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1、单片机技术项目教程,主编 徐萍 机械工业出版社,目 录,绪论 项目一 蜂鸣器的单片机控制 项目二 8位流水灯的单片机控制 项目三 1位数字、符号显示控制 项目四 2位数字、符号显示控制 项目五 4路数字显示抢答器控制 项目六 60秒倒计时控制 项目七 程序存储器的扩展 项目八 数据存储器的扩展 项目九 交通信号灯模拟控制 项目十 4位LED时钟显示控制 项目十一 单片机的串行通讯 项目十二 室内温度采集及显示系统,绪 论,世界上第一台计算机于1946年问世后，在相当长的时间内，计算机技术都是以提高计算机的计算速度和处理能力为目标而发展的。随着单片机的出现，使计算机进入到智能化控制领域，从此，计
2、算机技术在两个重要领域通用计算机领域和嵌入式计算机领域都得到了极其重要的发展,并正在深深地改变着我们的社会。,一、认识单片机,观察霓虹灯控制的实物焊接图,从图中可以看到实现控制需要的所有元件及其连接方式，除了常用的电阻器、电容器、发光二极管、按键外，还有一只电子芯片AT89C51，编写的控制程序存储在芯片中。单片机芯片即能存储程序又能执行程序，即能输出控制信号又能接收外界的信号，具有了计算机的基本功能。 单片机就是把中央处理器CPU(Central Processing Unit)、数据存储器 RAM(Random Access Memory)、程序存储器ROM(Read Only Memor
3、y)、定时/计数器以及I/O(Input/Output)接口电路等主要功能部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。,二、单片机的发展概况,1970年微处理器研制成功之后，随后就出现了单片机。 第一阶段（1974-1978）：单片机初级阶段。 第二阶段（1978-1982）：低性能单片机阶段。 第三阶段（1982-1990）：高性能单片机阶段。 第四阶段（1990-现在）：8位单片机巩固发展及16位、32位单片机推出阶段。,三、单片机的硬件结构和软件环境 1. MCS-51系列单片机结构及组成,2. 单片机引脚分配 MCS-51系列单片机芯片共有40根引脚，采用双列直插的封装形式，引脚按功能可
4、以分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。,3. MCS-51存储器的结构 MCS-51的存储器在物理结构上分为程序存储器（ROM）空间和数据存储器（RAM）空间，根据位置不同共有四个存储空间：片内程序存储器和片外程序存储器空间、片内数据存储器和片外数据存储器空间，这种程序存储器和数据存储器分开的结构形式，称为哈佛结构。如果从逻辑结构的角度，MCS-51存储器地址空间又可分为三类.,4. 并行I/O口电路 MCS-51单片机有四个8位并行I/O端口，称为P0,P1,P2和P3口。每个端口都是8位准双向口，共占32只引脚。每一条I/O线都能独立的用作输入和输出。每个端口都还包括一个锁存器（即特殊
5、功能寄存器P0P3），一个输出驱动器和输入缓冲器。做输出时数据可以锁存，做输入时数据可以缓冲，但这四个通道的功能并不完全相同。在无片外扩展存储器的系统中，这四个端口都可以作为准双向I/O口使用。在扩展了片外存储器的系统中，P2口送出高8位地址；P0口作为双向总线，分时送出低8位地址并完成数据的输入/输出。,5. MCS51单片机的指令系统 指令是CPU根据人的意图来执行某种操作的命令。一个单片机所能执行的全部指令的集合称为这个单片机的指令系统。指令系统的功能强弱在很大程度上决定了这种单片机智能的高低。MCS-51单片机指令系统功能很强大，例如，它有乘、除法指令，丰富的条件转移类指令等，并且使用
6、方便、灵活。 MCS-51单片机指令系统由111条指令组成，可分为五大类，分别是：数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算及移位指令、控制转移指令和位操作指令（或布尔操作指令）。,四、常见单片机的产品型号及发展趋势 表1 常见单片机产品功能对照表,纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有： 1. 低功耗CMOS化 MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。 2. 微型单片化 现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储
7、(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行接口和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)技术，有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就更强大。 3. 主流与多品种共存 虽然现在单片机的品种繁多且各具特色，但目前以80C51为核心的单片机仍占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS、ATMEL和中国台湾的Winbond系列单片机。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，近年中国台湾的HOLTEK公司的单片机产量也与
8、日俱增，以其低价质优的优势，占据了一定的市场份额，此外还有MOTOROLA公司及日本几大公司的专用单片机等。在一定的时期内，这种情形将继续延续，不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。,五、单片机的应用 单片机作为目前应用比较典型的嵌入式控制系统，推动了嵌入式系统的发展。又由于它具有良好的控制性能、体积小、性价比高、配置形式丰富，在各种领域都获得了极为广泛的应用。 1、单片机在家用电器中的应用 家用电器诸如电视机、录像机、洗衣机、电风扇和空调机等已普遍采用了单片机或专用单片机集成电路控制器。随着家用电器功能的日趋复杂化和节能化，单片机在家用电器中的应用前景
