1、全国高职骨干教师暑期培训单片机原理及应用电子实验中心电子实验中心 习友宝习友宝2007.7.12主要内容：1、单片机的概述2、8051的基本原理3、基本汇编及编程4、c语言编程基本方法5、C8051F020简介6、单片机应用举例 常用的单片机 目前，国内单片机应用呈现百花齐放之势，很多不同目前，国内单片机应用呈现百花齐放之势，很多不同类型的单片机逐渐进入中国，这给我们增加了选择余地。类型的单片机逐渐进入中国，这给我们增加了选择余地。因此，可首先选择主流单片机进行学习，在熟悉以后，因此，可首先选择主流单片机进行学习，在熟悉以后，爱好者可以根据实际情况，选择进一步学习另一种或多爱好者可以根据实际情
2、况，选择进一步学习另一种或多种单片机。种单片机。80518051类单片机类单片机 最早由最早由IntelIntel公司推出的公司推出的8051/318051/31类单片机类单片机,也是世界上也是世界上用量最大的几种单片用量最大的几种单片 机之一。由于机之一。由于IntelIntel公司在嵌入式公司在嵌入式应用方面将重点放在应用方面将重点放在X86X86、奔腾等与、奔腾等与PCPC类兼容的高档类兼容的高档芯片的开发上，芯片的开发上，80518051类单片机主要由类单片机主要由PhilipsPhilips、三星、三星、华邦等公司接产。华邦等公司接产。这些公司都在这些公司都在 保持与保持与80518
3、051单片机兼容的单片机兼容的 基础上改善基础上改善了了80518051许多特性许多特性(如时序特性如时序特性)。提高了速度、降低了。提高了速度、降低了时钟频率，放宽了电源电压的动态范围，降低了产品时钟频率，放宽了电源电压的动态范围，降低了产品价格。价格。发展动态：发展动态：1 1、以、以80518051内核发展出各种系列内核发展出各种系列 ATMEL AT89CXXATMEL AT89CXX；WINBOND 51WINBOND 51系列；系列；PHILIPS 80C51PHILIPS 80C51系列单片机系列单片机2.2.发展成为发展成为SOC(SOC(如：如：LCDLCD控制控制,A/D,
4、D/A,USB,A/D,D/A,USB，网络接口，网络接口 等）等）3.3.低功耗：如低功耗：如 TI MSP430TI MSP430系列等系列等4.4.高速和高速和DSPDSP结合。嵌入式处理器结合。嵌入式处理器ARMARM系列系列 基于基于5151内核的单片机依然是国内使用最多的，内核的单片机依然是国内使用最多的，目前国内较常见的有以下几种：目前国内较常见的有以下几种：PHILIPS：（1 1）基于）基于80C5180C51内核的微控制器，每个机器周期内核的微控制器，每个机器周期只需只需6 6个时钟周期，比标准个时钟周期，比标准5151快一倍。快一倍。（2 2）该系列芯片适用于大批量、低成
5、本、低功耗）该系列芯片适用于大批量、低成本、低功耗的应用，如电子门禁系统、倒车雷达、里程表等。的应用，如电子门禁系统、倒车雷达、里程表等。（3 3）主要型号：如）主要型号：如 P P89C51,P89C52,P89C54,P89C58等等ATMEL公司 ATMEL单片机：单片机：（1）ATMEL公司目前的产品主要公司目前的产品主要FLASH,EEPROM,还还有可编逻辑器件有可编逻辑器件PLD,门阵列门阵列,场可编门阵列场可编门阵列FPGA,8051兼容的闪速单片机兼容的闪速单片机(FLASH Microcontroller),以及智能卡以及智能卡(Smart Card)。（2）为了介入单片机
