大连理工大学：《单片机系统及应用》课程教学资源（教案讲稿，共二十四讲）

单片机系统及应用讲稿Page 1.of 90

Page １ of 90 单片机系统及应用 讲 稿

讲稿正文课次第一讲理论2学时授课方式及学时授课章节第一章：微型计算机与单片机基础知识教学目标：学时安排：本课要求：考核、出勤、作业、纪律等25了解：计算机的硬件结构：单片机应用系统的开发方法：单片机的应用领域。新授内容：理解：信息在计算机中的表示方法和存储方式等：单片机的硬件结构。1、计算机硬件的基本组成5”教学内容、难点、2、微型计算机的硬件结构103、堆栈及作用，接口及功能15重点及学时分配难点：无4、信息表示20重点：计算机硬件的基本组成，单片机的硬件结构，信息表示5、单片机的硬件结构86、应用领域4'小结：3”教学方法：讲授法、案例法、讨论法等单片机能干什么？为什么单片机课程与语言类课程都属应用性很强的课程？学完后可以干什么？将单片机主机板进行投影！作业1：P18的2、3、4、5、6预习：第二章教学后记参考资料：《单片机原理及其接口技术》第三或第四版，胡汉才编著，清华大学出版社《单片机原理及接口技术》，第二版，张刚毅等编著，人民邮电出版社有的学生开始时即放弃了课程的学习，特别需要注意！Page 3 of 90

Page ３ of 90 讲 稿 正 文 课次 第一讲 授课方式及学时 理论 2 学时 授课章节 第一章：微型计算机与单片机基础知识 教学内容、难点、 重点及学时分配 教学目标： 了解：计算机的硬件结构；单片机应用系统的开发方法；单片机的应用领域。 理解：信息在计算机中的表示方法和存储方式等；单片机的硬件结构。 学时安排： 本课要求：考核、出勤、作业、纪律等 25’ 新授内容： 1、计算机硬件的基本组成 5’ 2、微型计算机的硬件结构 10’ 3、堆栈及作用，接口及功能 15’ 4、信息表示 20’ 5、单片机的硬件结构 8’ 6、应用领域 4’ 小结：3’ 难点：无 重点：计算机硬件的基本组成，单片机的硬件结构，信息表示 教学方法： 讲授法、案例法、讨论法等 教学后记 单片机能干什么？为什么单片机课程与语言类课程都属应用性很强的课程？学完后可以干什么？ 将单片机主机板进行投影！ 作业 1：P18 的 2、3、4、5、6 预习：第二章 参考资料：《单片机原理及其接口技术》第三或第四版，胡汉才编著，清华大学出版社 《单片机原理及接口技术》，第二版，张刚毅等编著，人民邮电出版社 有的学生开始时即放弃了课程的学习，特别需要注意！

讲稿正文纲：详细：单片机应用系统小常识：计算机的发展历史的三个子系统：从计算机的发展历史至80年代，出现“单板机”（由CPU芯片和外围电路，通过总线连接ROM\RAM接口等）在一块电路板上实现）和“单片机”（用投影显示并进行说明）前向通道子系统后向通道子系统1.2计算机硬件的基本组成以图1.9（目前计算机广泛采用的冯·诺依曼改进结构）为依据对五大部件作用及其关人机接口子系统系进行讲解。用图1.10介绍微型计算机硬件的组成与结构（CPU借助总线与其它部件连接）：1.3微型计算机的硬件1.3.1微型计算机的硬件构成简介CPU的构成和工作机制：1.3.2 CPU介绍内存的用途、都有何种类型（ROM、RAM）、容量与地址线的关系等：1.3.3内存储器简介堆栈的原理（向下生长（地址递减）和向上生长（地址递增））与用途1.3.4堆栈单片机使用向上生长（压入数据时地址递增），面8086使用向下生长：1.3.5输入输出接口介绍接口的结构（数据寄存区、状态字和控制字）与用途（机器与外设的速度匹配，机器与外设间的信号转换，机器与外设的信息格式转换，机器与外设的同步）：介绍机器与外设之间的数据传送方式（三种：无条件传送方式，查询传送方式，中断传送方式）。1.4计算机中的信息表示复习：1.4.1计算机中无符号整数的表示信息在计算机中的表示：无符号整数的表示Page 4.of 90

