單片機原理第10章

1、任務1： 點亮你的LED----初識單片機,如何實現(xiàn),,,,功能要求,引出問題,預備知識,電平特性 2進制與16進制的表示及轉(zhuǎn)換 二進制數(shù)的邏輯運算 8051單片機介紹 C51基礎知識,關于電平特性,數(shù)字電路中只有兩種電平：高和低（本課程中）定義單片機為TTL電平 高 +5V 低 0VRS232電平：計算機的串口 高

2、 -12V 低+12V 所以計算機與單片機之間通訊時需要加電平轉(zhuǎn)換芯片max232（實驗板上左下角）。,二進制,數(shù)字電路中的兩種電平特性決定了它0 0 6 1101 171112 10810003 11910014 100101010

3、5 10111 1011,十六進制,十進制中的0-15分別表示為十六進制的0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F熟練掌握二進制與十六進制之間的轉(zhuǎn)換。 規(guī)律：一般把四個二進制數(shù)放在一起轉(zhuǎn)換成一個十六進制數(shù)，轉(zhuǎn)換時先把二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)，再把十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)。如：0001B -> 1 -> 1H B表示為二進制，H為十六進制 1001

4、B -> 9 -> 9H 1010B -> 10 -> AH 0010 1100 -> 44 -> 2CH,各種進位制的對應關系,二進制數(shù)的邏輯運算,1. “與”運算 “與”運算是實現(xiàn)“有0必0”這種邏輯關系的一種運算。 運算符為“· ”, 其運算規(guī)則如下:0·0=0, 0·1=1·0=0,

5、 1·1=1,2. “或”運算 “或”運算是實現(xiàn)“有1必1”這種邏輯關系的一種運算, 其運算符為“+”。 “或”運算規(guī)則如下:0+0=0, 0+1=1+0=1, 1+1=1,3. “非”運算 “非”運算是實現(xiàn)“求反”這種邏輯的一種運算，如變量A的“非”運算記作 。 其運算規(guī)則如下:,4. “異或”運算 “異或”運算是實現(xiàn)“相同為0，相異為1 ”這種邏

6、輯的一種運算, 運算符為“”。其運算規(guī)則是:,,,設計一個單片機最小控制系統(tǒng) 設計一個彩燈點亮的單片機控制系統(tǒng)，即在單片機的P2端口上接8個發(fā)光二極管，使其點亮。,功能要求,,系統(tǒng)方案設計,硬件方案確定,總設計電路原理圖（SCH）,硬件電路設計,系統(tǒng)方案設計,,圖1.1 LED彩燈閃爍控制系統(tǒng)組成方框圖,,,硬件方案確定,,,,,,,,電源選擇,單片機,復位電路,硬件方案,,,,,時鐘電路設計,接口電路設計

7、,常用單片機系列　　目前單片機產(chǎn)品有60多個系列, 1000多種型號, 流行體系結(jié)構(gòu)有30多個系列, 門類齊全, 能滿足各種應用需求。 單片機的類型　　眾多的單片機可以從不同角度進行分類。 　　按單片機數(shù)據(jù)總線的位數(shù), 可將單片機分為4位、 8位、 16位、 32位。單片機還可以從編程方式上分為OTPROM型、 Flash型、 ISP型、 IAP型及JTAG接口型; 從制造工藝技術(shù)上可分為普通MOS型、 CMOS型、 HMO

8、S型、 CHMOS型和HCMOS型; 從功耗上可分為普通型和低功耗型; 從性價比上可分為普通型和經(jīng)濟型等。,硬件方案確定 ––單片機的選擇,目前流行的51內(nèi)核的8位單片機　　目前, 在國內(nèi)市場上流行的單片機不下十幾種, 占據(jù)主導地位的仍是51內(nèi)核及其兼容單片機。 這些單片機和MCS 51單片機的指令完全兼容, 資料和開發(fā)設備比較齊全, 價格也比較便宜。 另外, 從學習的角度來看, 有了51單片機的基礎后, 再學習其他單片機時則非

9、常容易?！?1. MCS 51系列單片機　　MCS 51系列單片機是Intel公司生產(chǎn)的功能比較強、 價格比較低, 較早應用的單片機, 目前仍被廣泛應用?！　?. ATMEL公司的89系列單片機　　美國ATMEL公司的89系列單片機是以8051核構(gòu)成的, 它和8051系列單片機是兼容的系列。,MCS-51系列單片機配置一覽表,單片機的基本概念---單片機硬件結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)框圖,中央處理器CPU：8位，運算和控制功能,內(nèi)部RA

10、M：共256個RAM單元，用戶使用前128個單元，用于存放可讀寫數(shù)據(jù)，后128個單元被專用寄存器占用。,內(nèi)部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格。,定時/計數(shù)器：兩個16位的定時/計數(shù)器，實現(xiàn)定時或計數(shù)功能。,并行I/O口：4個8位的I/O口P0、P1、P2、P3。,串行口：一個全雙工串行口。,中斷控制系統(tǒng)：5個中斷源（外中斷2個，定時/計數(shù)中斷2 個，串行中斷1個）,時鐘電路：可產(chǎn)生時鐘脈沖序列，允許晶振

