单片机项目一单片机最小工作系统构建

1、单片机与应用单片机与应用项目导读项目导读任务任务2、 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制项目小结项目小结任务任务1、 认识单片机认识单片机 项目一 单片机最小工作系统构建 单片机与应用单片机与应用彩灯彩灯任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机与应用单片机与应用知识分布网络知识分布网络 任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机最小系统时钟信号产生时钟电路复位电路时序节拍与状态机器周期指令周期复位条件上电复位按键复位单片机与应用单片机与应用知识分布网络知识分布网络 任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机存储器结构低128单元(DATA)片内RAM（IDATA）寄存器位寻址区(BD

2、ATA)用户RAM区ROM结构程序计数器PC中断地址区片外RAM（XDATA）ROM（CODE）高128单元(SFR)SFR分布特点SFR定义常用SFR简介单片机与应用单片机与应用任务导入任务导入 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 任务任务1

3、1 认识单片机认识单片机单片机与应用单片机与应用1 1、什什么么是是单单片片机机CPU输输入入设设备备输输出出设设备备软软件件系系统统+硬件系统输输入入接接口口设设备备输输出出接接口口设设备备运 算 器控 制 器存 储 器相关知识：单片机基本知识相关知识：单片机基本知识任务任务1 1 认识单片机认识单片机单片机与应用单片机与应用单片机应用系统单片机应用系统单单片片机机核核心心接口接口电路电路及外及外设等设等单片机应用系统单片机应用系统: :由由硬件系统硬件系统和和软件系统软件系统组成组成硬件是硬件是应用系统的基础应用系统的基础软件是在硬件的基础上软件是在硬件的基础上对其资源对其资源进行合理调配

4、和使用进行合理调配和使用，从而完成，从而完成应用系统所要求的任务，二者相应用系统所要求的任务，二者相互依赖，缺一不可互依赖，缺一不可任务任务1 1 认识单片机认识单片机单片机与应用单片机与应用2 2、MCS-51MCS-51系列单片机及其内部结构系列单片机及其内部结构串行通信接口全双工 1个ROMTXD 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0INT1INT图1-2 MCS-51单片机结构框图 任务任务1 1 认识单片机认识单片机单片机与应用单片机与应用单片机硬件结构时钟电路CPUROMRAMT0 T1中断系统串行接口并行接口P0 P1 P2 P3TX

5、D RXDINT0 INT1定时计数器中央处理器中央处理器CPU：8位，位，运算和控制运算和控制功能功能内部内部RAM：共共256个个RAM单单元，用户使用元，用户使用前前128个单元，个单元，用于存放可读用于存放可读写数据，后写数据，后128个单元被个单元被专用寄存器占专用寄存器占用。用。内部内部ROM：4KB掩膜掩膜ROM，用于存放程序、用于存放程序、原始数据和表原始数据和表格。格。定时定时/计数器：计数器：两个两个16位的定位的定时时/计数器，实计数器，实现定时或计数现定时或计数功能。功能。并行并行I/O口：口：4个个8位的位的I/O口口P0、P1、P2、P3。串行口：串行口：一个全一个

6、全双工串行口。双工串行口。中断控制系统：中断控制系统：5个中断源（外个中断源（外中断中断2个，定时个，定时/计数中断计数中断2 个，串行中断个，串行中断1个）个）时钟电路：时钟电路：可可产生时钟脉冲产生时钟脉冲序列，允许晶序列，允许晶振频率振频率6MHZ和和12MHZ复位电路图1-3 单片机硬件结构框图 任务任务1 1 认识单片机认识单片机单片机与应用单片机与应用(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。(

7、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任务任务1 1 认识单片机认识单片机单片机与应用单片机与应用 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

8、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）。 任务任务1 1

9、 认识单片机认识单片机单片机与应用单片机与应用系系列列典型芯片典型芯片I/O口口定时定时/计计数器数器中断中断源源串行串行通信口通信口片内片内RAM片内片内ROM新功能新功能标标准准型型AT89C5132个个2x16位位61128字节字节4K Flash MemoryAT89C523x16位位8256字节字节8K Flash MemoryAT89C5532个个3x16位位81256字节字节20K Flash MemoryAT89S5132个个2x16位位61128字节字节4K Flash MemoryWatchdog TimerAT89S523x16位位8256字节字节8K Flash Mem

