单片机系统设计与制作1

《单片机系统设计与制作1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机系统设计与制作1（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、单片机系统设计与制作,主讲：张伟 张杰,情景一 单片机开关状态检测装置,情景描述 通过分析一个简单单片机系统（开关状态检测装置）的工作过程，达到如下目标： 掌握MCS51单片机的内部组成及各部分的功能 掌握MCS51单片机的管脚定义及其使用 掌握MCS51单片机的端口结构及其使用 掌握MCS51单片机的存储器结构 理解MCS51单片机的工作方式及工作时序 掌握MCS51单片机的指令及其使用方法 掌握MCS51端口简单控制的软硬件实现方法 学习和使用proteus仿真软件的使用方法 学习和使用Keil软件编写汇编程序以及运行程序的方法,情景一 单片机开关状态检测装置,1.1 任务1：用单片机点亮

2、LED,1.1.1 任务书 1、功能要求：使8个发光二极管闪烁（同时点亮、熄灭）。 2、硬件要求：单片机芯片采用AT89C51。 3、任务提交：在Keil uVision中完成程序设计；在Protues中完成电路设计。,1.1 任务1：用单片机点亮LED,1.1 任务1：用单片机点亮LED,1、在Protues中画出电路 2、设置Keil uvision，使之与Proteus联动 3、在Keil uvision中建立工程并录入程序 4、运行程序，让发光二极管闪烁起来 5、了解系统的工作过程,ORG 0 LJMP MAIN ORG 30H MAIN: MOV P1,#0 NOP NOP MOV

3、P1,#0FFH NOP NOP LJMP MAIN END MAIN,知识包,硬件知识 软件知识,硬件知识-（一）at89c51引脚及内部结构,CPU AT89C51,时钟电路,复位电路,显示电路,1、AT89C51的引脚定义,(1) 电源类引脚： VCC （40脚）：5V输入 VSS （20脚）：接地端 (2) 控制信号引脚： RST/VPD（9脚）：复位输入/备电输入 ALE/ PROG （30脚）：地址锁存输出/编程脉冲输入 PSEN （29脚）：外部程序存储器选通信号输出端 EA/VPP（31脚）：访问内外部程序存储器控制信号/编程电压输入端 （3） 时钟振荡电路引脚 XTAL1（1

4、9脚）和XTAL2（18脚）：时钟电路连接端。 （4） 并行I/O端口 P0口（3239脚）：是一个8双向I/O口。在访问外部存储器时，分时提供低8位地址并用作8位双向数据总线。 P1口（18脚）：是一个8位准双向I/O。 P2口（2128脚）：是一个8位准双向I/O口。在访问外部存储器时，提供高8位地址。在对片内EPROM进行编程和检验时，P2口用于接收高8位地址和控制信号。 P3口（1017脚）：是一个8位准双向I/O口。在系统中，这8个引脚都有各自的第二功能。,AT89C51的内部结构,（二）时钟电路,（三）复位电路1、复位状态,复位电路如图128所示。单片机复位信号RST /VPD经片

5、内斯密特触发器（脉冲整形及滤除噪声）与片内复位电路相联。 RST /VPD复位端保持24个时钟周期的高电平后。完成内部复位。复位后片内寄存器的状态如下： PC 0000H TCON 00H ACC 00H TH0 00H B 00H TL0 00H PSW 00H TH1 00H SP 07H TL1 00H DPTR 0000H SCON 00H P0P3 FFH SBUF 不确定 IP XX000000 IE 0XX00000 TMOD 00H PCON,复位不影响内RAM低128单元中的数据。,2、复位方式,（四）显示电路,P1口作为通用输出,P1口作为通用输出即任务一的显示电路采用的方

6、式，在这种方式下，输出驱动电路的场效应管接通锁存器端的输出通路。在输出级内部由作阻性元件使用的场效应晶体管（FET）组成的上拉电阻，因此P1口在作为通用输出口使用时不需要外接上拉电阻。,P1口作为通用输入,当P1口作为一般输入口使用时，应区分读引脚和读锁存器两种情况。 但在有些情况下，如果仍然采用读引脚方式就会读到错误数据。如果先向P1.X管脚输出一个高电平，然后立即读取该管脚的状态，得到的却是一个低电平。这时由于外接的晶体管导通，其be结把P1.X引脚嵌位到低电平上。显然在这个情况下就不能再来读取管脚状态，为了能够适应“读-修改-写”操作的需要，在P1口的口电路中另外设置了读取锁存器的输入通

7、道，在“读锁存器”信号的控制下可以直接读取锁存器的Q端的状态，从而避免了这类错误。 还应指出，P1口在作为一般输入口使用时在读取管脚之前还应向锁存器写入“1”，使上下两个场效应管均处于截止状态，使外接的状态不受内部信号的影响，然后再来读取。这也是被称为准双向口的原因。,软件知识-（一）存储器基础,1）存储器的常用单位及术语 位（Bit） 计算机中最基本和最小的数据单位。 字节（Byte） 1Byte=8Bit。 字（Word） ！Word=2Byte=16Bit 字长 字长是指计算机能一次处理二进制数码位数的大小。如MCS-51单片机是8位机，现在的32位机，64位机等。 2）存储器的主要参数

