综合实验(2012上半年第五周讲课).ppt

1、,1,指导教师：熊万安,现代电子技术综合实验,摘要,1.0 单片机定义 单片机就是单片计算机(Single Chip Computer)，在一块芯片上，它集成了中央处理器(CPU)、随机读写存储器(RAM,Random Access Memory)、只读存储器(ROM, Read Only Memory)、定时器/计数器(Timer/Counter)以及输入/输出(Input/Output)接口电路等计算机主要部件。 单片机主要用于控制领域，目前国际上统称微控制器(Microcontroller)。 虽然单片机只是一个芯片，但从组成与功能来看，具有计算机的主要特点,单片机简介,目前单片机生产厂

2、家：Intel , Motorola, TI, Philips, Zilog, Rockwell, NEC, Siemens, Hitachi, Toshiba, Atmel等。 单片机常用系列： Intel MCS-51 8位 单片机。 Intel MCS-96 16位单片机 。 Motorola MC68系列， 8位、16位单片机。 TI MSP430系列16位低功耗单片机。 Microchip的PIC系列RISC单片机。,单片机简介,低速场合采用4位单片机，高速场合采用16位、32位单片机甚至DSP。大部分应用场合仍采用8位单片机。 Intel MCS-51 系列8位单片机，简称8051

3、系列、51系列、80C51系列。 8051系列单片机1980年由Intel公司推出，历久不衰。主要用于中小系统场合。90年代Intel公司将8051内核的使用权以专利形式转让给众多的集成电路制造商如Philips, Siemens, Atmel, TI, ADI等，发展出数百个品种的8051大家族。8051已成为单片机领域的实际标准，成为主流机型与教学首选机型。,单片机简介,80C51的引脚功能 图1-1 PDIP40封装80C51引脚布局图,80C51单片机的体系结构 单片机只是一个芯片，从组成与功能来看，单片机具有计算机的特点。单片机主要用于控制领域，目前统称为微控制器(Microcont

4、roller)。图1-3显示了单片机的内部结构和输入输出连线。 图1-3 8051内核的基本结构方框图,80C51的引脚功能,单片机的特性: 首先，单片机具有计算机特性，其内部结构与原理同微型计算机。单片机用户系统可定制。 其次，单片机具有微控制器 ( Microcontroller)特性。其内部有存储器和很多接口电路，如定时器/计数器，并行接口(PIO: Parallel I/O)，串行通信接口(SCI: Serial Communication Interface)，中断控制器电路。 第三，关于单片机的开发。单片机无自主开发能力，必须借助PC机和单片机开发工具，进行软硬件调试。 下面，我们

5、将作具体介绍。 8051单片机是的系列初始号，是,所有MCS-51设备的核心，其主要组成如下： 一个优化的8位微处理器CPU;程序存储器地址空间;数据存储器地址空间; 128 B数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR; 4 kB内部程序存储器ROM;两个位定时/计数器T0、T1，用于对外部事件计数，也可用作定时器;四个8位可编程I/O（输入/输出）并行端口P0P3，每个端口既可做输入，也可做输出; 一个串行端口，用于数据全双工的串行通信; 中断控制系统，具有两个中断优先级的个源和向量中断结构;内部时钟电路。,8051单片机系列 8051系列分为51和52两个子系列，其中51子系列是基本型，而5

6、2子系列属于增强型。,单片机由于硬件支持和需要所限，其软件比较简单。 首先单片机不像通用计算机(PC)那样具有复杂的操作系统，只使用简单的监控程序。 再者，单片机通常采用汇编语言编程。单片机本身没有自开发能力，一般需要通过PC机进行交叉汇编得到目标码。 目前采用C语言、PL/M等高级语言开发用户程序也越来越广泛。,80C51单片机的CPU结构 图1-5所示为80C51单片机的功能方框图，其中的CPU部分如图1-6所示。 80C51的CPU结构由运算电路、控制电路与CPU的寄存器阵列几部分组成。 其中，运算电路由ALU（算术逻辑单元）实现算术运算、逻辑运算和位操作，具体功能详见80C51指令系统

7、介绍。 控制电路是指单片机中，当指令寄存器存放从程序存储器中取出的指令后，要把指令分为操作码与操作数两大部分，操作码通过指令译码 及时序电路，在时钟脉冲的控制下发出执行指,图1-5 80C51单片机功能方框图,图1-6 80C51的CPU,令所需的控制信号，操作数可通过寻址机制被找到。 程序存储器(ROM),程序存储器,程序存储器,内部,外部,(PC),程序存储器分布,中断入口地址,程序存储器(PM: Program Memory)又称代码存储器(Code Memory), 用于存放程序和常数表格，一般是ROM型存储器。8051片内有4KB ROM，8751片内有4KB EPROM，8031无