10、ory低低档档型型AT89C105115个个2x16位位6无无64字节字节1K Flash MemoryAT89C205115个个2x16位位61128字节字节2K Flash MemoryAT89C405115个个2x16位位61128字节字节4K Flash Memory高高档档型型AT89C51RC32个个3x16位位81512字节字节32K Flash MemoryWatchdog TimerAT89C55WD32个个3x16位位81256字节字节20K Flash MemoryWatchdog TimerAT89S825232个个3x16位位91256字节字节8K Flash Mem

11、ory2K EEPROMSPI、Watchdog TimerAT89S5332个个3x16位位91256字节字节12K Flash MemorySPI、Watchdog Timer表1-1 AT89系列单片机的主要分类及功能特性任务任务1 1 认识单片机认识单片机单片机与应用单片机与应用3 3、单片机应用系统、单片机应用系统图1-4 单片机应用系统所需软硬件设备及连接形式 任务任务1 1 认识单片机认识单片机单片机与应用单片机与应用单片机应用系统开发制作过程设计电设计电路图路图制作电制作电路板路板程序程序设计设计硬件软硬件软件联调件联调程序程序烧录烧录产品产品测试测试单片机开发系统单片机开发系

12、统（单片机仿真器）（单片机仿真器）编程器编程器任务任务1 1 认识单片机认识单片机单片机与应用单片机与应用（1 1）汇编语言）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 2）高级语言）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

13、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采用单片机C语言设计。 4 4、单片机编程语言、单片机编程语言任务任务1 1 认识单片机认识单片机单片机与应用单片机与应用5 5、单片机集成开发环境、单片机集成开发环境 （1）Keil uVision2软件软件 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

14、真与开发平台）嵌入式系统仿真与开发平台Proteus软件软件 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。 任务任务1 1 认识单片机认识单片机单片机与应用单片机与应用 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 相关知识：单片机基本结构相关知识：单片机基本结构任务任务2

15、 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机与应用单片机与应用任务任务2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 1 1、单片机外部引脚及功能、单片机外部引脚及功能 (1) AT89S51单单片机的外部引脚片机的外部引脚 AT89S51是一种低功耗、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

16、许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 单片机与应用单片机与应用图1-6 AT89S51单片机的外部引脚图 任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机与应用单片机与应用 (2) AT89S51单单片机的片机的主要性能主要性能 表1-3 AT89S51单片机主要特性参数 兼容MCS-51指令系统 4kB可反复擦写(1000次）ISP Flash ROM 32个双向I/O口工作电压：4.0-5.5V 2个16位可编程定时/计数器 时钟频率：0-33MHz 全双工UART串行中断口线 128x8bit内部RAM 6个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3级加密位 看

17、门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的ISP字节和分页编程 双数据寄存器指针任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机与应用单片机与应用 (3) AT89S51单单片机的片机的管脚功能说明管脚功能说明 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TTL逻辑门电路。Flash编程和程序校验期

18、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。 端口引脚第二功能P1.5MOSI(用于ISP编程)P1.6MISO(用于ISP编程)P1.7SCK(用于ISP编程)表1-4 P1端口引脚的第二功能表 任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机与应用单片机与应用 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

19、是它的第二功能，表1-5 P3端口各引脚与第二功能表 0INT1INTWRRD第一功能第二功能第二功能信号名称P3.0RXD串行数据接收P3.1TXD串行数据发送P3.2外部中断0申请P3.3外部中断1申请P3.4T0定时器/计数器0的外部输入P3.5T1定时器/计数器1的外部输入P3.6外部RAM写选通P3.7外部RAM读选通任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机与应用单片机与应用 (4) AT89S52单单片机的片机的主要性能主要性能 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

