《基于任務(wù)驅(qū)動的單片機應(yīng)用教程》課件第1章

任務(wù)1控制單只LED閃爍發(fā)光1.1任務(wù)內(nèi)容與分析1.2任務(wù)實施1.3任務(wù)相關(guān)知識1.1任務(wù)內(nèi)容與分析

1.任務(wù)內(nèi)容

在日常生活中經(jīng)?？吹接行╇娖魃蠋в械腖ED(發(fā)光二極管)指示燈有節(jié)奏地閃動，任務(wù)1就以單片機控制一只LED閃爍(簡稱為閃爍燈)為例，簡單介紹單片機。

2.任務(wù)分析

要用單片機控制LED閃爍，那么，LED必須和單片機的某個引腳相連，否則單片機就無法控制它，那么應(yīng)和哪個引腳相連呢？89S51單片機有40個引腳，設(shè)計該芯片的Intel公司已經(jīng)給每個引腳起好名字，且每個引腳都有具體功能，可以將LED和89S51單片機的1腳(P1.0)相連，如圖1-1所示，圖中，R1為限流電阻。圖1-1閃爍燈示意圖當(dāng)P1.0輸出低電平時，使發(fā)光二極管正向偏置，就會點亮LED；P1.0輸出高電平時，LED就熄滅。如果P1.0輸出電平在高低電平之間不停轉(zhuǎn)換，則LED會產(chǎn)生閃爍。也就是說，先點亮LED一段時間之后熄滅LED，再延時一段時間后點亮LED，如此反復(fù)。計算機能聽得懂的命令，稱之為計算機的指令。在89S51單片機中，讓一個引腳輸出高電平的指令是SETB，讓一個引腳輸出低電平的指令是CLR。因此，要P1.0輸出高電平，只要寫SETBP1.0；要P1.0輸出低電平，只要寫CLRP1.0即可。但計算機怎樣執(zhí)行指令呢？第一，計算機看不懂SETB、CLR之類的指令，因此要把指令先翻譯成計算機能懂的方式，再讓計算機去讀。計算機只能懂二進制數(shù)字0、1，因此，要把SETBP1.0變?yōu)?D2H，90H)，把CLRP1.0變?yōu)?C2H，90H)。至于為什么是這樣的數(shù)字，是由51芯片的設(shè)計者——Intel公司規(guī)定的，暫時先不去研究。第二步，在得到這些數(shù)字后，要把這些數(shù)字寫進單片機的內(nèi)部程序存儲器中，這要借助于硬件工具——編程器。將編程器與電腦連好，運行編程器的軟件，然后在編輯區(qū)內(nèi)輸入圖1-2所示的目標代碼，或者用仿真軟件生成HEX文件(目標代碼)再導(dǎo)入。取下單片機，將單片機插入做好的電路板，并接通電源。正常情況下，可見LED在閃爍。圖1-2中地址欄后的c:表示存儲器，OX表示十六進制，00表示空白。圖1-2閃爍燈程序目標代碼1.2任務(wù)實施

步驟1：把電路連接妥當(dāng)，如圖1-3所示。P1.0輸出低電平(指令為CLRP1.0)時，所連接的LED點亮；輸出高電平(指令為SETBP1.0)時，所連接的LED熄滅。如果P1.0輸出電平在高低電平之間不停轉(zhuǎn)換，則LED便會產(chǎn)生閃爍。圖1-3閃爍燈電路原理圖步驟2：有了電路，又有了思路，即可將思路畫成流程圖，如圖1-4所示。其中延時用延時子程序來實現(xiàn)。在“任務(wù)5”中將詳細討論子程序的應(yīng)用。圖1-4閃爍燈程序流程圖步驟3：除非是非常簡單的程序，比較容易且保險的方法還是要根據(jù)流程圖來編寫程序。閃爍燈控制程序如下：

