《单片机原理与应用项目化教程》课件

8051单片机基本结构

8051单片机的特点

8051单片机可分为无ROM型和ROM型两种无ROM型的芯片，必须外接EPROM才能应用（典型芯片为8031）ROM型芯片又分为EPROM型（典型芯片为8751）、FLASH型（典型芯片为89C51）、掩膜ROM型（典型芯片为8051）、一次性可编程ROM（OneTimeProgramming,简称OTP）的芯片（典型芯片为97C51）。

8051单片机的基本组成时钟电路SFR和RAMROMCPU定时/计数器并行端口中断系统串行端口系统总线时钟源T0T1P0

P1

P2

P3TXDRXDINT0INT1

（1）一个8位微处理器CPU。（2）片内数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR。（3）片内程序存储器ROM。（4）两个定时/计数器T0、T1，可用作定时器，也可用以对外部脉冲进行计数。（5）四个8位可编程的并行I/O端口，每个端口既可作输入，也可作输出。（6）一个串行端口，用于数据的串行通信。（7）中断控制系统。（8）内部时钟电路。

一个8051单片机包含下列部件8051单片机内部结构通道0驱动器通道2驱动器RAM地址锁存器RAM通道0锁存器通道2锁存器ROM/EPROMB寄存器程序地址寄存器缓冲器PC递增器程序计数器PC数据指针DPTRVCCGNDP1.0～P1.7堆栈指针SPACCTMP2PSW通道3锁存器通道1锁存器通道1驱动器通道3驱动器TMP1SCONTMODPCONTCONTL0TH1TH0TL1IESBUF(TX/RX)IP中断、串行口和定时器逻辑振荡器P3.0～P3.7RSTEAALEPSENXTAL2XTAL1ALU(+5V)指令寄存器定时和控制逻辑指令译码器CPU即中央处理器，是单片机的核心部件，它完成各种运算和控制操作，CPU由运算器和控制器两部分组成。（1）运算器运算器以算术逻辑单元ALU为核心，加上累加器ACC、暂存寄存器TMP和程序状态字寄存器PSW等所组成。ALU主要用于完成二进制数据的算术和逻辑运算，并通过对运算结果的判断影响程序状态字寄存器PSW中有关位的状态。

D7D0PSW：8051单片机的CPUCYACF0RS1RS0OV—PPSW中各位的意义如下：CY：进位标志。在进行加法或减法运算时，若运算结果的最高位有进位或借位，CY=1，否则CY=0，在执行位操作指令时，CY作为位累加器。AC：辅助进位标志。在进行加法或减法运算时，若低半字节向高半字节有进位或借位，AC=1，否则AC=0，AC还作为BCD码运算调整时的判别位。F0：用户标志。RS1和RS0：工作寄存器组选择，如下表所示。RS1RS0工作寄存器组片内RAM地址00第0组00H～07H01第1组08H～0FH

10第2组10H～17H

11第3组18H～1FH

OV：溢出标志。当两个带符号的单字节数进行运算，结果超出-128～+127的范围时，OV=1，表示有溢出，否则OV=0表示无溢出。PSW中的D1位为保留位，对于8051来说没有意义，对于8052来说为用户标志，与F0相同。P：奇偶校验标志。每条指令指行完毕后，都按照累加器A中“1”的个数来决定P值，当“1”的个数为奇数时，P=1，否则P=0。

（2）控制器

控制器包括程序计数器PC、指令寄存器、指令译码器、数据指针DPTR、堆栈指针SP、缓冲器以及定时与控制电路等。控制电路完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。程序计数器PC：当一条指令按PC所指向的地址从程序存储器中取出之后，PC的值会自动增量，即指向下一条指令。堆栈指针SP：用来指示堆栈的起始地址。80C51单片机的堆栈位于片内RAM中，而且属于“上长型”堆栈，复位后SP被初始化为07H，使得堆栈实际上由08H单元开始。指令译码器：当指令送入指令译码器后，由译码器对该指令进行译码，CPU根据译码器输出的电平信号使定时控制电路产生执行该指令所需要的各种控制信号。数据指针寄存器DRTR：它是一个16位寄存器，由高位字节DPH和低位字节DPL组成，用来存放16位数据存储器的地址，以便对片外64kB的数据RAM区进行读写操作。P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDRXD/P3.0TXD/P3.1INT0/P3.2INT1/P3.3T0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7XTAL2XTAL1VSS12345678910111213141516171819208031805187514039383736353433323130292827262521222324VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VppALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0

8051单片机引脚描述

电源引脚Vcc和Vss

Vcc：电源端，接＋5V。

Vss：接地端。

时钟电路引脚XTAL1和XTAL2

XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是

振荡器倒相放大器的输入，若使用外部TTL时钟时，该

引脚必须接地。

XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它

是振荡器倒相放大器的输出，若使用外部TTL时钟时，

该引脚为外部时钟的输入端。

地址锁存允许ALE

系统扩展时，ALE用于控制地址锁存器锁存P0口输出的

低8位地址，从而实现数据与低位地址的复用。

外部程序存储器读选通信号PSEN

PSEN是外部程序存储器的读选通信号，低电平有效。

程序存储器地址允许输入端EA/VPP

当EA为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令，但当

PC中的值超过0FFFH时，将自动转向执行片外程序存储器指令。当EA为低电平时，CPU只执行片外程序存储器指令。

复位信号RST

该信号高电平有效，在输入端保持两个机器周期的高电平后，就可以完成复位操作。

输入/输出端口引脚P0，P1，P2和P3P0口（P0.0～P0.7）：该端口为漏极开路的8位准双向口，它为外部低8位地址线和8位数据线复用端口，驱动能力为8个LSTTL负载。

P1口（P1.0～P1.7）：它是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，P1口的驱动能力为4个LSTTL负载。

P2口（P2.0～P2.7）：它为一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，P2口的驱动能力也为4个LSTTL负载。在访问外部程序存储器时，作为高8位地址线。

