上海電力學院

課程名稱：單片機原理及應用

參考書目

1. 程啟明, 趙永熹, 黃云峰等. 單片機原理及應用. 北京: 中國水利水電出版社. 2022.08

2. 張毅剛. 單片機原理及應用(第4版). 北京. 高等教育出版社. 2021.09

3. 程啟明, 徐進 黃云峰, 楊艷華. 基于匯編與C語言的單片機實踐與學習指導. 北京: 中國水利水電出版社. 2019.7

復習的總體要求

本課程要求如下：

(1)了解單片機的基本概念，掌握各類數制轉換及表達;掌握MCS51系列單片機系統結構、引腳功能、內部組成、相關資源。掌握MCS51系列單片機存儲器結構和尋址方式。

(2)熟練掌握MCS51系列單片機的指令系統，熟練掌握匯編編程或C51的類C語言編程，掌握程序設計的方法和程序設計的基本結構。

(3)掌握MCS51系列單片機中定時/計數器、串行通訊以及中斷系統，掌握I/O接口技術的應用。

(4)掌握MCS51系列單片機系統擴展及應用開發技術，了解單片機系統設計開發的方法。通過實例分析，了解單片機系統綜合設計方法。

復習內容及知識點

一、計算機基礎知識

(一)學習的目的和要求

基本任務是學習常用數制及編碼，為后續章節學習奠定基礎知識。

(二)考核知識點

1、數制的基本概念;

2、數制轉換;

3、微型計算機概述;

4、計算機硬件發展簡史、工作原理、基本理論;

5、單片機的定義、工作原理。

(三)考核要求

(1)識記

1、二、十、十六進制數的表示及相互轉換方法;

2、數的原碼、反碼和補碼表達及運算;

3、BCD碼與ASCII碼。

二、MCS51單片機的硬件結構

(一)學習的目的和要求

基本任務是學習MCS51系列單片機基本結構和基本工作原理等知識，為后續內容提供必要的概念基礎。

(二)考核知識點

1、MCS51單片機的硬件組成結構;

2、MCS51單片機引腳功能;

3、MCS51單片機內部存儲器;

4、MCS51單片機并行I/O口的結構;

5、MCS51單片機時鐘與時序;

6、MCS51單片機復位和低功耗運行方式。

(三)考核要求

(1)識記

1、MCS51系列(僅限8031、8051)功能結構、特點;

2、MCS51中央處理器CPU中專用寄存器及狀態寄存器標志位的功能特點;

3、信號引腳功能、并行I/O口結構及應用要點;

4、MCS51存儲器結構，包括程序存儲器、數據存儲器、特殊功能寄存器的地址空間及地址空間的分配;

5、時鐘周期、機器周期、指令周期的分配和時序的基本概念;

6、復位工作方式和低功耗方式的特點;

7、總線的概念及分類。

(2)領會

1、微型計算機的硬件組成結構;

2、MCS51中央處理器CPU中時鐘電路及時序和取指/執行時序圖;

3、并行I/O口內部結構及讀、寫操作，及并行I/O口的負載能力;

4、復位操作的功能和復位后CPU內部的狀態;

5、節電運行方式;

6、片內振蕩器原理與結構

7、MCS51片內RAM與ROM的分配、SFR特殊功能寄存器的分配、定義和功能。

(3)應用

1、MCS51單片機內部寄存器的分配和正確使用;

2、MCS51單片機 4個并行I/O口的分工和正確使用;

3、MCS51存儲器和布爾(位)處理器。

三、MCS51單片機指令系統

(一)學習的目的和要求

基本任務是學習尋址方式和指令系統，以便于程序設計。

(二)考核知識點

1、MCS51尋址方式的種類、各尋址方式訪問的地址空間及應用;

2、MCS51匯編語言的指令格式及MCS51指令系統的特點;

3、數據傳送類指令的類型、特點及應用;

4、算術運算類指令的類型、特點及應用;

5、邏輯運算及循環位移類指令的類型、特點及應用;

6、控制轉移類指令的類型、特點及應用;

7、布爾(位)處理類指令的類型、特點及應用。

(三)考核要求

(1)識記

1、MCS51尋址方式的種類及定義;

2、MCS51匯編語言的指令格式;

3、數據傳送指令的指令格式;

4、算術運算類指令的指令格式;

5、邏輯運算及循環位移類指令的指令格式;

6、控制轉移類指令的指令格式;

7、布爾(位)處理類指令的類型及指令格式。

(2)領會

1、各種尋址方式訪問的地址空間及應用;

2、數據傳送類指令的應用，及執行后存儲器、內存單元內容的變化;

3、算術運算類指令的應用及對標志位的影響;

4、二-十進制高速指令應用的場合、執行的條件、執行后的結果;

