单片机原理及应用技术项目化教程 项目三
单片机原理与应用实验教案
《单片机原理及应用》实验教学大纲课程编号：B04611016课程类别：专业课实验学时：16学时学分：2.5适用专业：计算机科学与技术一、实验教学目的和任务本课程是计算机及应用专业一门重要的专业课。
其教学内容直接面向生产。
同时，微机向小型化、超小型化方面发展愈来愈迅猛。
单片机应用已渗透社会各个领域，特别在通信技术中的应用，大大提高了通信技术水平。
学生应具备这方面的知识与技能，为今后参加工作，打下坚实的基础。
二、实验教学基本要求本课程是一门很注重实践的课程。
以研究MCS－51系列单片机入手，掌握其硬件结构、指令系统和程序设计，以及常用接口技术和典型应用实例。
三、实验教学内容实验项目一：清零程序1、实验目的及要求要求学生掌握软件的结构和键盘的调试。
2、实验内容及学时分配（2学时）（1）了解MCS-51软件的构造（2）掌握清零程序的输入方法（3）了解起始伪指令的输入方法实验项目二：拼字和拆字程序1、实验目的及要求要求学生掌握存储器分配和汇编语言的简单应用。
2、实验内容及学时分配（2学时）（1）进一步掌握MCS-51软件的基本使用方法（2）掌握指令的寻址方式（3）掌握数据传送指令和地址内容的分配实验项目三：数据区传送子程序1、实验目的及要求要求学生掌握RAM数据存储器实际操作。
2、实验内容及学时分配（2学时）（1）掌握MCS-51逻辑运算指令和位操作指令（2）进一步掌握数据传送子程序的简单方法（3）掌握查表程序的编写实验项目四：数据排序实验1、实验目的及要求要求学生掌握汇编语言的应用和实际操作。
2、实验内容及学时分配（2学时）（1）掌握MCS51逻辑运算指令和位操作指令（2）进一步掌握简单顺序程序的编写和调试方法（3）掌握查表程序的编写实验项目五：查找相同个数1、实验目的及要求熟悉汇编语言程序，使用环移指令和加1指令。
2、实验内容及学时分配（2学时）（1）掌握赋值指令（2）掌握带进位的环移指令和加1程序的编写实验项目六：双字节无符号数的乘法实验1、实验目的及要求要求学生掌握MCS-51汇编语言设计和调试方法。
单片机原理及应用电子版教材
LED彩灯控制
通过单片机控制RGB LED的颜色和亮度，实 现彩灯的色彩变换和动态效果。
键盘输入控制设计实例
矩阵键盘输入控制
通过单片机扫描矩阵键盘，识别按键输入并执行相应操作。
独立按键输入控制
利用单片机检测独立按键的状态，实现按键输入控制。
编码器输入控制
通过单片机读取旋转编码器或按键编码器的输出信号，实现输入 控制。
串行通信编程
通过编程实现串行通信数据的发送和接收， 包括数据格式设置、波特率设置、数据校验 等。
05
单片机应用实例分析
LED显示控制设计实例
LED点阵显示控制
通过单片机控制LED点阵的亮灭，实现文字 、数字或图形的动态显示。
LED数码管显示控制
利用单片机输出数字信号，驱动LED数码管 显示数字或字母。
步进电机驱动控制
利用单片机产生步进电机所需的驱动信号， 实现电机的精确角度转动和定位。
直流电机驱动控制
通过单片机输出PWM信号，调节直流电机 的转速和方向。
交流电机驱动控制
通过单片机控制交流电机的变频器或软启动 器，实现电机的平稳启动和调速。
06
单片机实验与课程设计指导
实验一：闪烁LED灯实验
实验目的：掌握单片机I/O口的
单片机原理及应用电子版教 材
• 单片机概述 • 单片机基本原理 • 单片机编程语言与开发工具 • 单片机外围电路与接口技术
• 单片机应用实例分析 • 单片机实验与课程设计指导
01
单片机概述
单片机定义与发展
定义
单片机（Microcontroller Unit，MCU）是一种集成电路芯 片，采用超大规模集成电路技术将中央处理器（CPU）、存 储器、输入输出接口等计算机主要部件集成在一块芯片上， 构成一个完整的微型计算机。
单片机原理与应用项目化教程 项目二 MCS-51单片机结构
高职高专 “十二五”创新型规划教材 《单片机原理与应用项目教程》课件
三、并行I/O口引脚
项目二 MCS-51系列单片机结构
1、P0口：P0.0～P0.7 (39-32脚) 双向8位三态I/O口，可驱动8个TTL负载。 该口为地址总线低8位与数据总线分时复用。
