进制小数不能用有限位二进制小数精确表示时,根据精度要求,采用“.舍1入法,取有限位二进制小数近似表

21、示.十进制数转换为八进制,十六进制数同样遵循该原那么.3 .二进制转换为十六进制由于十六进制的基数是2的塞,所以二进制与十六进制之间的转换是十分方便的,二进制转换为十六进制的原那么： 整数局部从低位到高位四位一组缺乏补零,直接用十六进制数来表示；小数局部从高位到低位四位一组缺乏补零,直接用十六进制数表示.例附一2将二进制数.00111转换成十六进制数.10011110,00111000所以.00111B=.4 .十六进制数转换为二进制数十六进制数转换为二进制数的原那么：十六进制数中的每一位用4位二进制数例如：将十六进制数转换为二进制数.2186-0222241-023_-1n-i0.8125X

22、2.6250.250所以=.Bo八进制的基数同样是2的塞,因此二进制与十六进制之间的转换也遵循以上的原那么,只是将原那么中的四位改成三位.例如：将二进制数.110101B转换成八进制数.将八进制数转换成二进制数.所以,.110101B=,=三、八进制数和十六进制数运算1 .二进制数的运算加法法那么乘法法那么0+0=00X0=00+1=10X1=01+0=11X0=01+1=0进位11X1=1注意：二进制数加法运算中1+1=0进位1和逻辑运算中=1的不同含义.2 .十六进制数的运算十六进制数的运算遵循“逢十六进一的原那么.十六进制加法：十六进制数相加,当某一位上的数码之和S小于16时与十进制数同

23、样处理,如果数码之各10101000011110111000011010110.110101746.423266511110011010001SH16时,那么应该用S减16及进位1来取代So例如：08A3H+4B89H542CH)十六进制减法十六进制减法也与十进制数类似,够减时直接相减,不够减时服从向高位借1为16的原那么.例如：05C3H-3D25HC89EH十六进制数的乘除运算同样根据逢十六进一的原那么处理,这里不再繁述.第四讲一、授课内容：计算机中数和字符的表示二、授课类型：讲授三、授课时数：2学时四、教学目标：熟悉计算机中数和字符的表示五、教学重、难点：重点/难点：计算机中数和字符的表

24、示六、教学设想：借助产品、作品演示,一方面可以使课堂生动,另一方面可以腾出大量时间加强对重难点知识的讲解,增强学生对知识的理解,同时提升他们对本学科的兴趣.七、教学过程：板书一、计算机中有符号数的表示.计算机中的数是用二进制来表示的,有符号数中的符号也是用二进制数值来表示,.表示“+号,1表示“一号,这种符号数值化之后表示的数称之为机器数,它表示的数值称之为机器数的真值.为将减法变为加法,以方便运算简化CPU的硬件结构,机器数有三种表示方法：即原码、反码和补码.1.原码.最高位为符号位,符号位后表示该数的绝对值.例如：+112原=01110000B一112原=8其中最高位为符号位,后面的7位是

25、数值字长为8位,假设字长为16位,那么后面15位为数值.原码表示时+112和-112的数值位相同,符号位不同.说明：0的原码有两种表示法：+0原=00000000B-0原=8N位原码的表示范围为：12NT2NT1.例如8位原码表示的范围为：-127+1272.反码最高位为符号位,正数的反码与原码相同,负数的反码为其正数原码按位求反.+112反=01110000B1-112反=8说明：0的反码有两种表示法：+0反=00000000B-0S=BN位反码表示的范围为：1一2-1一2-1一1；例如8位反码表示的范围为-127+127.符号位为1时,其后不是该数的绝对值.例如反码B的真值为-27,而不是

26、3.补码最高位为符号位,正数的补码与原码相同；负数的补码为其正数原码按位求反再加lo例如：+112补=011100008112补=B说明：$0的补码只有一种表示法：+0=-0=00000000B：n位补码所能表示的范围为一2-1-2-11；例如8位补码表示的范围为-128+127.3八位机器数中：一128补=B,128原,-128反不存在.4符号位为1时,其后不是该数的绝对值.例如：补码B的真值为-14,而不是-114.有符号数采用补码表示时,就可以将减法运算转换为加法运算.因此计算机中有符号数均以补码表示.例如：X=8416=(+84)+(-16),X补=84补-16补(+84)补=0101

