蔡正科教学单元一情景一市公开课一等奖省赛课微课金奖课件

1情景一：（教学进度表中第一次课）1/98情景一：让单片机动起来教学单元一认识单片机2/983能力目标1.掌握计算机基础知识（计算机处理数字、数制及运算、数字与信息）2.掌握什么是单片机2.了解单片机用途知识目标锻炼学生自学能力；帮助沟通能力和科学严谨工作态度。素质目标课程教学目标教学目标能够识别单片机让学生有兴趣学习单片机3/98《单片机应用》教学课件欢迎沟通交流电话箱:caizhengke@126.com蔡正科4/98第一个任务用词汇描述你所知道计算机知识要求：5人一组选一汇报人5人讨论汇报人做统计汇报人整理汇报（头脑风暴法）5/98一认识单片机硬件系统基本知识1.1什么是单片机任务二认识单片机所谓单片机，就是把中央处理器CPU、存放器（Memory）、定时器、I/0（Input/Output）接口电路等一些计算机主要功效部件集成在一块集成电路芯片上微型计算机。单片机能够广泛应用在我们日常生活各个领域，家用电器是单片机应用最多领域之一。因为家用电器体积小、品种多、功效差异也大，因而要求其控制器不但体积小，方便能够嵌入家用电器中，同时要求控制器有灵活控制功效。单片机以微小体积和编程灵活性成为家用电器实现智能化心脏和大脑。6/981.1什么是单片机生活中单片机实例生活中单片机无处不在：手机中有现有32位单片机，也有16位、8位单片机。电话中常见8位单片机。电视遥控器中有4位或者8位单片机。DVD中多数是32位单片机。MP3中多数是8-16位单片机。其它诸如空调、洗衣机、微波炉、冰箱、热水器、电子称、电子表、计算器、收音机、鼠标、键盘、电动自行车、汽车钥匙、可视门禁、公交车报站器、公交车刷卡器、红绿灯控制器、等等等等……欧美日等国家，一个家庭中所拥有单片机数量平均到100-120颗。7/98——从微型计算机技术两大发展分支谈起什么是单片机？1.18/98

分支一：通用微型计算机系统（UniversalComputerSystem）UCS——为满足大多数应用场所需要而发展一类微型计算机。

技术要求:高速计算+海量存放发展方向:总线速度不停提升，存放容量不停扩大

386486Pentium

PentiumⅣConroeII9/98个人计算机（PersonalComputer）CPU+存放器+主板+显卡+声卡+网卡+显示器+鼠标+键盘…基本功效部件接口部件外部设备支持它软件五花八门，应有尽有10/98

分支二：嵌入式计算机系统

（EmbeddedComputerSystem）ECS——嵌入到对象体系中，以实现对象体系智能化为目标专用计算机系统。技术要求：必须满足对象体系物理环境、电气环境和气氛环境以及产品成本等要求。发展方向:与对象系统亲密相关嵌入性能、控制能力与控制可靠性。11/98

◆单板机将CPU芯片、存放器芯片、I/O接口芯片和简单I/O设备（小键盘、LED显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序（固化在ROM中），就组成了一台单板微型计算机（简称单板机）。单板机12/98PC→电气加固、机械加固，并配置各种接口板卡→IPC（工控机）→嵌入到大型对象系统中（实现智能化）工业计算机（IndustrialPersonalComputer）

船舶驾驶室集中控制台自动配料控制系统电站锅炉控制系统13/98众多小型对象系统（如家电、仪器、工控单元…）无法使用IPC→需要发展一类特殊嵌入式计算机系统。14/98⑴单片计算机（SingleChipMicrocomputer）SCM——将通用微计算机基本功效部件集成在一块芯片上组成一个专用微计算机系统应用：SCM硬件+SCM软件+少许外围电路→嵌入式微机系统+被控对象→微电脑控制产品15/98单片机发展趋势是高集成度、高性能、低功耗单片机（SCM）→微控制器（MicroControllerUnit）MicroControllerUnit（SingleChipMicrocomputer）8位51内核单片机依然是当前主流机型。16/98汽车电控系统中单片机应用17/98

