实例解读51单片机完全学习和应用课件.pptx

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1、实例解读51单片机完全学习与应用,第1章 单片机在哪里,2,单片机在哪里?,3,1.1.1 电磁炉与单片机,4,输入设备（箭头指向单片机）：加、减按钮输出设备（箭头指向设备）：4个指示灯、电磁线圈的驱动电路,1.1.2 MP3播放机与单片机,5,单片机就好像核心控制者，统管着液晶屏、USB口、存储器、DAC及驱动电路、按钮等外部设备，并有序地在这些设备中传递、交换数据或信号。,实例解读8051单片机完全学习与应用,1.1.3 更多单片机,6,单片机还隐藏在我们日常生活的许多电子产品中，如鼠标、遥控器、洗衣机、机器人等。综观这些电子产品都有一个特点，它们都有输入或输出设备。比如鼠标的按键、遥控器

2、的按键等是输入设备；洗衣机的电机、机器人的执行机构是输出设备。形形色色的输入设备和输出设备都在单片机的控制下协调工作。,实例解读8051单片机完全学习与应用,1.3.1 Intel 8051单片机,7,Intel 8051单片机于1980年由Intel（英特尔）公司首先研制出来并应用于嵌入式系统中。AT89S51型单片机（8051兼容型单片机），呈现出集成电路特有的外观，两侧有整齐排列的金属管脚，尺寸为52mm（长）15mm（宽）。,实例解读8051单片机完全学习与应用,1.3.2 PIC单片机,8,PIC单片机的低功耗、广泛用途使其成为产品设计和爱好者首选的控制器，PIC单片机家族的单片机在

3、汽车电子、以太网、家电、机电一体化、USB、仪器仪表等产品中有着非常广泛的应用。,实例解读8051单片机完全学习与应用,1.3.3 AVR单片机,9,AVR是单片机设计及体系结构中的新生儿，它由Atmel公司于1996研制出来。目前AVR有UC3、XMEGA、megaAVR、tinyAVR等几大系列过百种型号的单片机可供设计时选择。,实例解读8051单片机完全学习与应用,1.3.4 其他单片机,10,ARM系列单片机ST Microelectronics公司的ST系列单片机 Freescale公司的单片机系列 Texas Instruments公司的单片机系列“中国的半导体行业与世界先进水平的

4、差距目前依然很大，我国半导体公司与世界著名公司不在一个数量级上。”-Intel视觉计算事业部首席高级华人工程师江宏,实例解读8051单片机完全学习与应用,1.4.1 数字温度计工作原理,11,腋下的体表皮肤温度由温度传感器采集，温度传感器把体温这个物理量进行某种变换后形成电信号，这个电信号是连续的模拟信号，需要转换成数字信号才能显示。于是模数转换和显示处理电路实现转换并输出到液晶屏显示。,实例解读8051单片机完全学习与应用,1.4.1 数字温度计工作原理,12,实例解读8051单片机完全学习与应用,1.5.1 需求分析,13,某工厂有一条图1-13所示的装小球生产线，小球被传送带运送并掉入下

5、方的纸箱中，纸箱在另一条传送带上被运送，每个纸箱装满10个小球后就换下一个纸箱装球。现在需要设计一个单片机控制系统，实现以上的小球装箱要求，并实时显示当前装球的纸箱序号和已装的小球数。,实例解读8051单片机完全学习与应用,1.5.2 系统框架,14,实例解读8051单片机完全学习与应用,第2章 如何成为单片机系统设计师,15,知识储备,16,一个电子系统，比如机器人，其背后蕴涵的知识往往是相当丰富的。既有模拟电路、数字电路，还有嵌入式系统、机电一体化等。,实例解读8051单片机完全学习与应用,2.1.1 综合素质,17,电子血压计，测量时将一个密封的袖带套在上臂上，按下按钮启动血压测量后，单

6、片机控制气泵工作，向袖带中打气从而增加其中的压力。当压力达到200mmHg左右时即停止打气并缓慢放气，在气压下降的过程中，压力传感器实时监测袖带中的压力变化，通过ADC进行模数转换后送给单片机分析，从而计算出收缩压（高压）和舒张压（低压）。,实例解读8051单片机完全学习与应用,2.1.2 软件工具,18,单片机及电路仿真：Proteus、Multisim等。电路原理图及PCB设计：Altium Designer (Protel)等,实例解读8051单片机完全学习与应用,2.1.3 硬件工具之一：面包板,19,在面包板上观察电路的现象是不是与设计的一致，以验证电路图设计的正确性，这在电子电路设

