(第1章) 单片机教案

本文由xuewuhen8608贡献 doc1。 §1 概论 §1.1 单片机特点及发展概况 一、 二、 三、 四、 什么是单片机 单片机的特点 单片机的应用 单片机的发? 展概况 §1.2 常用 8 位单片机系列介绍 一、 Zilog 公司 Z8 系列单片机 二、 Motorola 公司 M6800 系列单片机 三、? 51 系列单片机 a) Intel 公司 MCS51、96 系列单片机 b）Atmel 公司 AT89C51 系? 列单片机 本课程主要内容：以编程应用为中心学习单片机 学习特点：软件为主，硬? 件为辅； 围绕软件，了解硬件； 软硬结合，解决问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 §2 51 系列单片机 结构及工作原理 §2.1 51 系列单片机整机结构 一、内部结构 CPU、RAM、ROM、I/O 接口、CTC 二、外部引脚 从内部了解 51 ? 系列单片机，为编程服务 从外部认识 51 系列单片机，为接线服务 了解 CPU 控制器? 的 4 个组成部分： 1 程序计数器 PC：Program Counter 2 数据指针 DPTR：Data P? ointer 3 指令译码器 4 指令寄存器 了解运算器的组成，认识累加器 ACC 明确 51 ? 系列单片机一般组成： CPU、 （ROM） 、256B RAM、2×16 位 CTC、5 个中断源、4? ×8 位并行 I/O 接口、1 个全双工串行接口 MCS8031 单片机：无 ROM 型，需要外? 接 ROM 或 EPROM 作 程序存贮器 这里 ROM 是广义的程序存贮器， 既包括真正的 R? OM：Read Only Memory， 又 包 括 EPROM ： Erasable Programmable Read Only Memory， 还包括最新的闪存 FPEROM：Flash Programmable and Erasable Rea? d Only Memory，优盘的核心 MCS8031 单片机：无 ROM，不是真正的单片机 MCS8051? 单片机：4K ROM MCS8751 单片机：4K EPROM AT89C51 单片机：4K FPEROM，以及 A? T89S51 AT89C2051 单片机：2K FPEROM，2×8 位并行 I/O 接口， 20 脚，以及 AT8? 9S2051 重点掌握 PC、DPTR、PSW、ACC 了解指 令译 码器、 指令 寄存器 、算 术逻? 辑 单 元 ALU （Arithmetic Logic Unit） PC：16 bit Program Counter, 16 位程? 序计数器， 功能：为 CPU 提供程序存贮器的地址。 特点：程序执行时自动加 1 计? 数：加 1、2 或 3； 程序跳转时赋入新数：直接赋值。 DPTR：16 bit Data Pointe? r, 16 位数据指针 功能：寻址 特点：可用指令 MOV DPTR，#DATA16 整体赋值； 可? 用 INC DPTR 指令加 1。 PSW: Program State Word 功能：指示指令执行后各部状态? 特点：指令执行后自然影响，或由指令直接赋值 ACC: Accumulator 功能：存贮指令执行前的已知数据； 存贮指令执行后的中间结果。 §2.2 51 系列单片机存贮器结构 一、 二、 三、 四、 五、 存贮器划分方法 程序存贮器 数据存贮器 内部 RA? M 的分区 堆栈 Stack 及堆栈指针 Stack Pointer 建立特殊功能寄存器 SFR：Special Function Register, 堆 栈 Stack、字节寻? 址、位寻址等概念 了解 51 系列单片机存贮器划分 了解程序存贮器的组成及其特殊? 