27、01008(-16)补二B01010100B+11110000B,01000100B1所以凶补=01000100B,即X=68.在字长为8位的机器中,第7位的进位自动丧失,但这不会影响运算结果.机器中这一位并不是真正丧失,而是保存在程序状态字PSW中的进位标志Cy中.又如:X=4888=(+48)+(-88)一凶补=+48补+88补+48补=001100008-88-B00110000B+1010100OB1101100OB所以X#=B,即X=-40Q为进一步说明补码如何将减法运算转换为加法运算,我们举一日常的例子:对于钟表,它所能表示的最大数为12点,我们把它称之为模,即一个系统的量程或所能

28、表示的最大的数.假设当前标准时间为6点,现有一只表为9点,可以有两种调时方法：9-3=6倒拨9+9=6顺拨即有9+9=9+3+6=12+6=9-3因此对某一确定的模,某数减去小于模的一数,总可以用加上该数的负数与其模之各即补码来代替.故引入补码后,减法就可以转换为加法.补码表示的数还具有以下特性：恨+丫补=凶补+Y补X丫补=月补+Y补附表3为n=8和n=16时n位补码表示的数的范围.附表3n位二进制补码数的表示范围十进制数二进制数十六进制数十进制数十六进制数1*N=8n=16+127011111117F+327677FFF+126011111107E+327667FFE+2020002+100

29、00001001+200010000000010000000000+100000-1FF-1FFFF-2EE-2FFFE-126*82-327668002-127)818001-12880-32767-327688000二、无符号整数在某些情况下,处理的全是正数时,就不必须再保存符号位.我们把最高有效位也作为数值处理,这样的数称之为无符号整数.8位无符号数表示的范围为:HDHTOn11ROMRAM定时/计数咨TTTT0255o计算机中最常用的无符号整数是表示存储单元地址的数.三、字符表示字母、数字、符号等各种字符例如键盘输出的信息或打印输出的信都是按字符方式输出输出 按特定的规那么,用二进制编

30、码在计算中表示.字符的编码方式很多,最普遍采用的是美国标准信息交换码ASCII码.ASCII码是7位二进制编码.计算机中用一个字节表示一个ASCII码字符,最高位默认为0,可用作校验位.第五讲一、授课内容:MCS-51系列单片机二、授课类型：讲授三、授课时数：2学时四、教学目标:掌握MCS-51系列单片机的结构引脚功能六、教学重、难点:重点/难点：80c51单片机的引脚功能.七、教学设想:借助产品、作品演示,一方面可以使课堂生动,另一方面可以腾出大量时间加强对重难点知识的讲解,增强学生对知识的理解,同时提升他们对本学科的兴趣.八、教学过程：板书一、MCS-51单片机的根本组成如以下图所示时钟电

31、路1一个8位微处理器CPU.2数据存储器RAM和特殊功能存放器SFR.3内部程序存储器ROM.4两个定时/计数器,用以对外部事件进行计数,也可用作定时器.5四个8位可编程的I/O输入/输出并行端口,每个端口既可做输入,也可做输出.6一个串行端口,用于数据的串行通信.7中断限制系统.8内部时钟电路.二、80c51单片机的引脚功能结构框图如以下图所示1 .主电源引脚vcc和vss2 .外接晶振引脚XTAL1和XTAL23 .限制或其他电源复用引脚RST/VPD、ALE/、和/VPP4 .输入/输出引脚PO、Pl、P2、P3(共32根)三、引脚功能(1)主电源引脚Vcc和VssVCC:接+5V电源正

32、端；VSS:接+5V电源地端.(2)外接晶体引脚XTAL1和XTAL2XTAL1:接外部石英晶体的一端.在单片机内部,它是一个反相放大器的输入端,这个放大器构成了片内振荡器.当采用外部时钟时,对于HMOS单片机,该引脚接地；对于CHMOS单片机,该引脚作为外部振荡信号的输入端.XTAL2:接外部晶体的另一端.在单片机内部,接至片内振荡器的反相放大器的输出端.当采用外部时钟时:对于HMOS单片机,该引脚作为外部振荡信号的输入端；对于CHMOS芯片,该引脚悬空不接.%一1L740pl.l-239-P( (h) )%-338Fl437一%Pl536_P(B635-P04用pg-734Pg户8位 累

