单片机应用技术理论教学课题.docx
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单片机应用技术理论教学课题.docx
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单片机应用技术理论教学课题
《单片机应用技术》理论教学课题
课题一进位计数制及其转换1
课题二AT89S51的内部结构5
课题三AT89S51外部引脚及工作方式14
课题四51单片机指令格式及寻址方式19
课题五AT89S51的指令系统25
课题六51单片机汇编程序设计34
课题七51单片机中断技术及外部中断39
课题八51单片机定时/计数功能44
课题九AT89S51的串行口通信功能49
课题十中断优先及看门狗功能的使用54
课题一进位计数制及其转换
本课题的目标
学习完本课题后,您将能够:
1.清楚二进制数和十六进制数的计数特点。
2.清楚十进制、二进制、十六进制的转换方法。
本课题的要求
本课题教学完成后,初学者必须做到:
1.正确理解二进制数和十六进制数的计数原理与特点。
2.正确掌握十进制数、二进制数、十六进制数间的转换方法。
3.牢记十进制、二进制、十六进制转换对照表。
本次课讲解内容
1.十进制数
2.二进制数
3.十六进制数
4.数制间的转换
5.进制数对照表
讲解进程参考
学时
序号
内容提要
讲解时间
第一学时
1
明确本次课程目标及讲解内容
3分钟
2
十进制数
6分钟
3
二进制数
10分钟
4
十六进制
10分钟
5
二进制、十六进制转十进制
10分钟
休息
第二学时
1
十进制转二进制
8分钟
2
十进制转十六进制
8分钟
3
二进制转十六进制
8分钟
4
十六进制转二进制
8分钟
5
进制数对照表
6分钟
6
课题内容总结,明确本课题的要求
5分钟
本课题学生笔记
一.十进制数(D)
人类日常生活中使用的计数制。
共10个数码符号(0,1,2,3,4,5,6,7,8,9)
基数10(分析二进制数,该数为十进制)
权,以10为底的幂次方
特点,逢10进1
二.二进制数(B)
计算机及数码产品中使用的计数制。
共2个数码符号(0,1)
基数2(分析二进制数,该数为十进制)
权,以2为底的幂次方
特点,逢2进1
表示方法:
(1010110)2或1010110B
三.十六进制(H)
本质上是二进制的一种缩写,方便使用和计数。
共16个数码符号(0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F)
基数16(分析十六进制数,该数为十进制)
权,以16为底的幂次方
特点,逢16进1
表示方法:
(1A2B)16或1A2BH
四.数制间的转换
1.二进制、十六进制转十进制
方法:
权展开式
例:
将二进制数1010110B转换成十进制数。
例:
将十六进制数1A2BH转换成十进制数。
2.十进制转二进制
方法:
除以2倒取余
例:
将十进制数86转换成二进制数。
3.十进制转十六进制
方法:
除以16倒取余
例:
将十进制数6699转换成十六进制数。
4.二进制转十六进制
方法:
四位合一法
例:
将二进制数1010110B转换成十六进制数。
5.十六进制转二进制
方法:
一位分四法
例:
将十六进制数据1A2BH转换成二进制数。
五.进制数对照表
二进制数
(B)
十六进制数
(H)
十进制数
(D)
二进制数
(B)
十六进制数
(H)
十进制数
(D)
0000
0
0
1000
8
8
0001
1
1
1001
9
9
0010
2
2
1010
A
10
0011
3
3
1011
B
11
0100
4
4
1100
C
12
0101
5
5
1101
D
13
0110
6
6
1110
E
14
0111
7
7
1111
F
15
课题二AT89S51的内部结构
本课题的目标
学习完本课题后,您将能够:
1.认识AT89S51单片机,了解其特点、功能和使用优势。
2.清楚AT89S51单片机的重要组成部分及其CPU特点。
3.清楚AT89S51单片机中六大专用寄存器作用及特点。
4.清楚AT89S51单片机的存储器结构。
5.清楚AT89S51单片机的堆栈空间及堆栈的作用。
6.清楚AT89S51单片机I/O端口的特点。
本课题的要求
本课题教学完成后,初学者必须做到:
1.掌握单片机的含义,单片机基本结构组成及用途。
2.正确理解位、字节、字长、存储元、存储单元、存储单元地址的含义。
3.牢记专用寄存器PC、A、B、PSW、SP、DPTR特点及作用。
4.牢记状态字寄存器PSW中各个位标识符号及各位作用。
5.牢记内部RAM的结构及地址分区,内部ROM的地址范围及作用。
6.正确认识堆栈空间及堆栈的工作原理和作用。
本次课讲解内容
1.单片机的含义、组成
2.单片机应用技术中重要术语
3.AT89S51单片机的CPU结构
4.AT89S51单片机六大专用寄存器
讲解进程参考
学时
序号
内容提要
讲解时间
第一学时
1
明确本次课程目标及讲解内容
5分钟
2
回顾理论,导入课题
5分钟
3
单片机的含义
5分钟
4
单片机的组成
5分钟
5
几个重要术语的讲解
15分钟
6
AT89S51的CPU特点及组成
10分钟
休息
第二学时
1
程序计数器PC
5分钟
2
累加器A
5分钟
3
通用寄存器B
3分钟
4
程序状态字PSW
15分钟
5
堆栈指针SP
8分钟
6
数据指针DPTR
6分钟
7
本次课题的要点总结
5分钟
8
明确本课题的要求
3分钟
本课题学生笔记
一.单片机的含义、组成
1.单片机的含义
由单片集成电路芯片构成的微型计算机简称单片机,特别适用与控制领域,故又称为微控制器(MCU)。
2.AT89S51单片机的组成
中央处理器CPU、存储器、I/O接口电路、特殊功能模块四部分组成。
二.单片机应用技术中重要术语
1.位
在单片机应用中表示一个二进制信息的单位,1位即标志1个二进制信息0或1,单位:
BIT(比特)。
2.字节
规定8位二进制数据长度为1个字节,即1字节=8位。
3.字长
单片机一次能处理数据的位数称为字长,AT89S51的CPU一次最多能处理8位二进制的数据信息,所以AT89S51为8位机,字长为8位。
4.存储元
存储元是存储器中的对象,表示存储1位二进制信息的物理单元。
5.存储单元
存储单元是存储器中的对象,一个存储单元含有若干个存储元。
如果一个存储单元含有8个存储元,即该存储单元长度是8位。
6.存储单元地址
在存储器中每个存储单元都使用一个地址来表示,该地址往往也是二进制信息,长度由该存储器中存储单元的数量决定。
三.AT89S51单片机的CPU结构
特点:
字长为8位的中央处理器;由运算器、控制器、专用寄存器组三大模块组成。
运算器:
完成各种运算,提供丰富的指令系统和极快的指令执行速度。
控制器:
完成取指令并译码后执行指令,控制各种部件的协调工作。
专用寄存器组:
任何CPU不可缺少的部件,AT89S51专用寄存器组包括PC、A、B、PSW、SP、DPTR等。
四.AT89S51单片机六大专用寄存器
1.程序计数器PC(ProgramCounter)
特点:
16位、能自动加1、复位后内容为0000H;
作用:
存放下一条需要执行指令的内存地址;
2.累加器A(Accumulator)
特点:
8位、可位寻址、复位后内容为00H;
作用:
专门用来存放操作数或运算结果;
3.通用寄存器B(GeneralPurposeRegister)
特点:
8位、可位寻址、复位后内容为00H;
作用:
专门为乘法和除法设置的寄存器;
4.程序状态字PSW(ProgramStatusWord)
特点:
8位、可位寻址、复位后内容为00H;
作用:
存放指令执行后的有关状态;
PSW寄存器
CY
AC
F0
RS1
RS0
OV
—
P
进位位CY
辅助进位位AC
用户标志位F0
工作寄存器选择位RS1和RS0
溢出位OV
奇偶标志位P
5.堆栈指针SP(StackPoint)
特点:
8位、能自动加1减1、复位后内容为07H;
作用:
专门用来存放堆栈的栈顶地址。
6.数据指针DPTR(DataPointor)
特点:
16位、由两个8位寄存器拼装而成DPH(高8位)、DPL(低8位)、复位后内容为0000H;
作用:
存放16位数值数据或地址数据;
本次课讲解内容
1.单片机中的存储器
2.AT89S51单片机的ROM存储器
3.AT89S51单片机的RAM存储器
4.AT89S51单片机中的堆栈
5.AT89S51单片机的I/O端口
讲解进程参考
学时
序号
内容提要
讲解时间
第一学时
1
明确本次课程目标及讲解内容
5分钟
2