6、市场）为了介入单片机市场,ATMEL公司以公司以EEPROM技术技术和和Inte1公司的公司的8031单片机核心技术进行交换单片机核心技术进行交换,从而取从而取得得8031核的使用权。核的使用权。ATMEL公司把自身的优势即先进公司把自身的优势即先进的的Flash技术和技术和8031核相结合核相结合,从而生产出了从而生产出了Flash单单片机片机89C51等系列。等系列。（3）主要型号：）主要型号：AT89C51,AT89C52,AT89C1051,AT89C2051Motorola单片机单片机 Motorola是世界上最大的单片机厂商。品种全、选择是世界上最大的单片机厂商。品种全、选择余地大
7、、新产品多是其特点，在余地大、新产品多是其特点，在8位机方面有位机方面有68HC05和升级产品和升级产品68HC08，8位增强型单片机位增强型单片机68HC11。升。升级产品有级产品有68HC12，16位机位机68HC16。Motorola单片机特点之一是在同样速度下所用的时钟单片机特点之一是在同样速度下所用的时钟频率较频率较Intel类单片机类单片机 低很多，因而使得高频噪声低，低很多，因而使得高频噪声低，抗干扰能力强抗干扰能力强,更适合用于工控领域及恶劣的环境。更适合用于工控领域及恶劣的环境。Infineon XC800系列XC866 基于与工业标准8051兼容的内核，每个机器周期只需2个
8、时钟周期，标准51需12个时钟周期。高度集成片内器件，例如片内振荡器、嵌入式电压调节器(可由3.3V或5.0V的单电源供电)，有许多增强功能。存储器保护策略为用户知识产权(IP）提供读保护，同时Flash编程和擦除保护用来防止数据破坏。多闪存组(Flash Bank）结构支持在应用编程（IAP），运行某bank 中的用户程序可编程擦除另一BANK中的内容。可进行在系统编程ISP，通过PC对嵌入式FLASH方便的编程或擦除。具有用来产生脉宽调制信号、带有电机控制专用模式的捕获/比较单元 功能扩展的10位模数转换器ADC，具有如自动扫描和结果累加(用于抗混迭滤波或结果平均)等特性;功能扩展的通用异
9、步收发器UART，支持本地互连网络（LIN)应用，为许多器件提供LIN的底层驱动软件;LIN是一种机动车内部网络互连的整体通信概念。提供不同的省电模式选择，以满足低功耗应用 扩展了控制片内外设功能的特殊功能寄存器(SFR)的地址范围。内部结构内部结构Cygnal公司C8051F系列 该系列单片机大部份指令只需一个时钟周期即可完成(89C51的一条指令最少为12个时钟周期)，因而该系列单片机的运行速度大大加快。其余改进包括加多了中断源、复位源，带有JTAG接口，可在系统编程调试，可实现捕捉、高速输出、PWM功能等，是51系列单片机中的高端产品。该系列单片机由新华龙电子代理，Microchip M
10、icrochip单片机是市场份额增长最快的单片机，抗干扰能力强，系列品种齐全，其OTP(一次性可编程)产品大批量用于家电控制等场合，某些内置FLASH ROM的型号用于工业控制也很合适。主要产品是16C系列8位单片机，CPU采用RISC结构，仅33条指令，Microchip强调节约成本的最优化设计，适于用量大、档次低、价格敏感的产品。初档8位单片机：PIC12C5XXX16C5X系列 中档8位单片机：PIC12C6XX/PIC16CXXX系列 高档8位单片机：PIC17CXX系列 中文网站 德州仪器公司 TI MSP430系列 通用型单片机，通用型单片机，19961996年推向市场年推向市场.
