搜索
《单片机原理与应用》—电子教案1课题第2章MCS-51系列单片机的系统结构2.1内部结构与引脚功能学时2学时授课类型新授课授课班级14工业教学目标1．知识目标掌握89S51单片机的内部结构和引脚功能。2．能力目标通过直观教学和教师的具体讲解，培养学生的逻辑思维和抽象思维能力；培养学生归纳总结问题的能力。3．情感目标通过对专业入门知识的生动形象的教学，使学生对本课程产生浓厚兴趣，激发学生的学习热情。教学重点1．89S51单片机的内部结构。2．89S51芯片引脚功能。教法采用“媒体演示——分析概括——巩固提高”的教学模式教学过程过程设计创设情景导入：通过上节课的对实际芯片的观察，由教师讲解所选实物的控制过程的实现，从而导入到单片机的内部结构和工作过程。结合89S51芯片内部结构框图介绍各组成部分的功能一、89S51单片机的内部结构89S51芯片的内部结构框图如图2.1所示。图2.189S51芯片内部结构框图·CPU是整个单片机的核心，主要功能是完成指令的运行控制、8位数据运算和位处理等。·4KB片内程序存储器主要用于存放程序、常数和表格。·128B数据存储器RAM,主要用于存放可随机读写的数据。《单片机原理与应用》—电子教案2对照实物认识芯片各引脚名称并熟记各引脚功能·4个8位并行I/O口P0、P1、P2和P3主要用于完成数据的并行输入和输出。·两个16位的定时器/计数器,主要功能是用于定时或计数。·一个可编程全双工串行口,用于实现单片机与其他设备之间的串行数据传递。·具有5个中断源、两个优先级的中断系统。·片内带有时钟振荡器,89S51振荡频率范围为0~33MHz。·89S51还拥有看门狗电路（用于防止程序进入无序或是非法状态）和内部FLASHROM编程逻辑电路。二、芯片引脚功能89S51的DIP（双列直插）封装芯片共有40个引脚，采用引脚复用技术。引脚排列如图2.2所示。图2.289S51芯片引脚图·MCS-51采用引脚复用技术。·各引脚名称和功能工作电源引脚：VCC：电源端。GND：接地端。工作电压范围：4.0~5.5V。晶振引脚：XTAL1：芯片内部振荡电路输入端。XTAL2：芯片内部振荡电路输出端。当外接晶振时，XTAL1和XTAL2各接晶振的一端。I/O引脚：P0.0～P0.7：P0口8位双向口线。第一功能为基本输入/输出，第二功能是为扩展系统分时提供数据总线和低8位地址总线。《单片机原理与应用》—电子教案3P1.0～P1.7：P1口8位双向口线，用于完成8位数据的并行输入/输出。P2.0～P2.7：P2口8位双向口线。第一功能为基本输入/输出，第二功能是在系统扩展时作为高位地址线使用。P3.0～P3.7：P3口8位双向口线。它是一个双功能口，即P3口的每一条口线都具有第二功能，其功能如表2.1所示。表2.1P3口线的第二功能口线第二功能信号第二功能P3．0RXD串行数据输入P3．1TXD串行数据输出P3．2INT0外部中断0请求输入P3．3INT1外部中断1请求输入P3．4T0定时器/计数器0外部输入P3．5T1定时器/计数器1外部输入P3．6WR外部RAM写选通P3．7RD外部RAM读选通控制引脚：ALE/PROG：地址锁存控制/片内ROM编程脉冲输入信号。RST：复位信号。EA/VPP：访问外部程序存储器控制信号/片内FLASHROM编程电源输入。PSEN：外部程序存储器选通信号。以上各引脚的功能在以后的章节有详细介绍。总结通过视图掌握89S51芯片每部结构和各引脚名称及功能。板书设计第2章MCS-51系列单片机的系统结构2.1内部结构与引脚功能一、AT89S51单片机的内部结构二、89S51芯片引脚功能1、工作电源引脚2、晶振引脚3、I/O引脚4、控制引脚思考题1．89S51单片机内部有哪些主要部件？其功能是什么？2．简述89S51几个控制引脚的功能。课后反思《单片机原理与应用》—电子教案4课题第2章MCS-51系列单片机的系统结构2.2并行I/O口学时2学时授课类型理论讲授授课班级14工业教学目标1．