配套课件-单片机应用技术(第四版)1.ppt

第1章 单片机硬件系统 项目项目1 简单信号灯控制简单信号灯控制1.1 概述概述 1.2 MCS-51系列单片机结构和原理系列单片机结构和原理 1.3 并行并行I/O口电路结构口电路结构 1.4 时钟电路与复位电路时钟电路与复位电路 本章小结本章小结 习题习题1 项目项目1 简单信号灯控制简单信号灯控制1实训目的实训目的通过最简单的应用系统实例了解单片机的基本工作过程2实训设备与器件实训设备与器件(1)设备：计算机、单片机仿真器、实验板2)器件与电路：器件包括AT89C51、74LS240、8个发光二极管、8个1k电阻，电路如图1.1所示图1.1硬件电路图3实训步骤及要求实训步骤及要求(1)连接电路首先将计算机、单片机仿真器及实验板连接起来(参照图1.1)这一步是使用单片机开发系统的必需步骤然后再将AT89C51的P1口与8个发光二极管一一连接(实训电路中74LS240为反相驱动器)注意仿真器和实验板电源的正确连接2)输入源程序新建源文件，并输入源程序保存文件时，程序名后缀应为.asm，例如LED1.asm注意，源程序中分号后面的文字为说明文字，输入时可以省略机器码地址源程序ORG0000H；表示程序从地址0000H开始存放7590000000HSTART：MOVP1，#00H；点亮所有发光二极管1107 0003HACALLDELAY；延时一段时间，便于观察7590FF0005HMOV P1，#0FFH；灭掉所有发光二极管1102 0008HACALLDELAY；延时80F4 000AHSJMP START；返回，从START开始重复7BC8 000CHDELAY：MOVR3，#200；一段延时子程序7CFA000EHDEL2：MOVR4，#25000 0010HDEL1：NOP00 0011HNOPDCFC0012H DJNZR4，DEL1DBF80014HDJNZR3，DEL222 0016HRET；子程序返回END；程序结束上述程序由以下部分组成：左边两列是一组十六进制数机器码和机器码所在存储器中的地址(0000H0016H)。

机器码是计算机可以识别的语言这两列是我们写入单片机内部存储器的内容，表示的是一段程序3)对源程序进行汇编和装载在调试软件时完成以下操作：将汇编语言源程序进行汇编(Assemble)，生成十六进制文件将汇编后生成的十六进制文件装载(Load)到单片机开发系统的仿真RAM中4)运行及调试程序：运行(Execute)程序，观察实验板上8个发光二极管的亮灭状态单步运行(Step)程序，观察每一条指令运行后实验板上8个发光二极管的亮灭状态5)脱机运行程序将写好程序的AT89C51芯片插入实训电路板的相应位置(固化程序的具体操作过程可参见相应的说明书)，接上电源启动运行，观察8个发光二极管的亮灭状态4.分析与总结分析与总结(1)本项目的结果：实训电路板中的8个发光二极管按照全亮、全灭的规律不停地循环变化2)本项目所涉及的电路参见图1.1单片机芯片AT89C51的18引脚通过集成芯片74LS240(8个非门)接到8个发光二极管上，8个发光二极管的阳极在各接一个限流电阻后接+5V电源，阴极连在一起接地单片机的这8个引脚对应其内部的一个并行I/O口P1口有关P1口的具体结构在本章1.3.2小节介绍这是本实训所涉及的硬件部分。

从图1.1可见，当P1口的某个引脚为低电平时，发光二极管变亮；当P1口的某个引脚为高电平时，发光二极管熄灭这样我们可以通过向P1口写入一个8位二进制数来改变每个管脚的电平状态，而向P1口写入数据可以通过相应指令来实现程序中的第一条指令MOVP1，#00H(其中#表示其后面为常数，H表示其前面的常数为十六进制数，写成二进制形式为#00000000B，B表示二进制数)，对应机器码为75H、90H、00H，表示将00H的数据送给P1口P1口的8个管脚状态与写入数据之间的关系如下：写入数据位 D7D6D5D4D3D2D1D000000000对应P1口管脚名称P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0管脚电平状态低低低低低低低低发光二极管状态亮亮亮亮亮亮亮亮所以，在通电运行后，发光二极管会出现全亮的状态同理，当执行程序中的第三条指令MOVP1，#0FFH(即#11111111B)时，发光二极管会全灭由此可见，我们可以通过程序来完成对硬件电路的控制3)项目中，我们可以借用仿真器来调试程序，也可以事先将程序(机器码)正确地固化到一个单片机芯片(如AT89C51)中，然后把AT89C51芯片插入实验板，接上电源后发光二极管就会按照既定的规律点亮。

这说明，AT89C51中的CPU能将写入到芯片内ROM的内容依次读出，并且送入到单片机内部完成相应的功能，而这一切工作都是在单片机CPU的控制下来实现的，也就是说单片机在执行机器码4)从本项目可见，单片机芯片内部具有一定容量的片内程序存储器，也有连接外部设备的端口单片机到底都具有哪些功能？它是如何工作的？这些就是本章重点讨论的内容1.1 概概 述述1.1.1 单片机及单片机应用系统单片机及单片机应用系统1.微型计算机及微型计算机系统微型计算机及微型计算机系统微型计算机(Microcomputer)简称微机，是计算机的一个重要分类人们通常按照计算机的体积、性能和应用范围等条件，将计算机分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机等微型计算机不但具有其它计算机快速、精确、程序控制等特点，而且还具有体积小、重量轻、功耗低、价格便宜等优点个人计算机简称PC(PersonalComputer)机，是微型计算机中应用最为广泛的一种，也是近年来计算机领域中发展最快的一个分支PC机在性能和价格方面适合个人用户购买和使用，目前，它已经像普通家电一样深入到了家庭和社会生活的各个方面微型计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。

