《单片机应用技术》课件-项目1：单片机基础与开发环境

单片机是什么？C51单片机概述主讲老师：XXXX单片机应用技术目

录02单片机分类01什么是单片机01什么是单片机PART01什么是单片机01

单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer,SCM)广义上单片机是集成在一个芯片上，专门用于检测控制领域的微型控制器。外形上微型计算机一般包括主机、显示器、键盘、鼠标。单片机芯片什么是单片机01

硬件结构上微型计算机硬件系统通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。运算器和控制器一般制作在同一个芯片上，统称为中央处理单元，是微型计算机的核心部件，配上存储器、输入/输出接口电路及外部设备，即构成微型计算机硬件系统。什么是单片机01

微控制器(Micro-ControllerUnit,MCU)单片机的CPU、存储器、I/O口电路、定时器/计数器、中断系统等控制器件集成在一块半导体硅片上。一个内含集成电路的芯片什么是单片机01

单片机可通过执行使用者编写的程序，控制芯片的各个引脚在不同的时间输出不同的电平，从而控制与单片机各个引脚相连的外围电路的电气状态。单片机的内部结构单片机起主要作用的是芯片部分，细导线只是起到了在芯片和引脚之间传递信号的作用。什么是单片机01

单片机的优点体积小、价格低、控制功能强、可靠性高。应用范围工业控制单元、智能仪器仪表、家用电器、电子玩具、通信产品等各个领域。02单片机分类PART02单片机分类02

1970年第一台微型计算机研制成功，随后出现了单片机。最初以Intel公司MCS-48为代表的具有较少片内资源、功能简单的单片机，到现阶段各种高性能单片机的出现和应用。初级阶段完善阶段成熟阶段性能提高阶段单片机分类02

低功耗高性能高集成程度多品种按照用途分通用型、专用型按二进制位数分4位、8位、16位、32位单片机分类02

1.MCS-51单片机系列8031(片内无程序存储器)8051(片内有4KB掩膜ROM)8751(片内有4KBEPROM)89C51(片内有4KBFlashROM)8031单片机开创了MCS-51单片机的时代，而其后的8051是最典型的产品，这个系列其他单片机都是在8051的基础上进行功能的增减而改变来的。单片机分类02

1.MCS-51单片机系列在20世纪90年代因致力于研制和生产微型计算机CPU，将MCS-51核心技术授权给了其他半导体器件公司，包括Philips、Atmel、Winbond、SST、SIEMENS、TEMIC、OKI、Dallas、AMD等。单片机分类02

1.MCS-51单片机系列“增强型51单片机”普遍使用MCS-51内核，并在8051这个基本型单片机基础上增加资源和功能改进，使其速度越来越快，功能越来越强大，片上资源越来越丰富。单片机分类02

1.MCS-51单片机系列51单片机目前所有兼容MCS-51指令系统的单片机的统称IntelMCS-51系列单片机增强型8051单片机单片机分类02

市场上与8051兼容的典型产品1.MCS-51单片机系列Atmel公司AT89C5x系列AT89S5x系列宏晶公司STC系列SiliconLabs公司C8051F系列单片机分类02

2.其他单片机非8051结构的典型产品TI公司推出的低功耗16位单片机MSP430F系列Microchip公司推出的PIC系列Atmel公司推出的AVRATmega16系列单片机分类02

单片机是一门实践性极强的学科，每一个概念、每一个原理都需要通过实验验证，每一行代码都需要经过反复调试才能实现预期功能。硬件结构软件编程接口技术无论是原理图的绘制、程序的编写，还是仿真调试、实物制作，都要严谨细致，注重细节，只有这样才能真正掌握单片机技术。Proteus仿真软件入门与电路绘制单片机应用技术目

录02Proteus仿真软件界面介绍01Proteus仿真软件的认识03电路原理图的绘制01Proteus仿真软件的认识PART01Proteus仿真软件01

英国LabcenterElectronics公司推出的Proteus软件对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真，用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。在教学过程中有一台计算机，再运行用Proteus软件搭建的单片机应用系统仿真模型可以十分逼真地模拟出实验现象。Proteus仿真软件01

