1、C51 单片机教案1第 1 讲 单片机概述授课序号：1授课日期 第 1 周 班级课题名称 第 1 讲 单片机概述授课内容1.1 单片机的基本概念与发展概况1.2 单片机的特点及应用1.3 常用单片机系列介绍授 课 时 数 4教学目标与目的要求本章主要介绍单片机的基本概念、发展过程、应用特点和概况。教学重点 了解单片机的概念以及应用范围难点及突破难点的办法通过课件进行图文并茂的讲解教学环节时间分配类型：讲授教学过程及时间分配：1.组织教学 2 分钟2.导入新课 5 分钟3.讲授新课 78 分钟4.总结 5 分钟5.实验 90 分钟教具：1.相关教材2.计算机授课内容概要和实施步骤复习：步骤一 引
2、入新课自从 20 世纪 70 年代推出单片机以来，作为微型计算机的一个分支，单片机经过 30多年的发展，已经在各行各业得到了广泛的应用。由于单片机具有可靠性高、体积小、干扰能力强、能在恶劣的环境下工作等特点，且有较高的性价比，因此广泛应用于工业控制、仪器仪表智能化、机电一体化、家用电器等领域。本章主要介绍单片机的基本概念、发展过程、应用特点和概况。步骤二 讲授新课？单片机主要用在什么地方呢？我们平常能够接触到吗？一、单片机的应用领域在工业控制、智能仪表、自动化装置、通信系统、信号处理等领域以及家用电器、C51 单片机教案2高级玩具、办公自动化设备等方面均得到广泛的应用。(1)工业测控：对工业设
3、备(如机床、汽车、高档中西餐厨具、锅炉、供水系统、生产自动化、自动报警系统、卫星信号接收等)进行智能测控，大大降低了劳动强度和生产成本，提高了产品质量的稳定性。(2)智能设备：用单片机改造普通仪器、仪表、读卡机等，使其( 集测量、处理、控制功能为一体)智能化、微型化，如智能仪器、医疗器械、数字示波器等。(3)家用电器：如高档的洗衣机、空调器、电冰箱、微波炉、彩电、DVD、音响、手机、高档电子玩具等，用单片机做自动控制。(4)商用产品：如自动售货机、电子收款机、电子秤等。(5)网络与通信的智能接口：在大型计算机控制的网络或通信电路与外围设备的接口电路中，用单片机来控制或管理，可大大提高系统的运行
4、速度和接口的管理水平。如图形终端机、传真机、复印机、打印机、绘图仪、磁盘/磁带机等。？那单片机为什么能够有这么多用途呢？到底什么是单片机呢？它有些什么特点呢？二、单片机的概念单片机是将 CPU、存储器(RAM 和 ROM)、定时/ 计数器以及 I/O 接口等主要部件集成在一块芯片上的微型计算机。单片机是单片微机(Single Chip Microcomputer)的简称，但准确反映单片机本质的名称应是微控制器 MCU(Micro Controller Unit)。目前国外已普遍称之为微控制器。鉴于它完全作嵌入式应用，故又称为嵌入式微控制器(EmbeddedMicrocontroller)。三、
5、单片机的特点单片机作为微型计算机的一个分支，与一般的微型计算机没有本质上的区别，同样具有快速、精确、记忆功能和逻辑判断能力等特点。但单片机是集成在一块芯片上的微型计算机，它与一般的微型计算机相比，在硬件结构和指令设置上均有独到之处，主要特点有：(1)目前大多数单片机采用哈佛(Harvard)结构体系，存储器 ROM 和 RAM 是严格区分、相互独立的。(2)I/O 引脚通常是多功能的。由于单片机芯片上引脚数目有限，为了解决实际引脚和需要的信号线的矛盾，采用了引脚功能复用的方法。引脚处于哪种功能可由指令来设置或由机器状态来区分。(3)有面向控制的指令系统。为满足控制的需要，一般单片机的指令系统中
6、有极丰富的转移指令、I/O 接口的逻辑操作以及位处理指令。所以，单片机有更强的逻辑控制能力，特别是具有很强的位处理能力。(4)外部扩展能力强。在内部的各种功能部分不能满足应用需求时，均可在外部进行扩展，如扩展存储器、I/O 接口、定时器 /计数器、中断系统等，可与许多通用的微机接口芯片兼容，系统设计方便灵活。C51 单片机教案3正因为如此，单片机具有功能强、体积小、成本低、功耗小、配置灵活等特点，使其在工业控制、智能仪表、自动化装置、通信系统、信号处理等领域以及家用电器、高级玩具、办公自动化设备等方面均得到广泛的应用。？那么单片机是怎么发展而来的呢？其发展状况又如何呢？四、发展概况1第一代：单
