《單片機(jī)控制技術(shù)項(xiàng)目式課程》（第2版）課件 王璇 項(xiàng)目1-6 認(rèn)識(shí)單片機(jī) -交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)

項(xiàng)目1認(rèn)識(shí)單片機(jī)初步認(rèn)識(shí)單片機(jī)。掌握單片機(jī)的基本概念。了解單片機(jī)的發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢(shì)。了解單片機(jī)的分類、特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域。了解行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中電子元器件的規(guī)范。了解芯片制造過程，培養(yǎng)自主創(chuàng)新意識(shí)。學(xué)習(xí)目標(biāo)敘述什么是單片機(jī)。敘述單片機(jī)的發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢(shì)。敘述單片機(jī)的分類。敘述單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域。工作任務(wù)任務(wù)1.1單片機(jī)是什么任務(wù)1.2單片機(jī)的發(fā)展任務(wù)1.3單片機(jī)的分類任務(wù)1.4單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域項(xiàng)目小結(jié)項(xiàng)目1認(rèn)識(shí)單片機(jī)任務(wù)1.1單片機(jī)是什么單片機(jī)就在我們?nèi)粘Ｉ钪?，在我們身邊的各種家用電器中。比如洗衣機(jī)，單片機(jī)在其控制面板中，如圖所示：1.1.1單片機(jī)在哪里

全自動(dòng)洗衣機(jī)操作面板洗衣機(jī)的單片機(jī)控制圖

1.1.2單片機(jī)的樣子單片機(jī)封裝以外形的包裝形式不同進(jìn)行分類，常見的有雙列直插式（DIP封裝）、塑料J形引腳芯片載體（PLCC封裝）和塑料方型扁平式（PQFP封裝）等。

(a)DIP封裝(b)PLCC封裝(c)PQFP封裝封裝1：PDIP40（PlasticDualInlinePacket40）塑料雙列（直插封裝）體積大；插拔或焊接方便；容易加工；缺口側(cè)圓形標(biāo)記處為1腳；調(diào)試樣機(jī)建議采用此封裝。封裝2

：PLCC44（PlasticJ-leadedChipCarrier）塑料J形引腳芯片載體體積較小插拔或焊接方便。中心正上方圓形標(biāo)記處為1腳封裝3

：封裝：TQFP44

（ThinPlasticGullWingQuadFlatPacket）扁體塑料鷗翼狀方形平面封裝體積最小只能焊接左下方缺口側(cè)圓形標(biāo)記處為1腳批量生產(chǎn)設(shè)計(jì)推薦此封裝在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等部件，從而構(gòu)成了單芯片微型計(jì)算機(jī)，即單片機(jī)。

單硅晶片CPU存儲(chǔ)器控制電路定時(shí)器時(shí)鐘電路I/O口單片機(jī)概念1.1.3單片機(jī)的基本概念單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖注意：單片機(jī)本身只是一個(gè)集成度高、功能強(qiáng)的電子元件，只有當(dāng)它與某些器件或設(shè)備有機(jī)地結(jié)合在一起時(shí)才構(gòu)成了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件部分，配置適當(dāng)?shù)墓ぷ鞒绦蚝?，就可以?gòu)成一個(gè)真正的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，完成特定的任務(wù)。第一階段(1976～1978):單片機(jī)的探索階段。以Intel公司MCS-48為代表。第二階段(1978～1982):單片機(jī)的完善階段。MCS-51系列單片機(jī)。第三階段(1982～1990):單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。8位單片機(jī)的鞏固和16位單片機(jī)的推出。第四階段(1990～今):微控制器的全面發(fā)展階段。8位/16位/32位通用型單片機(jī)以及小型廉價(jià)的專用型單片機(jī)。任務(wù)1.2單片機(jī)的發(fā)展1.2.1單片機(jī)的發(fā)展歷史1.2.2單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)單片機(jī)今后將向高性能、高速、低壓、低功耗、低價(jià)格、存儲(chǔ)容量增大、外圍電路內(nèi)裝化等方向發(fā)展。1．CPU的發(fā)展趨勢(shì)（1）采用雙CPU結(jié)構(gòu)，提高處理能力。（2）增加數(shù)據(jù)總線寬度，內(nèi)部采用16位數(shù)據(jù)總線。2．片內(nèi)存儲(chǔ)器的發(fā)展趨勢(shì)（1）加大存儲(chǔ)容量。（2）片內(nèi)EPROM開始EEPROM化（3）閃速存儲(chǔ)器（4）串行存儲(chǔ)器（5）片內(nèi)程序的保密措施3．片內(nèi)I/O的改進(jìn)（1）增加并行口的驅(qū)動(dòng)能力，能直接輸出大電流和高電壓。（2）增加I/O口的邏輯控制功能。（3）設(shè)置了一些特殊的串行接口功能，構(gòu)成分布式、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。4．外圍功能部件內(nèi)裝化5．低功耗化6．應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件內(nèi)固化1.按數(shù)據(jù)總線位數(shù)不同分類（1）4位單片機(jī)：（2）8位單片機(jī)：（3）16位單片機(jī)：（4）32位單片機(jī)：控制功能較弱，CPU一次只能處理4位二進(jìn)制數(shù)。品種豐富、應(yīng)用廣泛。分為51系列和非51系列。操作速度及數(shù)據(jù)吞吐能力在性能上比8位機(jī)有較大提高。主要有TI的MSP430系列、Intel的MCS-96系列等。字長為32位，是單片機(jī)中的頂級(jí)產(chǎn)品，具有極高的運(yùn)算速度。常見ARM處理器架構(gòu)可分為ARM7、ARM9及ARM11。（1）MCS-51系列單片機(jī)MCS-51系列單片機(jī)是Intel公司在1980年推出的高性能8位單片機(jī)，可分為51和52兩個(gè)子系列。2.按生產(chǎn)廠家分類基本型增強(qiáng)型（2）80C51系列﹡ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等；

80C51是MCS-51系列中的一個(gè)典型品種；其它廠商生產(chǎn)的與80C51兼容的單片機(jī)統(tǒng)稱為80C51系列。當(dāng)前常用的80C51系列單片機(jī)主要產(chǎn)品有：

﹡

Philips、Infineon、Dallas等公司的許多產(chǎn)品。（3）其他常用單片機(jī)系列Atmel公司的AVR系列單片機(jī)精簡指令集（RISC）單片機(jī)，其ATtiny系列、AT90S系列與ATmega系列分別對(duì)應(yīng)為低、中、高檔產(chǎn)品。主要特點(diǎn)：ROM采用Flash結(jié)構(gòu)，有多種編程方式，數(shù)據(jù)處理速度快，功耗低，I/O口功能強(qiáng)、驅(qū)動(dòng)能力大，具有A/D轉(zhuǎn)換電路，有功能強(qiáng)大的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。Microchip公司的PIC系列單片機(jī)主要產(chǎn)品是8位單片機(jī)，CPU采用了RISC結(jié)構(gòu)的嵌入式微控制器，共有3個(gè)系列：基本級(jí)、中級(jí)和高級(jí)。主要特點(diǎn)：高速度、低電壓、低功耗、大電流LCD驅(qū)動(dòng)能力和低價(jià)位OTP技術(shù)。Motorola公司的單片機(jī)品種全、新產(chǎn)品多，4位、8位、16位32位的單片機(jī)都能生產(chǎn)。主要特點(diǎn)：在同樣的速度下所用的時(shí)鐘頻率較Intel類單片機(jī)低得多,使得高頻噪聲低,抗干擾能力強(qiáng),更適合于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境。任務(wù)1.4單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域與通用微機(jī)相比較，單片機(jī)在結(jié)構(gòu)、指令設(shè)置上均有其獨(dú)特之處，主要特點(diǎn)如下：（1）單片機(jī)的存儲(chǔ)器ROM和RAM是嚴(yán)格區(qū)分的。（2）采用面向控制的指令系統(tǒng)。（3）單片機(jī)的I/O引腳通常是多功能的。（4）單片機(jī)的外部擴(kuò)展能力很強(qiáng)。1.4.1單片機(jī)的特點(diǎn)單片機(jī)在控制領(lǐng)域中的主要特點(diǎn)：（1）體積小，成本低，運(yùn)用靈活，易于產(chǎn)品化，能方便地組成各種智能化的控制設(shè)備和儀器，做到機(jī)電一體化。（2）能針對(duì)性地完成從簡單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)，因而能獲得最佳的性價(jià)比。（3）抗干擾能力強(qiáng)，適用溫度范圍寬，在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠

