单片机应用技术项目式教程(C语言版)

项目1单片机硬件系统的认识,单片机应用技术项目式教程（C语言版）,书名：单片机应用技术项目式教程（C语言版）书号：978-7-111-54417-3作者：孟凤果主编出版社：机械工业出版社配套试卷及答案,教学导航,利用51系列单片机控制一位LED信号灯，实现LED灯闪烁控制。,任务要求,发光二极管简称LED（LightEmittingdiode）,亮度高、色彩鲜艳、稳定性好、功耗低、发光效率高、寿命长等优点，应用非常广泛。,LED的内部是一个PN结的晶片，整个晶片被环氧树脂封装起来，短管脚是阴极，长管脚是阳极。当PN结处于正向导通状态时，电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出不同颜色的光线，光的强弱与电流大小有关，光的颜色由半导体的材料决定，有红、绿、蓝、黄等颜色。,LED灯的发光原理,如图所示，LED（硅）的工作电压一般取1.7V，限流电阻为为1K，那么流过LED的电流为3.3mA，LED发光。,如何用单片机点亮LED灯？,需要解决三个问题：什么是单片机？单片机如何与LED灯连接？单片机用什么方法控制LED灯？,台式电脑,笔记本电脑,PDA,1.什么是单片机？,单片机,先简单理解为：具有输入输出控制功能的集成芯片。,2.单片机如何与LED灯连接？,3.单片机用什么方法控制LED灯？,P1.0输出高电平（近似+5V）时，LED两端没有压降，LED熄灭。P1.0输出低电平（近似0V）时，LED两端形成压降，LED被点亮。,P1.0电平信号怎么来？,软件编程！,控制程序,/*程序名称：program1-1.c程序功能：一位LED信号灯闪烁的控制*/#include/包含头文件REG51.H，定义了单片机的特殊功能寄存器sbitP1_0=P10;/定义位名称voiddelay(unsignedchari);/延时函数声明，i作为形式参数voidmain()/主函数while(1),P1_0=0;/点亮LED灯delay(10);/调用延时函数，实际参数为10P1_0=1;/熄灭LED灯delay(10);/调用延时函数，实际参数为10,LED信号灯闪烁控制,/*函数名：delay函数功能：实现软件延时形式参数：unsignedchari，控制循环次数，决定延时时间/返回值：无*/voiddelay(unsignedchari)/延时函数，变量i为形式参数unsignedcharj,k;for(k=0;ki;k+)/双重for循环语句实现软件延时for(j=0;j255;j+);,制作一位LED灯控制电路所需元器件清单,Proteus设计与仿真,任务小结,单片机应用系统的开发过程一般如下：分析设计要求硬件设计硬件电路制作程序设计软、硬件仿真调试程序装载功能测试。,1.1初步认识单片机,微型计算机的硬件组成,主机,鼠标,微型计算机系统,把组成微型计算机的控制器、运算器、存储器、输入/输出接口等几个部分，全部集成在一块芯片内，就称为单片（单芯片）机。,什么是单片机？,微型计算机系统,输入设备,输出设备,单片机系统组成,硬件系统,软件系统,什么是单片机？,单片机的主流产品,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。硬件是应用系统的基础，软件是在硬件的基础上对其资源进行合理调配和使用，二者相互依赖，缺一不可。,单片机应用系统,MCS-51系列单片机简介,MCS-51系列单片机是因特尔(Intel)公司生产的一个系列单片机的名称。比如：8051/8751/8031、8052/8752/8032、80C51/87C51/80C31、80C52/87C52/80C32等，都属于这一系列的单片机。MCS-51系列单片机从功能上，可分为51和52两大类。末位数为“1”的为基本型，末位数为“2”的为增强型。两者的最大区别是52比51内部存储器容量更大，且增加了一个内部定时/计数器。