单片机第一章教案

学校：系部：机电系班级：1320

课程：单片机技术及应用以工作过程为导向的项目教学专业：机电一体化课时：3授课教师：学生人数：35项目名称：单片机控制一只发光二极管闪烁

子项目名称：单片机的基本概念一、项目任务（提出问题）以工作过程为导向的项目教学了解、认识单片机及基本概念（1）双列直插式（2）方形二、相关理论知识及技术技能1.认识单片机及基本概念。2.单片机应用领域。3.单片机的发展概述及常用系列。以工作过程为导向的项目教学师生互动：提问、讨论，讲解二、相关理论知识（问题分析-故障及现象）以工作过程为导向的项目教学（一）单片机应用领域。

（1）、在日常生活及家用电器中的应用。以工作过程为导向的项目教学以工作过程为导向的项目教学洗衣机控制电路板复读机控制电路板以工作过程为导向的项目教学以工作过程为导向的项目教学排队机控制电路板以工作过程为导向的项目教学（2）、在办公自动化方面的应用应用。以工作过程为导向的项目教学（3）在工业自动化方面的应用以工作过程为导向的项目教学（4）在智能仪器仪表方面的应用以工作过程为导向的项目教学（5）在汽车电子与航空航天方面的应用以工作过程为导向的项目教学（6）在机电一体化方面的应用以工作过程为导向的项目教学（7）其它的应用二、相关理论知识及技术技能（二）认识单片机及基本概念。了解认识单片机是学习单片机的基础。常用单片机的封装形式：（1）、双列直插式（2）、方形

以工作过程为导向的项目教学（1）双列直插式（2）方形（2）方形（3）贴片二、相关理论知识（问题分析-故障及现象）以工作过程为导向的项目教学

（一）认识单片机及基本概念。

(3）、单片机——将中央处理器CPU和及其I/O接口电路等集成在了一块集成芯片上，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机。

单片机的形态只是一块芯片，但是它只是具有了微型计算机的组成结构和功能由于单片机的结构特点，在实际应用中常常将它完全融入应用系统之中，故而也有将单片机称为嵌入式微控制器MCU

单片机开发系统有编程器和仿真器。实现单片机应用系统的硬、软件开发以工作过程为导向的项目教学单片机的开发和开发工具单片机本身没有自我开发能力，必须借助开发工具来生成目标程序，排除目标系统中的软硬件故障。单片机应用系统的软硬件调试需要专门的开发工具，称为单片机开发系统或仿真机。然后将调试好的程序固化到用户系统的单片机内或固化到EPROM中，对独立的用户系统进行试运行，若满足设计要求，则开发工作完成。以工作过程为导向的项目教学（1）仿真器和编程器以工作过程为导向的项目教学单片机开发板二、相关理论知识（问题分析-故障及现象）以工作过程为导向的项目教学（二）单片机的发展概述及常用系列。

1、单片机作为嵌入式微控制器在工业测控系统、智能仪器和家用电器中得到广泛应用。虽然单片机的品种很多，但其中最具有代表性的是Intel公司的MCS-51系列单片机,以及其与之兼容的派生系列芯片。Intel8位单片机的发展经历了以下3代：

第一代：以1976年推出的MCS-48系列为代表。第二代：以MCS-51的8051为代表的单片机，第三代：以80C51系列为代表。

8051单片机：8051单片机最早由Intel公司推出,随后Intel公司将80C51内核使用权以专利互换或出让给世界许多著名IC制造厂商，如Philips、NEC、Atmel、AMD、Dallas、siemens、Fujutsu、OKI、华邦、LG等。在保特与80C51单片机兼容的基础上，这些公司容入了自身的优势，扩展了针对满足不同测控对象要求的外围电路，如满足模拟量输入的A/D、满足伺服驱动的PWM、满足高速输入/输出控制的HSL/HSO、满足串行扩展总线I2C、保证程序可靠运行的的WDT、引入使用方便且价廉的FlashROM等，开发出上百种功能各异的新品种。这样80C51单片机就变成了众多芯片制造厂商支持的大家族，统称为80C51系列单片机。

