1、l全國高職高專規劃教材全國高職高專規劃教材精品與示范系列精品與示范系列單片機應用技術項目教程李萍李萍 主主 編編【能力目標】【能力目標】p掌握流水燈的程序調試和印制電路板的制作掌握流水燈的程序調試和印制電路板的制作【知識目標】【知識目標】p理解單片機的概念理解單片機的概念p掌握單片機外部引腳、單片機的時鐘復位電路掌握單片機外部引腳、單片機的時鐘復位電路p學會學會KEIL和和PROTEUS的聯合仿真調試的聯合仿真調試p能夠獨立焊接流水燈印制電路板能夠獨立焊接流水燈印制電路板模塊一模塊一 單片機應用系統入門單片機應用系統入門任務 流水燈的制作5151單片機簡介單片機簡介 單片微型計算機（Singl

2、e Chip Microcomputer）簡稱單片機，是指集成在一個芯片上的微型計算機，它的各種功能部件，包括CPU（Central Processing Unit）、存儲器（memory）、基本輸入/輸出(Input/Output，簡稱I/O)接口電路、定時/計數器和中斷系統等，都制作在一塊集成芯片上，構成一個完整的微型計算機。單片機內部基本結構如圖1.7所示。由于它的結構與指令功能都是按照工業控制要求設計的，故又稱為微控制器(Micro-Controller Unit，簡稱MCU)。 C P U 存 儲 器定 時 器 / 計 數 器 中 斷 系 統P0-P3TxDRxD TINT并行I/O

3、口串行I/O口5151單片機簡介單片機簡介 單片機的發展歷程單片機的發展歷程l單片機的探索階段（單片機的探索階段（1976197819761978）MCS-48MCS-48l單片機的完善階段（單片機的完善階段（1978198219781982）MCS-51MCS-51l單片機的鞏固發展階段（單片機的鞏固發展階段（1982199019821990）多種機型并行發展）多種機型并行發展l微控制器的全面發展階段（微控制器的全面發展階段（19901990至今）至今）89S5189S51單片機種類 MCS-51MCS-51系列單片機系列單片機lIntel公司的高性能8位單片機，該系列機有8051、8031

4、、8751。80C51系列是其兼容性單片機，與8051系統結構相同，但采用CMOS工藝，對8051做了一些擴充，更有特點，功能更強。MCS51單片機和8051、8031、89C51等的關系這一系列單片機包括了好些品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產品，該系列其它單片機都是在8051的基礎上進行功能的增、減、改變而來的，所以人們習慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機。 INTEL公司將MCS51的核心技術授權給了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051為核心的單片機，當然，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求，其中89C51就

5、是這幾年在我國非常流行的單片機，它是由美國ATMEL公司開發生產的。MCS-51單片機的信號引腳VCCVSSXTAL2XTAL1RSTP0. 0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7P1. 0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0ALEP3. 0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7EAPSENRXD/TXD/INT0/ INT1/ T0/ T1/WR/ RD/123456789101112131415161718192040393

6、8373635343332313029282726252424222180318051 875189C51單片機的時鐘、復位電路單片機的時鐘、復位電路1XTAL1XTAL2C1C2晶振8051至內部時鐘電路時鐘信號的產生時序 關于MCS-51系列單片機的時序概念有4個，可用定時單位來說明，從小到大依次是：節拍、狀態、機器周期和指令周期，下面分別加以說明。l1）節拍與狀態 把振蕩脈沖的周期定義為節拍，用P表示，也就是晶振的振蕩頻率fosc。l2）狀態 振蕩脈沖fosc經過二分頻后，就是單片機時鐘信號的周期，定義為狀態，用S表示。一個狀態包含兩個節拍，其前半周期對應的節拍叫P1，后半周期對應的節拍

7、叫P2。l3）機器周期 MCS-51系列單片機采用定時控制方式，有固定的機器周期。規定一個機器周期的寬度為6個狀態，即12個振蕩脈沖周期，因此機器周期就是振蕩脈沖的十二分頻。l小提示小提示 當振蕩脈沖頻率為12 MHz時, 一個機器周期為1s；當振蕩脈沖頻率為6 MHz時，一個機器周期為2 s。復位電路MCS-51V C CVCCRESETVSS22uF1KMCS-51V C CVCCRESETVSS22uF1KRESETR1R2200單片機應用系統單片機應用系統單單片片機機接口接口電路電路及外及外設等設等單片機應用系統由單片機應用系統由硬件硬件和和軟件軟件組組成成硬件是硬件是應用系統的基礎應

8、用系統的基礎軟件是在硬件的基礎上軟件是在硬件的基礎上對其資源對其資源進行合理調配和使用進行合理調配和使用，從而完成，從而完成應用系統所要求的任務，二者相應用系統所要求的任務，二者相互依賴，缺一不可互依賴，缺一不可單片機系統單片機系統 單片機開發系統是單片機應用系統設計的必需工具，包括計算機、單片機在線仿真器、工具軟件、編程器等。 p在線仿真功能p調試功能 1） 運行控制功能 2） 目標系統狀態的讀出修改功能p輔助設計功能 1) 程序設計語言 2) 程序編譯p程序固化功能Keil C51啟動窗口KEIL C51KEIL C51集成開發環境的使用集成開發環境的使用KEIL C51集成開發環境的使用

