C51程序設(shè)計(jì).doc

C51程序設(shè)計(jì)結(jié)課報(bào)告姓名：學(xué)號：班級：指導(dǎo)老師：完成時(shí)間： 目 錄1 MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)31.1 MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)31.2 MCS-51單片機(jī)外部引腳說明41.3 MCS-51型單片機(jī)存儲(chǔ)器51.3.1 程序存儲(chǔ)器51.3.2 MCS-51型單片機(jī)并行輸入/輸出接口62 Keil C51軟件的使用82.1建立一個(gè)新工程82.2編寫簡單程序102.3調(diào)試程序122.4生成.Hex 文件143 Proteus仿真軟件的使用143.1 進(jìn)入 Proteus ISIS143.2 工作界面143.3 基本操作154 AT89C51的設(shè)計(jì)應(yīng)用164.1 電子鐘硬件設(shè)計(jì)164.2 電子鐘軟件設(shè)計(jì)184.3 仿真實(shí)現(xiàn)265結(jié)課總結(jié)261 MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.1 MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)在功能上，MCS-51系列單片機(jī)有基本型和增強(qiáng)型兩類，以芯片型號的末位數(shù)字來區(qū)分，“1”為基本型，“2”為增強(qiáng)型。如8051/8751/8031、80C51/87C51/80C31為基本型，而8052/8752/8032、80C52/87C52/80C32為增強(qiáng)型。MCS-51系列單片機(jī)在片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的配置上有3種形式，即掩膜ROM、EPROM和片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器。如在基本型中，8051內(nèi)有4KB的掩膜ROM，8751內(nèi)有4KB的EPROM，而8031片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器，使用時(shí)需在單片機(jī)外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。另外，屬于MCS-51系列的單片機(jī)還有8044/8744/8344，這類單片機(jī)增加了串行接口單元(SIU)，專門負(fù)責(zé)串行通信管理，使單片機(jī)的組網(wǎng)功能大大增強(qiáng)。8051單片機(jī)功能方框圖（1）中央處理器CPU(8位機(jī))：CPU由運(yùn)算器和控制器組成，是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制操作。 （2）內(nèi)部程序存儲(chǔ)器(ROM)：8051單片機(jī)內(nèi)有4KB掩膜ROM，主要用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格等內(nèi)容，因此稱為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器或片內(nèi)ROM。（3）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)：8051單片機(jī)中共有256個(gè)RAM單元，但其中后128個(gè)單元被特殊功能寄存器(SFR)占用，可供用戶用來存放可讀取數(shù)據(jù)的只有前128個(gè)單元，通常把這部分單元稱為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或片內(nèi)RAM。（4）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：8051單片機(jī)片內(nèi)有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(T0、T1)，并能以其定時(shí)或計(jì)數(shù)的結(jié)果對系統(tǒng)進(jìn)行控制。（5）并行I/O接口：8051單片機(jī)片內(nèi)有4個(gè)8位并行I/O接口(P0、P1、P2、P3)。它們可雙向使用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出。（6）串行通信口：8051單片機(jī)片內(nèi)有一個(gè)全雙工的串行通信口，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他數(shù)據(jù)設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行通信口功能較強(qiáng)，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位寄存器使用。