33、加 器ACC(Accumulator)s8位存放器B、程序状态字存放器PSW(ProgramStatusWord)、8位暂存存放器TMP1和TMP2等组成.2 .限制器主要由程序计数器PC、指令存放器IR、指令译码器ID、堆栈指针SP、数据指针DPTR、时钟发生器及定时限制逻辑等组成.四、MCS-51单片机的存储器配置()内部RAM低128单元80H7FHSOH2FH20211FHOil.特-成5.,能.,寄在,K通用,KAMli.IH 作定悻凝功能存放着中校寻址七、H1HH1HTOEOTOEODOHBSHEOHA8HAOH98H90H.88H.80H.OOOOH外部RAM.(I/O口.地址内

34、部效怩在健器OFFFH.OOOOH程序存储器囱2-28051内部:RAM低123单元配置1 .工作存放器区(00H-1FH)也称为通用存放器,该区域共有4组存放器,每组由8个存放单元组成,每个单元8位,各组均以R0R7作存放器编号,共32个单元,单元的00HlFH.在任一时刻,CPU只能使用其中一组通用存放器,称为当前通用存放器组,具体可由程序状态存放器PSW中RSI.RS0位的状态组合来确定.通用存放器为CPU提供了就近存取数据的便利,提升了工作速度,也为编程提供了方便.2 .位寻址区(20H2FH)内部RAM的20H2FH,共16个单元,计16X8=128位,位地址为00H7FH.位寻址区

35、既可作为一般的RAM区进行字节操作,也可对单元的每一位进行位操作,因此称为位寻址区,是存储空间的一局部.表71列出了位寻址区的位地址：表71位寻址区的位地址单元地址MSB位(地址LSB2FH7FH7EH,7DH7CH7BH7AH79H78H2EH77H175H74H73H72H71H70H76H8051低128个单元是真正的内部数据RAM区,是一个多功能复用性数据存储器,其按用途可分为三个区域.如图22所示：7FK30K2FK20K1FK17H1UH：0FH08K07KOOH用尸RAN区堆松、 数据缓冲字节地址30H7FH位寻址区位地址.DH2FH第3俎逋用存放器区第2俎通用存放器区第1组通用

36、存放器区第.组逋用存放器区2DH16FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2AH57H56H55H54H53HA52H51HSOH29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H28H47H46H45H144H43H42H41H40H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H26H37H036H35H34H33H32H31H30H25Ha2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H24H27H26H25H24H23H22H21Ht20H23H1FH1EH1D

37、H1CH1BH1AH19H18H22H17H16H15H14H13HI12H11H10H21HOFHOEHODHOCHOBHOAH09H08H20H07H06H05H$03H02H01HOOH04H其中：MSB最高有效位.LSB最低有效位.3 .用户RAM区30H7FH所剩80个单元即为用户RAM区,单元地址为30H7FH,在一般应用中把堆栈设置在该区域中.对内部RAM低128单元的使用作几点说明：18051的内部RAM00H7FH单元可采用直接寻址或间接寻址方式实现数据传送.2内部RAM20H2FH单元的位地址空间可实现位操作.当前工作存放器组可通过软件对PSW中的RSI.RSO位的状态设置

38、来选择.3 8051的堆栈是自由堆栈,单片机复位后,堆栈底为07H,在程序运行中可任意设置堆栈.堆栈设置通过对SP的操作实现,例如用指令MOVSP,#30H将堆栈设置在内部RAM30H以上单元.二内部RAM高128单元内部RAM高128单元是供应专用存放器使用的,因此称之为专用存放器区也称为特殊功能存放器区SFR区,单元地址为80H-0FFHo8051共有22个专用存放器,其中程序计数器PC在物理上是独立的,没有地址,故不可寻址.它不属于内部RAM的SFR区.其余的21个专用存放器都属于内部RAM的SFR区,是可寻址的,它们的单元地址离散地分布于80HOFFH.表72为21个专用存放器一览表.