20、 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。任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机与应用单片机与应用表1-6 AT89S52单片机主要特性参数 兼容MCS-51指令系统 8kB可反复擦写(1000次）ISP Flash ROM 32个双向I/O口工作电压： 4.5-5.5V 3个16位可编程定时/计数器 时钟频率：0-33MHz 全双工UART串行中断口线 256x8bit内部RAM 2个外部中

21、断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3级加密位 看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的ISP字节和分页编程 双数据寄存器指针任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机与应用单片机与应用2 2、单片机最小工作系统、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 任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机与应用单片机与应用 (1) 时钟电时钟电路路 表1-3 AT89S51单片机主要特性参数 单片机的连接

22、引脚XTAL1、XTAL2 ；连接方法内部时钟方式内部时钟方式 外部时钟方式外部时钟方式 v内部机器频率内部机器频率F=fosc/12F=fosc/12vC1C1和和C2C2的一般取值的一般取值 20 2030pF30pF陶瓷电容陶瓷电容任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机与应用单片机与应用 (2) 复复位位电电路路 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。 MCS-51VCCVCCRESETVSS22uF1KMCS-51VCCVCCRESETVSS2

23、2uF1KRESETR1R2200（a） 上电复位电路 （b） 按键复位电路 图1-9 单片机常见的复位电路任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机与应用单片机与应用复位后，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 专用寄存器复位状态专用寄存器复位状态PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0P3FFHSCON00HIP*00000BSBUF不定IE 0*00000BPCON0*0000B任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机与应

24、用单片机与应用3 3、单片机的存储器结构、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RAM（IDATA区）、外部数据存储器RAM （XDATA区）、内部程序存储器和外部程序存储器ROM（程序存储器合称为CODE区）。 图1-10 单片机的存储器结构图 IDATAXDATACODE任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机与应用单片机与应用任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 12345678910111213

25、142827262524232221 201918171615EPROM276412345678910111213142827262524232221 201918171615EPROM27641234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222112345678910111213142827262524232221 201918171615RAM6264 12345678910111213142827262524232221 201918171615RAM6264 80318751805189C51256

26、B（字节）4K单片机与应用单片机与应用内部外部0000H0FFFH(4K)0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K)0000H0001H0002H(PC)0000H是程序执行的起始单元,在这三个单元存放一条无条件转移指令中断5中断4中断3中断2中断10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中断0定时器0中断外部中断1定时器1中断串行口中断8位位0FFFH0FFEHEA=1 EA=0EA=1 EA=0中断入口地址（a）ROM与 关系 （b）ROM中的特殊单元 图1-11 程序存储器结构图EA任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机与应用单片机与应用

27、0000HFFFFH(64K)内部外部RAMRAM存储器存储器00HFFH7FH80H(高128B)(低128B)RAM专用寄存器0000H H07H07H0808H H0FH0FH1010H H17H17H1818H H1FH1FH0区区R0R0R7R7R0R0R7R7R0R0R7R7R0R0R7R71区区2区区3区区工作寄存器区工作寄存器区可位寻址区可位寻址区20H2FH7F 7807 0030H7FH数据缓冲区数据缓冲区/堆栈区堆栈区内部内部RAMRAM存储器存储器 工作寄存器区工作寄存器区选择位选择位RS0RS0、RS1RS1PSW位地址 CY ACF0RS1RS0OVF1P内部RAM

28、低128单元单片机与应用单片机与应用单元地址2FH2FH2EH2EH2DH2DH2CH2CH2BH2BH2AH2AH29H29H28H28H27H27H26H26H25H25H24H24H23H23H22H22H21H21H20H20H7F7F77776F6F67675F5F57574F4F47473F3F37372F2F27271F1F17170F0F0707 MSB 位地址 LSB7E7E76766E6E66665E5E56564E4E46463E3E36362E2E26261E1E16160E0E06067D7D75756D6D65655D5D55554D4D45453D3D35352D

29、2D25251D1D15150D0D05057C7C74746C6C64645C5C54544C4C44443C3C34342C2C24241C1C14140C0C04047B7B73736B6B63635B5B53534B4B43433B3B33332B2B23231B1B13130B0B03037A7A72726A6A62625A5A52524A4A42423A3A32322A2A22221A1A12120A0A020279797171696961615959515149494141393931312929212119191111090901017878707068686060585850