;//*****閃爍燈控制程序*************//

;程序名：閃爍燈控制程序xiaodeng.a

;程序功能：用單片機實現(xiàn)單只LED閃爍

ORG 0000H

;程序從地址0000H開始存放

AJMPSTART ;低端地址單元留給中斷處理用

ORG 0030H

START：CLRP1.0 ;點亮LED

ACALL

DELAY_50MS ;延時50ms

SETB P1.0 ;熄滅LED

ACALLDELAY_50MS

;延時50ms

AJMPSTART ;重復(fù)閃爍

;***************延時子程序***************

DELAY_50MS: MOV R7,#200 ;延時子程序開始

DEL2: MOV R6,#123

DEL1: NOP

DJNZ R6,DEL1

DJNZ R7,DEL2

RET ;子程序返回

END ;匯編程序結(jié)束步驟4：通過仿真軟件KeilμVision3將源程序生成HEX格式的目標文件。

①工程的建立。

首先點擊KeilμVision3，進入KeilμVision3界面。點擊工具欄“項目”選項中的“新項目”，準備開始建立自己的項目，如圖1-5所示。圖1-5建立項目給工程起一個名字，并選擇保存工程文件的目錄，然后單擊“保存”即可，如圖1-6所示。圖1-6創(chuàng)建新工程進入下一步，選擇目標CPU。Keil支持400余種以80C51為內(nèi)核的單片機系列，這里選擇Atmel公司生產(chǎn)的AT89S51。雙擊“Atmel”，找到“AT89S51”后點擊，然后選擇“確定”，如圖1-7所示。圖1-7選擇目標CPU返回到主界面，此時會出現(xiàn)下面的對話框，詢問是否要將8051標準啟動代碼的源程序拷貝到工程所在文件夾，并將這一文件加入到項目中。這是新版本Keil軟件新增加的功能。在使用C語言編程且要修改啟動代碼時可以選擇“是”，在使用匯編語言進行編程時可以選擇“否”，如圖1-8所示。選擇好后回到主界面，此時工程已建立。圖1-8詢問界面②新建、添加文件。接下來再為工程新建一個文件。一般應(yīng)把工程與源文件建立在同一個文件夾中?？梢詫⒁粋€已在其他編輯器中寫好的源程序加入工程，也可以從建立一個空白的源程序文件開始。

點擊“文件/新建”創(chuàng)建源程序文件并輸入程序代碼，如圖1-9所示。圖1-9創(chuàng)建源程序文件在文本框中輸入源程序。在此寫入?yún)R編程序，如圖1-10所示。圖1-10輸入源程序然后點擊“文件/另存為”保存文件，為文件起一個名字，這里命名為“xiaodeng.a”。注意文件的擴展名不能省略，且后綴必須是“.a”，如圖1-11所示。圖1-11保存文件點擊“保存”，出現(xiàn)如圖1-12所示的界面。圖1-12保存后的源文件點擊“視圖”菜單欄中的“項目窗口”選項，彈出項目工作區(qū)(若已有項目工作區(qū)，則不用點擊“視圖”菜單欄中的“項目窗口”選項)，將項目工作區(qū)中“目標1”前面的“+”號展開，在其下面的字符“源代碼組1”上點擊鼠標右鍵，再點擊“添加文件到組‘源代碼組1’”，如圖1-13所示。圖1-13為工程添加文件彈出如圖1-14所示的對話框，在文件類型中點擊“Asm源文件”，找到剛才新建的“xiaodeng.a”文件，然后點擊

“添加”。

圖1-14加入文件對話框只需要加入一次就夠了，如果再次重復(fù)加入，將出現(xiàn)如圖1-15所示的提示框，這時直接點擊“確定”即可。

圖1-15重復(fù)加入文件的提示添加文件完畢，文件夾“源代碼組1”前面就有了一個

“+”號，點擊該“+”號展開后，下面就出現(xiàn)了一個名為“xiaodeng.a”的文件，如圖1-16所示，說明已經(jīng)成功加入

文件。

圖1-16成功加入文件③工程的設(shè)置。工程建立好后，還要對工程進行進一步的設(shè)置，以滿足每個工程的個性化要求。

其具體做法是：將鼠標移到“目標1”上，點擊右鍵，

再點擊“為目標‘目標1’設(shè)置選項”(如圖1-17所示)，彈出如圖1-18所示的窗口。圖1-17為目標設(shè)置選項圖1-18為目標設(shè)置選項的界面點擊“輸出”菜單，在新彈出的如圖1-19所示的窗口中，一定要確?！爱a(chǎn)生HEX文件”前面的小方格內(nèi)有“√”，即選中該項。在“執(zhí)行的名字”方框中為生成的HEX文件起名字，在此輸入與源文件一樣的名字“xiaodeng”，然后點擊“確定”。圖1-19“輸出”菜單的設(shè)置點擊“調(diào)試”菜單，如圖1-20所示。在此菜單中可選擇是使用硬件仿真，還是軟件仿真。圖1-20選擇仿真模式④編譯、鏈接。在設(shè)置好工程后，即可進行編譯、鏈接。有關(guān)編譯、鏈接、工程設(shè)置的工具欄按鈕如圖1-21所示。圖1-21有關(guān)編譯、鏈接、工程設(shè)置的工具欄圖1-21中，各按鈕說明如下：