39、表728051专用存放器一览表存放器符号地址存放器名称ACCEOH累加器BFOHB存放器PSWDOH程序状态字SP81H堆栈指示器DPL82H数据指针低八位DPH83H数据指针高八位IEA8H中断允许限制存放器IPB8H中断优先限制存放器P080HI/O口0Pl90HI/O口1P2AOHI/O口2P3BOHI/O口3PCON87H电源限制及波特率选择存放器SCON98H串行口限制存放器SBUF99H申行口数据缓冲存放器TCON88H定时器限制存放器TMOD89H定时器方式选择存放器TLO8AH定时器.低8位TL18BH定时器1低8位TH08CH定时器.高8位%TH18DH定时器1高8位注：带“

40、专用存放器表示可以位操作.三8051内部程序存储器ROM大多数51系列单片机内部都配置一定数量的程序存储器ROM,如8051芯片内有4KB掩膜ROM存贮单元,AT89c51芯片内部配置了4KBFlashROM,它们的地址范围均为OOOOH-OFFFHo内部程序存储器有一些特殊单元,使用时要注意.其中一组特殊单元是0000H0002H0系统复位后,PC=0000H,单片机从0000H单元开始执行程序.如果不是从0000H开始,就要在这三个单元中存放一条无条件转移指令,以便转去执行指定的应用程序.另外,在程序存储器中有各个中断源的入口向量地址,分配如下：0003H-000AH：外部中断0中断地址区

41、000BH-0012H：定时器/计数器0中断地址区0013H-001AH：外部中断1中断地址区001BH-0022H：定时器/计数器1中断地址区0023H-002AH：串行中断地址区中断地址区首地址为各个中断源的入口向量地址,每个中断地址区有8个地址单元.在中断地址区中应存放中断效劳程序,但8个单元通常难以存下一个完整的中断效劳程序,因此往往需要在中断地址区首地址中存放一条无条件转移指令,转去中断效劳程序真正的入口地址.从002BH开始的的单元才是用户可以随意使用的程序存储器.对程序存储器的操作作以下说明：1程序指令的自主操作.CPU根据PC指针自动的从程序存储器中取出指令.2用户使用指令对程

42、序存储器中的常数表格进行读操作,可用MOVC指令实现.五、单片机复位电路及复位状态1.复位电路单片机复位电路包括片内、片外两局部.外部复位电路就是为内部复位电路提供两个机器周期以上的高电平而设计的.MCS-51单片机通常采用上电自动复位和按键手动复位两种方式.如图4-3所示.+5V11一0I-iM1c2rY&I?1图 4-32 .单片机复位后的状态单片机运行出错或进入死循环时,可按复位键重新运行.3.时钟电路1振荡周期/时钟周期：为单片机提供时钟信号的振荡源的周期.RST8031a上电复位b按键电平复位c按键脉冲复位3机器周期：通常将完成一个根本操作所需的时间称为机器周期.4指令周期：

43、是指CPU执行一条指令所需要的时间.一个指令周期通常含有14个机器周期.八、作业：P47页4,6,10,11第八讲一、授课内容：MCS-51系列单片机二、授课类型：讲授三、授课时数：2学时四、教学目标：掌握MCS-51系列单片机的内部结构六、教学重、难点：重点/难点：80c51单片机的内部结构.七、教学设想：借助产品、作品演示,一方面可以使课堂生动,另一方面可以腾出大量时间加强对重难点知识的讲解,增强学生对知识的理解,同时提升他们对本学科的兴趣.八、教学过程：板书一、内部数据存储器低128单元片内RAM内部数据存储器的地址范围是00HFFH.内部数据存储器低128单元的地址范围是00H7FH.