P3口（P3.0～P3.7）：为内部带上拉电阻的8位准双向

I/O口，P3口除了作为一般的I/O口使用之外，每个引脚都具有第二功能。特殊功能寄存器通用

RAM区位寻址区00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH80H88H90H98HA0HA8HB0HB8HD0HE0HF0H特殊功能寄存器地址外部ROM内部ROM(EA=1)外部ROM(EA=0)0000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFH外部RAM(I/O口地址)0000HFFFFH内部数据存储器外部数据存储器程序存储器工作寄存器区8051单片机的存储器配置

片内数据存储器RAM。片外数据存储器RAM。程序存储器ROM。程序存储器ROM地址空间为64kB，片外数据存储器RAM也有64kB的寻址区，在地址上是与ROM重迭的。8051单片机通过不同信号来选通ROM或RAM。当从外部ROM中取指令时，采用选通信号PSEN，而从外部RAM中读写数据时则采用读RD和写WR信号或来选通，因此不会因地址重迭而发生混乱。8051在物理上有3个存储器空间片内数据存储器RAM

片内RAM有256个字节，其中00H～7FH地址空间是直接寻址区，该区域内从00H～1FH地址为工作寄存器区，安排了4组工作寄存器，每组都为R0～R7，在某一时刻，CPU只能使用其中任意一组工作寄存器，由程序状态字PSW中RS0和RS1的状态决定。片内RAM的20H～2FH地址单元为位寻址区，其中每个字节的每一位都规定了位地址。每个地址单元除了可进行字节操作之外，还可进行位操作。片内RAM的80H～FFH地址空间是特殊功能寄存器SFR区，对于51子系列在该区域内安排了21个特殊功能寄存器，对于52子系列则在该区域内安排了26个特殊功能寄器，同时扩展了128个字节的间接寻址片内RAM，地址也为80～FFH，与SFR区地址重迭。

片内数据存储器中的位地址特殊功能寄存器地址及功能表

片外数据存储器RAM

当片内RAM不能满足数量上的要求时，可通过总线端口和其他I/O口扩展外部RAM，其最大容量可达64KB字节。在片内数据存储器中，数据区和扩展的I/O口是统一编址的，使用的指令也完全相同，因此，用户在应用系统设计时，必须合理地进行外部RAM和I/O端口的地址分配，并保证译码的唯一性。程序存储器ROM

程序存储器ROM包括片内ROM和片外ROM两个部分。主要用来存放编好的用户程序和表格常数，它以16位的程序计数器PC作为地址指针，寻址空间为64KB。当EA接高电平时，单片机从片内ROM的4kB字节存储器区取指令，当指令地址超过0FFFH后，自动地转向片外ROM取指令。当EA接低电平时，所有的取指操作均对片外程序存储器进行。8051单片机的CPU时序1单片机的时钟电路2振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期 3单片机指令的取指和执行时序

单片机的时钟电路单片机时钟电路通常有两种形式：1．内部振荡方式：8051单片机片内有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。把放大器与作为反馈元件的晶体振荡器或陶瓷谐振器连接，就构成了内部自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。2．外部振荡方式：外部振荡方式就是把外部已有的时钟信号引入单片机内。XTAL2XTAL1MCS-51C1C2CYSXTAL2XTAL1MCS-51+5VVSSTTL外部时钟源内部振荡方式

外部振荡方式P1P2S1振荡周期时钟周期机器周期机器周期指令周期XTAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P28051单片机各种周期的相互关系

振荡周期、时钟周期、机器周期、指令周期P21．振荡周期：为单片机提供时钟信号的振荡源的周期。2．时钟周期：振荡源信号经二分频后形成的时钟脉冲信号，为振荡周期的2倍。3．机器周期：完成一个基本操作所需的时间，通常为12个振荡周期。4．指令周期：指CPU执行一条指令所需要的时间，一个指令周期通常含有1～4

个机器周期。

振荡周期＝1/12μs

时钟周期＝1/6μs

机器周期＝1μs

指令周期＝1～4μs

8051单片机外接晶振为12MHz时

四个周期的具体值复位电路及复位状态1．复位电路单片机复位电路包括片内、片外两部分。外部复位电路就是为内部复位电路提供两个机器周期以上的高电平而设计的。8051单片机通常采用上电自动复位和按键手动复位两种方式。单片机运行出错或进入死循环时，可按复位键重新运行。C122μF

RSTR11KΩ+5V+5V803180518751（a）上电复位电路（b）按键复位电路C122μF

RSTR2200Ω803180518751R11KΩ上电复位和按键复位电路特殊功能寄存器初始状态特殊功能寄存器初始状态ACC00HTMOD00HPC0000HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0～P3FFHSBUF不定IP×××00000BSCON00HIE0××00000BPCON0×××0000B2．复位状态8051单片机的并行I/O口

8051单片机有4个双向并行的8位I/O口P0～P3。P0口为三态双向口，可驱动8个TTL电路，P1、P2、P3口为准双向口（作为输入时，需要先向口锁存器写入1，故称为准双向口），其负载能力为4个TTL电路。1．P0口的结构VCCP0.X锁存器读锁存器地址/数据控制D读引脚写锁存器内部总线QQMUXT2P0.XT1CL2．P1口的结构VCCP1.X锁存器读锁存器D读引脚写锁存器内部总线QQTP1.X内部上拉电阻CL3．P2口的结构VCCP2.X锁存器读锁存器地址控制D读引脚写锁存器内部总线QQMUXTP2.X内部上拉电阻CL4．P3口的结构VCCP3.X锁存器读锁存器第二输出功能D读引脚写锁存器内部总线QQTP3.X内部上拉电阻第二输入功能CLP3.2P3.3位线引脚第二功能P3.010RXD（串行输入口）P3.111TXD（串行输出口）12INT0（外部中断0）13INT1（外部中断1）P3.414T0（定时器0的计数输入）P3.515T1（定时器1的计数输入）16WR（外部数据存储器写脉冲）17RD（外部数据存储器读脉冲）P3.7

