项目一彩灯设计

前言,1、课程资料均发在网站上，网址： 9/skills/portal/portalView.do;jsessionid=F816A9CC8A5636EE425679F84DDA7C372、教学方法：怎么教；怎样学；沟通与反馈 教：以两个项目为基础，逐级展开；理论讲解硬件电路仿真软件编程与调试实际功能实现。 学:关键在兴趣，以找工作为目的；一定要动手去做，多练习。 反馈：个人；班主任；班长；QQ3、考试方法:三部分1）理论25%；2）仿真30%；3）编程与实际功能实现35%；4）平时作业及表现等10%。4、教材处理 ： 教材较难，与嵌入式课程接口较易；参考书4本，视频3个5、课堂纪律： 点名，主要自己做。,第一讲项目预备知识,主要内容：预备知识了解TX-1B单片机学习板系统结构及如何用其学习单片机。C-51基础知识。从点亮实验板上的一个发光二极管开始学起,什么是单片机？单片机能做什么？学单片机需要什么基础？与以前所学的知识关联很少；只需要掌握很基本的数电模电知识；对各种器件的概念基本上是从0开始；如果要用C语言编程，需具备简单的C语言基础；所有人都站在了同一起跑线上;,1.1单片机介绍,几点预备知识,8051单片机介绍2进制与16进制的表示及转换二进制数的逻辑运算C51基础知识电平特性,1.1单片机介绍,单板机 将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片和简单的I/O设备（小键盘、LED显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序（固化在ROM中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。,单板机,1.1单片机介绍,单板机的I/O设备简单，软件资源少，使用不方便。早期主要用于微型计算机原理的教学及简单的测控系统，现在已很少使用。,1.1单片机介绍,单片机 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机。 Intel公司推出了MCS-51系列单片机：集成 8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K，并有控制功能较强的布尔处理器。,单板机,单片机,1.1单片机介绍,分类,按指令集分类 集中指令集cisc：冯诺依曼结构指令丰富，功能较强，取指令与取数据不能同时进行。精简指令集risc:哈佛结构取指令与取数据同时进行，数据线和指令线分立。具体单片机根据程序存储方式分：P2,80C51系列, Intel的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等； ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等； Philips、华邦、Dallas 、STC Siemens(Infineon)等公司的许多产品 。,80C51是MCS-51系列中的一个典型品种 ；其它厂商以8051为基核开发出的CMOS工艺单片机产品统称为80C51系列。当前常用的80C51系列单片机主要产品有：,1.1单片机介绍,1.2项目准备,主要自己看材料准备 焊接要注意的问题: 焊接顺序：先低后高，先小后大； 摆放位置: 读数顺序从左向右，从下到上； 焊接极性： 参考样品,1.3.1 80C51的引脚封装 P4,总线型,非总线型,1.3单片机最小系统介绍,P0口3个作P0口的三种功能,P2口2种功能,P1口只作用I/O,P3口两种功能,P0口的三种功能,1、为外部扩展存储器时，作为数据总线。2、为外部扩展存储器时，作为地址总线。3、I/O口，要加上拉电阻什么是上拉电阻，它的接入方法？ P5 p0相当于npn三极管集电极开路输出，不上拉是不能输出高电平的 。实际上p0口是一个三态双向口除了高低态以外还有一个高阻态，数字电子中的三态门有印象吗?实际应用的时候要加上拉电阻。P0口是开漏的，不管它的驱动能力多大，相当于它是没有电源的，需要外部的电路提供，绝大多数情况下P0口是必需加上拉电阻的。,1.3单片机最小系统介绍,P0口： P0口：双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时复用口，可驱动8个LS型TTL负载。,什么是口的扩展,1.3单片机最小系统介绍,传输原理,1、作为通用IO,CPU使控制端=0，MUX B 数据通道为Q非BP0.X 1)OUT 2)INPUT2、用作数据地址线总线,CPU使控制端=1，MUXB,与门开通，输出取决于地址/数据端。为1， 为0，3、说明P1,P2,P3不需上拉电阻。,I2C,I2C(InterIntegrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。I2C总线产生于在80年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态，如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，增加了系统的安全性，方便了管理。,E2PROM,SCL和SDA分别是I2C总线的时钟线和数据线，他们接上拉电阻，可以保证在I2C总线空闲时，这两条信号线保持在高电平。