7、计中经常用到。,实例解读8051单片机完全学习与应用,2.1.3 硬件工具之一：面包板,20,面包板的表面有规则排列的供插装元器件的插孔，在面包板中间有一条中心分隔槽把它分成上、下两个部分。上半部分每列5个插孔之间是导通的，下半部分每列5个插孔之间也是导通的。而上、下部分插孔之间不导通。,实例解读8051单片机完全学习与应用,2.1.3 硬件工具之一：面包板,21,电阻1，它一支管脚插在电源正极排孔上，与电路的电源正极导通；另一支管脚插在下半部分的插孔中，而该插孔下方用一根导线跨接到第3列插孔中，而三极管1的e极插于同列插孔中，这样就实现了电阻1与三极管1的e极的电气连接。,实例解读8051单

8、片机完全学习与应用,2.1.4 硬件工具之二：万用板和印刷电路板,22,元器件插在万用板的一面，元器件管脚穿过万用板上的过孔，在万用板另一面使用电烙铁焊接管脚与万用板上的焊盘，然后焊接导线并通过导线实现元器件之间的电气连接。元器件一般都安装在万用板的同一面，导线可以焊接在万用板的任意一面。,实例解读8051单片机完全学习与应用,2.1.4 硬件工具之二：万用板和印刷电路板,23,电路原理图可生成印刷电路板图。把印刷电路板图交给电路板生产厂家就可以把印刷电路板加工出来。电子产品的电路板已经具备工作的基本条件了。,实例解读8051单片机完全学习与应用,2.1.5 焊接工具,24,实例解读8051单

9、片机完全学习与应用,2.1.6 焊接方法,25,插元器件入过孔，焊接元器件管脚与焊盘。,实例解读8051单片机完全学习与应用,2.1.6 焊接方法,26,焊接时，从个头较小的电阻、瓷介电容等元器件开始。把元器件插入印刷电路板的过孔，并从另一侧伸出。左手拇指和食指捏着焊锡丝，右手拿电烙铁（左撇子可反过来），先在电烙铁头上轻轻蹭一点焊锡以便更好的导热。接着把电烙铁头贴到管脚和焊盘之间，等焊盘上的温度升高之后，一般会看到铜黄色的焊盘表面产生微小的泡泡，这时再把焊锡丝推到焊盘上。由于焊盘温度已经可以把焊锡丝熔化，所以焊锡丝很快熔化在管脚和焊盘之间，当焊点形成一个较为圆滑、饱满的锡点后立即把焊锡丝拿走，

10、然后是电烙铁头。不一会，焊锡冷却而即形成一个焊点。,实例解读8051单片机完全学习与应用,2.2.1 需求分析,27,需求分析是分析功能、确定参数要求的过程。无论在学习单片机系统设计或是将来设计一些解决实际问题的项目，明确最终要达到的功能非常重要。比如一个简单的单片机控制发光二极管的例子，功能确定为单片机控制一个发光二极管点亮500ms，熄灭500ms，再点亮500ms，再熄灭500ms如此反复。,实例解读8051单片机完全学习与应用,2.2.2 电路设计,28,左边阴影框里就是单片机，右边的是发光二极管。,实例解读8051单片机完全学习与应用,2.2.3 程序设计,29,单片机程序用汇编语言

11、或C51语言编写，有许多计算机上的应用软件可支持这两种语言的单片机程序开发，比如第4章将要介绍的Vision软件等。用汇编或C51语言设计好的单片机程序，将通过一个连接计算机USB口和单片机下载接口的下载器，下载到单片机中。下载完成后，单片机启动时运行下载的程序就可以实现相应的控制功能了。,实例解读8051单片机完全学习与应用,2.2.4 系统调试,30,在调试阶段，也就是“磨合”软件和硬件以便它们共同实现系统功能。当程序下载到单片机系统后，启动单片机运行程序，观察系统的“反应”和我们的设计是不是相符。比如发光二极管以500ms为间隔进行闪烁。当程序设计完成并下载到单片机之后，可能出现的问题是

