单片技术实践 1

工作模块1：单片机开发环境搭建工作模块1：目录单片机开发环境搭建任务1-3：STC-ISP软件使用及程序下载任务1-2：ProteusISIS安装及基本使用任务1-1：KeilC51软件安装及使用1.1单片机概述1.2单片机内部结构及外部引脚1.3单片机存储器1.4ProteusISIS安装及基本使用1.5单片机最小系统初始单片机

目录

1.1什么是单片机？

1.2单片机内部结构与外部引脚？

1.3单片机的存储器？任务1-1：KeilC51软件安装及使用1.1单片机概述1.1.1单片机定义1.1.2单片机与通用计算机PC之异同1.1.3单片机应用系统1.1.4单片机特点及应用领域1.1单片机概述

将CPU、存储器、输入和输出接口、定时/计数器和中断系统等集成在一个芯片上的微型计算机称为单片微型计算机,简称单片机（又称微控制器MCU)。

CPU存储器定时/计数器中断系统P0-P3TxDRxD

TINT并行I/O口串行I/O口集成1.1.2单片机与通用计算机PC之异同

相同点：均由CPU(进行运算、控制)、RAM(数据存储器)、ROM(程序存储器)、I/O口(串口、并口等)等组成；

不同点：PC机的上述部件以芯片形式安装在主板上；单片机的上述部件被集成到单芯片中。

通用PC包括：键盘、显示器、鼠标、硬/软/光驱、音箱、打印机、扫描仪等外设。

单片机则只是一片集成电路，依引脚数量，集成不同程度的片上资源。组成功能应用1.1.2单片机与通用计算机PC之异同组成功能应用擅长于数据运算、采集、处理、存储和传输专长是测控，即控制（或受控于）外设。往往嵌入到某个仪器/设备/系统中，使其达到智能化的效果。1.1.2单片机与通用计算机PC之异同组成功能应用单片机体积小，功耗小，价格低，用途灵活，无处不在，属专用计算机，是一种特殊器件，需经过专门学习方能掌握应用，应用中要设计专业的硬件和软件。PC机体积大，功耗大，价格高，用途较固定，属通用计算机。易于学习掌握和使用，但用于控制时必须制作或购买专用的接口卡，并编制专门的应用软件。1.1.3单片机应用系统单片机应用系统单片机＋接口电路及外设等＋软件硬件单片机应用系统由硬件和软件组成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，从而完成应用系统所要求的任务，二者相互依赖，缺一不可1.1.4单片机应用领域特点：（1）控制性能和可靠性高（2）体积小、价格低、易于产品化单片机的主要应用领域如下：（1）智能仪器仪表1.1.4单片机应用领域单片机的主要应用领域如下：（2）汽车电子1.1.4单片机应用领域单片机的主要应用领域如下：（3）工业检测和控制1.1.4单片机应用领域单片机的主要应用领域如下：（4）机电一体化产品1.1.5单片机发展阶段自

1976年Intel公司推出MCS-48系列单片机以来，单片机发展经历了如下四个阶段：第一阶段（1974年～1976年）：单片机初级阶段。第二阶段（1976年～1978年）：低性能单片机阶段。第三阶段（1978年～1983年）：高性能单片机阶段。第四阶段（1983年～现在）：8位单片机巩固发展及16位、32位单片机推出及普及阶段。在20世纪80、90年代，在我国使用最多的8位单片机还是Intel的MCS-51系列单片机以及与其兼容的单片机（称为51系列单片机）。MCS是Intel系列符号，如MCS-48/51、MCS-96系列单片机。

国内外主流51单片机有：151.1.5单片机发展阶段1)Intel的8051系列单片机（早期型号80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C522)Atmel公司生产的AT89系列单片机（89C51、89C52、89C2051，89S51，89S52）3)STC系列单片机（STC89/90系列、STC12/11系列、STC15系列，如89c51/52、90c516等）4)Philips、华邦、Dallas、Siemens等公司的许多产品。161.1.5单片机STC系列STC（宏晶科技）是深圳的一家8051单片机设计生产公司。目前STC是全球最大的8051单片机设计公司，推出了STC89/90系列、

STC12/11系列、STC15系列等多个系列的单片机，被评为8051单片机全球第一品牌。STC单片机STC89/90系列除具有传统51的标准功能外，还具有32位I/O口线，3个16位定时器/计数器和看门狗定时器、4个外部中断、一个7向量4级中断结构等，最高运行频率35MHz，6T/12T可选。171.1.5其他系列单片机除了51单片机外，某些非51单片机也得到了较为广泛的应用，目前应用较广泛是AVR、PIC与STM32系列单片机，(2)AVR系列单片机AVR单片机是Atmel公司研发出的增强型内置Flash的RISC精简指令集高速8位单片机，其执行速度在相同的振荡频率下是8位MCU中最快的一种单片机，广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通信设备、家用电器、宇航设备等各个领域。(3)PIC系列单片机PIC单片机是Microchip（微芯）公司的产品，也是一种精简指令型的单片机，可分为：基本级系列（如PIC16C5X）、中级系列（如PIC12C6XX）、高级系列（如PIC17CXX）。