44、分三个区.1工作存放器区00H1FH单元共32B,是4个通用工作存放器组,每组含8个存放器R0R7o切换CPU的工作存放器组,只要CPU执行一条单周期指令改变程序状态字PSW特殊功能存放器的第3、4位,见表8-1.假设程序中不需要4组工作存放器,那么剩下的工作存放器组所对应的单元也可以作一般的数据缓冲器使用.表8-1工作存放器组的选择(RS1)(RS0)当前使用的工作存放器组R0R7000组(00H-07H)011组(08H0FH)102组(10H-17H)1113组(18H1FH)(2)位寻址区20H2FH单元共16个字节.这16个RAM单元具有双重功能.它们既可以像普通RAM单元一样按字节

45、存取,也可以单独存取,这就是位寻址.20H2FH单元用作位寻址时,共有16X8=128位,每位分配了一个特定的地址,即00H7FH,这些地址称为位地址,如下图.位地址在位寻址时使用.例如：把24H单元中最高位(位地址为27H)置位成1,那么可以使用如下置位指令：SETB27H；27H-1,SETB为置位指令的操作码位地址的另一种表示方法是采用字节地址和位地址结合的表示方法.位地址05H可以表示成.(3)用户数据区307FH总共有80个RAM单元,存放用户数据或作堆栈操作使用.中断系统中的堆栈一般都设在这一区域内,MCS-51对用户数据区中的每个RAM单元是按字节存取的.二、内部数据存储器高12

46、8单元在MCS-51系列单片机中,内部RAM的高128单元是供应特殊功能存放器SFR(Specialfunctionregister)使用的.所谓特殊功能存放器是指有特殊用途的存放器集合,也称专用存放器.它们位于片内数据存储器之上,离散地分布在80H-FFH的地址空间范围内.特殊功能存放器的实际个数和单片机的型号有关：8051或8031的SFR有21个,8052的SFR有26个.它们在80HFFH的地址空间范围内,不为SFR占用的RAM单元实际并不存在,访问它们是没有意义的.表8-2列出了这些SFR的助记符号、名称和地址.表8-2特殊功能存放器地址映像表符号名称地址符号名称地址P0#P0锁存器

47、80HP1#Pl锁存器90HSP堆栈指针81HSCON#串行口限制存放器98HDPL数据指针低位字节82HSBUF串行数据缓冲器99HDPH数据指针高位字节83HP2#P2锁存器A0HPCON电源限制及波特率选择87HIE#中断允许存放器A8HTCON#定时器/计数器限制寄存器88HP3#P3锁存器B0HTMOD定时方式选择存放器89HIP#中断优先级存放器B8HTL0定时器/计数器0低位字节8AHB#B存放器B8HTL1定时器/计数器1低位字节8BHPSW#程序状态存放器FOHTH0定时器/计数器0高位字节8CHACC#累加器EOHTH1定时器/计数器1高位字节8DH1.特殊功能存放器下面简

48、单介绍SFR块中的局部存放器,其他SFR存放器将在有关章节中介绍.1程序计数器PC程序计数器PC用于存放下一条要执行的指令地址,是一个16位专用存放器,可寻址范围为0-65535 64KoPC在物理上是独立的,不属于SFR.2累加器A累加器A是一个最常用的专用存放器,属于SFR,也称ACC.大局部单操作数指令的操作数取自累加器,很多双操作数指令的一个操作数取自累加器,力口、减、乘、除算术运算指令的运算结果都存放在累加器A或A和B存放器中.3B存放器在乘除指令中,用到了B存放器.乘除指令的两个操作数分别取自A和B,其结果存放在A和B存放器中.例如除法指令中,被除数取自A,除数取自B.商数存放于A

49、,余数存放于4堆栈指针SP堆栈指针SP是一个8位专用存放器.它指示出堆栈顶部在内部RAM块中的位置.系统复位后,SP初始化为07H,使得堆栈事实上由08H单元开始.08H1FH单元分别属于工作存放器组13,在程序设计中用到这些区,最好把SP值改置为1FH或更大的值.MCS-51的堆栈是向上生成的,假设SP=60H,CPU执行一条调用指令或响应中断后,PC进栈,PCL保护到61H,PCH保护到62H,SP=62H.5数据指针DPTR数据指针DPTR是一个16位的SFR,其高字节存放器用DPH表示,低字节存放器用DPL表示.DPTR可以作为一个16位的存放器DPTR来用,也可以作为两个独立的8位存

