第一章概述

本章主要介绍单片机的概念与组成，通过具体的应用实例简介，讲解单片机的应用领域和重要性。从为什么学，学什么，如何学三个问题作为主线来讲解。

●1.1绪论

主要从课程性质和目的、教学内容、提高学习效果的途径和方法三个方面，介绍单片机的课程地位、教学内容和学习方法。

●1.2单片机的结构组成、分类和指标

单片机内部有运算器、控制器、存储器和输入输出接口四个基本构成，我们在选择单片机芯片时，应从位数 、存储容量、接口数量 、运行速度、功耗等方面指标去考虑。

●1.3单片机的特点与系列

单片机具有体积小功能强大、功耗低等基本特点，也具有RAM和ROM严格分开、接口具有多种功能、品种规格系列化等特殊之处，单片机发展到现在出现了包括MCS-51、AVR、STC等多个系列，其中MCS-51和STC系列是我们设计时经常使用的单片机。

●1.4单片机的应用领域

通过一些具体的应用实例讲解，给大家介绍单片机的应用领域非常广泛，可用于医疗设备、航空航天、工业控制，日常生活家电设备等场合。

第二章MCS-51单片机的硬件结构和工作原理

本章主要从单片机的引脚功能、存储器的结构和配置、并行I/O接口及其在使用时应注意的问题三个方面重点讲解，大家也要熟悉单片机的时钟电路、复位电路和单片机最小系统的组成三个内容。

●2.1单片机的硬件结构

主要介绍单片机内部运算器、控制器、存储器和输入输出接口四个基本构成，重点讲解一些特殊功能寄存器及其作用，介绍PSW程序状态寄存器的各个位的名称和作用。

●2.2存储器的配置

单片机存储器是有片内存储器和片外存储器，片内包括ROM（容量为8KB）和RAM（256B），片外存储器的容量为64KB，掌握地址范围的确定方法，以内部RAM的低128B作为重点介绍三个功能区，分别是通用数据存储区、位寻址区和用户区。

●2.3并行输/入输出（I/O）接口

单片机有四个并行I/O接口，分别是P0，P1，P2和P3。从并行I/O接口的工作原理和使用时应该注意的三个问题，一是作为输出时，接口对电源要接上拉电阻；二是作为输入接口时，在读引脚前，先向端口写1；三是单片机接口与大电流负载相接时，应加隔离电路。

●2.4时钟电路和时序

单片机时钟电路的两种形式，即内部时钟和外部时钟电路。介绍时序的几个概念，振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期。复位电路的形式有两种，上电自动复位和开关加上电结合的复位电路，介绍RC选择确定方法。

●2.5单片机的工作方式

单片机的四种工作方式，即复位方式、程序的执行方式、低功耗的工作方式和编程模式，介绍每种工作方式下的特点，以及如何进入低功耗的工作模式，通过PCON实现低功耗工作模式的控制。

●2.6单片机的最小系统

单片机最小系统使我们设计单片机应用系统中必须用到的模块，最小系统的概念与组成，主要包括单片机，复位电路和晶振电路，并对本章内容进行了小结。

第三章单片机系统开发工具

本章我们重点学习Keil μVision4的安装、注册、界面组成、具体操作方法和软件调试方法等内容，以软件的注册方法和具体操作方法作为重点内容来掌握。

●3.1开发工具概述

常用的单片机系统开发工具是Keil C51集成开发环境—μVision4 IDE(Integrated Development Environment)和支持微处理器芯片仿真的Proteus VSM软件（自学的内容），两种程序调试下载方式，包括ISP和IAP。

●3.2KEIL C51开发工具及仿真调试方法

Keil μVision4的安装方法比较简单，注册方法复杂，注册不成功，该软件部分功能不能使用。讲解软件的界面组成，以工程创建为例，介绍软件菜单的具体操作方法和步骤，最后讲解程序的调试方法，包括断点运行、单步执行和全速运行等

第四章MCS-51的C程序设计

C51是针对51单片机的特点，对标准C的扩展。为了增强对单片机硬件的操作能力，C51编译器扩展了适用于51单片机硬件的数据类型，存储类型，存储模式，指针类型和中断函数等，使C51保持了C语言本身不依赖计算机硬件系统的特点，而只需要略加补充有关硬件的操作，就可在不同的计算机系统间进行快速移植。通过本章的学习，能够熟悉C51语法基础和程序结构；掌握C51结构化程序设计；掌握C51对单片机硬件的访问方法；掌握C51函数定义与调用。