30、504848404038383030282820201818101008080000表1-9 片内RAM位寻址区的位地址 任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机与应用单片机与应用离散分布有离散分布有2121个个特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRSFR。 1111个可以进行个可以进行位寻址。位寻址。特别提示：对特别提示：对SFRSFR只能使用直接只能使用直接寻址方式，书写时寻址方式，书写时可使用寄存器符号，可使用寄存器符号，也可用寄存器单元也可用寄存器单元地址。地址。表1-10 MCS-51单片机专用寄存器地址表 单片机与应用单片机与应用在单片机的C语言程序设计中，可以通过关键字sfr

31、来定义所有特殊功能寄存器，从而在程序中直接访问它们，例如：sfr P1=0 x90; /特殊功能寄存器P1的地址是90H， 下面语句是合法的： P1=0 x00; /将对应P1口的8位I/O口全部清0 C语言中，还可以通过关键字sbit来定义特殊功能寄存器中的可寻址位，例如： sbit P1_0=P10; 通常情况下，这些SFR已经在头文件reg51.h中定义了，只要在程序中包含了该头文件(#include )，就可以直接使用。 如果没有头文件reg51.h，或者该文件中只定义了部分特殊功能寄存器和位，用户也可以在程序中自行定义。C语言程序要求语言程序要求单片机与应用单片机与应用几种常用的特殊

32、功能寄存器（SFR）q程序计数器程序计数器PC PC是一个16位的计数器，它的作用是控制程序的执行顺序。其内容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。q累加器累加器ACC（Accumulator） 累加器A为8位寄存器，在编程操作中是最常用的专用寄存器，功能较多，可按位寻址。任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机与应用单片机与应用q程序状态字程序状态字PSW（Program Status Word） P RS0RS1OV F0 AC CY 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。F0 用户定义标志位；

33、软件置位/清零。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。 0 0 ： 0区区 R0 R7 0 1 ： 1区区 R0 R7 1 0 ： 2区区 R0 R7 1 1 ： 3区区 R0 R7 任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机与应用单片机与应用C51C51编译器支持的存储类型编译器支持的存储类型 任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 存储器类型描 述data直接访问内部RAM，允许最快访问(128B)bdata可位寻址内部RAM，允许位与字节混合访问(16B)idata间接访问内部RAM，

34、允许访问整个地址空间(256B)pdata“分页”外部RAM (256B)xdata外部RAM (64KB)codeROM (64KB)单片机与应用单片机与应用 程序由函数组成（一个主函数，或一个主函数和若干自定义函数）； 利用预处理命令对变量或函数进行集中定义或说明； 函数和变量都需遵循先定义后使用的基本原则； 主函数中的所有语句执行完毕,则程序结束。 C51与标准C程序结构完全相同结构完全相同任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机与应用单片机与应用建立C51存储类型存储类型与存储空间存储空间的对应关系data区code区xdata区bdata区pdata区idata区任务任务2

35、2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机与应用单片机与应用1 1、设计方案、设计方案 选用AT89C51单片机芯片、时钟电路、复位电路、电源和8个发光二极管构成最小系统，完成对1个LED信号灯的控制。并并行行接接口口AT89C51单片机单片机电源电源时钟电路时钟电路复位电路复位电路单个发光二极管单个发光二极管亮灭显示亮灭显示图1-12 最小工作系统方案设计框图 任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机与应用单片机与应用2 2、硬件电路设计、硬件电路设计 图1-13 彩灯控制原理图 电路所用仿真元器件：AT89C51 ：单片机RES ：电阻 CRYSTAL ：晶振LED-RED ：发光二极管CAP ：电容CAP-ELEC ：电解电容任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机与应用单片机与应用3 3、程序设计、程序设计图1-14 彩灯控制流程图 开始结束P1.0输出“0”,LED点亮延时P1.1输出”1”，LED熄灭延时步骤步骤1 1：流程图设计：流程图设计任务任务2 2 彩灯闪烁控制彩灯闪烁控制 单片机与应用单片机与应用例例1 1：单个