地工作。（4）可以方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)控制和分布式控制，使整個(gè)控制系統(tǒng)的工作效率和可靠性大大提高。小型、靈活、方便、便宜就是單片機(jī)的主要特點(diǎn)。智能儀器儀表數(shù)字式測角儀交直流電壓電流表數(shù)字測溫儀單片機(jī)結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)電壓、頻率、濕度、溫度等物理量的測量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。1.4.2單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

工業(yè)控制電梯智能化控制用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理、電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)。

智能流水線家用電器在家用電器領(lǐng)域，單片機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。如洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐，其他音響視頻器材等。洗衣機(jī)微波爐智能冰箱通信設(shè)備現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)，小型程控交換機(jī)、無線對(duì)講機(jī)到樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信等。手機(jī)電話機(jī)小型程控交換機(jī)對(duì)講機(jī)醫(yī)用設(shè)備病床呼叫系統(tǒng)電池分析儀醫(yī)用呼吸機(jī)超聲診斷設(shè)備監(jiān)護(hù)儀汽車電子產(chǎn)品自動(dòng)駕駛系統(tǒng)安全保護(hù)系統(tǒng)集中顯示系統(tǒng)辦公自動(dòng)化設(shè)備打印機(jī)復(fù)印機(jī)傳真機(jī)繪圖儀人臉識(shí)別考勤機(jī)商業(yè)營銷設(shè)備手持條碼閱讀器IC卡刷卡機(jī)出租車計(jì)價(jià)器項(xiàng)目小結(jié)本項(xiàng)目主要介紹了單片機(jī)的概念、發(fā)展、分類、特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域，通過四個(gè)任務(wù)完成了對(duì)單片機(jī)的認(rèn)識(shí)。單片機(jī)在一塊超大規(guī)模芯片上，集成了一部完整微機(jī)的全部基本單元，具有很高的性價(jià)比和相當(dāng)小的體積，廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域。單片機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了“探索”、“完善”、“MCU化”、“全面發(fā)展”四個(gè)階段，并將進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、低價(jià)格、大容量、高性能、外圍電路內(nèi)裝化（嵌入式）和串行擴(kuò)展技術(shù)等方向發(fā)展。項(xiàng)目2用單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)了解KeilC51軟件和Proteus軟件。熟練掌握KeilC51軟件的使用方法。熟練掌握Proteus軟件的使用方法。學(xué)會(huì)運(yùn)用信息化手段解決專業(yè)技術(shù)問題，培養(yǎng)信息化素養(yǎng)。學(xué)習(xí)目標(biāo)敘述用KeilC51軟件創(chuàng)建工程的步驟。用KeilC51軟件完成單片機(jī)程序的編譯和調(diào)試。敘述Proteus軟件的使用方法。用Proteus軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)電路。工作任務(wù)任務(wù)2.1用KeilC51軟件進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)任務(wù)2.2用Proteus軟件進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)項(xiàng)目小結(jié)項(xiàng)目2用單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)2.1用KeilC51軟件進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)

用KeilC51軟件進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，首先要在計(jì)算機(jī)上正確安裝KeilμVision4。

KeilμVision4使用工程的方法來管理文件，基本操作步驟如下：（1）新建工程文件。（2）選擇CPU型號(hào)（如Atmel公司的AT89C52）。（3）為工程添加源程序文件（新建一個(gè)源程序文件并添加源程序，或直接添加已存在的源程序文件）。（4）對(duì)工程進(jìn)行設(shè)置。（5）程序編譯、調(diào)試。任務(wù)準(zhǔn)備1．任務(wù)要求用KeilμVision4新建一個(gè)工程文件“流水燈.uvproj”，詳細(xì)說明設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)用程序的過程。2．任務(wù)分析根據(jù)任務(wù)要求，只有熟悉KeilμVision4的實(shí)際操作步驟，才能正確地設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)用程序并對(duì)該應(yīng)用程序進(jìn)行編譯。任務(wù)操作3．任務(wù)設(shè)計(jì)啟動(dòng)KeiluVision4，進(jìn)入工作界面單擊Project，在下拉菜單中選NewμVisionProject，新建工程選擇路徑工程名CPU型號(hào)選擇到現(xiàn)在為止，用戶已經(jīng)建立一個(gè)空白的工程文件，并為該項(xiàng)目選擇好了CPU。單擊“File”菜單，在下拉菜單中單擊“New”選項(xiàng)來新建一個(gè)C文件此處可以鍵入程序建議：先單擊“File”中的“SaveAs”來保存空白文件，并在彈出的對(duì)話框中選擇存儲(chǔ)位置及文件名。儲(chǔ)存路徑文件名要帶擴(kuò)展名添加文件到工程文件添加完成以后的界面打開led.c文件，輸入C代碼。輸入程序時(shí)，KeilC51會(huì)自動(dòng)識(shí)別關(guān)鍵字，并以不同的顏色提示用戶加以注意單擊“Project”菜單中“Optionsfortarget‘target1’”，對(duì)工程進(jìn)行設(shè)置，以滿足要求。更改晶振頻率使程序編譯后產(chǎn)生HEX代碼，以便在Proteus里加載可執(zhí)行代碼

依次單擊，如果沒有語法錯(cuò)誤，將會(huì)生成可執(zhí)行文件編譯、鏈接、生成可執(zhí)行文件任務(wù)2.2用Proteus軟件進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)

用Proteus軟件進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，首先要在計(jì)算機(jī)上正確安裝Proteus軟件。任務(wù)準(zhǔn)備1．任務(wù)要求用安裝好的Proteus軟件設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)控制LED工作的電路并進(jìn)行仿真。要求使用AT89C52單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，且晶振頻率為12MHz。2．任務(wù)分析根據(jù)任務(wù)要求，首先用Proteus軟件繪制一個(gè)用單片機(jī)控制LED工作的電路，該電路中應(yīng)包括電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和LED電路。學(xué)生要學(xué)會(huì)用Proteus軟件設(shè)計(jì)電路的方法。然后載入控制LED工作的單片機(jī)軟件并對(duì)電路進(jìn)行仿真。任務(wù)操作3．任務(wù)設(shè)計(jì)（1）軟件打開雙擊桌面上的ISIS7Professional圖標(biāo)或者單擊屏幕左下方的“開始”→“程序”→“Proteus7Professional”→“ISIS7Professional”，就進(jìn)入了ProteusISIS集成環(huán)境。（2）工作界面（3）原理圖繪制

①將所需元器件加入到對(duì)象選擇器窗口。同樣的方式添加LED等其它元件輸入“AT89C”雙擊單擊按鈕P②放置元器件至圖形編輯窗口③連接元器件注意：圖中的單片機(jī)元件沒有“VCC”和“GND”引腳，這是因?yàn)镻roteus軟件中，元件模型中的“電源”和“地”已經(jīng)進(jìn)行了連接，“VCC”接到了“+5V”電源，“GND”接到了“地”，所以隱藏了這兩個(gè)引腳。（4）電路仿真①Proteus可以對(duì)純硬件電路仿真運(yùn)行，以檢查硬件電路是否正確，此時(shí)無需加載軟件。只要在原理圖編輯完成以后，選擇“Debug”→“Execute”命令即可進(jìn)行電路仿真。②將通過上一個(gè)任務(wù)生成的可執(zhí)行文件下載到原理圖中的單片機(jī)上以后，執(zhí)行“Debug”→“Execute”命令對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行軟、硬件全面仿真運(yùn)行。當(dāng)發(fā)光二極管滿足導(dǎo)通條件時(shí)，其顏色將發(fā)生改變表示其導(dǎo)通發(fā)光。項(xiàng)目小結(jié)本項(xiàng)目詳細(xì)介紹了KeilC51軟件的使用方法，包括新建工程文件、選擇CPU型號(hào)等，同時(shí)介紹了單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)與仿真軟件Proteus的使用方法。KeilC51軟件是目前非常流行的MCS-51系列單片機(jī)開發(fā)軟件，提供了豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，工作界面是Windows操作界面。通過該軟件可以完成編譯、鏈接、生成可執(zhí)行文件等整個(gè)開發(fā)流程。Proteus軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能對(duì)單片機(jī)及其外圍電子元器件進(jìn)行仿真。項(xiàng)目3MCS-51系列單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