P3.6

P3口的第二功能（1）地址总线（AB）：地址总线宽度为16位，由P0口经地址锁存器提供低8位地址（A0～

A7）；P2口直接提供高8位地址（A8～A15）。地址信号是由CPU发出的，故地址总线是单方向的。（2）数据总线（DB）：数据总线宽度为8位，用于传送数据和指令，由P0口提供。（3）控制总线（CB）：控制总线随时掌握各种部件的状态，并根据需要向有关部件发出命令，主要有PSEN、WR、RD信号。8051单片机的片外总线结构8051与外部存储器、I/O端口的连接项目2单片机输入输出电路设计2.1任务1左右循环流水灯控制设计与仿真2.1.1任务描述本任务要求采用单片机制作一个8位彩灯（发光二极管）闪烁的控制系统，其重点是熟悉单片机的I/O端口的输入输出操作控制。2.1任务1左右循环流水灯控制设计与仿真2.1.2相关知识

1.P0口结构2.1任务1左右循环流水灯控制设计与仿真2.P0口功能1）通用I/O口当P0口引脚作为输入/输出端口时，CPU令“控制”端信号为低电平，作用是让多路开关MUXB导通，A断开；“0”信号通过与门控制场效应管T1截止，致使输出级为开漏输出。（1）输出数据（2）输入数据（3）读锁存器数据2）地址/数据总线2.1任务1左右循环流水灯控制设计与仿真2.1.2.2P1口电路结构及功能1．P1口结构2.1任务1左右循环流水灯控制设计与仿真2．P1口功能P1口作为通用I/O口时的功能和使用方法与P0相似。唯一不同的是不需要外接上拉电阻。P1口的输出级可驱动4个LSTTL门电路。2.1任务1左右循环流水灯控制设计与仿真2.1.2.3P2口电路结构及功能P2口（P2.0～P2.7）：P2口的第一功能是8位漏极开路的准双向I/O口，第二功能是地址总线的高8位。1．P2口结构2.1任务1左右循环流水灯控制设计与仿真

2．P2口功能1)通用I/O口当“控制”端信号为低电平时，多路开关MUX截止A,导通B，P2口作为通用I/O口使用，其功能和使用方法与P1口相同。2）地址总线当“控制”端信号为高电平时，多路开关MUX截止B,导通A，P2口作为地址总线使用，“地址”输出信号经反相器和场效应管V二次反相后从引脚输出。2.1任务1左右循环流水灯控制设计与仿真2.1.2.4P3口电路结构及功能P3口（P3.0～P3.7）：P3口的第一功能是8位漏极开路的准双向I/O口，同时P3口的每一个引脚都有第二功能。

1.P3口结构2.1任务1左右循环流水灯控制设计与仿真2．P3口功能1）通用I/O口当“第二功能输出”端输出为高电平，锁存器Q端信号控制与非门输出，总线输出信号与引脚输出信号相同。P3口的通用I/O口的功能和使用方法与P1口、P2口相同。P3口的输出级可驱动4个LSTTL门电路。2）引脚第二功能2.1任务1左右循环流水灯控制设计与仿真2.1.3任务实施2.1.3.1硬件电路设计2.2任务2彩灯显示开关状态设计与仿真2.2.1任务描述本任务要求采用单片机制作一个彩灯显示开关状态电路系统，主要掌握C语言的基本理论知识，其重点是熟悉单片机C语言编写语句的应用。2.2任务2彩灯显示开关状态设计与仿真2.2.2相关知识2.2.2.1C语言介绍1．C语言优点(1）对单片机的指令系统不需要了解，仅要求对存储器有了解。(2）编译器管理寄存器的分配、不同存储器的寻址及数据类型等细节。(3）程序结构化，程序有规范的结构，可以通过函数实现小功能执行。(4）具有将可变的选择与特殊操作组合在一起的能力，改善了程序的可读性。(5）用近似人的思维来使用关键字和运算函数。(6）提供强大包含有多个标准子程序的库，具有较强的数据处理能力。(7）很容易将新程序植入已编写好的程序，因为C语言具有模块化编程技术。(8）编程和程序调试时间短，编程效率高。2.2任务2彩灯显示开关状态设计与仿真2.C语言程序结构单片机C51语言是一种结构化的程序设计语言，程序是解决问题的软件部分，而语句是组成程序的基础，学习语句的流程与控制非常重要。单片机C51语言采用三种经典程序结构。1）顺序结构（sequence）2）选择结构（selection）3）循环结构（repetition）

2.2任务2彩灯显示开关状态设计与仿真2.2.2.2C语言基本语句1.表达语句与复合语句1）表达式语句表达式语句是众多语句中最基本的一种语句。所谓表达式语句就是由一个表达式构成的一个程序语句。

其一般形式如下：

表达式;例如：P1=0x00;2）复合语句复合语句就是把多个语句用“{}”括起来组成一个语句。2.2任务2彩灯显示开关状态设计与仿真2.选择语句1）基本if语句基本if语句的格式如下：if(表达式){语句组1;}else{语句组2;}

2.2任务2彩灯显示开关状态设计与仿真2)if-else-if语句当有多个分支选择时,可采用if-else-if语句,其一般格式如下:

if(表达式1){语句组1;}elseif(表达式2){语句组2;}……elseif(表达式m){语句组m;}else{语句组n;}

2.2任务2彩灯显示开关状态设计与仿真3)switch语句当遇到判断条件较多时，C语言还提供了一种用于多分支选择的switch语句，其一般形式为：

switch(表达式){

case常量表达式1:语句组1;break;

case常量表达式2:语句组2;break;

…

case常量表达式n:语句组n;break;

default:语句组n+1;

