单片机原理及接口技术

0.引言

随着半导体技术的飞速发展，微处理器更新换代的速度越来越快， 以 386、486、586 为代表的微处理器，在很短的时间内就被淘汰出局，而传统的单片机如 68HC05、8051 等年龄已有15 岁，产量仍是上升的。

     到目前为止，单片机技术已发展得相当完善，它已成为计算机技术的一个独特而又重要的分支。并且广泛应用到电信、家用电器、工业控制、仪器仪表、汽车电子等智能化领域。研究表明：一个消费者一天接触到的物品中，就包括至少100个嵌入式单片机系统：从微波炉、吹风机、无绳电话、冰箱、洗衣机到汽车、微机、中央空调系统、智能门禁、安防系统等众多产品，都加入了嵌入式单片机来增强可靠性、改善能效、保证安全、提高产品灵活性。单片机市场每年销售量超过50亿片，其中8位单片机的年销售量达到约30亿片。市场前景是非常广阔的。       

1.课程的地位和作用

     《单片机原理及接口技术》是电子信息类、电气类等专业的一门重要的专业基础课，该课程是培养学生的工程应用能力和创新能力、提升学生就业水平的一门重要专业核心课。我校的电子信息工程、电气工程及其自动化、物理学开设了这门课程，该课程在学生科研项目训练、学科竞赛、专业课程设计、毕业设计等环节占据主要位置。

该课程以目前比较典型的89C51为核心，主要讲述单片机的硬件结构、指令系统、汇编语言设计、定时器/计数器、串行口、中断系统、A/D、D/A、以及单片机的接口电路设计。

     通过本课程的学习，让学生学会一种单片机（8051），掌握一类单片机开发应用技能，熟悉一批常见的工程案例。使学生了解单片机技术及其在工业控制、经济建设和日常生活中的应用。为学生后续课程奠定基础，同时也为学生在科研创新方面搭建一个研发平台。为将来从事电子电器新产品设计开发，以及电子产品的检测和维护等工作奠定坚实的基础。

2.课程建设基本思路及主要措施

课程建设的基本指导思想：以培养学生的工程应用能力和创新能力、提升学生就业水平为导向，以培养学生的设计能力、研究能力、实践能力和创新能力为目标，构建理论和实践课程体系，确保课程内容的系统性和完整性的统一。

（1）项目驱动，突出应用。课程以实际工程应用为背景，结合章节内容，采用项目化的案例教学模式，通过大量具有实际工程背景的教学案例，注重学生创新理念和创新意识的培养。

（2）虚实结合，强化实践。课程采用学、做、练一体化的教学手段，结合Proteus仿真软件和实验平台，紧密结合实验课、课程设计、课外科技活动、学科竞赛等实践活动，推动实践平台建设，使学生达到既懂原理，又懂设计和制作、应用，达到培养学生实践技能的目的。

（3）产学互动，推动课改。课程采用“产学研”相结合的课内+课外的实践教学模式。把课程改革、科研训练和课程设计融为一体，着重学生“研究能力、创新能力和工程实践能力”的培养。

      （4）大赛牵引，促进创新。以课程为载体，大力开展学生科技创新活动。通过组织学生参加全国大学生电子设计竞赛、大学生“挑战杯”科技比赛、“蓝桥杯”全国软件和信息技术专业人才大赛，促进学生的应用创新能力的培养。

先修课程：计算机基础、数字电子技术、模拟电子技术

特别提醒：

由该课程团队开设的《电子系统软件设计》将在本课程之后开课，建议有意愿参加学科竞赛、继续深造或从事单片机设计研发工作的同学, 后续选修《电子系统软件设计》的课程内容。