50、放器DPH和DPL来用.6程序状态字PSWProgramstatusword程序状态字是一个8位的存放器用于存放指令执行的状态信息.其中有些位状态是根据指令执行结果,由硬件自动设置的,而有些位状态那么是用软件方法设定的.PSW的位状态可以用专门的指令进行测试,也可以用指令读出.一些条件转移指令将根据PSW中有关位信息来进行程序转移.PSW的各位定义如下：表8-3PSW各位的定义位序位标志CYACF0RS1RSO0V/除位保存未用外,对其余各位的定义及使用介绍如下:CY或C进位标志位.CY或C是PSW中最常用的标志位,其功能有二：一是存放算术运算的进位标志；二是在位操作中,作累加位使用.在位传送

51、、位与、位或等操作中,都要使用进位标志位.AC()辅助进位标志位.在加减运算中,当有低4位向高4位进位或借位时,AC由硬件置位,否那么AC位被清在进行十进制数运算时需要十进制调整,此时要用到AC位状态进行判断.F0()用户标志位.这是一个由用户自定义的标志位,用户根据需要用软件方法置位或复位.例如用它来限制程序的转向.RS1和RSO(和)一一存放器组选择位.它用于设定当前通用存放器的组号.通用存放器共有4组,其对应关系见表.这两个选择位的状态是由软件设置的,被选中的存放器组即为当前通用存放器.0V()溢出标志位.在带符号数的加减运算中,OV=1表示加减运算结果超出了累加器A所能表示的符号数有效

52、范围(128+127),因此运算结果是错误的.在乘法运算中,OV=1表示乘积超过255,即乘积分别在存放器B与A中； 反之,OV=0表示乘积只在A中.在除法运算中,OV=1表示除数为0,除法不能进行；反之OV=0,表示除数不为0,除法能正常进行.P()奇偶标志位.其说明累加器A中1的个数的奇偶性,在每个指令周期由硬件根据A的内容对P位进行置位或复位,假设1的个数为奇数,P=l,反之P=0o(7)、堆栈堆栈是一种数据结构.所谓堆栈就是只允许在其一端进行数据插入和数据删除操作的线性表.其结构如下图.堆栈的功能堆栈是为了子程序调用和中断操作而设立的,其作用有两个：保护断点和保护现场.顶端栈顶栈底2、

53、内部程序存储器MCS-51单片机的程序计数器PC为16位,因此可以寻址的地址空间为64KBo8051和8751单片,机内部有4KB字节ROM/EPROM程序存储器(0000H0FFFH),1000HFFFFH是外部扩展程序存储器地址空间.而8052单片机内部有8KBROM程序存储器,同样可以扩展到64KB,在64KB程序存储器中,有6个地址单元具有特殊功能.(1)程序计数器PCMCS-51单片机在复位后PC的内容为0000H,所以系统必须从0000H开始取指令,执行程序.由于0000H是系统的启动地址,所以用户在设计程序时,一般会在这一单元中存放一条绝对跳转指令,而主程序那么从跳转到的新地址处

54、开始存放.(2)中断源除0000H外,其余5个特殊功能单元分别对应6种中断源的中断效劳子程序的入口地址,见表.通常在程序设计时会在这些入口地址处都安放一条绝对跳转指令,而真正的中断效劳子程序从转移地址开始安放.表8-4中断源入口地址中断源、111i外部中断00003H定时器0溢出中断外部中断10013H定时器1溢出中断1串行口中断0023H第九讲一、授课内容：MCS-51单片机寻址方式二、授课类型：讲授三、授课时数：2学时四、教学目标：A掌握MCS-51系列单片机的寻址方式六、教学重、难点：MCS-51系列单片机的寻址方式七、教学设想：借助产品、 作品演示,一方面可以使课堂生动,另一方面可以腾