}

2.2任务2彩灯显示开关状态设计与仿真3.循环语句1)while语句while语句的一般形式为：while(表达式){语句组;//循环体}

2.2任务2彩灯显示开关状态设计与仿真2)do-while语句do-while语句的一般形式为：

do

{语句组;//循环体

}while(表达式);

2.2任务2彩灯显示开关状态设计与仿真3)for语句在C语言中，for语句使用最为灵活，它完全可以取代while语句。它的最简单最常用的形式为：

for(循环变量赋初值;循环条件;修改循环变量){

语句组;//循环体

}

2.2任务2彩灯显示开关状态设计与仿真2.2.3任务实施2.2.3.1硬件电路设计2.3任务3模拟汽车控制灯控制设计与仿真2.3.1任务描述

本任务要求通过单片机制作发光二极管模拟汽车控制灯的控制系统，满足汽车转向灯要求，重点训练三种基本程序结构的设计能力及理解结构化程序设计方法。2.3任务3模拟汽车控制灯设计与仿真2.3.2相关知识2.3.2.1C语言数据类型2.3任务3模拟汽车控制灯设计与仿真2.3.2.2C语言运算符2.3任务3模拟汽车控制灯设计与仿真1.赋值运算符赋值语句的格式如下:变量=表达式;2.复合赋值运算符

语句格式的表达式如下：变量复合赋值运算符表达式2.3任务3模拟汽车控制灯设计与仿真3.算术运算符

2.3任务3模拟汽车控制灯设计与仿真4.关系运算符

2.3任务3模拟汽车控制灯设计与仿真5.逻辑运算符

（1）逻辑与条件式1&&条件式2（2）逻辑或条件式1‖条件式2（3）逻辑非！条件式2.3任务3模拟汽车控制灯设计与仿真6.位运算符

2.3任务3模拟汽车控制灯设计与仿真7.条件运算符。条件运算符的一般格式为：逻辑表达式?表达式1:表达式28.逗号运算符。逗号表达式的一般形式为：表达式1,表达式2,…表达式n9.指针变量、指针和地址运算符2.3任务3模拟汽车控制灯设计与仿真2.3.2.3C语言常量和变量1.常量。常量包括整型常量（整型常数）、浮点型常量（有十进制表示形式和指数表示形式）、字符型常量（单引号内的字符）及字符串常量（双引号内的单个或多个字符）等。2.3任务3模拟汽车控制灯设计与仿真2.3.2.3C语言函数

1.函数分类1）库函数。库函数也称为标准函数或标准库函数，是由C51的编译器提供的，用户无需定义，也不必在程序中作类型说明，只需在程序前包含有该函数原型的头文件即可在程序中直接调用，以头文件的形式给出。2）用户自定义函数。用户自定义函数是由用户按需要写的函数。从函数定义的形式上划分为：无参数函数、有参数函数和空函数。2.3任务3模拟汽车控制灯设计与仿真2.函数定义及调用1）函数定义。函数定义的一般形式如下：函数类型函数名（形式参数表）形式参数说明;{局部变量定义;函数体语句;return语句;}

2.3任务3模拟汽车控制灯设计与仿真2）函数调用函数调用的一般形式为：函数名（实际参数列表）在一个函数中需要用到某个函数的功能时，就调用该函数。调用者称为主调函数，被调用者称为被调函数。

2.3任务3模拟汽车控制灯设计与仿真2.3.3任务实施2.3.3.1硬件电路设计项目3显示与按键接口技术3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计3.1.1任务描述利用单片机设计一个简易的四位抢答器控制系统，使用四个开关作为抢答器的输入，1位共阳极数码管作为输出。四个开关分别对应抢答者序号1、2、3、4，初始状态,数码管显示0，当不同抢答者闭合开关时，抢答成功提示灯点亮，并且数码管显示相应的抢答序号。3.1.2相关知识

3.1.2.1LED数码管及其接口电路显示装置是单片机应用系统中最基本的输出设备，也是一个重要的人机交互设备之一。常用的显示器件有发光二极管、LED数码管、点阵和LCD液晶显示器等。如果应用系统中只需要显示简单的数字或字母等信息，例如显示时间、日期、温度、运行状态等，LED数码管可谓是最佳选择，它具有成本低廉、显示清晰易懂、配置简单、性能稳定和使用寿命长等特点，在生活和工业中得到了广泛的应用。3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计3.1.2相关知识

3.1.2.1LED数码管及其接口电路LED数码管由多个发光二极管构成，按照包含发光二极管个数分为七段数码管和八段数码管（八段数码管比七段数码管多一个发光二极管即小数点显示）。通过控制二极管的亮灭组合，可以显示各种数字和字符。八段LED数码管如图3-1所示。3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计3.1.2相关知识

3.1.2.1LED数码管及其接口电路1.LED数码管显示原理LED数码管共10个引脚a、b、c、d、e、f、g、dp和两个公共端com，通过对引脚赋高低电平，控制点亮内部发光二极管，从而可以显示出0-9、A-F、H、L、P、R、U、Y、-、.等各种字符。八段数码管的引脚和内部结构如图3-2所示。3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计3.1.2相关知识

3.1.2.1LED数码管及其接口电路1.LED数码管显示原理3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计(a)引脚图

（b）共阴极结构

（c）共阳极结构3.1.2相关知识

3.1.2.1LED数码管及其接口电路1.LED数码管显示原理数码管按照内部连接方式不同可分为共阴极和共阳极两种结构，其特点如表3-1所示。3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计

共阴极结构（见图3-2（b））共阳极结构（见图3-2（c））连接方法8个发光二极管阴极相连作为公共端，接低电平。8个发光二极管阳极相连作为公共端，接高电平。点亮方法阳极作为段控制端，赋高电平，相应发光二极管导通被点亮。阴极作为段控制端，赋低电平，相应发光二极管导通被点亮。3.1.2相关知识

