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1、陕西铜川工业技师学院教 师 工 作 页（ 2016 至 2017 第 一 学期）课程名称：单片机应用技术授课班级：14 秋电气自动化授课教师：申正旺教师工作页情景（项目）名称项目一 单片机应用基础 审核签字学习任务掌握单片机的基础应用审签日期授课班级14 秋电气自动化班级情况授课日期 任务课时 一、任务引入目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物
2、等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：1.在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，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、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采
3、用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。 2.在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 3.在家用电器中的应用 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。 4.在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以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的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了
4、单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 5.单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 6.在各种大型电器中的模块化应用 某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出
5、，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。 7.单片机在汽车设备领域中的应用 单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于 CAN 总线的汽车发动机智能电子控制器，GPS 导航系统，abs 防抱死系统，制动系统等等。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。二、任务分析设计单片机应用系统，不仅要进行程序的设计，还要进行硬件电路的设计。因此，设计时要求设计者对单片机的硬件结构要有一定的了解。本任务就是要在了解单片机内部结构的基础上，掌握单片机 I/O 端
6、口与外围电路的合理设计方法。单片机是一种微控制器，而任何微控制器正常工作最基本的条件是要有正确的电源、时钟和复位电路（即最小系统），三者缺一不可。因此，在所有的单片机应用电路中，单片机必须满足以上三个条件才能正常运行工作。本任务就是要认识单片机最小系统的组成及各部分的作用，并最终完成单片机最小系统的设计与制作，这是每一位设计者必须掌握的最基本的硬件电路设计知识。三、学习目标1了解单片机的基本概念及发展史。2掌握 AT89S51 单片机的封装及引脚定义。3了解 AT89S51 单片机的主要功能特性。4了解 AT89S51 单片机的内部结构。5了解 AT89S51 单片机 I/O 端口的结构特点及
7、使用方法。6了解单片机最小系统各部分的组成及功能7掌握单片机最小系统的设计与制作方法。学习材料准备教师工作页、任务书、学生工作页、考核表、教材设备、工具量具准备单片机开发板、导线若干教学场地教室、电子实训基地四、教学环境及资源准备劳保防护用品工服五、教学过程五、教学过程学习环节教师活动学生活动学习方法学时明确任务 信息获取在利用单片机实现预定的设计目标前，首先需要对单片机有一个基本的了解。本任务的目的就是使读者对单片机形成一定的感性认识，学会识别不同封装形式单片机的引脚编号，并掌握各个引脚功能的定义。聆听、理解任务的内容，对不清楚的地方提出疑问，小组讨论完成任务讲授法1H的难易程度，进行人员分
8、工施计划决策1）、引导学生进行分工，协助组长对组内人员进行分工2）、引导各组进行任务实施计划的制定，帮助学生优化学习计划，各组讨论制定工作计划3）、抽查各组的计划，解答学生疑问小组讨论，编制学习计划，讨论各组员的任务，咨询教师引导法1H任务实施 活动一 认识单片 机一、单片机的概念一、单片机的概念单片机是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、I/O 接口电路、中断系统及定时/计数器等主要计算机部件集成到一块芯片上，使其具有计算机的基本功能，称为单片微型计算机（Single Chip Micro Computer，SCMC）