9、集成開發環境的使用建立工程文件KEIL C51集成開發環境的使用集成開發環境的使用 選擇目標CPUKEIL C51集成開發環境的使用集成開發環境的使用 圖2.17 文本編緝窗口KEIL C51集成開發環境的使用集成開發環境的使用增加文件到組中KEIL C51集成開發環境的使用集成開發環境的使用選擇文件類型KEIL C51集成開發環境的使用集成開發環境的使用 目標屬性KEIL C51集成開發環境的使用集成開發環境的使用產生執行文件KEIL C51集成開發環境的使用集成開發環境的使用選擇仿真方式KEIL C51集成開發環境的使用集成開發環境的使用 Keil C51內建了一個仿真CPU來模擬執行程序

10、，該仿真CPU功能強大，可以在沒有硬件和仿真器的情況下進行程序的調試。不過，軟件模擬與真實的硬件執行程序還是有區別的，其中最明顯的就是時序，具體表現在程序執行的速度和用戶使用的計算機有關，計算機性能越好，運行速度越快。PROTEUSPROTEUS仿真軟件的使用仿真軟件的使用 Proteus 是一個基于是一個基于ProSPICE混合模型仿混合模型仿真器的，完整的嵌入式真器的，完整的嵌入式系統軟、硬件設計仿真系統軟、硬件設計仿真平臺。平臺。 lISIS智能原理圖輸智能原理圖輸入系統，系統設計與仿入系統，系統設計與仿真的基本平臺。真的基本平臺。lARES 高級高級PCB布布線編輯軟件。線編輯軟件。A

11、SF高級圖形高級圖形分析模塊分析模塊處理器處理器仿真模型仿真模型VSM高級高級布線布線/編輯編輯ARES動態動態器件庫器件庫混合模型混合模型仿真器仿真器原理圖輸入原理圖輸入系統系統ISISPROTEUSPROTEUS ISIS簡介PROTEUSPROTEUS軟件功能環境軟件功能環境 集成環境ISIS在Windows環境下運行，啟動后彈出如下界面。預覽窗口預覽窗口下拉菜單下拉菜單元器件列表窗口元器件列表窗口快捷工具欄快捷工具欄原理圖編輯窗口原理圖編輯窗口仿真按鈕仿真按鈕元器件方向選擇元器件方向選擇下拉菜單功能選項 lFile菜單包括常用的文件功能，如創建一個新設計、打開已有設計、保存設計、導入/

12、導出文件、打印設計文檔等。lView菜單包括是否顯示網格、設置網格間距、縮放原理圖、顯示與隱藏各種工具欄等。lEdit菜單包括撤銷/恢復操作、查找與編輯、剪切、復制、粘貼元器件、設置多個對象的層疊關系等。lLibrary菜單包括添加、創建元器件/圖標、調用庫管理器。lTools菜單包括實時標注、實時捕捉、自動布線等。下拉菜單功能選項 lDesign菜單包括編輯設計屬性、編輯圖紙屬性、進行設計注釋等。lGraph菜單包括編輯圖形、添加Trace、仿真圖形、一致性分析等。lSource菜單包括添加/刪除源程序文件、定義代碼生成工具、調用外部文本編輯器等。lDebug菜單包括啟動調試、進行仿真、單步

13、執行、重新排布彈出窗口等。lTemplate菜單包括設置圖形格式、文本格式、設計顏色、節點形狀等。lSystem菜單包括設置環境變量、工作路徑、圖紙尺寸大小、字體、快捷鍵等。lHelp菜單包括版權信息，幫助文件、例程等。快捷工具欄 快捷工具欄分為主工具欄和元器件工具欄。 主工具欄包括文件工具、視圖工具、編輯工具、設計工具4個部分，每個工具欄提供若干快捷按鈕。 元器件工具欄包括方式選擇、配件模型、繪制圖形3個部分，每個工具欄提供若干快捷按鈕。文件工具按鈕 文件工具按鈕從左往右各按鈕功能依次為：l新建設計l打開已有設計l保存設計l導入文件l導出文件l打印設計文檔l標識輸出區域視圖工具按鈕 視圖工具

14、按鈕從左往右各按鈕功能依次為：l刷新l網格開關l原點l選擇顯示中心l放大l縮小l全圖顯示l區域縮放編輯工具按鈕 編輯工具按鈕從左往右各按鈕功能依次為：l撤銷l重做l剪切l復制l粘貼l復制選中對象l移動選中對象l旋轉選中對象l刪除選中對象l從器件庫選元器件l制作器件l封裝工具l釋放元件設計工具按鈕 設計工具按鈕從左往右各按鈕功能依次為：l自動布線l查找l屬性分配工具l設計瀏覽器l新建圖紙l刪除圖紙l退到上層圖紙l生成元件列表l生成電器規則檢查報告l創建網絡表方式選擇工具按鈕 方式選擇工具按鈕從左往右各按鈕功能依次為：l選擇即時編輯元件l選擇放置元件l放置節點l放置網絡標號l放置文本l繪制總線l放置子電路圖 配件模型工具按鈕 配件模型工具按鈕從左往右各按鈕功能依次為：l端點方式，有VCC、地、輸出、輸入等l器件引腳方式，用于繪制各種引腳l仿真圖表l錄音機l信號發生器l電壓探針l電流探針l虛擬儀表圖形繪制工具按鈕 圖形繪制工具按鈕從左往右各按鈕功能依次為：l繪制直線l繪制方框l繪制圓l繪制圓弧l繪制多邊形l編輯文本l繪制符號l繪制原點元器件方向選擇按鈕 元器件方向選擇按鈕從左往右各按鈕功能依次為：l向右旋轉90度l向左旋轉90度l水平翻轉l垂直翻轉仿真工具按鈕 仿真工具按鈕從左往右各按鈕功能依次為：l全速運行l單步運行l暫停l停止l原理圖編輯窗口用來繪制原理圖，藍色方框內