11、頻率6MHZ和12MHZ,8051單片機的基本組成,中央處理器CPU：8位，運算和控制功能內(nèi)部RAM：共256個RAM單元，用戶使用前128個單元，用于存放可讀寫數(shù)據(jù)，后128個單元被專用寄存器占用。內(nèi)部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格。定時/計數(shù)器：兩個16位的定時/計數(shù)器，實現(xiàn)定時或計數(shù)功能。并行I/O口：4個8位的I/O口P0、P1、P2、P3。串行口：一個全雙工串行口。中斷控制系統(tǒng)：5個中斷源（

12、外中斷2個，定時/計數(shù)中斷2 個，串行中斷1個）時鐘電路：可產(chǎn)生時鐘脈沖序列，允許晶振頻率6MHZ和12MHZ,硬件方案確定 ––單片機的選擇,單片機內(nèi)部資源的三大指標： 1.FLASH (程序存儲空間) 2.RAM(內(nèi)存) 3.SFR(特殊功能寄存器),單片機的選擇,STC89C52： 8KFLASH、512字節(jié)RAM、32個IO口、3個定時器、1個UART、8個中斷

13、源。 P89V51RD+： 64KFLASH、1024字節(jié)RAM、32個IO口、3個定時器、1個UART、8個中斷源、1個SPI、PWM、并且支持與KEIL連機進行在線仿真。,單片機最小系統(tǒng),三要素：電源電路、復位電路、晶振電路。特點：單片機可以運行程序，是單片機控制系統(tǒng)的核心。,硬件方案確定 ––電源選擇,,,,,依據(jù),AT89S52單片機的主要電源特性：電壓操作范圍為：4.0~5.5V,,

14、,,電源確定,選擇+5V的電源,硬件方案確定 ––時鐘電路(1),,單片機的連接引腳,XTAL1、XTAL2 ；,連接方法,內(nèi)部時鐘方式,外部時鐘方式,內(nèi)部機器頻率F=fosc/12,C1和C2的一般取值20~30pF陶瓷電容,,,硬件方案確定 ––復位電路（1）,,復位電路設計,,單片機的連接引腳,RST ；,連接電路,硬件方案確定 ––復位電路（2）,1、復位后內(nèi)部寄存器狀態(tài),PC=0000H、SP=07H、P0~P3=0FFH

15、、其他均為00H。,2、電路參數(shù)選擇,,,,依據(jù),RST引腳出現(xiàn)的高電平持續(xù)兩個機器周期以上的時間RC電路的充電時間為：τ=R*C,,,,電路參數(shù),R、C器件值得選擇R*C 〉2*TCN （TCN為機器周期）,點亮一個LED發(fā)光二極管,發(fā)光二極管(LED)：通常紅色貼片LED:電壓1.6V~2.4V，電流2到20mA，在2到5mA亮度有所變化，5mA以上亮度基本無變化。(5-2)/r= 2ma (5-2)/R = 20ma

16、 150 - 1.5K單片機(MCU），最小控制單元。首先，我們用單片機來控制一個燈的亮滅。,硬件方案確定 ––LED彩燈接口電路設計,,,(5V-2V)/10mA=300Ω,,,電阻的選擇,,,硬件方案確定 ––系統(tǒng)電路圖,,,,單片機系統(tǒng)的PROTUES交互式仿真,,實時顯示系統(tǒng)輸出結(jié)果,,實時顯示元器件 引腳電平,軟件設計,為什么要使用C語言？,編程實現(xiàn)：4772+4071=？匯編語言：（12A4H+0FE7H=

17、？）MOV A,#0A4H； 被加數(shù)低8位→AADD A,#0E7H； 加數(shù)低8位E7H與之相加，A=8BH，CY=1MOV 40H,A； A→(40H)，存低8位結(jié)果MOV A,#12H； 被加數(shù)高8位→AADDCADD A,#0FH； 加數(shù)高8位+A+CY，A=22HMOV 41H,A； 存高8位運算結(jié)果C語言：unsigned int ans = 4772+4071;,易于編寫、調(diào)試、理

18、解,C語言VS匯編語言,第一個程序,,/*ex101.c-點亮LED. */ //注釋#include //預處理命令(頭文件包含） void main（ ） //程序入口（主函數(shù)） { //函數(shù)體開始 P2=0x00; //功能語句 }

19、 //函數(shù)體結(jié)束,①注釋 /*… */或//,C程序中的“/* … */”或//稱為注釋，是程序編寫者給程序閱讀者留下的一些說明（注釋），以幫助閱讀者理解程序。編譯器不對注釋進行編譯，只將它們當作空白看待。/*… */：對C程序的任何一部分作為注釋，從/*開始后，一直到*/為止中間的任何內(nèi)容都為注釋//：語句注釋，只對本行有效,②庫函數(shù)與頭文件包含命令include,庫函數(shù)：系統(tǒng)提供的標準函數(shù)，程序可直接使用