●4.1C51概述

C51语言已成为51单片机程序开发的主流编程方法，通过与汇编语言、标椎C语言作对比，对C51的特点有个初步认识。

●4.2C51基本语法

C51既具有与标准C相似的数据类型，也有专门针对51单片机的拓展的数据类型；还有用于指明变量所处存储器区域情况的存储器类型，以及存储模式；C51具有丰富的运算符，可以完成复杂的运算。

●4.3指针

单片机c语言支持：一般指针(Generic Pointer)、存储器指针(Memory_Specific Pointer)。二者各有特点，也可以相互转换。

●4.4绝对地址访问

为了能够在C51程序中直接对任意指定的存储器地址进行操作，可以采用扩展关键词_at_、指针、预定义宏等形式访问存储器。

●4.5函数

C51是由函数构成的，C51编译器提供了几种对于标准C函数定义的扩展，可用于选择函数的编译模式、规定函数所使用的工作寄存器组、定义中断服务函数、指定再入方式等。

●4.6C51程序结构、库函数

学习C51程序的基本结构，C51程序常用的库函数。

●4.7基本语句

不同的C51语句可以使单片机完成不同的操作，常用的基本语句有变量声明语句、表达式语句、复合语句、函数调用语句，还有功能强大的程序控制语句。

●4.8C51程序举例

通过两个例子，进一步熟悉和巩固前面C51程序设计的相关内容。

第五章MCS-51中断、定时/计数器及串行接口

本章主要从单片机的中断系统、定时/计数器、串行接口三个方面重点讲解，通过学习熟悉中断系统的概念、控制寄存器和中断的编程，掌握定时/计数器的工作方式及特点、初始化编程及应用举例，重点掌握利用定时/计数器实现长时间延时的方法；掌握串行通信的工作方式及其特点、和串行通信有关的控制寄存器、串行通信的总线标准及应用编程。

●5.1中断系统

主要介绍中断系统的概念、和中断有关的控制寄存器和中断的编程。掌握单片机有五个中断源，分别是两个外部中断、两个定时器中断和一个串行口中断，中断的编号0-4，中断优先级的设定寄存器IP和中断允许控制寄存器IE的各位的功能，重点掌握中断请求的撤销方法，对电平触发的中断应理解撤销的原理和软硬件实现。掌握中断的应用举例。

●5.2定时/计数器

主要介绍定时/计数器的结构、和定时/计数器有关的控制寄存器和编程。51系列单片机有两个16位的定时/计数器，分别是T0和T1，52系列单片机有三个16位的定时/计数器，分别是T0、T1和T2，定时器的方式控制寄存器TMOD和定时器的控制寄存器TCON的各位的功能，重点掌握定时/计数器的四种工作方式及其特点，应用举例。

●5.3串行通信接口

单片机有1个串行通信接口，串行通信的总线标准及其他们在通信速度和举例上的区别。了解串行通信的分类及其数据格式，串行通信有关的控制寄存器PCON和SCON的各位的功能，重点掌握串行通信的四种工作方式及其特点，波特率的计算、初始化编程及应用举例。

第六章单片机系统基本并行扩展技术

一个单片机应用系统是以单片机作为核心部件的，但其硬件资源还远不能满足实际需求。通常还需要进行一些必要的扩展。包括：扩展程序存储器，以存放较大控制程序和数据表格等；扩展数据存储器，以解决大量数据的存储问题；扩展I/O端口，以解决单片机对外I/O端口线复用问题；扩展键盘、显示器和打印机等，以解决数据输入、输出和人机交互信息等接口问题。

●6.1并行扩展概述

单片机结构简单资源少，当其硬件资源不能满足实际需求时，需要进行一些必要的扩展，包括：扩展程序存储器，扩展数据存储器，扩展I/O端口，扩展键盘、显示器、打印机等。

●6.2外部总线扩展

单片机的I/O端口是分时复用的，须将三总线分离出来才能与外部设备或存储器进行连接。

●6.3外部存储器扩展

MCS-51系列单片机对外提供16条地址线，可扩展的存储空间为2的16次方，也就是64KB，同时51系列单片机还提供了PSEN、WR和RD信号控制外部存储器。操作程序存储器时，PSEN有效。操作数据存储器时，RD或WR信号有效。程序存储器可扩展至64KB（包括单片机内部程序存储空间）。外部数据存储器也可扩展至64KB（不包括单片机内部RAM）。