了解MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。理解MCS-51系列單片機(jī)存儲(chǔ)器的分布和運(yùn)用。理解MCS-51系列單片機(jī)最小系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和原理。掌握MCS-51系列單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。能獨(dú)立分析和解決電路設(shè)計(jì)中的問題。學(xué)習(xí)目標(biāo)介紹MCS-51系列單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。介紹MCS-51系列單片機(jī)的存儲(chǔ)器。介紹MCS-51系列單片機(jī)芯片。設(shè)計(jì)MCS-51系列單片機(jī)最小系統(tǒng)。工作任務(wù)任務(wù)3.1認(rèn)識(shí)MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)任務(wù)3.2MCS-51系列單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)項(xiàng)目拓展STC89C52實(shí)驗(yàn)板電路的設(shè)計(jì)項(xiàng)目小結(jié)項(xiàng)目3MCS-51系列單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路CPUROMRAMT0T1中斷系統(tǒng)串行接口并行接口P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1定時(shí)計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)框圖中央處理器CPU：8位，運(yùn)算和控制功能內(nèi)部RAM：共256個(gè)RAM單元，高128個(gè)單元被專用寄存器占用，低128個(gè)單元供用戶使用，用于存放可讀寫數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果等。內(nèi)部ROM：4KB的8位ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格。定時(shí)/計(jì)數(shù)器：兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。并行I/O口：4組8位的并行I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出。串行口：一個(gè)全雙工串行口。中斷控制系統(tǒng)：5個(gè)中斷源（外部中斷2個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷2個(gè)，串行中斷1個(gè)）時(shí)鐘電路：用于產(chǎn)生單片機(jī)運(yùn)行的時(shí)鐘脈沖序列。任務(wù)3.1認(rèn)識(shí)MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.1.1MCS-51系列單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)框圖1

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313029282726252424222180318751805189C51片內(nèi)RAM片內(nèi)ROM256B4KB片外ROM可擴(kuò)展64K片外RAM可擴(kuò)展64K3.1.2MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器1.程序存儲(chǔ)器(ROM——只讀存儲(chǔ)器）

作用：存放設(shè)計(jì)人員編寫的程序。

大?。篗CS-51的單片機(jī)內(nèi)部有4KROM。

編址范圍：4KROM編址范圍：0000H～0FFFH。外部擴(kuò)展：

64KROM，編址范圍：0000H～FFFFH。

程序存儲(chǔ)器地址分配0000H0001H0002H(PC)0000H是程序執(zhí)行的起始單元,

在這三個(gè)單元存放一條

無條件轉(zhuǎn)移指令中斷5中斷4中斷3中斷2中斷10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中斷0定時(shí)器0中斷外部中斷1定時(shí)器1中斷串行口中斷8位．．．0FFFH0FFEH程序存儲(chǔ)器資源分布中斷入口地址內(nèi)部外部0000H0FFFH(4K)0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K)EA=1EA=02.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）MCS—51系列單片機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由讀寫存儲(chǔ)器RAM組成,用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。它由RAM塊和特殊功能寄存器（SFR）塊組成。內(nèi)部RAM大?。?56個(gè)字節(jié)（256B），其中低128個(gè)單元是真正的內(nèi)部RAM，可以被用來寫入或讀出數(shù)據(jù)。編址范圍：00H～FFH。外部擴(kuò)展RAM：64KB編址范圍：0000H～FFFFH。0000HFFFFH(64K)內(nèi)部外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM00HFFH7FH80H(高128B)(低128B)RAM專用

寄存器00H07H08H0FH10H17H18H1FH0區(qū)R0R7R0R7R0R7R0R71區(qū)2區(qū)3區(qū)工作寄存器區(qū)可位尋址區(qū)20H2FH7F78070030H7FH數(shù)據(jù)緩沖區(qū)/堆棧區(qū)內(nèi)部RAM存儲(chǔ)器

11第3區(qū)18H~1FH

01第1區(qū)08H~0FHRS1RS0寄存器區(qū)片內(nèi)RAM地址

00第0區(qū)00H~07H

10第2區(qū)10H~17H工作寄存器區(qū)選擇位RS0、RS1PSW位地址

CYACF0RS1RS0OVF1P

00H—1FH，供用戶編程使用，臨時(shí)存放8位信息。共四組，每組8個(gè)單元，即8個(gè)寄存器當(dāng)某一組被設(shè)定成工作寄存器組后，該組中的8個(gè)寄存器，從低地址到高地址就分別稱為R0-R7，從而可以把它們用作通用寄存器，并可按寄存器尋址方式被訪問。一旦工作寄存器組被指定后，另外三組寄存器則同其它數(shù)據(jù)RAM一樣，只能按字節(jié)地址被予以讀寫。

（1）工作寄存器區(qū)00H07H08H0FH10H17H18H1FH0區(qū)R0R7R0R7R0R7R0R71區(qū)2區(qū)3區(qū)工作寄存器區(qū)可位尋址區(qū)20H2FH7F78070030H7FH數(shù)據(jù)緩沖區(qū)/堆棧區(qū)位尋址區(qū)（20H—2FH）16個(gè)字節(jié)。16*8=128位，每一位都有一個(gè)位地址，范圍為：00H—7FH，位地址區(qū)也可作為一般RAM使用。（2）位尋址區(qū)00H07H08H0FH10H17H18H1FH0區(qū)R0R7R0R7R0R7R0R71區(qū)2區(qū)3區(qū)工作寄存器區(qū)可位尋址區(qū)20H2FH7F78070030H7FH數(shù)據(jù)緩沖區(qū)/堆棧區(qū)（3）數(shù)據(jù)緩沖區(qū)30H—7FH，即用戶區(qū)，共80個(gè)單元。用于存放運(yùn)算數(shù)據(jù)和結(jié)果。實(shí)際上不使用的位尋址的字節(jié)和不使用的工作寄存器區(qū)都可以用作數(shù)據(jù)緩沖區(qū)使用。00H07H08H0FH10H17H18H1FH0區(qū)R0R7R0R7R0R7R0R71區(qū)2區(qū)3區(qū)工作寄存器區(qū)可位尋址區(qū)20H2FH7F78070030H7FH數(shù)據(jù)緩沖區(qū)/堆棧區(qū)注意：堆棧一般開辟在這個(gè)區(qū)域又稱為專用寄存器，專用于控制、管理片內(nèi)算術(shù)邏輯部件、并行I/O口、串行I/O口、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。離散地分布在RAM的高128個(gè)單元（80H-FFH）。注意：SFR的實(shí)際個(gè)數(shù)和單片機(jī)的型號(hào)有關(guān)，51單片機(jī)有21個(gè)。每個(gè)SFR占有一個(gè)RAM單元，它們分布在80H～FFH的地址范圍內(nèi)，沒有被SFR占用的RAM單元實(shí)際并不存在，訪問它們也是沒有意義的。3.特殊功能寄存器(SFR)特殊功能寄存器一覽表注意：凡是地址以“0”和“8”結(jié)尾的單元都是可位尋地址的，地址的范圍是80H~FFH。

