項目1 閃爍燈的設(shè)計與制作

單片機系統(tǒng)設(shè)計與制作

項目1閃爍燈的設(shè)計與制作目錄

知識鏈接一、單片機概述二、MCS-51單片機的硬件系統(tǒng)任務(wù)實施一、任務(wù)分析二、安裝與調(diào)試三、KeilC51的應(yīng)用四、Protues仿真軟件的應(yīng)用目錄

知識鏈接二、MCS-51單片機的硬件系統(tǒng)任務(wù)實施一、任務(wù)分析二、安裝與調(diào)試三、KeilC51的應(yīng)用四、Protues仿真軟件的應(yīng)用一、單片機概述1、微型計算機（1）概述微型計算機（Microcomputer）簡稱微機，是計算機的一個重要分類。優(yōu)點：體積小、重量輕、功耗低、價格便宜。1、微型計算機（2）結(jié)構(gòu)微機硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)微機系統(tǒng)所使用的各種程序的總稱。構(gòu)成微機系統(tǒng)的實體和裝置，通常由運算器、控制器、存儲器、輸入接口電路和輸入設(shè)備、輸出接口電路和輸出設(shè)備等組成。2、單片機簡介圖1.1微型計算機系統(tǒng)組成示意圖馮．諾依曼結(jié)構(gòu)2、單片機簡介CPUROMRAM定時器/計數(shù)器接口接口單片機單片機:單片微型計算機的簡稱，又稱MCU（MicroprogrammedControlUnit微控制器）將CPU、RAM、ROM、定時/計數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計算機。2、單片機簡介1體積小、重量輕、功耗低、功能強、性價比高。2運行速度快，抗干擾能力強，可靠性高。3結(jié)構(gòu)靈活，易于組成各種微機應(yīng)用系統(tǒng)。4應(yīng)用廣泛。特點2、單片機簡介圖1.2MCS-51單片機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3、單片機的發(fā)展及應(yīng)用第一階段（1976～1978年）低性能單片機的探索階段。以Intel公司的MCS-48為代表。第二階段（1978～1982年）高性能單片機階段。帶有串行I/O口，8位數(shù)據(jù)線、16位地址線、控制總線、較豐富的指令系統(tǒng)等。第三階段（1982～1990年）16位單片機階段。第四階段（1990～

）微控制器的全面發(fā)展階段。發(fā)展概述3、單片機的發(fā)展及應(yīng)用發(fā)展趨勢123低功耗CMOS化微型單片化主流與多品種共存3、單片機的發(fā)展及應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域1在智能儀器儀表上的應(yīng)用；2在工業(yè)控制中的應(yīng)用；3在家用電器中的應(yīng)用；4在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用；5醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用；6工商、金融、科研、教育、國防航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用。4、典型單片機介紹MCS-51單片機系列MCS51-單片機51系列（基本系列）52系列（增強系列）128BRAM，4KE2PROM2個定時器/計數(shù)器256BRAM，8KE2PROM，增加一個定時器/計數(shù)器4、典型單片機介紹MCS51-單片機C51系列S51系列最高工作頻率24MHz，不支持ISP，電源電壓4.8V~5.3V,已停產(chǎn)。最高工作頻率33MHz，支持ISP，電源電壓4V~5.5V,向下兼容，可加密，集成看門狗。MCS-51單片機系列MCS-51單片機的結(jié)構(gòu)不包含存儲器輸入設(shè)備中斷系統(tǒng)定時器/計數(shù)器ABCD提交CPUE顯示器F多選題1分目錄

知識鏈接一、單片機概述任務(wù)實施一、任務(wù)分析二、安裝與調(diào)試三、KeilC51的應(yīng)用四、Protues仿真軟件的應(yīng)用二、MCS-51單片機的硬件系統(tǒng)1、結(jié)構(gòu)及引腳功能內(nèi)部結(jié)構(gòu)中央處理器（CPU）并行I/O口（32根I/O線，4個P口）數(shù)據(jù)存儲器（RAM）外部可擴展ROM、RAM各64K程序存儲器（ROM）全雙工串行口2個16位的定時器/計數(shù)器時鐘電路中斷系統(tǒng)（5個中斷源，2個中斷優(yōu)先級）1、結(jié)構(gòu)及引腳功能圖1.3MCS-51單片機引腳1、結(jié)構(gòu)及引腳功能STC89C521204021VCCGND1、結(jié)構(gòu)及引腳功能引

