单片机硬件结构与原理——技能实训（教案）-《单片机技术与应用》(高教版第二版) 同步精品课堂

课  题

单片机硬件结构与原理——技能实训

课  型

理论

课  时

2

授课班级

授课时间

授课教师

教材分析

内容为 “单片机技术” 的实践核心章节，以 “最小系统” 为载体，整合硬件结构（CPU / 存储器 / I/O 口）、电路设计（复位 / 晶振 / 电源）及功能验证（时序计算 / 寄存器初始状态）的关键知识。教材采用 “系统组成→模块解析→参数说明” 递进结构，通过实物图）、电路图和要点总结（如晶振电容 15-33pF、PO 口上拉 10kΩ）强化实践指导。作为单片机开发的基础技能（硬件搭建、调试排障），本节为后续学习（外围扩展、程序烧录）奠定工程实践支撑，重点培养学生 “理论指导实践、实践验证理论” 的工程思维，是电子信息类专业 “单片机技术” 课程的关键实训节点。

学情分析

学生已掌握单片机基础理论，但对最小系统搭建、硬件功能验证等实践操作缺乏经验。部分学生易混淆理论参数与实际电路的对应关系，对复位电路 “高电平维持 2 个机器周期” 的条件、最小系统中 EA 引脚的实际作用理解较浅。需通过 “电路焊接 - 参数调试 - 功能验证” 强化实践，突破理论知识与硬件调试的衔接瓶颈。

学习目标

知识目标：

1. 掌握 MCS - 51 系列单片机最小系统的组成和工作原理。
2. 熟悉单片机内部结构和各部分功能。
3. 理解单片机存储器的分类和特点。

技能目标：

1. 了解并行 I/O 接口的功能和使用特点。
2. 掌握单片机的时序和复位电路知识。

情感目标：

培养团队协作与领导力，在集体任务中承担责任并推动团队目标达成。

学习重难点

重点：

1. 单片机最小系统的复位电路、晶振电路设计和相关参数选择。
2. 单片机内部结构各部分的作用。
3. 存储器的分类、地址范围和特殊功能寄存器的使用。

难点：

1. 复位电路和晶振电路参数对单片机工作的影响。
2. 特殊功能寄存器的具体应用。

3. 不同 I/O 接口在实际应用中的选择和配置。

教学方法

案例分析、讲授法、小组讨论法

课前准备

1.查找相应网站资料，课堂演示使用。

2.学生课前预习。

教学媒体

电子课件、多媒体视频

教学过程

教学环节

教师活动设计

学生活动设计

设计意图

活动一：

创设情境

生成问题

【课程导入】

大家在学习了 MCS - 51 系列单片机的理论知识后，接下来我们进入技能实训环节。单片机最小系统是如何构成并工作的？单片机内部的结构和存储器有什么特点？并行 I/O 接口又该如何使用？带着这些问题，让我们开启本次实训之旅。

【新知识传授】

         单片机最小系统工作电路

单片机最小系统也称为单片机最小应用系统，是指使用最少的原件组成单片机可以工作的系统。

MCS - 51 系列单片机最小系统包括单片机、晶振电路、复位电路和电源电路。

任何电子设备都需要供电，目前主流单片机的电源分别为5V和3.3V这两个标准。

(1)      电源工作电路

图中使用USB口输出的5V直流直接供电的。从图中可以看出，供电电路在40引脚和20引脚的位置上，40引脚接的是+5V，通常也称为VCC或VDD，代表电源正极，20引脚接GND，代表电源负极。

1.   接收并查看本节课堂任务书。
2.   了解学习目标，带着目标进行学习。
3.   观察生活中常见的多媒体信息形式，思考其背后的技术支撑。
4.   针对教师给出的问题，初步发表个人见解。
5.   目标明确：跟随教师引导，明确本节课学习目标。

1.以提问的方式导入课程，让学生带着问题有针对性的进行学习。

2.通过任务实施，调动学生

(2)      复位电路

复位电路由电容串联电阻构成，上电时 RST 脚出现高电平，高电平持续时间由 RC 值决定，要保证 RST 脚产生不少于 2 个机器周期的高电平。

(3)      晶振电路

晶振电路起到的作用是为单片机系统提供基准时钟信号，类似于部队训练喊口号的人，单片机内部所有的工作都是以这个时钟信号为步调基准来进行工作的，可以说晶振就是单片机的“心脏”。

(4)      几点说明

① 31 脚接高电平，复位后从内部 ROM 的 0000H 开始执行；接低电平，从外部 ROM 的 0000H 开始执行。

② 复位电路电容值可改变，电容值越大复位时间越短。

③ 最小系统晶振频率影响处理速度，频率越大速度越快。

④ P0 口作输出口需加上拉电阻，阻值一般为 10kΩ。

2.引导学生带着问题去课本寻找答案，明确本节课的学习内容。

3.展示本讲学习目标。

积极性。

活动二：

调动思维

探究新知

【新知识传授】

         单片机存储器

单片机内部有 8 位 CPU、4KB 的 ROM、128B 的 RAM（用户可用区）、2 个 16 位定时器 / 计数器（T0、T1）、4 个 8 位双向并行 I/O 口（P0 - P3）、1 个可编程全双工串行口、5 个中断源、1 个时钟电路、3 条总线（地址、数据、控制总线）。

(1)      总体分类

单片机存储器有数据存储器（RAM）和程序存储器（ROM），每种又有内外之分，包括内部数据存储器、外部数据存储器、内部程序存储器和外部程序存储器。

(2)      内部数据存储器

1.   阅读探究：阅读课本相关内容，探究多媒体技术的产生背景。
2.   概念理解：理解多媒体、多媒体技术和多媒体系统的定义，并尝试用自己的话复述。
3.   要点记录：记录多媒体技术强调的要点，加深理解。

1.   了解学生现有知识储备。
2.   巩固练习。