編譯/匯編當(dāng)前文件：使用A51匯編器或C51編譯器對源程序進行編譯/匯編處理，得到可浮動地址的目標代碼。

建立目標文件：根據(jù)編譯/匯編得到的目標文件調(diào)用有關(guān)庫模塊，鏈接產(chǎn)生絕對地址的目標文件。如果在上次編譯/匯編過后，又對源程序做了修改，應(yīng)先對源程序進行編譯/匯編，然后再鏈接。重建全部：對工程中的所有文件先進行重新編譯/匯編處理，再進行鏈接以產(chǎn)生目標代碼。使用該按鈕可以防止由于一些意外情況(如系統(tǒng)日期不正確)造成的源文件與目標代碼不一致。

停止建立：在建立目標文件的過程中，可以單擊該按鈕停止這一工作。點擊對項目文件進行編譯時，將使用編譯鏈接裝載功能對源程序進行編譯和語法檢查，編譯過程中的信息將出現(xiàn)在輸出窗口中的Build頁中。如果源程序中有語法錯誤，則會出現(xiàn)錯誤報告。雙擊錯誤報告行，可以定位到錯誤的源程序的相應(yīng)行。應(yīng)注意，若有錯誤時必須按提示排錯。當(dāng)出現(xiàn)圖1-22所示的畫面時，說明編譯成功，目標文件“xiaodeng.hex”已經(jīng)生成，結(jié)果中還給出了內(nèi)部RAM使用量(8B)、外部RAM使用量(0B)、目標代碼量的大小(68B)。圖1-22編譯、鏈接后得到正確的結(jié)果在這一過程中，還會生成一些其他文件，產(chǎn)生的目標

文件被用于Keil軟件的仿真與調(diào)試，此時可進入下一步調(diào)試工作。

步驟5：程序固化(芯片燒錄)。通過編譯鏈接裝載后形成的*.HEX目標文件，可通過編程器燒寫到單片機中，然后將燒寫好的單片機插到電路板上，一接通電源就可以工作了。步驟6：聯(lián)機仿真調(diào)試。參照圖1-23，將單片機仿真器、單片機應(yīng)用系統(tǒng)、(目標板)及PC機連接起來。圖1-23仿真器的連接方法在完成步驟4的基礎(chǔ)上，即程序編譯裝載無誤后，就可以進行程序的仿真調(diào)試運行了。

在“為目標‘目標1’設(shè)置選項”窗口中，點擊“調(diào)試”菜單，可選擇仿真模式，即硬件仿真或軟件仿真。在此，因要連接目標板，故選擇硬件仿真。點擊硬件仿真選項后面的“設(shè)置”選項，在此對話框中選擇串口和波特率。串口根據(jù)所連接的電腦來決定，如圖1-24所示。圖1-24硬件仿真模式的設(shè)置點擊“調(diào)試”菜單下的“啟動/停止調(diào)試”，進入調(diào)試界面，如圖1-25所示。圖1-25啟動調(diào)試界面在調(diào)試界面中可選擇調(diào)試程序的方式。調(diào)試程序的方式有三種：全速運行、單步運行、宏單步運行。單步運行與宏單步運行的區(qū)別在于前者步入調(diào)用的子程序運行，而后者不步入調(diào)用的子程序運行。點擊圖1-26所示的全速運行按鈕，即可對程序進行全速運行的調(diào)試，這樣就可以看到單只LED在閃爍了。圖1-26調(diào)試界面

1.3任務(wù)相關(guān)知識

1.3.1微型計算機與單片機

一般來說，微型計算機包括中央處理器(CPU)、存儲器(Memory)及輸入/輸出單元(I/O)三大部分，如圖1-27所示。CPU就像是人的大腦，控制著整個系統(tǒng)的運行；存儲器則存放系統(tǒng)運行所需要的程序及數(shù)據(jù)；I/O是微型計算機與外部溝通的通道，其中包括輸出口與輸入口。圖1-27基本微型計算機結(jié)構(gòu)何為單片機呢?將CPU、存儲器、I/O口等全部放置在一塊集成電路芯片中，這塊芯片稱為單片(單芯片)機，如圖1-28所示。有一些單片機中除了上述部分外，還集成了其他部分如A/D、D/A等。單片機只要再配置幾個小器件，如電阻、電容、石英晶體、連接器等，即成為完整的微型計算機。圖1-28單片機微控制器結(jié)構(gòu)1.3.2單片機產(chǎn)品分類

