项目一单片机最工小作系统构建.ppt

知识归纳,练习题,项目导读,任务二、彩灯闪烁控制,项目小结,任务一、认识单片机,项目目标导读,学习目标,技能目标,掌握51系列单片机常用引脚及功能。了解常用型号单片机的特点。掌握单片机的内部结构。熟悉单片机应用系统的开发流程。熟练掌握单片机开发环境的使用。,能识别不同类型的单片机芯片。熟练操作Keil软件，进行程序的编写和调试。熟练操作Proteus软件，会选择元器件，绘制单片机硬件原理图。能正确使用汇编指令编写简单程序。能根据任务要求构建单片机最小工作系统。,1.单片机概念的理解和引脚的应用方法。2.单片机最小工作系统的组成。3.汇编指令的格式、编程方法。4.单片机应用系统的开发流程。,知识教学点,项目目标导读,方法切入点,1.利用网上的资料、图片和实际单片机应用案例进行演示，便于学生对单片机概念的理解。2.采用“项目引导、任务驱动、教学做合一”的教学方式，通过实际项目的分析和实施，结合Keil和Proteus软件的使用，了解单片机电子产品实际的开发流程。,参考学时：10学时12学时,任务一 认识单片机,在日常生活中，像手机、电话机、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、玩具、电子表、电子秤、MP3、MP4、数码相机、录音笔、汽车防盗器等常用设备，给我们带来了许多方便和生活情趣，可你了解在这些设备中发挥主要作用的单片机吗？单片机因将计算机的主要组成部分集成在一块芯片上而得名，如图1-1所示为单片机芯片的外型结构，别看它体积很小，有了它，可以使我们的生活更加丰富多彩。,图1-1 单片机芯片外型图,任务一 认识单片机,任务分析,要想了解单片机的控制作用，必须先认识单片机，熟悉单片机的基本结构及功能，利用单片机集成开发环境，可以更加直观地模拟仿真单片机的工作过程，现在就让我们来认识单片机，学习单片机的相关概念。,任务一 认识单片机,1、什么是单片机,单片微型计算机是指集成在一个芯片上的微型计算机，简称单片机 单片机实质上就是一个芯片,任务一 认识单片机,2、MCS-51系列单片机及其内部结构,串行通信接口全双工 1个,ROM,TXD RXD,中断系统,并行通信接口48bit,定时/计数器,RAM,时 钟电 路,CPU,总线控制,图1-2 MCS-51单片机结构框图,任务一 认识单片机,(1)中央处理器CPU：8位，运算和控制功能(2)内部RAM：共256个RAM单元，用户使用前128个单元，用于存放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。(3)内部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表格。(4)定时/计数器：两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功能。(5)并行I/O口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。(6)串行口：一个全双工串行口。(7)中断控制系统：5个中断源（外中断2个，定时/计数中断2 个，串行中断1个）(8)时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHZ和12MHZ,任务一 认识单片机,近几年在我国非常流行的单片机AT89C51，是在8051基础上增强了许多特性，如由Flash（程序存储器的内容至少可以改写1000次）存储器取带了原来的一次性写入的ROM，其性能相对于8051已经算是非常优越了，但在市场化方面，AT89C51单片机受到了PIC单片机阵营的挑战，AT89C51最致命的缺陷在于不支持ISP功能。AT89S51就是在这样的背景下取代89C51单片机的。Atmel公司目前已经停产AT89C51单片机，将用AT89S51单片机代替。AT89S51单片机在工艺上进行了改进，采用0.35新工艺，成本降低，而且将功能提升，增强了竞争力。AT89SXX可以向下兼容AT89CXX等51系列芯片。表1-1是AT89系列单片机的主要分类及功能特性。本教材主要采用AT89S51/52芯片（由于Proteus软件中不包含AT89S51/52芯片，因此仿真时仍采用AT89C51/52芯片）。