,1.251系列单片机基本结构与芯片的认识,1.2.151系列单片机芯片及引脚功能,单片机的的引脚排列和功能,芯片引脚的第二功能,1.2.251系列单片机的基本组成,由运算器、存储器、控制器、输入设备及输出设备五个基本部分组成。,51系列单片机的极限参数工作温度：-55+125储藏温度：-65+15引脚对地电压：-1.0V+7.0V最高工作电压：6.6V直流输出电流：15.0mA,单片机的内部结构,单片机正常工作的最小硬件要求。包括供电电路、时钟电路、复位电路。,单片机的最小应用系统,单片机与LED的连接,实物连接图,电路原理图,单片机复位条件:必须使RST引脚持续2微秒高电平(外部时钟12MHz),时钟电路与复位电路时钟振荡电路,内部时钟方式原理图,51系列单片机的时序概念有4个，可用定时单位来说明，从小到大依次是：节拍、状态、机器周期和指令周期，下面分别加以说明。1）节拍与状态把振荡脉冲的周期定义为节拍，用P表示，也就是晶振的振荡频率fosc。2）状态振荡脉冲fosc经过二分频后，就是单片机时钟信号的周期，定义为状态，用S表示。一个状态包含两个节拍，其前半周期对应的节拍叫P1，后半周期对应的节拍叫P2。3）机器周期51系列单片机采用定时控制方式，有固定的机器周期。规定一个机器周期的宽度为6个状态，即12个振荡脉冲周期，因此机器周期就是振荡脉冲的十二分频。小提示当振荡脉冲频率为12MHz时,一个机器周期为1s；当振荡脉冲频率为6MHz时，一个机器周期为2s。,时序,晶振周期、状态、机器周期间的关系图,单片机系统中规定一个机器周期为12个时钟脉冲周期，也就是6个状态，因此一个机器周期为时钟脉冲的十二分频。,1.4单片机应用系统中的数制与编码,1.4.1进制数及其转换所谓数制，就是多位数码中每一位的构成方法以及从低位向高位的进位规则。在日常生活中，人们习惯用十进制数进行计数。在某些特定时候也使用其它进制，如十二进制（比如1年有12个月），六十进制（如1小时有60分钟、1分钟有60秒），24进制（如一天有24小时）等等。,1.常用的进制数（1）十进制数十进制数的特点有两个：有0、1、3、9十个基本字符组成；十进制数运算按“逢十进一”的规则进行的。（2）二进制数二进制数的两个基本特点：它由两个基本字符0、1组成；二进制数运算规律是“逢二进一”。（3）十六进制数十六进制数的两个基本特点：由十六个基本字符以及A、B、C、D、E、F组成（它们分别表示十进制数）；十六进制数运算规律是“逢十六进一”。,2.进制数间的转换（1）二进制数、十六进制数转换为十进制数（按权求和）二进制数或者十六进制数要转换成十进制数是将每一位数字乘以它的权2n或者16n，再相加就可以得到相应的十进制数的值。,【例1】10110.011B=124+023+122+121+020+02-1+12-2+12-3=22.375,十六进制转换成十进制：,十进制数据转换成二进制数是将整数部分按“倒序除2取余法”的原则进行转换；小数部分按“顺序乘2取整法”的原则进行转换。,3.单片机系统中的数制,（2）十进制数转换为二进制数或十六进制数,十进制转换成十六进制：,（3）二进制数和十六进制数之间的转换由于4位二进制数恰好有16个组合状态，即1位十六进制数与4位二进制数是一一对应的。,二进制数转换成十六进制数时，对于整数，从最右侧开始，每四位二进制数划为一组，用一位十六进制数代替。例1.(11010101111101)2=(11,0101,0111,1101)2=(357D)16十六进制数转换成二进制数时，一位十六进制数用四位二进制数来替换。例2.(4B9E)16=(100,1011,1001,1110)2=(100101110011110)2,00,0,数在计算机内的表示形式（二进制数）称为机器数。而这个数则称为该机器数的真值（实际值）。数学中带符号数的正负号分别用“+”和“-”表示。计算机中一般规定数的最高位为符号位，最高位为“0”表示正数，为“1”表示负数。计算机中带符号数有三种表示方法，即：原码、反码和补码。