单片机最小工作系统构建概述.ppt

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1、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。,1. 单片机概念的理解和引脚的应用方法。 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.

2、 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,任务一 认识单片机,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

3、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,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。,任务一 认识单片机,1、 什 么 是 单 片 机,单片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 单片机实质上就是一个芯片,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,T

4、XD RXD,中断系统,并行通信接口 48bit,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,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

5、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,任务一 认识单片机,近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

6、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AT89CXX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）。,任务一 认识单片机,表1-1 AT89系列单片机的主要分类及功能特性,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,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

7、,硬件软件联调,程序 烧录,产品 测试,单片机开发系统 （单片机仿真器）,编程器,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:,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

8、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,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Proteus软件

9、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。,任务一 认识单片机,图1-4 Proteus基本结构体系图,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Proteus环境下的硬件作为虚拟的目标板硬件，Pro

10、teus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,任务二 彩灯闪烁控制,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,任务二 彩灯闪烁控制,1、单片机外部引脚及功能,(1) AT89S51单片机的外部引脚 AT89S51是

11、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。,任务二 彩灯闪烁控制,图1-6 AT89S51单片机的外部引脚图,2、振荡电路：XTAL1、XTAL2,3、并行口：P0、P1、P2、P3,7、ALE/ PROG：地

12、址锁存控制信号,1、电源线：VCC(+5V)、GND(地),4、复位引脚：RST/VPD,任务二 彩灯闪烁控制,(2) AT89S51单片机的主要性能,表1-3 AT89S51单片机主要特性参数,任务二 彩灯闪烁控制,(3) AT89S51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

13、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端口引脚的第二功能说明。,表1-4 P1端口引脚的第二功能表,任务二 彩灯闪烁控制, P2口： P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，在访问外部存储器时，P2口可用于高8位地址总线。能驱动4个LSTTL门。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。 P3口： P3口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0口，能驱动4个LSTTL门。P3口除了作为一般的I/O端口外，更重要的用途是它的第二功能，,表1-5 P3端口各引脚与第二功能表,任务二 彩灯闪烁控制,(4) AT89S52单片机的主要性能

14、,图1-7 AT89S52单片机的外部引脚图,AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机。它具有如下特点：40个引脚（见图1-7），8k B Flash片内程序存储器，256 B的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级(2层中断嵌套中断)，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。,任务二 彩灯闪烁控制,表1-6 AT89S52单片机主要特性参数,任务二 彩灯闪烁控制,2、单片机最小工作系统,单片机最小系统包括电源、时钟电路、复位电路、引脚这几部分。其中时钟电路为单片机工作提供基本时钟，复位电

15、路用于将单片机内部各电路的状态恢复到初始值。,图1-8 AT89S51单片机最小系统,任务二 彩灯闪烁控制,(1) 时钟电路,表1-3 AT89S51单片机主要特性参数,单片机的连接引脚,XTAL1、XTAL2 ；,连接方法,内部时钟方式,外部时钟方式,内部机器频率 F=fosc/12,C1和C2的一般取值 2030pF陶瓷电容,任务二 彩灯闪烁控制,(2) 复位电路,单片机复位的条件是：必须使RST引脚（第9引脚）加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。若时钟频率为12MHz，每机器周期为1us，则只需2us以上时间的高电平。,（a） 上电复位电路 （b） 按键复位电路 图1-10

16、 单片机常见的复位电路,任务二 彩灯闪烁控制,复位后，内部各专用寄存器状态如表1-7，其中*表示无关位。,表1-7 单片机复位状态,任务二 彩灯闪烁控制,3、单片机的存储器结构,单片机的存储器包括两大类：程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）。这里以8051单片机为代表来说明MCS-51系列单片机存储器的结构。8051单片机的存储器主要有4个物理存储空间，即内部数据存储器（IDATA区）、外部数据存储器（XDATA区）、内部程序存储器和外部程序存储器（程序存储器合称为CODE区）。,图1-11 单片机的存储器结构图,内部,外部,(PC),中断入口地址,任务二 彩灯闪烁控制,（a）ROM与 关系 （b）ROM中的特殊单元 图1-12 程序存储器结构图,(1)程序存储器,内部,外部,(2)数据存储器,RAM存储器,RAM,专用 寄存器,内部RAM存储器,工作寄存器区选择位RS0、RS1,