回顾理论,导入课题
6分钟
3
单片机中的存储器
10分钟
4
S51单片机的ROM存储器
8分钟
5
S51单片机的RAM存储器
15分钟
休息
第二学时
1
S51单片机的RAM存储器
10分钟
2
S51单片机中的堆栈
15分钟
3
S51单片机的I/O端口
10分钟
4
本课题要点总结
7分钟
5
明确本课题的要求
5分钟
本课题学生笔记
一.单片机中的存储器
1.只读存储器ROM
程序执行中,二进制信息只能读出而不允许写入的存储器,掉电后数据不丢失。
因此ROM存储器用来存放用户编写的程序(用户通过一定的工具将程序固化到ROM中)。
2.随机存储器RAM
单片机工作中,二进制信息能随时读出写入的存储器,掉电后数据丢失。
因此RAM存储器用来存放运行中的交互数据(用户通过编写的程序来使用RAM各个存储单元)。
二.AT89S51单片机的ROM存储器
在单片机中ROM中存放的是用户程序,因此ROM在单片机中称为程序存储器。
1.片内:
AT89S51内部带有4KB的FLASHROM存储器,地址范围0000H——0FFFH,利用编程器可擦除写入1000次以上。
2.片外:
AT89S51外部可扩展ROM最大为64K,地址范围0000H——FFFFH,内外地址重叠区通过EA^引脚区分。
(0:
外部,1:
内部)
三.AT89S51单片机的RAM存储器
在单片机中RAM主要存放运行中的数据,因此RAM在单片机中称为数据存储器。
1.片内:
AT89S51内部RAM存储单元地址范围00H—FFH,其中高128个单元80H—FFH称特殊功能寄存器区,不能被用户任意使用。
低128个单元00H—7FH为用户编程任意使用;
2.片外:
AT89S51外部可扩展RAM最大为64K,地址范围0000H—FFFFH,内外地址靠单片机指令来区分。
3.内部RAM结构
①在低128个存储单元中,00H—1FH共32个存储单元称为工作寄存器区,8个连续单元为一组,共分4组。
每组存储单元低到高的对应工作寄存器符号为R0—R7。
对应为哪组靠PSW寄存器中RS1、RS0的信息组合区分。
②在低128个存储单元中,20H—2FH共16个存储单元称为位寻址区,按低对低,高对高原则,每一位都有一个位地址,地址范围00H—FFH。
位地址与单元地址通过操作码区分。
③在低128个存储单元中,30H—7FH共80个存储单元称为通用区。
④在高128个存储单元中,AT89S51的寄存器组分布其中,特殊功能寄存器分布其中,保留区分布其中。
四.AT89S51单片机中的堆栈
在AT89S51的数据存储器(RAM)中开辟具有特殊存储功能的空间。
堆栈空间原则上可以设在内部RAM的任意区域。
保存数据时通过堆栈指针SP来指示栈顶地址位置。
堆栈指针默认地址是内部RAM的07H。
堆栈空间大小:
由栈顶到栈底的地址单元构成。
堆栈操作:
进栈与出栈(PUSH、POP、地址保护、地址恢复)。
堆栈特点:
后进先出原则。
堆栈指针:
SP,默认值是7FH,永远指向栈顶地址,SP能自动加1减1。
五.AT89S51单片机的I/O端口
1.并行I/O端口
AT89S51有四个8位的并行I/O端口,对应的端口寄存器符号为P0、P1、P2、P3;,分布在片RAM内高128单元中,同时对应着芯片的端口引脚。
2.串行I/0端口
AT89S51有一个全双工的可编程串行I/O端口。
课题三AT89S51外部引脚及工作方式
本课题的目标
学习完本课题后,您将能够:
1.认识实物AT89S51单片机芯片,了解其封装形式。
2.清楚AT89S51双列直插式芯片引脚分类、特点、功能。
3.清楚AT89S51单片机工作中几个时间概念的含义。
4.清楚AT89S51单片机几种工作方式及作用。
本课题的要求
本课题教学完成后,初学者必须做到:
1.能够在单位时间内按顺序标出双列直插式全部引脚的符号。
2.牢记P0、P2、P3口的第二功能标识符并简述其功能。
3.牢记单片机工作中四个时间周期的含义及相互关系。
4.牢记AT89S51单片机复位后,内部主要寄存器的初始状态。
本课题讲解内容
1.AT89S51单片机芯片的封装形式
2.双列直插式AT89S51的引脚
3.AT89S51单片机工作中的四个周期
4.AT89S51单片机的工作方式
讲解进程参考
学时
序号
内容提要
讲解时间
第一学时
1
明确本次课程目标及讲解内容
