单片机原理及应用

单片机作为嵌入式处理器家族的一员,已经得到了十分广泛的应用。了解并掌握单片机技术已经是理工科各专业学生的必备技能。本课程介绍AT89S51单片机,是学生掌握单片机技术的入门级课程。

哈尔滨工业大学

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单片机原理及应用

课程概述

本课程属于宽口径的技术应用类课程,可为各类理工科院校、职业技术学院涉电专业的学生学习使用,也可供从事单片机开发的工程技术人员参考。
本课程的定位为:(1)适应社会对理工科学生掌握、应用单片机技术的迫切要求,重点讲授8051内核的AT89S51单片机,通过学习使学生掌握单片机的基础知识、基本概念,且能触类旁通,为了解掌握其他各种类型的单片机及其应用技术打下良好的基础。(2)通过本门课程学习,为进一步学习DSP、嵌入式微处理器技术等奠定坚实的理论与技术基础,也为职场求职或进一步攻读硕士学位做好技能与技术的准备。

本课程主要教学内容包括三个部分:(1)AT89S51单片机的片内硬件结构,最小系统构成,(2)8051汇编语言指令系统,常用程序设计,(3)片内各功能部件:中断系统、定时器、异步串行口的功能及工作原理以及应用程序设计。

希望学生在本课程学习的基础上,与实际操作相结合,能够采用虚拟仿真工具或开发系统进行各种单片机应用系统的设计、调试,做到学以致用。

授课目标

通过课程学习,应使学生熟练掌握单片机的基本概念与基本知识,应能掌握AT89S51单片机的硬件基本结构,片内各功能部件(中断系统、定时器、串行口)的工作原理,汇编语言指令系统以及汇编语言程序设计的基本方法和基本的程序设计,尤其要掌握使用汇编语言控制片内各功能部件的各种应用设计。

证书要求

证书设置为两档:合格(≥60分)、优秀(≥80分),由任课教师签发课程结业证书,其中成绩“优秀”者将颁发优秀证书。

预备知识

具备如数字电路技术等基础知识。

授课大纲

本课程分为7讲,主要讲授如下内容。
第1讲 单片机基础知识
本讲介绍有关单片机的基础知识与基本概念;历史及发展概况与趋势、应用领域; MCS-51系列与AT89C5x系列单片机以及各种与80C51兼容的增强型和扩展型的单片机;非8051内核的AVR系列单片机与PIC系列单片机基本性能;DSP、嵌入式微处理器的基本特性与应用领域。结构如下:
-101单片机基础知识
-102单片机应用及发展趋势
-103 MCS-51单片机与AT89S5x系列单片机
-104 各种兼容型8051单片机
-105 PIC单片机与AVR单片机
-106 其它嵌入式处理器简介

第2讲 AT89S51单片机的片内硬件结构
本讲介绍AT89S51片内的硬件结构、引脚功能、存储器的基本组成与结构、4个并行I/O端口;时钟电路的工作原理与时序以及时钟电路的设计;复位操作与复位的工作原理,以及复位电路的设计;单片机最小系统的概念;低功耗节电模式以及看门狗的工作原理与应用。结构如下:
-201 AT89S51单片机的硬件结构
-202 AT89S51单片机的引脚
-203 AT89S51单片机的CPU
-204 AT89S51单片机的存储空间
-205 程序存储器与数据存储器空间
-206 特殊功能寄存器与位地址空间
-207 P0口内部结构与特性
-208 P1口- P2口的内部结构
-209 P3口的内部结构
-210 I/O端口与LED发光二极管的驱动连接
-211 时钟电路与时序
-212 复位操作与复位电路
-213 AT89S51单片机的最小应用系统
-214 低功耗节电模式

第3讲 8051的指令系统
本讲介绍8051单片机汇编语言的指令格式、寻址方式,以功能分类的指令系统,以及指令使用中一些常见问题。结构如下:
-301 8051指令系统概述
-302 指令系统的寻址方式
-303 指令系统分类
-304 数据传送类指令
-305 算术运算类指令
-306 逻辑操作类指令
-307 控制转移类指令
-308 位操作类指令
-309 指令系统汇总
-310 某些指令说明

第4讲 8051汇编语言编程基础
本讲介绍汇编语言与高级语言的各自特点;伪指令;汇编语言源程序的汇编;常用汇编语言源程序设计的基本方法。结构如下:
-401 8051汇编语言程序设计概述
-402 伪指令
-403 汇编与反汇编
-404 子程序的设计
-405 查表程序设计
-406 分支转移程序设计
-407 循环程序设计

第5讲 AT89S51单片机的中断系统
本讲介绍中断系统的工作原理,相关的特殊功能寄存器,以及中断系统的软件编程。结构如下:
-501 中断系统技术概述
-502 中断请求源及中断请求标志
-503 中断允许控制
-504 中断优先级控制
-505 中断响应
-506 外部中断的响应时间与触发方式
-507 中断请求的撤销
-508 中断服务子程序设计方法
-509 中断服务子程序设计举例
-510 多外部中断源系统设计

第6讲 AT89S51单片机的定时器/计数器及应用编程
本讲介绍AT89S51片内定时器/计数器的结构;掌握定时器/计数器的工作原理,以及定时器/计数器的4种工作方式,定时器/计数器的应用编程。结构如下:
-601 AT89S51单片机的定时器计数器简介
-602 定时器/计数器的特殊功能寄存器
-603 定时器/计数器的四种工作方式
-604 定时器/计数器对外部输入信号的要求
-605 定时器/计数器的方式1编程
-606 定时器/计数器的方式2编程
-607 定时器/计数器的方式3编程
-608 利用门控位GATEx测量脉冲宽度
-609 实时时钟设计

第7讲 AT89S51单片机的串行口及应用编程
本讲介绍AT89S51片内串行口(UART)的结构;串行口4种工作方式的工作原理,多机通信的工作原理,波特率的制定方法;熟悉串行口的各种标准接口,如RS-232、RS-422A、RS-485等;单片机与PC机的串行通信,以及如何组成一个多机分布系统。结构如下:
-701 串行通信基础知识
-702 串行口的结构与特殊功能寄存器
-703 串行口的工作方式0
-704 串行口的工作方式1
-705 串行口的工作方式2、方式3
-706 多机通信
-707 波特率的制定方法
-708 RS-232串行通信接口标准
-709 RS-422串行通信接口标准
-710 RS-485串行通信接口标准
-711 20mA电流环串行通信接口
-712 各种串行通信接口比较
-713 串行口应用设计举例

参考资料

1. 张毅刚主编,《单片机原理及应用》(普通高等教育“十一五”国家级规划教材),高等教育出版社,2010年5月。
2. 张毅刚主编,《单片机原理及应用-C51编程+Proteus仿真》,高等教育出版社,2012年11月。
3. 张毅刚、赵光权,《单片机原理及应用》(“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材),(第三版)高等教育出版社,2016年1月。

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