SCL，SDA接上拉电阻(上拉电阻通常可选用510k的电阻，设计中选用的电阻阻值为5.1k)后再接单片机的普通IO口，这便可实现单片机对AT24C02的操作。上拉电阻的作用是减少AT24C02的静态功耗。也是漏极开路。写保护WP接Vcc或GND。,P2口作用,1、为外部扩展时，作为地址总线2、普通的I/O，不加上拉电阻,1.3单片机最小系统介绍,1.3单片机最小系统介绍,P3口复用功能,其他八个引脚,其他八个引脚,其他八个引脚,1.3单片机最小系统介绍,内部资源,内部结构,总线（BUS）是计算机各部件之间传送信息的公共通道。微机中有内部总线和外部总线两类。内部总线是CPU内部之间的连线。外部总线是指CPU与其它部件之间的连线。 外部总线有三种: 数据总线DB（Data Bus）, 地址总线 AB（Address Bus）和控制总线 CB（Control Bus）。,1.1单片机介绍,CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格；I/O口：四个8位并行I/O口，既可用作输入，也可用作输出；T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式；,1.3单片机最小系统介绍,五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信；片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最高振荡频率取决于单片机型号及性能。,1.3单片机最小系统介绍,2.振荡器（时钟电路）,时钟电路作用：用于产生MCS-51单片机工作时所必需的时钟信号。（ MCS-51单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为保证同步工作方式的实现，单片机应在唯一的时钟信号控制下，严格的按时序执行指令进行工作。）,常用的时钟电路的两种方式： 内部时钟方式与外部时钟方式。,时钟引脚 XTAL1（19脚）：当采用内部时钟方式时，接外部石英晶体的一端。XTAL2（18脚）：采用内部时钟方式时，接外部晶体的另一端。 采用外部时钟方式的具体接法见 P6,（a） 内部时钟电路； （b） 外部振荡源（HMOS）,（1）内部时钟方式 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。,内部时钟方式接法,C1和C2典型值通常选择为20pF左右。 晶体的振荡频率在1.2MHz12MHz之间，通常选6MHz、12MHz。某些高速单片机芯片的时钟频率已达40MHz。注： 1）晶体的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快。但反过来对存储器的速度要求就高，对印刷电路板的工艺要求也高； 2）晶体和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减小寄生电容，更好的保证振荡器稳定、可靠的工作。,单片机工作的基本时序,机器周期和指令周期 （1） 振荡周期: 也称时钟周期, 是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期，TX实验板上为11.0592MHZ。 （2） 状态周期: 每个状态周期为时钟周期的 2 倍, 是振荡周期经二分频后得到的。 （3） 机器周期: 一个机器周期包含 6 个状态周期S1S6, 也就是 12 个时钟周期。 在一个机器周期内, CPU可以完成一个独立的操作。 （4） 指令周期: 它是指CPU完成一条操作所需的全部时间。 每条指令执行时间都是有一个或几个机器周期组成。MCS - 51 系统中, 有单周期指令、双周期指令和四周期指令。,1.3单片机最小系统介绍,(2)、外部时钟方式 常用于多片MCS-51单片机同时工作。,外部时钟方式接法（HMOS）,外部时钟方式接法表,时钟信号的输出为应用系统中的其它芯片提供时钟，但需增加驱动能力。,3、 复位电路 复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。 最简单的上电自动复位电路，改进电路,4、复位后SFR初始值,SFR的名称及其分布,SFR中的位地址分布,1.3最小系统P9,1.6.2单片机仿真软件Proteus,软件介绍:最主要的功能仿真单片机外围电路 两个部分：ISIS ARES软件下载：仿真演示 1、 点亮一个灯 2、播放音乐安装,一、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”，出现如图1-1所示屏幕，表明进入Proteus ISIS集成环境。图1-1 启动时的屏幕,二、工作界面,Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Windows界面，如图1-2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。,三、基本操作,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。