☆

11個(gè)可以進(jìn)行位尋址。☆特別提示：對(duì)SFR只能使用直接尋址方式，書寫時(shí)可使用寄存器符號(hào)，也可用寄存器單元地址。序號(hào)SFR地址SFR符號(hào)復(fù)位值功能說明1E0HACC00H累加器可位尋址2F0HB00HB寄存器可位尋址3D0HPSW00H程序狀態(tài)字可位尋址480HP0FFHP0口鎖存寄存器可位尋址581HSP07H堆棧指針682HDPL00H數(shù)據(jù)指針DPTR低8位783HDPH00H數(shù)據(jù)指針DPTR高8位887HPCON0XXX0000B電源控制寄存器988HTCON00H定時(shí)器控制寄存器可位尋址1089HTMOD00H定時(shí)器0和1的模式寄存器118AHTL000H定時(shí)器0低8位128BHTL100H定時(shí)器1低8位138CHTH000H定時(shí)器0高8位148DHTH100H定時(shí)器1高8位1590HP1FFHP1口鎖存寄存器可位尋址1698HSCON00H串行口控制寄存器可位尋址1799HSBUFXXXXXXXXB串行口數(shù)據(jù)緩沖寄存器180A0HP2FFHP2口鎖存寄存器可位尋址190A8HIE0X000000B中斷允許控制寄存器可位尋址200B0HP3FFHP3口鎖存寄存器可位尋址210B8HIPXX000000B中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器可位尋址幾個(gè)特殊功能寄存器：(1)累加器(ACC或A)：最常用的一個(gè)8位特殊功能寄存器。該寄存器可位尋址。幾乎全部指令都可用它作為操作數(shù)，有些指令必須用它作為目標(biāo)操作數(shù)。(2)B寄存器：一個(gè)8位特殊功能寄存器。乘除法指令必須用它作為其中的一個(gè)操作數(shù)。它也可作為普通RAM單元使用。(3)堆棧指針(SP)：一個(gè)8位特殊功能寄存器。單片機(jī)復(fù)位時(shí)，SP為07H，它總是指向棧頂。它主要用在子程序調(diào)用、中斷響應(yīng)及返回中。(4)數(shù)據(jù)指針(DPTR)：一個(gè)16位特殊功能寄存器，可分為兩個(gè)8位寄存器，高8位為DPH，低8位為DPL。該寄存器主要用于存放程序存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址。（5）程序狀態(tài)字（PSW

）：一個(gè)8位的特殊功能寄存器，位于單片機(jī)的特殊功能寄存器區(qū)，用來存放運(yùn)算結(jié)果的一些特征。PSWCY——

進(jìn)位/借位標(biāo)志；位累加器（簡稱C）。AC——

半字節(jié)進(jìn)位標(biāo)志，輔助進(jìn)/借位標(biāo)志；用于十進(jìn)制調(diào)整。F0——

用戶定義標(biāo)志位；軟件置位/清零。RS1、RS0——寄存器區(qū)選擇控制位。OV——

溢出標(biāo)志；硬件置位/清零（注意溢出條件）。P——

奇偶標(biāo)志；A中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)P=1；否則P=0?！痢撐粺o定義。

P×OVRS0RS1

F0

AC

CYPSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0程序計(jì)數(shù)器（PC）：一個(gè)不屬于特殊功能寄存器、物理上獨(dú)立的寄存器。是一個(gè)16位寄存器，具有自動(dòng)加1功能，總是存放將要被執(zhí)行指令的首地址。單片機(jī)復(fù)位后，PC為0000H，單片機(jī)的應(yīng)用程序應(yīng)放在以程序存儲(chǔ)器地址0000H開始的單元中。3.1.3MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器的讀寫控制1．任務(wù)要求編寫一段程序，對(duì)單片機(jī)內(nèi)部幾個(gè)特殊功能寄存器進(jìn)行讀寫，利用KeilC51軟件的調(diào)試功能，觀察程序運(yùn)行后各存儲(chǔ)單元的變化情況。2．任務(wù)分析根據(jù)任務(wù)要求，分別給P0口、程序狀態(tài)字PSW和累加器ACC賦不同的值，同時(shí)將累加器ACC里的值讀出存到變量dat中，通過調(diào)試觀察P0、PSW、ACC和變量dat的值的變化。3．任務(wù)設(shè)計(jì)（1）程序設(shè)計(jì)//***************************************************************//宏定義，包含頭文件#include<reg52.h>//***************************************************************//主程序main(){ unsignedchardat;//定義變量dat為無符號(hào)字符型

P0=0x00;//將P0口清0 PSW=0x80;//將0x80賦給PSW ACC=0xf0;//將0xf0傳送到累加器ACC dat=ACC;//將累加器ACC的內(nèi)容送給變量dat}（2）觀察程序執(zhí)行之后各存儲(chǔ)器單元的變化

①在Keil下創(chuàng)建工程項(xiàng)目，輸入源程序，并編譯鏈接生成HEX文件。②在Keil的“Debug”菜單下選擇“Start/StopDebugSession”子菜單，或者點(diǎn)擊快捷圖標(biāo),進(jìn)入調(diào)試界面。③點(diǎn)擊菜單View下的“MemoryWindow”命令，打開存儲(chǔ)器窗口。存儲(chǔ)器窗口用來顯示系統(tǒng)中各種內(nèi)存中的值，通過在Address后的編緝框內(nèi)輸入“字母：數(shù)字”即可顯示相應(yīng)內(nèi)存值。例如鍵入C：0，即顯示從0開始的ROM單元中的值。本程序的二進(jìn)制代碼。④點(diǎn)擊菜單View下的“WatchWindows”命令，打開觀察窗口，并將變量dat添加進(jìn)去。⑤選擇“Peripherals”菜單下的“I/O-Ports”，選中“Port0”后，會(huì)彈出P0的調(diào)試窗口，可以觀察P0口每一位的電平狀態(tài)。觀察窗口P0調(diào)試窗口P0口的輸出鎖存器的狀態(tài)P0口引腳狀態(tài)⑥運(yùn)行程序。采用單步運(yùn)行方式，觀察P0，PSW，ACC等相關(guān)寄存器以及變量dat的變化，運(yùn)行結(jié)果如下圖。任務(wù)3.2

MCS-51系列單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)

3.2.1MCS-51系列單片機(jī)芯片介紹區(qū)分芯片引腳序號(hào)芯片表面會(huì)有一個(gè)凹進(jìn)去的小圓坑，或用顏色標(biāo)識(shí)的小標(biāo)記，，這些標(biāo)記所對(duì)應(yīng)的就是芯片第1腳，然后逆時(shí)針數(shù)下去就是最后一個(gè)引腳。引腳定義與說明1）主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接＋5V電源GND(Pin20)：接地線2）外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin18)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端3）控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位初始化。設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，這個(gè)引腳一定要連接相應(yīng)復(fù)位電路。(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。PSEN有效(低電平)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)外部ROM單元的讀操作。

ALE/(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào)。在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于把P0口輸出的低8位地址鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。此外，由于ALE是以晶振的1/6固定頻率輸出的正脈沖，因此它可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。當(dāng)電源發(fā)生故障，電壓降低到下限值時(shí)，備用電源經(jīng)此端向內(nèi)部RAM提供電壓，以保護(hù)內(nèi)部RAM中的信息不丟失。4）可編程輸入/輸出引腳（32根）

P0（Pin39～Pin32）P1（Pin1～Pin8）P2（Pin21～Pin28）P3（Pin10～Pin17）（兼做特殊功能口）P1P3P2P0

1.單片機(jī)復(fù)位的條件

在復(fù)位引腳RST（Pin9）持續(xù)出現(xiàn)24個(gè)振蕩器脈沖周期（即2個(gè)機(jī)器周期）的高電平信號(hào)將使單片機(jī)復(fù)位。通常為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位，復(fù)位電路應(yīng)使引腳RST保持10ms以上的高電平。

3.2.2單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)

2.單片機(jī)的復(fù)位電路常見復(fù)位電路有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種，如圖(a)、(b)所示。