因为方案有误而要重新进行相应的开发设计。浪费时间和经费用Proteus软件先进行仿真，方案成熟后再做硬件。节省时间与资金Proteus仿真软件01

Proteus支持的微处理芯片包括80C51系列、AVR系列、PIC系列、HC11系列、ARM7/LPC2000系列以及Z80等

电路原理图的绘制在PC上安装Proteus软件完成单片机应用系统的仿真完成单片机系统原理图电路绘制、PCB设计Proteus软件可以与μVision3IDE工具软件结合进行编程仿真调试Proteus仿真软件01

ISIS7Professional用于绘制原理图并可进行电路仿真(SPICE仿真)ARES7Professional用于PCB设计Proteus7Professional软件02Proteus仿真软件界面介绍PART02Proteus仿真软件界面介绍02

Proteus7Professional界面介绍

运行ISIS7Professional,出现窗口界面。安装Proteus窗口内各部分的功能图中用中文做了标注。安装ProteusISIS大部分操作与Windows的操作类似。安装ProteusProteus仿真软件界面介绍02

1.原理图编辑窗口(TheEditingWindow)功能：绘制原理图方框内为可编辑区，元器件要放到里面。与其他Windows应用软件不同，这个窗口是没有滚动条的，可以用左上角的预览窗口来改变原理图的可视范围。Proteus仿真软件界面介绍02

2.预览窗口(TheOverviewWindow)当从元器件列表中选择一个新的元件时，预览窗口可以预览选中的对象。当鼠标单击原理图编辑窗口后,在预览窗口中显示两个框，蓝框表示当前页的边界，绿框表示当前编辑窗口显示的区域，并会显示整张原理图的缩略图，此时可以再用鼠标到预览窗口拖动绿色方框的位置，从而改变编辑窗口原理图的可视范围。Proteus仿真软件界面介绍02

（1）选择模式，用于及时编辑元器件参数；（2）选择元器件；（3）放置节点；（4）标注线段名或网络标签；（5）输入文本；（6）绘制总线；（7）绘制子电路块。主要模式功能3.工具箱选择区慢性肺源性心脏病失代偿期慢性阻塞性肺病伴急性加重Proteus仿真软件界面介绍02

3.工具箱选择区配件功能（1）终端接口：VCC、地、输

出、输入接口（2）器件引脚：

绘制各种引脚（3）仿真图表：

用于各种分析（4）录音机；慢性肺源性心脏病失代偿期慢性阻塞性肺病伴急性加重Proteus仿真软件界面介绍02

3.工具箱选择区配件功能（5）信号发生器；（6）电压探针：

使用仿真图表时用到（7）电流探针：

使用仿真图表时用到；（8）虚拟仪表：

示波器、逻辑分析仪Proteus仿真软件界面介绍02

（1）画各种直线；（2）画各种方框；（3）画各种圆；（4）画各种圆弧；（5）画各种多边形；（6）画各种文本；（7）画符号（8）画原点。2D图形功能3.工具箱选择区Proteus仿真软件界面介绍02

用于挑选终端接口元器件信号发生器仿真图表4.元器件列表区单击P按钮会打开挑选元器件对话框，选择了一个元器件后(单击OK按钮后),该元器件会在元器件列表中显示，以后要用到该元器件时，只需在元器件列表区中选择即可。例如：选择“元器件”Proteus仿真软件界面介绍02

旋转工具旋转角度为90°的整数倍翻转工具水平翻转和垂直翻转使用方法右键单击所选元件选择相应的旋转图标5.方向工具栏Proteus仿真软件界面介绍02

运

行单步运行暂

停停

止仿真控制按钮6.仿真工具栏03电路原理图的绘制PART03电路原理图的绘制03

AT89C52单片机控制的流水灯电路核心操作——电路原理图的绘制电路原理图的绘制03

“AT89C52”选单片机“CRYSTAL”选晶振“CAP”选普通电容“CAP-ELEC”选电解电容“RES”选电阻“LED”选发光二极管“SW-SPDT”选单刀双掷开关打开ISIS7Professional，点击元器件选择按钮，在PickDevices窗口的Keyword栏输入对应关键词。选中目标元器件添加到对象选择器1.将所需元器件加入到对象选择器窗口电路原理图的绘制03