PIC单片机的主要产品是PIC16C系列和17C系列８位单片机，适用于用量大、价格敏感的产品。在办公自动化设备、智能仪器仪表、汽车电子、工业控制等领域都有广泛应用。181.1.5其他系列单片机除了51单片机外，某些非51单片机也得到了较为广泛的应用，目前应用较广泛是AVR、PIC与STM32系列单片机，(4)16位单片机MSP430美国德州仪器(TI)公司的MSP430。MSP430系列单片机是1996年推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集(RISC)的混合信号处理器，一片芯片就可构成一个数据采集系统，设计使用非常方便(5)STM32单片机STM32系列单片机是由意法半导体（STMicroelectronics）公司开发的32位微处理器，性价比超高，其内核是专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计的Arm-Cortex架构，功能极其强大。任务1.KeilC51的安装2.KeilC51的注册3.KeilC51的使用第1步：打开Keil编译器，创建工程项目，保存到一个新建的文件夹中，例如test.第2步：找到刚创建的文件夹来放工程相关的文件，给工程项目命名，例如test，点击保存。第3步：选择芯片类型。第4步：点击“创建新文档”图标，或选择菜单File→new来创建工程的C文件。第5步：把C文件添加到工程文件里，第6步:点击之前保存的C文件，然后点击Add，就添加到工程目录中了.第7步：进行工程设置。第8步：按下箭头所指的“编译”按钮，对程序进行编译。1.2单片机内部结构及外部引脚1.2.1单片机内部结构1.2.2单片机外部引脚1.2.1单片机内部结构时钟电路CPUROMRAMT0T1中断系统串行接口并行接口P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1定时计数器CPU：8位，具有运算和控制功能。内部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表格。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两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功能。并行I/O口：4个8位的I/O口一个中断控制系统：5个中断源可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHz和12MHz。TXD和RXD：一个全双工串行口。1.2.2单片机外部引脚1.单片机封装DIP封装PLCC封装TQFP封装1.2.2单片机外部引脚1.单片机封装1.2单片机及外部引脚P3口线的第二功能2、振荡电路：XTAL1、XTAL23、复位引脚：RST4、并行口：P0、P1、P2、P37、ALE：地址锁存允许信号端。用于把P0口输出的低8位地址锁起来，实现低8位地址和数据的隔离。当8051上电正常工作后，ALE引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率fosc的1/61、电源线：VCC(+5V)、VSS(地)5、EA：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当EA=1时，CPU先访问片内程序存储器再访问外部ROM的内容。EA=0引脚接低电平(接地)时，CPU只访问外部外部ROM6、PSEN：程序存储允许输出信号端。低电平时，可实现对外部ROM单元的读操作。1.2.1单片机外部引脚P3口线的第二功能引脚第二功能P3.0RXD(串行口接收数据输入)P3.1TXD(串行口发送数据输出)P3.2INT0(外部中断0输入)P3.3INT1(外部中断1输入)P3.4T0(定时器0的外部计数脉冲输入)P3.5T1(定时器1的外部计数脉冲输入)P3.6WR(片外数据存储器写选通控制输出)P3.7RD(片外数据存储器读选通控制输出)1.3单片机存储器1.3.1片内数据存储器RAM1.3.2片内程序存储器ROM1.3.3外部数据存储器1.3单片机存储器数据存储器——RAM（RandomAccessMemory）程序存储器——ROM（ReadOnlyMemory）闪速存储器——FlashMemoryEPROM——（UV）ErasableProgrammableROMEEPROM/E2PROM——ElectricalErasableProgrammableROM静态存储器SRAM——StaticRAM动态存储器DRAM——DynamicRAM1.3单片机存储器

单片机在存储器的设计上，将程序存储器ROM和数据存储器RAM分开，51系列单片机的存储器从物理上分四个存储空间：片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器。

从用户的角度考虑，80C51单片机的存储器又可分三个逻辑空间(如图2-10所示)：片内、片外统一编址的64KB（0000H～0FFFFH）程序存储器地址空间；片内256B的数据存储器地址空间（00H～0FFH，其中80H～0FFH内仅有二十几个字节单元供特殊功能寄存器SFR专用）；片外可扩展的64KB（0000H～0FFFFH）数据存储器地址空间。1.3单片机存储器1.3.1

片内RAM片内RAM128字节（00H—7FH）数据缓冲区/堆栈区图1-31片内存储器片内RAM前32个单元是工作寄存器区(00H—1FH),分为4组，每组8个单元，符号为R0～R7。CPU通过程序状态字寄存器（PSW）中的RS1和RS0的状态选定选用哪组寄存器组工作。1.3.1