7、片机探索阶段(19741978 年)2第二代：单片机完善阶段(19781983 年)3第三代：微控制器形成阶段4第四代：微控制器百花齐放5单片机技术发展方向（1）CPU 的发展： 8 位16 位32 位（2）片内存储器的发展：扩大存储容量；片内 EPROM 开始 E2PROM 化；片内程序的保密措施（3）加强片内输入输出接口功能（4）单片机在工艺上的提高（5）相关开发软件的发展？常用的单片机有哪些呢？五、常用单片机系列介绍目前世界上单片机生产厂商很多, 如: Intel、 Motorola、 Philips、 Siemens、 NEC、 ADM、 Zilog 等公司, 其主流产品有几十个系列,
8、 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 公司的系列产品为例, 说明各系列之间的区别。 从 1976 年 8 位单片微机诞生以来，在单片微机领域中一直是以 8 位机为主流机型的，预计这种情况还将继续下去。自 1976 年 Intel 公司推出 MCS-48 系列单片机以来，单片机经过了 30 年的迅猛发展，有了繁多的系列和五花八门的机种，现介绍几种主要的系列。18051 单片机8051 单片机最早由 Intel 公司推出，其后多家公司购买了
9、 8051 的内核，使得以 8051为内核的 MCU 系列单片机在世界上产量最大，应用也最广泛。2WINBOND 单片机（华邦公司）3LG 公司生产的 GMS90 系列单片机应用于：多功能电话、智能传感器、电量表、工业控制、防盗报警装置、各种计费器、各种 IC 卡装置、DVD、VCD、CD-ROM 。4MSP430 单片机C51 单片机教案4TI 的 MSP430 单片机是最近引进中国的品种。它在超低功耗方面有突出的表现，经常被电池应用设计师所选用，被业界称为绿色 MCU。5Motorola 单片机Motorola 是世界上最大的单片机厂商。Motorola单片机的特点之一是在同样的速度下所用
10、的时钟频率较 Intel 类单片机低得多，因而使得高频噪声低，抗干扰能力强。更适合于工业控制领域及恶劣的环境。6MicroChip 单片机7Atmel 公司的 AVR 单片机8EM78 系列 OTP 型单片机9Zilog 单片机六、MCS-51 系列单片机的分类MCS-51 系列单片机共有二十多种芯片。C51 单片机教案51按片内不同程序存储器的配置来分MCS-51 系列单片机按片内不同程序存储器的配置来分，可以分为以下 3 种类型。(1)片内带 Mask ROM(掩膜 ROM)型：8051、80C51 、8052、80C52。此类芯片是由半导体厂家在芯片生产过程中，将用户的应用程序代码通过掩
11、膜工艺制作到 ROM 中。其应用程序只能委托半导体厂家“写入” ，一旦写入后不能修改。此类单片机适合大批量使用。(2)片内带 EPROM 型：8751、87C51 、8752。此类芯片带有透明窗口，可通过紫外线擦除存储器中的程序代码，应用程序可通过专门的编程器写入到单片机中，需要更改时可擦除重新写入。此类单片机价格较贵，不宜于大批量使用。(3)片内无 ROM(ROMLess)型：8031、80C31、8032。此类芯片的片内没有程序存储器，使用时必须在外部并行扩展程序存储器存储芯片。此类单片机由于必须在外部并行扩展程序存储器存储芯片，造成系统电路复杂，目前较少使用。2按片内不同容量的存储器配置
12、来分按片内不同容量的存储器配置来分，可以分为以下两种类型。(1)51 子系列型：芯片型号的最后位数字以 1 作为标志， 51 子系列是基本型产品。片内带有 4KB ROM/EPROM(8031、80C31 除外) 、128B RAM、2 个 16 位定时器/计数器、5 个中断源等。(2)52 子系列型：芯片型号的最后位数字以 2 作为标志， 52 子系列是增强型产品。片内带有 8KB ROM/EPROM(8032、80C32 除外) 、256B RAM、3 个 16 位定时器/计数器、6 个中断源等。3按芯片的半导体制造工艺上的不同来分按芯片的半导体制造工艺上的不同来分，可以分为以下两种类型。
13、(1)HMOS 工艺型：8051、8751、8052、8032。HMOS 工艺，即高密度短沟道 MOS 工艺。(2)CHMOS 工艺型：80C51 、83C51 、87C51、80C31、80C32、80C52。此类芯片型号中都以字母“C”来标识。此两类器件在功能上是完全兼容的，但采用 CHMOS 工艺的芯片具有低功耗的特点，常用于构成低功耗的应用系统。七、AT89 系列单片机分类在 MCS-51 系列单片机 8051 的基础上，Atmel 公司开发的 AT89 系列单片机自问世以来，以其较低廉的价格和独特的程序存储器快闪存储器(Flash Memory)为用户所青睐。C51 单片机教案6采用