12、发光二极管不闪烁或闪烁的时间间隔不对。如果出现这些与设计不符的实验效果，首先在保证硬件电路是正确的前提下，回到程序中找错误，修改后再下载到单片机系统中。如此反复，直到系统运转正常为止。,实例解读8051单片机完全学习与应用,2.3.1 发光二极管工作原理,31,发光二极管（LED，电路符号 ）是一种最常用的指示器件，近几年因其成本下降和节能的特点大量使用在照明设备中。发光二极管有极性之分，当有足够的正向电流（正极流向负极的电流，约10mA30mA）通过时便会发光。,实例解读8051单片机完全学习与应用,2.3.2 单片机的控制,32,我们把发光二极管D1的负极连接在单片机的P0.4口（35管脚

13、）上，电阻R1起到限流的作用。根据器件的连接关系分析知道：当单片机的P0.4口输出低电平时（接地），发光二极管D1正、负极之间获得电压而被点亮；当P0.4口输出高电平时（+5V），发光二极管D1则熄灭。所以要实现图2-17所示的功能，即让发光二极管以500ms为间隔闪烁，变成了让单片机的P0.4口以500ms为间隔输出高、低电平。,实例解读8051单片机完全学习与应用,2.3.3 体验单片机控制发光二极管,33,实例解读8051单片机完全学习与应用,2.4.1 需求分析,34,反应时间测试仪的功能：单片机向蜂鸣器输出一个很短的鸣响信号Vout（比如500ms），测试者听到这个信号后立即按下按钮

14、开关向单片机输入一个信号Vin，单片机只要计算出输出信号Vout与输入信号Vin之间的时间差就得到反应时间（以ms为单位），最后输出到反应时间显示器上显示即可。,实例解读8051单片机完全学习与应用,2.4.2 电路设计,35,系统由4个模块（部分）组成：单片机、蜂鸣器及驱动电路、按钮开关、反应时间显示器。,实例解读8051单片机完全学习与应用,2.4.3 程序设计,36,单片机P1.0在t1时刻输出一个高电平使驱动电路工作从而使蜂鸣器鸣响。同时单片机内部开始计时，等到按钮开关按下时，因开关的短路P1.7变成了低电平，此时为t2时刻，单片机计时结束。单片机的计时时长（t2-t1）即为反应时间，

15、只要输出到显示器显示即可。,实例解读8051单片机完全学习与应用,实例解读8051单片机完全学习与应用,第3章 单片机系统登场,37,典型的单片机系统,38,洗衣机是一个非常典型的单片机系统，外设如按钮、状态指示灯、电机等都在它的统一“领导”下发挥各自的功能并协同工作。当用户通过“程序”按钮选择了标准的洗涤程序，单片机获知后点亮标准程序对应的状态指示灯，并在洗涤时间显示器上显示所需洗涤时间。接着，用户按下“启动（暂停）”按钮，单片机通过重量传感器知道洗衣机中有多少衣物，从而估计控制注水阀打开的时间以注入适当的水量。当注水完成后单片机控制电机启动，电机带动波轮开始洗涤。,实例解读8051单片机完

16、全学习与应用,3.1.1 单片机本身,39,内部结构：在塑料基底的中央有一个微型的芯片，还有连接芯片和单片机管脚的细导线。单片机起主要作用的是芯片部分，细导线只是起到了在芯片和管脚之间传递信号的作用。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.1.2 系统的构成,40,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.2.1 AT89S51单片机的“外衣”,41,AT89S51单片机作为51系列单片机一个代表，被广泛应用在控制领域中。AT89S51是单片机的一个型号，这个型号下有DIP、PLCC、TQFP等封装。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.2.1 AT89S51单片机的“外衣”,42,

17、实例解读8051单片机完全学习与应用,3.2.2 AT89S51单片机的管脚,43,注意，有些电路符号中的管脚不是排从小到大的顺序排列的，而是把相近功能的管脚放到了一起。而旁边实际的AT89S51单片机器件的管脚则是按逆时针顺序排列的。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.3.1 变压器基础知识,44,把220V AC转换成低压直流电压的第一步是降压，常使用的元器件是电源变压器（transformer），它专门用于变换交流信号的电压。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.3.2 电源变压器,45,选购变压器时需要知道初级线圈和次级线圈的电压。一般初级线圈为220V AC，次级则需要

18、根据实际需要来确定。比如单片机系统常常用5V DC供电，所以变压器可以选择次级线圈相等或略高的，比如6V AC等。还有一个参数在选购变压器时非常重要变压器功率。如果某电路的工作电压为5V、工作电流为200mA，则电路的消耗功率P=VI=5V200mA=1W，于是选择一个次级5V、额定功率1W以上的电源变压器就可以了。类似的，为电路设计电源时，可以大致估计一下电路的最大工作电流，用它乘以工作电压就可得到电路的消耗功率。电源的功率，或者说变压器的功率应该比这个功率大，否则电路有可能无法正常工作。变压器在使用前一定要注意区分好初级和次级管脚（见图3-6），一旦反接，轻则烧断电源保险，重则会使变压器线