（7）中斷控制系統(tǒng)：8051單片機(jī)共有5個(gè)中斷源，即如下所列：1)2個(gè)外部中斷源。2)2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷源。3)1個(gè)串行中斷源。中斷優(yōu)先級分為高、低兩級。（8）其他重要功能：MCS-51單片機(jī)包含了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該具有的基本部件，實(shí)際上單片機(jī)就是一個(gè)集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 1.2 MCS-51單片機(jī)外部引腳說明 雙列直插式封裝(DIP)的8051單片機(jī)有40條引腳，其引腳圖及邏輯符號如下圖所示。1. 電源及外接晶體引腳(1)VCC(40腳)：接+5 V電源正端。(2)VSS(20腳)：接+5 V電源地端。(3)XTAL1、XTAL2：晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。(4)XTAL1(19腳)：接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外接晶體振蕩器時(shí)，該引腳接地。(5)XTAL1(18腳)：接外部石英晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外接晶體振蕩器時(shí)，該引腳接收振蕩器的信號，即把此信號直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。2. 輸入/輸出(I/O)引腳8051共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3端口，共32個(gè)引腳。P3端口還具有第二功能，用于特殊信號輸入/輸出和控制信號(屬控制總線)。3. 控制引腳控制引腳包括ALE、RESET(即RST)等。此類引腳提供控制信號，有些引腳具有復(fù)用功能。1.3 MCS-51型單片機(jī)存儲(chǔ)器MCS-51型單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)有兩個(gè)重要的特點(diǎn)：一是把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器嚴(yán)格分開；二是存儲(chǔ)器有內(nèi)外之分，其地址空間、存取指令和控制信號均有區(qū)別。MCS-51型單片機(jī)的存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)有4個(gè)物理上相互獨(dú)立的空間：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。但從用戶的角度看，實(shí)際上存在3個(gè)獨(dú)立的空間。3個(gè)不同的空間用不同的指令和控制信號實(shí)現(xiàn)讀、寫功能操作。1.3.1 程序存儲(chǔ)器MCS-51單片機(jī)具有64KB程序存儲(chǔ)器空間的尋址能力，程序存儲(chǔ)器用于存放用戶程序、數(shù)據(jù)和表格等信息。在MCS-51系列中，不同的芯片其片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的容量各不相同。8031和8032內(nèi)部沒有ROM，8051內(nèi)部有4KB的ROM，8751內(nèi)部有4KB的EPROM，8052內(nèi)部有8KB的ROM，8752內(nèi)部有8KB的EPROM。 (1)工作寄存器區(qū)(00H1FH)00H1FH共32個(gè)單元，通常作為工作寄存器區(qū)，用于臨時(shí)寄存8位信息。工作寄存器區(qū)共分為4個(gè)組(0組、1組、2組和3組)，每個(gè)組都有8個(gè)寄存器，用R0R7表示。(2)位尋址區(qū)20H2FH單元是位尋址區(qū)，這16個(gè)字節(jié)的每一位均有一個(gè)位地址，共有128個(gè)位地址(168=128B)，位地址范圍為00H7FH。 (3)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)30H7FH單元為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，共有80個(gè)字節(jié)單元，為用戶RAM區(qū)，用作堆?；虼娣鸥鞣N數(shù)據(jù)和中間結(jié)果，起到數(shù)據(jù)緩沖的作用。(4)特殊功能寄存器(Special Function Registers，SFR)特殊功能寄存器又稱為專用寄存器，專用于控制、管理單片機(jī)內(nèi)部并行I/O接口、串行口、算術(shù)邏輯部件、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能模塊的工作。