(a)上電復(fù)位電路(b)按鍵復(fù)位電路圖(a)為上電復(fù)位電路，在上電瞬間，由于電容上電壓不能突變，電容處于充電(導(dǎo)通)狀態(tài)，故RST腳的電壓與VCC相同。隨著電容的充電，它兩端的電壓上升，使得引腳RST上電壓下降，最終使單片機(jī)退出復(fù)位狀態(tài)。選擇合理的充電常數(shù)，就能保證在RST端有2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，從而使單片機(jī)內(nèi)部復(fù)位。C的推薦值是10μF，R的推薦值是10kΩ。圖(b)是按鍵手動(dòng)復(fù)位電路。開關(guān)未按下時(shí)，為上電復(fù)位電路，開關(guān)按下時(shí)，RST端通過電阻Rl與VCC電源接通，提供足夠時(shí)間的復(fù)位電平，使單片機(jī)復(fù)位。

1．時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)兩種方式產(chǎn)生時(shí)鐘：內(nèi)部振蕩方式

外部時(shí)鐘方式

（1）內(nèi)部時(shí)鐘電路利用單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路，并在XTALl和XTAL2兩引腳間外接石英晶體(或陶瓷諧振器)和電容構(gòu)成的并聯(lián)諧振電路，使內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩。晶振可以在0~24MHz之間，不超過33MHz。外接石英晶體時(shí)，C1和C2一般取30pF±10pF；外接陶瓷諧振器時(shí)，Cl和C2一般取40pF±10pF。電容的大小對(duì)振蕩器頻率有微小的影響，可起頻率微調(diào)的作用。3.2.3單片機(jī)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)

晶振類型：石英晶振、有源晶振

晶振：0~33MHz

（6MHz、12MHz、24MHz、33MHz、

11.0592MHz、22.1184MHz）

起振電容類型：瓷片電容、獨(dú)石電容

起振電容：30±10pF

（20pF、22pF、27pF、30pF）

內(nèi)部時(shí)鐘電路

(2)外部時(shí)鐘電路

外部方式的時(shí)鐘電路如圖，當(dāng)有現(xiàn)成的時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，可直接將時(shí)鐘從XTAL2接入，XTAL1接地即可。注：單片機(jī)系統(tǒng)中多采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。2．時(shí)序

所謂時(shí)序是指各種信號(hào)的時(shí)間序列，它表明了指令執(zhí)行中各種信號(hào)之間的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的時(shí)序電路，CPU執(zhí)行指令的一系列動(dòng)作都是在時(shí)序電路控制下一拍一拍進(jìn)行的。為達(dá)到同步協(xié)調(diào)工作的目的，各操作信號(hào)在時(shí)間上有嚴(yán)格的先后次序，這些次序就是CPU的時(shí)序。51系列單片機(jī)以晶體振蕩器的振蕩周期（或外部引入的時(shí)鐘信號(hào)的周期）為最小的時(shí)序單位。所以片內(nèi)的各種微操作都是以振蕩周期為時(shí)序基準(zhǔn)。

（1）振蕩周期（Tosc）:又稱節(jié)拍(用P表示),是指為單片機(jī)提供時(shí)鐘脈沖信號(hào)的振蕩源的周期。

Tosc=1/fosc

（2）狀態(tài)周期:用S表示。每個(gè)狀態(tài)周期為振蕩周期的2倍,是振蕩周期經(jīng)二分頻后得到的。

S=2P=P1+P2（3）機(jī)器周期（T機(jī)）:CPU完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間。一個(gè)機(jī)器周期包含6個(gè)狀態(tài)周期S1~S6,也就是12個(gè)振蕩周期。即：T機(jī)=12

×Tosc=12×1/fosc（4）指令周期:不同的指令，其執(zhí)行時(shí)間各不相同，如果用占用機(jī)器周期多少來衡量的話，MCS-51單片機(jī)的指令可分為單周期指令、雙周期指令及四周期指令。

例如，若fosc=12MHz，則一個(gè)振蕩周期Tosc＝1/12μs，狀態(tài)周期S＝1/6μs，機(jī)器周期T機(jī)=1μs，指令周期＝1～4μs51單片機(jī)工作的三個(gè)基本條件：1.電源正常2.復(fù)位正常3.時(shí)鐘正常3.2.4單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)1．任務(wù)要求設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)可以正常工作的最簡單電路，即單片機(jī)最小系統(tǒng)。要求使用STC89C52單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，且晶振頻率為12MHz。2．任務(wù)分析設(shè)計(jì)的最小系統(tǒng)應(yīng)該具備電源電路、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路三個(gè)部分。時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)可以采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，而復(fù)位電路可以采用上電自動(dòng)復(fù)位的方式。3．任務(wù)設(shè)計(jì)

（1）器件的選擇單片機(jī)是本任務(wù)的主要芯片，選擇STC89C52，石英晶體外接兩只電容構(gòu)成時(shí)鐘電路，復(fù)位電路由電阻和電解電容組成，選擇的器件清單如下：器件名稱數(shù)量（只）STC89C52112MHz晶體130pF瓷片電容222uF電解電容110kΩ電阻1（2）電路圖原理圖設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)鐘電路電源地注意：在具備上述3個(gè)電路的情況下，就構(gòu)成了一個(gè)最簡單的單片機(jī)最小系統(tǒng)，但是它沒什么實(shí)際意義，因?yàn)樗荒芨饨邕M(jìn)行交流。實(shí)際應(yīng)用中由用戶根據(jù)需要來添加輸出電路，同時(shí)配合各種輸入、各種外設(shè)的使用，最終形成龐大的單片機(jī)系統(tǒng)。項(xiàng)目拓展STC89C52實(shí)驗(yàn)板電路的設(shè)計(jì)1.實(shí)驗(yàn)板最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)板的單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖如附錄B中所示。（1）電源電路①USB1是USB插座，通過USB連線連接到電腦可以給實(shí)驗(yàn)板供電以及進(jìn)行串口通訊。②SW3為電源開關(guān)，LED10為電源指示燈。③TEMP1是一個(gè)可選配STC自動(dòng)下載模塊，如果沒有選配該模塊，需要用跳帽（短路塊）短接TEMP1的第1、2腳，否則整個(gè)實(shí)驗(yàn)板不能供電。④J35、J36為電源插針，可以通過此插針向外部擴(kuò)展模塊提供+5V電壓，也可以從外部電源引入+5V電壓。⑤J38為直接使用+5V直流輸入。注意：由于實(shí)驗(yàn)板是直接采用USB線通過電腦供電、通訊、下載一體的，所以使用時(shí)不需要外接電源只要將板子和電腦用USB線接上就行了；如果要接外接電源，一定要接+5V，否則可能會(huì)損壞單片機(jī)和主板上的芯片。單片機(jī)和擴(kuò)展插座電源電路（2）時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，晶振可以拔插，在使用過程中，如果需要更換不同頻率的晶振，一定要確保晶振的類型和特性參數(shù)基本相同。（3）復(fù)位電路阻容復(fù)位包含兩種復(fù)位方式，低電平復(fù)位與高電平復(fù)位。由于51單片機(jī)為高電平復(fù)位，因此使用時(shí)應(yīng)通過跳帽（短路塊）將1、2腳相連。時(shí)鐘電路2.實(shí)驗(yàn)板其他功能模塊的設(shè)計(jì)在單片機(jī)最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際需要添加發(fā)光二極管、數(shù)碼管、鍵盤等輸入或輸出電路，就可以實(shí)現(xiàn)不同的功能，下面介紹單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板的一些常用功能模塊的設(shè)計(jì)。