19、圈烧毁而彻底损坏。一般电源变压器在初级上都会标注有“220V”字样，如果没有标注可以按照下面的方法进行分辨：用万用表的电感器测量档，分别测量变压器的初级、次级线圈。电感大的为初级，应当接入220V。电感小的为次级，是输出端（相对降压变压器而言）。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.4.1 二极管基础知识基础知识,46,二极管（diode），只允许电流单向流过它。二极管有两个管脚，这两个管脚分成正极和负极，电流只能从正极流向负极。电路符号中倒三角一端为正极，短横线一端为负极。实际器件中，二极管圆柱形外壳一端一般都有一个色环（银色、黑色、白色等），作为二极管负极的标记，与这个标记同侧的管脚

20、为负极，另一侧的管脚则为正极。有些二极管在圆柱形外壳上还印刷有器件的型号。注意，二极管的正极、负极在电路中是不能接反的，否则二极管发挥不了单向导电的作用，有时还会烧毁二极管。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.4.1 二极管基础知识基础知识,47,当电流从二极管正极流向负极时称为正向偏置（forward bias），正向偏置一般在正极电压高于负极时产生。相反地，如果二极管负极电压高于正极，则处于反向偏置（reverse bias）状态下，二极管不导通。正向偏置时，二极管正、负极之间会产生一个压降（电压下降）。这个压降也称为正向电压（VF，forward voltage），它的大小与二极

21、管的种类有关。如果是硅半导体材料制成的二极管，正向电压VF=0.7V；如果是锗半导体材料制成则正向电压VF=0.15V。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.4.2整流,48,变压器帮我们变换了交流电压，不过从变压器次级输出的仍然是交流信号，这个交流信号的频率与市电相同，都是50Hz，其波形是正弦波。通常会用整流电路把交流信号变成单向脉动电压。常用的整流电路是一种称为桥式全波整流的电路结构：4支型号相同的二极管D1D4按图示的方法连接在一起从而实现全波整流。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.4.2整流,49,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.4.3整流全桥,50,因为桥

22、式全波整流实在应用得太多了，许多厂家干脆把4个同一型号的二极管集成在一起，制成整流全桥器件供电路设计时选用。整流全桥有3种等效的电路符号，每种电路符号的4个管脚分别为：2个AC管脚接交流输入信号（接变压器的输出），由于交流信号没有正负之分，所以这2个AC管脚可以混用。另外，“”管脚为整流全桥的正极输出，“”管脚为负极输出，这两个是整流全桥的输出。由于经过整流信号已经具有直流信号的特征，所以“”和“”管脚不能混用，否则将烧毁负载。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.5.1 电容基础知识,51,电容器（capacitor）是一种储能器件，它不允许直流通过，但能让交流通过。电容容量的大小用法

23、拉（farads，简写F）来描述，这也是电容容量的单位。由于F（法）是一个非常大的单位，通常还有mF（毫法）、F（微法）、nF（纳法）、pF（皮法）等，它们之间的换算关系为：1F=103mF=106F=109nF=1012pF,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.5.1 电容基础知识,52,电容采取直观的数字标记法来指明容量，方法为：电容表面印刷有容量的数值和单位，如1000F等。另外，耐压值也常印在表面。单位缩写的方法来标记，如3n3代表3.3nF，33n代表33nF、4p7代表4.7pF等。纯数字的方法来标记，如103，其中“10”代表容量的前两位数，最后一位“3”代表倍数（0的个数

24、），单位一律是pF。所以103代表10 000pF，即10nF = 0.01F。类似的222代表2200pF、474代表470000pF，即470nF等。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.5.1 电容基础知识,53,电容工作在电路中，需要考虑其耐压值的问题。如果在其两端的电压超过了这个值电容肯定是要烧毁的。如果电压超过得很夸张，那电容还会发生爆炸，殃及其他元器件。电容的耐压值一般都会标记在其外壳上，在容量参数旁边往往都能找到其耐压值。如3n3的电容，其耐压值为2000V，说明施加在该电容两端的电压不能超过2000V。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.5.2 电容的种类,54