用戶在編程時(shí)可以置數(shù)設(shè)定，卻不能自由地移作他用。1.3.2 MCS-51型單片機(jī)并行輸入/輸出接口MCS-51單片機(jī)有4個(gè)8位并行輸入/輸出(I/O)接口P0P3，共32根I/O線。這4個(gè)端口既可以并行輸入或輸出8位數(shù)據(jù)，又可以按位使用(每一位均可獨(dú)立用作輸入或輸出)。這些并行端口的每1位都由端口鎖存器、邏輯控制電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路和輸入緩沖器組成。為方便起見，常把4個(gè)端口和它的鎖存器統(tǒng)稱為P0P3。 1.P0端口結(jié)構(gòu)及功能（1)P0端口的結(jié)構(gòu)P0端口有8位，每1位由一個(gè)鎖存器、兩個(gè)三態(tài)輸入緩沖器、控制電路和驅(qū)動(dòng)電路組成，P0端口由8個(gè)這樣的電路組成。 （2)P0端口的功能：P0端口用作通用I/O接口、P0端口用作分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線2. P1端口結(jié)構(gòu)及功能 (1)P1端口沒有模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)(MUX)和輸出控制電路。(2)P1端口輸出驅(qū)動(dòng)部分由場效應(yīng)管T2與內(nèi)部上拉電阻組成，因此當(dāng)其某位輸出高電平時(shí)，可以提供上拉電流負(fù)載，不必像P0端口那樣需外接上拉電阻。當(dāng)P1端口用作輸入時(shí)，與P0端口一樣，必須先向?qū)?yīng)的端口鎖存器寫入“1”，然后再讀端口引腳。由于片內(nèi)負(fù)載電阻較大(約2040kW)，所以不會(huì)對輸入的數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。對MCS-51子系列P1端口只有通用I/O接口一種功能，每1位接口線能獨(dú)立地用作輸入/輸出端口。3. P2端口結(jié)構(gòu)及功能（1）P2端口的結(jié)構(gòu)P2端口也是準(zhǔn)雙向口，其中1位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。（2）P2端口的功能：當(dāng)P2端口作為準(zhǔn)雙向通用I/O接口用時(shí)，控制信號使轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX接向左側(cè)，將鎖存器的輸出Q端經(jīng)反相器與T2接通，其工作原理與P1端口相同。當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)外部擴(kuò)展時(shí)(如系統(tǒng)擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器大于256B，在257B64KB間)，在CPU的控制下，轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX與內(nèi)部地址線相接，此時(shí)P2端口可用于輸出高8位地址線，與P0端口傳送的低8位地址一起組成16位地址總線。由于訪問外部存儲(chǔ)器的操作是連續(xù)不斷的，P2端口要不斷地輸出高8位地址，故此時(shí)P2端口不可能再用作通用I/O接口使用。4. P3端口結(jié)構(gòu)及功能（1）P3端口的結(jié)構(gòu)P3端口是一個(gè)具有雙重功能的8位準(zhǔn)雙向端口，其中1位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。P3端口比P1端口在結(jié)構(gòu)上多了1個(gè)緩沖器和1個(gè)與非門，用于第二功能的輸入/輸出。（2）P3端口的功能P3端口是一個(gè)多功能的端口，當(dāng)P3端口作為通用I/O接口時(shí)，第二功能輸出為高電平，使與非門的輸出取決于端口鎖存器的狀態(tài)，此時(shí)，P3端口是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，其工作方式與P1、P2端口相同。2 Keil C51軟件的使用Keil C51 軟件是眾多單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編輯，編譯，仿真于一體，支持匯編,PLM 語言和 C 語言的程序設(shè)計(jì)，界面友好，易學(xué)易用。進(jìn)入 Keil C51 后編輯界面如圖2.1。圖2.1進(jìn)入Keil C51后的編輯界面2.1建立一個(gè)新工程 (1)單擊 Project 菜單，在彈出的下拉菜單中選中 New Project 選項(xiàng)圖2.2 New Project 選項(xiàng)菜單(2)然后選擇你要保存的路徑,輸入工程文件的名字,比如保存到 C51目錄里,工程文件的名字為 C51如下圖所示,然后點(diǎn)擊保存。