14、了快闪存储器(Flash Memory)的 AT89 系列单片机，不但具有一般 MCS-51 系列单片机的基本特性(如指令系统兼容，芯片引脚分布相同等) ，而且还具有以下一些独特的优点。(1)片内程序存储器为电擦写型 ROM(可重复编程的快闪存储器)。整体擦除时间仅为10ms，可写入/擦除 1000 次以上，数据保存 10 年以上。(2)两种可选编程模式，即可以用 12V 电压编程，也可以用 VCC 电压编程。(3)宽工作电压范围，VCC 为 2.76V 。(4)全静态工作，工作频率范围为 024MHz ，频率范围宽，便于系统功耗控制。(5)3 层可编程的程序存储器上锁加密，使程序和系统更加难
15、以仿制。总之，AT89 系列单片机与 MCS-51 系列单片机相比，前者和后者有兼容性，但前者的性能价格比等指标更为优越。！友情提醒：初学单片机时总觉得这也不清楚那也不明白，学了半天还是一头雾水，这一是与现行的教材只讲理论，理论与实验脱离有关，二是对单片机的整个开发过程不知有关。实际上学习单片机要换一种思路来学，单片机的有些知识你不要问为什么，你照着做就行了。例如：对于每条指令你能问为什么这样吗？不能，这是设计工程师设计时设计的。要知道单片机种类很多，但不管哪种单片机，厂家都要配套提供编程器（固化程序） 、硬件仿真器、开发软件（编译软件） 、指令系统，芯片使用说明书，没有这些你很难进行二次开发
16、，除非你是绝对高手，破解芯片。知道了这些，就懂得了我们所做的工作就是按厂家提供的方法怎样使用好这个芯片、设计好你所需要的电路、按产品所要实现的功能编好程序。步骤三 课堂小结单片机是微型计算机的一个分支，由硬件系统和软件系统构成。单片机是将 CPU、存储器(RAM 和 ROM)、定时器/ 计数器以及 I/O 接口等主要部件集成在一块芯片上的微型C51 单片机教案7计算机。它具有功能强、体积小、抗干扰能力强、性价比高等特点，可作为常规器件应用于各种智能化系统中。单片机与一般的微型计算机相比，在硬件结构和指令设置上有以下主要特点。(1)大多数单片机采用哈佛(Harvard)结构体系，存储器 ROM
17、和 RAM 是严格区分、相互独立的。小容量的数据存储器能以高速 RAM 形式集成在单片机内，以加速单片机的执行速度，同时程序在只读存储器 ROM 中运行，不易受外界侵害，可靠性高。(2)I/O 引脚通常是多功能的。(3)有面向控制的指令系统，如丰富的转移指令、I/O 接口的逻辑操作以及位处理指令等。使单片机具有更强的逻辑控制能力，特别是具有很强的位处理能力。(4)外部扩展能力强。如扩展存储器、I/O 接口、定时器/ 计数器、中断系统等，可与许多通用的微机接口芯片兼容，系统设计方便灵活。步骤四 布置作业课外指导及作业：备注 采用现场软件教学方式；讲授、上机各半，边讲边练C51 单片机教案8第 2
18、 讲 MCS-51 系列单片机的内部结构授课序号：2授课日期 第 2 周 班级课题名称 第 2 讲 MCS-51 系列单片机的内部结构授课内容 MCS-51 系列单片机的内部结构和引脚说明 授 课 时 数 4教学目标与目的要求本章主要介绍 MCS-51 系列单片机芯片内的硬件结构、性能特性教学重点 重点要求掌握 MCS-51 型单片机的内部结构框图以及 8051 内部组成部件难点及突破难点的办法通过多媒体，结合有关的图形加以讲解教学环节时间分配类型：讲授教学过程及时间分配：1.组织教学 2 分钟2.讲授内容 83 分钟3.课堂小结 5 分钟5.实验 90 分钟教具：1、多媒体教室，U 盘2、讲
19、义与实验指导、教材3、教学系统授课主要内容和实施步骤复习：以提问的形式复习上一次课的主要内容步骤一:新课引入MCS-51 系列单片机产品有 8051，8031，8751，80C51，80C31，89C51 等型号（前三种为 CMOS 芯片，后两种为 CHMOS 芯片） 。它们的结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上有所不同。8051 内部设有 4K 字节的掩模 ROM 程序存储器， 8031 片内没有程序存储器，而 8751 是将 8051 片内的 ROM 换成 EPROM。89C51 将 EPROM 改成了 4K 的闪速存储器，可擦写 1 万次以上不坏，本章将对 8051 单片机的结构
