单片机原理及应用理论教学大纲

《单片机原理及应用》理论教学大纲课程编号：16DL080410课程名称：单片机原理及应用总学时数：48（理论）一、说明（一）《单片机原理及应用》的课程性质：学科基础课（二）教材及授课对象：教材：张毅刚等,《单片微机原理及应用（第二版）》授课对象：电子信息工程、电气工程及其自动化、通信工程等专业本科生（三）《单片机原理及应用》的课程目标（教学目标）：通过本课程的学习，使学生掌握AT89S51单片机的硬件基本结构、内部各种功能部件的工作原理、汇编语言指令系统以及各种常用硬件接口设计和程序设计，最终使学生能够根据工程开发任务的要求，能够完成单片机应用系统的软硬件的开发与设计。并为学生将来学习DSP、嵌入式微处理器打下良好的基础。（四）《单片机原理及应用》课程授课计划（包括学时分配）章次内容讲授一单片机概述2二AT89S51单片机的硬件结构4三AT89S51单片机指令系统4四汇编语言程序设计6五中断系统6六AT89S51单片机的定时器/计数器6七AT89S51单片机的串行口6八AT89S51单片机外部存储器的扩展4九AT89S51单片机的I/O扩展4十单片机与输入/输出外设的接口6十一单片机与D/A、A/D转换器的接口6十二单片机的串行扩展技术2十三单片机的应用设计与调试2总学时48（五）教学建议：教学过程中应结合电子信息工程、电气工程及其自动化、通信工程等专业发展的特点及应用型人才培养目标的确立，在课程建设和教学过程中要着重体现“实用型”特点，引入启发式教学、任务驱动式教学、案例分析教学、仿真辅助教学等多种教学方法，引导学生主动学、乐意做，不断提高理论联系实际的能力。（六）考核要求：课程总成绩由平时考核成绩、实验成绩和期末考试成绩三部分组成。其中平时成绩占30%，期末考试成绩占70%。平时考核成绩由上课出勤情况、作业完成情况组成。其中出勤和作业各15分。二、教学内容第1章单片机概述主要教学目标：介绍有关单片机的基础知识；单片机的历史及发展概况；单片机的发展趋势；单片机的应用领域；单片机的主流机型；各种与AT89S51兼容的增强型和扩展型的80C51系列单片机；此外对目前使用较多的AVR、PIC单片机进行简介，对嵌入式处理器家族其他成员DSP、嵌入式微处理器、SOC也作以介绍，以开阔学生的眼界。教学方法及教学手段：多媒体；产品、作品演示教学重点及难点：单片机的结构框架；AT89S51单片机的特点；1.1什么是单片机1.2单片机的发展历史一、第一阶段（1974年～1976年）二、第二阶段（1976年～1978年）三、第三阶段（1978年～1983年）四、第四阶段（1983年～现在）1.3单片机的特点一、功能齐全，应用可靠，抗干扰能力强。二、简单方便，易于普及。单片机技术是易掌握技术。应用系统设计、组装、调试已经是一件容易的事情，工程技术人员通过学习可很快掌握其应用设计技术。三、发展迅速，前景广阔。1.4单片机的应用一、单片机在仪器仪表中的应用二、单片机在机电一体化中的应用三、单片机在智能接口和多机系统中的应用四、单片机在生活中的应用1.5单片机的发展趋势一、CPU的改进二、存储器的发展三、片内I/O的改进四、低功耗化五、外围电路内装化1.6MCS－51系列与AT89C5x系列单片机一、MCS－51系列单片机二、AT89C5x（AT89S5x）系列单片机1.7其他的51单片机一、ADmC812单片机二、C8051Fxxx单片机三、台湾华邦公司W78系列和W77系列单片机1.8AVR系列单片机与PIC系列单片机一、AVR系列单片机二、PIC系列单片机1.9各类嵌入式处理器简介一、嵌入式微控制器（单片机）二、嵌入式数字信号处理器三、嵌入式微处理器四、嵌入式片上系统第2章AT89S51单片机的硬件结构主要教学目标：掌握单片机的主要功能部件；掌握单片机的引脚及其功能定义；掌握单片机的复位电路、时钟电路；理解单片机的指令周期教学方法及教学手段：多媒体；教学重点及难点：单片机的主要功能部件；单片机的引脚功能定义单片机的时钟电路及指令周期2.1AT89S51单片机的硬件组成一、内部结构（一）8位微处理器（CPU）；（二）数据存储器（128BRAM）；（三）程序存储器（4KBFlashROM）；（四）4个8位可编程并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）；（五）1个全双工的异步串行口；（六）2个可编程的16位定时器/计数器；（七）1个看门狗定时器；（八）中断系统具有5个中断源、5个中断向量；（九）特殊功能寄存器（SFR）26个；2.2AT89S51的引脚功能一、电源及时钟引脚（一）电源引脚（二）时钟引脚二、控制引脚三、并行I/O口引脚2.3AT89S51的CPU一、运算器（一）ALU（二）Acc（三）PSW二、控制器2.4AT89S51存储器的结构一、程序存储器空间二、数据存储器空间（一）片内数据存储器空间（二）片外数据存储器空间三、特殊功能寄存器（一）SP （二）B（三）AUXR（四）DPTR（五）AUXR1（六）WDT四、位地址空间2.5AT89S51的并行I/O口一、P0口（一）位电路结构（二）工作过程分析（三）P0口的特点二、P1口（一）位电路结构（二）工作过程分析（三）P1口的特点三、P2口（一）位电路结构（二）工作过程分析（三）P2口的特点四、P3口（一）位电路结构（二）工作过程分析（三）P3口的特点五、P1～P3口驱动LED发光二极管2.6时钟电路与时序一、时钟电路设计（一）内部时钟方式（二）外部时钟方式二、机器周期、指令周期与指令时序（一）机器周期（二）指令周期（三）指令时序2.7复位操作和复位电路一、复位操作二、复位电路设计2.8低功耗节电模式一、空闲模式（一）空闲模式进入（二）空闲模式退出二、掉电运行模式（一）掉电模式进入（二）掉电模式退出三、掉电和空闲模式下的WDT第3章AT89S51单片机的指令系统主要教学目标：掌握存储空间结构及操作指令；学习111条指令。教学方法及教学手段：多媒体；演示教学重点及难点：两大存储空间结构；内部RAM功能分区应用；堆栈操作和PC的理解。3.1指令系统概述3.2指令格式3.3指令系统的寻址方式一、寄存器寻址方式二、直接寻址方式三、寄存器间接寻址方式四、立即数寻址方式五、寄存器变址寻址方式六、相对寻址方式七、位寻址方式3.4AT89S51指令系统分类介绍一、数据传送类指令二、算术运算类指令三、逻辑操作类指令四、控制转移类指令五、位操作类指令3.5AT89S51指令汇总一、数据传送类指令二、算术运算类指令三、逻辑操作类指令四、控制转移类指令五、位操作类指令3.6某些指令的说明一、读引脚与读锁存器区别二、字节地址与位地址区分三、A与ACC第4章AT89S51汇编语言程序设计主要教学目标：掌握：伪指令；程序流程图；程序的三种基本结构；子程序结构。教学方法及教学手段：讲授；多媒体；教学重点及难点：分支程序设计；循环程序设计；参数传递。4.1汇编语言程序设计概述一、单片机编程语言二、汇编语言语句和格式三、伪指令（一）ORG（二）END（三）EQU（四）DB（五）DW（六）DS（七）BIT4.2汇编语言源程序的汇编一、手工汇编二、机器汇编4.3AT89S51汇编语言程序设计举例一、子程序的设计（一）要注意的问题（二）基本结构二、查表程序设计三、关键字查找程序设计（一）顺序检索（二）对分检索四、数据极值查找程序设计五、数据排序程序设计六、分支转移程序设计（一）单分支（二）多分支七、循环程序设计（一）循环程序结构（二）循环程序控制第5章AT89S51单片机的中断系统主要教学目标：掌握：中断系统结构，五个中断源及其控制，中断程序设置教学方法及教学手段：讲授；多媒体；教学重点及难点：五个中断源及其控制，中断程序设置5.1AT89S51中断技术概述5.2AT89S51中断系统结构一、中断请求源二、中断请求标志寄存器（一）TCON（二）SCON5.3中断允许与中断优先级的控制一、中断允许寄存器IE二、中断优先级寄存器IP5.4响应中断请求的条件一、总中断允许开关接通，即IE寄存器中的中断总允许位EA=1。二、该中断源发出中断请求，即对应的中断请求标志为“1”三、该中断源的中断允许位EA=1，即该中断被允许。四、无同级或更高级中断正在被服务。