1、电子技术及单片机全册配套最电子技术及单片机全册配套最 完整精品课件完整精品课件1 2 51单片机及其应用 第一章 绪论 3 1.1 电子计算机的发展概述电子计算机的发展概述 v1.1.1 1.1.1 电子计算机的问世及其经典结构电子计算机的问世及其经典结构 1946年年2月月15日日， 第一台电子数字第一台电子数字 计算机问世，这计算机问世，这 标志着计算机时标志着计算机时 代的到来。代的到来。 （ CALCULATOR） ENIAC （“埃尼阿克埃尼阿克”） 4 与现代的计算机相比，有许多不足，但与现代的计算机相比，有许多不足，但它它 的问世开创了计算机科学技术的新纪元，的问世开创了计算机科
2、学技术的新纪元，对对 人类的生产和生活方式产生了巨大的影响人类的生产和生活方式产生了巨大的影响 。 ENIAC是电子管计算机，时钟频率仅有是电子管计算机，时钟频率仅有100 KHz，但能在，但能在1秒钟的时间内完成秒钟的时间内完成5000次加法次加法 运算。运算。 5 匈牙利籍数学家匈牙利籍数学家冯冯诺依曼诺依曼在方案的设计上做出在方案的设计上做出 了重要的贡献。了重要的贡献。1946年年6月，他又提出了月，他又提出了“程序程序 存储存储”和和“二进制运算二进制运算”的思想，进一步构建了的思想，进一步构建了 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和
3、输出设备组成输出设备组成这一计算机的经典结构。这一计算机的经典结构。 （EDVAC-ELECTRONIC DISCRETE VARIABLE AUTOMATIC COMPUTER） 6 电子计算机技术的发电子计算机技术的发 展，相继经历了五个时展，相继经历了五个时 代：代： 电子管计算机；电子管计算机； 晶体管计算机；晶体管计算机； 集成电路计算机；集成电路计算机； 大规模集成电路计算机；大规模集成电路计算机； 超大规模集成电路计算机。超大规模集成电路计算机。 计算机的结构仍然没有突破冯计算机的结构仍然没有突破冯诺依曼提诺依曼提 出的计算机的经典结构框架。出的计算机的经典结构框架。 7 二、微
4、型计算机的应用形态二、微型计算机的应用形态 从应用形态上，微机可以分成三种：从应用形态上，微机可以分成三种： 多板机（系统机）多板机（系统机） 将将CPU、存储器、存储器、I/O接口电路和总线接接口电路和总线接 口等组装在一块主机板（即微机主板）。各口等组装在一块主机板（即微机主板）。各 种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、 软软/硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内，再硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内，再 配上系统软件，就构成了一台完整的微型计配上系统软件，就构成了一台完整的微型计 算机系统（简称系统机）。算机系统（简称系统机）。 工业工业PC机机 也
5、属于多板机。也属于多板机。 8 单板机单板机 将将CPU芯片、芯片、存储器存储器芯片、芯片、I/O接口接口芯片芯片 和简单的和简单的I/O设备设备（小键盘、（小键盘、LED显示器）显示器） 等装配在一块印刷电路板上，再配上等装配在一块印刷电路板上，再配上监控程监控程 序序（固化在（固化在ROM中），就构成了一台单板中），就构成了一台单板 微型计算机（简称单板机）。微型计算机（简称单板机）。 单板机单板机 9 单板机的单板机的I/O设备简单，软件资设备简单，软件资 源少，使用不方便。早期主要用源少，使用不方便。早期主要用 于微型计算机原理的于微型计算机原理的教学教学及及简单简单 的测控系统的测控
6、系统，现在已很少使用。，现在已很少使用。 10 单片机单片机 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、 I/O接口电路，从而构成了接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单芯片微型计算机，即 单片机单片机。 三种应用形态的比较三种应用形态的比较 ： 单板机单板机单片机单片机 系统机（多板机）系统机（多板机） 11 系统机系统机（桌面应用桌面应用）属于通用计算机，）属于通用计算机， 主要应用于数据处理、办公自动化及辅助主要应用于数据处理、办公自动化及辅助 设计。设计。 单片机单片机（嵌入式应用嵌入式应用）属于专用计算机，）属于专用计算机， 主要应用于智