客观事实表明，80C51已成为8位单片机的主流，成了事实上的标准MCU芯片。以工作过程为导向的项目教学以工作过程为导向的项目教学1、ATMEL单片机

目前，国内广泛应用的芯片是80C51系列，其中ATMEL公司生产的具有FlashROM的增强型51系列单片机目前在市场上仍然十分流行，其中AT89S系列十分活跃AVR单片机：AVR单片机是ATMEL在90年代推出的精简指令集RISC的单片机,跟PIC类似。使用哈佛结构。

是增强型RISC内载Flash的单片机,芯片上的Flash存储器附在用户的产品中,可随时编程,再编程,使用户的产品设计容易,更新换代方便.AVR单片机采用增强的RISC结构,使其具有高速处理能力,在一个时钟周期内可执行复杂的指令,每MHz可实现1MIPS的处理能力.

AVR单片机工作电压为2.7~6.0V,可以实现耗电最优化。AVR的单片机广泛应用于计算机外部设备,工业实时控制,仪器仪表,通讯设备,家用电器,宇航设备等各个领域。二、相关理论知识（问题分析-故障及现象）以工作过程为导向的项目教学

ATMEL公司所生产的ATMEL89系列单片机（简称89系列单片机），就是基于Intel公司的MCS-5l系列而研制的，该公司的技术优势在于Flash存储器技术。标准型单片机有：AT89C51，AT89LV51，AT89C52，AT89LV52；低档型单片机有：AT89C1051和AT89C2051两种型号。它们的CPU内核和AT89C51是相同的，但并行I/O较少；高档型单片机有：AT89S8252，这是一种可下载的Flash单片机。它和IBM微机通信进行下载程序十分方便。

AT91M系列是基于ARM7TDMI嵌入式处理器的ATMEL16/32微处理器系列中的一个新成员该处理器用高密度的16位指令集实现了高效的32位RISC结构且功耗很低。二、相关理论知识（问题分析-故障及现象）以工作过程为导向的项目教学

2、Philips单片机

飞利浦半导体作为全球著名的半导体产品供应商，在单片机（MCU）领域具有强大的影响力，产品范围广泛并且在技术创新上极为活跃。尤其近几年在ARM（32位）和增强型51单片机方面，有大量的新产品问世。Philips公司的的单片机都属于MCS-51系列兼容的单片机。从内部结构看可以划分为两大类，8位机与80C51兼容系列和16位机XA系列。Philips公司的的单片机8位机的主要产品型号有P80CXX、P87CXX和P89CXX系列，16位机的主要产品型号有PXACXX、PXAGXX和PXASXX等。

以工作过程为导向的项目教学

3、MicroChip单片机

MicroChip单片机的主要产品是PIC16C系列和17C系列8位单片机,CPU采用RISC结构,分别仅有33,35,58条指令,采用Harvard双总线结构,运行速度快,低工作电压,低功耗,较大的输入输出直接驱动能力,价格低,一次性编程,小体积。适用于用量大,档次低,价格敏感的产品.在办公自动化设备,消费电子产品,电讯通信,智能仪器仪表,汽车电子,金融电子,工业控制不同领域都有广泛的应用,PIC系列单片机在世界单片机市场份额排名中逐年提高.发展非常迅速。以工作过程为导向的项目教学4.Motorola单片机

Motorola是世界上最大的单片机厂商.从M6800开始,开发了广泛的品种,4位,8位,16位32位的单片机都能生产,

其中典型的代表有:8位机M6805,M68HC05系列,8位增强型M68HC11,M68HC12,16位机M68HC16,32位机M683XX.Motorola单片机的特点之一是在同样的速度下所用的时钟频率较Intel类单片机低得多,因而使得高频噪声低,抗干扰能力强,更适合于工控领域及恶劣的环境。二、相关理论知识（问题分析-故障及现象）3、其他公司的单片机