硬件系统是指构成微机系统的实体和装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成其中，运算器和控制器一般做在一个集成芯片上，统称为中央处理单元(CentralProcessingUnit，简称CPU)，是微机的核心部件CPU配上存放程序和数据的存储器、输入/输出(Input/Output，简称I/O)接口电路以及外部设备即构成微机的硬件系统软件系统是微机系统所使用的各种程序的总称人们通过它对微机进行控制并与微机系统进行信息交换，使微机按照人的意图完成预定的任务微型计算机系统组成示意图如图1.2所示图1.2微型计算机系统组成示意图下面对组成计算机的5个基本部件作简单说明1)运算器运算器是计算机的运算部件，用于实现算术和逻辑运算计算机的数据运算和处理都在这里进行2)控制器控制器是计算机的指挥控制部件，它使计算机各部分自动、协调地工作3)存储器存储器是计算机的记忆部件，用于存放程序和数据存储器分为内存储器和外存储器，同时又有RAM和ROM之分4)输入设备输入设备用于将程序和数据输入到计算机中键盘就是一种输入设备5)输出设备输出设备用于把计算机数据计算或加工的结果，以用户需要的形式显示或打印出来。

显示器、打印机等都属于输出设备通常把外存储器、输入设备和输出设备合在一起称为计算机的外部设备，简称外设2单片微型计算机单片微型计算机单片微型计算机(简称单片机)是指集成在一个芯片上的微型计算机，它的各种功能部件，如CPU(CentralProcessingUnit)、随机存取存储器RAM(RandomAccessMemory)、只读存储器ROM(Read-onlyMemory)、基本输入/输出(I/O)接口电路、定时器/计数器等都制作在一块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机，可以实现微型计算机的基本功能单片机内部结构示意图如图1.3所示图1.3单片机内部结构示意图3单片机应用系统及组成单片机应用系统及组成单片机应用系统是以单片机为核心，配以输入、输出、显示、控制等外围电路和软件，能实现一种或多种功能的实用系统与本书配套的单片机组合教具实验箱也是一个单片机的应用系统，它除了主板(单片机最小应用系统)以外，还有许多的扩展应用电路板，利用它再配以后续章节的一系列实训项目，便可以完成很多功能所以说，单片机应用系统是由硬件和软件组成的，硬件是应用系统的基础，软件则在硬件的基础上对其资源进行合理调配和使用，从而完成应用系统所要求的任务，二者相互依赖，缺一不可。

单片机应用系统的组成如图1.4所示图1.4单片机应用系统的组成单片机应用系统的设计人员必须从硬件和软件两个角度来深入了解单片机，只有将二者有机结合起来，才能形成具有特定功能的应用系统或整机产品自从1974年美国Fairchild公司研制出第一台单片机F8之后，迄今为止，单片机经历了由4位机到8位机再到16位机、32位机的发展过程单片机制造商很多，主要有美国的Intel、Motorola、Zilog、Atmel等公司目前，单片机正朝着高性能、多品种方向发展近年来，32位单片机已进入了实用阶段，但是由于8位单片机在性能价格比上占有优势，而且8位增强型单片机在速度和功能上并不逊色于16位单片机，因此在未来相当长的时期内，8位单片机仍是单片机的主流机型1.1.2 MCS-51单片机系列单片机系列1Intel公司的公司的MCS-51系列单片机系列单片机Intel公司可以说是MCS-51系列单片机的“开山鼻祖”，正是Intel公司的8031单片机开创了MCS-51单片机时代8031单片机的技术特点如下：(1)基于MCS-51核的处理器结构2)32个I/O引脚3)2个计数/定时器4)分为2个优先级的5个中断源。

5)128字节的内部数据存储器(RAM)MCS-51单片机片内的程序存储器有三种配置形式，即无ROM、掩膜ROM和EPROM这三种配置形式对应三种不同的单片机芯片(8031、8051和8751)，它们各有特点，也各有其适用场合，在使用时应根据需要进行选择一般情况下，片内带掩膜ROM的单片机适用于大批量定型产品；片内带EPROM的单片机适用于研制产品样机；片内无ROM的单片机必须外接EPROM才能工作Intel公司还推出了片内带EEPROM的单片机，可以写入程序2Atmel公司的公司的MCS-51系列单片机系列单片机1)AT89C51单片机AT89C51的资源如下：(1)4KB的内部Flash程序存储器，可实现3个级别的程序存储器保护功能2)128字节的内部数据存储器3)32个可编程I/O引脚4)2个16位计数/定时器5)5个中断源，2个优先级别6)1个可编程的串行通信口2)AT89C2051单片机AT89C2051单片机是另外一种使用非常多的单片机，因其功耗低、体积小等特点而被广大用户所选此外，AT89C2051单片机还有很多独特的结构和功能，例如具有LED驱动电路、电压比较器等AT89C2051有两种可编程的电源管理模式：空闲模式，该模式下CPU停止工作，但是RAM、计数器/定时器、串行口和中断系统仍然工作；断电模式，该模式下保存了RAM的内容，但是冻结了其它部分的内容，直至被再次重启。

AT89C2051有DIP20和SOIC20两种封装形式，其技术参数如下：(1)2KB的程序存储器，2个级别的程序存储器保护功能2)128字节的内部数据存储器3)15个可编程I/O引脚，可以作直接的LED驱动4)2个16位计数/定时器5)6个中断源，2个优先级别6)1个全双工的串行口7)片上电压比较控制器8)工作电压为2.76V3)AT89S51单片机AT89S51单片机是Atmel公司推出的一款在系统可编程(InSystemProgrammed，ISP)单片机通过相应的ISP软件，用户可对该单片机Flash程序存储器中的代码进行。