,任务一 认识单片机,表1-1 AT89系列单片机的主要分类及功能特性,任务一 认识单片机,3、单片机应用系统,图1-3 单片机应用系统所需软硬件设备及连接形式,任务一 认识单片机,单片机应用系统开发制作过程,设计电路图,制作电路板,程序设计,硬件软件联调,程序烧录,产品测试,单片机开发系统（单片机仿真器）,编程器,任务一 认识单片机,单片机仿真器,PC机(仿真软件),并口,目标板,仿真系统联接:,任务一 认识单片机,（1）汇编语言 汇编语言是最早应用于单片机开发与应用的程序语言，是一种面向机器的低级语言。它以助记符形式表示每一条指令。51单片机的汇编指令系统包含111条指令，7种寻址方式；按照其功能可分为数据传送类、算术运算类、逻辑运算类、控制转移类和布尔运算类五大类。汇编语言的优点是执行速度快、代码短小精悍、且指令的执行周期确定。（2）高级语言 由于汇编语言其缺乏通用性和可读性，并且可移植性差，因此在单片机开发过程中出现了高级语言，如C语言。单片机C语言既有汇编语言操作底层硬件的能力，又具有高级语言的许多优点，其中以Keil公司推出的C51最为流行。本书涉及到的项目案例程序均采用汇编语言设计。,4、单片机编程语言,任务一 认识单片机,5、单片机集成开发环境,（1）Keil uVision2软件 Keil uVision2系列软件是德国Keil Software公司推出的51系列兼容单片机开发软件系统。软件支持单片机C51程序设计语言，也可以直接进行汇编语言的设计与编译。Keil uVision2包含一个高级的编译器、一个项目管理器和一个MAKE工具。（2）嵌入式系统仿真与开发平台Proteus软件 Proteus是英国Labcenter公司开发的EDA工具软件，它集合了原理图设计、电路分析与仿真、单片机代码级调试与仿真、系统测试与功能验证以及PCB设计完整的电子设计过程。,任务一 认识单片机,图1-4 Proteus基本结构体系图,任务一 认识单片机,（3）Kile软件和PROTEUS软件的联合仿真 Keil Vision 2与Proteus的结合方式有两种：方法一：在Vision环境中编写程序并将其编译成“*.HEX”文件，而在Proteus环境下将“*.HEX”文件加载到单片机中，此种方式与单片机实际工程设计相类似；方法二：把Proteus环境下的硬件作为虚拟的目标板硬件，Proteus与Keil Vision 2之间通过TCP/IP进行通讯，此种方法类似于Vision环境下的目标板仿真调试模式，在运用此种方法进行仿真前需要更改Vision与Proteus的相关设置。本教材所有项目案例均采用方法一。,返回,任务二 彩灯闪烁控制,在Proteus软件中用AT89S51单片机来组成一个简单的单片机应用系统，以单片机的I/O端口控制一个发光二极管（LED），通过在集成开发环境下编程和调试程序，实现发光二极管的亮/灭以及闪烁的控制效果。,图1-5 单片机控制LED灯电路,任务二 彩灯闪烁控制,1、单片机外部引脚及功能,(1)AT89S51单片机的外部引脚 AT89S51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，片内含4kB ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用Ateml公司的高密度、非易失性存储技术生产，它集既可在线编程(ISP)也可用传统方法进行编程的Flash程序存储器及通用8位微处理器于单片芯片中，Ateml公司生产的AT89S51单片机功能强大、价位低，可以应用于许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。,任务二 彩灯闪烁控制,图1-6 AT89S51单片机的外部引脚图,2、振荡电路：XTAL1、XTAL2,3、并行口：P0、P1、P2、P3,7、ALE/PROG：地址锁存控制信号,1、电源线：VCC(+5V)、GND(地),4、复位引脚：RST/VPD,任务二 彩灯闪烁控制,(2)AT89S51单片机的主要性能,表1-3 AT89S51单片机主要特性参数,任务二 彩灯闪烁控制,(3)AT89S51单片机的管脚功能说明,P0口：P0口是一个8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。能驱动8个TTL逻辑门电路。在访问外部存储器时，P0口可用于分时传送低8位地址总线和8位数据总线。在Flash编程时，P0口接收指令字节；而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，可驱动4个TTL逻辑门电路。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。表1-4为P1端口引脚的第二功能说明。