为了方便作图坐标系统（CO-ORDINATE SYSTEM）ISIS中坐标系统的基本单位是10nm，主要是为了和Proteus ARES保持一致。但坐标系统的识别（read-out）单位被限制在1th。坐标原点默认在图形编辑区的中间，图形的坐标值能够显示在屏幕的右下角的状态栏中。点状栅格（The Dot Grid）与捕捉到栅格（Snapping to a Grid）编辑窗口内有点状的栅格，可以通过View菜单的Grid命令在打开和关闭间切换。点与点之间的间距由当前捕捉的设置决定。捕捉的尺度可以由View菜单的Snap命令设置，或者直接使用快捷键F4、F3、F2和CTRL+F1。如图1-3所示。若键入F3或者通过View菜单的选中Snap 100th，,快速入门具体步骤演示,双击桌面ISIS图标放置元件（双击P）在出现的画面中输入元件名放置、移动、旋转、删除和设置元器件网格设置放置电源和地画导线和总线添加网络标号电气规则检查保存运行,作业1 单片机最小系统,作业2 流水灯,作业3 7SEG-MPX6-CA-BLUE,89C51存储器,关于电平特性,数字电路中只有两种电平：高和低（本课程中）定义单片机为TTL电平： 高 +5V 低 0VRS232电平：计算机的串口 高 -12V 低+12V 所以计算机与单片机之间通讯时需要加电平转换芯片max232。,1.3单片机最小系统介绍,1.6 KEIL的使用,掌握KEIL工程的建立和软件的开发；掌握KEIL中软件仿真的基本应用；掌握用KEIL直接硬件仿真TX-1B单片机学习板的方法,Keil C快速入门,刘天飞,开始前建立一个文件夹,该文件放置一个项目，还要考虑以后下载到你的实验板上,步骤一：双击图标,双击图标双击后界面,步骤二新建工程,点击project新建工程new project保存工程,选择单片机-89c51,点击Atmel-89C51,步骤三 ：新建文件,输入程序:保存时务必是.C,步骤四：向工程中添加刚输入的文件,右键单击Sourcegroup1添加add files.注意:添加前无加号添加后出现加号,编辑target属性,出现界面,修改OUTPUT-1 name of.,修改output-2 create hex file,编译文件,编译结果修改之成功,加载到proteus文件中,仿真练习1、自己写一个点亮一个灯练习2、点亮两个灯（学号加10）练习3、单数灯或者双数灯练习4、点亮任意灯 注意这儿没有时间延迟,Keil C 高级应用,单步执行,寄存器和I/O,其他功能,改变字体：VIEW-optioncolor.font.View工具栏显示工具断点设置debug,硬件电路,1、整个电路资源2目前使用的流水灯,单片机的选择,51与52的区别S52的C52区别 S52是在线可下载,1.5 单片机C语言,C语言是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。目前，使用C语言进行程序设计已经成为软件开发的一个主流。用C语言开发系统可以大大缩短开发周期，明显增强程序的可读性，便于改进和扩充。而针对8051的C语言日趋成熟，成为了专业化的实用高级语言。,C语言作为一种非常方便的语言而得到广泛的支持，国内最通用的是Keil C51.C语言程序本身不依赖于机器硬件系统，基本上不作修改就可将程序从不同的单片机中移植过来。C提供了很多数学函数并支持浮点运算，开发效率高，故可缩短开发时间，增加程序可读性和可维护性。, C-51的特点,C-51与ASM-51相比，有如下优点：1.对单片机的指令系统不要求了解，仅要求对8051 的存贮器结构有初步了解；2.寄存器分配、不同存贮器的寻址及数据类型等细节可由编译器管理；3.程序有规范的结构，可分成不同的函数，这种方式可使程序结构化；4.提供的库包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能力；5.由于具有方便的模块化编程技术，使已编好程序可容易地移植；,C语言结构,# C语言程序开头，不是C的命令语句。Include 函数 预处理文件，后面主要是库函数 内部是要调入或查找的库文件这里用reg52.h 把c文件看成一个包裹 有些我们需要的东西包裹里没有就要去别人已经做好的“包裹”里拿 #include 表示 包含 就是要去哪个包裹找东西 后面跟的就是那些包裹的名称。 里系统本身有的，“”是用户自己添加的 #include 标准io库 #include 数学库,预处理文件,#include文件名 文件包含命令的功能是把指定的文件插入该命令行位置取代该命令行，从而把指定的文件和当前的源程序文件连成一个源文件。 在程序设计中，文件包含是很有用的。一个大的程序可以分为多个模块，由多个程序员分别编程。有些公用的符号常量或宏定义等可单独组成一个文件，在其它文件的开头用包含命令包含该文件即可使用。这样，可避免在每个文件开头都去书写那些公用量，从而节省时间，并减少出错。 对文件包含命令还要说明以下几点： 1. 包含命令中的文件名可以用双引号括起来，也可以用尖括号括起来。例如以下写法都是允许的： #includestdio.h #include 但是这两种形式是有区别的：使用尖括号表示在包含文件目录中去查找(包含目录是由用户在设置环境时设置的)，而不在源文件目录去查找.