●6.4并行接口扩展

51系列单片机的外扩设备占用外部RAM空间，可利用MOVX指令对外设进行操作。因而扩展外设和扩展外部存储器对单片机资源的使用情况是相同的。在单片机应用系统中扩展存储器时，P0口用做低8位地址和数据总线复用，P2口用做高8位地址总线，若再考虑串行通信、数据存储器扩展等问题，则P3口作为第二功能被使用，这样，单片机就只剩下P1口可以作为并行I/O接口使用了。在P1端口不满足需要时，还需要扩展并行I/O接口。

●6.5显示与键盘扩展

键盘、显示器是微机重要的输入/输出设备，因而键盘、显示器与微机的接口技术是微机控制系统中必须解决的问题。键盘用于输入信息。从工作原理上看，按键较少时，键盘一般采用独立按键方式；按键较多时，键盘一般采用行列结构。显示器有显示监控结果、提供用户操作界面等功能。在单片机应用系统中，常用的显示器有LED和LCD（LCM）等。

●6.6AD和DA转换扩展

在单片机应用系统中，经常会遇到模拟量信号的输入/输出问题，对于如何将模拟量转换成数字量送给单片机，或者将数字量转换成模拟量输出到单片机外部，需要用到模/数（A/D）或数/模（D/A）转换技术。

第七章单片机系统常用串行总线扩展技术

传统的单片机采用并行总线扩展外围设备，为每个外设分配一个唯一的地址，单片机与外围设备之间利用并行总线进行数据交换，这种扩展外围设备的方法占用了较多的单片机引脚，使电路板体积增大，布线的复杂度增加，外围设备连接节点多，也就有成本高，故障点多，调试维修不便的弊端。随着电子技术的发展，使串行总线技术日益成熟，传输速率逐渐提高，在实际应用中，各厂家提出了多种总线协议，为串行总线通信提出了各种解决方案，具有代表性的有IIC、SPI和1Wire等，因为采用串行总线扩展技术可以是单片机系统的硬件设计简化，系统的体积减小，系统的更改和扩充更加简便。所以将来单片机的外围芯片扩展将以串行总线技术为主导。本章主要介绍三种串行总线技术的协议、时序和典型芯片的编程方法。

●7.1单片机串行总线扩展

比较串行总线和并行总线的优势，介绍目前常用的总线协议类型，介绍本章课程的主要结构

●7.2SPI总线

介绍SPI总线协议的地址处理方法，介绍SPI总线的时序特点，介绍4种SPI总线的工作模式

●7.31-wire总线

介绍单线总线协议中，器件的电气连接，地址的处理方法，介绍单线总线的各种操作和实现方法，介绍单线总线的常用命令

●7.4I²C串行总线EEPROM扩展

介绍24CXX系列EEPROM的引脚功能，介绍24CXX系列EEPROM的读写操作方法，并详细分析一个C51语言编写的EEPROM访问实例

●7.5SPI大容量Flash存储器扩展

介绍AT45DB081D芯片的引脚功能和内部结构，以及该芯片的访问时序，详细分析一个C51语言编写的Flash存储器的访问实例

●7.6串行总线扩展并行IO口

介绍PCA9534芯片的引脚功能和内部结构，以及该芯片的访问时序，详细分析一个C51语言编写的PCA9534芯片的访问实例。

第八章单片机应用举例

本章主要介绍单片机的项目开发的步骤、应用举例，掌握项目开发的需求分析、硬件设计、原理图和电路板图绘制、软件设计与编程、软硬件统一调试和形成产品的六个过程，重点掌握应用举例1-基于单片机的温度控制系统的设计和应用举例2-基于单片机的汽车倒车雷达系统设计，从开发的六个过程去理解把握。

●8.1单片机项目开发步骤

主要介绍单片机的项目开发的步骤，掌握项目开发的需求分析、硬件设计、原理图和电路板图绘制、软件设计与编程、软硬件统一调试和形成产品的六个过程。

●8.2单片机应用举例1

从单片机项目开发的六个过程去理解应用举例1-基于单片机的温度控制系统的设计，最终达到自己能去设计并实现单片机简单应用系统，解决实际问题。

●8.3单片机应用举例2

从单片机项目开发的六个过程去理解应用举例2-基于单片机的汽车倒车雷达系统设计，最终达到自己能去设计并实现单片机简单应用系统，解决实际问题。