3.1.2.1LED数码管及其接口电路1.LED数码管显示原理使用数码管时仅能将其点亮是不够的，还要能控制其显示出相应的数字或字符，通过上面的分析可知需要对段控制端赋相应的段码数码管结构不同，形成的字型编码也不同，这里以共阴极数码管为例进行分析。3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计显示字符共阴极数码管显示段字型编码dpgfedcba0001111113FH10000011006HA0111011177H3.1.2相关知识

3.1.2.1LED数码管及其接口电路1.LED数码管显示原理常用字形编码如下表所示，要显示某字符时，可根据需要进行查找。3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计显示字符共阴极段码共阳极段码显示字符共阴极段码共阳极段码03FHC0Hc39HC6H106HF9Hd5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH466H99HP73H8CH56DH92HU3EHC1H67DH82HT31HCEH707HF8Hy6EH91H87FH80HH76H89H96FH90HL38HC7HA77H88H“灭”00HFFHb7CH83H.........3.1.2相关知识

3.1.2.1LED数码管及其接口电路2.LED数码管显示方法LED数码管有静态显示和动态显示两种方法。1）静态显示方法及应用电路数码管采用静态显示方式时，各位数码管的公共端连接在一起固定的接地或+5V，每个数码管的段控制端（a-dp）分别连接到单片机的一个8位I/O端口。确定显示字符后，由单片机I/O端口输出字型编码，控制数码管显示相应内容，此时各位数码管相互独立，稳定显示，直到接收到新的字型编码为止。3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计3.1.2相关知识

3.1.2.1LED数码管及其接口电路2.LED数码管显示方法数码管采用静态显示方法，电路直观易懂，编程简单，显示清晰，但是每位数码管都需有8个I/O口控制，占用口线资源较多，对于使用多位数码管时，造成硬件电路复杂，成本较高,所以适用于使用数码管个数较少的场合。3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计3.1.2相关知识

3.1.2.1LED数码管及其接口电路2.LED数码管显示方法2）动态显示方法及应用电路数码管动态显示方法又称动态扫描，连接时将多位数码管的段选端（a-dp）并联到一起由一个8位I/O端口控制，每个数码管的位选端（公共端com）分别由一位I/O端口控制。通过位选端赋有效电平选择让哪一位数码管点亮，段选端赋字型编码确定被点亮数码管显示的字符。3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计3.1.2相关知识

3.1.2.1LED数码管及其接口电路2.LED数码管显示方法动态显示方法就是控制各位数码管分时选通，实现依次轮流点亮，在某一时刻只有一位数码管显示，依次循环即可使各位数码管循环显示需要的内容。要想使多位数码管稳定显示，只需减小间隔时间（小于10ms），让循环显示的速度足够快，由于人眼存在视觉暂留效应，会认为所有数码管共同被点亮。3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计3.1.2相关知识

3.1.2.1LED数码管及其接口电路2.LED数码管显示方法当数码管使用数量较多时，使用单独数码管硬件电路连线比较复杂，可采用二位一体、三位一体等数码管进行代替。实物图如图所示。3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计3.1.2相关知识

3.1.2.1LED数码管及其接口电路2.LED数码管显示方法数码管动态显示方法能够大大节省单片机I/O口的使用，简化了硬件电路，但由于轮流显示需要动态刷新，会占用较多的CPU时间，所以适用于使用数码管个数较多的场合。3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计3.1.2相关知识

3.1.2.2数组的概念数组就是把若干个相同数据类型的元素按一定顺序排列的集合，并把各元素用统一的名字命名，然后用编号进行区分，这个名字称为数组名，编号称为下标。数组中各个元素称为数组的分量，也称为数组元素，每个数组元素由数组名和下标唯一标识。数组可以用相同名字引用一系列变量，当需要处理若干相同类型的数据时，可以缩短和简化程序，便于程序设计。在Ｃ语言中，数组属于构造数据类型。按数组元素的数据类型可分为：数值数组、字符数组、指针数组等；按照数组维度可分为：一维数组、二维数组、多维数组等。3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计3.1.2相关知识

3.1.2.2数组的概念1.一维数组1）一维数组定义及数组元素的引用一维数组就像数学中的数列，各元素排成一排，只需一个下标就可以确定数组元素的相对位置。程序设计时，要想使用数组，必须先要对其进行定义。3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计3.1.2相关知识

3.1.2.2数组的概念1.一维数组一维数组定义形式为：类型说明符数组名[常量表达式]；说明：（1）类型说明符：定义了数组中每一个元素的数据类型，同一个数组，所有数组元素具有相同的数据类型；（2）数组名：由用户定义，但不能与其他变量重名。命名规则遵循标识符命名规则（由字母、数字和下划线组成，第一位必须是字母或者下划线，不能是数字）；（3）常量表达式：表示数组长度，即数组元素的总个数，可以为常量和符号常量，不能为变量，数组定义后其长度固定不能改变。3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计3.1.2相关知识

3.1.2.2数组的概念1.一维数组数组元素是组成数组的基本单元，必须先定义数组，才能使用数组元素。C语言中使用数组时不能一次引用整个数组，只能对数组元素进行依次引用。数组元素的一般表示形式：数组名[下标]说明：（1）下标表示元素在数组中的位置，只能是整型常量或整型表达式；（2）下标不能越界。3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计3.1.2相关知识

3.1.2.2数组的概念1.一维数组2）一维数组初始化数组的初始化是指在定义数组时对数组元素进行赋值。一般格式为：类型说明符数组名[数组长度]={各数组元素值}；数组初始化有以下2种方法：（1）对全部数组元素赋初值。（2）对部分数组元素赋初值。3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计3.1.2相关知识

3.1.2.2数组的概念2.二维数组1）二维数组定义及数组元素的引用二维数组就像数学中的矩阵，各元素先排成排，各排再排成列。需要两个下标才能唯一确定出数组元素。二维数组定义形式为：类型说明符数组名[常量表达式1][常量表达式2]；说明：（1）常量表达式1：表示第一维下标长度（行数）。（2）常量表达式2：表示第二维下标长度（列数）。3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计3.1.2相关知识