7、能仪表、智能传感器、智能主要应用于智能仪表、智能传感器、智能 家电、智能办公设备、汽车及军事电子设家电、智能办公设备、汽车及军事电子设 备等应用系统。备等应用系统。 单片机单片机体积小体积小、价格低价格低、可靠性高可靠性高，其其 非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应 用需求具有独特的优势。用需求具有独特的优势。 12 1.2 单片机的发展过程及产品近况单片机的发展过程及产品近况 1.2.1 1.2.1 单片机的发展过程单片机的发展过程 单片机技术发展过程可分为三个主要阶段：单片机技术发展过程可分为三个主要阶段： 单芯片微机形成阶段单芯片微机形成阶段 1976
8、年，年，Intel公司推出了公司推出了MCS-48系列单片系列单片 机机 。8位位CPU、1K字节字节ROM、64字节字节RAM、 27根根I/O线和线和1个个8位定时位定时/计数器计数器。 特点是特点是：存储器容量较小，寻址范围小（不：存储器容量较小，寻址范围小（不 大于大于4K），无串行接口，指令系统功能不强。），无串行接口，指令系统功能不强。 13 性能完善提高阶段性能完善提高阶段 1980年，年，Intel公司推出了公司推出了MCS-51系列单系列单 片机：片机：8位位CPU、4K字节字节ROM、128字节字节 RAM、4个个8位并口、位并口、1个全双工串行口、个全双工串行口、2 个个
9、16位定时位定时/计数器。寻址范围计数器。寻址范围64K，并有控，并有控 制功能较强的布尔处理器。制功能较强的布尔处理器。 特点是特点是：结构体系完善，性能已大大提高，：结构体系完善，性能已大大提高， 面向控制的特点进一步突出。现在，面向控制的特点进一步突出。现在，MCS- 51已成为公认的单片机经典机种已成为公认的单片机经典机种 。 14 微控制器化阶段微控制器化阶段 特点是特点是：片内面向测控系统外围电路增强，：片内面向测控系统外围电路增强， 使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控 系统及设备。系统及设备。 “微控制器微控制器”的称谓更能反应单片机
10、的本质的称谓更能反应单片机的本质。 1982年，年，Intel推出推出MCS-96系列单片机。系列单片机。 芯片内集成：芯片内集成：16位位CPU、8K字节字节ROM、232 字节字节RAM、5个个8位并口、位并口、1个全双工串行口、个全双工串行口、2 个个16位定时位定时/计数器。寻址范围计数器。寻址范围64K。片上还有。片上还有8 路路10位位ADC、1路路PWM输出及高速输出及高速I/O部件等。部件等。 15 1.2.2 1.2.2 单片机产品近况单片机产品近况 ATMELATMEL公司融入公司融入FlashFlash存储器技术的存储器技术的AT89AT89系列；系列； PhilipsP
11、hilips公司的公司的80C5180C51、80C55280C552系列；系列； 华邦公司的华邦公司的W78C51W78C51、W77C51W77C51高速低价高速低价系列；系列； ADIADI公司的公司的ADC8xxADC8xx高精度高精度ADCADC系列；系列； LGLG公司的公司的GMS90/97GMS90/97低压高速低压高速系列；系列； MaximMaxim公司的公司的DS89C420DS89C420高速（高速（50MIPS50MIPS）系列；系列； CygnalCygnal公司的公司的C8051FC8051F系列高速系列高速SOCSOC单片机。单片机。 80C5180C51系列系
12、列单片机产品繁多，单片机产品繁多，主流地位已主流地位已 经形成，经形成，近年来推出的近年来推出的与与80C5180C51兼容兼容的主要产的主要产 品有：品有： 16 非非80C51结构单片机新品结构单片机新品不断推出，给不断推出，给 用户提供了更为广泛的选择空间用户提供了更为广泛的选择空间 ，近年来推，近年来推 出的非出的非80C51系列的主要产品有：系列的主要产品有： Intel的的MCS-96系列系列16位单片机位单片机 ； Microchip的的PIC系列系列RISC单片机单片机 ； TI的的MSP430F系列系列16位位低功耗低功耗单片机单片机 。 17 1.3 单片机的特点及应用领域