(1)?8051系列單片機產(chǎn)品繁多，主流地位已經(jīng)形成。

MCS-51是Intel公司生產(chǎn)的一個單片機系列產(chǎn)品名稱，人們習(xí)慣用8051來稱呼MCS-51系列單片機。Intel公司把單片機的內(nèi)核，即8051內(nèi)核，以出售或互換專利的方式授權(quán)給一些公司，如Atmel、Philips、NEC等。

MCS-51單片機有以下兩種分類方法：

①按芯片的半導(dǎo)體制造工藝劃分，可以分為HMOS工藝型單片機和CHMOS工藝型單片機兩類。在產(chǎn)品型號中凡帶有字母“C”的，即為CHMOS芯片；不帶有字母“C”的，即為HMOS芯片。HMOS芯片的電平與TTL電平兼容，如8051/8751/8031；而CHMOS芯片的電平既與TTL電平兼容，又與CMOS電平兼容，如80C51/87C51/80C31。②按芯片內(nèi)不同容量的存儲器配置劃分，可以分為51子系列單片機和52子系列單片機。52子系列可以說是51子系列的增強型，其最大的特色就是內(nèi)部存儲器容量更大，增加了一個定時器/計數(shù)器。51子系列單片機的最后一位數(shù)字以“1”作為標志，如8051/8751/8031、80C51/87C51/80C31為基本型。52子系列單片機的最后一位數(shù)字以“2”作為標志，如8052/8752/8032、80C52/87C52/80C32為增強型。

(2)非8051系列單片機不斷推出，給用戶提供了更為廣泛的選擇空間。

單片機芯片生產(chǎn)商也推出了一些非8051結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，影響比較大的有：Intel公司推出的MCS-96系列16位單片機，Microchip公司推出的PIC系列RISC結(jié)構(gòu)單片機，TI公司推出的MSP430F系列16位低電壓、低功耗單片機，Atmel公司推出的AVR系列RISC結(jié)構(gòu)單片機。1.3.38051的基本結(jié)構(gòu)

8051單片機發(fā)展至今，雖然有許多廠商各自開發(fā)不同的兼容芯片，但其基本結(jié)構(gòu)并沒有多大的變動。標準的8051結(jié)構(gòu)如圖1-29所示。圖1-298051內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)示意圖

8051為8位控制器，其中包括：

程序存儲器ROM：內(nèi)部有4KB、外部最多可擴展至

64KB。

數(shù)據(jù)存儲器RAM：內(nèi)部有128B、外部最多可擴展至

64KB。

4組可位尋址的8位輸入/輸出端口，即P0、P1、P2及P3。

1個全雙工串行口，即UART；兩個16位定時器/計數(shù)器。

5個中斷源，即INT0、INT1、T0、T1、TXD/RXD。1.3.489S51的封裝與引腳

PDIP40為40個引腳的雙并排針腳式封裝，剛好可插在面包板或40腳的底座上。其左上方有記號的為1腳，然后逆時針排序，分別為第2、3、…、40腳。相鄰兩個腳的間距為2.540mm，器件長度為52.578mm，而兩排引腳的間距為15.875mm，器件厚度為4.826mm(不含引腳)，特別適合高校和培訓(xùn)機構(gòu)使用。圖1-30所示為89S51單片機實物圖(PDIP40封裝)，圖1-31為89S51單片機PDIP40封裝引腳圖。圖1-3089S51單片機實物圖圖1-3189S51單片機PDIP40封裝引腳圖

89S51型號的含義如圖1-32所示。圖1-3289S51型號的含義1.3.5單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)

89S51工作不可或缺的基本連接電路包括三部分，即電源電路、時鐘電路和復(fù)位電路。

1.電源電路

沒有電路不需要電源的，89S51電路也是如此。首先將第40腳接VCC，也就是?+5?V電源，第20腳接地GND。

2.時鐘電路

8051內(nèi)部已具備振蕩電路，只要在GND引腳上方的兩個引腳(第18、19腳)連接簡單的石英振蕩晶體(Crystal，簡稱晶振)，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號，如圖1-33所示。圖中電容器C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值為5～30pF，典型值為30pF。89S51的工作頻率為0～24MHz，而華邦電子(Winbond)提供了40MHz的版本。圖1-33使用內(nèi)部振蕩器的時鐘電路如果非得自行設(shè)計一個電路，或者要求多片單片機同時工作，可采用把外部已有的時鐘信號引入到單片機內(nèi)來實現(xiàn)，如圖1-34所示。圖1-34使用外部時鐘脈沖產(chǎn)生電路

