1、单片机原理与接口技术主编：于军新世纪应用型高等教育计算机类课程规划教材节日彩灯控制器MCS-51单片机的基本结构及开发工具任务1.1 认识单片机单片机的概述家用电器如彩电、冰箱、洗衣机、电视机、空调等，都有单片机在工作;飞机、汽车、轮船、火车，也都有单片机在工作;火箭、卫星、导弹，也都有单片机在工作;工农业生产中使用的各种机器设备、仪器仪表，也都有单片机在工作;服务行业比如通信更是离不开单片机。计算机的出现，是人类对计算的强烈需求的产物;电子计算机的出现，是人类电子技术发展的必然结果;微型电子计算机(微机)的出现，使电子计算机得到普及;单片机的出现，使得计算机深入到我们生活的所有领域。1.1.
2、1 单片机的用途任务1.1 认识单片机单片机的概述 20世纪70年代，一些半导体公司开始推出一种集成电路，它包含了计算机的三大组成部分:CPU、存储器和I/()接日等部件。由于它是在一个芯片上，形成芯片级的微型计算机，称为单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)，简称单片机。1.1.2 单片机的基本概念通常一个最基本的单片机由以下几部分组成:(1)中央处理器CPU，包括运算器、控制器和寄存器组;(2)存储器，包括ROM和RAM;(3)输入/输出(I/O)接日，与外部输入/输出设备连接。任务1.1 认识单片机单片机的概述1.1.3 单片机的发展以1976年Intel公
3、司推出的MCS-48系列为代表，采用将8位CPU、8位并行I/O接日、8位定时器/计数器、RAM和ROM等集成于一块半导体芯片上的单片机结构。1980年以后，以Intel公司的MCS-51系列为代表，在这一阶段推出的单片机(采用8位的CPU)普遍带有串行I/O端日，有多级中断处理系统、16位定时器计数器。1982年，Intel推出MCS-96系列单片机。今后，单片机将在集成度、功能、功耗、速度、可靠性、应用领域等各方面向更高水平发展。同时，系统编程(ISP)和应用编程(IAP)技术的发展，也给使用单片机带来很大方便。任务1.1 认识单片机单片机的概述1.1.4 单片机系列产品MCS-51系列(
4、或MCS-51内核)的单片机非51系列单片机任务1.1 认识单片机单片机的概述1.1.5 MCS-51系列单片机任务1.1 认识单片机单片机的概述1.1.5 MCS-51系列单片机MCS-51系列单片机是由八大部分组成的(1)一个8位中央处理器CPU(又称为微处理器)。(2)128 B的片内数据存储器RAM。(3)2 KB的片内程序存储器EPROM或ROM。(4)18个特殊功能寄存器SFR。(5)2个8位并行输入/输出I/O接口。(6)1个串行I/O接日，实现串行通信。(7)2个16位定时器/计数器T0、T1（52子系列有3个)。(8)具有5个(52子系列为6个或7个)中断源,2个可编程优先级
5、的中断系统。任务1.1 认识单片机单片机的概述1.1.5 MCS-51系列单片机MCS-51系列单片机是由八大部分组成的任务1.2 设计单片机的最小系统1.2.1 引脚功能要使用单片机芯片，就要先了解其引脚特性，包括外部特性和内部特性。MCS-51单片机40引脚配置如图1-5所示，单片机引脚功能见表1-3（见教材第6页）。任务1.2 设计单片机的最小系统1.2.2 时钟电路单片机的时钟信号是单片机内部数字电路工作时的节拍信号，单片机内的所有部件都要在时钟信号的控制下配合工作，时钟信号的频率高低决定了单片机的工作速度。时钟信号的产生有两种方式:内部振荡器方式和外部引入方式。任务1.2 设计单片机
6、的最小系统1.2.3 复位电路 复位后，程序计数器PC=0000H，程序执行必须从地址0000H开始。单片机的复位靠外部电路实现，信号由RST(RESET)引脚输入，高电平有效(一般复位正脉冲宽度大于10 ms)。复位分为上电复位和按键复位方式，上电复位电路如图1-7(a)所示;按键复位有电平方式和脉冲方式，电路如图1-7(b)和图1-7(c)所示。任务1.2 设计单片机的最小系统1.2.4 单片机的开发方法为了某种应用，给单片机设计外围电路和应用程序，称为单片机的开发。任务1.2 设计单片机的最小系统1.2.5 单片机应用开发工具简介1.硬件设计工具2.程序设计工具3.仿真工具(仿真器)4.
