1、51系列單片機最小系統設計與調試實驗實驗指導書呂霞付、仇國慶 編寫重慶郵電大學自動化學院自動化專業實驗中心2009年2月51系列單片機最小系統設計與調試一、實驗目的1. 了解單片機的基本工作原理2. 學習并掌握相關軟件的使用方法(Protel、keil)2. 掌握單片機片內程序存儲器下載方法3. 掌握單片機程序設計（匯編及C51）二、原理1. 什么是單片機最小系統 單片機最小系統,或者稱為最小應用系統,是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統. 對51系列單片機來說,單片機+晶振電路+復位電路,便組成了一個最小系統.但是一般我們在設計中總是喜歡把按鍵輸入、顯示輸出等加到上述電路中,成為小系統

2、。 2. AT89C51高性能8位單片機功能AT89C51提供以下標準功能：8K字節Falsh閃速存儲器，256字節內部RAM，32個I/O口線，3個16位定時/計數器，一個6向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內震蕩器及時鐘電路，同時AT89C51可降至0HZ的靜態邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，時/計數器，串行通信口及中斷系統持續工作。掉電方式保存RAM中的內容，但震蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。主要功能特性： 兼容MCS51指令系統     

3、60;           4k可反復擦寫(>1000次）Flash ROM  32個雙向I/O口 8個中斷源  三個16位可編程定時/計數器 2.7-6.V的寬工作電壓范圍  時鐘頻率0-24MHz128x8bit內部RAM  五個外部中斷源 兩個串行中斷  可直接驅動LED 兩級加密位  低功耗睡眠功能

4、60;內置一個模擬比較放大器  可編程UARL通道 軟件設置睡眠和喚醒功能3. AT89C51高性能8位單片機資料請參考相關書籍三、實訓任務. （1）認識MCS-51的ROM及片外RAM空間：認識51系列單片機的程序存儲器（ROM）的空間范圍；匯編指令編碼在ROM中存儲形式；掌握指令編碼和指令編碼所在地址的概念;了解51系列單片機的程序存儲器（ROM）固定地址的用途。認識51系列單片機的片外數據存儲器（片外RAM）的地址空間范圍；了解51系列單片機的片外數據存儲器的用途；重點掌握片內片外訪問存儲器的指令。（2）認識MCS-51片內RAM空間：認識51系列單片機片內

5、隨機存儲器（片內RAM）的空間范圍；認識51系列單片機片內隨機存儲器的區域劃分；掌握字節地址和位地址的概念；了解R0R7寄存器與字節地址的關系。重點掌握MCS-51系列單片機四個口的用法的位操作。（3）MCS-51匯編語言設計（編碼轉換）：用MCS-51匯編指令進行程序設計。將四位BCD碼化為十六位二進制數。（或 將四位十六進制數轉化為BCD碼）。要求：在PC機上調試，程序可正確運行并上交源程序清單及程序說明。（4）鍵盤輸入電路設計/動態顯示電路設計：在實訓過程中要求設計按鍵輸入電路、設計顯示電路，并畫出電路圖并編寫按鍵輸入子程序。重點掌握硬件電路的設計及通過編程對電路的控制。（5）單片機最小

6、系統設計：單片機最小系統的設計是單片機應用系統設計及開發的基礎，通過單片機最小系統設計，使學生對所學的單片機原理及應用課程有更深的理解。要求：提供電路圖和程序清單。重點掌握硬件電路的設計及過程控制。（6）基于單片機的應用系統設計：設計出實現某控制目的的應用系統是本實訓課的最終實訓的結果。實訓要求中包括單片機最小系統的設計，按鍵輸入電路設計，顯示電路的設計，及應用系統的軟件編程。附件1： 51系列單片機最小系統設計一、單片機最小系統硬件設計單片機主要擅長系統控制，而不適合做復雜的數據處理，在設計單片機最小系統時通常選用AT89C5l、AT89C52、AT89S51、AT89S52（S系列芯片支持

7、ISP功能）等型號的8位DIP-40封裝的單片機作為MCU，一個典型的單片機最小系統一般由時鐘電路、復位電路、鍵盤電路、顯示電路等部分組成，有時也外擴有片外RAM和ROM以及外部擴展接口等電路。圖1為單片機最小系統結構框圖。圖1 單片機最小系統結構框圖1、系統時鐘電路單片機內部具有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器。通常在引腳XTALl和XTAL2跨接石英晶體和兩個補償電容構成自激振蕩器，系統時鐘電路結構如圖2所示，可以根據情況選擇6MHz、8MHz或12MHz等頻率的石英晶體，補償電容通常選擇20-30pF左右的瓷片電容。圖2 系統時鐘電路2、復位電路單片機小系統采用上電自動復位和手動按鍵

8、復位兩種方式實現系統的復位操作。上電復位要求接通電源后，自動實現復位操作。手動復位要求在電源接通的條件下，在單片機運行期間，用按鈕開關操作使單片機復位。復位電路結構如圖3所示。上電自動復位通過電容C3充電來實現。手動按鍵復位是通過按鍵將電阻R2與VCC接通來實現。圖3 復位電路3、鍵盤電路系統利用P1口的P1.0-P1.3設置了4個獨立按鍵S2S5，如圖4所示，當鍵按下時，P1口相應的引腳置為低電平，且與此鍵相連的發光二極管點亮。此外，通過8279鍵盤顯示控制芯片還可以擴展編碼鍵盤和顯示，圖5為利用8279擴展的一個2×8=16鍵編碼鍵盤及 8個LED的電路。圖4 獨立按鍵圖5 擴展