11、MSP430MSP430系列单片机均为工业级器件，运行温度系列单片机均为工业级器件，运行温度 404085 85 摄氏度。摄氏度。该单片机最大的特点是用电极省。该系列单片机该单片机最大的特点是用电极省。该系列单片机主要用于各种智能仪表、测试测量系统主要用于各种智能仪表、测试测量系统,便携的设便携的设备如备如U U盘，盘，MP3MP3播放器，手持式仪表，玩具等。播放器，手持式仪表，玩具等。MSP430系列特点 16 16位的位的RISC(RISC(精简指令集精简指令集)结构，结构，1 1时钟周期时钟周期/机机器周期（传统器周期（传统MCS51MCS51为为1212时钟周期时钟周期/机器周期），所
12、机器周期），所以在以在8M8M的主频的情况下，其性能远远优于的主频的情况下，其性能远远优于12M12M主频的主频的传统传统MCS51MCS51单片机。某些型号具有类似于单片机。某些型号具有类似于DSPDSP内的硬内的硬件乘法器，硬件乘加功能，件乘法器，硬件乘加功能，DMADMA等，便于快速的实等，便于快速的实现数字信号处理的一些算法。现数字信号处理的一些算法。开发环境：开发环境：PC PC 集成开发环境的软件（集成开发环境的软件（IAR Workbench IAR Workbench V2.10V2.10）JTAGJTAG下载线下载线 使用者硬件使用者硬件Epson单片机 Epson公司以擅长
13、制造液晶显示器著称，故Epson单片机主要为该公司生产 的LCD配套。其单片机的特点是LCD驱动部分做得特别好。在低电压、低功耗方面也很有特 点。国家半导体公司国家半导体公司 NS 单片机单片机 COP8单片机是美国国家半导体公司的产单片机是美国国家半导体公司的产品，该公司以生产先进的模拟电路著称。品，该公司以生产先进的模拟电路著称。能生产高水平的数字模拟混合电路。能生产高水平的数字模拟混合电路。COP8单片机片内集成了单片机片内集成了16位位A/D，这是，这是单片机中不多见的。单片机中不多见的。COP8单片机，在看单片机，在看门狗电路以及门狗电路以及STOP方式下单片机的唤醒方式下单片机的唤
14、醒方式上都有独到之处。此外，方式上都有独到之处。此外，COP8的程的程序加密控制也做得比较好。序加密控制也做得比较好。SST公司的SST89C54,SST89C58等 具有在应用中编程(IAP)功能、在系统可编程(ISP)功能，不占用户资源，串口下载，无需编程器、仿真机，芯片可具有仿真机的功能。AD公司的AduC812,AduC824 AD公司是著名的模拟器件生产公司，这两款单片机是AD公司结合其模拟技术特长而推出的基于51内核的单片机。Aduc812内部集成有8K FLASH ROM，640字节EEPROM，256字节RAM，8通道12位A/D,2通道12位D/A，另有监控电路、温度传感器、
15、SPI和I2C总线接口等丰富资源。Aduc824内部更是集成了两路24位/16位A/D，这是另一类51高端芯片，该芯片适合用于各类智能仪表、智能传感器、变送器和便携式仪器等领域。资料及网上讨论网上交流 1、21icbbs()中国电子工程师网站： 是目前国内最热门的电子技术社区，注册工程师超过7万人，同时该站也是电子类网站中关注单片机最多的一个论坛，该论坛设有综合技术交流、嵌入式系统等数十个栏目。2、C51bbs（）是国内最为成功的单片机类个人网站之一，人气旺盛，提出的各类问题会得到及时的回答，尤其是Keil C方面的问题，是目前国内关于Keil C方面的权威网站。3、水木清华 是国内著名的BB
16、S站点之一，该站设有许多栏目，其中电路设计与调试、嵌入式系统等与单片机应用与开发有关有一些有实用价值的贴子。其它一些BBS如 电子爱好者网站 电子报网络版 周立功网站 网上找资料 1、力源网站 该网站目前录入有全球92家IC厂商的器件可供查询;录入有39543个PDF文件可供下载;全球671家IC厂商可查询其网址及分支机构等情况;316个IC媒体及网址可供查询。该站的特点是提供了大量中文资料，分类查询也设计得非常周到。2、中国电子网（21ic）该网站提供了各大公司数万份器件资料，通常用到的集成电路资料都可以在这里找到 3、.复位时各芯片寄存器的初值复位时各芯片寄存器的初值 复位时程序指针复位时