DSP：一类尤其适合于进行数字信号运算微处理器⑵数字信号微处理器（DigitalSignalProcessor）

DSP有更高集成度，更加快CPU，更大容量存放器，更高效指令集。

DSP主要应用于音频、视频信号处理领域，是单片机高级形式18/98TIDSPsin60%

ofalldigital

cellphonesTIDSPschosenby

8oftop10internetconsumerelectronicmanufacturersTIDSPschosen

by7oftop8

digitalstill

cameramanufacturersTIDSPsin80%ofIPphonedesignsTIhas80%ofVoIPGatewaymarketTIDSPsusedin8

ofthetop10wirelessinfrastructuresTMS320C5000DSP应用范例19/981.1什么是单片机？SingleChipMicrocomputer(Microcontroller)计算机单板机——同一块板单片机——同一块芯片20/98

计算机系统通常由多块印刷电路板制成：多板机

主板显卡声卡存放器接口网卡输入输出接口内存条CPU21/98CPUCPU芯片内存条存放器接口存放器芯片输入输出接口输入输出接口芯片定时计数器芯片A/D、D/A芯片单板机

印刷电路板22/98

单硅晶片CPU存放器控制电路定时器时钟电路I/O口单片机23/9824/98

单晶硅片CPU存放器控制电路定时器时钟电路I/O口单片机25/9826/98MCS-51单片机介绍2.MCS-51单片机引脚及功效

MCS-51引脚及实物图

27/98MCS-51单片机信号引脚介绍

P3口线第二功效VCCVSSXTAL2

XTAL1RSTP0.0

P0.1

P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P1.0

P1.1

P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0ALEP3.0

P3.1

P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.72、振荡电路：XTAL1、XTAL23、复位引脚：RST4、并行口：P0、P1、P2、P37、ALE：地址锁存控制信号1、电源线：VCC(+5V)、VSS(地)EAPSEN5、EA：访问程序存放控制信号6、PSEN：外部ROM读选通信号RXD/

TXD/

INT0/INT1/

T0/

T1/

WR/

RD/1

2

3

4

5

6

7

8

9

10111213141516171819

2040

39

38

37

36

35

34

33

32

313029282726252424222180318051875189C5128/9829/98单片机应用 （面广量大）家用电器上应用智能仪器仪表上应用工业控制上应用计算机网络和通信领域上应用医用设备上应用30/98任务三你所知道智能设备有哪些要求：5人一组选一汇报人5人讨论汇报人做统计汇报人整理汇报31/98单片机应用范例32/98单片机技术应用遍布国民经济与人民生活各个领域33/981.智能冰箱

2．智能饭煲

3．智能食品配料机

能够这么说，现在家用电器基本上都采取了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其它音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。

家用电器上应用34/98数字式测角仪交直流电压电流表位移传感器单片机特点：体积小、功耗低、控制功效强、扩展灵活、微型化和使用方便等。结合不一样类型传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量测量。采取单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功效比起采取电子或数字电路愈加强大。比如精密测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。

智能仪器仪表上应用35/98数控车床数控线切割机床用单片机能够组成形式多样控制系统、数据采集系统。比如工厂流水线智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网组成二级控制系统等。

工业控制上应用36/98当代单片机普遍具备通信接口，能够很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间应用提供了极好物质条件，现在通信设备基本上都实现了单片机智能控制。手机电话机程控交换机调制解调器楼宇自动通信呼叫系统列车无线通信无线电对讲机等。计算机网络和通信领域上应用37/98