5.5外部中断的响应时间5.6外部中断的触发方式选择一、电平触发方式二、跳沿触发方式5.7中断请求的撤销一、定时/计数器中断请求的撤销二、外部中断中断请求的撤销三、串行口中断请求的撤销5.8中断服务子程序的设计一、中断服务子程序设计的任务二、中断时主程序设计的结构三、中断服务子程序的流程5.9多外部中断源系统设计第6章AT89S51单片机的定时器/计数器主要教学目标：掌握定时器计数器的结构，了解定时器/计数器的4种工作方式，定时器/计数器的编程和应用教学方法及教学手段：讲授；多媒体；教学重点及难点：了解定时器/计数器的4种工作方式，定时器/计数器的编程和应用6.1定时器/计数器的结构一、工作方式控制寄存器TMOD二、定时器/计数器控制寄存器TCON6.2定时器/计数器的4种工作方式一、方式0二、方式1三、方式2四、方式36.3对外部输入的计数信号的要求一、方式3下的T0二、T0工作在方式3时T1的各种工作方式6.4定时器/计数器的编程和应用一、方式1的应用二、方式2的应用三、方式3的应用四、门控制位GATEx的应用－测量脉冲宽度五、实时时钟的设计（一）基本思想（二）程序设计第7章AT89S51单片机的串行口主要教学目标：掌握单片机串行口的结构，了解串行口的四种工作方式，串行口的应用教学方法及教学手段：讲授；多媒体；教学重点及难点：掌握单片机串行口的结构，了解串行口的四种工作方式，串行口的应用7.1串行口的结构一、串行口控制寄存器SCON二、特殊功能寄存器PCON7.2串行口的4种工作方式一、方式0（一）方式0发送（二）方式0接收二、方式1（一）方式1发送（二）方式1接收三、方式2（一）方式2发送（二）方式2接收四、方式37.3多机通信7.4波特率的制定方法一、波特率的定义二、定时器T1产生波特率的计算7.5串行口的应用一、双机串行通信的硬件连接（一）TTL（二）RS-232C（三）RS-422A（四）RS-485二、串行通信设计需要考虑的问题三、双机串行通信软件编程（一）串行口方式1的编程（二）串行口方式2的编程（三）串行口方式3的编程四、PC机与单片机的点对点串行通信接口设计五、PC机与单片机与多个单片机的串行通信接口设计（一）硬件接口电路（二）软件设计思想第8章AT89S51单片机外部存储器的扩展主要教学目标：掌握单片机系统扩展结构，地址分配存储器和外部地址锁存器，学习各种存储器扩展。教学方法及教学手段：讲授；多媒体；教学重点及难点：地址分配存储器和外部地址锁存器，学习各种存储器扩展。8.1系统扩展结构8.2地址空间分配和外部地址锁存器一、存储器地址空间分配（一）译码法（二）线选法二、外部地址锁存器（一）74LS373（二）74LS5738.3程序存储器EPROM的扩展一、常用的EPROM芯片（一）引脚（二）工作方式二、程序存储器的操作时序（一）访问程序存储器的控制信号（二）操作时序三、AT89S51单片机与EPROM的接口电路设计（一）单片时的接口电路设计（二）多片时的接口电路设计8.4静态数据存储器RAM的扩展一、常用的静态RAM（SRAM）芯片二、外扩数据存储器的读写操作时序（一）读片外RAM操作时序（二）写片外RAM操作时序三、AT89S51单片机与RAM的接口电路设计8.5EPROM和RAM的综合扩展一、综合扩展的硬件接口电路二、外扩存储器电路的工作原理及软件设计（一）单片机片外程序区读指令过程（二）单片机片外数据区读/写指令过程8.6E2PROM的扩展一、并行E2PROM芯片简介二、E2PROM的工作方式（一）维持方式（二）读方式（三）写方式（四）数据查询方式三、AT89S51单片机扩展E2PROMAT2864的设计8.7片内Flash存储器的编程一、通用编程器编程二、ISP编程第9章AT89S51单片机的I/O扩展主要教学目标：掌握AT89S51扩展I/O接口芯片82C55的设计，AT89S51扩展I/O接口芯片81C55的设计教学方法及教学手段：讲授；多媒体；教学重点及难点：AT89S51扩展I/O接口芯片82C55的设计，AT89S51扩展I/O接口芯片81C55的设计；用I/O口控制的声音报警接口9.1I/O接口扩展概述一、扩展的I/O接口功能二、I/O端口的编址（一）独立编址（二）统一编址三、I/O数据的传送方式（一）同步（二）查询（三）中断四、I/O接口电路9.2AT89S51扩展I/O接口芯片82C55的设计一、82C55芯片简介（一）引脚说明（二）内部结构二、工作方式选择控制字及端口PC置位/复位控制字（一）工作方式选择控制字（二）PC置位/复位控制字三、82C55的3种工作方式（一）方式0（二）方式1（三）方式2四、AT89S51单片机与82C55的接口设计（一）硬件接口电路（二）确定82C55端口地址（三）软件编程9.3AT89S51扩展I/O接口芯片81C55的设计一、81C55芯片介绍（一）结构（二）引脚功能二、81C55的工作方式（一）存储器方式（二）I/O方式