25、,电容分为涤纶电容、云母电容、瓷介电容、电解电容、可变电容等几种。其中涤纶、云母、瓷介电容为无极性电容，它们有图所示相同的电路符号和外观。无极性电容的两个管脚没有极性之分，可以调换使用。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.5.2 电容的种类,55,电解电容是一种极性电容，其电路符号和外观如图所示，它在无极性电容电路符号的基础上多出了一个“+”号。标有“”号的一端为正极，另一端为负极。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.5.2 电容的种类,56,注意，无论是铝电解电容还是钽电解电容都是有极性的电容，两个管脚有正、负极之分，在使用时切不可接反，否则很容易烧毁器件。此外，电解电容在选

26、用时还需要注意其额定电压，在器件两端施加的电压值如果超过了额定电压，器件就会发热甚至爆炸。常用的额定电压有10V、16V、25V、35V、50V、75V、100V、125V、300V等，如图所示的铝电解是一个容量为1000F、额定电压10V的器件。在已知电路工作电压VCC的情况下，要选择额定电压高于VCC的电解电容器件。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.5.3 电源滤波,57,利用电容对电源进行滤波是一种最简单的方法。在整流全桥之后加上了一个滤波电容C1，这样一来，从整流全桥输出的单向脉动电压信号在上升段给电容C1充电，而在下降段电容C1向负载R1放电而使电压不会马上掉下来，相当于滤

27、波之后输出了一个直流电压信号。滤波电容C1根据负载电流大小和滤波需要一般选择容量范围为100F10000F，耐压值应该高于变压器的输出电压。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.6.1 三端稳压基础知识,58,稳压，也就要在负载等条件改变时尽量稳定、稳住电源的输出电压，使电路中的用电器不受影响。许多电子电路中都使用集成电路稳压器（IC regulator）对电源进行稳压。集成电路稳压器按管脚的多少可分为三端固定式、三端可调式、多端可调式等。其中以三端式集成电路稳压器（简称三端稳压）最为常用。图示为78系列三端稳压的外观及管脚排布，该系列三端稳压可提供最大1A的电流，在大电流流过时发热量较

28、大，所以在使用时通常都在器件背面安装散热器。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.6.1 三端稳压基础知识,59,78系列三端稳压共有10个型号的器件（其管脚排布相同）：7805、7806、7808、7809、7810、7812、7815、7818、7820、7824。每个型号后两位数字表示器件的稳压值。三端稳压基本应用电路：在220V AC经过变压器降压、整流全桥整流、电容滤波之后，输入到7805的IN端，从其OUT端输出的信号就形成稳定的5 V 直流电压（5V DC）。即便输入电压（市电）或负载电流在一定范围内变化，三端稳压总能将输出电压维持在5V DC。电容C1、C3起到储能、滤波

29、的作用，电容C2、C4容量较小，可对高频噪音进行滤波。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.7.1 晶振基础知识,60,晶振（crystal，全称为“石英晶体振荡器”）是利用石英晶体的压电效应制成的一种谐振器件。每一个晶振都有自己惟一且稳定的固有振荡频率，这个频率会印在晶振器件的外壳上。由于石英晶体的固有振荡频率不会随温度变化而改变，因此，晶振的振荡频率非常稳定，并且利用晶振设计的振荡器电路广泛应用于计算机、家电等各类电子系统中。图示为一种金属外壳封装的无源晶振外观，其两个管脚对应着电路符号中两端的引脚，没有极性之分。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.8.1 单片机最简系统,6

30、1,最简系统，是使用最少的外围元器件让单片机能够工作的电路。AT89S51单片机的最简系统如图所示，首先，单片机的VCC、GND接+5V以获得工作电源。此外，还多出了两个部分（阴影框），一个是复位电路，另一个是振荡器。最后还有一个细节，就是单片机的 （31管脚）也接到了+5V上。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.8.2 电源端（VCC、GND）,62,AT89S51的VCC（40管脚）和GND（20管脚）分别为电源端和接地端，AT89S51的供电电压范围为直流+4.0+5.5V。电路中所有具有同名的电源标号或网络标号之间是连通的，只是为了电路图的美观，没有把这些连通的节点全部连接起来

31、。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.8.3 时钟信号端（XTAL1、XTAL2）,63,AT89S51单片机的XTAL1端（19管脚）、XTAL2（18管脚）内部有一个片内振荡器结构，但仍然需要在XTAL1和XTAL2之间连接一个晶振Y1，并加上两个容量介于2040pF的电容C1、C2组成时钟电路，如图所示。单片机上电后，用示波器可在XTAL1管脚观察到频率与晶振频率相同的方波信号。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.8.3 时钟信号端（XTAL1、XTAL2）,64,像图示这种使用晶振配合产生时钟信号的方法称为内部时钟方式。晶振的频率决定了该系统的时钟频率，比如晶振频率选择