2、P1口：P1.0～P1.7 (1-8脚) 8位准双向I/O口，可驱动4个TTL负载。
高职高专 “十二五”创新型规划教材 《单片机原理与应用项目教程》课件
项目二 MCS-51系列单片机结构
• 1 程序计数器PC（Program Counter）
程序计数器PC用于存放下一条要执行的指令地址。PC是 一个16位专用寄存器，并具有自动加1的功能。可寻址范围 为0-65535(64K)。
当CPU要取指令时，PC的内容送到地址总线上，从而指 向程序存储器中存放当前指令的单元地址，以便从存储器中 取出指令，加以分析、执行，同时PC内容自动加1，指向下 一条指令，以保证程序按顺序执行。也可以通过控制转移指 令改变PC值，实现程序的转移。
3 标志寄存器PSW（Program Status Word）
是一个8位的寄存器，它用于保存指令执行结果的状态， 以供程序查询和判别。
D7 D D D D D D D P S Cy 6AC 5F0 R4S1 R3S0 2OV 1-- 0P (1)CyW (PSW.7)进位标志位
(2)AC(PSW.6)辅助进位标志位 (3)F0(PSW.5)标志位 (4)RSl、RS0(PSW.4、PSW.3)工作寄存器区选择控制位 (5)OV(PSW.2)溢出标志位 (6)-(PSW.1)是保留位（未定义用） (7)P(PSW.0)奇偶标志位
二、控制引脚（二）
单片机应用技术项目教程项目三任务2
知识点一 中断的相关概念
2．中断源 中断源是指在单片机系统中向CPU发出中断请求的来源，
中断源可以人为设定，也可以是为响应突发性随机事件而设置。 单片机系统的中断源一般有外部设备中断源、控制对象中
断源、定时器/计数器中断源、故障中断源等。
知识点一 中断的相关概念
3．中断优先级 一个单片机系统可能有多个中断源，且中断申请是随机的，
知识点三 中断标志与控制
（5）IE1（TCON.3）：外部中断1边沿触发中断请求标志位。 当CPU检测到INT1（P3.3脚）上有外部中断请求信号时，IE1由 硬件自动置位，请求中断；当CPU响应中断进入中断服务程序 后，IE1被硬件自动清除。 （6）IT1（TCON.2）：外部中断1触发类型选择位。IT1状态可 由软件置位或清除，当IT1=1时，设定的是后边沿触发（即由 高变低的下降沿）请求中断方式；当IT1=0时，设定的是低电 平触发请求中断方式。 （7）IE0（TCON.1）：外部中断0边沿触发中断请求标志位， 其功能与IE1类同。 （8）IT0（TCON.0）：外部中断0触发类型选择位，其功能与 IT1类同。
中断函数的定义格式如下：
void 函数名(void) interrupt 中断编号 [using 工作寄存器组编号] { 可执行语句； }
例如：void Timer( ) interrupt 1 using 2 {}
知识点三 中断标志与控制
AT89C51中断标志位集中安排在定时器控制寄存器TCON和 串行口控制寄存器SCON中。 1．控制寄存器TCON
知识点二 中断源与中断函数
2．定时器中断 51单片机内部定时器/计数器T0和T1，在计数发生溢出时，
单片机内硬件自动设置一个溢出标志位，申请中断。 3．串行中断
单片机应用技术(C语言版)第2版课后习题答案-王静霞
3
LED数码若采用动态显示方式，下列说法错误的是__________。
A．将各位数码管的段选线并联
B．将段选线用一个8位I/O端口控制
C．将各位数码管的公共端直接连接在+5V或者GND上
D．将各位数码管的位选线用各自独立的I/O端口控制
C
4
共阳极LED数码管加反相器驱动时显示字符“6”的段码是_________。
规定一个机器周期的宽度为12个振荡脉冲周期，因此机器周期就是振荡脉冲的十二分频。
当振荡脉冲频率为12MHz时,一个机器周期为1µs；当振荡脉冲频率为6MHz时，一个机器周期为2µs。
序号
知识点
题型
内容
答案
1
项目三单片机并行I/O端口的应用
3.1单项选择题
下面叙述不正确的是（）
A．一个C源程序可以由一个或多个函数组成
P3口各引脚与第二功能表
引脚
第二功能
信号名称
P3.0
RXD
串行数据接收
P3.1
TXD
串行数据发送
P3.2
外部中断0申请
P3.3
外部中断1申请
P3.4
T0
定时/计数器0的外部输入
P3.5