使用双引号则表示首先在当前的源文 .,C-51的包含的头文件,通常有:reg51.h reg52.h math.h ctype.h stdio.h stdlib.h absacc.h常用有:reg51.h reg52.h （定义特殊功能寄存器和位寄存器）； math.h （定义常用数学运算）；,了解其他头文件,ctype.h原型声明函数,stdio.h 标准输入输出头文件！ ，用到标准输入输出函数时，就要调用这个头文件！,stdlib 头文件即standard library标准库头文件，文件里包含了C、C+语言的最常用的系统函数该文件包含了的C语言标准库函数的定义,absacc.h当51单片机通过8255和锁存器74LS273来扩展IO时，经常用到，在程序中，用“include”即可使用其中定义的宏来访问绝对地址，包括：CBYTE、XBYTE、PWORD、DBYTE、CWORD、XWORD、PBYTE、DWORD,头文件intrins.h也经常用,在C51单片机编程中，头文件INTRINS.H的函数使用起来，就会让你像在用汇编时一样简便. 内部函数 描述_crol_ 字符循环左移 _cror_ 字符循环右移 _irol_ 整数循环左移 _iror_ 整数循环右移 _lrol_ 长整数循环左移 _lror_ 长整数循环右移 _nop_ 空操作8051 NOP 指令,头文件intrins.h也经常用,C语言句型三个左移为例： unsigned char _crol_(unsigned char val,unsigned char n); unsigned int _irol_(unsigned int val,unsigned char n); unsigned int _lrol_(unsigned int val,unsigned char n); 举例： _crol_,_cror_：将char型变量循环向左(右)移动指定位数后返回 _crol_,_cror_：如果二进制数为01010101 那么_crol_(1) 左移1位后将高位补低位。 结果10101010。,头文件intrins.h也经常用,功 能：_crol_，_irol_，_lrol_以位形式将val 左移n 位，该函数与8051“RLA”指令相关，上面几个函数不同于参数类型。 例： #include main() unsigned int y; y=0x00ab; y=_irol_(y,4); 功 能：_cror_，_iror_，_lror_以位形式将val 右移n 位，该函数与8051“RRA”指令相关，上面几个函数不同于参数类型。 例： #include main() unsigned int y; y=0x0ff00; y=_iror_(y,4); ,头文件intrins.h也经常用,函数名： _nop_ 原 型： void _nop_(void); 功 能：_nop_产生一个NOP 指令,该函数可用作C 程序的时间比较。C51 编译器在_nop_函数工作期间不产生函数调用，即在程序中直接执行了NOP 指令。 例： P()=1; _nop_(); P()=0;,源程序讲解总线编写,#include #include void main (void) P0=0XFE; void 其实就是空类型，又是我们说的万能类型。你可以将它做为任意类型来使用，只是在使用之前你需要加一个类型说明符。,总线编写的例子,# include void main (void) WHILE(1) P1=0XFF; P0=P1; P2=P1; P3=P1; ,用位编程的例子,#include #include sbit P0_0=P00; void main (void) P0_0=0; 练习：刚才四个口传送数据的程序,需要吗？,书上例子,Page10 #include #include sbit INPUT=P17; sbit OUTPUT=P16; main ( ) OUTPUT=1; while(1) INPUT=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); if(INPUT=0)OUTPUT=0; else OUTPUT=1; ,哪些可以位寻址呢？,利用位传送写程序,练习1、自己写一个点亮一个灯练习2、点亮两个灯（学号加10）练习3、单数灯或者双数灯练习4、点亮任意灯 注意这儿没有时间延迟 点亮Page10的一个灯，保存自己文件，后面要用,C语言程序基本结构P12,#include功能子函数1说明 .功能子函数n说明功能子函数1 fun1( ) 函数体. Main( ) 主函数体. 功能子函数2 fun2( ) 函数体. .功能子函数n funn( ) 函数体. ,C源程序的结构特点,1.一个C语言源程序可以由一个或多个源文件组成。 2.每个源文件可由一个或多个函数组成。 3.一个源程序不论由多少个文件组成，都有一个且只能有一个main函数，即主函数。 4.源程序中可以有预处理命令(include 命令仅为其中的一种)，预处理命令通常应放在源文件或源程序的最前面。 5.每一个说明，每一个语句都必须以分号结尾。但预处理命令，函数头和花括号“”之后不能加分号。 6.标识符，关键字之间必须至少加一个空格以示间隔。若已有明显的间隔符，也可不再加空格来间隔。