9、，简称单片机。2、单片机的发展史第一阶段（19761979）单片机的探索阶段，Intel 公司 MCS-48 为代表。第二阶段（19791982）单片机的完善阶段，Intel 公司 MCS-51 为代表。第三阶段（19821990）16 位单片机推出阶段，Intel 公司 MCS-96 为代表 。第四阶段（1990 至今）微控制器全面发展阶段 Microchip PICMotorola 为代表MC68HC查找资料，了解常见的其他类型单片机。1、各小组组员根据各自职责配合作业2、查阅相关资料获取信息，解决实施过程中的困难3、咨询教师讲授法 2H任务实施 活动二 了解单片 机的硬件 结构一、单片机
10、内部结构一、单片机内部结构单片机各组成部分说明1、各小组组员根据各自职责配合作业2、查阅相关资料获取信息，解决实施过程中的困难3、咨询教师讲授法2H二、单片机的 I/O 端口AT89S51 单片机有 4 个并行的 I/O 端口，即 P0、P1、P2 和 P3 口。每个端口均由8 个引脚（即 8 位）构成，包括一个锁存器、一个输出驱动器和一个输入缓冲器。1P0 口P0 口为双向 8 位三态 I/O 口，作为通用I/O 口时，每一位能以吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 负载。当用于外接存储器或者扩展 I/O 接口时，作为数据总线（D0D7）和地址总线（A0A7）的低 8 位（分时复用，通过 AL
11、E 信号区分）。CPU 可对其按字节方式或位方式进行操作。P0 口为漏极开路输出端口，即漏极没有电阻接至电源。作为 I/O 口输出时，输出低电平为“0”，但输出高电平为高阻态（并非+5V，相当于悬空状态），也就是说 P0 口不能真正地输出高电平，因此在使用时需外接上拉电阻，由电源通过这个上拉电阻给负载提供电流。2P1 口P1 口为 8 位准双向 I/O 口。使用时与 P0口相似，但其内部具有提升电路，由于输入不能锁存，必须先输出 1 才能正确读出端口电平，故称为准双向口。作为通用 I/O 口使用时可以直接驱动 4 个TTL 负载。3P2 口P2 口为 8 位准双向 I/O 口。当用作通用并行
12、I/O 口时，其操作方式与 P0、P1 口类似，每一位可驱动 4 个 TTL 负载。当用于外接存储器或者扩展 I/O 接口时，P2 口作为扩展的高 8 位地址（A8A15）总线口，与 P0 口共同构成16 位地址总线（A0A15）。4P3 口P3 口为 8 位准双向口，其结构和操作方式等与 P2 口类似。同时 P3 口还可按位复用为第二功能，具体自行查表。三、单片机 I/O 口的读写操作单片机的 4 个 I/O 口在使用时，当某一端口既作输入又作输出使用，且要进行输出转输入操作时，需先将该端口写“1”然后再读。若端口只作输入口使用，则读数时不必再向端口先写“1”任务实施 活动三 单片机最 小系
13、统设 计一、电源电路一、电源电路 单片机的工作电压单片机的工作电压单片机要想工作，首先要有为整个系统提供电源的供电模块。电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。51 系列单片机工作电源的电压一般为+4.5+5.5 V，典型值为+5V，即将单片机的 VCC 脚接+5V 电源，GND 脚接地。二、时钟电路 单片机的“心脏”1内部时钟方式1、各小组组员根据各自职责配合作业2、查阅相关资料获取信息，解决实施过程中的困难3、咨询教师讲授法2H即单片机内部的高增益反向放大器通过XTAL1、XTAL2 引脚外接作为反馈元件的片外晶体振荡器（呈感性）与电容组成的并联谐振回路构成一个自激振荡器，向内部的时
14、钟电路提供振荡时钟。2外部时钟方式外部时钟方式常用于多片 51 单片机同时工作，以便于同步。它是将外部振荡脉冲信号通过 CMOS 门电路输入至 XTAL1脚，XTAL2 脚悬空，如下图所示。时钟电路异常也会引起单片机 CPU 不工作，可通过测量 ALE 脚是否有六分频信号输出来判断振荡电路是否起振。3时序51 系列单片机的一个机器周期由 12 个振荡周期组成，分为 6 个状态，分别称为S1、S2、S3、S4、S5、S6，每个状态都包含 P1 和 P2 两相。振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期的关系如下：3、复位电路单片机恢复初始状态值2软件复位即看门狗复位，AT89S51 内部自带看门狗定
15、时器，由一个 14 位定时器及 WDTRST（Watch Dog Time RST）寄存器构成。利用软件控制看门狗定时器，当系统进入死循环（程序跑飞）时，看门狗定时器自动复位，让系统恢复正常运作状态。任务实施活动四接线及调试画出单片机最小系统电路原理图单片机第40脚单片机第20脚XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RX
16、D10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89S51X112MHzC230pFC330pF+5VC1 10uFR0 8k2KR1470R R2 470RD1LED-RED电 源指 示VCCGND二、备料三、硬件电路焊接及调试过程 1、各小组组员根据各自职责配合作业2、查阅相关资料获取信息，解决实施过程中的困难3、咨询教师实验法4H检查控制1、学生自我检查：各小组对照任务书，检查并讨论各项任务是否全部完成。如果有未完成的任务，则需讨论未完成的原因及对本项目的影响，并决定是否需要重新完成项目。2、教师检查：教师对照项目结果，检查学生项目完成情况。根据项目结果的完成程度和正
