林立张俊亮编著的单片机原理及应用单片机课程(完成)

1、 林立、张俊亮编著的单片机原理及应用基于Proteus和Keil C第 2版电子信息科学与工程类专业规划教材以MCS-51系列单片机89C51为例 介绍单片机的工作原理、基本应用与开发技术。主要内容包括单片机基础知 识、内外系统结构、汇编与C51语言、中断与定时计数器、串口通信、系 统接口、应用系统设计等。 参考教材介绍： 学好这门课，前期要进行“大学计算机基础”、“电子电路”、“C语言”等课程的学习即可，学习难度不大，内容丰富，实践性很强，是学生走入初会后展示自己能力的一门好课程。 本学期本课程的学习分为三个过程，即理论学习、实验操作、课程设计，三个过程是一个完整的体系，希望同学们认真对待，

2、均衡发展，真正体现教学大纲中的知识目标、能力目标、情感目标。 在本学期日常管理中，坚持执行学校的各项教学制度、规范政策、行为准则等要求，做好各项原始记录，以学期为阶段平价学生。 在教学内容上，有大量的解释和补充内容。另外，还有课外的学习资料，要求同学们1、上课时做好课堂笔记；2、老师的全部资料，包括PPT教案全部可复制。3、Preteus和Kell C请同学们早点上网下载，这 两个软件是本学期学习、实践的重要工具， 教材上有全面的使用方法，自学完成使用任 务没有一点问题。1.1 单片机概述 1.2 单片机学习的预备知识 1.3 Proteus应用简介 第1章 单片机基础知识概述 1.1.1 单

3、片机及其发展概况： 其结构特点是将微型计算机的基本功能部件全部集中在一块芯片上。 我国在20世纪80年代后开始广泛应用，随着计算机的发展，单片机系统的地位在系统应用中的越来越高，随后有Z80、8031、8051、89C51等型号的单片机出现。同时，一些简单的嵌入式系统开始出现并得到迅速发展（16位到32位）。 1.1.2 单片机的特点和应用： 单片机具有五个方面的特点：集成度高、抗干扰能力强、可靠性高；开发性好、开发周期短；功耗低；具有好的通用性和灵活性；具有好的性价比。 由CPU、存储器（ROM和RAM）、I/O口（并、串口）、功能器件、控制器件和总线等集成在一块芯片上，构成典型的片上系统（

4、或称为微控制器），人们一般称其为CPU。在各行各业中广泛应用，特别是在自动控制应用方面突出。1.1 单片机概述1.1.3 单片机的发展趋势： 集成度更高，功能更强大 性能更高，总线由8位向32位发展，运行速度更快。 低功耗。 性价比更高。 向嵌入式系统、计算机网络发展。 1.1.4 MCS-51单片机的学习 ： 本学期的学习重要任务。1.1 单片机概述1.2.1 数制及其转换：N进制的数据，则逢N进一。 1.2.2 有符号数的表示方法：用符号表示正、负，在数据的高位用“0”表示数 据为“正”，在数据的高位用“1”表示数据为“负”。有符号数具有三种表示 方法，即:原码、反码、补码；正数的原码、反

5、码、补码都相同，负数的原码、反码、补码则各不相同。 1.2.3 位（二进制中的一个位）、字节（8位组成）和字在MCS-51中由二个字节组成。 1.2.4 BCD码：十进制（09）的二进制代码（二十进制）。 1.2.5 ASCII码：用来表示计算机中使用的字母、字符、特殊动作等，美国人发明。用一个字节的长度表示一个ASCLL码，最高位为0，其他7位由“列数”+“行数”组成。 1.2.6 基本逻辑门电路：实现逻辑关系的器件（典型的有与、或、非）。注意其特点有：“与”全1为1；“或”有1出1；“非”输入与输出相反。1.2 单片机学习的预备知识 相关内容已学，其内容包含在如下课程中：1、计算机基础；2

6、、C语言；3、数字电路。1.3.1 ISIS模块应用举例 1.3 Proteus应用简介 Proteus 是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC、AVR、ARM、8086和MSP430等，Proteus为您建立完整的电子设计开发环境。 ISIS是画仿真电路图，ARES是画电路板。下图为Proteus 8.0的截图。 下张PPT是Proteus 7.6r的截图。这是ARES界面，主要工作是完成PCB图的设计。这是ISIS界面，主要工作是完成电路图设计和电路仿真。这张PPT是Proteus 8.0的ISIS界面图