Page ４ of 90 讲 稿 正 文 纲： 小常识：计算机的发展历史 1.2 计算机硬件的基本组成 1.3 微型计算机的硬件 1.3.1 微型计算机的硬件构成 1.3.2 CPU 1.3.3 内存储器 1.3.4 堆栈 1.3.5 输入输出接口 1.4 计算机中的信息表示 1.4.1 计算机中无符号整数的表示 详细： 从计算机的发展历史至 80 年代，出现“单板机”（由 CPU 芯片和外围电路，通过总线连 接 ROM\RAM\接口等）在一块电路板上实现）和“单片机”（用投影显示并进行说明）， 以图 1.9（目前计算机广泛采用的冯·诺依曼改进结构）为依据对五大部件作用及其关 系进行讲解。 用图 1.10 介绍微型计算机硬件的组成与结构（CPU 借助总线与其它部件连接）； 简介 CPU 的构成和工作机制； 介绍内存的用途、都有何种类型（ROM、RAM）、容量与地址线的关系等； 简介堆栈的原理（向下生长（地址递减）和向上生长（地址递增））与用途； 单片机使用向上生长（压入数据时地址递增），而 8086 使用向下生长； 介绍接口的结构（数据寄存区、状态字和控制字）与用途（机器与外设的速度匹配，机 器与外设间的信号转换，机器与外设的信息格式转换，机器与外设的同步）； 介绍机器与外设之间的数据传送方式（三种：无条件传送方式，查询传送方式，中断传 送方式）。 复习： 信息在计算机中的表示：无符号整数的表示 单片机应用系统 的三个子系统： 前向通道子系统 后向通道子系统 人机接口子系统

4位BCD码1.4.2BCD码(Binary CodedDecimal)1.4.3计算机中有符号整数的补码表示有符号整数的补码的表示1.4.4计算机中的字符表示字符（重点是*0”～‘9'，‘A'～“F"）的表示及相互转换。1.5单片机概述1.5.1单片机的典型硬件结构用图1.18讲解单片机的典型硬件结构（即单片机包含哪几个部分）：1.5.2单片机与普通微型计算机的差异说明微型计算机与单片机的差异：1.5.3单片机应用系统的开发方法单片机应用系统概念、单片机应用系统开发方法简介单片机系列产品（简单介绍生产商及产品）1.5.4主要的单片机产品1.5.5及6单片机应用领域及发展趋势简介单片机应用领域及发展趋势作为单片机，它是一个已经实现的具体的机器，是使用了组成原理中的设计方法进行的实现。Page 5 of 90

Page ５ of 90 1.4.2 BCD 码（Binary Coded Decimal） 1.4.3 计算机中有符号整数的补码表示 1.4.4 计算机中的字符表示 1.5 单片机概述 1.5.1 单片机的典型硬件结构 1.5.2 单片机与普通微型计算机的差异 1.5.3 单片机应用系统的开发方法 1.5.4 主要的单片机产品 1.5.5 及 6 单片机应用领域及发展趋势 4 位 BCD 码 有符号整数的补码的表示 字符（重点是‘0’～‘9’，‘A’～‘F’）的表示及相互转换。 用图 1.18 讲解单片机的典型硬件结构（即单片机包含哪几个部分）； 说明微型计算机与单片机的差异； 单片机应用系统概念、单片机应用系统开发方法； 简介单片机系列产品（简单介绍生产商及产品） 简介单片机应用领域及发展趋势 作为单片机，它是一个已经实现的具体的机器，是使用了组成原理中的设计方法进行的 实现

讲稿正文课次第二讲理论2学时授课方式及学时授课章节第二章：MCS-51系列单片机硬件结构教学目标：学时安排：理解：单片机的内部硬件结构：单片机的内部资源、CPU工作时序：复习：5新授内容：掌握：单片机的外部引脚和功能：单片机的存储器组织。1、单片机内部结构教学内容、难点、2、单片机外引脚及内部资源重点及学时分配3、PSW难点：无4、CPU时序重点：单片机内部结构，单片机的外部引脚和功能，PSW，CPU时序，单片机的存储5、存储器组织（ROM和RAM）器组织（ROM和RAM）小结：3讲授法、案例法等教学方法：作业：预习：关于两个BCD码相加，调整的算法。教学后记Page 6 of 90