片内RAM片内RAM有128个可按位寻址的位，占16个单元。位地址编号为：00H—7FH，分布在20H—2FH单元（bit，sbit定义的变量存储在此区域）数据缓冲区/堆栈区图1-31片内存储器1.3.1

片内RAM用户RAM区分布在30H～7FH，用于数据缓冲区或堆栈区。数据缓冲区/堆栈区图1-31片内存储器1.3.1

片内RAM片内高128字节RAM表1-4特殊功能寄存器内部数据存储器高128字节单元的地址为80H～0FFH，其间离散分布着若干个特殊功能寄存器（简称SFR）SFR共计21个，其中地址号能被8整除的SFR中的各位也可按位寻址（共11个可以进行位寻址）1.3.1

片内RAM片内高128字节RAM

程序计数器PC：PC是一个16位的计数器，其内容为将要执行的指令地址，寻址范围达64KB。PC有自动加1的功能，以实现程序的顺序执行。PC没有地址，是不可寻址的，因此用户无法对它进行读写。但在执行转移、调用或返回等指令时能自动改变其内容，以改变程序的执行顺序。

累加器ACC及B寄存器：ACC简称A，是所有特殊功能寄存器中最重要、使用频率最高的寄存器，常用于存放参加算术或逻辑运算的两个操作数中的一个及运算结果。B寄存器也主要用于乘法和除法运算，也可作为一般寄存器使用。1.3.1

片内RAM片内高128字节RAM程序状态字寄存器PSW：PSW（8位）是一个标志寄存器，用于存放指令运行结果的状态信息，以供程序查询和判别。有些位在执行中硬件自动设置，而有些位由用户自行设定。详见表1-5。PSW(0D0H)D7D6D5D4D3D2D1D0位定义CyAcF0RS1RS0OV-P位含义进位标志辅助进位标志用户自定义位工作寄存器选择位溢出标志未定义位奇偶标志表1-5PSW的位定义1.3.1

片内RAM片内高128字节RAMI/O口寄存器：单片机内部有4个I/O口寄存器P0、P1、P2、P3，实际上就是P0～P3口所对应的I/O口锁存器，用于锁存通过端口的数据，分别由名为P0、P1、P2、P3的四个SFR代表。

数据指针寄存器DPTR:

DPTR为16位，包括高8位DPH、低8位DPL两部分，用于外部存储器寻址。1.3.2

片内ROM

片内程序存储器ROM主要是用来存放计算机中所事先编制好的程序和表格常数。

51单片机芯片中有4KB的片内程序内存单元，其地址为0000H～0FFFH，其中地址为0003H～002AH的单元在使用时是有特殊规定的。地址为0000H～0002H的3个单元是系统的启动单元，在单片机进入复位后，会自动从0000H单元开始执行指令程序。这3个单元并不能存放任何完整的程序。地址为0003H～002AH的40个单元则被平均分为5段，每段8个单元，分别用作5个中断源的中断地址区。1.3.2

片内ROM1.3.3

片内ROM

外部数据存储器一般由静态RAM芯片组成。扩展存储器容量的大小，由用户根据需要而定，但51单片机访问外部数据存储器可用1个特殊功能寄存器——数据指针寄存器DPTR进行寻址。由于DPTR为16位，可寻址的范围可达64KB，所以扩展外部数据存储器的最大容量是64KB。任务1-2：ProteusISIS安装及基本使用

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1.4ProteusISIS基本操作

1.5单片机最小系统任务1-2：ProteusISIS安装及基本使用如何绘制单片机的最小系统？1.4ProteusISIS基本操作1.5.1时钟电路单片机必须在时钟的驱动下才能进行工作。MCS-51单片机内部具有一个时钟振荡电路，只需要外接振荡器，即可为各部分提供时钟信号。典型的时钟电路在电路中，电容通常取30pF，晶振的取值通常为：1MHZ-33MHZ（不同型号的单片机的上限频率可能有差别）。1.5.1时钟电路单片机型号最高时钟频率803112MHz805112MHz875112MHzAT89C205124MHzAT89C5133MHzAT89C5233MHzAT89S5324MHz常用单片机的最高时钟频率1.5.2时序(1)节拍：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。(2)状态：振荡脉冲经过二分频后，就是单片机时钟信号的周期，定义为状态，用S表示。(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。1个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期1.5.2时序(4)指令周期：指令周期是取出一条指令并执行这条指令的时间。一般由若干个机器周期组成，是从取指令、分析指令到执行完所需的全部时间。指令不同，所需的机器周期数也不同。对于一些简单指令一般为单机器周期,对于一些比较复杂的指令一般为双机器周期，只有乘、除指令为4个机器周期。1.5.3复位电路

单片机在重