（1）LED模塊

LED模塊電路見附錄B中“8個(gè)LED燈”電路。RP1為排阻，390歐姆；J9為插針，用于連接需要使用的IO口。（2）數(shù)碼管模塊①見圖中“獨(dú)立共陽數(shù)碼管”電路，用來演示數(shù)碼管基本結(jié)構(gòu)。②見圖中“8位共陰數(shù)碼管”電路，使用前必須把J50插針用跳帽跳上，用于數(shù)碼管的整體供電，如果平時(shí)不需要使用共陰數(shù)碼管，把跳帽拔掉即可。（3）鍵盤鍵盤有獨(dú)立鍵盤和矩陣鍵盤兩種，使用時(shí)，用杜邦線連接鍵盤接口和單片機(jī)IO口。（4）喇叭見圖中“喇叭及電機(jī)電路”，使用時(shí)用一根杜邦線連接J42和單片機(jī)的一位IO口即可。（5）溫度傳感器見圖中“2路溫度傳感器”電路，設(shè)計(jì)了2路18B20接口，可以使用任意一個(gè)或者2個(gè)單獨(dú)連接，也可以把2個(gè)18B20連接到一根線上操作。（6）AD/DA模塊見圖中“數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換”電路，J31與J32用于切換AD輸入端口，因?yàn)橹挥?個(gè)電位器，但有4個(gè)輸入端口，所以同時(shí)只能使用2個(gè)，這2個(gè)插針用于切換輸入端口。J33是DA輸入模擬LED燈選擇開關(guān)，用跳帽跳上后LED起作用。（7）串口通訊見圖中“串口通訊”電路，單片機(jī)串口默認(rèn)連接的板載usb-232芯片，使用一根USB接口就可以進(jìn)行串口實(shí)驗(yàn)。J18用于切換串口公口或母口連接到單片機(jī)的P3.0、P3.1，平時(shí)不用該端口跳帽可以懸空。項(xiàng)目小結(jié)本項(xiàng)目主要介紹了MCS-51系列單片機(jī)的芯片引腳、基本結(jié)構(gòu)和內(nèi)部存儲(chǔ)器，同時(shí)介紹了其復(fù)位電路、時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)方法，通過兩個(gè)任務(wù)完成了單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器的讀寫控制和單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。MCS-51系列單片機(jī)采用40引腳雙列直插式DIP封裝，內(nèi)部由中央處理器，時(shí)鐘電路、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并口和一個(gè)串行通信模塊組成。保證單片機(jī)正常運(yùn)行的三個(gè)基本條件：電源正常、時(shí)鐘電路正常、復(fù)位電路正常。項(xiàng)目4單片機(jī)控制LED的設(shè)計(jì)了解MCS-51系列單片機(jī)I/O口的結(jié)構(gòu)。掌握MCS-51系列單片機(jī)I/O口的特點(diǎn)及應(yīng)用方法。掌握單片機(jī)控制LED的硬件設(shè)計(jì)方法。能熟練編寫單片機(jī)控制LED閃爍的程序。能獨(dú)立分析和解決硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)中的問題。能利用團(tuán)隊(duì)的力量完成任務(wù)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神。學(xué)習(xí)目標(biāo)工作任務(wù)敘述MCS-51系列單片機(jī)I/O口的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。設(shè)計(jì)單片機(jī)控制單個(gè)LED閃爍的電路和工作軟件。設(shè)計(jì)單片機(jī)控制多個(gè)LED循環(huán)閃爍的電路和工作軟件。任務(wù)4.1單片機(jī)控制單個(gè)LED閃爍的設(shè)計(jì)任務(wù)4.2單片機(jī)控制多個(gè)LED循環(huán)點(diǎn)亮的設(shè)計(jì)

項(xiàng)目拓展STC89C52實(shí)驗(yàn)板彩燈的花式控制項(xiàng)目小結(jié)項(xiàng)目4單片機(jī)控制LED的設(shè)計(jì)

任務(wù)4.1單片機(jī)控制單個(gè)LED閃爍的設(shè)計(jì)4.1.1MCS-51系列單片機(jī)的I/O口介紹

MCS-51系列單片機(jī)有4個(gè)8位的并行I/O接口：P0、P1、P2和P3口。它們是特殊功能寄存器中的4個(gè)。這4個(gè)口，既可以作輸入，也可以作輸出，既可按8位處理，也可按位方式使用。輸出時(shí)具有鎖存能力，輸入時(shí)具有緩沖功能。

1．P0口P0口是一個(gè)三態(tài)雙向口，包括一個(gè)輸出鎖存器、兩個(gè)三態(tài)緩沖器、輸出驅(qū)動(dòng)電路和輸出控制電路組成，它的一位結(jié)構(gòu)如圖：輸出驅(qū)動(dòng)器控制電路P0口功能1、通用I／O接口：不需要外部擴(kuò)展時(shí)，內(nèi)部控制信號(hào)將使MUX開關(guān)接通到鎖存器。此時(shí)，由于P0口沒有內(nèi)部上拉電阻，通常要在外部加一個(gè)上拉電阻來提高驅(qū)動(dòng)能力。2、地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用：需要進(jìn)行外部擴(kuò)展時(shí)，內(nèi)部控制信號(hào)將使MUX開關(guān)接通到內(nèi)部地址／數(shù)據(jù)線。此時(shí)，P0口在ALE信號(hào)的控制下，分時(shí)輸出低8位地址和8位數(shù)據(jù)信號(hào)。P0口的工作原理（1）通用I/O口①用作輸入口（端口外數(shù)據(jù)內(nèi)部寄存器）方式1（讀鎖存器）：Q緩沖器2D內(nèi)部總線,適于“讀—修改—寫”方式2（讀引腳）：P0.x緩沖器1D內(nèi)部總線。

作為通用I/O使用，是一個(gè)準(zhǔn)雙向口：“在輸入數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)先把口置1，使V1、V2都截止，引腳處于懸浮狀態(tài)，可作高阻抗輸入”②用作輸出口（片內(nèi)數(shù)據(jù)端口）數(shù)據(jù)鎖存MUXP0.x（2）地址/數(shù)據(jù)總線口

①輸出：地址/數(shù)據(jù)為1，P0·x——高地址/數(shù)據(jù)為0，P0·x——低

②輸入：經(jīng)緩沖器1讀入

（1）P0口既可作地址/數(shù)據(jù)總線使用，也可作通用I/O口使用。當(dāng)P0口作地址/數(shù)據(jù)總線使用時(shí)，就不能再作通用I/O口使用了。（2）P0口作輸出口使用時(shí)，輸出級(jí)屬漏極開路，必須外接上拉電阻，才有高電平輸出。（3）P0口作輸入口讀引腳時(shí)，應(yīng)先向鎖存器寫1，使V1、V2截止，不影響輸入電平。P0口特點(diǎn)2.P1口P1口是準(zhǔn)雙向口，它只能作通用I/O接口使用。結(jié)構(gòu)與P0口不同，它的輸出只由一個(gè)場效應(yīng)管V1與內(nèi)部上拉電阻組成。（1）P1口是唯一的單功能口，僅能作為通用I/O口使用。因在其輸出端接有上拉電阻，可以直接輸出而無需外接上拉電阻。（2）同P0口一樣，當(dāng)作輸入口時(shí)，必須先向鎖存器寫“1”，使場效應(yīng)管V1截止。P1口特點(diǎn)3.P2口P2口也是準(zhǔn)雙向口，它有兩種用途：通用I/O接口和高8位地址線。

P2口作I/O端口使用時(shí)：內(nèi)部控制信號(hào)使MUX開關(guān)接通到鎖存器，此時(shí)P2口的用法與P1口相同。P2口作外部地址總線使用時(shí)：內(nèi)部控制信號(hào)使MUX開關(guān)接通到內(nèi)部地址線，此時(shí)P2口的引腳狀態(tài)由所輸出的地址決定。需要特別指出的是，由于對(duì)片外地址的操作是連續(xù)不斷的，只要進(jìn)行了外部系統(tǒng)擴(kuò)展，此時(shí)P0口和P2口就不能再用作I/O端口了。4.P3口

P3口用作通用I/O口時(shí)，其工作原理同P1口類似。此外，它的每一根線還具有第二種功能?！?/p>

在真正的應(yīng)用電路中，P3口的第二功能顯得更為重要。4.1.2單片機(jī)控制單個(gè)LED閃爍的設(shè)計(jì)方法1．任務(wù)要求設(shè)計(jì)一個(gè)電路，AT89C52單片機(jī)的P1.7引腳連接一個(gè)LED燈，控制LED閃爍。2．任務(wù)分析