医用呼吸机各种分析仪监护仪超声诊疗设备病床呼叫系统等等电池分析仪

医用呼吸机医用设备上应用38/98单片机发展有各种说法，其中一个：第一代：1971-1975，4位第二代：1976-1982，8位第三代：1983年以后16位、32位39/98单片机发展：从1976年起，Intel企业先后推出MCS-48（4位）、MCS-51（8位）和MCS-96（16位）三大系列单片机。迄今为止，世界各地厂商已相继研制出大约50个系列300多个品种单片机产品。40/98单片机发展历史初级阶段（1974~1976）两片集成芯片（集成工艺限制）低性能阶段（1976~1978）INTELMCS-48高性能阶段（1978~1982）MCS-51更高性能阶段（1983~各种机型并行发展41/98单片机发展趋势1、低功耗CMOS化象80C51就采取了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。更适合于在要求低功耗象电池供电应用场所。2、微型单片化要求体积小、重量轻、含有各种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机组成系统正朝微型化方向发展。3、主流与多品种共存在一定时期内，以C8051为关键单片机占据半壁江山，各品种单片机陆续侵占市场情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下垄断局面，走是依存互补，相辅相成、共同发展道路。42/98单片机分类器件厂家美国：Intel、Motorola、Zilog、Microchip、Atmel荷兰:Philips德国：Siemens日本：Nec、东芝、松下等43/98惯用单片机系列介绍MCS-51系列MC68系列PIC16系列MSP430系列AVR系列44/98MCS-51系列Intel企业高性能8位单片机，该系列机有8051、8031、8751。80C51系列是其兼容性单片机，与8051系统结构相同，但采取CMOS工艺，对8051做了一些扩充，更有特点，功效更强。45/98MCS51单片机和8051、8031、89C51等关系这一系列单片机包含了好些品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最经典产品，该系列其它单片机都是在8051基础上进行功效增、减、改变而来，所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机，而8031是前些年在我国最流行单片机，所以很多场所会看到8031名称。INTEL企业将MCS51关键技术授权给了很多其它企业，所以有很多企业在做以8051为关键单片机，当然，功效或多或少有些改变，以满足不一样需求，其中89C51就是这几年在我国非常流行单片机，它是由美国ATMEL企业开发生产。46/98MC68系列Motorola企业8位单片机M6801M6804MC6805MC68HC05MC58HC11速度更加快，功耗更低、功效更强约占8位机市场30%份额47/98PIC系列美国Microchip企业生产，价格低、体积小、速度高、功耗低、C语言编程、程序保密性强、开发方便，率先采取RISC（精简指令集），现已成为嵌入式单片机主流产品之一。48/98MSP430系列TI（德州仪器）企业推出新型高性能单片机。16位精简指令结构可确保运行速度、带FLASH微控制器可将功耗降低5倍、含有各种省电模式、型号相当丰富。49/98AVR系列美国ATMEL企业推出全新配置精简指令集（RISC）单片机系列。高速度、高保密性、低功耗。片内程序存放器采取Flash大多数指令仅用1个晶振周期采取C语言编程CMOS工艺生产ATMEL企业单片机可分为AT89、AT90、AT91和智能IC卡等系列，AT90系列属于增强型RISC内载Flash新型嵌入式8位单片机，通常简称为AVR单片机。50/98单片机种类

◆当前8位单片机仍是单片机主流机型；◆生产厂商：◆单片机发展经历了由4位机到8位机,再到16位机发展过程美国微芯片企业:PIC16C××系列、PIC17C××系列、PIC1400系列，美国英特尔企业MCS-48和MCS-51系列，美国摩托罗拉企业MC68HC05系列和MC68HC11系列，美国齐洛格企业Z8系列，日本电气企业μPD78××系列，美国莫斯特克企业和仙童企业合作生产F8（3870）系列等。

51/9852/98单板机I/O设备简单，软件资源少，使用不方便。早期主要用于微型计算机原理教学及简单测控系统，现在已极少使用。53/98

◆单片机在一片集成电路芯片上集成微处理器、存放器、I/O接口电路，从而组成了单芯片微型计算机，即单片机。Intel企业推出了MCS-51系列单片机：集成8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K，并有控制功效较强布尔处理器。单板机单片机54/98工业自动化：数据采集、测控技术。智能仪器仪表：数字示波器、数字信号源、数字万用表、感应电流表等。消费类电子产品：洗衣机、电冰箱、空调机、电视机、微波炉、手机、IC卡、汽车电子设备等。通讯方面：调制解调器、程控交换技术、手机、小灵通等。武器装备：飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、鱼雷制导、智能武器等。等等…..55/98怎么开始学习？实践第一。补充必要理论知识，即缺什么补什么。做工程项目积累经验。（可在网络上搜集题目，也可自己有什么想法大胆去试验）56/98学单片机需要什么基础？与以前所学知识关联极少；只需要掌握很基本数电模电知识，如二进制、十进制、十六进制之间转换，与、或、非逻辑关系等；对各种器件概念基本上是从0开始；假如要用C语言编程，需具备简单C语言基础；全部些人都站在了同一起跑线上;57/9858/98预备知识电平特征2进制与16进制表示及转换二进制数逻辑运算8051单片机介绍C51基础知识59/98关于电平特征数字电路中只有两种电平：高和低（本课程中）定义单片机为TTL电平：高+5V低0VRS232电平：计算机串口 高-12V低+12V