T1
定时/计数器1的外部输入
P3.6
外部RAM写选通
P3.7
外部RAM读选通
3
什么是机器周期？机器周期和晶振频率有何关系？当晶振频率为6MHz时，机器周期是多少？
voiddelay(void)
{inti;
for(i=0; i<10000; i++);
}
10000
12
在单片机的C语言程序设计中，______________类型数据经常用于处理ASCII字符或用于处理小于等于255的整型数。
项目式教学体系改革“单片机原理及应用”课程教学的研究与实践
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·108·2021年第23期文章编号：2095－6835（2021）23－0108－02项目式教学体系改革“单片机原理及应用”课程教学的研究与实践＊苏渤力，于瑞红，王新刚，马洪蕊（防灾科技学院电子科学与控制工程学院，河北廊坊065201）摘要：“单片机原理及应用”是电子信息大类专业一门综合性、实践性较强的课程。
根据课程特点结合项目式教学体系建设，对“单片机原理及应用”课程的教学模式、实践教学方式、教学内容进行了研究和探索。
实践表明，该教学改革有效提高了学生分析问题和解决问题的能力，综合素质显著提高，教学效果十分理想。
关键词：“单片机原理及应用”；教学改革；项目式教学体系；教学研究中图分类号：G642文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2021.23.044“单片机原理及应用”课程讲授8位、16位和32位微控制器的设计及应用，是电子信息大类一门综合性和实践性较强的课程[1-2]。
随着半导体技术的进步，微控制器作为核心控制器件在汽车电子、航天与国防、工业自动化与控制系统、无线基础设施以及个人消费类电子器件等领域有着广泛的应用。
该课程讲授先进的微控制器架构和外设、实时处理、数据分析和安全功能，使学生掌握如何提高微控制系统的自动化程度和能效[3-4]。
为了提升学生进行高性能低功耗微控制系统设计的能力，使学生通过本课程的学习达到企业和行业要求的综合设计能力，课题组根据“单片机原理及应用”课程的综合性和实践性，对课程的教学进行了创新尝试和改进研究[5-6]，探索了项目式教学体系模式，提高教学内容的深度、广度和趣味性。
实践教学改革取得了较好的教学效果。
1教学模式探索1.1课堂讲授与演示各种型号的微控制器在具体的应用领域均有独特的优势，集成开发环境较多，微控制器是设计基础，程序设计是核心。
“单片机原理及应用”课程教学改革探讨
“单片机原理及应用”课程教学改革探讨目录一、内容简述 (2)二、当前教学现状分析 (3)1. 教学内容与实际需求脱节 (4)2. 教学方法单一，学生学习兴趣不足 (5)3. 实践环节薄弱，学生动手能力不强 (6)三、教学改革思路与目标 (7)1. 明确教学目标，优化课程体系结构 (8)2. 改进教学方法，提高教学质量 (9)3. 强化实践教学，培养学生的工程实践能力 (10)四、教学改革实施策略 (11)1. 更新教学内容，紧跟时代步伐 (12)2. 创新教学方法，激发学生的学习兴趣 (13)3. 加强实践教学，提升学生的动手能力 (14)五、教学改革效果评估与反思 (15)1. 教学质量评估方法与标准 (16)2. 学生反馈与评价 (18)3. 教学改革的持续改进与优化 (19)六、结论与展望 (20)1. 总结教学改革成果与经验 (21)2. 展望未来发展趋势与挑战 (22)一、内容简述在当今电子科技日新月异的时代背景下，“单片机原理及应用”作为电子工程及相关专业的核心课程，其重要性不言而喻。
本课程旨在通过对单片机的基础理论知识的深入讲解，配合丰富的实践应用案例分析，培养学生掌握单片机的设计原理、编程技巧以及在实际工程项目中的应用能力。
课程内容的安排遵循由浅入深的原则，首先从单片机的基础硬件结构入手，逐步介绍其工作原理、指令系统等核心概念。
过渡到编程语言的讲解，重点培养学生的C语言编程能力和调试技能。
课程还深入探讨了单片机应用系统的设计方法，包括系统需求分析、硬件选型、软件架构设计等，旨在提升学生的综合系统设计能力。
为了增强课程的实用性和针对性，本课程引入了多个实际的应用案例，涵盖智能家居、工业自动化控制、传感器应用等多个领域。
