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第１讲单片机应用概述教学目的：1、初步了解单片机的发展历史,基础知识以及应用范围；2、通过演示单片机产品的实物来激发学生的学习兴趣；3、了解单片机的发展方向和主流技术。重点、难点：1、单片机的概念和特点；2、单片机的主要发展方向和主流技术；3、几种常见的单片机产品。教学方式、步骤：一、课程介绍、学习的目标、学习本课程的方法1、课程介绍单片机是当今信息时代的产物，自20世纪70年代问世以来，以实时控制能力强，成本低，体积小，受到人们的重视和关注，应用很广，发展很快。尤其在电子产品、工业控制等领域的应用广泛，已对人类社会产生了巨大的影响。单片机技术开发和应用水平已成为衡量一个国家工业化发展水平的标志之一。由于单片机的广泛使用使得社会对掌握单片机技术的人才的需求在不断增加，目前全国普通工科大学均已经将单片机课列为必修的专业（基础）课程。2、学习的目标通过对周边相关电子企业的毕业生跟踪调查和人才需求调研，相关工作岗位都对单片机应用能力都提出了一定的要求。且不同的岗位对单片机应用能力要求的高低不同。要求较高的岗位如电路联调岗和电子线路设计助理工程师岗，对单片机的应用能力要求如下：掌握常见单片机芯片及外围芯片的功能和引脚分布；理解掌握单片机系统结构、存储器结构、指令系统，中断、定时器、串行口、接口技术等重要概念和基本知识；具备一定的电子线路基本知识，能看懂典型单片机外围硬件的原理图，并具备相应的硬件线路调试的基本技能；能看懂程序流程图，掌握程序调试的基本技能；具有基本的单片机编程能力；掌握单片机软硬件联调的基本技能；掌握单片机产品开发的基本流程和工艺。课程标准：作为一门核心的专业基础课程，本课程的专业目标定位为：通过基于实际工作过程（项目制作）的项目导向、任务驱动的理论实践一体化教学模式，教、做、学三者合一，使学生在做中学，学中做，在理解掌握单片机系统结构、存储器结构、指令系统，中断、定时器、串行口、接口技术和单片机初步应用知识的基础上，掌握智能电子应用相关岗位所需要的单片机应用系统的初步的应用分析和软硬件设计能力，掌握基本的编程和程序调试能力，掌握单片机典型外围硬件线路的分析与初步设计能力、硬件调试能力，掌握单片机系统的安装和软硬件联调、故障诊断维护技能，掌握单片机产品开发的基本流程和工艺。在以上述单片机应用能力培养为主线的教学过程中，还要注重学生职业能力的培养，使学生毕业后能够直接适应单片机相关岗位的工作。3、学习本课程的方法（1）要学习别人成熟的设计思想,教学上采用：“授人以渔”的方法。（2）单片机中很多内容可采用：记忆-理解-练习使用-再理解记忆-最后熟练使用的过程。（3）当前单片机相关产品系列和型号很多，摆在初学者面前的问题是学习什么机型、怎样学习效果更好？建议读者选取资料多，应用较广的一种系列芯片的单片机进行研究。掌握相应的技术后再学习别的单片机则会事半功倍。二、内容：1、单片机的基础知识,分类和典型应用1.1定义：随着大规模集成电路技术和计算机技术的飞速发展，把计算机的运算器和控制器（即CPU），存储器（程序存储器和数据存储器）和多种接口集成在一块芯片上，称为微处理器（Microprocessor）。也叫微控制器，在我国习惯上又叫单片机。1.2单片机的主要应用领域（1）智能化产品单片机与传统的机械产品相结合，使传统的机械产品结构简单化，控制智能化，构成新一代的机、电一代化产品。目前，广泛用于工业自动控制，如数控机床、可编程顺序控制、电机控制、工业机器人，离散与连续过程自动控制等；家用电器，如微波炉、电视机、录像机、音响设备、游戏机等；办公设备，如传真机、复印机、数码相机等；电讯技术，如调制解调器、声像处理、数字滤波、智能线路运行控制；在电传、打印机设计中由于采用了单片机，取代了近千个机械部件；用单片机控制空调机，使制冷量无级调节的优点得到了充分的发挥，并增加了多种报警与控制功能；用单片机实现了通信系统中的临时监控、自适应控制、频率合成、信道搜索等，构成了自动拨号无线电话网、自动呼叫应答设备及程控调度电话分机等等。