,表1-4 P1端口引脚的第二功能表,任务二 彩灯闪烁控制,P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，在访问外部存储器时，P2口可用于高8位地址总线。能驱动4个LSTTL门。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。P3口：P3口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0口，能驱动4个LSTTL门。P3口除了作为一般的I/O端口外，更重要的用途是它的第二功能，,表1-5 P3端口各引脚与第二功能表,任务二 彩灯闪烁控制,(4)AT89S52单片机的主要性能,图1-7 AT89S52单片机的外部引脚图,AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机。它具有如下特点：40个引脚（见图1-7），8k B Flash片内程序存储器，256 B的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级(2层中断嵌套中断)，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。,任务二 彩灯闪烁控制,表1-6 AT89S52单片机主要特性参数,任务二 彩灯闪烁控制,2、单片机最小工作系统,单片机最小系统包括电源、时钟电路、复位电路、引脚这几部分。其中时钟电路为单片机工作提供基本时钟，复位电路用于将单片机内部各电路的状态恢复到初始值。,图1-8 AT89S51单片机最小系统,任务二 彩灯闪烁控制,(1)时钟电路,表1-3 AT89S51单片机主要特性参数,单片机的连接引脚,XTAL1、XTAL2；,连接方法,内部时钟方式,外部时钟方式,内部机器频率F=fosc/12,C1和C2的一般取值 2030pF陶瓷电容,任务二 彩灯闪烁控制,(2)复位电路,单片机复位的条件是：必须使RST引脚（第9引脚）加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。若时钟频率为12MHz，每机器周期为1us，则只需2us以上时间的高电平。,（a）上电复位电路（b）按键复位电路 图1-10 单片机常见的复位电路,任务二 彩灯闪烁控制,复位后，内部各专用寄存器状态如表1-7，其中*表示无关位。,表1-7 单片机复位状态,任务二 彩灯闪烁控制,3、单片机的存储器结构,单片机的存储器包括两大类：程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）。这里以8051单片机为代表来说明MCS-51系列单片机存储器的结构。8051单片机的存储器主要有4个物理存储空间，即内部数据存储器（IDATA区）、外部数据存储器（XDATA区）、内部程序存储器和外部程序存储器（程序存储器合称为CODE区）。,图1-11 单片机的存储器结构图,内部,外部,(PC),中断入口地址,任务二 彩灯闪烁控制,（a）ROM与 关系（b）ROM中的特殊单元 图1-12 程序存储器结构图,(1)程序存储器,内部,外部,(2)数据存储器,RAM存储器,RAM,专用寄存器,内部RAM存储器,工作寄存器区选择位RS0、RS1,内部RAM低128单元,表1-9 片内RAM位寻址区的位地址,任务二 彩灯闪烁控制,任务二 彩灯闪烁控制,表1-10 MCS-51单片机专用寄存器地址表,内部RAM高128单元,任务二 彩灯闪烁控制,续表-表1-10 MCS-51单片机专用寄存器地址表,注：字节地址栏中不带括号的寄存器是可进行位寻址的寄存器，而带括号的是不能进行位寻址的寄存器。,几种常用的特殊功能寄存器（SFR）,任务二 彩灯闪烁控制,程序计数器PC PC是一个16位的计数器，它的作用是控制程序的执行顺序。其内容指明即将执行的下一条指令的地址(程序存储器地址)，在物理上独立，复位时PC=0000H。累加器ACC（Accumulator）累加器A为8位寄存器，在编程操作中是最常用的专用寄存器，功能较多，可按位寻址。B寄存器 B寄存器是一个8位寄存器，即可作为一般寄存器使用，也可用于乘除运算。做乘法运算时，B是乘数。乘法操作后，乘积的高8位存于B中。做除法运算时，B存放除数。除法操作后，余数存放在B中。,任务二 彩灯闪烁控制,程序状态字PSW（Program Status Word）,CY 进位/借位标志；位累加器。AC 辅助进/借位标志；用于十进制调整。F0 用户定义标志位；软件置位/清零。