通过这些案例的学习与实践，学生不仅能够巩固理论知识，还能够培养解决实际问题的能力，为未来的职业生涯打下坚实的基础。
“单片机原理及应用”课程的教学改革应当紧密围绕提升学生的实践能力和创新能力展开，通过精心设计的教学内容和多样化的教学方法，激发学生的学习兴趣，培养他们的工程实践素养，从而更好地适应快速发展的电子科技行业对人才培养的需求。
项目三 制作球赛计分牌
《单片机原理与应用》教材项目三制作球赛计分牌LED（数码管）显示是单片机系统重要的信息显示方式，常与按键一起组成“人机对话飞学习数码管显示及按键的程序实现方法是单片机重要的基本功。
球赛计分牌是一个具有数码管显示、按键输入、数据运算等比较完整的单片机系统，该项目具有实用价值，PCB板稍作改进即可技入生产生活中。
【知识目标】•数码管显示原理及单片机接口电路分析。
•按键实现方法。
•掌握算术、逻辑运算指令用法及书写规范。
•熟悉常用51汇编伪指令的运用。
•学会程序的规划、一般项目的开发过程。
【技能目标】•熟练掌握数码管动态显示的程序编写方法。
•会编写独立式按键、矩阵式按键的程序。
•球赛计分牌项目的开发与完成。
•初步领会单片机项目中硬件与软件的紧密结合关系。
任务一数码管显示【任务目标】•了解LED数码管的种类与外形等。
•能区分共阴及共阳数码管。
•熟悉LED数码管与单片机的接口。
•学会正确选用LED数码管。
【读一读】知识1数码管显示原理1.认识数码管数码管是单片机应用系统中最常用的显示器件之一，为人机对话提供了一个直观的显示窗口，通过数码管能显示数字0~9及字母A~F。
以数码管显示的数字字高不同而分为大小不一的多种尺寸数码管，小至0.28英寸（注：1英寸=2.54厘米），大至为数英寸以上，图3-1示意出了最常用的0.5英寸及1.0英寸的数码管。
（a）0.5英寸数码管（b）1.0英寸数码管图3-1数码管数码管显示的颜色有多种，以红色、绿色、黄色、蓝色居多，可根据实际需要选取不同尺寸、不同颜色的数码管。
数码管根据需要可制成单位数码管，也可制成多位数码管，图3-2（a）为单位数码管，（b）为4位数码管。
多位一体的数码管可减少线路板PCB走线的复杂程度，适用于动态扫描显示方式，但其价格略高。
（a）单位数码管（b）四位一体数码管图3-2各类数码管2.数码管显示原理图3-3为数码管内部结构，其内部由8个发光二极管组成，故又称为八段LED数码管。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3.3 项目支撑知识链接
3.3.1 中断系统概述
1．中断的概念 在现实生活中，往往会遇到这样的事情：你在看书—电 话响了—接电话—通话完毕—从刚才停止的地方继续看书。 这是一个典型的中断现象，为什么会出现此现象呢？就是因 为当你正做一件事情(看书)时，突然出现了一个重要的事情 要处理(接电话)，而一个人又不能同时完成两项任务，这时 就必须采取穿插着去做的方法来实现。
模块3 中断控制的花样彩灯设计
3.1 项目描述 3.2 项目目的与要求 3.3 项目支撑知识链接 3.4 项目实施 项目小结 项目拓展技能与练习
【项目导入】 早期的单片机系统中并没有引入中断机制，随着工业技 术的发展，要求在工业控制系统中能实时、快速、准确地处 理一些突发事件，由此促使了中断技术的出现。如今中断技 术在单片机中的应用越来越广泛。在此，我们通过设计一个 项目—中断控制的花样彩灯，让同学们掌握中断技术在单片 机中的使用。
2．89C51中断系统的结构 89C51系列单片机的中断系统有5个中断源，分别是、、 T0、T1和串行端口。4个中断控制寄存器TCON、SCON、 IE、IP用于控制中断类型、锁存中断标志以及控制中断的开 /关和中断源的优先级别。5个中断源有两个优先级，可实现 二级中断服务嵌套，由片内特殊功能寄存器中的中断允许寄 存器IE控制CPU是否响应中断请求，由中断优先级寄存器IP 安排各中断源的优先级，同一优先级内各中断同时提出中断 请求时，由内部的查询逻辑确定其响应次序。
3.1 项 目 描 述
单片机的中断技术在工业控制与测量领域有着广泛的 应用。本项目通过用一个按键产生的中断信号来控制花样彩 灯的闪亮方式。通过该项目的学习，学生可掌握单片机中断 的基本概念、中断的处理过程以及中断服务程序的编写，为 以后单片机系统的开发奠定扎实的基础。
