任务一 活动一 接受任务、制订方案（课件）-《单片机应用技术一体化教程》同步教学（中国科学技术大学出版社）

任务一 设计与制作太阳能交通警示灯 太阳能交通警示灯使用太阳能电池作为电能供给，无需市电支持，不受地域限制，无需开凿铺设电缆，采用高光效、低耗损、超高亮度LED光源，全天自动闪烁发光、造型美观、安装简便，对提高道路交通安全具有良好的警示作用。 任务描述 2 学习内容 太阳能电池的参数识读及使用 2 蓄电池与太阳能充电器的使用 3 K2645场效应管的使用 4 51单片机的结构 5 LED发光二极管的使用 1 单片机汇编程序的基本结构、格式及其寻址方式 8 太阳能交通警示灯程序流程图的绘制 9 单片机的最小系统 7 单片机常用的数制及其转换方法 6 伪指令、跳转指令、清零指令、置位 指令、取反指令、子程序调用指令 10 Proteus软件基本操作 11 Keil C软件基本操作 12 STC单片机程序烧写软件基本操作 13 5 活动一 接受任务、制订方案 学习目标 学习地点 学习过程 知识天地 活动评价 学习目标 了解太阳能交通警示灯的结构，选择合适的太阳能电池、蓄电池和LED显示器。 通过查找资料，了解交通警示灯的功能，选择正确的单片机。 掌握单片机常用的数制及其转换方法。 电子创新实训室 学习地点 学习过程 一、接受任务单 任务编号： 开单部门： 开单人： 开单时间： 年 月 日 时 分 接单部门： 部 组 任务等级 □一般 □紧急 □非常紧急 任务阐述 某企业接到客户要求，批量生产太阳能交通警示灯。该警示灯安装在车辆和行人比较多的路口，对来往于路口的车辆起警示作用，以减少交通事故的发生，部门主管将该任务交给设计工程师，要求其在一周内完成设计并提供样品。 任务完成时间 接单人 （签名）： 年 月 日 表1-1-1 设计与制作太阳能交通警示灯任务单 学习过程 二、引导问题 太阳能交通警示灯系统工作过程很简单，首先太阳能电池板利用光伏效应在白天接收太阳辐射并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中。 当太阳能电池板和蓄电池完成电能的产生和储存之后，就会向交通灯供电。 交通灯部分由单片机、LED灯等元器件组成。单片机中写有控制LED灯闪烁的程序，它是交通灯控制系统的大脑。 当加电之后，系统会根据程序来执行命令，从而实现交通灯的闪烁。 。 学习过程 三、实施活动 太阳能交通警示灯系统由5部分组成，各系统间的关系如图所示。 A．太阳能电池 B．太阳能充电控制器 C．铅酸蓄电池 D．交通警示灯控制器 E．LED显示器 知识天地 单片机（Single Chip Microcomputer）又称为MCU，是一种采用超大规模集成电路技术将具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O端口、中断系统和定时器/计时器等功能器件集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。 知识天地 一、STC89C52RC单片机简介 STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，其实物和引脚图如图所示。 知识天地 STC89C52芯片是增强型8051单片机，其具有以下标准功能： （一）标准功能 （1）工作电压：3.3V～5.5V （2）工作频率范围：0～40MHz。 （3）8K在系统可编程Flash存储器，集成512字节RAM。 知识天地 （4）32个通用I/O口。其中，P0/P1/P2/P3是准双向口/弱上拉 ， P0口是漏极开路输出。 （5）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），可通过串 口（RxD/P3.0，TxD/P3.1）直接下载用户程序。 （6）共3个16位定时/计数器。 （7）4路外部中断，下降沿中断或低电平触发电路。 知识天地 （8）通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现 多个UART。 （9）具有看门狗功能。 （10）工作温度范围：-40～+85℃（工业级）/0～75℃ （商业级）。 （11）PDIP封装。 知识天地 STC89C52RC各引脚功能如下： （二）引脚功能 （1）电源引脚 VSS（20引脚）：接地。 。 VCC（40引脚）：电源电压。 （2）时钟电路引脚 XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器 的输入端。 XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器 和内部时钟发生电路的输入端。 知识天地 单片机共有4个8位并行I/O接口，分别是P0、P1、P2、P3，其中P0的第0位可表示为P0.0，其余如此类推。 （3）并行I/O口引脚 （4）控制脚 RST（9引脚）;ALE/PROG（30引脚）; PSEN（29引脚）;EA（31引脚）; 知识天地 （一）中央处理器CPU 中央处理器CPU是单片机的核心组成部分，从功能上可以分为控制器和运算器两个部分。 二、单片机的内部结构 知识天地 （1）控制器 控制器主要包括: ① 程序计数器PC ② 数据指针DPTR ③ 堆栈指针SP ④ 指令寄存器IR ⑤ 指令译码器 ⑥ 控制逻辑电路 知识天地 （2）运算器 ① 算术逻辑单元ALU ② 累加器A ③ 通用寄存器B ④ 程序状态字PSW 知识天地 （二）单片机片内存储器的分配 单片机内部存储器包括只读存储器（Flash ROM）和随机存取存储器（RAM）。在内部存储空间不足的情况下，可以外接存储器进行扩展。 知识天地 （1）只读存储器（Flash ROM）的分配 STC89C52单片机集成8KB的Flash ROM，主要存放单片机的代码，故称为程序存储器。 图1-1-10 片内程序存储器结构（ROM） 知识天地 （2）随机存取存储器（RAM）的分配 STC89C52单片机集成512B的RAM，主要存储单片机运行过程中产生的数据。 图1-1-11 片内RAM的分配图 知识天地 （3）工作寄存器在RAM中所处的位置 表1-1-5 工作寄存器位置信息表 R7（1FH） R6（1EH） R5（1DH） R4（1CH） R3（1BH） R2（1AH） R1（19H） R0（18H） R7（17H） R6（15H） R5（15H） R4（14H） R3（13H） R2（12H） R1（11H） R0（10H） R7（0FH） R6（0EH） R5（0DH） R4（0CH） R3（0BH） R2（0AH） R1（09H） R0（08H） R7（07H） R6（05H） R5（05H） R4（04H） R3（03H） R2（02H） R1（01H） R0（00H） 知识天地 （4）单片机的特殊功能寄存器（SFR） 51系列单片机有21个特殊功能寄存器。它们都有自己的固定地址，离散地分布在片内地址80～FFH的RAM空间中。CPU可以直接使用寄存器的名字或者通过直接寻址方式对其进行访问。 串行接口 CPU 中断控制 定时器 并行接口 寄存器（SFR） 知识天地 三、单片机中的数制与编码 （一）数制概念及常用数制 1．数制的概念 数制是人们按进位的原则进行计数的一种科学方法。在日常生活中经常要用到数制，除了最常见的十进制记数法，有时也采用别的进制来记数。 知识天地 一种记数制所使用的数字符号的个数称为基数，某个固定位置上的计数单位称为位权。同一数字符号处在不同位置上所代表的值是不同的，它所代表的实际值等于数字本身的值乘以所在位置上的位权。 知识天地 例如，十进制数345中的数字3在百位上，表示位权为100，故此时的3表示的是300。又如，十进制数123.45用位权可以表示成 那么，一个r进制数，它所用的数字符号有r个，它的基数为r，用rk表示第k位的位权，因此，r进制数anan-1…a2a1a0.b1b2…bm可以表示为 an×rn+an-1×rn-1+…+a1×r1+a0×r0+b1×r-1+…+bm×r-m (123.45)10=1×102+2×101+3×100+4×10-1+5×10-2 知识天地 2．常用数制介绍 在单片机中，所有信息的存储、处理与传送都是采用二进制的形式。二进制数中只有 “0”和“1”两个数字符号。 表1-1-7 二进制数的运算规则 加法运算 减法运算 乘法运算 0+0=0 0－0=0 0×0=0 0+1=1 0－1=1（向高位借1） 0×1=0 1+0=1 1－0=1 1×0=0 1+1=10（向高位进1） 1－1=0 1×1=1 知识天地 知识天地 除了二进制，为了表示方便，还经常使用八进制和十六进制。表1-1-8对比列出了单片机常用数制的特点、基数、位权和所用数字符号。 二进制 八进制 十六进制 特 点 逢二进一 逢八进一 逢十六进一 基 数 2 8 16 位 权 2k 8k 16k 数字符号 0，1 0～7 0～9，A～F 表1-1-8 单片机常用数制的特点、基数、位权及数字符号 33 知识天地 （二）数制间的转换 1．