所以计算机与单片机之间通讯时需要加电平转换芯片max232（试验板上左下角）。60/9861/98111111110000000011111111010101011ALEWR

RDP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7指令1：MOVP1,#00H指令2：MOVP1,#0FFH指令3：MOVP1,#0AAH输出举例指令4：CLRP1.0指令5：SETBP1.0+5V下一页62/981111111111111111输入举例S0+5V4.7kWALEWR

RDP3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7读端口：MOVP3,#11111111BMOVA,P389C51××××××××存放器A注：当I/O端口作为输入使用时，需先向端口写入“1”，使内部FET截止，再读入引脚状态。你知道P3.4对应存放器A哪一位吗？P3.4你知道这是为何吗？1111111101任务一流水灯控制63/98一、数制及数码计算机只识别和处理数字信息，数字是以二进制数形式表示。它易于物理实现，同时，资料存放、传送和处理简单可靠；运算规则简单，使逻辑电路设计、分析、综合方便，使计算器含有逻辑性。1、惯用数制

1)十进制数：

1985=1000+900+80+5=1×103+9×102+8×101+5×100

特点：有0~9十个不一样符号。逢十进一。普通用下脚标D表示，如1985D,或无下脚标。64/98

2）二进制数：特点：有0，1两个不一样符号。逢二进一。二进制数下脚标为B

比如：对于整数

1001B=1×23+0×22+0×21+1×20=9D

对于小数，

0.101B=1×2-1+0×2-2+1×2-3=0.625D

二进制数每一位权是：以小数点分界，

…..24,23,22,21,20.2-1,2-2,2-3,……65/983）十六进制数：有0~9，A,B,C,D,E,F共十六个不一样符号。逢十六进位。用下脚标“H”表示十六进制数。例：327H=3×162+2×161+7×160=807D3AB.11H

=3×162+A×161+B×160+1×161+1×16-2

=939.0664D

66/982、数制转换

1）二进制转换为十进制数方法:按权展开

111.101B=1×22+1×21+1×20+1×2-1+0×2-2

+1×2–3=4+2+1+0.5+0.125=7.625D2）十进制数转换为二进制数方法：整数部分除二取余，小数部分乘二取整67/9845余数

22111051211001222222即45=（101101）2例1、将十进制数45转换成二进制数。68/98例2：十进制小数部分转换:乘二取整0.6875×

2最高位取11.37500.375×2取00.750×2取11.500.5×2最低位取11.0从上至下写成从左至右10110.6875D=0.B69/98二进制数转换成八进制数与上述类似。3）十六进制数与二进制数之间转换:十六进制数转换为二进制：

9AB.7C5H

100110101011.011111000101B

二进制数转换十六进制数:0001101111100011.100101111000B1BE3.978H70/983、数符号表示机器数与真值机器只认识二进制数：0、1，这是因为电路状态只有两种情况如：电路通、断；高电平、低电平；可用0、1表示。在机器中，这种0、1、0、1表现形式称为机器数。机器数分为无符号数、带符号数。无符号数如：00000001、10010011、01010010、……等等，范围：00H~ FFH。有符号数如：+1010110B、-1101001B、等等01010110B11101001B71/98

4、机器数编码及运算对带符号数而言，有原码、反码、补码之分，计算机内普通使用补码。1）原码将数“数码化”，原数前“+”用0表示，原数前“-”用1表示，数值部分为该数本身，这么机器数叫原码。设X——原数；则[X]原

=X（X0）

[X]原

=2n-1–X（X0），n为字长位数。如，[+3]原

=00000011B[-3]原

=27-（-3）=10000011B0有两种表示方法：00000000——+010000000——-072/982）反码要求正数反码等于原码；负数反码是将原码数值位各位取反。[X]反

