【新编】单片机最小工作系统构建概述

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1、 单片机技术与应用 知识归纳 练习题 项目导读 任务二 彩灯闪烁控制 项目小结 任务一 认识单片机 项目一 单片机最小工作系统构建 单片机技术与应用 项目目标导读 学习 目标 技能 目标 掌握51系列单片机常 用引脚及功能 了解常用型号单片机 的特点 掌握单片机的内部结 构 熟悉单片机应用系统 的开发流程 熟练掌握单片机开发 环境的使用 能识别不同类型的单片 机芯片 熟练操作Keil软件 进 行程序的编写和调试 熟练操作Proteus软件 会选择元器件 绘制单 片机硬件原理图 能正确使用汇编指令编 写简单程序 能根据任务要求构建单 片机最小工作系统 单片机技术与应用 1 单片机概念的理解和引脚

2、的应用方法 2 单片机最小工作系统的组成 3 汇编指令的格式 编程方法 4 单片机应用系统的开发流程 知识教学点 项目目标导读 方法切入点 1 利用网上的资料 图片和实际单片机应用案例进行演示 便于学生对单片机概念的理解 2 采用 项目引导 任务驱动 教学做合一 的教学方式 通过实际项目的分析和实施 结合Keil和Proteus软件的 使用 了解单片机电子产品实际的开发流程 参考学时 10学时 12学时 单片机技术与应用 任务一 认识单片机 任务导入 在日常生活中 像手机 电话机 洗衣机 电冰箱 空调 机 彩电 玩具 电子表 电子秤 MP3 MP4 数码相机 录音笔 汽车防盗器等常用设备 给我

3、们带来了许多方便 和生活情趣 可你了解在这些设备中发挥主要作用的单片机 吗 单片机因将计算机的主要组成部分集成在一块芯片上而 得名 如图1 1所示为单片机芯片的外型结构 别看它体积很 小 有了它 可以使我们的生活更加丰富多彩 图1 1 单片机芯片外型图 单片机技术与应用 任务一 认识单片机 任务分析 要想了解单片机的控制作用 必须先认识单片机 熟悉单 片机的基本结构及功能 利用单片机集成开发环境 可以更 加直观地模拟仿真单片机的工作过程 现在就让我们来认识 单片机 学习单片机的相关概念 单片机技术与应用 任务一 认识单片机 1 什 么 是 单 片 机 CPU 输 入 设 备 输 出 设 备 软

4、 件 系 统 微型计算机系统微型计算机系统 硬件系统 输 入 接 口 设 备 输 出 接 口 设 备 运 算 器 控 制 器 存 储 器 单片微型计算机单片微型计算机是指集成在一个芯片上的微型计算机 是指集成在一个芯片上的微型计算机 简称单片机简称单片机 单片机实质上就是一个单片机实质上就是一个芯片芯片 相关知识 单片机基本知识 单片机技术与应用 任务一 认识单片机 2 MCS 51系列单片机及其内部结构 串行通信接口 全双工 1个 ROM TXD RXD 中断系统 并行通信接口 4 8bit 定时 计数器 RAM 时 钟 电 路 CPU 总线控制 图1 2 MCS 51单片机结构框图 单片机

5、技术与应用 任务一 认识单片机 1 中央处理器CPU 8位 运算和控制功能 2 内部RAM 共256个RAM单元 用户使用前128个单元 用于 存放可读写数据 后128个单元被专用寄存器占用 3 内部ROM 4KB掩膜ROM 用于存放程序 原始数据和表格 4 定时 计数器 两个16位的定时 计数器 实现定时或计数 功能 5 并行I O口 4个8位的I O口P0 P1 P2 P3 6 串行口 一个全双工串行口 7 中断控制系统 5个中断源 外中断2个 定时 计数中断2 个 串行中断1个 8 时钟电路 可产生时钟脉冲序列 允许晶振频率6MHZ和 12MHZ 单片机技术与应用 任务一 认识单片机 近