知识目标掌握MCS-51单片机并行I/O的功能和使用方法2．能力目标通过直观教学和教师的具体讲解，培养学生的逻辑思维和抽象思维能力；培养学生归纳总结问题的能力。3．情感目标通过对专业入门知识的生动形象的教学，使学生对本课程的产生浓厚兴趣，激发学生的学习热情。教学重点1．I/O口P0、P1、P2、P3的工作过程。教法采用“媒体演示——分析概括——巩固提高”的教学模式教学过程过程设计创设情景导入：89S51芯片的I/O口P0、P1、P2、P3主要用于完成数据的并行输入和输出，那么它们是怎么工作的呢？根据结构图讲解各组成部分一、P0口1．P0口的一位结构P0口的一位结构图如图2.3所示。图2.3P0口的一位结构2．工作过程P0口有两种方式：通用I/O口、地址/数据总线。·通用I/O口的工作过程P0输出数据时：写信号加在锁存器的时钟端CL上，内部总线上的数据通过《单片机原理与应用》—电子教案5P1口、P2口、P3口工作过程的相似与不同；注意P3口的第二功能锁存器，再经过V2管，输出在引脚上。此时为漏极开路输出，因此外接负载时要接提升电阻，否则不能正常工作。P0输入数据时：分为读引脚和读锁存器两种工作方式，分别用到两个输入缓冲器。读引脚操作：即为单片机执行端口输入指令（如MOVA，P0）时的操作。这时由“读引脚”信号将三态缓冲器2打开，引脚上的数据经三态缓冲器2输入内部总线。读锁存器操作：即为单片机执行“读－修改－写”类指令（如ANLP0，A）时的操作。在执行这类指令时，由“读锁存器”信号使三态缓冲器1打开，读入P0口在锁存器中的数据，然后进行相关逻辑运算，再把结果写回到P0口。·地址/数据总线的工作过程当系统片外扩展时，控制信号使多路转换开关MUX接通A端，P0口就可以作为地址/数据总线。二、P1口P1口的一位结构图如图2.4所示。图2.4P1口的一位结构P1口作为通用I/O口输入和输出数据的工作过程与P0口相似。P1口与P0口的区别是读锁存器操作时不需要向锁存器写1；输出数据时，由于位结构中含有上拉电阻，不需外接上拉电阻。三、P2口P2口既可作为通用I/O口使用,又可作为系统扩展时的高8位地址使用。其一位结构图如图2.5所示。《单片机原理与应用》—电子教案6图2.5P2口的一位结构·P2口作通用I/O，其输入和输出的工作过程与P0口相似。·P2口作高8位地址线：多路开关接通A端，地址信号经非门、场效应管V，由引脚输出。四、P3口P3口可作为通用I/O口使用,同时P3口又是一个双功能口，其一位结构图如图2.6所示。图2.6P3口的一位结构《单片机原理与应用》—电子教案7·P3口作通用I/O，结构和工作过程与P2口完全相同。·P3口的某一位用作第二功能输出：该位的锁存器自动置1，与非门的输出只受“第二功能输出”端控制。“第二功能输出”端的信号经与非门和场效应管输出到该位引脚上。·P3口的某一位用作第二功能输入：该位的锁存器和“第二功能输出”端都为1，与非门输出为低电平，场效应管截止，引脚上的信号经缓冲器进入单片机内部第二功能输入端。小结：P0~P3口都是双向I/O口，同时又是双功能口。在输入引脚信息前，必须向对应的锁存器写1，就驱动能力来说，P0口的驱动能力最强，为8个TTL门，其余3个口驱动能力为4个TTL门，在接口使用时应注意其负载能力。总结分析I/O口P0、P1、P2和P3的工作过程，注意之间的相似和区别。板书设计2.2并行I/O口一、P0口1、P0口的一位结构2、工作过程二、P1口1、P0口的一位结构2、工作过程三、P2口1、P0口的一位结构2、工作过程四、P3口1、P0口的一位结构2、工作过程思考题89S51单片机的四个I/O口工作过程？课后反思《单片机原理与应用》—电子教案8课题第2章MCS-51系列单片机的系统结构2.3存储器的组织结构学时2学时授课类型理论讲授授课班级14工业教学目标1．知识目标掌握MCS-51单片机存储器空间分布及特点；掌握五种常用的特殊功能寄存器。