规划好布局元器件列表中选择元件原理图编辑窗口单击放置2.放置元器件至图形编辑窗口电路原理图的绘制03

点击绘图工具栏的总线按钮，在窗口拖动鼠标绘制总线，可将P1口P1.0~P1.7与8个LED的连线整合，让电路更简洁。3.放置总线电路原理图的绘制03

点击

Inter-sheetTerminal按钮列表区选中POWER（电源）和GROUND（接地）放置到窗口合适位置4.添加电源和接地引脚电路原理图的绘制03

点击

SelectionMode按钮鼠标移至元件端口变为铅笔形状按住左键即可连线交叉导线需出现实心小黑圆点才表示接通，也可通过连接点按钮手动接通；Ctrl键可绘制任意方向斜线5.元器件之间的连线01点击导线标签按钮，移至导线处单击在弹出的对话框中输入标签。02总线命名若为P1[0・・7]可自动生成P10~P17导线名，标注带横线的名称（如RD）需输入RD。电路原理图的绘制03

6.给导线或总线加标签电路原理图的绘制03

点击电压探针按钮，连接到需测量的导线/总线，仿真时可查看实时电压。7.添加电压探针电路原理图的绘制03

点击文字标注按钮，输入“复位按钮”等说明文字并设置格式，提升原理图可读性。8.添加文字标注电路原理图的绘制03

双击AT89C52，在属性对话框中加载Keil编译的HEX文件，并设置晶振频率。9.修改AT89C52属性并加载程序文件电路原理图的绘制03

点击仿真工具栏的运行按钮电路开始工作点击停止按钮结束仿真10.调试运行电源、时钟、复位单片机最小系统目

录02单片机最小系统的设计要点01单片机最小系统的构成要素01单片机最小系统的构成要素PART01单片机最小系统的构成要素01

单片机最小系统也叫单片机最小应用系统，是使用最少元件让单片机能够正常工作的系统。组成部分电源电路时钟电路复位电路紧密协作，保障单片机稳定运行单片机最小系统的构成要素01

1.电源电路作用：为整个系统提供稳定的能量供应，是单片机正常工作的根基。STC89C52/51单片机需要5V直流电源40号引脚连接电源正极，标记为VCC或VDD20号引脚连接电源负极，标记为GND单片机最小系统的构成要素01

1.电源电路在VCC与GND之间连接滤波电容可增加电源稳定，一般选择10uf陶瓷电容，如电源网络有较好稳定性可忽略。可使用USB-TTL转MicroUSB进行供电与程序烧录。单片机最小系统的构成要素01

2.时钟电路STC89C52/51单片机的18引脚和19引脚。时钟引脚：外接一个晶振，搭配两个20-40pF的电容。电路设计：产生稳定的振荡信号，为单片机提供时钟基准。晶振作用：作用：为单片机提供精准的时钟信号，协调单片机内部各部件有序工作。单片机最小系统的构成要素01

2.时钟电路12MHz晶振11.0592MHz晶振适合串口通信，能保证串口通信的准确性仅实现一般功能20-40pF电容辅助起振和滤波，帮助晶振稳定工作，确保输出信号更加平滑、可靠3.复位电路单片机最小系统的构成要素01

上电复位利用一个10uF左右的电解电容和一个4.7KΩ左右的电阻组成，上电瞬间，电容充电，单片机的复位引脚（RST）维持一段时间的高电平，完成复位操作。手动复位在上电复位基础上，增加一个按键，按下按键，强制复位引脚为高电平，实现手动复位功能。复位操作要求RST引脚保持10ms以上的高电平作用：在单片机上电或运行过程中，使单片机恢复到初始状态，确保程序从起始位置开始正常执行。02单片机最小系统的设计要点PART02单片机最小系统的设计要点02

挑选元件从元件库中精准挑选出STC89C52/51单片机、晶振、电容、电阻、按键等所需元件,并将它们合理放置在图纸上放置元件充分考虑元件之间的电气连接关系和布局合理性，为后续的连线工作打好基础。1.原理图设计（1）元件选择与放置单片机最小系统的设计要点02