32、12MHz，那么单片机工作的频率就是12MHz。根据系统对速度的要求，一般可以选择1.2MHz12MHz的晶振。通常我们使用12MHz的晶振。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.8.4 复位端（RST）,65,AT89S51单片机的RST端（9管脚）是复位端。当向RST端输入一个短暂的高电平单片机就会复位，复位后单片机从头开始执行程序。如果在单片机执行程序的过程中触发复位，则单片机立即放弃当前操作而被强行从头开始执行程序。最简单的复位电路就是在RST端与电源端之间连接一个10F左右的电解电容。单片机上电瞬间，电容C3的正极电压瞬间变为+5V，C3对于这个瞬间的电压突变相当于短路（隔直通

33、交），于是+5V（高电平）相当于直接加到了单片机的RST端上。正是这个加在RST端的瞬间高电平使单片机复位。很快，电容C3充满电，在电路中相当于断路，于是RST端电平由高转低，单片机随即开始执行程序。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.8.4 复位端（RST）,66,有时，只使用一个电解电容的复位电路可靠性不高，所以图中给出两种较好的复位电路。其中，按钮开关S1可对单片机实现手动复位，当按下S1时，RST端获得复位信号（高电平）而使单片机复位，此时无论单片机在进行什么操作都得乖乖的从头开始执行程序。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.8.5 外部程序存储器访问控制端,67,最简

34、系统中，AT89S51单片机的 端（31管脚）接了高电平。这是单片机的外部程序存储器访问控制端，顾名思义， 的电平控制着单片机是否去访问外部程序存储器。接高电平时，单片机执行本单片机内部程序存储器中的程序，并在读取完内部程序存储器地址为0FFFH上的数据后自动转向读取外部的程序存储器；如果 接低电平，则单片机访问的全部是外部程序存储器。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.8.6 从最简系统出发,68,最简单片机系统是所有AT89S51单片机系统的基础，翻开任何一幅单片机系统电路图都离不开这个最简系统。就拿单片机控制一支发光二极管闪烁的系统电路来说，可在最简系统的基础上向单片机的I/O口

35、（比如P0.4口）添加一个发光二极管D1和限流电阻R1。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.9.1 电阻基础知识,69,电阻器（resistor），简称电阻，是一种两端电子器件，当电流流过时，其两端的电压与电流成正比。任何材料都会对流经的电流产生一定的“阻力”，这种阻碍电流的作用叫阻抗，电阻就是利用材料的这一特性制作出来的。电阻是电路中使用得最多的器件，由于电流流经它时会在其两端形成不同的电压，于是可利用电阻改变电路节点的电压。欧姆（Ohm）是电阻阻值的单位，用来描述电阻阻值的大小。通常用希腊字母（欧）来表示。比更大的阻值单位有k（千欧）和M（兆欧）。以下是它们之间的换算关系。1M=1

36、03k=106,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.9.1 电阻基础知识,70,电阻表面有五颜六色的色环，图为常用的5（色）环电阻及颜色所代表的数值。5（色）环电阻使用前4个色环标示电阻的阻值，第5个色环标示电阻的允许误差。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.9.2 电阻的参数和种类,71,电阻的功率也是常常需要考虑的。电路设计时需要明确电阻在电路中会获得多大的实际功率，从而选择一个额定功率比这个实际功率还要大的电阻。电阻的额定功率一般有1/16W、1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W、5W、10W等几种，如果电阻功率大于1/4W，应该在电路图中按照图所示的大功率电阻电路符号

37、标明，否则很容易让自己或他人因误用电阻而导致事故的发生。如果电路中使用的是电阻的一般符号 ，则可使用额定功率为1/16W、1/8W、1/4W的电阻。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.9.3 电阻的分压、限流、上拉作用,72,电阻常常在单片机系统中实现分压、限流、上拉等作用。分压，顾名思义就是分担电压。图示的电路，电阻R1、R2串联，电流I从3V电源正极流出，从节点A流向P点，继而流向B点后回到电源负极。接地符号定义电源负极（也就是节点B）为电势零点，于是B点电压VB=0V。因电源为3V，得A点电压VA=3V。根据欧姆定律，可计算电路的干路电流 ，则P点电压 。,实例解读8051单片机