6、几年在我国非常流行的单片机AT89C51 是在8051基础上增强了许 多特性 如由Flash 程序存储器的内容至少可以改写1000次 存储器取 带了原来的一次性写入的ROM 其性能相对于8051已经算是非常优越了 但在市场化方面 AT89C51单片机受到了PIC单片机阵营的挑战 AT89C51最致命的缺陷在于不支持ISP功能 AT89S51就是在这样的背景 下取代89C51单片机的 Atmel公司目前已经停产AT89C51单片机 将用 AT89S51单片机代替 AT89S51单片机在工艺上进行了改进 采用0 35 新工艺 成本降低 而且将功能提升 增强了竞争力 AT89SXX可以向 下兼容AT

7、89CXX等51系列芯片 表1 1是AT89系列单片机的主要分类及 功能特性 本教材主要采用AT89S51 52芯片 由于Proteus软件中不包含 AT89S51 52芯片 因此仿真时仍采用AT89C51 52芯片 单片机技术与应用 任务一 认识单片机 系 列 典型芯片I O口 定时 计 数器 中断 源 串行 通信口 片内RAM片内ROM新功能 标 准 型 AT89C5132个2x16位61128字节4K Flash Memory AT89C523x16位8256字节8K Flash Memory AT89C5532个3x16位81256字节20K Flash Memory AT89S51

8、32个 2x16位6 1 128字节4K Flash Memory Watchdog Timer AT89S523x16位8256字节8K Flash Memory 低 档 型 AT89C105115个2x16位6无64字节1K Flash Memory AT89C205115个2x16位61128字节2K Flash Memory AT89C405115个2x16位61128字节4K Flash Memory 高 档 型 AT89C51RC32个3x16位81512字节32K Flash Memory Watchdog Timer AT89C55WD32个3x16位81256字节20K Fl

9、ash Memory Watchdog Timer AT89S825232个3x16位91256字节 8K Flash Memory 2K EEPROM SPI Watchdog Timer AT89S5332个3x16位91256字节12K Flash Memory SPI Watchdog Timer 表1 1 AT89系列单片机的主要分类及功能特性 单片机技术与应用 任务一 认识单片机 3 单片机应用系统 图1 3 单片机应用系统所需软硬件设备及连接形式 单片机技术与应用 任务一 认识单片机 单片机应用系统开发制作过程 设计电 路图 制作电 路板 程序 设计 硬件软 件联调 程序 烧录

10、产品 测试 单片机开发系统 单片机仿真器 编程器 单片机技术与应用 任务一 认识单片机 单片机仿真器 PC机 仿真软件 并口 目标板 仿真系统联接 单片机技术与应用 任务一 认识单片机 1 汇编语言 汇编语言是最早应用于单片机开发与应用的程序语言 是一种面 向机器的低级语言 它以助记符形式表示每一条指令 51单片机的汇编指令系统包含111条指令 7种寻址方式 按照其 功能可分为数据传送类 算术运算类 逻辑运算类 控制转移类和布 尔运算类五大类 汇编语言的优点是执行速度快 代码短小精悍 且指令的执行周 期确定 2 高级语言 由于汇编语言其缺乏通用性和可读性 并且可移植性差 因此在 单片机开发过程

11、中出现了高级语言 如C语言 单片机C语言既有汇编 语言操作底层硬件的能力 又具有高级语言的许多优点 其中以Keil 公司推出的C51最为流行 本书涉及到的项目案例程序均采用汇编语言设计 4 单片机编程语言 单片机技术与应用 任务一 认识单片机 5 单片机集成开发环境 1 Keil uVision2软件 Keil uVision2系列软件是德国Keil Software公司推出的51系列兼 容单片机开发软件系统 软件支持单片机C51程序设计语言 也可以 直接进行汇编语言的设计与编译 Keil uVision2包含一个高级的编译 器 一个项目管理器和一个MAKE工具 2 嵌入式系统仿真与开发平台