17、程序指针 PC 的特点的特点 时钟周期、机器周期、指令周期的概念时钟周期、机器周期、指令周期的概念 取指令、执行指令的概念取指令、执行指令的概念 取指令时序、执行指令时序的概念取指令时序、执行指令时序的概念 指令字节数与指令周期数的概念指令字节数与指令周期数的概念 时序与控制线时序与控制线 ALE 的关系的关系 DBABCB 注注:8253 用此方式。用此方式。注注:MCS-51 用此方式。用此方式。注注:MCS-51 需根据定时、计数值需根据定时、计数值 求定时初值、计数初值。求定时初值、计数初值。3、基本的汇编 流程流程 块首地址块首地址累加和累加和块长度值块长度值N 流程流程 4、单片机
18、c语言编程 基本C语言 考虑单片机资源 硬件化的C语言 C与汇编的联合编程在某引脚输出高电平的编程方法：（比如在某引脚输出高电平的编程方法：（比如P1.3（PIN4）引脚）引脚）#include/该头文档中有单片机内部资源的符号化定义，其中包含P1.3void main(void)/void 表示没有输入参数，也没有函数返值，这入单片机运行的复位入口P13=1;/给P13赋值1，引脚P1.3就能输出高电平VCCWhile(1);/死循环，相当 LOOP:goto LOOP;注意注意：P0的每个引脚要输出高电平时，必须外接上拉电阻（如4K7）至VCC电源。在某引脚输出方波编程方法：（比如在某引脚
19、输出方波编程方法：（比如P3.1引脚）引脚）#include/该头文档中有单片机内部资源的符号化定义，其中包含P3.1void main(void)/void 表示没有输入参数，也没有函数返值，这入单片机运行的复位入口While(1)/非零表示真，如果为真则执行下面循环体的语句P31=1;/给P31赋值1，引脚P3.1就能输出高电平VCCP3_1=0;/给P31赋值0，引脚P3.1就能输出低电平GND/由于一直为真，所以不断输出高、低、高、低，从而形成方波十字路口交通灯十字路口交通灯如果一个单位时间为1秒，这里设定的十字路口交通灯按如下方式四个步骤循环工作：60个单位时间，南北红，东西绿；10
20、个单位时间，南北红，东西黄；60个单位时间，南北绿，东西红；10个单位时间，南北黄，东西红；用P1端口的6个引脚控制交通灯，高电平灯亮，低电平灯灭。#include/sbit用来定义一个符号位地址，方便编程，提高可读性，和可移植性sbit SNRed=P10;/南北方向红灯sbit SNYellow=P11;/南北方向黄灯sbit SNGreen=P12;/南北方向绿灯sbit EWRed=P13;/东西方向红灯sbit EWYellow=P14;/东西方向黄灯sbit EWGreen=P15;/东西方向绿灯void Delay1Unit(void)/*用软件产生延时一个单位时间*/unsig
21、ned int i,j;for(i=0;i1000;i+)for(j0;j1000;j+);/通过实测，调整j循环次数,产生1ms延时/还可以通过生成汇编程序来计算指令周期数，结合晶体频率来调整j循环次数，接近1ms/*延时n个单位时间*/void Delay(unsigned int n)for(;n!=0;n-)Delay1Unit();void main(void)while(1)SNRed=0;SNYellow=0;SNGreen=1;EWRed=1;EWYellow=0;EWGreen=0;Delay(60);SNRed=0;SNYellow=1;SNGreen=0;EWRed=1;
22、EWYellow=0;EWGreen=0;Delay(10);SNRed=1;SNYellow=0;SNGreen=0;EWRed=0;EWYellow=0;EWGreen=1;Delay(60);SNRed=1;SNYellow=0;SNGreen=0;EWRed=0;EWYellow=1;EWGreen=0;Delay(10);中断服务函数的编写：中断服务函数的编写：void 函数名（void）Interrupt 中断号 using 寄存器组号注：中断函数不能有返回值和形式参数。void myinterrupt(void)interrupt 0 using 2/中断处理 data:直接内存