9、鍵盤和顯示4、顯示電路系統設置了8個共陽極LED數碼管LED1-LED2，單片機P0口提供段碼信號，低電平有效，P0口輸出端通過限流電阻R00R07與數碼管的段碼數據線相連，用來送出LED數碼管的段碼數據信號。單片機P2口提供位選信號，當P2口某位輸出低電平時，與此相連的開關三極管導通，對應的數碼管點亮，使用三極管用來增強信號的驅動能力,如圖6。此外，為了擴展LCD顯示，系統設置了兩個LCD 接口，如圖7，一個用于40點矩陣LCD顯示，一個用于128×64點陣式LCD 顯示。圖6 LED顯示電路圖7 LCD擴展接口5、其它系統還擴展了一片2K位串行CMOS E2PROM24C02，P

10、3.3和P3.4分別作為24C02 串行數據傳輸的時鐘和數據線，由于只有一個24C02，其三個地址輸入腳A0 、A1 、A2接地，如圖8。此外，系統還設置了一個蜂鳴器電路，如圖9 ，通過P3.7輸出音頻信號，可使蜂鳴器發聲。由于，本最小系統沒有外擴其他存儲器和I/O，因此，沒有用到地址譯碼和鎖存。圖8 擴展E2PROM 圖9 蜂鳴器電路單片機最小系統主要器件如表1所示：表1單片機最小系統主要器件標號型號、規格封裝功能說明U189C51DIP40CPU主器件U224C02DIP82K E2PROMLED1,LED27SEG-44位8段共陽極數碼管Q1 Q99012TO-92A三極管D1 D123

11、MMDIODE0.4發光二極管Y12MHz石英晶振單片機時鐘晶振 主要應用接口如表2所示：表2單片機最小系統主要接口標號功能說明連接目標J1輸入電源插座主電源J240點矩陣LCD接口40點矩陣液晶顯示模塊J2128×64點陣式LCD接口128×64點陣液晶顯示模塊Jp1P0口引出接口單片機P0口Jp2P1口引出接口單片機P1口Jp3P2口引出接口單片機P2口Jp4P3口引出接口單片機P3口單片機最小系統電原理圖二、單片機最小系統測試程序設計編寫測試程序，一是可對最小系統各資源進行測試，二是為用戶提供了使用LED顯示及訪問鍵盤等各種資源的子程序。1. 鍵盤掃描及數碼管顯示的匯

12、編語言程序鍵盤掃描及數碼管顯示的匯編語言程序如下：;* *;鍵盤及數碼管顯示程序，功能為按下一鍵，則對應鍵的數碼管亮并顯示該鍵代表的數字;*org 0000h ajmp mainorg 0100hmain:mov sp,#30hmov r3,#0mov r4,#0kon:lcall ks1 ;調用讀鍵盤程序cjne a,#0ffh,show1 ;有鍵按下lcall dir ;調用顯示子程序ajmp konshow1:lcall dir ;去抖動lcall dirlcall ks1 cjne a,#0ffh,show2 ;鍵有效ajmp konshow2:cjne a,#0feh,l1 ;以下為

13、判別鍵值程序mov r4,#0 ;第一個鍵賦其代碼0ajmp lkpl1:cjne a,#0fdh,l2mov r4,#1ajmp lkpl2:cjne a,#0fbh,l3mov r4,#2ajmp lkpl3:cjne a,#0f7h,l4mov r4,#3ajmp lkplkp:lcall dirljmp kon ;返回dir: mov dptr,#table ;顯示子程序mov a,r4movc a,a+dptr ;取7段碼mov r3,amov a,r4led1:cjne a,#0,led2 ;根據鍵值選擇數碼管1mov dptr,#8000hajmp ssled2:cjne a,#

14、1,led3;根據鍵值選擇數碼管2mov dptr,#9000hajmp ssled3:cjne a,#2,led4;根據鍵值選擇數碼管3mov dptr,#0a000hajmp ssled4: cjne a,#3,led5 ;根據鍵值選擇數碼管4mov dptr,#0b000hajmp ssss: mov a,r3movx dptr,alcall delayretks1:clr p1.7mov dptr,#0e000h ;鍵盤地址movx a,dptrretdelay: mov r6,#10 ;延時子程序lpp: mov r7,#100djnz r7,$djnz r6,lpprettable

15、: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90hdb 88h,83h,0c6h,0a1h,86h,8eh,0ffh,0f7hend2. 鍵盤掃描及數碼管顯示的C語言程序鍵盤掃描及數碼管顯示的C語言程序如下：/*/*鍵盤及數碼管程序，每一鍵代表一個數字，在其數字代表的數碼管中顯示*/#include <absacc.h>#include <reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define LED1 XBYTE 0x8000 /*定義各數碼

16、管地址*/#define LED2 XBYTE 0x9000#define LED3 XBYTE 0xA000#define LED4 XBYTE 0xB000#define KEY XBYTE 0xE000/*定義鍵盤地址*/void delay(uint v) /*延時函數*/while(v!=0)v-;uchar keynum=0;sbit P1_7=P17; /*掃描端口*/*數字段碼表*/uchar code segtab18=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e

17、,0xff,0xf7;void dir(uchar); /*聲明顯示函數*/void readkey(void) /*讀鍵盤函數*/ uchar M_key=0; uchar i; P1_7=0; M_key=KEY; /*取鍵盤數據*/ if(M_key!=0xff)for(i=0;i<20;i+) /*去抖動*/dir(keynum);M_key=KEY;if(M_key!=0xff) /*讀鍵*/ switch(M_key) case 0xfe: /*第1個鍵按下*/ keynum=0; break; case 0xfd: /*第2個鍵按下*/ keynum=1; break; case 0xfb: /*第3個鍵按下*/ keynum=2; break; case 0xf7: /*第4個鍵按下*/ keynum=3; break;