20、, 使用庫函數(shù)必須將其有關說明信息寫入程序。為了用戶方便，系統(tǒng)定義庫函數(shù)時，把一類相關庫函數(shù)的說明信息，分別寫在一些文件中。本例中使用了51單片機I/O口 ，其有關說明信息寫在文件reg51.h中。所以在程序的開始加入了#include “頭文件包含”（命令include）：指一個文件將另一個文件的內(nèi)容全部包含進來。頭文件一般在C:\KELL\C51\INC下，INC文件夾里面有不少頭文件，并且里面還有很多以公司分類的文件夾

21、，里面也都是相關產(chǎn)品的頭文件。在單片機中用C語言編程時，往往第一行就是頭文件或者其它的自定義頭文件。#include的預處理命令,,C-51的包含的頭文件,,通常有:reg51.h reg52.h math.h intrins.h ctype.h stdio.h stdlib.h absacc.h常用有:reg51.h reg52.h （定義特殊功能寄存器和位寄存器）； math.h （定義常用

22、數(shù)學運算）；,③ main函數(shù),任何C程序都必須有且只能有一個主函數(shù)main()，它是程序的入口，也是程序的出口。其中，main是函數(shù)名，()內(nèi)可以包含一些參數(shù);{ }的內(nèi)容稱為函數(shù)體,其包含若干條C程序語句；不同語句之間用分號分隔；一般情況下，每個程序都由一至多個函數(shù)組成；,void main（ ） { P1=0x00; },演示ex101,④語句 P2=0x00;,C語言的主

23、函數(shù)體由一些語句組成。每個語句由一個分號結(jié)束。如本例中，主函數(shù)的一個語句：P2=0x00;,說明：P2是單片機的I/ O口，該語句功能是將LED點亮（共陽極）;,C基本語句,C語言的語句可分為以下四類： 表達式語句 空語句 復合語句 流程控制語句,表達式語句就是一個表達式加上一個分號。其一般形式如下： 表達式；執(zhí)行表達式語句就是計算表達式的值 如：a++; x=1; 2. 空語句用一個分號表

24、示，其一般形式為： ；程序執(zhí)行空語句時需要占用一條指令的執(zhí)行時間，但是什么也不做。在C51程序中常常把空語句作為循環(huán)體，用于消耗CPU時間等待事件發(fā)生的場合。,復合語句用一對花括號{ }將多條語句組合在一起，在語法上相當于一條語句。組合在一起形成具有一定功能的模塊。1、一般形式：{ [內(nèi)部數(shù)據(jù)說明;] 語句1; …… 語句n; }注意：(1)在復合語句中說明的變量，是局部變量, 僅在復合語句中有效。

25、(2)復合語句的 } 之后，不能有分號。(3)復合語句之間用“{}”分隔，內(nèi)部各語句以；結(jié)束。(4) 復合語句允許嵌套。即{}中或嵌套{}。,復合語句(程序塊) 示例【例3.3】main( ){ int x=1; { int x=2; {int x=3; printf(“x=%d”, x); } printf(“x=%d”, x);} printf

26、(“x=%d”, x);},C語言程序結(jié)構(gòu)小結(jié)：,一個C語言源程序是由一個或若干個函數(shù)組成，每一個函數(shù)完成相對獨立的功能。每個C程序都必須有（且僅有）一個主函數(shù)main()，程序的執(zhí)行總是從主函數(shù)開始，調(diào)用其他函數(shù)后返回主函數(shù)main()，不管函數(shù)的排列順序如何，最后在主函數(shù)中結(jié)束整個程序。C語言程序中可以有預處理命令，預處理命令通常放在源程序的最前面。C語言程序使用“；”作為語句的結(jié)束符，一條語句可以多行書寫，也可以一行書寫多條

27、語句。,,,C語言程序設計基本結(jié)構(gòu)：,/*xxxx.c 文件說明. */#include //預處理命令 void main（ ） //程序入口（主函數(shù)） { //函數(shù)體開始 ………; //功能語句 }

28、 //函數(shù)體結(jié)束,認識C語言,結(jié)構(gòu)化語言豐富的數(shù)據(jù)類型便于維護管理與匯編語言相比，C語言的優(yōu)點如下：不要求編程者詳細了解單片機的指令系統(tǒng)，但需了解單片機的存儲器結(jié)構(gòu)；寄存器分配、不同存儲器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細節(jié)可由編譯器管理；結(jié)構(gòu)清晰，程序可讀性強；編譯器提供了很多標準庫函數(shù)，具有較強的數(shù)據(jù)處理能力。,,1號：00000000,2號：00000000,3號：00000000,4號：00000000,5號

29、：00000000,6號：00000000,7號：00000000,8號：00000000,9號：00000000,10號：00000000,11號：00000000,12號：00000000,匯編語言程序：,ORG0000H ；程序開始 MOVP2,#00H；送顯示初值 END ；程序結(jié)束,作業(yè),1、牢記發(fā)光二極管參數(shù)和限流電阻計算方法。