单元的定义 7 FH FFH F0H 寄存器 B E 0H 累加器A 用户RAM区 堆栈、数据暂存等 D0 H B8H 程序状态字 PSW 中断优先级控制字 IP B0H A8H A0H page 1 30H 并行I / O口P3 中断控制字 并行I / O口P 2 串行口缓冲器 串行口控制字 99H 98H 可位寻址区 2FH 90H 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88H 87 H 并行I / O口P1 定时器T1的高8位 位地址 00H ~ 7 FH 20H 1FH R 7 18H R 0 17 H R 7 10H R 0 0FH R 7 定时器T 0的高8位 定时器T1的低8位 定时器T 0的低8位 3组工作寄存器区 2组工作寄存器区 1组工作寄存器区 定时器组合模式控制字 定时器工作方式控制字 电源控制字 数据指针高8位 数据指针低8位 83H 08H R 0 07 H R 7 00H R 0 82H 0组工作寄存器区 81H 堆栈指针 并行I / O口P0 80H 图1 RAM 的分区、SFR 及堆栈 认识 RAM 的分区、SFR 及堆栈 明确 51 系列单片机存贮器从物理上分为 4 个? 空间： 内部 RAM、内部 ROM、外部 RAM、外部 ROM 从逻辑上分为 3 个空间： RAM,? 外 RAM,内 ROM 和外 ROM 内 明确 51 系列单片机一般组成：CPU、 （ROM） 、256B? RAM、 2×16 位 CTC、5 个中断 源、4×8 位并行 I/O 接 口、 个全双工串行接口? 1 程序存贮器特殊单元：0000H：主程序入口； 0003H：0 号外部中断服务子程序入口； 000BH：0 号 CTC 中断服务子程序入口? ； 0013H：1 号外部中断服务子程序入口； 001BH：1 号 CTC 中断服务子程序入口；? 0023H：串行口中断服务子程序入口。 明确程序存贮器起始单元中只有 0000H 单元的用途 主程序入口是硬性规定，其? 余都是弹性规定。此处弹性 规定的含义是：没有相应的中断服务子程序时，该地址 ? 可以灵活运用。 明确位寻址区有两种寻址方法可用：字节（整体） 寻址和按位独立? 寻址 知道堆栈先进后出的特点及应用 知道内部 RAM 的分区 作业： 1 AT89C51 单片? 机片内包含那些主要逻辑功能部件。 2 51 系列单片机的 EA 端子有何用途。 3 简答 51 系列单片机存贮器的 4 个物理空间和 3 个逻 辑空间，如何访问不? 同的存贮空间。 4 简述 51 系列单片机片内 RAM 的空间分配。 §2.3 51 系列单片机并行 I/O 端口结构 一、 P1 口结构及功能 U cc +5V 内部读锁存器信号 缓冲器 ≈ 50k page 2 内部DB D Q 锁存器 MOS 电子开关 内部写信号 CP 缓冲器 Q T1 P1.X X=0~7 内部读引脚信号 P1 口线内部结构 图2 功能：准双向 I/O 口 作输入之前要先输出 1，断开下拉电子开关 有读锁存器? 功能，可防止误读 拉电流能力：<0.1mA 灌电流能力：<10mA 二、 P2 口结构及功能? 功能：准双向 I/O 口 作输入之前要先输出 1，断开下拉电子开关 有读锁存器? 功能，可防止误读 拉电流能力：<0.1mA 灌电流能力：<10mA 第二功能：高 8 位地址? 线 A15~8 内部读锁存器信号 缓冲器 内部控制信号 内部地址信号 U cc +5V ≈ 50k 内部DB D Q 锁存器 单刀双掷 电子开关 内部写信号 MOS 电子开关 T1 P 2.X X=0~7 CP Q 缓冲器 反相器 内部读引脚信号 P 2口线内部结构 图3 三、 P3 口结构及功能 功能：准双向 I/O 口 作输入之前要先输出 1，断开下? 拉电子开关 有读锁存器功能，可防止误读 拉电流能力：<0.1mA 灌电流能力：<10mA? 第二功能：串行口等 U cc +5V 内部读锁存器信号 缓冲器 第二输出功能 ≈ 50k 内部DB D Q page 3 锁存器 内部写信号 MOS电子开关 T1 P3.X X=0~7 CP 缓冲器 Q 与非门 内部读引脚信号 第二输入功能 P 3口线内部结构 图4 四、 P0 口结构及功能 功能：1. 准双向 I/O 口 2. 数据总线 3. 低 8 位地址? 总线 A7~0 内部读锁存器信号 缓冲器 地址 / 数据 控制 U cc +5V 与门 T1 内部DB D Q MOS 电子开关 T2 锁存器 P0.X X=0~7 内部写信号 CP Q 单刀双掷 电子开关 缓冲器 内部读引脚信号 控制 = 0：与门被封锁，电子开关下掷，T1截止，作开漏口线 控制 = 1 ：与门敞开，电子开关 上掷，作地址 / 数据线 P0口线内部结构 图5 明确某口线作输入之前要先输出 1—准双向含义 知道 P0、P2、P3 口线的第二? 