55、出大量时间加强对重难点知识的讲解,增强学生对知识的理解,同时提升他们对本学科的兴趣.八、教学过程：板书一、指令格式一台计算机的指令系统是指它所有的指令集合.MCS-51的指令系统共有Ill条指令,由42个助记符和7种寻址方式组合而成.指令的表示方法称为指令格式,一条指令通常由操作码和操作数两局部组成.操作码规定指令进行什么操作,采用助记符表示；而操作数表示指令的操作对象,操作数可能是一个具体的数据,也可能是指出到哪里取得数据的地 址 或 符 号 . 根 据 指 令 的 不 同 , 可 以 有 一 个 或 多 个 操 作 数 . 汇 编 语 言 指 令 的 根 本 形 式 是 ：操作码助记符目的

56、操作数,源操作数操作码助记符与操作数分段书写,操作数中的目的操作数在前,源操作数在后,操作数之间用逗号分隔.MCS-51的指令系统中,根据指令的长度有一字节、二字节和三字节三种指令.)1.一字节指令一字节指令只有一个字节,操作码中包含了操作数的信息.在两种情况下,其指令为一字节.操作数固定,无须附加的空间来指定即可完整明确地表示出指令的功能.例如指令INCDPTR,其功能为数据指针加1,其指令码为:10100011操作数在通用存放器中,而存放器编码只需3位二进制,故可以把寄存器编码与操作数挤在一个字节中,此时操作码占5位,操作数占3位.例如指令MOVA,Rn,其功能为存放器向累加器送数据,其指

57、令码为：1110lrrr其中rrr为Rn的二进制编码.2.二字节指令二字节指令包含两个字节,其中第一个字节为操作码,第二个字节为操作数.三字节指令包含三个字节,其中操作码占一个字节,操作数占两个字节,操作数既可为数据,也可是地址.例如逻辑与操作指令ANLdirect,#data,其功能是直接寻址单元二、指令系统的分类从占用的存储空间上,MCS-51的指令可分为:一字节指令,共49条；二字节指令,共45条；三字节指令,共17条.从执行时间上,MCS-51的指令可分为：单机器周期指令,共64条；双机器周期指令,共45条；I四机器周期指令,共2条,即乘、除指令.从实现功能上,MCS-51的指令可分为

58、下面5类:数据传送类指令29条；算术运算类指令24条；逻辑运算类指令及移位类指令24条；限制转移类指令17条；位操作类指令17条.第十讲一、授课内容：MCS-51单片机寻址方式二、授课类型：讲授三、授课时数：2学时四、教学目标：掌握MCS-51系列单片机的寻址方式六、教学重、难点：重点/难点：MCS51系列单片机的寻址方式七、教学设想：借助产品、 作品演示,一方面可以使课堂生动,另一方面可以腾出大量时间加强对重难点知识的讲解,增强学生对知识的理解,同时提升他们对本学科的兴趣.八、教学过程：板书一、指令描述符号意义的说明在指令描述中,使用了如下符号,首先对这些符号意义做简单说明.Rn一一当前存放

59、器组的8个通用存放器R0R7,n=07.Ri可用作间接寻址的存放器,只有RO、R1两个存放器,所以i=0,lodirect一一8位直接地址,用于寻址内部RAM的低128单元和专用存放器.#data8位立即数.#datal616位立即数.addrl6一一16位目的地址,只限于在LCALL和UMP指令中使用.addrll一一11位目的地址,只限于在ACALL和AJMP指令中使用.rel补码表示的8位偏移量,用于相对转移指令中.bit一一内部RAM包括专用存放器中的直接寻址位.间接寻址存放器的前缀标志./加在位地址的前面,表示对该位状态取反.X某存放器或某单元的内容.X由X间接寻址的单元内容.箭头左

60、边的内容被箭头右边的内容所取代.由于大多数指令执行时都需要使用操作数,因此存在怎样取得操作数的问题.所谓寻址就是寻找操作数的地址,而寻址方式就是通过确定操作数的位置地址,把操作数提取出来的方法.MCS-51指令系统共有7种寻址方式,下面分别予以介绍：1、立即寻址指令中直接给出操作数的寻址方式.立即操作数用前面加有#号的8位或16位数来表示.例如：MOVA,#60H；A-#60HMOVDPTR,#3400H；DPTR-#3400HMOV30H,#40H；30H单元-#40H上述三条指令执行完后,累加器A中数据为立即数据60H,DPTR存放器中数据为3400H,30H单元中数据为立即数40Ho2、直接寻址指令中直