C51程序设计.doc

C51程序设计结课报告姓名：学号：班级：指导老师：完成时间： 目 录1 MCS-51系列单片机的内部结构31.1 MCS-51系列单片机内部结构31.2 MCS-51单片机外部引脚说明41.3 MCS-51型单片机存储器51.3.1 程序存储器51.3.2 MCS-51型单片机并行输入/输出接口62 Keil C51软件的使用82.1建立一个新工程82.2编写简单程序102.3调试程序122.4生成.Hex 文件143 Proteus仿真软件的使用143.1 进入 Proteus ISIS143.2 工作界面143.3 基本操作154 AT89C51的设计应用164.1 电子钟硬件设计164.2 电子钟软件设计184.3 仿真实现265结课总结261 MCS-51系列单片机的内部结构1.1 MCS-51系列单片机内部结构在功能上，MCS-51系列单片机有基本型和增强型两类，以芯片型号的末位数字来区分，“1”为基本型，“2”为增强型。如8051/8751/8031、80C51/87C51/80C31为基本型，而8052/8752/8032、80C52/87C52/80C32为增强型。MCS-51系列单片机在片内程序存储器的配置上有3种形式，即掩膜ROM、EPROM和片内无程序存储器。如在基本型中，8051内有4KB的掩膜ROM，8751内有4KB的EPROM，而8031片内无程序存储器，使用时需在单片机外部扩展程序存储器。另外，属于MCS-51系列的单片机还有8044/8744/8344，这类单片机增加了串行接口单元(SIU)，专门负责串行通信管理，使单片机的组网功能大大增强。8051单片机功能方框图（1）中央处理器CPU(8位机)：CPU由运算器和控制器组成，是单片机的核心，完成运算和控制操作。 （2）内部程序存储器(ROM)：8051单片机内有4KB掩膜ROM，主要用于存放程序、原始数据和表格等内容，因此称为内部程序存储器或片内ROM。（3）内部数据存储器(RAM)：8051单片机中共有256个RAM单元，但其中后128个单元被特殊功能寄存器(SFR)占用，可供用户用来存放可读取数据的只有前128个单元，通常把这部分单元称为内部数据存储器或片内RAM。（4）定时器/计数器：8051单片机片内有2个16位的定时器/计数器(T0、T1)，并能以其定时或计数的结果对系统进行控制。（5）并行I/O接口：8051单片机片内有4个8位并行I/O接口(P0、P1、P2、P3)。它们可双向使用，实现数据的并行输入/输出。（6）串行通信口：8051单片机片内有一个全双工的串行通信口，实现单片机和其他数据设备间的串行数据传送。该串行通信口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位寄存器使用。（7）中断控制系统：8051单片机共有5个中断源，即如下所列：1)2个外部中断源。2)2个定时器/计数器中断源。3)1个串行中断源。中断优先级分为高、低两级。（8）其他重要功能：MCS-51单片机包含了计算机系统应该具有的基本部件，实际上单片机就是一个集成在一块芯片上的微型计算机系统。 1.2 MCS-51单片机外部引脚说明 双列直插式封装(DIP)的8051单片机有40条引脚，其引脚图及逻辑符号如下图所示。1. 电源及外接晶体引脚(1)VCC(40脚)：接+5 V电源正端。(2)VSS(20脚)：接+5 V电源地端。(3)XTAL1、XTAL2：晶体振荡电路反相输入端和输出端。(4)XTAL1(19脚)：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外接晶体振荡器时，该引脚接地。(5)XTAL1(18脚)：接外部石英晶体的另一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输出端。当采用外接晶体振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。2. 输入/输出(I/O)引脚8051共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3端口，共32个引脚。P3端口还具有第二功能，用于特殊信号输入/输出和控制信号(属控制总线)。3. 控制引脚控制引脚包括ALE、RESET(即RST)等。此类引脚提供控制信号，有些引脚具有复用功能。1.3 MCS-51型单片机存储器MCS-51型单片机的存储器结构有两个重要的特点：一是把数据存储器和程序存储器严格分开；二是存储器有内外之分，其地址空间、存取指令和控制信号均有区别。