腳第

二

功

能P3.0RXD串行口輸入端P3.1TXD串行口輸出端P3.2INT0外部中斷0請求輸入端，低電平有效P3.3INT1外部中斷1請求輸入端，低電平有效P3.4T0定時器/計數(shù)器0計數(shù)脈沖輸入端P3.5T1定時器/計數(shù)器1計數(shù)脈沖輸入端P3.6WR外部RAM寫選通P3.7RD外部RAM讀選通表1.1MCS-51單片機P3口第二功能2、存儲器（1）存儲器的特點按物理結(jié)構(gòu)劃分片內(nèi)程序存儲器片外程序存儲器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器片外數(shù)據(jù)存儲器按邏輯結(jié)構(gòu)劃分片內(nèi)外統(tǒng)一尋址程序存儲器（共64KB）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（256KB）片外數(shù)據(jù)存儲器（64KB）2、存儲器圖1.4MCS-51單片機存儲器結(jié)構(gòu)2、存儲器程序存儲器（ROM）的空間內(nèi)部4K：0000H~0FFFH即0000000000000000B~0000111111111111B外部60K：1000H~FFFFH即0001000000000000B~1111111111111111B注：一個地址對應(yīng)8bit（1Byte，或1B）12位地址對應(yīng)212B=22×210B=4KB空間16位地址對應(yīng)216B=26×210B=64KB空間2、存儲器數(shù)據(jù)存儲器（RAM）的空間內(nèi)部128B：00H~7FH即00000000B~01111111B外部64K：0000H~FFFFH即0000000000000000B~1111111111111111B注：一個地址對應(yīng)8bit（1Byte，或1B）8位地址對應(yīng)28B=256B空間，一半用作RAM，另一半為SFR。16位地址對應(yīng)216B=26×210B=64KB空間2、存儲器（2）程序存儲器

用于存放單片機執(zhí)行的程序及表格。操

作入口地址復(fù)位0000H外部中斷00003H定時器/計數(shù)器0溢出000BH外部中斷10013H定時器/計數(shù)器1溢出001BH串行口中斷0023H2、存儲器（3）數(shù)據(jù)存儲器

MCS-51單片機片內(nèi)、外數(shù)據(jù)存儲器分別單獨編址，通過不同的指令訪問。片內(nèi)RAM7FH00H片外RAMFFFFH0080H007FH0000HMOVMOVX地址重疊2、存儲器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器51系列含內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器區(qū)域128B（00H～7FH）和特殊功能寄存器SFR128B（80H～FFH），二者連續(xù)而不重疊。FFH80H7FH00HSFR內(nèi)部RAM7FH30H2FH20H1FH00H數(shù)據(jù)緩沖區(qū)位尋址區(qū)工作寄存器區(qū)2、存儲器①工作寄存器區(qū)也稱通用寄存器，分成4組，每組8個寄存器（R0～R7）。程序狀態(tài)字PSW中的PSW.3（RS0）和PSW.4（RS2）兩位來選擇使用哪一組。②位尋址區(qū)20H～2FH單元，共計16×8=128位，位地址范圍為00H～7FH。③數(shù)據(jù)緩沖區(qū)30H～7FH是數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，也即用戶RAM區(qū)，共80個單元。

2、存儲器工作寄存器區(qū)00HR0

工作寄存器0組

……07HR708HR0工作寄存器1組……0FHR710HR0工作寄存器2組……17HR718HR0工作寄存器3組……1FHR7表1.351系列單片機工作寄存器的配置3、時鐘電路與時序（1）時鐘信號的產(chǎn)生在MCS-51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機的時鐘電路。圖1.6時鐘振蕩電路3、時鐘電路與時序時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進行二分頻之后，才成為單片機的時鐘脈沖信號。電容C1和C2：10~30pF瓷片電容晶振頻率頻率范圍：1.2～24MHz

常用：6MHz、12MHz、11.0592MHz（2）引入外部脈沖信號多單片機系統(tǒng)時鐘同步，外部時鐘是經(jīng)XTAL2引腳注入。

3、時鐘電路與時序（3）CPU時序時序：CPU在執(zhí)行指令時所需控制信號的時間順序，以時鐘脈沖為基準(zhǔn)。①節(jié)拍與狀態(tài)節(jié)拍P：一個時鐘周期，時序最小單位。狀態(tài)S：兩個節(jié)拍P1、P23、時鐘電路與時序②機器周期一個機器周期為6個狀態(tài)，并依次表示為S1～S6。由于一個狀態(tài)又包括兩個節(jié)拍，因此，一個機器周期總共有12個節(jié)拍，分別記作S1P1、S1P2、…、S6P2。③指令周期執(zhí)行一條指令所需要的時間，最大的時序定時單位。機器周期數(shù)越少的指令執(zhí)行速度越快。MCS-51單片機通?？梢苑譃閱沃芷谥噶?、雙周期指令和四周期指令等三種。四周期指令只有乘法和除法指令兩條，其余均為單周期和雙周期指令。3、時鐘電路與時序圖1.7MCS-51單片機的取指/執(zhí)行時序（a）單字節(jié)單周期指令；(b)雙字節(jié)單周期指令；(c)單字節(jié)雙周期指令3、時鐘電路與時序1指令周期=1、2或4機器周期1機器周期=6狀態(tài)周期=12時鐘周期1狀態(tài)周期