OV 溢出标志；硬件置位/清零。P 奇偶标志；A中1的个数为奇数 P=1；否则 P=0。RS1、RS0 寄存器区选择控制位。0 0：0区 R0 R7 0 1：1区 R0 R7 1 0：2区 R0 R7 1 1：3区 R0 R7,任务二 彩灯闪烁控制,堆栈指针 指明栈顶元素的地址，8位，可软件设置初值，复位时 SP=07H。,数据指针DPTR DPTR；指明访问的数据存储器的单元地址，16位，寻址范围64KB。DPTR=DPH+DPL，也可单独使用。,要进行16位数据的传送，只有下面指令是正确的：MOV DPTR,#DATA16,小贴士,任务二 彩灯闪烁控制,1、确定设计方案,选用AT89C51单片机芯片、时钟电路、复位电路、电源和一个发光二极管构成最小系统，完成对单个信号灯的控制。,图1-13 最小工作系统方案设计框图,任务二 彩灯闪烁控制,2、硬件电路设计,图1-14 单个LED信号灯控制电路原理图,电路所用仿真元器件：AT89C51：单片机RES：电阻 CRYSTAL：晶振LED-RED：发光二极管CAP：电容CAP-ELEC：电解电容,任务二 彩灯闪烁控制,3、源程序设计,步骤1：;*单灯点亮控制程序*;程序名：控制程序xm1_1.asm;程序功能：控制1个发光二极管点亮、熄灭显示 ORG 0000H;程序从地址0000H开始存放 LJMP START ORG 0030HSTART:CLR P1.0;将P1.0清零，点亮一个发光二极管 SJMP$;程序动态暂停 END;汇编程序结束,将CLR P1.0这行指令改为SETB P1.0，可使发光二极管熄灭。,任务二 彩灯闪烁控制,步骤2：;*单灯闪烁控制程序*;程序名：控制程序xm1_2.asm;程序功能：控制单个发光二极管亮、灭闪烁 ORG 0000HSTART:CLR P1.0;将P1.0清零“0”，点亮一个发光二极管ACALL DELAY;调用延时子程序，也可用指令LCALLSETB P1.0;将P1.0置“1”，熄灭一个发光二极管ACALL DELAY;调用延时子程序SJMP START;程序重新开始循环，也可用指令LJMPDELAY:MOV R3,#250;延时子程序D2:MOV R4,#250D1:NOPDJNZ R4,D1DJNZ R3,D2RETEND,图1-15 LED信号灯亮灭闪烁流程图,任务二 彩灯闪烁控制,4、软、硬件调试与仿真,图1-19 单个LED信号灯控制电路全速仿真图片段,任务二 彩灯闪烁控制,5、实物连接、制作,图1-24 单个LED信号灯闪烁的电路 板实物,在万能板上按照单片机控制LED电路图元器件进行焊接。,任务二 彩灯闪烁控制,6、源程序说明,ORG 0000HSTART:CLR P1.0;将P1.0清“0”，点亮发光二极管ACALL DELAY;调用延时子程序延时，也可用指令LCALLSETB P1.0;将P1.0置“1”，熄灭发光二极管ACALL DELAY;调用延时子程序延时SJMP START;跳转到START处，循环执行程序。也可用指令LJMP,主程序：,延时子程序：,DELAY:MOV R3,#250;将立即数250送到R3工作寄存器D2:MOV R4,#250;将立即数250送到R4工作寄存器D1:NOP;消耗1个机器周期DJNZ R4,D1;R4减1不为零转移到标号D1处DJNZ R3,D2;R3减1不为零转移到标号D2处RET;子程序结束，返回到主程序,任务二 彩灯闪烁控制,训练任务1：利用P1口输出控制8个发光二极管，实现8个信号灯同时亮灭闪烁，设计方案如何修改？评价标准：流程图绘制、硬件电路原理图修改、软件程序修改、软硬件联调、实物连接。训练任务2：将P1口改为P0口输出控制8个发光二极管，分别点亮和熄灭，电路如何连接？程序如何修改？评价标准：硬件电路原理图修改、软件程序修改、软硬件联调、实物连接。,任务二 彩灯闪烁控制,在实际应用中，经常用开关控制信号灯。将开关连接到P1.7，LED发光二极管连接到P1.0。控制要求：开关打开，发光二极管熄灭；开关闭合，发光二极管熄灭点亮。设计思路：首先通过输入口P1.7将开关的状态读取到单片机内，经过数据处理后，再由输出口P1.0将结果输出来控制发光二极管的点亮和熄灭。,任务二 彩灯闪烁控制,;*开关控制信号灯程序*;程序名：控制程序xm1_3.asm;程序功能：用单个开关控制1个发光二极管点亮和熄灭ORG 0000HSTART:MOV C,P1.7;读取开关状态，保存在”C”中CPL C;将”C”值取反MOV P1.0,C;把”C”值输出到P1.0,控制发光二极管亮、灭LJMP STARTEND,图1-26 单个开关控制发光二极管流程图,任务二 彩灯闪烁控制,发光二极管（LED）是一种把电能变成光能的半导体器件。