7、。 第1章 单片机基础知识概述 本章小结与习题1、小结：掌握P15页中1、2、3所述中心思想，一定要自己独立思考。2、习题：根据教材，认真回答P16页上1、2、3题。关于数与数的转换是学习过的内容，自己课后练习。第2章 MCS-51单片机的结构及原理2.1 MCS-51单片机的结构 2.2 MCS-51的存储器结构 2.3 单片机的复位、时钟与时序 2.4 并行I/O口 本章小结 习题 2.1 MCS-51单片机的结构 51系列CPU结构外形：双列直插有40个引脚，主要的有四个输入/输出双向口，即P0P3。其他的为控制或功能引脚。 内部结构主要有下面几个部分：从结构实体分有运算器、寄存器、存储

8、器（ROM与RAM）、定时器、串并行I/O口、中断源等。P1.0P1.7 P2.0P2.7P3.0P3.7 P0.1P0.7ALERST VCCVSS 锁存器数据总线（DB）控制总线（CB）用户I/O口电源引脚与功能示意图89C51数据总线（DB）地址总线（AB）数据总线（DB）P3口除了具有通用的I/O功能外，还具有第二功能，第二功能主要是完成特定的功能。在CPU中，重点要掌握的部件有1、控制器中 数据指针DPTR，在设计使用中用于指示片外地址，建立片内与片外的联系，在工程设计中使用（汇编语言时）频率高。2、运算器中 程序状态字寄存器PSW是一个8位专用寄存器，其主要功能是记录程序运行时的状

9、态，在8位寄存器中每个位置都有特定的含义，设计时可查询每个位的值了解程序的运行状态，这点对程序的主，这点对程序的调试是非常有用的，要求掌握每个位的功能含义。另外，在微处理器或其他微控制器中，“程序状态字寄存器中”均有，只有名称不叫“PSW”罢了。在引脚中，要重点掌握的引脚有1、ALE 地址锁存使能输出，用于片外地址锁存，在硬件设计时使用频率高，在微处理器或其他微控制器中均有此功能引脚。2、PSEN 访问片外存储器读选通信号，在硬件设计时，使用频率高，在微处理器或其他微控制器中均有此功能引脚。2.2 MCS-51的存储器结构 程序存储器：片内4K，片外64K（ROM只读），两者统一编址。数据存储

10、器：片内256个单元，片外64K，片内与片外根据不同的指令进行独立编址。I/O口：有4个8位的双向I/O端口，各个端口根据编程可具有特定的功能。片内 片外0FFF4KB ROM0000EA=1FFFF64KBROM10000FFF0000EA=0FFFF64KBRAM0000FF80 专用寄存器 RAM7F00 通用寄存器重点关注：1、统一编址与独立编址的意义！ 2、掌握 的功能与意义！ 地址FFH-80H7FH-30H2FH-20H1FH-00H1、对于程序存储器ROM，不管是片内还是片外，按统一编址，地址唯一，使用时由EA指示在片外还是在片内。2、对于数据存储器RAM，按独立编址，使用时由

11、DPTR指示片外RAM地址，片内地址编程时直接使用。3、掌握存储空间的情况，其重点就是要明确单片机存储空间的分配，在今后的设计工作中提高设计水平，完善系统功能提高设计系统的效率。4、对于片内RAM的分区（四个区）与基本功能，是每个学习单片机的人员必须掌握的内容。5、特殊寄存器区是计算机为自己设置的使用的区域。特殊寄存器区用户RAM区位寻址区工作寄存器区 共32个地址单元，每个单元一个工作寄存器，所以共有32个工作寄存器，这32个工作寄存器分为4组，每组8个，分组可根据RS0、RS1的组合确定。RS1RS0使用组000组（00H-07H）011组(08H-0FH)102组(10H-17H)113

12、组(18H-1FH)在PSW中地址区域使用方法说明7FH-30H用户RAM区按字节使用保存程序中的中间、暂时数据。2FH-20H位寻址区按字节/位使用位使用时使用专门的位寻址指令。1FH-00H工作寄存器区按组使用有四组，使用前要有计划与安排。1、教材上有多个表格，先看懂掌握其要点，今后还会多次使用。通过一个学期的学习，只要认真学习、认真思考、认真分析，掌握这几个区域的正确使用是完全可能的，靠死背是不行的。2、对于各区域的地址，全部使用十六进制数表示，数据后面要加H，不习惯这种表示的同学，请多做这方面的练习。3、在计算机、单片机的学习中地址全部使用这种方法表示，不能正确表示或正确使用地址，设计

13、系统是不可能成功的，请同学们认真对待这点。4、特殊寄存器地址不一定连续，特殊寄存器其实就是单片机的资源所在位置，所以用户不能改变参数（有些用户可读）和私自占用，掌握了特殊寄存器也就掌握了单片机，也即掌握了单片机的资源。5、以上内容，在今后的学习中要多次使用，请注意学习重点。2.3.1 复位与复位电路 2.3 单片机的复位、时钟与时序基本要求：上电复位和手动复位。基本功能：上电复位保证系统处于起始工作状态。 手动复位保证回到工作状 态。电路结构：结构简单，外接元件即可实现。电路原理：利用电容、电阻元件的特点，完成复位工作的 要求。89C51中RESET的要求：高电平有效。 在一个应用系统中，复位