,1.4.2带符号数的表示,（1）原码原码规定最高位为符号位，正数的符号为用“0”表示，负数的符号位用“1”表示，其余位为数值位本身。（2）反码正数的反码和原码是相同的。负数的反码，在原码的基础上，除符号位以外（符号位不变），各位取反，即是1的位变成0；是0的位变成1。（3）补码正数的补码和原码是相同的。负数的补码，在原码的基础上，除符号位以外（符号位不变），其余各位取反再加1。或是负数的补码在反码的基础上再加1。,带符号数三种代码的表示方法,原码原码表示是最高位表示符号，其余位表示数值，这种表示带符号数的方法为原码表示法。反码对于正数，其反码与原码相同；对于负数，在求反码的时候，除了符号位外，其余各位按位取反，即“1”都换成“0”，“0”都换成“1”。补码补码是表示带符号数的最直接方法。对于正数，其补码与原码相同；对于负数，则其补码为反码加1。,典型数据三种代码比较,例：19原码00010011B19原码10010011B,例：19反码00010011B19反码11101100B,例：19补码00010011B19补码11101101B,1.4.3BCD码数计算机中的数据处理是以二进制数运算法则进行的。由于二进制数不直观、易出错，因此在计算机的输入输出中常以十进制数形式进行。适合于十进制数的二进制编码的特殊形式，即二进制编码的十制数，简称BCD（BinaryCodedforDecimal）码。常用的有8421BCD码，即用四位二进制数表示一位十进制数。例如：1001BCD=900111000BCD=38,【任务1.2】控制程序在单片机中的存储,在任务1.1操作的基础上，打开“view”菜单，在下拉菜单中选择，弹出Memory1窗口。,1.551系列单片机系统中的存储器,存储器由存储体、地址部件、数据部件和控制逻辑等组成。,控制逻辑,数据部件,存储体,地址部件,存储器结构框图,存储体是存储数据的部件，是存储器的核心部分。存储体是许许多多存储单元的集合。一个存储单元存放8位二进制数一个字节数。,00H,01H,02H,存储体,存储单元,存储单元地址,（1）存储器的组成与操作,存储器的基本单位为字节（B），另外还有KB、MB、GB和TB。它们之间的换算关系如下所示。1KB1024B1MB1024KB1GB1024MB1TB1024GB,（2）存储器容量的单位,存储器是用来存放程序和数据的部件，51单片机芯片内部存储器包括程序存储器和数据存储器两大类。,程序存储器（ROM）,用于存放源程序和常数。特点：程序写入后能长期保存，不会因断电而丢失。,控制信号灯程序ORG0000HCLRP0.1;C281SJMP$;80FEEND,存放在程序存储器中的程序代码,0000H,0001H,0002H,0003H,11000010,81H,80H,FEH,二进制数,十六进制数,数据存储器（RAM）,主要用于存放程序运行过程中的各类数据。优点：可以随机可入或读出，读写速度快，读写方便。缺点：电源断电后，被存储的信息即丢失。,片内数据存储器,21SFR,高128B,低128B,数据存储器配置图,特殊功能寄存器一览表,程序状态字寄存器PSW,CY进位/借位标志；位累加器。AC辅助进/借位标志；用于十进制调整。OV溢出标志；硬件置位/清零。P奇偶标志；A中1的个数为奇数P=1；否则P=0。RS1、RS0寄存器区选择控制位。00：0区R0R701：1区R0R710：2区R0R711：3区R0R7,P,RS0,RS1,OV,AC,CY,PSW,指针寄存器程序计数器PC指明即将执行的下一条指令的地址(程序存储器地址)，在物理上独立，复位时PC=0000H。堆栈指针寄存器SP指明栈顶元素的地址，8位，可软件设置初值，复位时SP=07H。数据指针寄存器DPTR指明访问的数据存储器的单元地址，16位，寻址范围64KB。DPTR=DPH+DPL，也可单独使用。,RAM位寻址区位地址表,MSBMostSignificantBit（最高有效位）LSBLeastSignificantBit（最低有效位）,(1)单片机中的存储器,软件系统是支持微机运行的各种程序（解决