38、完全学习与应用,3.9.3 电阻的分压、限流、上拉作用,73,电阻的另一个角色是限流，顾名思义就是限制电流。如图示，由于单片机系统常常使用+5V电源，而发光二极管D1只需要2V左右的电压就可以被点亮，点亮时电流约为15mA。如果在发光二极管D1两端直接加+5V将有可能烧毁它。于是我们常常串联一个限流电阻R1。假设发光二极管工作电流为15mA，正常工作时两端的压降VF=2V，所以电阻R1上应该分担的电压为3V。于是得电阻R1的阻值为：R1=3V/15mA=200。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.9.3 电阻的分压、限流、上拉作用,74,除了分压、限流作用之外，电阻还常常作为上拉电阻存

39、在于开集电极输出的电路中。如图示，三极管Q1的集电极作为非门输出端，如果没有上拉电阻R1，无论IC输出是高电平或低电平，也就是无论三极管Q1的基极是高电平或低电平，它都因为集电极没有电压而不工作。如果Q1不工作，其集电极输出就像开路一样，没有什么状态可言。这个“像开路一样”就是“开集电极输出”的由来。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.10.1 发光二极管交替发光,75,需求分析：将要设计一个单片机控制系统，如图示，单片机控制发光二极管1和发光二极管2交替发光，交替的时间间隔为500ms。 电路设计：因为外设为两支发光二极管，所以可以在最简系统基础上添加这两个外设，并给每个发光二极管串

40、联一个限流电阻，。两支发光二极管的负极分别与单片机的P0.4口（35管脚）和P2.0口（21管脚）相连，如果这两个I/O口为高电平发光二极管不发光，而如果I/O口为低电平发光二极管发光。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.10.2 程序设计,76,程序操作流程如图所示：一开始，令 P0.4=0、P2.0=1，这样，发光二极管D1点亮而D2熄灭。延时500ms使得这个状态保持500ms，接着P0.4=1、P2.0=0，发光二极管D1熄灭而D2点亮，再保持这个状态500ms后回到一开始的D1点亮而D2熄灭。以此循环，发光二极管D1、D2就在不断的交替发光。,实例解读8051单片机完全学习与

41、应用,3.10.2 程序设计,77,ORG 00H; 设置起始地址MAIN: ; 标号MOVP0,#00H; 向P0口输出低电平，使发光二极管D1点亮MOVP2,#0FFH; 向P2口输出高电平，使发光二极管D2熄灭CALL DELAY; 调用延时子程序MOV P0,#0FFH; 向P0口输出高电平，使发光二极管D1熄灭MOVP2,#00H; 向P2口输出低电平，使发光二极管D2点亮CALL DELAY; 调用延时子程序JMPMAIN; 跳回MAIN，循环执行DELAY:; 延时子程序（500ms）MOVR3,#50D1:MOVR4,#20D2:MOVR5,#248DJNZR5,$DJNZR4

42、,D2DJNZR3,D1RET; 返回主程序END; 汇编程序结束,3.10.3 初见汇编语言,78,汇编语言书写的单片机程序，以伪指令ORG和END为开始和结束的标志。伪指令只是告诉汇编器一些汇编的信息，对单片机的操作没有影响。真正指挥单片机干活的是从“MAIN：”开始到“END”之前的多行指令。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.10.4 初识指令,79,汇编程序中除了标号以外每一行都是一条指令，每一条指令都指挥着单片机完成一个操作。比如指令“MOV P0, #00H”，实现将立即数00H从单片机的P0口输出，执行完这条指令后，单片机的8个P0口全为低电平。则与P0口相连的发光二极

43、管被点亮。指令一般由助记符、目的操作数、源操作数、注释（有时可省略）组成，如图示，有时还为某条指令或某段程序添加标号。汇编语言对字母的大小写不敏感，但习惯上程序中都使用大写字母。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.10.4 初识指令,80,标号以英文字母开头的字符串，用于指向某条指令的地址。例如“LOOP_1：”、“START：”、“KEY2”等都可作为标号。另外，标号可以和其他指令在同一行，也可以单独为一行。助记符表达指令的功能。比如助记符“MOV”是移动的单词“Move”的缩写，其功能是把源操作数“移入”或者“载入”目的操作数中。目的操作数指令最终作用的对象。一条指令执行过后最终影