3.1.2.2数组的概念2.二维数组二维数组元素的一般表示形式：数组名[下标1][下标2]说明：（1）下标1为行标，下标2为列标共同确定元素在数组中位置，只能是整型常量或整型表达式；（2）下标不能越界。3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计3.1.2相关知识

3.1.2.2数组的概念2.二维数组2）二维数组初始化（1）对全部数组元素赋初值。分行赋值charb[2][4]={{1,2,3,4},{5,6,7,8}}；赋值后数组个元素为按行连续赋值。charb[2][4]={1,2,3,4,5,6,7,8}}；赋值后数组个元素为对全部数组元素赋初值时，可省略第一位长度。3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计3.1.2相关知识

3.1.2.2数组的概念2.二维数组2）二维数组初始化（2）对部分数组元素赋初值，未赋值元素自动取0。分行赋值intc[2][3]={{2,3},{5,6}}；赋值后数组个元素为按行连续赋值intc[2][3]={0,1,2,3}；赋值后数组个元素为3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计3.1.2相关知识

3.1.2.2数组的概念3.字符型数组字符型数组也是一维或二维数组，它的数组元素都是字符型变量。字符数组的定义、引用和初始化方法与一维数组相同。例如：charnum[5];//定义字符型数组num,数组中有5个数组元素charnum[5]={‘h’,‘a’，‘p’，‘p’，‘y’};//数组初始化注：数组元素值由‘’括起。若只对部分元素赋值，则未赋值元素系统赋予空格字符‘\0’。3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计3.1.3任务实施3.1.3.1硬件电路设计3.1任务1简易四位抢答器控制系统设计3.2任务2LED点阵显示系统设计3.2.1任务描述利用单片机制作一个8*8的LED点阵显示电路，该任务通过单片机的P1口和P2口连接一个8*8LED点阵，实现在点阵屏上进行数字，汉字和图型的显示。当单片机上电开始运行时，LED点阵屏依次轮流显示“2018年1月1日¤”，一直循环显示运行。3.2.2相关知识3.2.2.1LED点阵及其接口电路LED点阵是单片机应用系统中显示器件的一种，相比之前学习的LED发光二极管和数码管，它在生活中的应用更加广泛。LED点阵可以显示文字、图像、动画、视频等信息，显示色彩鲜艳、动感、立体，并且具有亮度高、功耗小、微型化、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定、易维护等优点，可广泛应用于商场、医院、宾馆、银行、车站、机场、工业企业管理和其它公共场所。常用的LED点阵显示模块有4×4、4×8、5×7、5×8、8×8、16×16等多种结构，每种结构都是由多个LED发光二极管组成，下面以8×8点阵为例进行详细介绍。3.2任务2LED点阵显示系统设计3.2.2相关知识3.2.2.1LED点阵及其接口电路1.LED点阵结构前面我们学习了LED发光二极管和LED数码管，在此基础上学习LED点阵就要轻松得多了。一个数码管是8个LED发光二极管组成，同理，一个8*8的点阵是由64个LED发光二极管组成。图3-9是8*8点阵的外形图和引脚图。3.2任务2LED点阵显示系统设计3.2.2相关知识3.2.2.1LED点阵及其接口电路1.LED点阵结构8*8LED点阵内部的64个发光二极管按矩阵形式排列，构成8行8列，共16个引脚，行引脚为0~7，列引脚为A~H。其内部结构图如图3-10所示：3.2任务2LED点阵显示系统设计3.2.2相关知识3.2.2.1LED点阵及其接口电路2.LED点阵显示原理由内部结构图可知8*8点阵内部的64个发光二极管全部跨接在行线和列线的交叉点上，根据发光二极管的单向导通性，当某个发光二极管连接的行置高电平（1），列置低电平（0）时，该二极管被点亮。通过控制每个二极管发光，完成各种显示内容。LED点阵显示类似于数码管，也采用动态扫描的显示方式，即依次点亮各行，进行行扫描（或依次点亮各列，进行列扫描）。3.2任务2LED点阵显示系统设计3.2.2相关知识3.2.2.1LED点阵及其接口电路2.LED点阵显示原理例如当8*8LED点阵需要显示“1”时，先要建立一个8*8的方格表，在方格表中按照显示要求填好要显示的内容，见图3-11，黑色的格子表示被点亮，当选中第一行（赋高电平）时，给各列赋值11111111B(FFH)；当选中第二行（赋高电平）时，给各列赋值11100111B(E7H)，依次类推，到选中第八行（赋高电平）时，给各列赋值11100111B(E7H)，八行全扫描显示1次，再重新扫描显示第一行，如此不断循环，并使循环显示速度足够快时（应保证扫描8行所用时间之和在20ms以内），既能看到稳定显示整个图形。3.2任务2LED点阵显示系统设计3.2.2相关知识3.2.2.1LED点阵及其接口电路3.LED点阵接口技术使用LED点阵作为显示设备时，可单独使用一片进行简单显示（见上面实例），也可同时使用多片相组合进行较大图片或文字显示，例如商场、酒店门前的LED大屏幕。3.2任务2LED点阵显示系统设计3.2.2相关知识3.2.2.1LED点阵及其接口电路3.LED点阵接口技术单片机与一片8*8LED点阵接口电路比较简单，其框图如图3-12所示：3.2任务2LED点阵显示系统设计3.2.2相关知识3.2.2.1LED点阵及其接口电路3.LED点阵接口技术实际应用中，往往需要进行复杂文字或图像的显示，单独使用一片LED不能满足要求，可以多片结合共同使用。多片8*8LED点阵可构成8*16（2片）、16*16（4片）、16*32（8片）和32*32（16片）等多种规格的LED大屏，其显示电路相对复杂。3.2任务2LED点阵显示系统设计3.2.3任务实施3.2.3.1硬件电路设计3.2任务2LED点阵显示系统设计3.3任务3多样彩灯控制系统设计3.3.1任务描述利用单片机设计一个多样彩灯控制系统，使用四个按键作为控制输入端，8个发光二极管作为显示输出。