2分钟
2
回顾理论,导入课题
3分钟
3
AT89S51单片机的封装形式
5分钟
4
AT89S51引脚分类
5分钟
5
AT89S51的电源、控制引脚
10分钟
6
AT89S51的端口引脚
10分钟
7
AT89S51的P3口引脚功能
10分钟
8
学生笔记总结,提出学习要求
5分钟
休息
第二学时
1
晶振周期、时钟周期的含义
8分钟
2
机器周期、指令周期的含义
10分钟
3
AT89S51的复位工作方式
10分钟
4
AT89S51的执行工作方式
5分钟
5
AT89S51的节电、编程工作方式
5分钟
6
本课题总结,明确本课题的要求
5分钟
本课题学生笔记
一.AT89S51单片机芯片的封装形式
1.双列直插式封装
2.方形封装
二.双列直插式AT89S51的引脚
1.引脚分类
电源线2个、控制线6个、端口线4×8个总计40个引脚。
2.电源引脚
VCC:
接电源正极,给芯片通电,引脚号40。
GND:
接电源负极,芯片地线,引脚号20。
3.控制引脚
RST:
芯片复位,高电平复位,引脚号9。
XTAL1:
外接晶振输入端,引脚号18。
XTAL2:
外接晶振输出端,引脚号19。
EA^/Vpp:
片外ROM选择/编程电源线,引脚号31。
ALE/PROG^:
地址锁存允许/芯片编程,引脚号30。
PSEN^:
片外ROM选通线,引脚号29。
4.端口引脚
P0口(P0.0—P0.7):
用于传送输入/输出数据时为准双向口,用于传输数据/地址时为真正的双向口。
漏极开路,总线扩展时用做低八位地址且做8位数据线。
(引脚号39—32)
P1口(P1.0—P1.7):
准双向通用I/O口,内含上拉电阻。
(引脚号1—8)
P2口(P2.0—P2.7):
准双向通用I/O口,内含上拉电阻;总线扩展时做高八位地址。
(引脚号21—28)
P3口(P3.0—P3.7):
准双向I/O口,内含上拉电阻;第二功能丰富。
P3.0—RXD串行数据接收口,引脚号10。
P3.1—TXD串行数据发送口,引脚号11。
P3.2—INT0^外部中断0输入,引脚号12。
P3.3—INT1^外部中断1输入,引脚号13。
P3.4—T0计数器0计数输入,引脚号14。
P3.5—T1计数器1计数输入,引脚号15。
P3.6—WR^外部RAM写选通信号,引脚号16。
P3.7—RD^外部RAM读选通信号,引脚号17。
三.AT89S51单片机工作中的四个周期
1.晶振周期
又称振荡周期,由单片机内部振荡电路产生的时间周期,是单片机时序中最小的时间单位。
2.时钟周期
振荡脉冲经二分频后产生的时间周期(节拍),故时钟周期是晶振周期的2倍。
3.机器周期
CPU完成某次特定操作所需要的时间,AT89S51单片机的机器周期固定为6个时钟周期。
4.指令周期
执行一条指令所需要的时间,是单片机时序中最大的时间单位。
AT89S51中有单周期指令,有双周期指令,两个四周期指令。
机器周期=6倍时钟周期=12倍晶振周期
四.AT89S51单片机的工作方式
1.复位方式
单片机在开机时都需要复位,常用的复位方法有上电复位和按键复位。
AT89S51复位时将对重要的寄存器自动进行初始化操作。
(PC)=0000H(A)=00H(B)=00H(PSW)=00H(SP)=07H
(DPTR)=0000H(P0)=0FFH(P1)=0FFH(P2)=0FFH(P3)=0FFH
2.程序执行方式
程序执行方式是单片机的基本工作方式,程序总是从地址0000H开始执行,PC自动加1。
3.节电工作方式
节电工作方式是一种减少单片机功耗的工作方式,通常有空闲模式、掉电模式等。
4.编程工作方式
使用开发工具对单片机内FLASHROM进行编程等操作的过程。
课题四51单片机指令格式及寻址方式
本课题的目标
学习完本课题后,您将能够:
1.认识到单片机受指令控制的实质。
2.清楚51系列单片机的指令格式。
3.清楚51系列单片机执行指令时的七中寻址方式。
4.初步具备利用寻址方式来解决数据传送。
本课题的要求
本课题教学完成后,初学者必须做到:
1.能够叙述51单片机指令的表示形式及各形式的本质含义。
2.牢记51单片机的七大寻址方式。
3.牢记51单片机七种寻址方式的数据传递途径。
本课题讲解内容
1.51单片机的指令系统
2.51单片机的指令表示形式
3.51单片机的指令格式