44、响的是目的操作数。源操作数参与指令的操作。指令的执行将使用到源操作数，如图示指令把源操作数00H载入目的操作数P0口。在源操作数中的“#”号代表其后的00H（十六进制数）是一个立即数，表明该指令的源操作数由一个立即数充当。立即数可以暂时理解为一个常数。注意目的操作数和源操作数之间有“,”号分隔。注释是为了他人或自己阅读程序时方便而标记的。汇编程序中，“;”号之后的部分都是注释，不会被单片机执行。注释可提高程序的可读性和调试的方便性。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.10.5 立即数,81,在图示指令中，立即数00H是一个十六进制数，“H”是十六进制数（hex）特有的后缀。在汇编语言中

45、，十六进制数后面必须附上H，否则将认作十进制数。如果十六进制数以字母A、B、C、D、E、F开头时，应该在前面加上0。例如，十六进制数B7H，在指令中应当写成0B7H，如“MOV P1, #0B7H”。如果把十六进制的立即数转换成二进制数，就可知道指令所影响目的操作数每一位的情况。比如指令“MOV P0, #00H”，立即数00H转换成二进制数为0000 0000，所以指令把这8个0载入P0口，于是单片机P0口都出现低电平。有时为了直观，可把二进制数作为立即数，但是需要在后面加上B，如“MOV P0, #00000000B”。当然，立即数也可以由十进制数充当，比如“MOV P0, #23”实现把

46、十进制数23载入P0寄存器中，执行后P0口的状态为0001 0111（十进制数23对应的二进制数）。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.11.1 控制交替发光的原理,82,实例解读8051单片机完全学习与应用,见本书光盘中的视频演示,3.12.1 开关基础知识,83,开关（switch）是一种允许电流通过或阻止电流通过的器件。开关的种类非常多，如乒乓开关、拨动开关、船型开关等。开关的底部都有管脚，与电路符号的引脚对应，使用时将开关的管脚接到电路中即可。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.13.1 需求分析,84,需求分析：一开始，两支发光二极管与3.10节、3.11节中介绍的一

47、样以500ms为间隔进行交替发光，直到按钮开关按下时，交替发光的频率变快，变成以200ms为间隔。直到按钮开关释放后交替发光又恢复以500ms为间隔。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.13.2 电路设计,85,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.13.3 程序设计,86,当S1没有按下时，由于电阻R3的上位作用P1.0=1；当S1按下后，P1.0口因接入地中于是P1.0=0。只要单片机检测P1.0口的状态就知道用户有没有按下按钮开关，从而对发光二极管的闪烁时间进行调整即可。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.13.3 程序设计,87,实例解读8051单片机完全学习与应用

48、,3.13.3 程序设计,88,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.13.3 程序设计,89,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.13.3 程序设计,90,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.13.4 延时子程序,91,在主程序中指令“CALL DELAY”的功能是调用子程序DELAY。当单片机执行到“CALL DELAY”时，就转到子程序DELAY中去执行，而在子程序DELAY的最后一行的指令RET是子程序结束的标志，表明将要返回主程序的CALL DELAY的下一行继续执行。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.13.4 延时子程序,92,在标号“D1：”后的指令“M

49、OV R4,#20”使R4=20，R4是单片机的工作寄存器，可以保存数据，这里也可以理解成为一个变量。同理，指令“MOV R5,#248”使R5=248。指令“DJNZ R5,$”的功能是将R5的值减1，不等于0则重新执行本行指令，继续将R5减1看是否等于0。指令中的美元符号“$”指向本条指令的地址。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.13.4 延时子程序,93,一条DJNZ指令执行花费的时间为2个机器周期（附录B），由于R5=248，所以执行完“DJNZ R5,$”所耗时间为2248个机器周期。加上前一条1个机器周期的指令“MOV R5,#248”共花去1+2248=497个机器周期

50、。接下来，指令“DJNZ R4,D2”将R4的值减1，不等于0则跳回标号D2处继续执行。由于R4预先装入了20，所以这4条指令共花去了20（497+2）+1=9981个机器周期。如果使用的是12MHz的晶振，1个机器周期就为1s（微秒），则以上这段程序所花的时间为9981 1s=9981 s10ms。,实例解读8051单片机完全学习与应用,3.13.4 延时子程序,94,500ms延时程序实际上在此之上再加上一层循环，由于一开始R3=50，这样，通过指令“DJNZ R3, D1”把程序3-3重复执行了50次，所以程序3-4的总延时约为5010=500ms。修改工作寄存器R3、R4、R5的值可以