2．能力目标通过直观教学和教师的具体讲解，培养学生的逻辑思维和抽象思维能力；培养学生归纳总结问题的能力。3．情感目标通过对专业入门知识的生动形象的教学，使学生对本课程的产生浓厚兴趣，激发学生的学习热情。教学重点1．片内数据存储器的寻址地址。2．五种常用的特殊功能寄存器的作用。教法采用“媒体演示——分析概括——巩固提高”的教学模式教学过程过程设计创设情景导入：在下面的三节中，着重介绍单片机的存储器。在MCS-51单片机中,程序存储器和数据存储器是分开的,他们有各自的寻址系统、控制信号和功能。本节详细介绍片内数据存储器。理解MCS-51系列单片机的存储器配置MCS-51系列单片机系统中有五种存储器,它们分别是片内RAM、片外RAM、片内ROM、片外ROM和片内特殊功能寄存器(SFR)。将这5种存储器编排在3个地址空间,即程序存储器空间、片内数据存储器空间、片外数据存储器空间。存储器空间分配情况如图2.7所示。图2.7MCS-51系列单片机的内部存储器配置一、程序存储器空间《单片机原理与应用》—电子教案9各存储器的地址范围和位寻址程序存储器可寻址的地址空间为64K字节，它包括片内ROM和片外ROM。MCS-51系列单片机中，有的芯片有片内程序存储器（如89S51），有的芯片内没有程序存储器（如8031）。下面以89S51为例讲述地址空间的分配。89S51片内有4KBROM，片外还可以扩展64KBROM。片内4KBROM和片外低4KBROM地址重复，分配的地址空间为0000H~0FFFH。由EA引脚输入的信号决定是使用片内ROM还是片外ROM。二、片内数据存储器空间1．内部RAM89S51芯片内部含有128B的RAM，其地址为00H~7FH。按用途可分为三个部分：工作寄存器区、位寻址区和一般RAM区。如图2.9所示。图2.9内部RAM结构·工作寄存器区共含有32个单元（00H～1FH），平均分成四组，每一组含有8个单元，记作R0～R7。其作用是用于存放操作数以及指令执行的中间结果。·位寻址区共有16个单元（20H～2FH）。这16个单元中的每一个位都有一个位地址，它们的位地址范围是00H～7FH。·一般RAM区共有80个单元（30H～7FH）。一般把堆栈设置在此区域中。《单片机原理与应用》—电子教案10理解PSW各位的定义和使用SP的进栈和出栈2．特殊功能寄存器（SFR）典型的MCS-51单片机共有21个特殊功能寄存器（SFR），分散地分布在80H～0FFH地址空间内。下面是五种常用的特殊功能寄存器。·累加器ACC8位累加器主要完成数据的算术和逻辑运算,也可以存放数据或中间结果,是最常用的特殊功能寄存器。它也是一个可位寻址的寄存器。·B寄存器8位B寄存器主要用于乘、除法运算，与累加器配对使用。在乘法指令中，在乘法指令中,被乘数取自A,乘数取自B,结果存放于寄存器对BA中。在除法指令中,被除数取自A,除数取自B,结果商存放于A,余数存放于B。此外,B寄存器也可作为一般的寄存器使用。·程序状态寄存器PSW用来反映指令执行后的状态。PSW中各位的定义见表2.4。表2.4PSW中各位的定义位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位标志CYACFORS1RS0OV未用PCY，进位标志位AC，辅助进位标志位FO，用户定义标志位RS1、RS0，工作寄存器组选择位,其对应关系见表2.5。表2.5RS1、RS0与寄存器组对应关系RS1RS0寄存器组地址000组00~07H011组08~0FH102组10~17H113组18~1FHOV，溢出标志位P，奇偶标志位·堆栈指针寄存器SP堆栈是设置在片内RAM中的一段存储区域，它的存储顺序为先进后出。就好象一个用水桶存放碟子一样，先放进去的碟子在下面，后放进去的碟子压在上面。当取碟子时，先取上面后放入的碟子，再取下面先放入的碟子。这种存储方式需要一个地址指针来指向栈顶