严格遵循电气规则，确保连线准确无误，避免出现短路、断路等问题；注意连线的走向，尽量使线路简洁、清晰，便于后续的检查和调试。连接过程1.原理图设计（2）线路连接按照电源电路、时钟电路、复位电路以及I/O口的连接要求，使用连线工具将各个元件的引脚正确连接起来。单片机最小系统的设计要点02

1.原理图设计（3）标注与注释文字注释对各个元件进行编号和参数标注电阻的阻值电容的容值单片机最小系统的设计要点02

靠近单片机的时钟引脚，降低信号传输干扰；时钟电路2.PCB设计（1）元件布局单片机芯片放置在中心位置，电源电路靠近芯片的电源引脚，缩短电源传输线的长度和电阻，减少电源损耗和干扰；按键放置在便于操作的位置。复位电路要充分考虑元件之间的散热和机械结构，确保整个系统的稳定性，避免因元件布局不合理导致系统出现故障。单片机最小系统的设计要点02

2.PCB设计（2）布线规则尽量加粗，以提高电源的承载能力和抗干扰能力；电源线和地线尽量短且避免交叉，对于高速信号，要进行特殊处理，如包地、等长布线等，以减少信号反射和干扰。信号线合理设置过孔的大小和数量，确保不同层之间的电气连接稳定可靠，使PCB能够稳定运行。单片机最小系统的设计要点02

在PCB的顶层和底层进行大面积覆铜，并将其与地线相连增加电路板的机械强度屏蔽干扰、降低电磁辐射提高系统的抗干扰能力提高系统的稳定性2.PCB设计（3）覆铜处理C51并行I/O口结构、功能与驱动能力单片机应用技术目

录02各并行I/O口的结构、功能与驱动能力01并行I/O口概述01并行I/O口概述PART01并行I/O口概述01

80C51系列单片机内部有4个8位双向的输入/输出口（I/O口每一位都可以作为双向通用I/O口使用。P0PlP2P3在具有片外扩展存储器的系统中，P2口作为高8位地址线，P0口分时作为低8位地址线和双向数据总线。并行I/O口概述01

80C51系列单片机内部有4个8位双向的输入/输出口（I/O口I/O口可根据系统需求灵活配置数据传送信号控制地址输出80C51单片机4个I/O口在结构上是基本相同的，但又各有特点。02各并行I/O口的结构、功能与驱动能力PART02各并行I/O口的结构、功能与驱动能力021.P0口（1）P0口的结构PO口既可以作为通用I/0口使用，也可以在扩展外部存储器或外部1/0时，分时复用作为地址/数据线使用。PO口的口线逻辑电路电路中包含有1个D锁存器、2个三态缓冲器、1个输出控制电路和1个数据输出驱动电路。各并行I/O口的结构、功能与驱动能力021.P0口（1）P0口的结构PO口的口线逻辑电路由1个与门、1个非门和1个2选1多路开关MUX构成。输出控制电路：用于选择PO口是作为通用I/O口使用，还是作为地址/数据线使用。多路开关MUX：由场效应晶体管T1和T2组成，受输出控制电路控制。输出驱动电路：各并行I/O口的结构、功能与驱动能力021.P0口（2）作为通用1/0口使用P0口作为通用1/0口使用

各并行I/O口的结构、功能与驱动能力021.P0口（2）作为通用1/0口使用PO口作为输出口使用

D=1时，Q非=0,T2截止

各并行I/O口的结构、功能与驱动能力021.P0口（2）作为通用1/0口使用当P0口作为输入口使用时，应区分读引脚和读端口两种情况。读引脚读芯片引脚的状态。这时使用下方的缓冲器，由“读引脚”信号把缓冲器打开，把引脚上的数据通过缓冲器和内部总线读进来。各并行I/O口的结构、功能与驱动能力021.P0口（2）作为通用1/0口使用当P0口作为输入口使用时，应区分读引脚和读端口两种情况。读端口