四个按键功能不同，按下第一个按键：上面4个发光二极管被点亮；按下第二个按键：下面4个发光二极管被点亮；按下第三个按键：发光二极管依次被点亮；按下第四个按键：全部发光二极管熄灭。3.3.2相关知识3.3.2.1键盘接口技术1.常见开关种类按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类，这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。编码键盘主要是用硬件来实现对按键的识别，硬件结构复杂；非编码键盘主要是由软件来实现按键的定义与识别，硬件结构简单，软件编程量大。编码键盘内部带有硬件编码器，它是通过硬件来识别键盘上的闭合键，优点是工作可靠、按键编码速度快且基本不占CPU的时间，但电路复杂，成本较高；非编码键盘是通过软件来识别键盘上的闭合键，优点是硬件电路简单，成本较低，但占用CPU的时间长。3.3任务3多样彩灯控制系统设计3.3.2相关知识3.3.2.1键盘接口技术1.常见开关种类在实际的单片机应用系统设计中，往往为了降低成本，大多采用非编码键盘，这里主要介绍非编码键盘，常用按键开关如图所示。3.3任务3多样彩灯控制系统设计3.3.2相关知识3.3.2.1键盘接口技术2.按键去抖键盘是按照一定规则排列起来的一组按键的集合，而每一个按键实质上就是一个开关。目前，无论是按键还是键盘，大多数都是利用机械触点闭合、断开作用，机械触点由于弹性作用的影响，在按键闭合及断开的瞬间都有抖动现象。抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为5~10ms，为了保证CPU对按键的闭合仅作一次键输入处理，就必须去除抖动的影响，也就是去抖问题。通常去抖的方法有硬件和软件两种。所谓硬件去抖就是在按键输出端加RS触发器,而软件去抖就是在检测到有键按下时，执行一个10ms左右的延时程序后，再判断该键电平是否保持闭合状态，若仍保持闭合状态，则确认该键处于闭合状态。同样，对于该键释放后的处理，也应采用相同的方法进行，从而达到去抖的效果。在单片机中，为了简化电路，常常采用软件去抖的方法。3.3任务3多样彩灯控制系统设计3.3.2相关知识3.3.2.2独立式按键及其接口电路非编码键盘按连接方式的不同主要分为两大类：一类是独立式按键，另一类为矩阵式键盘。独立式按键的每个按键都单独占有一根I/O口线，每根I/O口线不影响其它I/O口线的工作状态，它们都是独立的。独立式按键如图所示，当按下键1时，键1输入为低电平，当松开键1时，键1输入为高电平。也就是说无键按下时，各输入线为高电平，有键按下时，相应的输入线为低电平。独立式按键硬件电路简单，但每个按键都要单独占有一根I/O口线，如果按键数目较多时，I/O口线浪费大，故只在按键数量不多时，采用这种电路。3.3任务3多样彩灯控制系统设计3.3.2相关知识3.3.2.2独立式按键及其接口电路3.3任务3多样彩灯控制系统设计3.3.2相关知识3.3.2.3矩阵式键盘及其接口电路1.矩阵式键盘接口电路矩阵式键盘接口电路如图所示，其为4×4的键盘结构。图中键盘的行线X0~X3通过电阻接＋5V。当键盘上没有键闭合时，所有的行线和列线都断开，行线都呈高电平。当键盘上某一个键闭合时，该键所对应的行线和列线被短路。例如10号键被按下闭合时，行线X2和列线Y2被短路，此时X2的电平由Y2的电位决定。如果把行线接到单片机的输入口，列线接到单片机的输出口，则在单片机的控制下，先使列线Y0为低电平“0”，其余3根列线Y1、Y2、Y3都为高电平“1”，读行线状态。如果X0、Xl、X2、X3都为高电平，则Y0这一列上没有键闭合。3.3任务3多样彩灯控制系统设计3.3.2相关知识3.3.2.3矩阵式键盘及其接口电路1.矩阵式键盘接口电路如果读出的行线不全为高电平，则为低电平的行线和Y0相交的键处于闭合状态。如果Y0这一列上没有键闭合，接着使列线Y1为低电平，其余列线为高电平，用同样方法检查Y1这一列上是否有键闭合。这种逐行逐列地检查键盘状态的过程称为对键盘的一次扫描。3.3任务3多样彩灯控制系统设计3.3.2相关知识3.3.2.3矩阵式键盘及其接口电路2.单片机对非编码键盘的控制方式在单片机应用系统中，对非编码键盘的控制方式一般有程序扫描方式（查询方式）、定时控制扫描方式和中断控制扫描方式三种。1）程序控制扫描方式程序扫描方式是在CPU不执行别的程序时，对键盘进行扫描。这种扫描占用CPU的时间较多，当CPU执行其他功能程序时，就不再响应键盘的要求，直到CPU重新扫描键盘为止。3.3任务3多样彩灯控制系统设计3.3.2相关知识3.3.2.3矩阵式键盘及其接口电路2.单片机对非编码键盘的控制方式2）定时控制扫描方式定时控制扫描方式是利用定时/计数器每隔一段时间产生定时中断，CPU响应中断后对键盘进行扫描，并在有键闭合时转入该键的功能子程序，定时控制扫描方式与程序控制扫描方式的区别是，在扫描间隔时间内，前者用CPU工作程序填充，后者用定时/计数器定时控制。定时控制扫描方式也应考虑定时时间不能太长，否则会影响对键输入响应的及时性。3.3任务3多样彩灯控制系统设计3.3.2相关知识3.3.2.3矩阵式键盘及其接口电路2.单片机对非编码键盘的控制方式3）中断控制方式中断控制方式是利用外部中断源，响应键输入信号。当无按键按下时，CPU执行正常工作程序。当有按键按下时，CPU立即产生中断。在中断服务子程序中扫描键盘，判断是哪一个键被按下，然后执行该键的功能子程序。这种控制方式克服了前两种控制方式可能产生的空扫描和不能及时响应键输入的缺点，既能及时处理键输入，又能提高CPU运行效率，缺点是占用一个中断源。3.3任务3多样彩灯控制系统设计3.3.3任务实施3.3.3.1硬件电路设计3.3任务3多样彩灯控制系统设计3.4任务4LCD显示系统设计系统设计及仿真3.4.1任务描述本任务通过1602液晶显示屏显示一段字符，其重点是熟悉LCD引脚功能及程序编写。3.4任务4LCD显示系统设计系统设计及仿真3.4.2相关知识3.4.2.1液晶显示原理