13、单片机的特点及应用领域 1.3.1 1.3.1 单片机的特点单片机的特点 近期推出的单片机产品，内部集成有高速近期推出的单片机产品，内部集成有高速I/OI/O口、口、 ADCADC、PWMPWM、WDTWDT等部件，并在低电压、低功耗、串等部件，并在低电压、低功耗、串 行扩展总线、控制网络总线和开发方式（如在系统行扩展总线、控制网络总线和开发方式（如在系统 编程编程ISPISP）等方面都有了进一步的增强。）等方面都有了进一步的增强。 控制性能和可靠性高控制性能和可靠性高 实时控制功能特别强，其实时控制功能特别强，其CPUCPU可以对可以对I/OI/O端口直接端口直接 进行操作，进行操作，位操作
14、能力位操作能力更是其它计算机无法比拟的。更是其它计算机无法比拟的。 另外，由于另外，由于CPUCPU、存储器及、存储器及I/OI/O接口接口集成在同一芯片集成在同一芯片 内内，各部件间的连接紧凑，数据在传送时，各部件间的连接紧凑，数据在传送时受干扰的受干扰的 影响较小影响较小，且不易受环境条件的影响，所以单片机，且不易受环境条件的影响，所以单片机 的的可靠性非常高可靠性非常高。 18 体积小、价格低、易于产品化体积小、价格低、易于产品化 单片机芯片即是一台完整的微型计算机单片机芯片即是一台完整的微型计算机， 对于批量大的专用场合，一方面可以在众多对于批量大的专用场合，一方面可以在众多 的单片机
15、品种间进行匹配选择；同时还可以的单片机品种间进行匹配选择；同时还可以 专门进行芯片设计，使芯片的功能与应用具专门进行芯片设计，使芯片的功能与应用具 有良好的对应关系；在单片机产品的引脚封有良好的对应关系；在单片机产品的引脚封 装方面，有的单片机引脚已减少到装方面，有的单片机引脚已减少到8个或更少。个或更少。 从而使应用系统的从而使应用系统的印制板减小、接插件减印制板减小、接插件减 少、安装简单方便。少、安装简单方便。 19 1.3.2 1.3.2 单片机的应用领域单片机的应用领域 智能仪器仪表智能仪器仪表 单片机用于各种仪器仪表，一方面提单片机用于各种仪器仪表，一方面提 高了仪器仪表的使用功能
16、和精度，使仪高了仪器仪表的使用功能和精度，使仪 器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表 的硬件结构，从而可以方便地完成仪器的硬件结构，从而可以方便地完成仪器 仪表产品的升级换代。如仪表产品的升级换代。如各种智能电气各种智能电气 测量仪表、智能传感器测量仪表、智能传感器等。等。 20 机电一体化产品机电一体化产品 机电一体化产品是集机械技术、微电机电一体化产品是集机械技术、微电 子技术、自动化技术和计算机技术于一子技术、自动化技术和计算机技术于一 体，具有智能化特征的各种机电产品。体，具有智能化特征的各种机电产品。 单片机在机电一体化产品的开发中可以单片机在机电一体
17、化产品的开发中可以 发挥巨大的作用。发挥巨大的作用。典型产品如机器人、典型产品如机器人、 数控机床、自动包装机、点钞机、医疗数控机床、自动包装机、点钞机、医疗 设备、打印机、传真机、复印机设备、打印机、传真机、复印机等。等。 21 实时工业控制实时工业控制 单片机还可以用于各种物理量的采集单片机还可以用于各种物理量的采集 与控制。电流、电压、温度、液位、流与控制。电流、电压、温度、液位、流 量等物理参数的采集和控制均可以利用量等物理参数的采集和控制均可以利用 单片机方便地实现。在这类系统中，利单片机方便地实现。在这类系统中，利 用单片机作为系统控制器，可以根据被用单片机作为系统控制器，可以根据
18、被 控对象的不同特征采用不同的智能算法，控对象的不同特征采用不同的智能算法， 实现期望的控制指标，从而提高生产效实现期望的控制指标，从而提高生产效 率和产品质量。典型应用如率和产品质量。典型应用如电机转速控电机转速控 制、温度控制、自动生产线制、温度控制、自动生产线等等 。 22 分布式系统的前端模块分布式系统的前端模块 在较复杂的工业系统中，经常要采在较复杂的工业系统中，经常要采 用分布式测控系统完成大量的分布参数用分布式测控系统完成大量的分布参数 的采集。在这类系统中，采用单片机作的采集。在这类系统中，采用单片机作 为分布式系统的前端采集模块，系统具为分布式系统的前端采集模块，系统具 有有
19、运行可靠，数据采集方便灵活，成本运行可靠，数据采集方便灵活，成本 低廉低廉等一系列优点。等一系列优点。 23 家用电器家用电器 家用电器是单片机的又一重要应用家用电器是单片机的又一重要应用 领域，前景十分广阔。如空调器、电领域，前景十分广阔。如空调器、电 冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设 备、高档玩具等。备、高档玩具等。 另外，在交通领域中，汽车、火车、另外，在交通领域中，汽车、火车、 飞机、航天器等均有单片机的广泛应飞机、航天器等均有单片机的广泛应 用。如汽车自动驾驶系统、航天测控用。如汽车自动驾驶系统、航天测控 系统、黑匣子等系统、黑匣子等 。 24 第二章