4.51单片机的七种寻址方式
讲解进程参考
学时
序号
内容提要
讲解时间
第一学时
1
明确本次课程目标及讲解内容
3分钟
2
回顾理论,导入课题
5分钟
3
指令、指令系统
8分钟
4
指令表示形式
8分钟
5
51指令格式
8分钟
6
立即寻址
8分钟
7
寄存器寻址
8分钟
休息
第二学时
1
直接寻址
8分钟
2
间接寻址
10分钟
3
变址寻址
10分钟
4
相对寻址
7分钟
5
位寻址
5分钟
6
课题总结,明确本课题的要求
5分钟
本课题学生笔记
一.51单片机的指令系统
1.指令:
计算机用于控制各种功能部件完成某一指定动作的命令。
2.指令系统:
指令的集合,该CPU能执行的所有指令。
AT89S51单片机指令系统中有111条指令,实现51种操作。
每条指令最终将存放到程序存储器中,使CPU能取指令,执行指令。
二.51单片机的指令表示形式
1.机器码:
可直接被计算机识别并执行的形式,在程序存储器中肯定是高低电平,对应的数学模型是二进制数形式,这样才能够被人所认识和使用。
2.十六进制形式:
机器码的二进制数形式的缩写而已。
(记忆、交流困难)
3.助记符形式:
又称汇编符形式,一种英文单词的缩写,与操作码严格对应,需要汇编器翻译成机器码形式。
(记忆、交流方便)
三.51单片机的指令格式(汇编形式)
1.指令由操作码和操作数两部分构成,是指令必有操作码,但某些指令不含操作数。
操作码操作数或操作数地址
2.操作码:
用于指示机器执行何种操作,即做什么。
3.操作数:
操作码执行的对象,即对什么做什么。
四.51单片机的七种寻址方式
单片机通过执行指令来完成某个工作,在执行指令时实际上是不断寻找操作数并进行操作的过程。
寻找操作数的方法定义为寻址方式。
1.立即寻址
指令中直接含有所需寻址的操作数,该操作数称为立即数。
立即数通常使用#data表示。
本质上,操作数存放在程序存储器中。
例如:
MOVA,#3AH;A←3AH
2.寄存器寻址
指令中含有该操作数所在的寄存器。
本质上,操作数在寄存器内。
例如:
MOVA,R0;A←(R0)
3.直接寻址
指令中含有操作数地址。
本质上,操作数在数据存储器中。
例如:
MOVA,3AH;A←(3AH)
4.间接寻址
指令中含有该操作数地址的寄存器。
本质上,操作数在数据存储器中。
例如:
MOVA,@R0;A←((R0))
5.变址寻址
变址寻址的本质是对程序存储器ROM进行读操作,被读取数据的地址由两个积存器的和产生,数据读出后存入累加器A中。
AT89S51中只有两条指令是变址寻址指令:
MOVCA,@A+PC;A←((A)+(PC))操作数在程序存储器中
MOVCA,@A+DPTR;A←((A)+(DPTR))操作数在程序存储器中
6.相对寻址
跳转指令即为相对寻址,指令中含有相对地址偏移量。
相对寻址的本质是改变当前PC值。
这样就能改变程序执行的顺序。
例如:
SJMPrel;PC←(PC)+rel
7.位寻址
将二进制中某一位作为操作数,该操作数地址即位地址。
对该位操作数的操作都叫位寻址。
例如:
MOVC,00H;C←(00H)
课题五AT89S51的指令系统
本课题的目标
学习完本课题后,您将能够:
1.清楚AT89S51有哪几类指令及各类指令用途。
2.清楚AT89S51指令系统中各指令的时空特性。
3.清楚AT89S51指令系统中的111条指令的功能。
4.初步具备面对问题该利用哪类指令来解决问题。
本课题的要求
本课题教学完成后,初学者必须做到:
1.能够叙述指令字节和指令执行周期的本质含义。
2.分类牢记AT89S51单片机的111条指令及功能。
本次课讲解内容
1.51单片机指令的时空特性
2.AT89S51数据传送指令
3.AT89S51算术运算指令
讲解进程参考
学时
序号
内容提要
讲解时间
第一学时
1
明确本次课程目标及讲解内容
5分钟
2
回顾理论,导入课题
5分钟
3
指令的字节数
8分钟
4
指令的周期数
8分钟
5
数据传送指令
15分钟
休息
第二学时
1
数据传送指令
10分钟
2
算术运算指令
20分钟
3
本次课要点总结
10分钟
4
明确本课题的要求
5分钟
本课题学生笔记
一.51单片机指令的时空特性
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