第一部分 单片机简介

1.1 什么是单片机？

1.2 单片机的发展过程

1.3 单片机的应用领域

1.4 单片机应用系统开发

第一部分：单元测试

第二部分 80C51的结构和原理

2.1 80C51的基本结构

2.2 80C51单片机的CPU

2.3 80C51单片机的小系统

2.4 80C51单片机的存储器组织

2.5 80C51单片机的并口

本章节思维导图

第二部分：单元测试

第二部分：单元作业

第三部分 80C51的指令系统

指令系统概述

3.1 单片机可执行程序生成示例

3.2 MCS-51系列的指令系统指令格式

3.3 MCS-51系列的指令系统寻址方式

3.4 MCS-51系列的指令系统功能分类

第三部分：单元测试

第三部分 80C51的指令系统 作业

第四部分： 80C51的汇编语言程序设计

4.0 汇编语言程序设计概述

第四部分之2：最简单的彩灯管理

第四部分之3：数码管的管理

第四部分之4：项目3单键查询

第四部分之5：延时程序设计

第四部分之6：累加和程序设计

第四部分之7：流水灯程序设计

第四部分之8：多键查询程序设计

第四部分：单元测试

第四部分：单元作业

第五部分：80c51的中断系统

第五部分：80c51的中断系统_（上）中断系统

第五部分：80c51的中断系统_（中）中断系统

第五部分：80c51的中断系统_（下）中断系统

第五部分：80c51的中断系统_中断程序设计

实验1. 单片机开发环境及开发过程的认识实验

第五部分：单元作业

第五部分：单元测试

第六部分：80C51单片机的定时/计数器

第六部分：80C51单片机的定时/计数器（1） 基本结构及工作原理

第六部分：80C51单片机的定时_计数器（2）控制模式

第六部分：80C51单片机的定时_计数器（3）应用 举例（上）

第六部分：80C51单片机的定时_计数器（3）应用 举例（下）

实验2.P1口输入、输出实验

第六部分：单元作业

第六部分：单元测试

第七部分：80C51单片机的串行口

第七部分：80C51单片机的串行口_(1) 串行通信的基本概念

第七部分：80C51单片机的串行口_(2)80C51单片机的串行口结构及工作原理

第七部分：80C51单片机的串行口_(3) 80C51单片机的串行口工作方式

第七部分：80C51单片机的串行口_(4) 80C51单片机的串行口应用

实验三：外部中断实验

第七部分：单元测试

第八部分：80C51单片机的系统扩展

第八部分：80C51单片机的系统扩展_（1）存储器的扩展

第八部分：80C51单片机的系统扩展_（2）输入_输出及其控制方式

实验四 定时器_计数器实验

第九部分：80C51串行总线扩展

第九部分：80C51串行总线扩展-（1）I2C总线_上

第九部分：80C51串行总线扩展-（1）I2C总线_下

第九部分：80C51串行总线扩展-（2）SPI总线

第九部分：80C51串行总线扩展-（3）DS1302

第十部分：AD_DA转换及接口技术

第十部分：AD_DA转换及接口技术_（1）DAC0832芯片及接口技术

第十部分：AD_DA转换及接口技术_（2）ADC0809芯片及接口技术

第十部分：AD_DA转换及接口技术_（3）串行AD转换器TLC2543芯片及接口技术

实验五：LED静态显示

开发板资料

第十部分：单元测试

第十一部分：人机接口

11.1 行列式键盘接口及工作原理

11.2LED显示器接口及显示程序

11.3 LCD接口及其扩展

实验六：动态显示时钟实验

第十二部分：80C51应用系统设计

第十二部分：80C51应用系统设计_（1）单片机应用系统设计步骤

第十二部分：80C51应用系统设计_（2）数字钟系统设计

第十二部分：80C51应用系统设计_（3）数据采集系统设计

第十二部分：80C51应用系统设计_（4）基于51单片机的波形发生器设计

第十二部分：80C51应用系统设计_（5）基于51单片机的电机控制系统

教材：

[李全利].[单片机原理及接口技术（第二版）].[北京]：[高等教育出版社].[2009]

主要参考书：

1.[李朝青].[单片机原理及接口技术（第三版）].[北京]：[北京航空航天大学出版社].[2005]

2.[张毅刚].[单片机原理及接口技术].[北京]：[人民邮电出版社].[2008]

3.[赵嘉蔚].[单片机原理及接口技术].[北京]：[清华大学出版社].[2010]

参考网站：

1.宏晶科技（https://stcmcu.com/）

2.周立功单片机（www.zlgmcu.com）

3.中源单片机（www.zymcu.com）

4.嵌入开发网（www.embed.com.cn）

5.51单片机（www.mcu51.com）

6.单片机学习网（www.mcustudy.com）

7.单片机爱好者（www.mcufan.con）

8. 单片机精品课程网站：

https://jpkc.aynu.edu.cn/wlx/dpjyljjkjs/index.asp

参考公众号：

Q：学习过程中可能出现的问题有哪些？

A：注重理论学习，忽视编程实践；开始时不够重视，功夫下不到，到后期理解困难；太注重汇编语法规则，忽视编程应用和方法的训练；平时容易忽视基本概念、基本原理，忽视基本功的训练，要牢记：原理通一通百通。

Q：学好单片机的关键是什么？

A：编程和实践是学好单片机的关键，多看书，多练习，提高动手实践解决问题能力。

Q：整个学习过程怎么安排？

A：整个学习过程分为四个阶段。第一阶段：重点掌握单片机的存储器组织、P0~P3端口结构及工作原理 ，初步了解单片机的特殊功能寄存器；第二阶段：重点掌握单片机的指令和寻址方式，了解汇编语言编程方法；第三阶段：模仿起步，从流水灯编程做起，加上必要的记忆，逐步养成良好的编程习惯及Keil编程调试的方法，到熟练掌握程序调试方法；第四阶段：结合实际工程重点掌握定时器、中断、通信、端口扩展编程实现，学会分析问题，开始进行系统设计。

Q：本课程需要哪些编程和仿真工具？

A：需要Proteus仿真软件及Keil开发环境。有条件的同学可以配一块开发板。