Page ６ of 90 讲 稿 正 文 课次 第二讲 授课方式及学时 理论 2 学时 授课章节 第二章：MCS-51 系列单片机硬件结构 教学内容、难点、 重点及学时分配 教学目标： 理解：单片机的内部硬件结构；单片机的内部资源、CPU 工作时序； 掌握：单片机的外部引脚和功能；单片机的存储器组织。 学时安排： 复习：5’ 新授内容： 1、单片机内部结构 2、单片机外引脚及内部资源 3、PSW 4、CPU 时序 5、存储器组织（ROM 和 RAM） 小结：3’ 难点：无 重点：单片机内部结构，单片机的外部引脚和功能，PSW，CPU 时序，单片机的存储 器组织（ROM 和 RAM） 教学方法： 讲授法、案例法等 教学后记 作业： 预习：关于两个 BCD 码相加，调整的算法

讲稿正文纲：详细：补充：假定两个BCD码相加之和为x，修正后十进制数值的个位为y，仍然分三种结果进行论述。两个BCD码相加，调整的算法。①(0)≤x≤(9)。，即(0000)≤x≤(1001)2x是4位二进制码，且为BCD码，无须修正。②(10)≤x≤(15)10（1010)，≤x≤(1111)x虽然是4位二进制码，但不是BCD码，需要修正。x和y满足如下表达式，x=y+10，得y=x-10。等式两边同时加16，即y+16=x-10+16，得y+16=x+6。y+16=y（mod16），.y=x+6，即需要加6修正，并向高位进位。③(16)≤x≤(18)10，即(10000)≤x≤(10010)2x是5位二进制码，不是BCD码，需要修正。此时，x的最高位“1"的权值是16，即2*，而十进制加法向高位的进位应该是（10）10，这就需要将x的最高位“1”（即2*）真正变成十进制十位的“1”即（10），余出的6加到x的个位。②4+8=12③9+8=17例2.11①3+4=7001101001001+0100+1000+10000111需要修正1100此进位表示2*需要修正10001不需要修正修正+0110修正+01101001010111此进位表示10进位进位Page 7.of 90

Page ７ of 90 讲 稿 正 文 纲： 两个 BCD 码相加，调整的算法。 详细： 假定两个 BCD 码相加之和为 x, 修正后十进制数值的个位为 y，仍然分三种结果进行论述。 ①(0)10 ≤x≤(9)10 ，即(0000) 2 ≤x≤(1001) 2 x 是 4 位二进制码，且为 BCD 码，无须修正。 ②(10)10 ≤x≤(15)10 ，(1010) 2 ≤x≤(1111) 2 x 虽然是 4 位二进制码，但不是 BCD 码，需要修正。 x 和 y 满足如下表达式，x=y+10，得 y=x-10。 等式两边同时加 16，即 y+16=x-10+16，得 y+16=x+6。 y+16=y（mod16）,∴y=x+6,即需要加 6 修正，并向高位进位。 ③(16)10 ≤x≤(18)10 ，即(1 0000) 2 ≤x≤(1 0010) 2 x 是 5 位二进制码，不是 BCD 码，需要修正。 此时，x 的最高位“1”的权值是 16，即 2 4 ，而十进制加法向高位的进位应该是(10)10 ，这 就需要将 x 的最高位“1”（即 2 4 ）真正变成十进制十位的“1”即(10)10 ，余出的 6 加到 x 的个 位。 例 2.1 ①3+4=7 ②4+8=12 ③9+8=17 补充： 0011 +0100 0111 不需要修正 0100 +1000 需要修正 1100 修正 +0110 10010 进位 1001 +1000 需要修正 10001 此进位表示 2 4 修正 +0110 10111 此进位表示 10 进位

2.251系列单片机的基本硬件结构用图2.2讲解80C51的内部结构。数据存储器（内部256字节，其中128字节SFR区，最大2.2.1内部结构框图外扩64K），程序存储器（内部4KPROM，：最大外扩64K），2个16位定时/计数器TO和T1，4个并口PO、P1、P2和P3，一个串口，中断系统。2.2.2外部引脚功能用图2.3讲解单片机外引脚功能PO~P3P0、PP2、：均为8位接口：总共占32个管脚。具体功能将在后面说明，电源引脚Vcc（40脚）：接+5VDC电源，Vss（20脚）：接数字地时钟引脚XTAL1（19脚）：片内振荡器反相放大器的输入端。XTAL2（18脚）：片内振荡器反相放大器的输出端。具体接法后面说明。RST复位引脚RST（9脚）复位信号输入端，高电平有效。在复位管脚上持续时间大于2个机器周期的高电平，就可使单片机复位。在单片机正常工作时，此管脚应为≤0.5V的低电平。当看门狗定时器说出时，从内部向该引脚输出长达96个时钟周期的高电平，从而使单片机复位。/EA/Vpp引脚/EA/Vpp(EnableAddress/VoltagePulseofProgramming,3l脚)/EA（ExternalAccessEnable）为该引脚的第一功能：即外部程序存储器访问允许控制端。当/EA=0时：若单片机中的PC在0OOOH～0FFFH范围，单片机的CPU执行片内程序存储器中的程序：若PC不在0000HOFFFH范围，则按PC执行片外程序存储器中的程序。当/EA=1时，只读取片外程序存储器中的程序。Vpp为该引脚的第二功能：在对片内Flash进行编程时，该引脚接入编程电压。Page 8 of 90