8、片内程序存储器，需在片外扩展。片外16位地址线最多可扩展64KB ROM，两者是统一编址的，编址范围为0000H FFFFH。 (1) 程序计数器PC作为程序存储器地址指针，指向 下次取指令的地址， 16位。 (2) 复位后，PC=0000H,即从0000H开始执行程序。 (3) /EA引脚用于选择片内或片外存储器。为高电平时，执行片内程序存储器的程序。为低电平时，8051的所有取指令操作均在片外程序存储器中进行。,程序存储器中的几个特殊地址的使用： 地址 用途 0000H 复位后的程序入口地址 0003H 外部中断INT0服务程序入口 000BH 定时器T0中断服务程序入口 0013H 外部

9、中断INT1服务程序入口 001BH 定时器T1中断服务程序入口 0023H 串行口中断服务程序入口 由于两入口地址之间的存储空间有限，通常在这些入口地址开始的两三个地址单元中，放入一条转移类指令，使相应的程序转到指定的程序存储器区域中执行。,布尔处理器,8051单片机内部有一个布尔处理器，可以进行位寻址和位操作。有两个位寻址区。第一个是20H2FH的16字节。可用位寻址方式访问其各个位，这128个位的位地址(指某个二进制的位地址)为00H7FH。它们可用做软件标志位，采用位操作指令进行处理。这种位寻址能力是8051的一个重要特点。例如（20H）=35H =0011 0101 B, 则20H.

10、1=0, 其位地址为01H, 20H.5=1, 其位地址为05H。,MSBMost Significant Bit （最高有效位D7）LSB Least Significant Bit （最低有效位D0）,RAM位寻址区位地址表,第二个位寻址区是特殊功能寄存器SFR中字节地址可以被8整除的，也可以位寻址。在此要特别说明的一点是，通用工作寄存器区和位寻址区在不用作寄存器或位寻址时都可作为一般的用户数据区。,8051专用寄存器,内部特殊功能寄存器(SFR),几个特殊功能寄存器： (1) 累加器ACC (Accumulator) ，程序中简记为A， 8位。地址为E0H，可以位寻址，它是最忙碌和最重要

11、的寄存器。 (2) 寄存器B， 8位，地址为F0H ，可以位寻址, 主要用于乘除法，也可以作为一个通用寄存器。 (3) 堆栈指针SP (Stack Pointer)，8位，地址为81H ，不可以位寻址。用于堆栈操作。复位值SP=07H,实际上一般将SP设在30H以后。,(5) 程序状态字寄存器PSW（Program State Word）, 8位，地址为D0H ，可以位寻址, 主要用作程序运行状态标志。,(4) 数据指针寄存器DPTR（Data Pointer ) 16位寄存器。可拆成高字节DPH和低字节DPL两个独立的8位寄存器，分别占据83H和82H两个地址。,位地址,位名称,程序状态字P

12、SW 程序状态字反映了程序的状态。PSW中各位的情况见上图，其中PSW1未用。 其中： CY(PSW7)进位标志，可由硬件或软件置位或复位。在进行位处理时，CY作为位累加器使用。 AC(PSW6)辅助进位标志，在进行加法或减法操作而产生由低4位数向高4位数进位或借位时，AC被置1。在执行DA指令时，AC用于十进制调整。 FO(PSW5)由用户定义的状态标志，F0可用软件置位或复位，也可以靠软件测试F0的状态以控制程序的执行顺序。 RSl、RS0(PSW4，PSW3)工作寄存器区选择控制位。使用软件可对RSl、RS0做不同的置位，以确,定工作寄存器R0一R7的工作区。 OV(PSW2)溢出标志，

13、在执行算术运算指令时，由硬件置位或复位。在使用ADD和SUBB指令对带符号数做加减运算时，若运算结果超出了目的寄存器A所能表示的带符号数的范围(128十127)时，OV=1。在执行无符号数乘法指令MUL时，其结果也影响溢出标志。在A、B两寄存器中的两数乘积超过255时，OV=1，否则OV=0。在执行除法指令时，如除数为零OV=1，否则OV=0。 P(PSW0)奇偶标志。P标志用于表示累加器A中其值为1的位数的奇偶数。若A中其值为1的位数为奇数P=1，否则P=0。奇偶标志在串行通信中常用于检验数据传输的可靠性。,堆栈区。堆栈主要是为子程序和中断服务程序调用而设立的, 用于保护现场和保护断点。 堆

14、栈的操作即进栈与出栈，都是对堆栈顶单元操作进行的。堆栈指针SP (Stack Pointer)存放栈顶单元地址。复位时，SP=07H。一般将SP设为30H单元以后。 堆栈的使用有两种方式，一种是自动方式，即在执行子程序和中断响应时，断点地址自动进栈。返回主程序时，断点自动弹回PC；另一种是采用指令方式，利用进栈指令PUSH和出栈指令POP。,堆栈和堆栈指针示意图,除CPU之外，80C51还有以下4类寄存器供用户使用 (1)端口寄存器 ： 对于IO接口，MCS-51设置了四个寄存器，分别为PO、P1、P2、P3。P0P3做为专用寄存器使用，不设端口操作指令，都使用统一的MOV指令。P0P3还可以