23、访问数据存储器（内部RAM）bdata：可位寻址的数据存储器（内部RAM）idata：间接寻址的内部数据存储器（内部RAM）pdata：分页的外部存储器(用 movx ri 指令访问)xdata：外部数据存储器(用 movx dptr 指令访问)code：代码数据存储器(用 movc a+dptr 指令访问)例如：data int i；xdata char j;单片机的数据属性限制（存储器类型）：C8051F020的结构 C8051F020的特点 C8051F020的应用5、C8051F020简介C8051F020的结构：封装：TQFP100/64C8051F020的特点（一）：C8051内核
24、64kB Flash 程序存贮器4352B的数据存贮器(另可扩展64kB)ISP（在系统编程）JTAG（边界扫描）非侵入式在线调试内置可编程振荡器C8051F020的特点（二）：25MHz的时钟(25MIPS)流水式指令结构（70%的单指令1至2个周期）低电压工作（2.73.6V）8字节宽的端口I/O(5V)5 个通用16 位计数器/定时器两个UART 串口交叉开关C8051F020的特点（三）：专用的看门狗定时器精确的VDD 监视器和欠压检测器实时时钟方式(RTC)22 个矢量中断源SMBus(I2CTM 兼容)和 SPITM串口计数器/定时器阵列有5 个捕捉/比较模块C8051F020的特
25、点（四）：8通道12bit A/D,100ksps,单端或差分输入，程控增益放大器，内置温度传感器8通道8bit A/D,500ksps,程控增益放大器，2通道12bit D/A,100s,可同步输出电压基准两个模拟电压比较器C8051F020的特点（四）：SOC(System On Chip)另：有兼容的100MHz的C8051F120C8051F020的存贮器组织：例：C8051F020中A/D相关的寄存器：基于C8051F020的单片机通用系统 单片机通用系统的组成：(1)MCU；(2)显示(数码管8位、字符/图形液晶接口)；(3)键盘(48键)；(4)8路A/D；(5)双路D/A；(6
26、)64k程序存贮器；(7)64k数据存贮器；(8)RS232C/RS485通信口；(9)继电器输出(2个)；(10)拔码开关或跳线；(11)LED灯(8个)；(12)EEPROM/复位/日历；(13)复位按钮。基于C8051F020的单片机通用系统C8051F020图形液晶模块/字符液晶模块/8位数码显示键盘(48键)64k RAM8个LED灯2个继电器双RS232/4858个拔码跳线EEPROM日历/复位复位按钮基本开发工具和开发流程：Keil uvision;(参考资料)Cygnal IDE;(参考资料)1）先软仿真2）在线调试（ISP方式、仿真器方式）3）程序下载，独立运行 6、单片机的
27、应用举例、单片机的应用举例C8051F020通用系统在电子设计竞赛中的应用2003年全国电子设计竞赛简易逻辑分析仪（D题）微控制器系统8位输入电路RAM控制电路逻辑状态与波形显示跳接线8位数字信号发生器.Q0Q7Q1.图1 系统结构框图C8051F020通用系统在电子设计竞赛中的应用2003年全国电子设计竞赛简易逻辑分析仪（D题）1 1、基本要求、基本要求（1）制作数字信号发生器 能产生8路可预置的循环移位逻辑信号序列，输出信号为TTL电平，序列时钟频率为100Hz，并能够重复输出。逻辑信号序列示例如图2所示。（2）制作简易逻辑分析仪a 具有采集8路逻辑信号的功能，并可设置单级触发字。信号采集
28、的触发条件为各路被测信号电平与触发字所设定的逻辑状态相同。在满足触发条件时，能对被测信号进行一次采集、存储。b能利用模拟示波器清晰稳定地显示所采集到的8路信号波形，并显示触发点位置。c 8位输入电路的输入阻抗大于50k，其逻辑信号门限电压可在0.254V范围内按16级变化，以适应各种输入信号的逻辑电平。d通道的存储深度为20bit。C8051F020通用系统在电子设计竞赛中的应用2003年全国电子设计竞赛简易逻辑分析仪（D题）2发挥部分发挥部分 （1）能在示波器上显示可移动的时间标志线，并采用LED或其它方式显示时间标志线所对应时刻的8路输入信号逻辑状态。（2）简易逻辑分析仪应具备3级逻辑状态