20、 80C51的结构和原理 25 2.1 80C512.1 80C51系列概述系列概述 2.1.1 MCS-512.1.1 MCS-51系列系列 （1 1）MCS-51MCS-51是是IntelIntel公司生产的一个单公司生产的一个单 片机系列名称。属于这一系列的单片机有片机系列名称。属于这一系列的单片机有 多种，如：多种，如： 8051/8751/80318051/8751/8031； 8052/8752/80328052/8752/8032； 80C51/87C51/80C3180C51/87C51/80C31 80C52/87C52/80C3280C52/87C52/80C32等等 。
21、26 （2）该系列生产工艺有两种：）该系列生产工艺有两种： CHMOS是是CMOS和和HMOS的结合，既保的结合，既保 持了持了HMOS高速度和高密度的特点，还具有高速度和高密度的特点，还具有 CMOS的低功耗的特点。的低功耗的特点。在产品型号中凡带在产品型号中凡带 有字母有字母“C”的即为的即为CHMOS芯片芯片，CHMOS 芯片的电平既与芯片的电平既与TTL电平兼容，又与电平兼容，又与CMOS 电平兼容。电平兼容。 一是一是HMOS工艺工艺（高密度短沟道（高密度短沟道MOS工工 艺）。艺）。二是二是CHMOS工艺工艺（互补金属氧化物（互补金属氧化物 的的HMOS工艺）。工艺）。 27 （3
22、）在功能上，该系列单片机有基本型）在功能上，该系列单片机有基本型 和增强型两大类：和增强型两大类： 增强型增强型： 8052/8752/8032 80C52/87C52/80C32 基本型基本型： 8051/8751/8031 80C51/87C51/80C31 28 （4）在片内程序存储器的配置上，）在片内程序存储器的配置上， 该系列单片机有三种形式，即掩膜该系列单片机有三种形式，即掩膜 ROM、EPROM和和ROMLess(无片内无片内 程序存储器程序存储器)。如：。如： 80C51有有4K字节的掩膜字节的掩膜ROM； 87C51有有4K字节的字节的EPROM ； 80C31在芯片内无程序
23、存储器。在芯片内无程序存储器。 29 2.1.2 80C512.1.2 80C51系列系列 Intel的：的：80C31、80C51、87C51，80C32、 80C52、87C52等；等； ATMEL的：的：89C51、89C52、89C2051等；等； Philips、华邦、华邦、Dallas、 Siemens(Infineon)等公司的许多产品等公司的许多产品 。 80C51是是MCS-51系列中系列中CHMOS工艺的工艺的 一个典型品种一个典型品种 ；其它厂商；其它厂商以以8051为基核为基核开开 发出的发出的CMOS工艺单片机产品工艺单片机产品统称为统称为80C51 系列系列。当前常
24、用的。当前常用的80C51系列单片机主要产系列单片机主要产 品有：品有： 30 2.1.3 80C512.1.3 80C51典型产品资源配置典型产品资源配置 31 学单片机需要具备的条件学单片机需要具备的条件 v与以前所学的知识关联很少；与以前所学的知识关联很少； v对器件的概念基本上是从对器件的概念基本上是从0开始；开始； v如果要用如果要用C语言编程，需具备一定的语言编程，需具备一定的C语言基语言基 础；础； v所有人都站在了同一起跑线上；所有人都站在了同一起跑线上； 32 v#include vunsigned char Flag = 0 x3f; vmain( ) v v P1 = 0
25、 x55; While(1) if(Flag = 0) Flag = 0 x3f; P1 = P1; v 33 v org0000h v jmpmain v org0100h vmain:movp1,#55h vamain:mov r0,#3fh vloop:djnzr0,loop v cpla v movp1,a v jmpamain v end 34 8位位CPU 4kbytes 程序存储器程序存储器(ROM) (52为为8K) 256bytes的数据存储器的数据存储器(RAM) （52有有384bytes的的RAM） 32条条I/O口线口线 111条指令，大部分为单字节指令条指令，大部分