3.復(fù)位電路

單片機在啟動運行前必須進行復(fù)位操作，使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，單片機從這個狀態(tài)開始工作。89S51的復(fù)位引腳(RST)是第9腳，當(dāng)此引腳連接高電平超過兩個機器周期(1個機器周期包含12個時鐘脈沖，在“時序分析”環(huán)節(jié)會再學(xué)習(xí))時，即可產(chǎn)生復(fù)位操作。復(fù)位操作有兩種基本形式，一種是上電復(fù)位(見圖1-35(a))，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位(如圖1-35(b)所示)。圖1-35復(fù)位操作的兩種基本形式接上電源的瞬間，電容C上沒有電荷，相當(dāng)于短路，所以第9腳直接連接到VCC，即89S51執(zhí)行復(fù)位操作。然后電源通過電阻R對電容C充電，電容上的電壓逐漸增加，而第9腳上的電壓逐漸下降。當(dāng)?shù)?腳上的電壓降至低電平時，89S51即恢復(fù)正常狀態(tài)，稱之為上電復(fù)位(PowerOnReset)。在此使用10kΩ電阻、10μF電容，其時間常數(shù)遠大于1μs，所以第9腳上的電壓可保持2μs以上的高電平，足以使系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)然，只要時間常數(shù)大于2μs即可，而不一定非要使用10kΩ電阻和10μF電容。通常還會在電容兩端并接一個按鈕開關(guān)，如圖1-35(b)所示，此按鈕開關(guān)就是一個手動的復(fù)位開關(guān)(強制復(fù)位)。單片機實質(zhì)上是一個芯片。圖1-36所示為最小的單片機應(yīng)用系統(tǒng)。在實際應(yīng)用中，通常很難將單片機直接和被控對象進行電氣連接，必須外加各種擴展接口電路、外部設(shè)備、被控對象等硬件和軟件，才能構(gòu)成一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)，如圖1-37所示。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計人員必須從硬件和軟件兩個角度來深入了解單片機，并能夠?qū)⒍哂袡C結(jié)合起來，才能形成具有特定功能的應(yīng)用系統(tǒng)或整機產(chǎn)品。圖1-36最小的單片機應(yīng)用系統(tǒng)

圖1-37單片機應(yīng)用系統(tǒng)1.3.6單片機的特點與應(yīng)用

1.單片機的特點

(1)有優(yōu)異的性能價格比。

(2)集成度高、體積小、可靠性高。單片機把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機的可靠性與抗干擾能力。

(3)控制功能強。單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機。

(4)低功耗、低電壓，是一種便于生產(chǎn)的便攜式產(chǎn)品。

(5)外部總線增加了IC(Inter-IntegratedCircuit)及SPI

(Serial

Peripheral

Interface)等串行總線方式，進一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)。

(6)單片機的系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。

2.單片機的應(yīng)用

(1)在智能化家用電器中的應(yīng)用。洗衣機、空調(diào)、電視機、錄像機、微波爐、電冰箱、電飯煲、電子玩具等家用電器產(chǎn)品配上單片機后，提高了智能化程度，增加了功能，深受人們喜愛。

(2)在智能儀器、儀表中的應(yīng)用。在結(jié)合不同類型的傳感器后，單片機可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度和壓力等物理量的測量。由于單片機具有超小型化的特點，并且有無可比擬的高性價比，從而為儀器、儀表的智能化提供了可能。

(3)在實時控制中的應(yīng)用。在工廠測控、航空航天、機器人等方面都可以用單片機作為控制器。單片機可使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，從而大大提高了系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

(4)在商業(yè)營銷設(shè)備中的應(yīng)用。在商業(yè)營銷系統(tǒng)中已廣泛使用的電子秤、收款機、條形碼閱讀器、IC卡刷卡機、出租車計價器，以及倉儲安全監(jiān)測系統(tǒng)、商場保安系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、冷凍保險系統(tǒng)等都采用了單片機進行控制。

(5)在汽車電子產(chǎn)品中的應(yīng)用?，F(xiàn)代汽車的集中顯示系統(tǒng)、動力監(jiān)