当给LED加上正向偏压，有电流流过二极管，LED就会发光，与普通二极管一样具有单向导电性，发光颜色有红、黄、绿等单色发光二极管，另外还有一种能发红色和绿色光的双色二极管。LED可以由直流、交流、脉冲电源点亮，常用做指示，工作电流一般为几毫安到几十毫安，正向电压一般在1.5V2.5V之间，与单片机连接时，一般要加限流电阻。LED的驱动，可分为低电平点亮和高电平点亮两种。LED技术特点是寿命长、能耗低、显色性高、易维护、体积小、支流电驱动、点亮速度快、无频闪、眩光少、耐震性、散热好、防暴（无高气压元件）。鉴于LED 的技术特点，目前主要应用于以下几大方面：(1)显示屏和交通信号灯(2)汽车车灯(3)LED 背光源(4)室内装饰灯和景观照明灯(5)LED 照明光源,返回,返回,项目一 单片机最小系统构建,1.在学习项目的任务一中，主要掌握：常用型号单片机的特点，尤其是AT89S51/52芯片的内部结构和特点；单片机应用系统实际项目开发的一般流程：总体设计硬件设计软件设计系统调试与维护；单片机集成开发环境：Vision 2软件用来完成程序的编辑、编译、运行及调试。因为我们用的是汇编语言，在程序编辑存盘时，要保存为ASM格式文件，最后编译下载到芯片中的文件为HEX格式文件。Vision 2常用的几种程序运行方式：全速运行（GO）、单步运行（Step）、跟踪运行（Step Over）、断点运行（Breakpoint）。Proteus软件用来设计单片机硬件电路以及与Keil Vision 2一起联合仿真，要注意在设计电路时，要进行电源与接地的连接、复位引脚的连接、时钟电路的连接、EA引脚的连接，所有单片机电路都要进行这4个基本连接，才能正常工作。2.任务二通过单灯亮、灭及闪烁控制，掌握单片机最小工作系统的基本组成：CPU芯片、电源、晶振电路和复位电路以及单片机内部存储器的结构。着重训练学生对单片机开发工具的熟练使用，并认识简单的汇编指令。,返回,项目一 单片机最小系统构建,一、选择题(1)MCS-51单片机的CPU主要由 组成。A运算器、控制器 B加法器、寄存器 C运算器、加法器 D运算器、译码器(2)单片机中的程序计数器PC用来。A存放指令 B存放正在执行的指令地址 C存放下一条指令地址 D存放上一条指令地址(3)单片机AT89C51的引脚。A必须接地 B必须接+5 V C可悬空 D以上三种视需要而定(4)PSW中的RS1和RS0用来。A选择工作寄存器区号 B指示复位 C选择定时器 D选择工作方式(5)单片机上电复位后，PC的内容和SP的内容为。A0000H，00H B0000H，07H C0003H，07H D0800H，08H(6)使用单片机开发系统调试汇编语言程序时，首先应新建文件，该文件的扩展名是。A*.c B*.hex C*.bin D*.asm(7)单片机能够直接运行的程序是。A.汇编源程序 B.C语言源程序 C.高级语言程序 D.机器语言源程序,项目一 单片机最小系统构建,二、填空题(1)若MCS-51单片机的晶振频率为fOSC=12 MHz，则一个机器周期等于 s。(2)MCS-51单片机的XTAL1和XTAL2引脚是 引脚。(3)MCS-51单片机的数据指针DPTR是一个16位的专用地址指针寄存器，主要用来。(4)MCS-51单片机中输入/输出端口中，常用于第二功能的是。(5)MCS-51单片机内存的堆栈是一个特殊的存储区，用来，它是按后进先出的原则存取数据的。(6)单片机应用程序一般存放在 中。三、简答题1.汇编语言的书写格式和注意事项是什么？2.单片机最小系统是怎样构成的？3.理解并掌握发光二极管的控制方法,若发光二极管接成共阴极型,试修改程序并调试。4.本学习项目学习了哪几条指令，其用法格式是怎样的？,项目一 单片机最小系统构建,四、训练题1修改项目训练中的源程序，使8个发光二极管按照下面的形式发光。P1口管脚 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 对应灯的状态 注：表示灭，表示亮。2在日常生活中，经常用两个开关控制一盏灯。例如楼梯口的灯D1通常要求用楼下的开关K1可以控制、而楼上的开关K2也可以控制。利用单片机的P1.0、P1.1输入两个开关K1和K2的信号，当开关打开时，发光二极管熄灭；两个开关中任意一个开关闭合时，发光二极管点亮，P1.7控制一个LED发光二极管D1，实现上述功能。设计硬件电路并编写相应的程序。,返回,项目一 单片机最小系统构建,