20、作一介绍。步骤二:新课讲解一、MCS-51 型单片机的内部结构框图8051 单片机片内集成了中央处理器(CPU)、4KB 程序存储器(ROM)、128B 数据存储器(RAM)、128B 特殊功能寄存器(SFR)、2 个 16 位的定时器/计数器(T0 和 T1)、4 个 8 位的并行 I/O 端口(P0、P1、P2、P3)、1 个串行口、中断系统等。它们是通过片内单一总线连接起来的。如图所示为 8051 单片机功能方框图。C51 单片机教案9注：图中 4K（4096）字节的 ROM 存储器部分用 EPROM 替换就成为 8751；图中去掉 ROM部分就成为 8031 的结构图。二、8051 内
21、部组成部件介绍1中央处理器 CPU(8 位机)CPU 由运算器和控制器组成，是单片机的核心，完成运算和控制操作。1)运算器 ALU运算器是单片机的运算部件，用于实现二进制的算术运算和逻辑运算。它由图 2.2中的 ALU(算术运算单元)、累加器 ACC、寄存器 B、程序状态字 PSW、两个暂存器和位处理机等组成。(1)算术逻辑单元 ALU 与累加器 ACC、寄存器 B。运算器以 ALU 为核心，它不仅能完成 8 位二进制的加、减、乘、除、加 1、减 1 及BCD 加法的十进制调整等算术运算，还能对 8 位变量进行逻辑“与” 、 “或” 、 “异或” 、循环移位、求补、清零等逻辑运算，并具有数据传
22、输、程序转移等功能。累加器(ACC，简称累加器 A)为一个 8 位寄存器，它是 CPU 中使用最频繁的寄存器。进入 ALU 作算术和逻辑运算的操作数多来自 A，运算结果也常送回 A 保存。寄存器 B 是为 ALU 进行乘除法运算而设置的。若不作乘除运算时，则可作为通用寄存器使用。(2)程序状态字程序状态字 PSW 是一个 8 位的标志寄存器，它保存指令执行结果的特征信息，以供程序查询和判别。其各位的定义如下：C51 单片机教案10(3)布尔处理机（位处理机）它可对直接寻址的位(bit)变量进行位处理，如置位、清零、取反、测试转移以及逻辑“与” 、 “或”等位操作，使用户在编程时可以利用指令完成
23、原来单凭复杂的硬件逻辑所完成的功能，并可方便地设置标志等。2)控制器控制器是单片机的神经中枢，它保证单片机各部分能自动而协调地工作。控制器由定时和控制电路单元、程序计数器 PC、PC 增量器、指令寄存器、指令译码器、堆栈指针SP 和数据指针 DPTR 等部件组成。其中，程序计数器 PC 是一个不可寻址的 16 位专用寄存器(不属于特殊功能寄存器)，用来存放下一条指令的地址，具有自动加 1 的功能。单片机执行指令是在控制器的控制下进行的当 CPU 执行指令时，根据程序计数器 PC 中的地址从程序存储器中读出指令，送入指令寄存器中保存，然后送入指令译码器中进行译码，译码结果送到定时控制逻辑电路，由
24、定时控制逻辑产生各种定时信号和控制信号，再送到系统的各个部件去进行相应的操作，随后程序计数器中的地址自动加 1，以便为 CPU 取下一个需要执行的指令码做准备。当下一条指令码取出执行后，PC 又自动加 1，使指令被一条条地执行。这就是执行指令的全过程。2内部程序存储器(ROM)8051 单片机内有 4KB 掩膜 ROM，主要用于存放程序、原始数据和表格等内容，因此称为内部程序存储器或片内 ROM。3内部数据存储器(RAM)8051 单片机中共有 256 个 RAM 单元，但其中后 128 个单元被特殊功能寄存器(SFR)占用，可供用户用来存放可读取数据的只有前 128 个单元，通常把这部分单元
25、称为内部数据存储器或片内 RAM。4定时器/计数器8051 单片机片内有 2 个 16 位的定时器/计数器(T0、T1)，并能以其定时或计数的结果对系统进行控制。5并行 I/O 接口8051 单片机片内有 4 个 8 位并行 I/O 接口(P0、P1、P2、P3)。它们可双向使用，实现数据的并行输入/输出。6串行通信口8051 单片机片内有一个全双工的串行通信口，实现单片机和其他数据设备间的串行数据传送。该串行通信口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位寄存器使用。7中断控制系统8051 单片机共有 5 个中断源，即如下所列：(1)2 个外部中断源。(2)2 个定时器/计数器中断源。(3)1 个串行中断源。中断优先级分为高、低两级。