1）NEC单片机；

2）东芝单片机；

3）Epson单片机；以工作过程为导向的项目教学以工作过程为导向的项目教学单片机基本结构MCS-51系列单片机都是以8051为核心电路发展起来的，包括51子系列（基本型）和52子系列（增强型）两大类，因此它们都具有MCS-51的基本结构与软件特征，具有很强的兼容性。以工作过程为导向的项目教学1．4位单片机阶段

自1975年美国德克萨斯仪器公司首次推出4位单片机TMS-1000后，各个计算机生产公司竞相推出4位单片机。例如美国国家半导体公司(NationalSemiconductor)的COP402系列，日本电气公司(NEC)的μPD75XX系列，美国洛克威尔公司(Rockwell)的PPS/1系列，日本松下公司的MN1400系列，富士通公司的MB88系列等。

4位单片机主要用于家用电器、电子玩具等。以工作过程为导向的项目教学

2．8位单片机阶段

1976年9月，美国Intel公司首先推出了MCS-48系列8位单片机以后，单片机发展进入了一个新的阶段，8位单片机纷纷应运而生。例如，莫斯特克(Mostek)和仙童(Fairchild)公司共同合作生产的3870(F8)系列，摩托罗拉(Motorola)公司的6801系列等。在1978年以前各厂家生产的8位单片机，由于受集成度(几千只管/片)的限制，一般没有串行接口，并且寻址空间的范围小(小于8KB)，从性能上看属于低档8位单片机。以工作过程为导向的项目教学

随着集成电路工艺水平的提高，在1978年到1983年期间集成度提高到几万只管/片，因而一些高性能的8位单片机相继问世。例如，1978年摩托罗拉公司的MC6801系列，齐洛格(Zilog)公司的Z8系列，1979年NEC公司的μPD78XX系列，1980年Intel公司的MCS-51系列。这类单片机的寻址能力达64KB，片内ROM容量达4~8KB，片内除带有并行I/O口外，还有串行I/O口，甚至某些还有A/D转换器功能。因此，把这类单片机称为高档8位单片机。以工作过程为导向的项目教学在高档8位单片机的基础上，单片机功能进一步得到提高，近年来推出了超8位单片机。如Intel公司的8X252、UPI-45283C152，Zilog公司的Super8，Motorola公司的MC68HC等，它们不但进一步扩大了片内ROM和RAM的容量，同时还增加了通信功能、DMA传输功能以及高速I/O功能等。自1985年以来，各种高性能、大存储容量、多功能的超8位单片机不断涌现，它们代表了单片机的发展方向，在单片机应用领域发挥着越来越大的作用。

8位单片机由于功能强，被广泛用于工业控制、智能接口、仪器仪表等各个领域。以工作过程为导向的项目教学

4．32位单片机

近年来，各个计算机生产厂家已进入更高性能的32位单片机研制、生产阶段。由于控制领域对32位单片机需求并不十分迫切，所以32位单片机的应用并不很多。需要提及的是，单片机的发展虽然按先后顺序经历了4位、8位、16位的阶段，但从实际使用情况看，并没有出现推陈出新、以新代旧的局面。4位、8位、16位单片机仍各有应用领域，如4位单片机在一些简单家用电器、高档玩具中仍有应用，8位单片机在中、小规模应用场合仍占主流地位，16位单片机在比较复杂的控制系统中才有应用。以工作过程为导向的项目教学

3．16位单片机阶段

1983年以后，集成电路的集成度可达十几万只管/片，16位单片机逐渐问世。这一阶段的代表产品有1983年Intel公司推出的MCS-96系列，1987年Intel公司又推出的80C96，美国国家半导体公司推出的HPC16040和NEC公司推出的783XX系列等。

16位单片机把单片机的功能又推向了一个新的阶段。如MCS-96系列的集成度为12万只管/片，片内含16位CPU、8KBROM、232字节RAM、5个8位并行I/O口、4个全双工串行口、4个16位定时器/计数器、8级中断处理系统。MCS-96系列还具有多种I/O功能，如高速输入/输出(HSIO)、脉冲宽度调制(PWM)输出、特殊用途的监视定时器(Watchdog)等等。