,书写程序时应遵循的规则,从书写清晰，便于阅读，理解，维护的角度出发，在书写程序时 应遵循以下规则： 1.一个说明或一个语句占一行。 2.用 括起来的部分，通常表示了程序的某一层次结构。一般与该结构语句的第一个字母对齐，并单独占一行。 3.低一层次的语句或说明可比高一层次的语句或说明缩进若干格后书写。以便看起来更加清晰，增加程序的可读性。在编程时应力求遵循这些规则，以养成良好的编程风格。,C语言的字符集,字符是组成语言的最基本的元素。C语言字符集由字母，数字，空格，标点和特殊字符组成。在字符常量，字符串常量和注释中还可以使用汉字或其它可表示的图形符号。 1.字母 小写字母az共26个，大写字母AZ共26个 2.数字 09共10个 3.空白符 ：空格符、制表符、换行符等统称为空白符。空白符只在字符常量和字符串常量中起作用。在其它地方出现时，只起间隔作用， 编译程序对它们忽略。因此在程序中使用空白符与否，对程序的编译不发生影响，但在程序中适当的地方使用空白符将增加程序的清晰性和可读性。,C语言词汇,在C语言中使用的词汇分为六类：标识符，关键字，运算符，分隔符，常量，注释符等。 1.标识符 在程序中使用的变量名、函数名、标号等统称为标识符。除库函数的函数名由系统定义外，其余都由用户自定义。C 规定，标识符只能是字母(AZ，az)、数字(09)、下划线()组成的字符串，并且其第一个字符必须是字母或下划线。 以下标识符是合法的： a,x, 3x,BOOK 1,sum5 以下标识符是非法的： 3s 以数字开头 s*T 出现非法字符* -3x 以减号开头 bowy-1 出现非法字符-(减号),在使用标识符时还必须注意以下几点：,(1)标准C不限制标识符的长度，但它受各种版本的C 语言编译系统限制，同时也受到具体机器的限制。例如在某版本C 中规定标识符前八位有效，当两个标识符前八位相同时，则被认为是同一个标识符。 (2)在标识符中，大小写是有区别的。例如BOOK和book 是两个不同的标识符。 (3)标识符虽然可由程序员随意定义，但标识符是用于标识某个量的符号。因此，命名应尽量有相应的意义，以便阅读理解，作到“顾名思义”。,C语言词汇标识符,2.关键字-1,关键字是由C语言规定的具有特定意义的字符串，通常也称为保留字。用户定义的标识符不应与关键字相同。C语言的关键字分为以下几类： (1)类型说明符 用于定义、说明变量、函数或其它数据结构的类型。如前面例题中用到的int,double等 (2)语句定义符 用于表示一个语句的功能。如例1.3中用到的if else就是条件语句的语句定义符。 (3)预处理命令字 用于表示一个预处理命令。如前面各例中用到的include。,C语言词汇关键字,2.关键字-2,3.运算符 C语言中含有相当丰富的运算符。运算符与变量，函数一起组成表达式，表示各种运算功能。运算符由一个或多个字符组成。 4.分隔符 在C语言中采用的分隔符有逗号和空格两种。逗号主要用在类型说明和函数参数表中，分隔各个变量。空格多用于语句各单词之间，作间隔符。在关键字，标识符之间必须要有一个以上的空格符作间隔， 否则将会出现语法错误，例如把int a;写成 inta;C编译器会把inta当成一个标识符处理，其结果必然出错。 5.常量 C语言中使用的常量可分为数字常量、字符常量、字符串常量、符号常量、转义字符等多种。后面将专门给予介绍。 6.注释符 C 语言的注释符是以“/*”开头并以“*/”结尾的串。在“/*”和“*/”之间的即为注释。程序编译时，不对注释作任何处理。注释可出现在程序中的任何位置。注释用来向用户提示或解释程序的意义。在调试程序中对暂不使用的语句也可用注释符括起来，使翻译跳过不作处理，待调试结束后再去掉注释符。,C语言词汇关键字,32个关键字,auto break case char const continue default do double else enum extern float for goto if int long register return short signed static sizeof struct switch typedef union unsigned void volatile while 此外: bit sbit sfr sfr16 data bdata pdata xdata code interrupt reetrant using,C语言词汇关键字,C-51的运算符与C语言基本相同：+ - * / % （加 减 乘 除 取余）+ - = = 条件运算符 ?: max=(ab)? a:b,分隔符,隔符用来分隔多个变量、数据项、表达式等的符号。包括逗号、空白符、分号和冒号。逗号作为分隔符用来分隔多个变量和函数参数；空白符常用来作为多个单词间的分隔符，也可以作为输数据时自然输入项的缺省分隔符；分号常用于for循环语中for后面，圆括号内的三个表达式之间；冒号用于语句标号与语句之间。,C语言词汇分隔符,常量,在程序运行中，数字不能改变的量。整型变量 0 11 55实型变量 3.14字符型变量 a可以定义的符号常量：#define PI 3.14159,C语言词汇常量,注释符,注释符是以“/*”开头并以“*/”结尾的串。在“/*”和“*/”之间的即为注释。/*xxxxx */,C语言词汇注释符,C51的数据类型,基本数据类型,