三、AT89S51单片机与81C55的接口设计及软件编程（一）硬件接口电路（二）编程9.4利用74LSTTL电路扩展并行I/O口9.5用AT89S51单片机的串行口扩展并行口一、用74LS165扩展并行输入口二、用74LS164扩展并行输出口9.6用I/O口控制的声音报警接口一、蜂鸣音报警接口二、音乐报警接口第10章AT89S51单片机与输入/输出外部设备的接口主要教学目标：掌握键盘显示器接口的基本原理，常用键盘显示器接口芯片的使用方法教学方法及教学手段：讲授；多媒体；教学重点及难点：掌握键盘显示器接口原理10.1LED数码管的显示原理一、LED数码管的结构二、LED数码管工作原理（一）静态显示方式（二）动态显示方式10.2键盘接口原理一、键盘输入应解决的问题（一）任务（二）特点（三）按键识别（四）消抖二、键盘的工作原理三、键盘的工作方式（一）编程扫描（二）定时扫描10.3键盘/显示器接口设计实例一、利用AT89S51单片机串行口实现的键盘/显示器接口二、各种专用的键盘/显示器接口芯片简介（一）8279（二）ZLG7290B（三）MAX7219（四）BC7281（五）HD7279（六）CH451三、专用接口芯片CH451实现的键盘/显示器控制（一）基本功能与引脚介绍（二）操作命令（三）接口电路四、专用接口芯片HD7279实现的键盘/显示器控制（一）简介（二）接口电路10.4AT89S51单片机与液晶显示器（LCD）的接口一、LCD显示器的分类二、点阵字符型液晶显示模块介绍（一）基本结构与特性（二）LCM引脚三、AT89S51单片机与LCD的接口及软件编程（一）接口电路（二）软件编程第11章AT89S51单片机与D/A、A/D转换器的接口主要教学目标：掌握AT89S51单片机与DAC、ADC、V/F转换器之间的接口原理与设计教学方法及教学手段：讲授；多媒体；教学重点及难点：AT89S51单片机与DAC、ADC、V/F转换器的接口设计11.1AT89S51单片机与D/A转换器的接口一、D/A转换器简介（一）概述（二）主要技术指标二、AT89S51单片机与8位D/A转换器DAC0832的接口设计（一）DAC0832简介（二）DAC0832接口电路三、AT89S51单片机与12位D/A转换器AD667的接口设计（一）介绍（二）接口电路四、AT89S51与串行输入的12位D/A转换器AD7543的接口设计（一）引脚介绍（二）接口电路11.2AT89S51单片机与A/D转换器的接口一、A/D转换器简介（一）概述（二）主要技术指标二、AT89S51与逐次比较型8位A/D转换器ADC0809的接口（一）引脚与功能（二）结构与转化原理（三）接口电路三、AT89S51与逐次比较型12位A/D转换器AD1674的接口（一）简介（二）工作特性（三）AD1674的单极性和双极性输入的电路（四）接口电路（五）更高分辨率的A/D转换器的选用四、AT89S51与双积分型A/D转换器MC14433的接口（一）简介（二）接口电路11.3AT89S51单片机与V/F转换器的接口一、用V/F转换器实现A/D转换的原理二、常用V/F转换器LMX31简介（一）主要特性（二）电特性参数（三）LMX31外部接线三、V/F转换器与MCS-51单片机接口四、LM331应用举例（一）接口电路（二）软件设计第12章单片机的串行扩展技术主要教学目标：掌握单片机总线串行扩展的知识，AT89S51单片机的I2C串行扩展设计教学方法及教学手段：讲授；多媒体；教学重点及难点：AT89S51单片机的I2C串行扩展设计12.1单总线串行扩展12.2SPI总线串行扩展12.3I2C总线的串行扩展介绍一、I2C串行总线概述二、I2C总线的数据传送（一）数据位的有效性规定（二）起始和终止信号（三）I2C总线上数据传送的应答（四）I2C总线上的数据帧格式（五）寻址方式（六）寻址字节中的特殊地址（七）数据传送格式第13章AT89S51单片机的应用设计与调试主要教学目标：掌握单片机应用系统的设计步骤，以及单片机应用系统的仿真开发与调试教学方法及教学手段：讲授；多媒体；教学重点及难点：单片机应用系统的仿真开发与调试13.1单片机应用系统的设计步骤13.2单片机应用系统设计一、硬件设计应考虑的问题（一）尽可能采用功能强的芯片（二）以软代硬（三）工艺设计二、典型的单片机应用系统三、系统设计中的地址空间分配与总线驱动（一）地址空间分配（