液晶显示器的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式和点阵式等。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，它有若干个5X7或5X11点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。3.4任务4LCD显示系统设计系统设计及仿真1602字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，分为上下2行，每行显示16个字符，通常称为1602字符型液晶显示器。1602LCD采用标准的14Pin(无背光)或16Pin(带背光)接口，这里选用了16Pin(带背光)接口。基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在设计过程中并无差别。3.4任务4LCD显示系统设计系统设计及仿真·

Pin1GND为电源地。·Pin2Vcc接+5V。·Pin3Vo为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10kΩ的电位器设定对比度。·Pin4RS为寄存器选择端，RS是命令/数据选择引脚，接单片机的一个I/O，当RS为低电平时，选择命令；当RS为高电平时，选择数据。·Pin5R/W为读/写信号线，RW是读/写选择引脚，接单片机的一个I/O，当RW为低电平时，向LCD1602写入命令或数据；当RW为高电平时，从LCD1602读取状态或数据。如果不需要进行读取操作，可以直接将其接GND。·Pin6E为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶显示器执行命令。·Pin7～Pin14DB0～DB7为8位双向数据线。并行数据输入/输出引脚，可接单片机的P0—P3任意的8个I/O口。如果接P0口，P0口应该接4.7K—10K的上拉电阻。如果是4线并行驱动，只须接4个I/O口。·Pin15A为背光源正极。可接一个10—47欧的限流电阻到VCC。·Pin16K为背光源负极。lcd1602共16个管脚，但是编程用到的主要管脚不过三个，分别为：RS（数据命令选择端），R/W（读写选择端），E（使能信号）;以后编程便主要围绕这三个管脚展开进行初始化，写命令，写数据。3.4任务4LCD显示系统设计系统设计及仿真3.4.2.21602字符型液晶显示器基本指令及操作时序3.4任务4LCD显示系统设计系统设计及仿真指令1

清显示。指令码0x01，光标复位到地址0x00位置。指令2

光标返回。光标返回到地址0x00。指令3

置输入模式。I/D为光标移动方向，高电平右移，低电平左移；S为屏幕上所有文字是否左移或者右移标志，高电平表示有效，低电平则无效。指令4

显示开/关控制。D为控制整体显示的开与关设置，高电平表示开显示，低电平表示关显示；C为控制光标的开与关设置，高电平表示有光标，低电平表示无光标；B为控制光标是否闪烁设置，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5

光标或字符移位。S/C为高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。3.4任务4LCD显示系统设计系统设计及仿真指令6

功能设置指令。DL取高电平时为4位总线，低电平时为8位总线；N取低电平时为单行显示，高电平时为双行显示；F为低电平时显示5X7的点阵字符，高电平时显示5X10的点阵字符。指令7

设置字符发生存储器地址。指令8

设置数据存储器地址。指令9

读忙信号和光标地址。BF为忙标志位，高电平表示忙，此时显示器不能接收指令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10

写数据指令11

读数据3.4任务4LCD显示系统设计系统设计及仿真3.4.2.31602字符型液晶显示器的显存及字库液晶显示器是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认显示器的忙标志，（调用指令9检测BF位）是否为低电平，为低表示不忙，否则显示器处于忙状态，外部给定指令失效。显示字符时，要先输入显示字符地址，也就是告诉显示器在哪里显示字符，图是1602的内部显示地址。3.4任务4LCD显示系统设计系统设计及仿真3.4.3任务实施3.4.3.1硬件电路设计项目4定时/计数器与中断系统应用4.1任务110秒定时系统设计4.1.1任务描述本任务要求采用单片机制作一个0到10秒定时控制系统，利用定时/计数器T0进行二位定时，其重点是熟悉单片机的定时/计数器工作原理、寄存器设置和应用。4.1任务110秒定时系统设计4.1.2相关知识4.1.2.1定时/计数器结构1.定时/计数器结构51单片机内部有两个16位可编程定时/计数器T0和T1，每个定时/计数器又分别由两个8位特殊功能寄存器组成，T0由高8位TH0和低8位TL0组成，T1由高8位TH1和低8位TL1组成。同时单片机内部还包含一个工作方式控制寄存器TMOD和一个控制寄存器TCON。4.1任务110秒定时系统设计2.定时/计数器功能4.1任务110秒定时系统设计4.控制寄存器TCONTCON用于控制定时/计数器启动、停止、溢出及中断。是一个8位特殊功能寄存器。1）TF1和TF0：定时/计数器T1和T0的溢出中断标志位。2）TR1和TR0:定时/计数器T1和T0的运行控制位。4.1任务110秒定时系统设计4.1.2.2定时/计数器工作方式1.定时/计数器工作流程4.1任务110秒定时系统设计2.定时/计数器工作方式1）工作方式0当TMOD中M1M0=00时，定时/计数器被选为工作方式0，13位定时/计数器，计数范围是0~8191，其最大计数值为8192（即213）。4.1任务110秒定时系统设计2）工作方式1当TMOD中M1M