15、做为专用寄存器用直接寻址方式参与其它操作。 (2)串行数据缓冲器SBUF： SBUF用于存放要发送或已接收的数据。 (3)定时器计数器 ： 51系列中有两个16位的定时器计数器TO和T1，52子系列增加了一个16位定时器计数器T2。 (4)其它控制寄存器： MCS-51单片机还设有用于中断系统、定时器计数器、串行口和供电方式控制寄存器。有关这些寄存器，将在后面详细介绍。,工作寄存器和RAM地址表,图1-7显示的是80C51的内部数据存储器。内部数据存贮器分为3个不同的块：由00HF7H共128个单元组成128字节的RAM块；由80HFFH共128个单元组成高128字节的RAM块(仅在80328

16、052 主要用于系统的控制操作，包含PC（Program Counter）中有这些RAM块)；在128个字节的专用寄存器块中，只使用了26个字节作为专用寄存器，其它单元没有定义。 通过栈指针SP，可以在RAM中设置堆栈，但堆栈范围只限于内部RAM。 CPU的系统寄存器,在MCS-51中共有23个专用寄存器(有3个为80328052专用)，其中有5个是双字节寄存器。PC寄存器不属于内部数据存贮器。除PC寄存器外，其余 22个寄存器都属于内部数据存贮器，共占26个字节。CPU的系统寄存器、堆栈指针SP(Stack Pointer)、数据指针（DPTR）以及程序状态字寄存器PSW（Program S

17、tatus Word）等。,实验要求,熟悉系统设计与实现原理 掌握KEIL C51的基本使用方法 熟悉SMART SOPC实验箱的应用 连接电路，编程调试，实现各部分的功能 完成系统软件的编写与调试,实验课程安排,1、第五、六两周，熟悉如下实验例程： 实验02、实验03、实验04、实验05、实验07、 08，实验10、实验11、实验20、实验21、实验23。第六周周三上、下午（？）讲课并检查以上实验的完成情况，在熟悉以上试验的基础上，思考中断编程的实现方法、扩展输入输出端口的实现方法。 2、第七、八两周，熟悉如下实验例程： 第七周周二下午讲课， 讲述例程难点与综合实验内容。第七周周三上午，抽签

18、决定每个同学的综合实验内容，确定每个同学进行项目设计的题目。 3、第八周，周二（三）上、下午检查各位同学的完成情况（成果提交、答辩）。 4、第八周星期五考试，考前要交实验报告。,实验平台介绍,PC机一台 SMART SOPC实验箱一套,SmartSOPC教学实验开发平台集众多功能于一体 SOPC、DSP、EDA、ARM、ARM7 SOC以及8051教学实验平台 采用“主板核心板”的模式，更换不同的核心板即可实验不同平台的功能。,SmartSOPC相配套的基于8051单片机的Quick51核心板,实验平台介绍,SmartSOPC教学实验开发平台上，实验将采用众多功能于中的部分作为实验的构成内容。

19、,系统构成框图,基础知识及工具软件介绍,基于MSC51系列的单片机基础知识 应用于单片机编程的C51知识 （见C51教学PPT）,Keil C51 德国知名软件公司Keil（现已并入ARM公司）开发的基于8051内核的微控制器软件开发平台，是目前开发8051内核单片机的主流编译工具。 在计算机中有Keil C51 V7.09的评估版本。,实验步骤,实验步骤,通过简单的 LED驱动实验 熟习实验平台 的使用和软件 的操作。,掌握定时中断 的使用技巧， 采用定时中断 完成多个定时 系统的设计与 实现。,掌握数码管动 扫描的原理 和实现方法； 掌握按键扫描 及其处理的 方法；掌握液 晶的显示方法。,

20、掌握直流电机 的PWM驱动 原理；熟习数 字温度传感器 的使用； 完成最终实验 内容。,考核办法,考核办法： 1、a. 项目设计、成果提交、答辩、实验报告；b. 考试成绩。 2、在上课的四周时间内，任意开放时间，学生可以在科A331和333房间自主安排，独立完成实验内容；也可课后完成程序，在实验室调试，有问题可向值班教师请求帮助。,成绩构成,成绩构成： 实验成绩：学生完成实验内容后提请考核，教师根据其完成的速度、质量以及学生对实验内容的阐述，综合考核，满分35分，讲述5分。 实验报告：满分10分，未提交者，视为放弃该课程。 考试成绩：根据完成上机考试的速度和质量，最多不超过50分。,实验内容提示,1、定时器的使用 实验中如何使用两个定时器实现多个定时任务将直接关系到实验内容的完成。一种办法是统计定