26、为单字节指令 21个专用寄存器个专用寄存器 2.2.2单片机的主要功能单片机的主要功能 35 v 2个可编程定时个可编程定时/计数器计数器 5个中断源，个中断源，2个优先级个优先级 （52有有6个）个） 一个全双工串行通信口一个全双工串行通信口 外部数据存储器寻址空间为外部数据存储器寻址空间为64kB 外部程序存储器寻址空间为外部程序存储器寻址空间为64kB 逻辑操作位寻址功能逻辑操作位寻址功能 双列直插双列直插40PinDIP封装封装 单一单一+5V电源供电电源供电 36 2.2.3 80C512.2.3 80C51的引脚封装的引脚封装 总线型总线型非总线型非总线型 37 38 vCPU：由
27、运算和控制逻辑组成，同时还包括：由运算和控制逻辑组成，同时还包括 中断系统和部分外部特殊功能寄存器；中断系统和部分外部特殊功能寄存器； vRAM：用以存放可以读写的数据，如运算的：用以存放可以读写的数据，如运算的 中间结果、最终结果以及欲显示的数据；中间结果、最终结果以及欲显示的数据； vROM：用以存放程序、一些原始数据和表格；：用以存放程序、一些原始数据和表格； vI/O口：四个口：四个8位并行位并行I/O口，既可用作输入，口，既可用作输入， 也可用作输出；也可用作输出； vT/C：两个定时：两个定时/记数器，既可以工作在定时记数器，既可以工作在定时 模式，也可以工作在记数模式；模式，也可
28、以工作在记数模式； 39 v五个中断源的中断控制系统；五个中断源的中断控制系统； v一个全双工一个全双工UART（通用异步接收发送器）（通用异步接收发送器） 的串行的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机口，用于实现单片机之间或单片机 与微机之间的串行通信；与微机之间的串行通信； v片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微 调电容需要外接。最高振荡频率为调电容需要外接。最高振荡频率为12M。 40 单片机最小系统 41 vP0P3：通用：通用I/O口；口； vVCC：电源端，一般接：电源端，一般接5V； vGND：电源地；：电源地； vXTAL1，XTAL
29、2：外接晶体振荡器，不能超：外接晶体振荡器，不能超 过过24M；需加微调电容，一般为；需加微调电容，一般为30pF； vRST/VPD：复位端，平时为低电平；：复位端，平时为低电平； vALE/PROG：地址锁存允许信号端；：地址锁存允许信号端； vEA/Vpp：外部程序存储器地址允许输入端：外部程序存储器地址允许输入端/ 固化编程电压输入端；固化编程电压输入端； 42 2.2.4 控制器控制器 1. 时钟电路时钟电路 （a）内部时钟电路；（b） HMOS型外部振荡源 (C) CHMOS型外部振荡源 43 单片机工作的基本时序单片机工作的基本时序 v. 机器周期和指令周期机器周期和指令周期 v
30、 （1） 振荡周期振荡周期: 也称时钟周期也称时钟周期, 是指为单片机提是指为单片机提 供时钟脉冲信号的振荡源的周期。供时钟脉冲信号的振荡源的周期。 v （2） 状态周期状态周期: 每个状态周期为时钟周期的每个状态周期为时钟周期的 2 倍倍, 是振荡周期经二分频后得到的。是振荡周期经二分频后得到的。 v （3） 机器周期机器周期: 一个机器周期包含一个机器周期包含 6 个状态周个状态周 期期S1S6, 也就是也就是 12 个时钟周期。个时钟周期。 在一个机器周在一个机器周 期内期内, CPU可以完成一个独立的操作。可以完成一个独立的操作。 v （4） 指令周期指令周期: 它是指它是指CPU完成
31、一条操作所需完成一条操作所需 的全部时间。的全部时间。 每条指令执行时间都是有一个或几个每条指令执行时间都是有一个或几个 机器周期组成。机器周期组成。MCS - 51 系统中系统中, 有单周期指令、有单周期指令、 双周期指令和四周期指令。双周期指令和四周期指令。 44 1.时钟电路引脚： XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在单 片机内部，它是构成片内振荡器的反向放大 器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚 接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内 部振荡器的输入端。 XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在 单片机内部，它是构成片内振荡器的反向放 大器的输出端。当采用外部振荡器时，此引