8、 存储容量 ：在微型计算机中，数据的存放都是以字节为单位的。所以，往往用字节来表示存储器的存储容量。如：某存储器有1024个存储单元，可以存储1024个字节的数据，这1024个字节称为1KB（写成1KB=1024B），通常就称该存储器的存储容量是1KB。这样的存储单位还有MB、GB和TB ，它们之间的数量关系为： 1KB=1024B 1MB=1024KB 读写周期 读写周期是指内部存储器从接收到由CPU送来的要寻找的存储单元地址开始，到读出（取出）或写入（存入）1个字节数据所需要的时间。 功耗 存储器芯片的功耗可分为工作功耗和维持功耗。功耗的单位一般用mW/芯片来表示。 3）存储器的编址方式

9、微型计算机中存储器的组织结构有两种类型：一种是程序存储器和数据存储器共用一个存储空间，统一编址，属于Von Neumann结构（即冯诺依曼结构）；另一种是程序存储器和数据存储器互相分离，分开编址，属于Haward结构（哈佛结构）。MCS51采用的是哈佛结构。,(二） MCS-51的存储结构,(三）、程序存储器及其使用,程序存储器用于存放程序及表格常数。AT89C51有4KB内部程序存储器，编址为0000H0FFFH。当需要扩展时，外部程序存储器从1000H开始编址，这种内、外存储器统一编址的方式，是为了便于程序的连续执行。其内、外ROM的选择，是由控制信号来控制。 表11 系统复位和中断入口地

10、址,外部中断0（,外部中断1（,程序在程序存储器中的存放,LOC OBJ LINE SOURCE 0000 1 ORG 0000H 0000 020030 2 LJMP MAIN 0030 3 ORG 0030H 0030 759000 4 MAIN: MOV P1,#0 0033 00 5 NOP 0034 00 6 NOP 0035 7590FF 7 MOV P1,#0FFH 0038 00 8 NOP 0039 00 9 NOP 003A 020030 10 LJMP MAIN 11 END MAIN,（四）剖析程序执行过程,1）CPU的时序 时序就是研究CPU在执行指令时所需控制信号的

11、时间顺序。有两类。一类用于片内各功能部件的控制；另一类用于片外的存储器或扩展的I/O端口的控制， （1）时序单位 时钟周期P 时钟周期又称振荡周期或拍，由单片机内部的振荡电路OSC产生，是MCS-51单片机中最小的时序单位。 状态周期S 连续的两个振荡脉冲被称为一个状态。即1个状态周期=2个时钟周期。通常把一个状态的前后两个振荡脉冲用P1、P2来表示。 机器周期 通常把单片机完成某种基本操作所需要的时间称为一个机器周期。一个机器周期由6个状态（12个振荡脉冲）组成，分别用S1S6来表示。这样，一个机器周期中的12个振荡周期就可以表示为S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、S6P2。 指令周期

12、 简单地说，指令周期就是执行一条指令所需要的时间。指令周期是时序中最大的时间单位，由于不同的指令执行所需要的时间长短不同，因此通常就以指令消耗的机器周期的多少为依据。按照这个标准，MCS-51单片机的指令可分为单机器周期指令，双机器周期指令和四机器周期指令3种。,2）MCS-51指令时序,3）剖析程序执行过程,程序存储器地址 机器码 源程序 0000 ORG 0 0000 020030 LJMP MAIN 0030 ORG 30H 0030 759000 MAIN: MOV P1,#0 0033 00 NOP 0034 00 NOP 0035 7590FF MOV P1,#0FFH 0038

13、00 NOP 0039 00 NOP 003A 020030 LJMP MAIN END MAIN （1）程序执行准备：系统上电，时钟电路工作，产生系统需要的时钟信号。在复位电路的控制下，复位信号有效，使系统复位，P0P3口输出高电平，PC为0000H送往程序地址寄存器，指向片内程序存储器的0000H单元。这里要注意，PC具有自动加1功能，当完成取操作码动作后会自动加1。 （2）LJMP MAIN指令的执行过程 （3）MOV P1，#00H指令的执行过程 (4）NOP指令的执行过程,1.1.4 实训1：用单片机点亮LED,1.1.4.1 实训要求 1、实训名称：用单片机点亮LED。 2、功能要

14、求：使8个发光二极管闪烁（同时点亮、熄灭）。 3、硬件要求：单片机芯片采用AT89C51，LED采用一般发光二极管；要求分别用P0口、P2口和P3口实现。 4、实训提交：在Keil uVision中完成程序设计并提交工程文件电子档；在Proteus中完成电路设计并提交工程文件电子档,实训报告要求,1、实训任务 2、实训步骤 3、电路设计（过程+电路图） 4、软件设计（过程+程序清单） 5、工作过程分析（若有故障，要求分析并提出解决办法） 6、简述对51单片机的认识,P0结构及其使用,P0结构及其使用,P0口作为通用I/O口使用 P0口作为通用输出 P0口作为通用输出时，内部的控制信号为低电平，

15、封锁与门，将输出驱动电路的上拉场效应管截止，同时使多路转接开关MUX接通锁存器端的输出通路。输出锁存器在CP脉冲的配合下将内部总线传来的信息反映到输出端并锁存。从图1-14不难看出，若向管脚写入“1”时，为“0”，下面的场效应管FET2也截止，此时输出脚呈现高阻状态，并不能向外部输出高电平。显然，若要使管脚能输出正确的电平必须外接上拉电阻，即在输出管脚与+5V电源之间外接一个适当的电阻（比如10K）。 P0口作为通用输入 当P0口作为一般输入口使用时，应区分读引脚和读锁存器两种情况。P0口在作为一般输入口使用时在读取管脚之前也应向锁存器写入“1”，使上下两个场效应管均处于截止状态，使外接的状态不受内部信号的影响，然后再来读取。 P0口作为地址/数据总线使用 此时内部的控制信号为高电平，使得MUX接到了上档位置，