圖2.3 工程文件保存對話框(3)這時(shí)會(huì)彈出一個(gè)對話框,要求你選擇單片機(jī)的型號,你可以根據(jù)你使用的單片機(jī)來選擇,keil c51 幾乎支持所有的 51 核的單片機(jī),我這里還是以大家用的比較多的 Atmel 的 89C51 來說明,如下圖所示,選擇 89C51之后,右邊欄是對這個(gè)單片機(jī)的基本的說明,然后點(diǎn)擊確定. 圖2.4選擇單片機(jī)型號對話框(4)完成上一步驟后，屏幕如下圖所示圖2.5工程文件界面2.2編寫簡單程序 (1)新建文本文檔 在下圖中，單擊“File”菜單，再在下拉菜單中單擊“New”選項(xiàng)，新建文件后屏幕如下圖所示。圖2.6新建文件操作界面此時(shí)光標(biāo)在編輯窗口里閃爍，這時(shí)可以鍵入用戶的應(yīng)用程序了，但筆者建議首先保存該空白的文件，單擊菜單上的“File”，在下拉菜單中選中“Save As”選單擊，屏幕如下圖所示，在“文件名”欄右側(cè)的編輯框中，鍵入欲使用的文件名，同時(shí)，必須鍵入正確的擴(kuò)展名。注意，如果用語言編寫程序，則擴(kuò)展名為(.c)；如果用匯編語言編寫程序，則擴(kuò)展名必須為(.asm)。然后，單擊“保存”按鈕。圖2.7 程序文件保存對話框(2)添加程序文件到工程文件中 回到編輯界面后，單擊“Target 1”前面的“”號，然后在“Source Group 1”上單擊右鍵，彈出如下菜單 圖2.8添加程序文件到工程文件菜單選中 Test.c，然后單擊“Add ”屏幕好下圖所示圖2.9 添加程序文件后操作界面(3)編寫程序 現(xiàn)在，請輸入如下的 C 語言源程序: #include /包含文件 #include void main(void) /主函數(shù) SCON=0x52; TMOD=0x20; TH1=0xf3; TR1=1; /此行及以上 3 行為 PRINTF函數(shù)所必須 printf(“Hello I am KEIL. n”); /打印程序執(zhí)行的信息 printf(“I will be your friend.n”); while(1); 在輸入上述程序時(shí)，讀者已經(jīng)看到了事先保存待編輯的文件的好處了吧，即 Keil c51會(huì)自動(dòng)識別關(guān)鍵字，并以不同的顏色提示用戶加以注意，這樣會(huì)使用戶少犯錯(cuò)誤，有利于提高編程效率。程序輸入完畢后，如下圖所示圖2.10程序編輯界面2.3調(diào)試程序 (1)、單擊“Project”菜單，再在下拉菜單中單擊“Built Target”選項(xiàng)（或者使用快捷鍵 F7）， 編譯成功后， 再單擊“Project”菜單， 在下拉菜單中單擊“Start/StopDebug Session”（或者使用快捷鍵 Ctrl+F5）,屏幕如下所示圖2.11編譯程序界面(2)、調(diào)試程序:單擊“Debug”菜單，在下拉菜單中單擊“Go”選項(xiàng)，（或者使用快捷鍵 F5），然后再單擊“Debug”菜單，在下拉菜單中單擊“Stop Running”選項(xiàng)（或者使用快捷鍵 Esc）；再單擊“View”菜單，再在下拉菜單中單擊“Serial Windows #1”選項(xiàng)，就可以看到程序運(yùn)行后的結(jié)果，其結(jié)果如下圖所示圖2.12程序運(yùn)行結(jié)果2.4生成.Hex 文件 單擊“Project”菜單，再在下拉菜單中單擊 “Options for Target Target 1” 在下圖中，單擊“Output”中單擊“Create HEXFile” 選項(xiàng)，使程序編譯后產(chǎn)生 HEX 代碼，供下載器軟件使用。把程序下載到 AT89S51單片機(jī)中。 圖2.13 生成.HEX文件設(shè)置對話框 3 Proteus仿真軟件的使用3.1 進(jìn)入 Proteus ISIS 雙擊桌面上的 ISIS 6 Professional 圖標(biāo)或者單擊屏幕左下方的“開始”“程序”“Proteus 6 Professional” “ISIS 6 Professional”，進(jìn)入 Proteus ISIS集成環(huán)境。3.2 工作界面Proteus ISIS的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面，如圖1.2.2所示。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(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。圖3.1 Proteus ISIS的工作界面3.3 基本操作 (1)圖形編輯窗口:在圖形編輯窗口內(nèi)完成電路原理圖的編輯和繪制。 (2)預(yù)覽窗口：該窗口通常顯示整個(gè)電路圖的縮略圖。在預(yù)覽窗口上點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，將會(huì)有一個(gè)矩形藍(lán)綠框標(biāo)示出在編輯窗口的中顯示的區(qū)域。(3)對象選擇器窗口:通過對象選擇按鈕，從元件庫中選擇對象，并置入對象選擇器窗供今后繪圖時(shí)使用。顯示對象的類型包括：設(shè)備，終端，管腳，圖形符標(biāo)注和圖形。 (4)圖形編輯的基本操作：對象放置、選中對象、刪除對象、拖動(dòng)對象、拖動(dòng)象標(biāo)簽、調(diào)整對象大小、調(diào)整對象的朝向、編輯對象、編輯對象標(biāo)簽、拷貝所有選中的對象、移動(dòng)所有選中的對象、刪除所有選中的對象等操作。（5）編輯區(qū)域的縮放 ：Proteus的縮放操作多種多樣，極大地方便了我們的設(shè)計(jì)。常見的幾種方式有：完全顯示(或者按“F8”)、放大按鈕(或者按“F6”)和縮小按鈕(或者按“F7”)，拖放、取景、找中心 (或者按“F5”)。（6）點(diǎn)狀柵格和刷新：編輯區(qū)域的點(diǎn)狀柵格，是為了方便元器件定位用的。鼠標(biāo)指針在編輯區(qū)域移動(dòng)時(shí)，移動(dòng)的步長就是柵格的尺度，稱為“Snap(捕捉)”。這個(gè)功能可使元件依據(jù)柵格對齊。（7）對象的放置和編輯: 對象的添加和放置、放置電源及接地符號、對象的編輯。4 AT89C51的設(shè)計(jì)應(yīng)用4.1 電子鐘硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)任務(wù)掌握AT89C51開發(fā)系統(tǒng)中的模塊原理。掌握電子鐘的工作原理。綜合運(yùn)用硬件模塊、AT89C51開發(fā)設(shè)計(jì)具有一定功能的單片機(jī)控制系統(tǒng)，進(jìn)行軟、硬件設(shè)計(jì)及調(diào)試。電路原理圖圖4.1電子鐘實(shí)驗(yàn)電路原理圖（1）將所需元器件加入到對象選擇器窗口圖4.2 添加AT89C51元件的 Pick Devices 對話框（2）放置元器件至圖形編輯窗口圖4.3 放置元件至圖形編輯窗口（3）元器件間的連線圖4.4 元件間的連線4.2 電子鐘軟件設(shè)計(jì)（1）建立一個(gè)新工程1）單擊 Project 菜單，在彈出的下拉菜單中選中 New Project 選項(xiàng)；圖4.5 New Project 選項(xiàng)菜單2）然后選擇你要保存的路徑,輸入工程文件的名字,比如保存到 C51 目錄里,工程文件的名字為 C51如下圖所示,然后點(diǎn)擊保存；圖4.6 工程文件保存對話框3）如下圖所示,選擇 89C51之后,右邊欄是對這個(gè)單片機(jī)的基本的說明,然后點(diǎn)擊確定；圖4.7 選擇單片機(jī)型號對話框4）完成上一步驟后，屏幕如下圖所示；圖4.8 工程文件界面（2）編寫程序1）新建文本文檔 在下圖中，單擊“File”菜單，再在下拉菜單中單擊“New”選項(xiàng)，新建文件后屏幕如下圖所示；圖4.9 新建文件操作界面2）此時(shí)光標(biāo)在編輯窗口里閃爍，保存該空白的文件，單擊菜單上的“File”，在下拉菜單中選中“Save As”選項(xiàng)單擊，在“文件名”欄右側(cè)的編輯框中，鍵入欲使用的文件名，同時(shí)，必須鍵入正確的擴(kuò)展名。擴(kuò)展名為(.c)。然后，單擊“保存”按鈕。圖4.10 程序文件保存對話框（3）添加程序文件到工程文件中 回到編輯界面后，單擊“Target 1”前面的“”號，然后在“Source Group 1”上單擊右鍵，然后單擊“Add File to Group Source Group 1”,選中 Test.c，然后單擊“Add ”屏幕好下圖所示圖4.11 添加程序文件到工程文件對話框（4）調(diào)試程序圖4.12 程序編輯界面（5）生成.HEX 文件圖4.13 生成.HEX文件設(shè)置對話框元器件之間的連線并導(dǎo)入.hex文件圖4.15 .hex文件生成設(shè)計(jì)代碼#include unsigned char code dispcode= 0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c, 0x39,0x5e,0x79,0x71,0x40; unsigned char dispbitcode= 0xfe,0xfd,0xfb,0xf7, 0xef,0xdf,0xbf,0x7f; unsigned char dispbuf8=0,0,16,0,0,16,0,0; unsigned char dispbitcnt; unsigned char second; unsigned char minite; unsigned char hour; unsigned int tcnt; unsigned char mstcnt; unsigned char i,j; void desp10ms() for(i=0;i4;i+) for(j=0;j250;j+); main() second=0; minite=0; hour=0; tcnt=0; mstcnt=0; EA=1; ET0=1; TMOD=0x01; TH0=0x3c; TL0=0xb0; TR0=1; while(1) for(dispbitcnt=0;dispbitcnt8;dispbitcnt+) P2=dispbitcodedispbitcnt; P0=dispcodedispbufdispbitcnt; desp10ms(); void t0(void) interrupt 1