Page ８ of 90 2.2 51 系列单片机的基本硬件结构 2.2.1 内部结构框图 2.2.2 外部引脚功能 P0～P3 电源引脚 时钟引脚 RST 复位引脚 /EA/Vpp 引脚 用图 2.2 讲解 80C51 的内部结构。数据存储器（内部 256 字节，其中 128 字节 SFR 区，最大 外扩 64K），程序存储器（内部 4K PROM，；最大外扩 64K），2 个 16 位定时/计数器 T0 和 T1，4 个 并口 P0、P1、P2 和 P3，一个串口，中断系统。 用图 2.3 讲解单片机外引脚功能 P0、P1、P2、P3：均为 8 位接口，总共占 32 个管脚。具体功能将在后面说明。 Vcc（40 脚）：接+5V DC 电源，Vss（20 脚）：接数字地 XTAL1（19 脚）：片内振荡器反相放大器的输入端。 XTAL2（18 脚）：片内振荡器反相放大器的输出端。 具体接法后面说明。 RST（9 脚）：复位信号输入端，高电平有效。 在复位管脚上持续时间大于 2 个机器周期的高电平，就可使单片机复位。在单片机正常工作 时，此管脚应为≤0.5V 的低电平。 当看门狗定时器溢出时，从内部向该引脚输出长达 96 个时钟周期的高电平，从而使单片机 复位。 /EA/Vpp（Enable Address/Voltage Pulse of Programming, 31 脚） /EA（External Access Enable）为该引脚的第一功能：即外部程序存储器访问允许控制端。 当/EA=0 时，若单片机中的 PC 在 0000H～0FFFH 范围，则单片机的 CPU 执行片内程序存储器 中的程序；若 PC 不在 0000H～0FFFH 范围，则按 PC 执行片外程序存储器中的程序。 当/EA=1 时，只读取片外程序存储器中的程序。 Vpp 为该引脚的第二功能：在对片内 Flash 进行编程时，该引脚接入编程电压

ALE/ /PROGALE//PROG(AddressLatchEnable/PROGramming,30脚)ALE为该引脚的第一功能：即为CPU访问片外程序存储器或片外数据存储器提供低8位地址锁存信号。当单片机正常工作时，ALE端一直输出1/6时钟额率的正脉冲信号。这个信号可作为外部定时或触发信号使用。需要说明的是：每当CPU访问外部RAM或I/O时，要丢失一个ALE脉冲，故其输出并非精确的1/6时钟频率。/PROG为该引脚的第二功能：即在对片内Flash进行编程时，该引脚作为编程脉冲输入端。/PSEN/PSEN(Program Strobe Enable,29脚）片外程序存储器选通信号，低电平有效。2.2.3内部资源用图2.2对6种内部资源进行简单说明。CPU:1个8位CPU，执行程序时钟电路：提供CPU工作的时钟信号存储器：ROM（程序存储器）、RAM（存放参与运算的数据和中间结果）I/0接口：4个8位并行接口和1个串行接口定时/计数器：2个16位可编程定时/计数器中断系统：5个中断源，2个优先级，可处理外部或内部中断事件2.3851系列单片机的CPU用图2.4讲解单片机的PSW（程序状态字）：详细讲解CY、OV、AC、P的作用，CY、OV的区别。为什么用它？作用？Page 9 of 90