MCS-51型单片机的存储器组织结构有4个物理上相互独立的空间：片内程序存储器和片外程序存储器，内部数据存储器和片外数据存储器。但从用户的角度看，实际上存在3个独立的空间。3个不同的空间用不同的指令和控制信号实现读、写功能操作。1.3.1 程序存储器MCS-51单片机具有64KB程序存储器空间的寻址能力，程序存储器用于存放用户程序、数据和表格等信息。在MCS-51系列中，不同的芯片其片内程序存储器的容量各不相同。8031和8032内部没有ROM，8051内部有4KB的ROM，8751内部有4KB的EPROM，8052内部有8KB的ROM，8752内部有8KB的EPROM。 (1)工作寄存器区(00H1FH)00H1FH共32个单元，通常作为工作寄存器区，用于临时寄存8位信息。工作寄存器区共分为4个组(0组、1组、2组和3组)，每个组都有8个寄存器，用R0R7表示。(2)位寻址区20H2FH单元是位寻址区，这16个字节的每一位均有一个位地址，共有128个位地址(168=128B)，位地址范围为00H7FH。 (3)数据缓冲区30H7FH单元为数据缓冲区，共有80个字节单元，为用户RAM区，用作堆栈或存放各种数据和中间结果，起到数据缓冲的作用。(4)特殊功能寄存器(Special Function Registers，SFR)特殊功能寄存器又称为专用寄存器，专用于控制、管理单片机内部并行I/O接口、串行口、算术逻辑部件、定时器/计数器、中断系统等功能模块的工作。用户在编程时可以置数设定，却不能自由地移作他用。1.3.2 MCS-51型单片机并行输入/输出接口MCS-51单片机有4个8位并行输入/输出(I/O)接口P0P3，共32根I/O线。这4个端口既可以并行输入或输出8位数据，又可以按位使用(每一位均可独立用作输入或输出)。这些并行端口的每1位都由端口锁存器、逻辑控制电路、输出驱动电路和输入缓冲器组成。为方便起见，常把4个端口和它的锁存器统称为P0P3。 1.P0端口结构及功能（1)P0端口的结构P0端口有8位，每1位由一个锁存器、两个三态输入缓冲器、控制电路和驱动电路组成，P0端口由8个这样的电路组成。 （2)P0端口的功能：P0端口用作通用I/O接口、P0端口用作分时复用的地址/数据总线2. P1端口结构及功能 (1)P1端口没有模拟转换开关(MUX)和输出控制电路。(2)P1端口输出驱动部分由场效应管T2与内部上拉电阻组成，因此当其某位输出高电平时，可以提供上拉电流负载，不必像P0端口那样需外接上拉电阻。当P1端口用作输入时，与P0端口一样，必须先向对应的端口锁存器写入“1”，然后再读端口引脚。由于片内负载电阻较大(约2040kW)，所以不会对输入的数据产生影响。对MCS-51子系列P1端口只有通用I/O接口一种功能，每1位接口线能独立地用作输入/输出端口。3. P2端口结构及功能（1）P2端口的结构P2端口也是准双向口，其中1位的内部结构如下图所示。（2）P2端口的功能：当P2端口作为准双向通用I/O接口用时，控制信号使转换开关MUX接向左侧，将锁存器的输出Q端经反相器与T2接通，其工作原理与P1端口相同。当单片机系统外部扩展时(如系统扩展外部存储器大于256B，在257B64KB间)，在CPU的控制下，转换开关MUX与内部地址线相接，此时P2端口可用于输出高8位地址线，与P0端口传送的低8位地址一起组成16位地址总线。由于访问外部存储器的操作是连续不断的，P2端口要不断地输出高8位地址，故此时P2端口不可能再用作通用I/O接口使用。4. P3端口结构及功能（1）P3端口的结构P3端口是一个具有双重功能的8位准双向端口，其中1位的内部结构如下图所示。P3端口比P1端口在结构上多了1个缓冲器和1个与非门，用于第二功能的输入/输出。（2）P3端口的功能P3端口是一个多功能的端口，当P3端口作为通用I/O接口时，第二功能输出为高电平，使与非门的输出取决于端口锁存器的状态，此时，P3端口是一个准双向口，其工作方式与P1、P2端口相同。2 Keil C51软件的使用Keil C51 软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一，它集编辑，编译，仿真于一体，支持汇编,PLM 语言和 C 语言的程序设计，界面友好，易学易用。进入 Keil C51 后编辑界面如图2.1。图2.1进入Keil C51后的编辑界面2.1建立一个新工程 (1)单击 Project 菜单，在弹出的下拉菜单中选中 New Project 选项图2.2 New Project 选项菜单(2)然后选择你要保存的路径,输入工程文件的名字,比如保存到 C51目录里,工程文件的名字为 C51如下图所示,然后点击保存。