以單片機(jī)為核心的電子設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)加上最簡單的輸出電路來驅(qū)動(dòng)LED編程控制P1.7引腳的電平狀態(tài)，使其持續(xù)一段時(shí)間的高電平，再持續(xù)一段時(shí)間的低電平3．任務(wù)設(shè)計(jì)（1）器件的選擇①發(fā)光二極管發(fā)光二極管：單向?qū)щ娦?，通過5mA左右電流即可發(fā)光，電流越大，亮度越強(qiáng)，但若電流過大會(huì)燒毀二極管，一般控制在3～20mA。工作電壓：紅色發(fā)光二極管1.7-2.5V

綠色發(fā)光二極管2.0-2.4V

黃色發(fā)光二極管1.9-2.4V

藍(lán)/白色發(fā)光二極管3.0-3.8V②限流電阻二極管串聯(lián)電阻的目的是為了防止發(fā)光二極管和P1.7引腳流過的電流過大，燒毀二極管或單片機(jī)，所以該電阻也稱為“限流電阻”。限流電阻的選擇：假設(shè)電源電壓為VCC，發(fā)光二極管的導(dǎo)通壓降為VDD，導(dǎo)通時(shí)流過二極管的電流為I，則限流電阻R為：R=(VCC-VDD)/I例如，若二極管的導(dǎo)通壓降為2.2V，導(dǎo)通時(shí)流過的電流為5mA，則限流電阻為560Ω。③器件清單器件名稱數(shù)量（只）AT89C52112MHz晶體122pF瓷片電容222uF電解電容110kΩ電阻1560Ω電阻1發(fā)光二極管LED1（2）硬件原理圖設(shè)計(jì)再次強(qiáng)調(diào)：圖中的單片機(jī)元件沒有“VCC”和“GND”引腳，這是因?yàn)镻roteus軟件中，元件模型中的“電源”和“地”已經(jīng)進(jìn)行了連接，“VCC”接到了“+5V”電源，“GND”接到了“地”，所以隱藏了這兩個(gè)引腳。（3）軟件程序設(shè)計(jì)#include<reg52.h>//宏定義sbitled=P1^7;//用sbit關(guān)鍵字定義P1.7引腳

//延時(shí)子函數(shù)voidDelay(unsignedintt){while(--t);}

//主函數(shù)，控制P1.7引腳的LED燈閃爍voidmain(void){while(1)//主循環(huán)

{led=0;//將P1.7引腳置0，對(duì)外輸出低電平

Delay(20000);//調(diào)用延時(shí)程序

led=1;//將P1.7引腳置1，對(duì)外輸出高電平

Delay(20000);//調(diào)用延時(shí)程序

}}在軟件編程中，通常使用空循環(huán)來達(dá)到延時(shí)的效果。延時(shí)時(shí)間的長短可以在KeilC51的調(diào)試狀態(tài)下分析。（4）軟硬件聯(lián)合調(diào)試1．任務(wù)要求

設(shè)計(jì)一個(gè)電路，AT89C52單片機(jī)的P1口連接8只LED燈，按以下順序點(diǎn)亮，形成流水燈的效果：

①從P1.0到P1.7連接的8只LED燈逐個(gè)點(diǎn)亮；

②從P1.0到P1.7連接的8只LED依次全部點(diǎn)亮；

③從P1.7到P1.0連接的8只LED燈逐個(gè)點(diǎn)亮；

④從P1.7到P1.0連接的8只LED依次全部點(diǎn)亮。任務(wù)4.2單片機(jī)控制多個(gè)LED循環(huán)點(diǎn)亮的設(shè)計(jì)2．任務(wù)分析任務(wù)要求單片機(jī)控制8個(gè)LED燈，當(dāng)需要對(duì)某個(gè)I/O口的八位一起操作時(shí)，一般采用整體操作的方式，即總線的方式。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)可以定義一個(gè)變量來給P1口賦值，賦的值不同點(diǎn)亮的LED燈不同。由于8只LED燈要按一定規(guī)律點(diǎn)亮，這就要求對(duì)給P1口賦的變量進(jìn)行移位，移位操作既可以用標(biāo)準(zhǔn)C中的左移、右移運(yùn)算符來實(shí)現(xiàn)，也可以用C51庫自帶的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

移位運(yùn)算符

循環(huán)移位函數(shù)

注意：循環(huán)移位函數(shù)_crol_()和_cror_()包含在intrins.h頭文件中，因此如果在程序中要用到這類函數(shù)，就必須在程序的開頭處包含intrins.h這個(gè)頭文件。由于用到的發(fā)光二極管較多，每個(gè)發(fā)光二極管都需要限流電阻，硬件電路會(huì)顯得比較復(fù)雜，所以這里使用了排阻。排阻，就是若干個(gè)參數(shù)完全相同的電阻，它們的一個(gè)引腳都連到一起，作為公共引腳，其余引腳正常引出。如果一個(gè)排阻是由n個(gè)電阻構(gòu)成的，那么它就有n+1個(gè)引腳，一般來說最左邊的那個(gè)是公共引腳。它在排阻上一般用一個(gè)色點(diǎn)標(biāo)出來。

直插式排阻貼片式排阻☆排阻一般用在數(shù)字電路上，比如作為某個(gè)并行口的上拉或者下拉電阻用。使用排阻比用若干只固定電阻更方便。3．任務(wù)設(shè)計(jì)（1）器件的選擇器件清單器件名稱數(shù)量（只）AT89C52112MHz晶體122pF瓷片電容222uF電解電容110kΩ電阻1560Ω×8排阻1發(fā)光二極管LED8（2）硬件原理圖設(shè)計(jì)（3）軟件程序設(shè)計(jì)#include<reg52.h>//宏定義，52單片機(jī)頭文件#include<intrins.h>//包含_crol_、_cror_函數(shù)所在的頭文件#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar

//延時(shí)子函數(shù)voidDelay(unsignedintt){while(--t);}//主函數(shù)，循環(huán)點(diǎn)亮LED燈voidmain(){uchark,recy;while(1)//大循環(huán){recy=0xfe;for(k=1;k<=8;k++)//8只LED燈從P1.0到P1.7逐個(gè)點(diǎn)亮

{P1=recy;//先點(diǎn)亮P1.0的LED燈

Delay(50000);//延時(shí)一段時(shí)間

recy=_crol_(recy,1);//將recy循環(huán)左移1位后再賦給recy}

recy=0xfe;for(k=1;k<=8;k++)//8只LED燈從P1.0到P1.7依次全部點(diǎn)亮

{P1=recy;Delay(50000);recy=recy<<1;//將recy左移1位后再賦給recy}P1=0xff;//全部熄滅

Delay(50000);recy=0x7f;for(k=1;k<=8;k++)//8只LED燈從P1.7到P1.0逐個(gè)點(diǎn)亮

{P1=recy;//先點(diǎn)亮P1.7的LED燈

Delay(50000);recy=_cror_(recy,1);//將recy循環(huán)右移1位后再賦給recy}recy=0x7f;for(k=1;k<=8;k++)//8只LED燈從P1.7到P1.0依次全部點(diǎn)亮

{P1=recy;Delay(50000);recy=recy>>1;//將recy右移1位后再賦給recy}P1=0xff;//全部熄滅

Delay(50000);}}（4）軟硬件聯(lián)合調(diào)試將編寫的程序在KeilC51中編譯成*.hex后調(diào)入Proteus硬件電路圖的AT89C52中運(yùn)行，八只LED燈從P1.0到P1.7逐個(gè)點(diǎn)亮，接下來再從P1.0到P1.7依次全部點(diǎn)亮，然后全部熄滅后又從P1.7到P1.0逐個(gè)點(diǎn)亮，最后再從P1.7到P1.0依次全部點(diǎn)亮，如此反復(fù)形成流水燈。項(xiàng)目拓展STC89C52實(shí)驗(yàn)板彩燈的花式控制

在任務(wù)4.2中設(shè)計(jì)的流水燈為八個(gè)LED按一個(gè)方向循環(huán)點(diǎn)亮，此外我們還可以通過編程控制LED燈，使它以我們想要的各種方式點(diǎn)亮，而且LED燈點(diǎn)亮頻率可以通過改變延時(shí)時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。下面編寫程序控制實(shí)驗(yàn)板上的八個(gè)LED燈按照不同花式循環(huán)點(diǎn)亮。