7、编程器和ISP在系统可编程)5.单片机系统的Proteus设计与仿真平台任务1.2 设计单片机的最小系统1.2.6 利用Proteus设计一个简单的仿真项目首先，观看一个Proteus仿真项目的演示;其次，学习Proteus软件的使用方法;最后，自己动手模仿一个Proteus项目。任务1.2 设计单片机的最小系统1.2.7 51系列单片机运行的硬件条件51系列单片机内部配有ROM和RAM，单片机能够运行的最基本配置是:(1)配有为单片机提供时钟信号的振荡电路，如图1-6所示。(2)配有上电复位或手动复位电路，如图1-7所示。(3)要对EA脚进行处理，选择外部或内部程序存储器。(2)要为单片机提
8、供一个稳定的、满足单片机工作电压条件的工作电源。任务1.3 设计LED的驱动电路1.3.1 单片机的并行端口重点:端口功能、端口地址、端口结构、负载能力。1.PO端口(1)端口结构(2)通用I/O接日功能(3)地址/数据分时复用功能(4)端口操作任务1.3 设计LED的驱动电路1.3.1 单片机的并行端口重点:端口功能、端口地址、端口结构、负载能力。2.P1端口任务1.3 设计LED的驱动电路1.3.1 单片机的并行端口重点:端口功能、端口地址、端口结构、负载能力。3.P2端口任务1.3 设计LED的驱动电路1.3.1 单片机的并行端口重点:端口功能、端口地址、端口结构、负载能力。4.P3端口
9、任务1.3 设计LED的驱动电路1.3.2 简单的LED接口1.LED简介 LED就是发光二极管，现在有很多种，常见的发光颜色有红、绿、黄、蓝和白等。发红色光、绿色光和黄色光的二极管工作电压在1.6V左右，发蓝色光和白色光的工作电压在3V左右。正常工作电流大都在10 mA左右。任务1.3 设计LED的驱动电路1.3.2 简单的LED接口2.单片机驱动LED任务1.3 设计LED的驱动电路1.3.3 带简单驱动的LED接口任务1.3 设计LED的驱动电路1.3.4 设计节日彩灯控制器电路1.彩灯外形设计彩灯设计思路:用一些LED，排列成一幅图，或者一个字。在这个思路指导下，设计如图1-21所示的
10、一个图案。方案1:汉字“我爱单片机”。汉字比较麻烦，制作困难。方案2:英文“I LOVE YOU。英文相对简单。任务1.3 设计LED的驱动电路1.3.4 设计节日彩灯控制器电路2.彩灯控制器电路设计设想:用单片机控制心形图形跑马灯，文字带闪烁效果。节日彩灯电路设计原理图如图1-22所示(见教材第22页)。任务1.4 节日彩灯控制器的工作过程和仿真调试1.4.2 单片机存储器结构单片机的构造，概括起来就是CPU、存储器以及I/O接日三大部分。单片机要工作，首先要把程序装进单片机。仿真暂停时打开的小窗日，就是单片机的内部存储器窗日。程序窗日就是程序存储器内容。任务1.4 节日彩灯控制器的工作过程
11、和仿真调试1.4.3 程序存储器ROM1.片内ROM的配置形式无ROM型(8031、8032等)，应用时要在片外扩展程序存储器。(1)掩膜ROM型C8057、8052等)，用户程序由芯片生产厂商写入。(2)EPROM型(8751、8752等)，用户程序通过写入装置写入，通过紫外线照射擦除。(3)F1ashROM型(89C51、89C52等)，用户程序可以电写入或擦除。(2)OTPROM型(一次性编程写入ROM），具有较高的环境适应性和可靠性。2.程序存储器的编址计算机的工作是按照事先编制好的程序一条条指令循序执行的，程序存储器就是用来存放这些已编好的程序和表格常数。任务1.4 节日彩灯控制器的