各并行I/O口的结构、功能与驱动能力021.P0口（3）作为地址/数据线使用除了1/0功能以外，在进行单片机系统扩展时，PO口是作为单片机系统的地址/数据线使用的，一般称为地址/数据分时复用引脚。输出地址或数据由内部发出控制信号，使“控制”端为高电平，打开与门，并使多路开关MUX处于内部地址/数据线与驱动场效应管栅极反相接通状态。各并行I/O口的结构、功能与驱动能力021.P0口（3）作为地址/数据线使用除了1/0功能以外，在进行单片机系统扩展时，PO口是作为单片机系统的地址/数据线使用的，一般称为地址/数据分时复用引脚。PO口输出地址/数据信号为“1”“与门”输出高电平，T1导通；“非门”输出低电平，T2截止，输出引脚的地址信号为“1”。各并行I/O口的结构、功能与驱动能力021.P0口（3）作为地址/数据线使用PO口输出地址/数据信号为“0”“与门”输出低电平，T1截止；“非门”输出高电平，T2导通，输出引引脚的地址信号为“0”。输出驱动电路T1和T2,形成推拉式电路结构，使负载能力大为提高。各并行I/O口的结构、功能与驱动能力022.P1口P1口只能作为通用I/O口使用P1口作为输出口使用

各并行I/O口的结构、功能与驱动能力022.P1口P1口只能作为通用I/O口使用P1口作为输入口使用

各并行I/O口的结构、功能与驱动能力023.P2口P2口既可以作为通用I/O口使用，也可以在扩展外部存储器或外部I/O时，作为高8位地址线使用P2口作为通用I/O口使用

内部总线为“1”

内部总线为“0”

各并行I/O口的结构、功能与驱动能力023.P2口P2口既可以作为通用I/O口使用，也可以在扩展外部存储器或外部I/O时，作为高8位地址线使用P2口作为输入口使用

各并行I/O口的结构、功能与驱动能力023.P2口P2口既可以作为通用I/O口使用，也可以在扩展外部存储器或外部I/O时，作为高8位地址线使用P2口用来作为高8位地址线使用时，与PO口的低8位地址线共同组成16位地址总线，可以寻址64K地址空间。多路转接电路开关MUX与“地址”端接通，当“地址”线为“0”时，T导通，引脚输出0；当“地址”线为“1”时，T截止，引脚输出1。各并行I/O口的结构、功能与驱动能力024.P3口P3口用作第一功能，通用I/O的输出功能“第二输出功能”端应保持高电平，“与非门”打开。内部总线输出“1”

内部总线为“0”

口线逻辑电路图各并行I/O口的结构、功能与驱动能力02P3口用作输入功能4.P3口口线逻辑电路图

各并行I/O口的结构、功能与驱动能力024.P3口口线逻辑电路图第二功能为输入的信号引脚锁存器和“第二输出功能”端都是高电平，保证T截止，P3.X引脚的信息由缓冲器U1的输出端取得。第二功能为输出的信号引脚

各并行I/O口的结构、功能与驱动能力024.P3口口线逻辑电路图“第二输出功能”为“1”T截止，P3.X引脚输出为1“第二输出功能”为“0”T导通，P3.X引脚输出为0。单片机是什么？C51单片机概述单片机应用技术目

录02单片机控制LED硬件电路设计01硬件电路设计的概念01硬件电路设计的概念PART01（1）单片机电路设计（2）扩展电路设计（3）输入输出通道应用功能模块设计（4）人机交互控制面板设计硬件电路设计的概念01

硬件电路设计的概念01

一个合适的单片机将会最大限度地降低其外围连接电路，从而简化整个硬件系统；1.单片机电路设计STC单片机时钟电路复位电路供电电路硬件电路设计的概念01

2.扩展电路设计I/O接口电路根据实际情况扩展程序存储器

ROM数据存储器RAM硬件电路设计的概念01

3.输入输出通道应用功能模块设计采集测量控制通信涉及电路设计传感器电路放大电路多路开关A/D转换电路D/A转换电路开关量接口电路驱动执行机构硬件电路设计的概念01

4.人机交互控制面板设计按键开关显示屏报警遥控02单片机控制LED硬件电路设计PART02单片机控制LED硬件电路设计02

（1）硬件电路设计（2）电路板制作（3）控制程序设计（4）程序下载并运行单片机应用系统单片机控制LED硬件电路设计02

使一个