功能 明确 P1、P2、P3 口线内部有约 50 k? 的上拉电阻 知道 NMOS 电子开关的特性? ：栅极接受高电平时导通； 接受低电平时断开。 §2.4 51 系列单片机时序和复位 一、晶振频率 fosc f osc = 6MHz ，11.0592MHz ，12MHz S1 f osc P1 P2 51系列单片机振荡频率及 时钟频率发生器 S2 S3 S4 S5 S6 page 4 二分频器 石英 晶体 C2 振荡器 C1 图6 二、时钟频率 P , P 、时钟周期（状态周期） f P1 = f P 2 = 0.5f osc ， ? f P1与 f P 2 错开180° 。 时钟频率的倒数称为时钟周期，也叫。 三、机器周期 ? 六个状态周期组成一个。 四、指令周期 机器周期是指令周期的基本单位。 就是说，? 1 个指令周期最少包括 1 个机器周期。 按照包括机器周期的个数，实际指令周期分? 为单周期、 1 2 双周期和四周期共三种。 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 建立晶振频率、时钟频率、时钟周期、机器周期? 、指令 周期等概念 知道晶振频率二分频为两相时钟频率； 知道一个机器周期包括两? 个时钟周期； 知道一个指令周期包括 1 个、2 个或 4 个机器周期； 知道 51 系列? 单片机使用了指令交叉执行技术，即在当 前指令尚未执行完毕前已经开始下一条指令? 的取指操 作。所以 51 系列单片机很多指令长度为双字节，但执 行时间为单周期。? 大大提高了工作速度。 §2.5 51 系列单片机的复位 一、复位要求 给 Reset 引脚一个脉宽不小于 2 个机周的正脉冲 例：晶振频率? fosc=12MHz 时，机器周期 T = 1μs ，则要求 加在 Reset 引脚的脉宽不小于 2μ? s 。 在正脉冲期间， 单片机完成复位任务， 使有关的寄 存器、计数器等成为特定? 状态。 正脉冲结束时，单片机开始执行程序。 Button 5V R1 1k? C 1μF 9 AT89C51 Re set R 10k? UR 5V 2V o t1 t 图7 复位电路 二、复位方法 u c (0 + ) = 0 u c ( ∞ ) = 5V 按照三要素法 u c ( t ) = u c (∞) + [u c (0+ ) ? u c (∞)]e ? t / τ 代入 u c (0+) = 0 和 u c (∞) = 5V 有 u c ( t ) = 5(1 ? e ? t / τ )V 电阻 R 上的电压即 AT89C51 单片机 Reset 引线的输 入电压为 u R ( t ) = 5V ? u c ( t ) = 5e ? t / τ V 在刚上电时， u R ( t ) = 5V 。随着时间进行， u R ( t ) 要 按照负指数曲? 线下降。当下降到 u R ( t1 ) = 2V 时，高电平 变为低电平，单片机开始执行程序? 。t1 就是有效复位 时间。令 u R ( t1 ) = 5e ? t / τ V = 2V 1 由此求出 e t / τ = 2.5 t1 = τ ln 2.5 ≈ τ page 5 1 例：晶振频率 fosc=12MHz 时，机器周期 T = 1μs ，要求加 在 Reset 引脚的? 脉宽 t1 ≥ 2μs ，则有 τ ≥ 2 × 10 ?6 s 若电阻 R = 10k? ，则可求出电容值 C≥ 2 × 10 ?6 10 × 103 = 2 × 10 ?10 F = 200pF 为保险起见，通常取电容 C=1μF 。 电阻 R2 以电容放电不过快为宜，通常取? R 1 = 1k? 。 三、复位影响 除 SBUF 以外的 20 个 SFR 四、复位结果 P0～P3 口? 全 1,SP=07H,其余有效位全 0。 五、上电复位与带电复位的比较 上电复位后内部 R? AM 数值不定 带电复位后内部 RAM 数值不变 复位要求：给 Reset 引脚一个脉宽不小? 于 2 个机周的正 脉冲 复位方法：上电复位： RC 自然充电 带电复位： 手压按钮强? 迫电容放电，松开 后再次自然充电 复位影响：除 SBUF 以外的 20 个 SFR 复位结果：大部为 0，小部为 1 上电复位与带电复位的比较： 上电复位后内部? RAM 数值不定 带电复位后内部 RAM 数值不变 作业： 9 12 13 14 page 6