5、邏輯運算及循環位移類指令的應用及對標志位的影響;

6、并行I/O口邏輯運算的應用;

7、控制轉移類指令的應用及對SP、PC的影響;

8、相對偏移量的概念及計算;

9、比較轉移指令和循環轉移指令的功能及應用;

10、布爾(位)處理類指令的特點及應用。

(3)應用

1、綜合存儲器結構的映像，進一步分析訪問各存儲器地址空間的尋址方式;

2、對給定的程序段進行分析，確定其完成的功能及各種狀態的變化;

3、編制一個程序段，實現某個指定的功能或期望的結果;

4、傳送、算術、邏輯、控制和布爾運算，這五大類匯編語言指令的運用。

四、MCS51單片機匯編語言程序設計

(一)學習的目的和要求

基本學習任務是學習匯編程序所要求的語法規定，包括一些常用的偽指令，程序設計的基本方法，能夠設計一般的應用程序。

(二)考核知識點

1、匯編語言程序設計的基本概念、方法與步驟;

2、常用偽指令的格式及應用;

3、程序設計基本結構及應用;

4、根據程序的邏輯結構和算法，設計程序流程圖;

5、MCS51源程序的基本格式及應用;

6、常用功能模塊程序段設計。

(三)考核要求

(1)識記

1、匯編語言程序設計的基本概念、方法與步驟;

2、常用偽指令的格式及應用;

3、程序設計基本結構種類;

4、MCS51源程序的基本格式。

(2)領會

1、順序程序、分支程序、循環程序的設計方法及應用;

2、子程序的編制和調用方法(參數的傳遞只要求使用單片機芯片中的寄存器和RAM進行);

3、根據程序的邏輯結構和算法，設計程序流程圖。

(3)應用

1、正確運用指令，采用匯編語言設計簡單程序段，包括：數據傳送、算術邏輯運算、碼制/數制轉換、查表程序、定時程序、極值、排序及檢索程序;

2、分析判斷簡單程序段功能和運行結果。

五、C51程序設計(類C語言編程)

(一)學習的目的和要求

基本學習任務是學習Keil uVision4的使用方法，對標準C的基本語法的掌握，重點掌握C51的擴展功能，掌握C51程序的編寫方法。

(二)考核知識點

1、Keil C51的編程語言基礎;

2、Keil C51程序設計方法;

3、Keil C51程序設計的函數和中斷函數的編寫;

4、根據程序的邏輯結構和算法，設計程序流程圖，并用C51實現;

5、常用功能模塊函數設計。

(三)考核要求

(1)識記

1、C51語言程序設計的基本概念、方法與步驟;

2、C51常用語句的語法;

3、C51程序函數和中斷函數的編寫;

4、C51程序的應用。

(2)領會

1、在C51語言環境下，順序程序、分支程序、循環程序的設計方法及應用;

2、各類主子函數的編寫和調用方法;中斷處理子函數的編寫和應用;

3、根據程序的邏輯結構和算法，設計程序流程圖。

(3)應用

1、C51編寫基本功能的語句與函數，熟悉與了解中斷函數、定時函數、串行、并行通信函數的編寫;

2、分析判斷程序函數功能和運行結果。

六、MCS51單片機的中斷與定時

(一)學習的目的和要求

基本任務是學習單片機中斷與內部計數器/定時器的使用方法。

(二)考核知識點

1、中斷的基本概念、方式及中斷技術的優點;

2、MCS51的中斷源、中斷控制及中斷優先級;

3、響應中斷的條件和過程，及各中斷源的向量地址;

4、外部中斷的觸發方式;

5、中斷響應過程及中斷服務子程序編程要點;

6、MCS51的定時/計數器的基本原理;

7、控制定時/計數器的特殊功能寄存器TMOD和TCON;

8、定時/計數器的工作方式;

9、定時/計數器應用編程。

(三)考核要求

(1)識記

1、中斷的基本概念、方式及中斷技術的特點;

2、MCS51的中斷源的種類及各中斷源的向量地址;

3、外部中斷的觸發方式;

4、MCS51中斷優先級設置;

5、MCS51中斷響應的條件和響應過程;

6、MCS51的定時/計數器的基本原理;

7、定時/計數器的工作方式。

(2)領會

1、MCS51中斷設置與控制;

2、中斷服務程序編寫要點;

3、定時及中斷控制寄存器的應用;

4、方式0、方式1、方式2的應用。

(3)應用

1、針對各中斷源編寫中斷初始化程序及相應的中斷服務程序;

2、定時/計數器初值的計算及應用編程;

3、按給定要求編寫或分析定時/計數器程序段;

4、方波輸出、計時與計數;簡單波形的輸入捕捉、頻率和周期的測量。

七、單片機并行存儲器擴展

(一)學習的目的和要求

基本學習任務是學習半導體存儲器的類型以及與單片機系統的連接。

(二)考核知識點

1、MCS51單片機總線及硬件系統擴展;