（2）智能化仪表单片机引入到已有的测量、控制仪表后，能促进仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化发展，并使监测、处理、控制等功能一体化，使仪表重量大大减轻，便于携带和使用。同时成本低，提高了性能价格比，长期以来测量仪器中的误差修正、线性化处理等难题也可迎刃而解。单片机智能仪表的这些特点不仅使传统的仪器、仪表发生根本的变革，也给传统的仪器、仪表行业技术改革带来了曙光。（3）智能化测控系统测控系统特点是工作环境恶劣，各种干扰繁杂，而且往往要求控制实时，要求检测与控制系统工作稳定、可靠、抗干扰能力强。单片机最适合应用于工业控制领域，可以构成各种工业检测控制系统。例如，温室人工气候控制、电镀生产线自动控制系统等。在导航控制方面，如在导弹控制、鱼雷制导、智能武器装置、航天导航系统等领域中也发挥着不可替代的作用。（4）智能化接口通用计算机外部设备上已实现了单片机的键盘管理、打印机、绘图仪、、扫描仪、磁盘驱动器、UPS等，并实现了图形终端和智能终端。2、单片机的发展方向和几种较为典型的单片机产品2.1单片机的发展趋势•CPU的改进•存储器的发展•片内I/O的改进•外围电路内装化器件集成度的不断提高，把众多的外围功能部件集成在片内－－系统的单片化。•低功耗化CMOS化CHMOS工艺。总之，向高性能、高速、低压、低功耗、低价格、外围电路内装化方向发展。2.2典型的单片机产品Intel公司在单片机的早期开发中，一直处于领先地位。因此我们以Intel公司的产品为例，介绍其较流行的三种系列产品的功能。•MCS-48系列单片机•MCS-51系列单片机如ATMEL公司AT89C51AT89C52等•MCS-96系列单片机另外，还有Philips公司各系列单片机、PIC（MICROCHIP公司）系列单片机、ST公司系列单片机、Motorola单片机等。3、单片机应用和开发系统的知识三、演示：1、常见的单片机的不同形式的实物外形2、自主开发的亚光电子单片机产品脱水机ZT-12P2生物组织摊烤片机YT-7C型3、其他单片机应用实物使用教具：多媒体、单片机产品实物。第２讲51单片机的结构与引脚教学目的：1、熟悉51单片机的发展历史；2、了解51单片机的结构；3、学习51单片机的引脚及其功能；4、了解常见的51系列单片机和增强型单片机。重点、难点：1、51单片机的内部构造；2、51单片机的引脚及其功能；3、增强型单片机的功能和特点。教学方式和步骤：一、复习：单片机的概念和组成二、授课内容：1、51单片机的发展历史和特点1.1单片机的发展历史单片机的初级阶段：1976年Intel公司推出了8位的MCS-48系列的单片机，以其体积小、重量轻、控制功能齐全和低价格的特点，得到了广泛的应用，为单片机的发展奠定了坚实的基础。单片机的发展阶段：80年代初,Intel公司推出了8位的MCS-51系列的单片机高性能单片机发展阶段：随着控制领域对单片机性能要求的增加，出现了16位的单片机，而且芯片内部也增加了其他的性能。如Intel的MCS-96系列单片机，在单片机内部集成了A/D转换器、PWM输出。1.2单片机的特点:单片机具有集成度高、体积小、功耗低、系列齐全、功能扩展容易、使用灵活方便、抗干扰能力强、性能可靠、价格低廉等特点。用行话讲叫“性/价”比高.2、51单片机的结构2.1MCS-51的核心电路单片机8051内部结构框图一个8位CPU；一个片内振荡器和时钟电路；4K字节片内部程序存储器ROM；128字节片内部数据存储器RAM；可寻址64K外部程序存储器；可寻址64K外部数据存储器；21个特殊功能寄存器(专用寄存)；32条可编程的I/O线（4个8位并行I/O端口）；两个16位定时器/计数器；一个可编程全双工串行口；具有5个中断源，两个优先级嵌套中断结构。单片机各功能部件由内部总线联系在一起。简化结构如下图所示MCS-51单片机结构框图2.2中央处理单元CPUCPU是单片机的核心部件，如上图所示，各方框表示功能部件，可以看出本单片机是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成各种运算，实现对单片机各功能部件的指挥和控制任务，它是由运算器和控制器等部件组成的。