图2.3 工程文件保存对话框(3)这时会弹出一个对话框,要求你选择单片机的型号,你可以根据你使用的单片机来选择,keil c51 几乎支持所有的 51 核的单片机,我这里还是以大家用的比较多的 Atmel 的 89C51 来说明,如下图所示,选择 89C51之后,右边栏是对这个单片机的基本的说明,然后点击确定. 图2.4选择单片机型号对话框(4)完成上一步骤后，屏幕如下图所示图2.5工程文件界面2.2编写简单程序 (1)新建文本文档 在下图中，单击“File”菜单，再在下拉菜单中单击“New”选项，新建文件后屏幕如下图所示。图2.6新建文件操作界面此时光标在编辑窗口里闪烁，这时可以键入用户的应用程序了，但笔者建议首先保存该空白的文件，单击菜单上的“File”，在下拉菜单中选中“Save As”选单击，屏幕如下图所示，在“文件名”栏右侧的编辑框中，键入欲使用的文件名，同时，必须键入正确的扩展名。注意，如果用语言编写程序，则扩展名为(.c)；如果用汇编语言编写程序，则扩展名必须为(.asm)。然后，单击“保存”按钮。图2.7 程序文件保存对话框(2)添加程序文件到工程文件中 回到编辑界面后，单击“Target 1”前面的“”号，然后在“Source Group 1”上单击右键，弹出如下菜单 图2.8添加程序文件到工程文件菜单选中 Test.c，然后单击“Add ”屏幕好下图所示图2.9 添加程序文件后操作界面(3)编写程序 现在，请输入如下的 C 语言源程序: #include /包含文件 #include void main(void) /主函数 SCON=0x52; TMOD=0x20; TH1=0xf3; TR1=1; /此行及以上 3 行为 PRINTF函数所必须 printf(“Hello I am KEIL. n”); /打印程序执行的信息 printf(“I will be your friend.n”); while(1); 在输入上述程序时，读者已经看到了事先保存待编辑的文件的好处了吧，即 Keil c51会自动识别关键字，并以不同的颜色提示用户加以注意，这样会使用户少犯错误，有利于提高编程效率。程序输入完毕后，如下图所示图2.10程序编辑界面2.3调试程序 (1)、单击“Project”菜单，再在下拉菜单中单击“Built Target”选项（或者使用快捷键 F7）， 编译成功后， 再单击“Project”菜单， 在下拉菜单中单击“Start/StopDebug Session”（或者使用快捷键 Ctrl+F5）,屏幕如下所示图2.11编译程序界面(2)、调试程序:单击“Debug”菜单，在下拉菜单中单击“Go”选项，（或者使用快捷键 F5），然后再单击“Debug”菜单，在下拉菜单中单击“Stop Running”选项（或者使用快捷键 Esc）；再单击“View”菜单，再在下拉菜单中单击“Serial Windows #1”选项，就可以看到程序运行后的结果，其结果如下图所示图2.12程序运行结果2.4生成.Hex 文件 单击“Project”菜单，再在下拉菜单中单击 “Options for Target Target 1” 在下图中，单击“Output”中单击“Create HEXFile” 选项，使程序编译后产生 HEX 代码，供下载器软件使用。把程序下载到 AT89S51单片机中。 图2.13 生成.HEX文件设置对话框 3 Proteus仿真软件的使用3.1 进入 Proteus ISIS 双击桌面上的 ISIS 6 Professional 图标或者单击屏幕左下方的“开始”“程序”“Proteus 6 Professional” “ISIS 6 Professional”，进入 Proteus ISIS集成环境。3.2 工作界面Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Windows界面，如图1.2.2所示。包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。图3.1 Proteus ISIS的工作界面3.3 基本操作 (1)图形编辑窗口:在图形编辑窗口内完成电路原理图的编辑和绘制。 (2)预览窗口：该窗口通常显示整个电路图的缩略图。在预览窗口上点击鼠标左键，将会有一个矩形蓝绿框标示出在编辑窗口的中显示的区域。(3)对象选择器窗口:通过对象选择按钮，从元件库中选择对象，并置入对象选择器窗供今后绘图时使用。