12、Proteus软件 Proteus是英国Labcenter公司开发的EDA工具软件 它集合了原 理图设计 电路分析与仿真 单片机代码级调试与仿真 系统测试 与功能验证以及PCB设计完整的电子设计过程 单片机技术与应用 任务一 认识单片机 图1 4 Proteus基本结构体系图 单片机技术与应用 任务一 认识单片机 3 Kile软件和PROTEUS软件的联合仿真 Keil Vision 2与Proteus的结合方式有两种 方法一 在 Vision环境中编写程序并将其编译成 HEX 文件 而 在Proteus环境下将 HEX 文件加载到单片机中 此种方式与单片机 实际工程设计相类似 方法二 把Pr

13、oteus环境下的硬件作为虚拟的目标板硬件 Proteus 与Keil Vision 2之间通过TCP IP进行通讯 此种方法类似于 Vision 环境下的目标板仿真调试模式 在运用此种方法进行仿真前需要更改 Vision与Proteus的相关设置 本教材所有项目案例均采用方法一 返回 单片机技术与应用 任务二 彩灯闪烁控制 任务分析 在Proteus软件中用 AT89S51单片机来组成一个 简单的单片机应用系统 以 单片机的I O端口控制一个发 光二极管 LED 通过在 集成开发环境下编程和调试 程序 实现发光二极管的亮 灭以及闪烁的控制效果 图1 5 单片机控制LED灯电路 单片机技术与应

14、用 任务二 彩灯闪烁控制 1 单片机外部引脚及功能 1 AT89S51单单片机的外部引脚 AT89S51是一种低功耗 高性能CMOS8位微控制器 片内含4kB ISP In system programmable 的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器 器件 采用Ateml公司的高密度 非易失性存储技术生产 它集既可在线编程 ISP 也可用传统方法进行编程的Flash程序存储器及通用8位微处理器于单片芯片 中 Ateml公司生产的AT89S51单片机功能强大 价位低 可以应用于许多 高性价比的应用场合 可灵活应用于各种控制领域 相关知识 单片机基本结构 单片机技术与应用 任务二 彩灯

15、闪烁控制 图1 6 AT89S51单片机的外部引脚图 2 2 振荡电路 振荡电路 XTAL1XTAL1 XTAL2XTAL2 3 3 并行口 并行口 P0P0 P1P1 P2P2 P3P3 7 7 ALE ALE PROGPROG 地址锁存控制信号 地址锁存控制信号 1 1 电源线 电源线 VCC 5V VCC 5V GND GND 地地 5 5 EA EA V VPP PP 访问程序存储控制信号 访问程序存储控制信号 6 6 PSENPSEN 外部 外部ROMROM读选通信号读选通信号 4 4 复位引脚 复位引脚 RST RST V VPD PD 单片机技术与应用 任务二 彩灯闪烁控制 2

16、AT89S51单单片机的主要性能 表1 3 AT89S51单片机主要特性参数 兼容MCS 51指令系统 4kB可反复擦写 1000次 ISP Flash ROM 32个双向I O口 工作电压 4 0 5 5V 2个16位可编程定时 计数器 时钟频率 0 33MHz 全双工UART串行中断口线 128x8bit内部RAM 6个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3级加密位 看门狗 WDT 电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的ISP字节和分页编程 双数据寄存器指针 单片机技术与应用 任务二 彩灯闪烁控制 3 AT89S51单单片机的管脚功能说明 P0口 P0口是一个8位漏极开路型双向I O口 也即地址 数据总线复用口 能驱 动8个TTL逻辑门电路 在访问外部存储器时 P0口可用于分时传送低8位地 址总线和8位数据总线 在Flash编程时 P0口接收指令字节 而在程序校 验时 输出指令字节 校验时 要求外接上拉电阻 P1口 P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I O口 可驱动4个TTL逻辑门电路 Flash编程和程序校验期间 P1接收低8位地址 表1 4为P1端口引脚的第二 功