非十进制数转换成十进制数 二进制数、八进制数和十六进制数转换成十进制数非常简单，方法是：按位权展开后求和。 (1011.11)2=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2 =(11.75)10 例1-1-1 将非十进制数(1011.11)2转换成十进制数。 知识天地 2．十进制数转换成非十进制数 十进制数转换成二进制数、八进制数和十六进制数时，需要将整数部分和小数部分分别进行转换，然后把转换的结果合在一起。下面以将一个十进制数转换成R进制数为例进行说明。 知识天地 整数部分的转换采用“除基取余法”，方法是：将十进制数的整数部分反复除以基数R，将每次得到的商作为被除数，并取得相应的余数，直到商为0。将每次得到的余数按逆序排列，即为转换后的R进制整数。 （1）整数部分的转换 知识天地 小数部分的转换采用“乘基取整法”，方法是：将十进制数的小数部分反复乘以基数R，将每次乘积的小数部分作为被乘数，并取得相应的整数部分，直到乘积的小数部分为0。将每次得到的整数部分顺序排列在小数点后，即为转换后的R进制小数。 （2）小数部分的转换 知识天地 3．二进制数与八进制数、十六进制数之间的转换 一位八进制数字对应三位二进制数字，一位十六进制数字对应四位二进制数字。 二进制 八进制 十六进制 0000 0 0 0001 1 1 0010 2 2 0011 3 3 0100 4 4 0101 5 5 0110 6 6 0111 7 7 1000 10 8 1001 11 9 1010 12 A 1011 13 B 1100 14 C 1101 15 D 1110 16 E 1111 17 F 表1-1-9 二进制、八进制与十六进制之间的对应关系 知识天地 二进制数转换成八进制数方法是：从小数点开始向左右两边每三位并为一组，对应一位八进制数，不足三位时补0即可。 （1）二进制数转换成八进制数 （2）二进制数转换成十六进制数 二进制数转换成十六进制数方法是：从小数点开始向左右两边每四位并为一组，对应一位十六进制数，不足四位时补0即可。 知识天地 例1-1-3 将(1101101.0101)2转换成八进制数和十六进制数。 ① 转换为八进制数 二进制数： 001 101 101 . 010 100 八进制数： 1 5 5 . 2 4 所以，(1101101.0101)2=(155.24)8。 ② 转换为十六进制数 二进制数： 0110 1101 . 0101 十六进制数： 6 D . 5 所以，(1101101.0101)2=(6D.5)16。 知识天地 八进制数转换成二进制数方法是：把每一位八进制数转换成相应的三位二进制数。 （3）八进制数转换成二进制数 （4）十六进制数转换成二进制数 十六进制数转换成二进制数方法是：把每一位十六进制数转换成相应的四位二进制数。 知识天地 （三）常用二进制编码 1．非十进制数转换成十进制数 由于单片机只能识别“0”和“1”，单片机处理信息时必须以二进制形式表示，在单片机领域中其他常用的二进制编码有BCD码、ASCII码等。 每一个字符对应 一个7位的二进制 代码 ASCII码 一种二进制形 式的十进制码， 也称为 二—十进制码。 位与字节都是计 算机信息技术用 于计量存储容量 和传输容量的 一种计量 单位。 知识天地 位与字节 BCD码 知识天地 位（bit）与字节（Byte）换算关系 1TB = 1024GB（2 40次方字节） 1GB = 1024MB（2 30次方字节） 1MB = 1024KB（2 20次方字节） 1KB = 1024B（2 10次方字节） 1B = 8位（bit） 活动评价 完成 时间 学习 活动 评分标准 所占分数 考核情况 接受任务、 制订方案 1．是否做好学习的准备（充分10分，一般4分，没准备0分） 2．活动完成情况（好10分，一般5分，不好3分） 3．完成任务是否积极主动（是10分，一般5分，不积极2分） 30 自我评价： 学生签名： 1．准时参加各项学习活动（5分） 2．积极参与学习活动讨论（10分） 3．为本次任务的完成提出较好的解决办法（10分） 4．团队意识强（5分） 5．能准确说出制订方案流程与方法（10分） 40 小组评价： 组长签名： 1．能制订较为完善的方案（10分） 2．能完善警示灯电路方框图（5分） 3．能较流利地讲解方案（5分） 4．按时完成任务（5分） 5．工作台及场地卫生良好（5分） 30 教师评价： 教师签名： 表1-1-10 学习活动评价表 Thank You! $$