12、工作过程和仿真调试1.4.3 程序存储器ROM3.程序运行的入口地址任务1.4 节日彩灯控制器的工作过程和仿真调试1.4.4 片内数据存储器RAM任务1.4 节日彩灯控制器的工作过程和仿真调试1.4.4 片内数据存储器RAM 1.片内数据存储器(低128 B RAM)片内数据存储器128字节，可以分为三个功能区:工作寄存器区位寻址区数据缓冲区任务1.4 节日彩灯控制器的工作过程和仿真调试1.4.4 片内数据存储器RAM2.片内数据存储器的操作片内数据存储器RAM，可以通过直接寻址访问，也可以通过间接寻址访问，位寻址的区域还可以进行位操作。3.特殊功能寄存器(片内高128 B)(1)特殊功能寄存
13、器SFR(2)SFR的寻址方式(3)SFR复位状态任务1.4 节日彩灯控制器的工作过程和仿真调试1.4.5 外部数据存储器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MCS-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62 KB,所以扩展外部数据存储器的最大容量是62 KB。任务1.4 节日彩灯控制器的工作过程和仿真调试1.4.6 CPU的结构单片机的三大组成部分，我们已经学习了两个，CPU是最后一部分。中央处理器(CPU)是单片机内部的核心部件，决定了单片机的主要功能特性。它由
14、运算器和控制器两大部分组成。为了便于说明工作原理，把单片机内部结构进行了细化，如图1-27所示。任务1.4 节日彩灯控制器的工作过程和仿真调试1.4.6 CPU的结构任务1.4 节日彩灯控制器的工作过程和仿真调试1.4.6 CPU的结构1.控制器控制器主要包含程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID和时序电路等。2.运算器运算部件是以算术逻辑单元ALU为核心，加上累加器A、寄存器B,暂存器TMP1和TMP2、程序状态字寄存器PSW及专门用于位操作的布尔处理机组成的，它能实现数据的算术逻辑运算、位变量处理和数据传送操作。任务1.5 节日彩灯控制器的制作调试1.5.1 制作方案的选择1.一般
15、情况，可以按照电路原理图设计电路板，我们可以利用Proteus软件来进行。任务1.5 节日彩灯控制器的制作调试1.5.1 制作方案的选择1.一般情况，可以按照电路原理图设计电路板，我们可以利用Proteus软件来进行。任务1.5 节日彩灯控制器的制作调试1.5.1 制作方案的选择1.一般情况，可以按照电路原理图设计电路板，我们可以利用Proteus软件来进行。任务1.5 节日彩灯控制器的制作调试1.5.1 制作方案的选择任务1.5 节日彩灯控制器的制作调试1.5.2 制作节日彩灯控制器(1)定制的电路板要先检查质量，确认没有错误和损坏。(2)元件质量检测，确认质量合格才使用。(3)安装要注意元件引脚位置和顺序，不要装反或装错。(4)焊接技术需要多练习，保证没有虚焊和短路，不要烫坏元件和电路板。还要注意人身安全和设备安全。(5)焊接完成要先检查焊接质量，测量电路正确性，验证电路功能。完全没有问题了，才可以通电试验。(6)硬件验证之后，可以加载软件，进行联合调试。(7)软件要先固化到单片机的程序存储器中才能运行。固化方法一般都采用在系统编程任务1.6 节日彩灯控制器的改进1.LED的布置，可以采用更好的方案。2.LED的数量，可以根据需要增减。3.LED的品种，可以有更多的选择。4.编写更多花样的控制程序。Thanks