3.2 项目目的与要求
本项目采用外部中断方式控制彩灯的运行，通过按动 按键产生中断，使得彩灯以三种方式闪亮。项目在实施过程 中需要解决以下关键问题：
(1) INT0 (P3.2)：外部中断0请求信号输入引脚。可 由IT0(TCON.0)选择其为低电平有效还是下降沿有效。当 CPU检测到P3.2引脚上出现有效的中断信号时，中断标志 IE0(TCON.1)置1，开始向CPU申请中断。
(2) INT1(P3.3)：外部中断1请求信号输入引脚。可由 IT1(TCON.2)选择其为低电平有效还是下降沿有效。当 CPU检测到P3.3引脚上出现有效的中断信号时，中断标志 IE1(TCON.3)置1，开始向CPU申请中断。
(2) 处理故障。把那些可以预知的故障(如除数为0、掉 电等)作为中断源，编制相应的故障处理中断服务程序，这 样当故障发生时，CPU就能及时发现并自动进行处理。
(3) 实现实时控制。在实时测控系统中，要求单片机能 对现场的许多随机参数、信息进行快速分析、运算并及时处 理，而中断机制正好满足了这种在任何时刻提出处理请求的 实时控制。
【项目目标】 1. 知识目标 (1) 理解中断的概念； (2) 熟悉单片机的中断结构和控制； (3) 理解中断控制寄存器的各位含义； (4) 掌握中断的处理过程。 (5) 掌握C51中断函数的定义。
2. 能力目标 (1) 编程中会使用中断各寄存器； (2) 掌握中断的入口地址的安排； (3) 能运用C51语言编写中断应用程序。
与生活中的中断现象相似，在单片机执行程序的过程中， 由于内部或者外部发生某一突发事件去请求CPU处理(中断 发生)；CPU暂时中断当前程序的执行，转去处理所发生的 事件(中断响应和中断服务)；待处理完毕后，再返回来执行 原来被中断的程序(中断返回)。这一处理过程称为中断。
在中断系统中，常用到以下几个概念：CPU正常情况下 运行的程序称为主程序；向CPU提出中断申请的设备称为中 断源；中断源向CPU所发出的请求中断的信号称为中断请求； CPU在满足条件的情况下，接受中断申请，终止现行的执行 转而为申请中断的对象服务称为中断响应；为服务对象服务 的程序称为中断服务程序；现行程序被中断的地址称为断点； 中断服务程序结束后，返回到原来的程序称为中断返回。单 片机中断过程示意图如图3-1所示。
89C51单片机的中断系统包括中断请求标志位(在相关的 特殊功能寄存器中)、中断允许寄存器IE、中断优先级寄存 器IP及内部硬件查询电路，如图3-2所示，图中反映出了 89C51单片机中断系统的功能和控制情况。
பைடு நூலகம்
图3-2 89C51中断系统内部结构图
3．中断的功能 随着计算机技术的应用，人们发现中断技术不仅解决了 快速主机与慢速I/O设备的数据传送问题，而且还具有如下 功能： (1) 提高CPU的工作效率。中断请求发生于时间不确定 的事件(如定时时间到的处理)中，在中断请求发生时需要 CPU暂停当前的工作。因此采用中断技术使CPU避免了不必 要的等待和查询，大大提高了CPU的工作效率，实现了CPU 与外围部件或外部设备的并行工作。
(4) 实现人机交互。用户需要对单片机的工作进行干预 时，可以通过按键请求使单片机按照用户的意图进行工作。
3.3.2 中断的处理过程
1．中断源 89C51系列单片机有5个中断源：(P3.2)，(P3.3)，定时 器/计数器T0、T1的溢出中断，串行端口的发送(TXD)和接 收(RXD)中断(只占一个中断源)。下面分别作一介绍。
图3-1 单片机中断过程示意图
此处需要注意两点，分别是：保护断点和保护现场。 保护断点指的是当CPU响应外设提出的中断请求时，在 转入中断服务程序之前，把主程序断点(程序计数器PC的当 前值)保存起来，以便中断服务程序执行结束返回到主程序 后，从断点处又开始继续执行主程序。
保护现场指的是CPU执行中断处理程序时，可能要使用 主程序中使用过的累加器、寄存器或标志位，为了使这些单 元的值在中断服务程序中不被冲掉，在进入中断服务程序前， 要将有关寄存器保护起来。中断服务程序执行完时，还必须 恢复原寄存器的内容及原程序中断处的地址，即恢复现场和 恢复断点。