9、将更加广阔。 2、单片机在机电一体化中的应用 机电一体化是机械工业发展的方向。单片机的出现促进了机电一体化技术的发展，它作为机电产品中的控制器，大大强化了机器的功能，提高了机器的自动化、智能化程度。 3、单片机在仪器仪表中的应用 仪器仪表是单片机广泛应用的领域。目前常将具有单片机的仪器仪表称为智能仪表，智能仪器仪表最主要的特点是提高了测量精度和测量速度，改善了人-机界面，简化了操作。 4、单片机的实时测控系统中的应用 在工业控制系统中，单片机被广泛地应用于各种实时检测与控制系统中.,六、本课程的任务和教学要求,本书以项目教学的方式，通过具体的实例介绍了单片机的硬件电路设计、指令系统及程序编写，
10、还对单片机系统开发应用的工具及步骤进行了详细的分析。 作为教材，建议以实验或者现场演练为主。学校可以根据自身的实验条件，对理论和实践课时酌情分配处理。,回首页,项目一：蜂鸣器的鸣叫控制,项目目标 项目任务 项目分析 项目实施 知识点链接 项目测试 项目评估,回首页,项目目标 通过单片机控制蜂鸣器鸣叫，学会分析单片机最小系统的电路结构及各部分的功能，初步学习汇编程序的分析方法，并能熟练运用MOV、LJMP、SETB、CPL、DJNZ、LCALL、RET基本指令。,返回,项目任务 要求应用AT89C51芯片，控制一只蜂鸣器发声。设计单片机控制电路并编程实现此操作。 项目分析 本项目是单片机最小系统
11、的简单应用。设计一个单片机的最小系统，利用P1.0引脚输出电位的变化，控制蜂鸣器的鸣叫，P1.0引脚的电位变化可以通过指令来控制。,返回,项目实施,一、硬件电路设计 二、 控制程序的编写 三、程序仿真与调试,返回,一、硬件电路设计,在单片机应用中，首先应考虑硬件电路的设计，控制程序的编写和电路结构是对应的。 （一）设计思路 使用AT89C51单片机芯片（含片内程序存储器），外加振荡电路、复位电路、控制电路、电源，组成一个单片机最小系统。 对于电磁式蜂鸣器，其发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的，因此需要一定的电流才能驱动它。单片机IO引脚输出电流较小，单片机输出的T
12、TL电平基本上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大的电路-三极管进行电流放大。利用蜂鸣器的工作特点，结合单片机P1口P1.0引脚输出信号的状态，可以实现蜂鸣器的单片机控制。,（二）电路设计 选用的AT89C51芯片共有40个引脚，采用双列直插式封装形式。,1、主电源电路 Vcc（40脚）：接+5V电源又称电源引脚； Vss（20脚）：接电源负端又称接地引脚。 2、时钟电路 XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚） 3、复位电路 RST/VPD（9脚）为复用引脚，其中RST为复位操作。 4、控制电路 EA /VPP引脚接高电位，表示读片内程序。 5、蜂鸣器控制电路,2、时钟电路 MCS-5
13、1单片机时钟信号的提供有两种方式：内部方式和外部方式。,内部方式如a图所示：外接石英晶体和微调电容器C1、C2，和MCS-51单片机的内部电路构成一个完整的振荡器，震荡频率和石英晶体的振荡频率相同。 当使用外部信号源为MCS-51提供时钟信号时，如b 、c图所示。,3、复位电路 复位是单片机的初始化操作，使CPU以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。,复位有上电自动复位电路和按键复位电路两种。 上电自动复位（a）是利用复位电路电容充放电来实现的；而按键手动复位（b）是通过使RST端经电阻器R1与电源VCC接通而实现的，它兼具自动复位功能。,执行一次复位后，内部各寄存器
14、的状态如表2所示，内部数据存储器（RAM）中的数据保持不变。 表2 复位后各寄存器状态（表示取值不定）,4、控制电路,EA /VPP引脚为复用引脚，其中，（External Access）是访问程序存储器控制信号。当为高电平时，CPU访问片内程序存储器，即从片内ROM中取指令并执行，但当程序计数器PC值超过0FFFH（4KB）时，CPU将自动转向外部ROM的1FFFHFFFFH（高60KB）中取指令。当为低电平时，CPU仅访问外部程序存储器。VPP是编程电源输入，在对E2PROM型单片机进行编程时，此端加5V的编程电压。,5、蜂鸣器控制电路,蜂鸣器的正极接到电源正极，负极与晶体管的发射极相连。
15、当晶体管导通时，蜂鸣器负极通过晶体管接地，蜂鸣器就工作（鸣叫）。晶体管是否导通取决于基极电位，若基极电位为低电位（0），则晶体管导通；若基极电位为高电位（1），则晶体管截至。晶体管的基极通过10k的电阻与单片机芯片AT89C51的P1.0引脚连接，因此可以通过控制P1.0引脚的输出信号来控制晶体管的通断。,综合以上的分析，得到下图所示电路原理图。,（三）材料表 从原理图可以得到实现本项目所需的元器件。元器件的选择应该合理，以满足功能要求为原则，否则会造成资源的浪费。,二、 控制程序的编写 （一）绘制程序流程图 本控制使用简单程序设计中的顺序结构形式实现，程序结构流程图如下图。,（二）编制汇编源
16、程序,2、程序执行过程,ORG 0000H LJMP MAIN1 ORG 0100H MAIN1：SETB P1.0 LCALL DELAY CPL P1.0 LJMP MAIN1 DELAY: MOV R7,#228 DJNZ R7,DELAY RET END,（三）汇编指令学习,1、数据传送指令（MOV） 这类指令是数据传送指令中的一部分，指令中的源操作数和目的操作数的地址都在单片机内部数据存储器（RAM）中。下面学习一组以寄存器Rn为目的地址的指令。 汇编指令 指令功能 MOV Rn，#data 将8位立即数送入当前寄存器组的 Rn寄存器 MOV Rn， A 将累加器A中的内容送入当前寄存 器组的Rn寄存器中 MOV Rn，direct 将直接地址单元中的内容送入当 前寄存器组的Rn寄