=X（X0）[X]反

=（2n–1）+X（X0）如，[+4]反

=[+4]原

=00000100B[-4]反=(28–1)+(-5)=11111111-00000101=11111010B

反码范围：-128~+127

两个0：+0——00000000B-0——11111111B73/98利用补码可使减法变成加法。要求：正数补码等于原码。负数补码求法：1）反码+12）公式：[X]补

=2n+X（X<0）如，设X=-0101110B，则[X]原

=10101110B则[X]补

=[X]反

+1=11010001+00000001=11010010B如，[+6]补

=[+6]原

=00000110B[-6]补

=28+（-6）=10000000–00000110=11111010B8位补码范围–128~+127。

0个数：只一个，即00000000而10000000B是-128补码。（3）补码74/98

八位二进制数所能表示数据范围机器数无符号数原码反码补码000000000+0+0+0000000011+1+1+1.....01111111127+127+127+12710000000128-0-127-12810000001129-1-126-127..........11111110254-126-1-211111111255-127-0-175/98C51存放类型存放类型寻址空间数据长度值域范围data片内直接寻址RAM800H~7FHidata片内间接寻址RAM880H~FFHpdata分页寻址片外RAM800H~FFH76/98（4）补码运算当X≥0时，[X]补=[X]反=[X]原[[X]补]补

=[X]原[X]补+[Y]补

=[X+Y]补[X-Y]补=[X+（-Y）]补例：已知

X=52Y=38求X-Y

方法1：减法：

X-Y=52-38=1400110100

-）001001100000111077/98方法2：加法

X-Y=[[X-Y]补]补=[[X]补+[-Y]补]补

=[[52]补+[-38]补]补

=[14]补

=14

[52]补：00110100

[-38]补：+）11011010100001110

自然丢失计算机在做算术运算时，必需检验溢出，以预防发生错误

78/98(5)运算溢出问题因为计算机中表示数据字长（位数）有一定限制，所以数据表示应有一个范围。如字长8位时；补码范围-128~+127若运算结果超出这个范围，便溢出。例：

[98]补：01100010[25]补：+）00011001

[123]补001111011

未溢出00Cs+1Cs（未溢出）

79/98

[85]补：01010101

[47]补：+）00101111[132]补：10000100

溢出01Cs+1Cs（溢出）错：两个正数相加和为负数。

[-85]补：10101011[-47]补：+）11010001

[-132]补：101111100

溢出10Cs+1Cs

错：两个负数相加和为正数。80/98

[-19]补：01010101

[-79]补：+）10110001[-98]补：11001111

未溢出11Cs+1Cs错：两个负数相加和为正数。总之：结果正确（无溢出）时，Cs+1=Cs

结果错误（溢出）时，Cs+1≠Cs溢出判断：溢出=Cs+1Cs（即结果是0为无溢出；1为有溢出）81/98（6）

十进制数编码对机器：二进制数方便，对人：二进制数不直观，习惯于十进制数。在编程过程中，有时需要采取十进制运算，但机器不认识十进制数。怎么办？能够将十进制字符用二进制数进行编码：

0

00005010110101111100016011010112

00107011111003001181000110140100910011110

这叫做二进制数对十进制编码——BCD码。上述每4位二进制数表示一个十进制字符，这4位中各位权依次是：

8、4、2、1——8421BCD码。82/98BCD码运算：例、18+）321

00011000+）00000011

00011011结果低四位是非BCD码（错）需进行十进制调整：

00011000

+）0000001100011011（个位大于9，应进1）

+）0110

（加6使进1）

00100001（结果形如21）83/98BCD码加法规则：两个BCD数相加时，“某位”和小于10则保持不变；两个BCD数相加时，“某位”和大于9，则和数应加6修正。BCD码减法规则：两个BCD数相减时，“某位”差未发生借位，则差数保持不变；两个BCD数相减时，“某位”发生了借位，其差应减6修正。这里“某位”指BCD数中“个位”、“十位”、“百位”、……84/98加法举例：

01100101（65）

+）10010111

（97）

11111100

+）01100110

（加66调整）

101100010（162）减法举例：

00110100