14、、时序、电源电路虽然没有系统对外的具体功能，但却是系统正常工作的重要基础，是系统的生命所在，在今后的设计中一定要注重这点。电路原理：A图中，上电后RC电路充电，RST高电平（Vc不能突变），随后下降，所以高电平保持时间要大于二个机器周期，目的就是要保证系统可靠复位。B图中：按下S1后SET与VCC直接连接，系统可靠复位。注意：B图是一个实际应用的图，以后在系统设计中可以直接使用。复位后特殊寄存器的状态，在设计时可查资料。A图 上电复位B图 手动复位2.3.2 时钟电路 2.3 单片机的复位、时钟与时序 单片机工作时是按节拍工作的，一般由振荡器产生这个拍节。在单片机应用中，常用“晶振”在片外边接

15、构成时钟电路，晶振的振荡频率一般有6MHz、12MHz和24MHz，设计人员可根据需要选择并确定。 单片机的时钟信号有内部时钟方式和外部时钟方式。左图为内部时钟方式，即由单片机内部的振荡电路实现时钟信号，这种方式中，单片机要外接“定时”元件，这个定时元件就是上面说的晶振。明显，外部时钟方式则是不使用单片机芯片内部的振荡电路，而是使用外部的振荡电路产生时钟信号。 图中XTAL为89C51的引脚，两个电容一般为20pF30pF，目的是帮助振荡器起振。 下面二个图均是实际电路设计图，图中将复位电路和时钟电路合二为一。电路很简单，但是非常实用，在很多设计中可直接使用。 A图 Protel平台下设计 B

16、图 Proteus平台下设计2.3 单片机的复位、时钟与时序 所谓时序就是按时间序列显示的对象序列，其有4种表示方法，常用波形图来表示，在波形图中，横轴表示“时间”，纵轴表示对象的“电平”。 认真分配时序图时可得出图中各对象的相互关系。2.3.3 单片机时序 MSC-51的时序单位有4个，分别为：节拍、状态、机器周期、指令周期。 时钟周期：机器中最基本的时间单位，由外接振荡器决定。 状态周期：2个时钟周期构成一个状态周期。 机器周期：完成一个基本操作所需时间，由12个时钟周期或6个状态周期组成。 指令周期：执行一条指令所需的时间，由约若干（1-4）个时钟周期组成。 四者关系可用下图表示，下面是

17、计算示例。指令周期时钟周期12个时钟同期构成一个机器周期2.3.3 单片机时序 2.3 单片机的复位、时钟与时序一个状态周期请问：为什么要乘12？你知道吗？电路元件设计示例：已知f=12MHz，电路图如下，RST高电平时间要大于2个机器周期，请问：图中RC的值是否符合要求？解：如图知 ， 。前面已经计算出，在此条件下，一个机器周期为1微秒，二个则是2微秒。 在上电的那一刻，电容两端的电压由于不能突变，故RST的电压基本上等同于Vcc，随着时间的推移，RST的电压下降，最后为V0。设：在t时刻RST的电压为Vt，VCC=5V。 则有下面的公式： 上式中e为常数2.71828，RC值为0.082，

18、t为所经过的时间。计算t=50ms的RST脚的电压3V。结论： 所以R、C符合要求。2.4.1 P1口，请看P31面上图2.18 。2.4 并行I/O口 重要点：MSC-51共有4个双向I/O口，用P0、P1、P2、P3表示，它们内部均有锁存器、缓冲器和驱动器，其中P3还具有第二功能，P2口传输高8位地址，P0口传输低8位地址，P1为纯粹的I/0口。用户I/O口，具有内部上拉电阻，以灌电流（吸收）形式驱动4个LSTTL负载。三态门构成缓冲器，使能端有效时才能输出数据。D触发器构成锁存器，CP有效时，次态Q等于D。三种工作方式：输出方式，要锁存数据。 读引脚方式，无锁存功能，直接读取。 读锁存器方式，通过三态门读锁存器的Q端数据，完成并执行“读-改-写”指令。2.4.2 P3口，请看P32面上图2.19，并体会与P1口的不同。 2.4 并行I/O口 P3口具有第二功能，如果不使用第二功能，则其与P1口结构完全一样；如果要使用第二功能，则要由“第二功能输出/入”控制。三种工作方式：输出方式，要锁存数据。 读引脚方式，