Page ９ of 90 ALE/ /PROG /PSEN 2.2.3 内部资源 2.3 51 系列单片机的 CPU ALE/ /PROG（Address Latch Enable/PROGramming, 30 脚） ALE 为该引脚的第一功能：即为 CPU 访问片外程序存储器或片外数据存储器提供低 8 位地址 锁存信号。 当单片机正常工作时，ALE 端一直输出 1/6 时钟频率的正脉冲信号。这个信号可作为外部定 时或触发信号使用。 需要说明的是：每当 CPU 访问外部 RAM 或 I/O 时，要丢失一个 ALE 脉冲，故其输出并非精确 的 1/6 时钟频率。 /PROG 为该引脚的第二功能：即在对片内 Flash 进行编程时，该引脚作为编程脉冲输入端。 /PSEN(Program Strobe Enable，29 脚) 片外程序存储器选通信号，低电平有效。 用图 2.2 对 6 种内部资源进行简单说明。 CPU：1 个 8 位 CPU，执行程序 时钟电路：提供 CPU 工作的时钟信号 存储器：ROM（程序存储器）、RAM（存放参与运算的数据和中间结果） I/O 接口：4 个 8 位并行接口和 1 个串行接口 定时/计数器：2 个 16 位可编程定时/计数器 中断系统：5 个中断源，2 个优先级，可处理外部或内部中断事件 用图 2.4 讲解单片机的 PSW（程序状态字）：详细讲解 CY、OV、 AC、P 的作用，CY、OV 的区 别。为什么用它？作用？

2.3.1运算器S7S1SO+4+C7C6C1COCOC-12721EO4+++YOX7Y7X1Y1XOPSWCY、OV、AC、P的逻辑表达式：先画出加法器的逻辑电路图后再进行讲解。CY=C7:OV=C7@C67:AC=C3:P=S7S6史S5史S4S3史S2史S1史S0。然后用具体事例进行说明。2.3.2控制器简单介绍控制器各组成部分的功能（IR、译码器、微操作控制电路、PC）2.3.3CPU时序用图2.6讲解单片机CPU的时序，说明晶振周期、时钟周期及机器周期的概念和相互关系。用图2.7讲解单片机的程序存储器的组织结构，重点说明在何状态下使用片外程序存储器在何状2.451系列单片机的存储器组织2.4.1程序存储器态下片内和片外程序存储器一起使用。要说明片内ROM具备ISP功能。Page 1 0 of90

Page １０ of 90 2.3.1 运算器 PSW 2.3.2 控制器 2.3.3 CPU 时序 2.4 51 系列单片机的存储器组织 2.4.1 程序存储器 CY、OV、 AC、P 的逻辑表达式：先画出加法器的逻辑电路图后再进行讲解。 CY=C7； OV=C7⊕C67； AC=C3； P=S7⊕S6⊕S5⊕S4⊕S3⊕S2⊕S1⊕S0。然后用具体事例进行说明。 简单介绍控制器各组成部分的功能（IR、译码器、微操作控制电路、PC） 用图 2.6 讲解单片机 CPU 的时序，说明晶振周期、时钟周期及机器周期的概念和相互关系。 用图 2.7 讲解单片机的程序存储器的组织结构，重点说明在何状态下使用片外程序存储器在何状 态下片内和片外程序存储器一起使用。要说明片内 ROM 具备 ISP 功能。 C0 ∑7 ● ● ● ● ● C7 C6 S7 X7 Y7 ∑1 C1 C0 S1 X1 Y1 ∑0 C-1 S0 X0 Y0

讲稿正文课次第三讲理论2学时授课方式及学时授课章节第二章：MCS-51系列单片机硬件结构学时安排：教学目标：复习：20掌握：单片机的存储器组织：单片机最小系统的基本概念：时钟电路：复位电路：新授内容：1、片内RAM的四个区20教学内容、难点、2、单片机最小系统的基本概念5重点及学时分配难点：片内RAM的四个区，位寻址3、时钟电路5'重点：单片机的存储器组织（ROM和RAM)，单片机最小系统的基本概念，时钟电路，4、复位电路：25复位电路：小结：15讲授法、案例法等教学方法：作业2：预习：教学后记Page 11 of90

Page １１ of 90 讲 稿 正 文 课次 第三讲 授课方式及学时 理论 2 学时 授课章节 第二章：MCS-51 系列单片机硬件结构 教学内容、难点、 重点及学时分配 教学目标： 掌握：单片机的存储器组织；单片机最小系统的基本概念；时钟电路；复位电路； 学时安排： 复习：20’ 新授内容： 1、片内 RAM 的四个区 20’ 2、单片机最小系统的基本概念 5’ 3、时钟电路 5’ 4、复位电路；25’ 小结：15’ 难点：片内 RAM 的四个区，位寻址 重点：单片机的存储器组织（ROM 和 RAM），单片机最小系统的基本概念，时钟电路， 复位电路； 教学方法： 讲授法、案例法等 教学后记 作业 2： 预习：