=2時鐘周期總結(jié)fosc=12MHz時，一個機器周期為1μs；

fosc=6MHz時，一個機器周期為2μs。例3、時鐘電路與時序fosc=12MHz時，一個機器周期為1μs；執(zhí)行單周期指令I(lǐng)NCA,需要1μs；執(zhí)行雙周期指令MOVR1，20H，需要2μs；執(zhí)行四周期指令

MULAB，需要4μs。例

4、單片機工作方式（1）單片機的復(fù)位電路

單片機復(fù)位：使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。

復(fù)位條件：RST（P9）加上持續(xù)兩個機器周期（即24個振蕩周期）以上的高電平。

復(fù)位電路：

上電復(fù)位：接通電源的瞬間復(fù)位。

按鍵復(fù)位：按鍵按下的瞬間復(fù)位。4、單片機工作方式圖1.8單片機常見的復(fù)位電路（a）上電復(fù)位電路；（b）上電、按鍵復(fù)位電路R2>>R14、單片機工作方式復(fù)位設(shè)置：①復(fù)位后PC值為0000H，表明復(fù)位后程序從0000H開始執(zhí)行。②SP值為07H，表明堆棧底部在07H。一般需重新設(shè)置SP值。③P0～P3口每一端線為“1”，為這些端線用作輸入口做好了準(zhǔn)備。4、單片機工作方式（2）單片機的低功耗方式對于MCS-51系列機型來說，它們有待機方式和掉電保護方式兩種低功耗方式。PCON的相關(guān)位可以確定當(dāng)前的低功耗方式。SMOD：波特率倍增位；GF0，GF1：通用標(biāo)志位；PD：掉電方式位，PD＝1為掉電方式；IDL：待機方式位，IDL＝1為待機方式；位序B7B6B5B4B3B2B1B0符號SMOD///GF1GF0PDIDL4、單片機工作方式①待機方式將PCON寄存器的IDL位置“1”，單片機則進入待機方式。通常在待機方式下，單片機的中斷仍然可以使用，這樣可以通過中斷觸發(fā)方式退出待機模式。②掉電保護方式將PCON寄存器的PD位置“1”，進入掉電保護方式，切換到備用電源。目錄

知識鏈接一、單片機概述二、MCS-51單片機的硬件系統(tǒng)任務(wù)實施一、任務(wù)分析二、安裝與調(diào)試四、Protues仿真軟件的應(yīng)用三、KeilC51的應(yīng)用三、KeilC51軟件的應(yīng)用1啟動KeilC51，進入KeilC51編輯界面；2建立一個新工程；3選擇保存的路徑，輸入工程文件的名字，點擊保存；4選擇單片機的型號；5新建源程序文件并保存；6添加源程序至工程中；7輸入源代碼；8生成HEX代碼。目錄

知識鏈接一、單片機概述二、MCS-51單片機的硬件系統(tǒng)任務(wù)實施一、任務(wù)分析二、安裝與調(diào)試三、KeilC51的應(yīng)用四、Protues仿真軟件的應(yīng)用1、簡介PROTEUS是英國LabcenterElectronics公司研發(fā)的多功能EDA軟件,它具有功能很強的ISIS智能原理圖輸入系統(tǒng)，有非常友好的人機互動窗口界面；有豐富的操作菜單與工具。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，是目前較好的仿真單片機及外圍器件的工具。2、特點實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。提供軟件調(diào)試功能。支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如KeilC51等軟件。支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。具有強大的原理圖繪制功能。3、啟動Protues雙擊桌面上的ISIS6Professional圖標(biāo)或者單擊屏幕左下方的“開始”→“程序”→“Proteus7Professional”→“ISIS7Professional”，出現(xiàn)如下圖所示屏幕，表明進入ProteusISIS集成環(huán)境。4、界面簡介ProteusISIS的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面，包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預(yù)覽對象方位控制按鈕、仿真進程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。4、界面簡介5、基本操作1元件的拾取按類別查找和拾取。方法一直接搜索查找和拾取。方法二2編輯窗口視野控制3元件位置的調(diào)整和參數(shù)4電路連線5電路的動態(tài)仿真6文件的保存5、基本操作1元件的拾取5、實例操作#include<reg51.h>sbitL1=P1^0;voiddelay02s(void) //延時0.2秒子程序{ unsignedchari,j,k; for(i=20;i>0;i--) for(j=20;j>0;j--) for(k=248;k>0;k--);}voidmain(void){ while(1) { L1=0; //燈滅

delay02s(); L1=1; //燈亮

delay02s(); }}C源代碼主程序子程序目錄

知識鏈接二、MCS-51單片機的硬件系統(tǒng)任務(wù)實施二、安裝與調(diào)試三、KeilC51的應(yīng)用四、Protues仿真軟件的應(yīng)