16位单片机可用于高速复杂的控制系统。以工作过程为导向的项目教学

5．64位单片机

64位单片机在比较复杂的控制系统中才有应用。比如是：三星智能手机等高端技术产品。什么是MCS－51系列单片机

MCS－51是指由美国INTEL公司生产的一系列高性能8位单片机的总称，也就是我们平常讲的51系列单片机。这一系列单片机包括了许多品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS－51系列单片机。以工作过程为导向的项目教学MCS—51系列单片机配置以工作过程为导向的项目教学学习单片机1、要有一台电脑2、要有一个编程器，用来把编译好的程序写入单片机的ROM里面，把写好后的芯片插到试验板上面进行试验。3、要有一个仿真器，用来实时仿真，随时发现问题，修改程序，提高编写程序的效率。4、要有一个硬件单片机试验板，作为单片机试验的外围电路部分。5、要有几个用来试验的单片机芯片，比如应用的比较广泛的89C51以工作过程为导向的项目教学单片机与计算机之异同（1）组成：

CPU(进行运算、控制)RAM(数据存储器)I/O口(串口、并口等)ROM(程序存储器)PC机：上述部件以芯片形式安装在主板上。单片机：上述部件被集成到单芯片中。通用PC包括：键盘、显示器、鼠标、硬/软/光驱、音箱、打印机、扫描仪…等外设。单片机则只是一片集成电路。（……100、48、40、32、28、20、16、8条引脚）。以工作过程为导向的项目教学功能：PC机：数据运算、采集、处理、存储、传输；单片机：控制（或受控于）外设。通用计算机擅长于数据运算、采集、处理、存储和传输；单片机的专长则是测控，往往嵌入某个仪器/设备/系统中，使其达到智能化的效果。单片机与计算机之异同（2）以工作过程为导向的项目教学单片机与计算机之异同（3）应用特点：个人计算机（微机）：体积大，功耗大，价格高，属通用计算机。易于学习掌握和使用，但用于控制时必须制作或购买专用的接口卡，并编制专门的应用软件。单片机：体积小，功耗小，价格低，用途灵活，无处不在，属专用计算机。是一种特殊器件，需经过专门学习方能掌握应用，应用中要设计专门的硬件和软件。单片机的预备知识电平特性数字电路中只有两种电平：高电平和低电平高电平：5V或者3.3V，取决单片机电源。低电平：0VRS232电平：计算机串口的电平高电平：-12V低电平：+12V所以当我们用单片机跟电脑通信的时候，我们要通过各种元器件将单片机的电平转换为计算机可识别的电平才能跟电脑进行通信。以工作过程为导向的项目教学以工作过程为导向的项目教学内部IO,定时器，串口，中断，AD,DA,PWM…（都是通过各种寄存器来控制的，我们学习的就是怎么去操作这些寄存器。）外部各种外设，外部模块的原理和应用。（比如说：键盘，LCD，液晶屏，还有各种通信协议。）单片机学习什么？以工作过程为导向的项目教学在实践中学习，边实践边学习学习单片机有这样几部：第一步：鹦鹉学舌第二步：照葫芦画飘第三步：他山之石可以攻玉第四步：理论实践结合以工作过程为导向的项目教学学习单片机具备的条件：1、信心和恒心2、汇编语言指令教材一本3、开发板一块三、做法（解决问题方案）

本项目是单片机技术及应用的入门训练，第一次理论授课一定注重学生对这抽象名词的理解和发展历史以及发展前景，通过教师简单的演示实验和做过的成品硬件项目，让学生感受单片机的神奇魅力，从而激发学生的学习兴趣。展示生活中相关单片机应用电路让学生亲自感受单片机存在于生活的各种电子设备中，老师与学生的互动、指导答疑和学生观看实物，完成理论项目，掌握认识单片机及基本概念、应用。倡导学生主动参与学习，发现问题，探索问题，学习与老师、同学交流，学会用语言表述实施过程，提高综合素质。以工作过程为导向的项目教学【项目重点】