32、 脚应悬空。 45 v2.控制信号引脚控制信号引脚： vRST/VPD:RST是复位信号输入端，高电平有效。当是复位信号输入端，高电平有效。当 此输入端保持此输入端保持2个机器周期的高电平时，就可以完成个机器周期的高电平时，就可以完成 复位操作。复位操作。RST引脚的第二功能是备用电源的输入引脚的第二功能是备用电源的输入 端。端。 上电复位按键复位 46 vALE/PROG:(Address Latch Enable/ Programming)当单片机上电正常工作后，当单片机上电正常工作后， ALE引脚不断向外输出正弦脉冲信号，此频引脚不断向外输出正弦脉冲信号，此频 率为振荡器频率的率为振荡器
33、频率的1/6。CPU访问外部存储器访问外部存储器 时，时，ALE作为锁存低作为锁存低8位地址的控制信号。此位地址的控制信号。此 引脚的第二功能引脚的第二功能PROG作为作为8751编程脉冲输编程脉冲输 入端使用。入端使用。 47 vPSEN：(Program Store Enable)在访问片外存储在访问片外存储 器时，此端定时输出负脉冲作为片外存储器的选通器时，此端定时输出负脉冲作为片外存储器的选通 信号。信号。 vEA/VPP：(Enable Address/Voltage Pulse Of Programming)当当EA接高电平时，接高电平时，CPU访问片内访问片内 ROM，并执行内部
34、程序存储器中的指令，但当，并执行内部程序存储器中的指令，但当PC （程序计数器）的值超过（程序计数器）的值超过4K时，将自动转去执行片时，将自动转去执行片 外存储器内的程序。当外存储器内的程序。当EA脚接低电平时，脚接低电平时，CPU只只 访问片外访问片外ROM并执行外部程序存储器中的指令，而并执行外部程序存储器中的指令，而 不管是否有片内程序存储器。不管是否有片内程序存储器。VPP是对是对8751片内片内 ROM固化程序时，作为施加较高编程电压固化程序时，作为施加较高编程电压 （12V21V）的输入端。）的输入端。 48 v3.输入输出引脚： v P0P3：4个8位双向输入输出端口，每个 端
35、口都有锁存器、输出驱动器和输入缓冲器。 4个端口都可以做输入输出口使用，其中，P0 和P2通常用于对外部存储器的访问。在这种 方式下，把P0口作为地址/数据总线使用，分 时输出外部存储器的地址和传送8位数据。当 扩充外部存储器的地址为16位时，P2口作为 地址总线的高8位地址使用。 可编程控制器应用技术说课 武汉电力职业技术学院 汤晓华 说课内容 v 一、课程教学大纲及标准 v 二、教材和教学参考资料 v 三、教学方法手段 v 四、学情及学生学习方法的指导 v 五、教学过程设计 一、课程教学大纲及标准 （一） 课程属性 1课程名称：可编程控制器应用技术 2所属专业：机电一体化技术专业及自动化
36、类专业 3课程类别：专业基础核心课程 4课程总学时：84（其中4学时为考试与机 动） 5课程教学模式：项目教学、工学结合 一、课程教学大纲及标准 6 课程基本结构： 以培养学生对控制系统分析、创新能力 和解决实际问题的能力为主线。 将可编程 控制器应用技术的教学内容按项目进行了 有机的整合，形成基于工作过程的行动导 向的课程体系。整个课程按照项目，由简 单到复杂，分为十一个知识模块。 一、课程教学大纲及标准 7. 课程的地位与作用： 本课程是高职机电一体化技术专业 和控制类专业的专业基础课程，属于核心课 程。它的前导课程为电工、电子应用技术。 使学生能够掌握PLC的基本原理，能够阅读 PLC的
37、程序，分析PLC控制系统，能够根据 生产实际的需要，设计相应的PLC控制系统， 编写控制程序，并能够调试、排故。 一、课程教学大纲及标准 （二）专业培养目标： 1. 知识目标 (1) 使学生掌握常用PLC技术的基础知识， 包括基本概念、基本功能、适用领域等。 (2) 使学生掌握PLC的基本使用方法，包括 硬件连接、软件编程、调试排故等。 (3) 使学生掌握在工程领域的实际应用方法， 包括PLC应用项目的规划、硬件设计、软件 设计、系统调试等。 一、课程教学大纲及标准 （二）专业培养目标： 2. 能力目标 (1) 通过PLC课程学习，有效提升学生的动 手能力，适应未来实际工业控制环境的工 作要求