29、分析触发功能，即当连续依次捕捉到设定的3个触发字时，开始对被测信号进行一次采集、存储与显示，并显示触发点位置。3级触发字可任意设定（例如：在8路信号中指定连续依次捕捉到两路信号11、01、00作为三级触发状态字）。（3）触发位置可调（即可选择显示触发前、后所保存的逻辑状态字数）。（4）其它（如增加存储深度后分页显示等）。C8051F020通用系统在电子设计竞赛中的应用2003年全国电子设计竞赛简易智能电动车（E题）障碍物1障碍物21m1m2mR=0.8mCB5cm起跑线1.2m2.3m0.4m5cm5cm2cm5cm5cm2cm停车区0.4m12cm光源光源1.45m0.4m0.3m直道区弯道
30、区2mO50cm障 碍 区引导线车库0.2m0.4m15cm12.5cm12.5cm5cmC8051F020通用系统在电子设计竞赛中的应用2003年全国电子设计竞赛简易智能电动车（E题）1、基本要求、基本要求 （1）电动车从起跑线出发（车体不得超过起跑线），沿引导线到达B点。在“直道区”铺设的白纸下沿引导线埋有13块宽度为15cm、长度不等的薄铁片。电动车检测到薄铁片时需立即发出声光指示信息，并实时存储、显示在“直道区”检测到的薄铁片数目。（2）电动车到达B点以后进入“弯道区”，沿圆弧引导线到达C点（也可脱离圆弧引导线到达C点）。C点下埋有边长为15cm的正方形薄铁片，要求电动车到达C点检测到
31、薄铁片后在C点处停车5秒，停车期间发出断续的声光信息。（3）电动车在光源的引导下，通过障碍区进入停车区并到达车库。电动车必须在两个障碍物之间通过且不得与其接触。（4）电动车完成上述任务后应立即停车，但全程行驶时间不能大于90秒，行驶时间达到90秒时必须立即自动停车。C8051F020通用系统在电子设计竞赛中的应用2003年全国电子设计竞赛简易智能电动车（E题）2、发挥部分、发挥部分 （1）电动车在“直道区”行驶过程中，存储并显示每个薄铁片（中心线）至起跑线间的距离。（2）电动车进入停车区域后，能进一步准确驶入车库中，要求电动车的车身完全进入车库。（3）停车后，能准确显示电动车全程行驶时间。（4
32、）其它。C8051F020通用系统在电子设计竞赛中的应用2003年全国电子设计竞赛液体点滴速度监控装置（F题）h1h2电动机滑轮点滴移动支架储液瓶受液瓶滴斗滴速夹C8051F020通用系统在电子设计竞赛中的应用2003年全国电子设计竞赛液体点滴速度监控装置（F题）1、基本要求、基本要求（1）在滴斗处检测点滴速度，并制作一个数显装置，能动态显示点滴速度（滴/分）。（2）通过改变h2控制点滴速度，如右图所示；也可以通过控制输液软管夹头的松紧等其它方式来控制点滴速度。点滴速度可用键盘设定并显示，设定范围为20150(滴/分)，控制误差范围为设定值10%1滴。（3）调整时间3分钟（从改变设定值起到点滴
33、速度基本稳定，能人工读出数据为止）。（4）当h1降到警戒值（23cm）时，能发出报警信号。2、发挥部分、发挥部分设计并制作一个由主站控制16个从站的有线监控系统。16个从站中，只有一个从站是按基本要求制作的一套点滴速度监控装置，其它从站为模拟从站(仅要求制作一个模拟从站)。C8051F020通用系统在电子设计竞赛中的应用2003年全国电子设计竞赛液体点滴速度监控装置（F题）（1）主站功能：a具有定点和巡回检测两种方式。b可显示从站传输过来的从站号和点滴速度。c在巡回检测时，主站能任意设定要查询的从站数量、从站号和各从站的点滴速度。d收到从站发来的报警信号后，能声光报警并显示相应的从站号；可用手动方式解除报警状态。（2）从站功能：a能输出从站号、点滴速度和报警信号；从站号和点滴速度可以任意设定。b接收主站设定的点滴速度信息并显示。c对异常情况进行报警。（3）主站和从站间的通信方式不限，通信协议自定，但应尽量减少信号传输线的数量。（4）其它。制作一个单片机C8051F020的最小系统C8051F020（参考资料）键盘与LED显示模块（ZLG7290）液晶显示模块（FYD12864-0402B）排针、跳线、指示等电源模块串行接口89S52的最小系统 谢 谢！欢迎指正