（1）實(shí)驗(yàn)板8個(gè)LED燈電路如圖所示。RP1為390歐姆排阻；J9為插針，用于連接需要使用的I/O口，此處用杜邦線連接單片機(jī)的P1口。（2）編寫程序，控制八個(gè)LED燈使其以1s左右的時(shí)間間隔按不同形式循環(huán)點(diǎn)亮。//宏定義#include<reg52.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharvoiddelay(uint);//聲明延時(shí)函數(shù)uinta;//定義循環(huán)用變量//定義循環(huán)用數(shù)據(jù)表格ucharcodetable[]={0xff,//全滅0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f,//從第0位到第7位依次逐個(gè)點(diǎn)亮0xfe,0xfc,0xf8,0xf0,0xe0,0xc0,0x80,0x00,//從第0位到第7位/依次全部點(diǎn)亮0x80,0xc0,0xe0,0xf0,0xf8,0xfc,0xfe,0xff,//從第7位到第0位依次全部熄滅0x7e,0xbd,0xdb,0xe7,0xe7,0xdb,0xbd,0x7e,//分別從第7位和第0位向中間靠攏逐個(gè)點(diǎn)亮//然后從中間向兩邊分散逐個(gè)點(diǎn)亮0x7e,0x3c,0x18,0x00,0x00,0x18,0x3c,0x7e,//分別從第7位和第0位向中間靠攏全部點(diǎn)亮，//然后從中間向兩邊分散熄滅0x00//全亮};//定義循環(huán)用數(shù)據(jù)表格//延時(shí)子函數(shù)，通過time值改變延時(shí)時(shí)間voiddelay(uinttime){uinti,j;for(i=time;i>0;i--)for(j=110;j>0;j--);}//*************************************************************************//主函數(shù)，循環(huán)點(diǎn)亮LED燈voidmain(){while(1){for(a=0;a<42;a++){P1=table[a];//以a做索引號(hào)，從數(shù)組中取值送給P1口

delay(1000);//調(diào)用延時(shí)子程序，晶振頻率12MHz時(shí)，延時(shí)約1s }}}//*************************************************************************分析：這個(gè)程序中，根據(jù)LED燈點(diǎn)亮的方式，將需要送向P1口的數(shù)據(jù)預(yù)先存放到數(shù)組中，程序運(yùn)行中，只要按照順序?qū)⑦@些數(shù)組元素送向P1口，就可以實(shí)現(xiàn)不同花式的彩燈。數(shù)組定義時(shí)，寫“code”的含義是告訴單片機(jī)，定義的數(shù)組要放在ROM（程序存儲(chǔ)區(qū)）里面，寫后就不能再更改。程序可以簡單的分為code（程序）區(qū)和data（數(shù)據(jù)）區(qū)，code區(qū)在運(yùn)行的時(shí)候是不可以更改的，data區(qū)放全局變量和臨時(shí)變量，是要不斷改變的，CPU從code區(qū)讀取指令，對(duì)data區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。由于單片機(jī)上的RAM區(qū)很小，而ROM區(qū)相對(duì)來說比較大，當(dāng)需要定義的數(shù)據(jù)太多時(shí)，會(huì)存在RAM區(qū)放不下的情況。所以編寫程序時(shí)，對(duì)于那些在程序運(yùn)行中一直不變的數(shù)據(jù)，可在數(shù)據(jù)類型名和變量名之間加上“code”，這樣數(shù)據(jù)就會(huì)被存放到ROM區(qū)，節(jié)省了RAM區(qū)的空間。注意：在單片機(jī)編程中，要根據(jù)變量的取值范圍，合理的定義變量的數(shù)據(jù)類型，節(jié)省RAM區(qū)。（3）將調(diào)試通過的程序下載到實(shí)驗(yàn)板觀察效果，實(shí)驗(yàn)板上的單片機(jī)為STC89C52，可直接使用STC-ISP下載軟件將程序燒寫到單片機(jī)上。STC-ISP的打開界面如圖所示。按照界面中操作步驟，依次選取單片機(jī)型號(hào)、打開HEX文件、選擇串口、點(diǎn)擊下載就可以將程序下載到單片機(jī)中。注意：

STC單片機(jī)下載時(shí)必須進(jìn)行冷啟動(dòng)，即在點(diǎn)擊“下載”之前實(shí)驗(yàn)板電源是關(guān)閉的，點(diǎn)擊下載按鈕后，大概2秒鐘，打開實(shí)驗(yàn)板電源，出現(xiàn)藍(lán)色進(jìn)展條并有提示音表示下載成功。項(xiàng)目小結(jié)本項(xiàng)目主要介紹了MCS-51系列單片機(jī)I/O口的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和應(yīng)用，通過兩個(gè)任務(wù)實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對(duì)單個(gè)LED閃爍和多個(gè)LED循環(huán)點(diǎn)亮的控制。MCS-51系列單片機(jī)有4個(gè)8位的并行I/O接口：P0、P1、P2和P3口。對(duì)于P0口要注意其內(nèi)部沒有上拉電阻，所以在硬件設(shè)計(jì)中要給P0口外接上拉電阻，以保證P0口可以輸出高電平。P1口是唯一一個(gè)只有輸入/輸出功能的I/O口。P0口和P2口當(dāng)有外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，作為數(shù)據(jù)/地址分時(shí)復(fù)用口。P3口的每個(gè)引腳都具有第二功能。對(duì)于單片機(jī)的編程，離不開對(duì)特殊功能寄存器的操作，所以在程序中一定要有包含對(duì)特殊功能寄存器聲明的頭文件。

項(xiàng)目5

定時(shí)器與脈沖計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)了解單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的組成。掌握單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理和功能運(yùn)用方法。掌握單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初始化方法。掌握定時(shí)器的設(shè)計(jì)方法。掌握脈沖計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方法。能獨(dú)立分析和解決硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)中的問題。能利用團(tuán)隊(duì)的力量完成任務(wù)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神。學(xué)習(xí)目標(biāo)敘述單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器4種工作方式的工作原理；敘述單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初始化方法；設(shè)計(jì)定時(shí)器的工作程序；設(shè)計(jì)脈沖計(jì)數(shù)器的電路和工作程序。工作任務(wù)任務(wù)5.1定時(shí)器的設(shè)計(jì)項(xiàng)目5

定時(shí)器與脈沖計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)任務(wù)5.2脈沖計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)項(xiàng)目拓展STC89C52實(shí)驗(yàn)板分頻器的設(shè)計(jì)項(xiàng)目小結(jié)

單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)

實(shí)質(zhì)是加1計(jì)數(shù)器（高8位、低8位）；5.1.1MCS-51單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器的原理工作方式控制寄存器TMOD，工作方式設(shè)置；定時(shí)器控制寄存器TCON，啟動(dòng)、停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。任務(wù)5.1定時(shí)器的設(shè)計(jì)TMOD中，各有一個(gè)控制位（C／T），分別用于控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1工作在定時(shí)器方式還是計(jì)數(shù)器方式。

定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作原理計(jì)數(shù)功能----計(jì)數(shù)脈沖來自相應(yīng)的外部輸入引腳，T0為P3.4，T1為P3.5。定時(shí)功能----計(jì)數(shù)輸入信號(hào)是內(nèi)部時(shí)鐘脈沖，每個(gè)機(jī)器周期使寄存器的值加1。所以，計(jì)數(shù)頻率是振蕩頻率的1/12。

定時(shí)模式，對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)定時(shí)時(shí)間T＝計(jì)數(shù)值NxT機(jī)計(jì)數(shù)模式，對(duì)外部事件脈沖計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)脈沖周期要大于2T機(jī)計(jì)數(shù)值：溢出時(shí)計(jì)數(shù)器值－計(jì)數(shù)初值。

計(jì)數(shù)器全1時(shí)，再輸入1個(gè)脈沖就回零，并發(fā)生

溢出（TCON中TF0或TF1置1）。

計(jì)數(shù)器脈沖來源：

振蕩器脈沖經(jīng)過12分頻T0或T1引腳的外部脈沖1.工作方式控制寄存器TMOD

T1控制T0控制M0