显示对象的类型包括：设备，终端，管脚，图形符标注和图形。 (4)图形编辑的基本操作：对象放置、选中对象、删除对象、拖动对象、拖动象标签、调整对象大小、调整对象的朝向、编辑对象、编辑对象标签、拷贝所有选中的对象、移动所有选中的对象、删除所有选中的对象等操作。（5）编辑区域的缩放 ：Proteus的缩放操作多种多样，极大地方便了我们的设计。常见的几种方式有：完全显示(或者按“F8”)、放大按钮(或者按“F6”)和缩小按钮(或者按“F7”)，拖放、取景、找中心 (或者按“F5”)。（6）点状栅格和刷新：编辑区域的点状栅格，是为了方便元器件定位用的。鼠标指针在编辑区域移动时，移动的步长就是栅格的尺度，称为“Snap(捕捉)”。这个功能可使元件依据栅格对齐。（7）对象的放置和编辑: 对象的添加和放置、放置电源及接地符号、对象的编辑。4 AT89C51的设计应用4.1 电子钟硬件设计硬件设计任务掌握AT89C51开发系统中的模块原理。掌握电子钟的工作原理。综合运用硬件模块、AT89C51开发设计具有一定功能的单片机控制系统，进行软、硬件设计及调试。电路原理图图4.1电子钟实验电路原理图（1）将所需元器件加入到对象选择器窗口图4.2 添加AT89C51元件的 Pick Devices 对话框（2）放置元器件至图形编辑窗口图4.3 放置元件至图形编辑窗口（3）元器件间的连线图4.4 元件间的连线4.2 电子钟软件设计（1）建立一个新工程1）单击 Project 菜单，在弹出的下拉菜单中选中 New Project 选项；图4.5 New Project 选项菜单2）然后选择你要保存的路径,输入工程文件的名字,比如保存到 C51 目录里,工程文件的名字为 C51如下图所示,然后点击保存；图4.6 工程文件保存对话框3）如下图所示,选择 89C51之后,右边栏是对这个单片机的基本的说明,然后点击确定；图4.7 选择单片机型号对话框4）完成上一步骤后，屏幕如下图所示；图4.8 工程文件界面（2）编写程序1）新建文本文档 在下图中，单击“File”菜单，再在下拉菜单中单击“New”选项，新建文件后屏幕如下图所示；图4.9 新建文件操作界面2）此时光标在编辑窗口里闪烁，保存该空白的文件，单击菜单上的“File”，在下拉菜单中选中“Save As”选项单击，在“文件名”栏右侧的编辑框中，键入欲使用的文件名，同时，必须键入正确的扩展名。扩展名为(.c)。然后，单击“保存”按钮。图4.10 程序文件保存对话框（3）添加程序文件到工程文件中 回到编辑界面后，单击“Target 1”前面的“”号，然后在“Source Group 1”上单击右键，然后单击“Add File to Group Source Group 1”,选中 Test.c，然后单击“Add ”屏幕好下图所示图4.11 添加程序文件到工程文件对话框（4）调试程序图4.12 程序编辑界面（5）生成.HEX 文件图4.13 生成.HEX文件设置对话框元器件之间的连线并导入.hex文件图4.15 .hex文件生成设计代码#include unsigned char code dispcode= 0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c, 0x39,0x5e,0x79,0x71,0x40; unsigned char dispbitcode= 0xfe,0xfd,0xfb,0xf7, 0xef,0xdf,0xbf,0x7f; unsigned char dispbuf8=0,0,16,0,0,16,0,0; unsigned char dispbitcnt; unsigned char second; unsigned char minite; unsigned char hour; unsigned int tcnt; unsigned char mstcnt; unsigned char i,j; void desp10ms() for(i=0;i4;i+) for(j=0;j250;j+); main() second=0; minite=0; hour=0; tcnt=0; mstcnt=0; EA=1; ET0=1; TMOD=0x01; TH0=0x3c; TL0=0xb0; TR0=1; while(1) for(dispbitcnt=0;dispbitcnt8;dispbitcnt+) P2=dispbitcodedispbitcnt; P0=dispcodedispbufdispbitcnt; desp10ms(); void t0(void) interrupt 1