38、。 (2) 具备基本控制系统的分析、设计、编程、 调试能力，并逐渐培养创新意识。 (3) 具有自我完善的能力，能够通过各种渠 道，获得需要的知识支撑。 一、课程教学大纲及标准 （二）专业培养目标： . 素质目标 (1) 培养现代社会人都应具备的团结、协作、 共赢的精神，为未来工作打好思想基础。 (2)具有热爱科学、实事求是的学风和创新意 识、创新精神。 一、课程教学大纲及标准 （三）课程教学目标： 本课程以西门子S7-200系列PLC为学习载体，任 务引领，项目驱动。学生重点掌握： 1. PLC工作原理，梯形图编程方法； 2. 外围接口元件及设备与PLC的连接； 3. 可编程控制系统的设计方法
39、，能利用PLC的资源 实现一些基本的测量与控制； 4. 可编程控制系统的维护诊断与排故。 为专业课程打下学习基础和能力训练基础。 一、课程教学大纲及标准 v（四）教学进程与目标： 学习情境教学做的内容知识目标能力目标教学学时创新训练 S7200可编 程控制 器基本 模块的 使用 S7-200PLC结构与认知 1.了解PLC的结构、类 型； 2.掌握PLC的输入输出 模块类型、接口特 点及应用； 3.STEP7/MICROWIN的使 用及PLC开发环境 的熟悉。 1.能应用PLC的硬软 件开发环境； 2.能根据PLC的I/O 模块选择、连 接外围输入输 出设备。 8学时 查资料编写 PLC应 用
40、情况 的PPT 交流 输入输出接口模块的 使用 建立PLC与计算机的连 接 实验一、PLC的认知应 用实验 一、课程教学大纲及标准 v(五五) 课程执行标准：课程执行标准： v教学场地：PLC应用技术，配备多媒体教学设备，每两人 一套实训装置（计算机及网络、STEP7-MICROWIN、 S7CPU224实验装置、虚拟实训系统）。 v必须选用与本大纲要求基本相符的教材，并指定相应的参 考书。 v开放实验室，为学生创新、自主、探究式学习创造条件。 v应对学生开放本大纲和标准。 v教师灵活执行本大纲和标准，在相同知技点下，项目内容 可创新。 一、课程教学大纲及标准 （六）教学过程标准：（六）教学过
41、程标准： 1.1.教师准备：熟悉本教学大纲和标准；熟悉教学内容，准备好演示实训项目，教师准备：熟悉本教学大纲和标准；熟悉教学内容，准备好演示实训项目， 设计好教学过程，准备设计好教学过程，准备PPTPPT课件、教材、记分册和工具。课件、教材、记分册和工具。 2.2.以项目驱动的方式，采用教学做一体的教学模式，要以学生为主体，教师以项目驱动的方式，采用教学做一体的教学模式，要以学生为主体，教师 为主导，学生训练时间不得少于为主导，学生训练时间不得少于50%50%。 3.3.在知识传授中要采用多种教学方法，使教学效果更有效，要根据学生的反在知识传授中要采用多种教学方法，使教学效果更有效，要根据学生
42、的反 馈意见对教学方法进行及时调整。馈意见对教学方法进行及时调整。 4.4.教学前要求学生预习，以小组为单位讨论制定项目方案，实训时每组教学前要求学生预习，以小组为单位讨论制定项目方案，实训时每组2-32-3人，人， 必须配备实训指导书或引导文，实训中必须要有必须配备实训指导书或引导文，实训中必须要有1 1名及以上的指导教师，实名及以上的指导教师，实 训完成后要求学生编写实训报告，教师必须批改报告。训完成后要求学生编写实训报告，教师必须批改报告。 5.5.保证每个项目的教学做的时间，完成要求的知识点的教学和技能点的训练。保证每个项目的教学做的时间，完成要求的知识点的教学和技能点的训练。 6.6
43、.每个学习领域要求学生本人、小组、教师按本标准的检查项目作出评价。每个学习领域要求学生本人、小组、教师按本标准的检查项目作出评价。 7.7.每个学习领域安排每个学习领域安排1-31-3个课外作业题，并进行辅导答疑和作业批改。个课外作业题，并进行辅导答疑和作业批改。 8.8.每个学习领域的咨询部分安排在课外开放实验室时间完成。每个学习领域的咨询部分安排在课外开放实验室时间完成。 一、课程教学大纲及标准 （七）（七） 课程教学组织形式与方法：课程教学组织形式与方法： 课程的组织形式与方法按照工作过程来完成， 要体现工作过程的六个步骤：“咨询、决策、计划、 实施、检查、评价”，采用的教学手段合理，采
44、用 多元的人才评价观。 说明：按行动导向的思想设计教学时，由于 “咨询”花的时间较长，因而全部查资料等“咨询” 过程放在课外或开放实验室中完成。 详见学习情境框架设计 一、课程教学大纲及标准 v（八）考核方式与成绩评定（八）考核方式与成绩评定 1.考核方式：机考+笔试（闭卷）。 2.成绩评定：百分制。 3.各教学环节占总分的比例：实验、作业及平 时测验：30%（40%），机考：30% （40%）；笔试：40%（30%）。 二、教材和教学参考资料 v（一）自编教材 本教材已立项为湖北高职“十一五”规划教材，计划2008年8月出版。 （目录） 教材在讲清基本概念、基本理论的基础上，强调工程应用，强