各功能部件实际上是CPU的有机组成部分，各功能部件通过运行程序相联系（1）运算器运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算，它还包含一个布尔处理器，用来处理位的操作。运算器模块包括算术和逻辑运算部件ALU、布尔处理器，累加器ACC、B寄存器、暂存器TMP1和TMP2、程序状态字寄存器PSW和十进制数调整电路等。1、累加器ACC是一个最常用的专用寄存器。大部分单操作数据指令的操作数取自累加器。很多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。加、减、乘、除算术运算指令的运算结果都存放在累加器A或AB寄存器对中。指令系统中用A作为累加器的助记符。2、B寄存器3、程序状态字PSW程序状态字记录程序状态信息，反映程序运算结果的特征，它是一个8位寄存器。其中PSW的1位未用，格式如下：（按D7～D0顺序排列）CyAcF0RS1RS0OV-P①Cy（PSW.7）—进位标志。在执行某些算术和逻辑指令时，当运算结果的最高位有进位或借位时，Cy将被硬件置位，否则就被清零。不同的是在布尔处理机中，它被认为是位累加器，可由软件置位或清零。②AC（PSW.6）—辅助进位标志。在进行加法或减法操作中，当低4位数向高4位数有进位或借位时，AC将被硬件置位，否则就被清零。AC被用于十进制调整。③FO（PSW.5）—用户定义标志。可由用户让其记录程序状态，用作标记，即用软件使其置位或复位。④RS1、RS0（PSW.4,PSW.3）—工作寄存器组选择控制位。可以用软件置位或清零，以确定当前工作寄存器组。⑤OV（PSW.2—溢出标志位。在对有符号数作加减运算时，用C6表示D6位向D7位的进位或借位，用C7表示D7位向更高位的进位或借位，则OV标志可由下式求得：OV=C6⊕C7。OV=1表示加减运算的结果超出了目的寄存器A所能表示的带符号数的范围（-128～+127）。无符号数乘法指令MUL的执行结果也会影响溢出标志。若置于累加器A和寄存器B的两个数的乘积超过255时（8位数），OV=1，否则OV=0。此积的高8位放在B内，低8位放在A内。因此，OV=0时，只要从A中取得乘积即可，否则还要从B中取得乘积的高8位。除法指令DIV也会影响溢出标志，当除数为0时，OV=1，否则OV=0。⑥（PSW.0）—奇偶标志。每个指令周期都由硬件来置位或清零，以表示累加器A中有1的位数的奇偶数。若1的位数为奇数，则P置位，否则清零。该标志位对串行通信中的数据传输有重要意义。和数学中的数据本身的奇偶性有区别。当A=10101000B时，因数中是三个1使P置位。在数据传输时，当把一批数的P位和原8位放在一起构成9位数，这批9位数中1的个数应全为偶数。接收端如收到的数没有偶数个1则认为出错。（2）控制器控制器部件是由指令寄存器、程序计数器PC，定时与控制电路等组成的。①指令寄存器和译码指令寄存器中存放指令代码。②程序计数器PC程序计数器PC用来存放即将要执行的指令地址，共16位，可对64K程序存储器直接寻址。③定时与控制电路定时与控制电路是产生CPU操作时序的，它是单片机的心脏。控制各种操作的时间。8051芯片内部有一个反向放大器所构成的振荡电路，XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端。放大器可以产生自激振荡，此时时钟由内部方式产生。当XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器时，时钟由外部方式产生。2.38051内部ROM存储器ROM：ReadOnlyMemory一般用于存放程序和表格等不常改变的数据8051单片机的ROM是掩摸ROM容量：4096byte(212)地址范围：0000H～1FFFH2.48051内部的RAM存储器RAM：RandomAccessMemory一般用于存放程序