2、編址技術;

3、系統地址空間的分配和譯碼;

4、系統外部程序存儲器、數據存儲器及存儲器綜合擴展;

(三)考核要求

(1)識記

1、系統擴展結構與擴展存儲器編址及映像(部分譯碼、全譯碼)

2、應用系統分析和系統配置

3、系統地址空間的分配和譯碼

(2)領會

1、半導體存儲器(RAM、ROM)與單片機系統連接時應考慮的問題;

2、單片機擴展及系統結構。

(3)應用

1、外部程序和數據存儲器擴展，典型芯片與單片機系統的連接包括(2716、2732、2764、27128、6116、6264、2864等常用RAM和ROM芯片);

2、外部存儲器混合擴展。

八、單片機并行I/O擴展及應用

(一)學習的目的和要求

學習單片機系統常用芯片的接口技術，以便于和系統連接。

(二)考核知識點

1、單片機簡單I/O擴展;

2、采用8255、8155擴展并行I/O接口;

3、采用8279擴展鍵盤/顯示器接口;

4、單片機按鍵及消抖動;

5、單片機LED顯示方法。

(三)考核要求

(1)識記

1、輸入/輸出兩種尋址方式;

2、單片機簡單的I/O口擴展(74LS244、74LS377);

3、可編程接口芯片8255、8155的內部邏輯結構特點、引腳功能、命令字和狀態字的含義。

(2)領會

1、單片機與外部設備之間傳送信息的特點和類型;程序傳送(無條件傳送、查詢式傳送)方式、中斷方式;

2、8255、8155基本輸入輸出方式的應用;

3、單片機鍵盤接口技術(獨立式、行列式鍵盤);

4、單片機LED顯示接口技術(靜態、動態顯示以動態為重點)。

(3)應用

1、MCS51配置8255、8155擴展并行I/O接口及8255、8155初始化編程;

2、單片機I/O口的直接應用;

3、鍵盤接口程序和LED顯示程序。

九、MCS51單片機串行通信

(-)學習的目的和要求

基本任務是學習單片機與外部設備傳送信息的類型及傳送方式，為后續內容準備基礎知識。

(二)考核知識點

1、串行通信基本知識;

2、串行口及控制寄存器;

3、工作方式及初始化編程。

(三)考核要求

(1)識記

1、異步串行傳送的基本概念(波特率、傳送格式);

2、串行口寄存器結構及個標志位功能;

3、串行口工作方式0、1、2、3;

4、RS-232C標準。

(2)領會

1、多機通信方法;

2、串行接口電路。

(3)應用

1、串行口初始化編程;

2、串行通信程序段分析。

十、單片機A/D及D/A轉換器接口

(一)學習的目的和要求

本章的基本任務是學習單片機和數/模及模/數轉換器的接口技術，以便于構成對模擬量處理的系統。

(二)考核知識點

1、D/A轉換器原理及應用;

2、A/D轉換器原理及應用。

(三)考核要求

(1)識記

1、D/A轉換器接口技術性能(分辨率、建立時間、接口形式);

2、DAC0832內部邏輯結構、引腳功能及單緩沖方式的應用;

3、ADC0809內部邏輯結構、引腳功能、定時采集方式的應用。

(2)領會

1、A/D分類及特點;

2、D/A原理及特點。

(3)應用

1、采用DAC0832接口電路輸出函數波形;

2、采用ADC0809接口電路對輸入信號(如電壓等)的測量。

十一、單片機應用

(一) 學習的目的和要求

單片機的綜合應用;針對我國高校雙語教學的現狀，結合我校“單片機”雙語教學的實踐，考核學生在教學和實踐中對英語使用程度的把握、以及雙語在工程設計中的研究與實踐;為學生在研究生階段的學習與深造，奠定良好的語言基礎。

(二)考核知識點

1、單片機的開發、應用過程及實例典型應用系統;

2、以英語為載體，對前述單片機教學內容和知識點的簡易表述和簡單應用。

(三)考核要求

(1)識記

1、單片機的開發、應用過程及實例典型應用系統;

2、以英語為載體，能夠回答與表述簡單的單片機基本概念;閱讀、分析與解釋結構基礎、簡易的單片機程序。

附：有關說明

1、本課程在試卷中對不同能力層次要求的分數比例為：識記題目占30%，領會題目占40%，應用題目占30%。試卷中不同難度試題的分數比例為：容易題目占20%，較易題目占30%，較難題目占30%，難題目占20%。

2、本課程考試命題可采用的題型有：填空、名詞解釋、選擇題、問答題、閱讀程序題、簡單編程題、作圖題、綜合應用題等。