45、调实验教 学。本教材以西门子S7200机型作为教材讲授对象，采用行动体系的教学思 想，按照工作过程来组织教材内容。 教材在体系上采用“任务引领”和“项目训练” 方式来体现工学结合 的要求 ，考虑可编程控制系统编程师（四级）职业岗位要求；在教材的内 容的筛选上，依据应用职业分析方法确定教学标准，在将最新的技术成果纳 入教材的同时，同时充分考虑了高职教育学历标准与国家职业资格标准。 教材编写要使学生初步掌握PLC技术的基本知识。培养学生PLC应用的 能力。使学生能够应用PLC实现测控系统，培养、提高学生分析解决问题的 能力。 二、教材和教学参考资料 v（二）主要内容简介： v 教材的体系结构采用任
46、务引领和项目训练设计方式任务引领和项目训练设计方式，以供包含13 学习领域，每个学习领域按照项目方式，基于工作过程构造，排列顺 序由易到难。包含S7200可编程控制器基本模块的使用，PLC控制电机 起停及正反转、PLC控制电机降压起动、PLC进行脉冲计数控制、PLC 实现点动与连续控制、PLC实现小车往返控制、PLC实现温度、压力等 模拟量测控 、PLC人机交互、PLC实现位移与转速的检测、PLC与PLC、 PC机通信、PLC控制机械手、PLC电梯控制、配套控制仿真模拟软件使 用介绍等学习领域。用项目来涵盖知识技能点用项目来涵盖知识技能点。 v 教材结构教材结构。每个学习领域包含如下几个板块：
47、板块引言板块引言：说明该 板块在学生将来工作、生活学习中的需要，指出能力目标；任务描述任务描述： 从社会生活、工作需求中提取任务，描述任务完成的效果；任务分析任务分析： 分析解决任务的思路，分析任务的难点；方法与步骤方法与步骤：图文并茂地讲 解完成任务的操作步骤；相关知识与技能相关知识与技能：讲解任务涉及到的知识与 技能、完成任务的其他方法、技巧等。思考与练习思考与练习：根据教学需要， 一般包含任务要求、案例效果；项目实训项目实训：根据该单元重要知识点设 计综合实训，以检验学生的学习效果。 二、教材和教学参考资料 v（三）特色（三）特色 v 教材计划行动导向的教育理念来设计。 v 采用任务引领
48、，即以工作任务引领知识、让学生在工作 任务的过程中学习相关知识，发展学生的综合能力； v 突出职业能力，即课程定位与目标、课程内容与要求、 教学过程与评价都围绕职业能力的培养； v 内容适用，即紧紧围绕工作任务完成的需要来选择课程 内容，不强调知识的系统性，注重内容的实用性和针对性； v 以任务为核心，实现理论与实践一体化教学，学做一体。 二、教材和教学参考资料 v（四）实训指导书 v 自编。 v 本实训是在学完“PLC应用技术”课程之后进行的。通 过本次实训，让学生不仅巩固所学的PLC编程及应用的理论 知识，更重要的是掌握PLC编程及应用的特点和方法。其主 要任务是培养学生对PLC（可编程控
49、制器）的综合应用能力。 为其后的职业资格“可编程控制系统设计师（四级）”考试 及择业定岗打下坚实的基础。 v 在实训的过程中，学生根据实训指导书的要求，在实训 指导教师的指导下，通过对实验装置和实验设备的应用和操 作，独立完成指定的实训任务。 二、教材和教学参考资料 v（五）教材、教学参考书（五）教材、教学参考书 1.PLC应用技术 自编教材省规划教材待出 版 2.PLC编程及应用 廖常初主编 机械工业出 版社 3.可编程序控制器（PC）原理与应用 朱绍祥主编 上 海交大出版社 4.可编程序控制器教程 王兆义主编 机械工业 出版社 5.SIMATIC S7-200可编程序控制器系统手册 西门子
50、 （中国）有限公司 6.深入浅出S7-200 PLC 刘铠 北京航空航 天大学出版社 三、教学方法手段 v（一）（一）以培养学生职业能力为核心，以学生实践教学为主线，以培养学生职业能力为核心，以学生实践教学为主线， 构建行动导向的教学方法体系构建行动导向的教学方法体系 v 采取坚持以学生为中心的教学理念，在教师的必要指导 和宽松学习环境条件下，由学生能动地利用多条获取知识的 渠道，自主地、创造性地去主动获取知识的一种完成教学任 务的方式。 v 作为一种特定的教学改革目标模式，具备两个本质特征： 一是坚持以学生为中心的教学理念；二是具有完整的体系， 具有较强的结构性和可操作性。改变以课堂为主的灌
