项目一 单片机最小工作系统构建课件

知识归纳练习题任务二、彩灯闪烁控制任务一、认识单片机项目一单片机最小工作系统构建

项目目标导读学习目标技能目标

掌握51系列单片机常用引脚及功能。

了解常用型号单片机的特点。掌握单片机的内部结构。熟悉单片机应用系统的开发流程。熟练掌握单片机开发环境的使用。

能识别不同类型的单片机芯片。

熟练操作Keil软件，进行程序的编写和调试。熟练操作Proteus软件，会选择元器件，绘制单片机硬件原理图。能正确使用汇编指令编写简单程序。能根据任务要求构建单片机最小工作系统。1.单片机概念的理解和引脚的应用方法。2.单片机最小工作系统的组成。3.汇编指令的格式、编程方法。4.单片机应用系统的开发流程。知识教学点

项目目标导读方法切入点

1.利用网上的资料、图片和实际单片机应用案例进行演示，便于学生对单片机概念的理解。2.采用“项目引导、任务驱动、教学做合一”的教学方式，通过实际项目的分析和实施，结合Keil和Proteus软件的使用，了解单片机电子产品实际的开发流程。参考学时：10学时～12学时

任务一认识单片机任务分析要想了解单片机的控制作用，必须先认识单片机，熟悉单片机的基本结构及功能，利用单片机集成开发环境，可以更加直观地模拟仿真单片机的工作过程，现在就让我们来认识单片机，学习单片机的相关概念。

任务一认识单片机1、什么是单片机CPU输入设备输出设备软件系统+微型计算机系统硬件系统输入接口设备输出接口设备运算器控制器存储器单片微型计算机是指集成在一个芯片上的微型计算机，简称单片机——单片机实质上就是一个芯片相关知识：单片机基本知识任务一认识单片机2、MCS-51系列单片机及其内部结构串行通信接口全双工1个ROMTXDRXD中断系统并行通信接口4×8bit定时/计数器RAM时钟电路CPU总线控制图1-2MCS-51单片机结构框图

任务一认识单片机

近几年在我国非常流行的单片机AT89C51，是在8051基础上增强了许多特性，如由Flash（程序存储器的内容至少可以改写1000次）存储器取带了原来的一次性写入的ROM，其性能相对于8051已经算是非常优越了，但在市场化方面，AT89C51单片机受到了PIC单片机阵营的挑战，AT89C51最致命的缺陷在于不支持ISP功能。AT89S51就是在这样的背景下取代89C51单片机的。Atmel公司目前已经停产AT89C51单片机，将用AT89S51单片机代替。AT89S51单片机在工艺上进行了改进，采用0.35新工艺，成本降低，而且将功能提升，增强了竞争力。AT89SXX可以向下兼容AT89CXX等51系列芯片。表1-1是AT89系列单片机的主要分类及功能特性。本教材主要采用AT89S51/52芯片（由于Proteus软件中不包含AT89S51/52芯片，因此仿真时仍采用AT89C51/52芯片）。

任务一认识单片机系列典型芯片I/O口定时/计数器中断源串行通信口片内RAM片内ROM新功能标准型AT89C5132个2x16位61128字节4KFlashMemoryAT89C523x16位8256字节8KFlashMemoryAT89C5532个3x16位81256字节20KFlashMemoryAT89S5132个2x16位61128字节4KFlashMemoryWatchdogTimerAT89S523x16位8256字节8KFlashMemory低档型AT89C105115个2x16位6无64字节1KFlashMemoryAT89C205115个2x16位61128字节2KFlashMemoryAT89C405115个2x16位61128字节4KFlashMemory高档型AT89C51RC32个3x16位81512字节32KFlashMemoryWatchdogTimerAT89C55WD32个3x16位81256字节20KFlashMemoryWatchdogTimerAT89S825232个3x16位91256字节8KFlashMemory2KEEPROMSPI、WatchdogTimerAT89S5332个3x16位91256字节12KFlashMemorySPI、WatchdogTimer表1-1AT89系列单片机的主要分类及功能特性任务一认识单片机3、单片机应用系统图1-3单片机应用系统所需软硬件设备及连接形式

任务一认识单片机单片机仿真器PC机(仿真软件)并口目标板仿真系统联接:

任务一认识单片机（1）汇编语言汇编语言是最早应用于单片机开发与应用的程序语言，是一种面向机器的低级语言。它以助记符形式表示每一条指令。51单片机的汇编指令系统包含111条指令，7种寻址方式；按照其功能可分为数据传送类、算术运算类、逻辑运算类、控制转移类和布尔运算类五大类。汇编语言的优点是执行速度快、代码短小精悍、且指令的执行周期确定。（2）高级语言由于汇编语言其缺乏通用性和可读性，并且可移植性差，因此在单片机开发过程中出现了高级语言，如C语言。单片机C语言既有汇编语言操作底层硬件的能力，又具有高级语言的许多优点，其中以Keil公司推出的C51最为流行。本书涉及到的项目案例程序均采用汇编语言设计。4、单片机编程语言任务一认识单片机5、单片机集成开发环境

（1）KeiluVision2软件KeiluVision2系列软件是德国KeilSoftware公司推出的51系列兼容单片机开发软件系统。软件支持单片机C51程序设计语言，也可以直接进行汇编语言的设计与编译。KeiluVision2包含一个高级的编译器、一个项目管理器和一个MAKE工具。（2）嵌入式系统仿真与开发平台——Proteus软件Proteus是英国Labcenter公司开发的EDA工具软件，它集合了原理图设计、电路分析与仿真、单片机代码级调试与仿真、系统测试与功能验证以及PCB设计完整的电子设计过程。

任务一认识单片机（3）Kile软件和PROTEUS软件的联合仿真

KeilμVision2与Proteus的结合方式有两种：

方法一：在μVision环境中编写程序并将其编译成“*.HEX”文件，而在Proteus环境下将“*.HEX”文件加载到单片机中，此种方式与单片机实际工程设计相类似；

方法二：把Proteus环境下的硬件作为虚拟的目标板硬件，Proteus与KeilμVision2之间通过TCP/IP进行通讯，此种方法类似于μVision环境下的目标板仿真调试模式，在运用此种方法进行仿真前需要更改μVision与Proteus的相关设置。本教材所有项目案例均采用方法一。返回任务二彩灯闪烁控制任务分析在Proteus软件中用AT89S51单片机来组成一个简单的单片机应用系统，以单片机的I/O端口控制一个发光二极管（LED），通过在集成开发环境下编程和调试程序，实现发光二极管的亮/灭以及闪烁的控制效果。

图1-5单片机控制LED灯电路

任务二彩灯闪烁控制1、单片机外部引脚及功能

(1)AT89S51单片机的外部引脚

AT89S51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，片内含4kBISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用Ateml公司的高密度、非易失性存储技术生产，它集既可在线编程(ISP)也可用传统方法进行编程的Flash程序存储器及通用8位微处理器于单片芯片中，Ateml公司生产的AT89S51单片机功能强大、价位低，可以应用于许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。

相关知识：单片机基本结构任务二彩灯闪烁控制

(2)AT89S51单片机的主要性能

表1-3AT89S51单片机主要特性参数

·

兼容MCS-51指令系统·4kB可反复擦写(>1000次）ISPFlashROM·32个双向I/O口·工作电压：4.0-5.5V·2个16位可编程定时/计数器·

时钟频率：0-33MHz·全双工UART串行中断口线·128x8bit内部RAM·6个外部中断源·低功耗空闲和省电模式·中断唤醒省电模式·3级加密位·

看门狗（WDT）电路·

软件设置空闲和省电功能·灵活的ISP字节和分页编程·双数据寄存器指针任务二彩灯闪烁控制

(3)AT89S51单片机的管脚功能说明

●P0口：P0口是一个8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。能驱动8个TTL逻辑门电路。在访问外部存储器时，P0口可用于分时传送低8位地址总线和8位数据总线。在Flash编程时，P0口接收指令字节；而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。●P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，可驱动4个TTL逻辑门电路。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。表1-4为P1端口引脚的第二功能说明。

端口引脚第二功能P1.5MOSI(用于ISP编程)P1.6MISO(用于ISP编程)P1.7SCK(用于ISP编程)表1-4P1端口引脚的第二功能表任务二彩灯闪烁控制●P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，在访问外部存储器时，P2口可用于高8位地址总线。能驱动4个LSTTL门。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。●P3口：P3口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0口，能驱动4个LSTTL门。P3口除了作为一般的I/O端口外，更重要的用途是它的第二功能，表1-5P3端口各引脚与第二功能表

第一功能第二功能第二功能信号名称P3.0RXD串行数据接收P3.1TXD串行数据发送P3.2外部中断0申请P3.3外部中断1申请P3.4T0定时器/计数器0的外部输入P3.5T1定时器/计数器1的外部输入P3.6外部RAM写选通P3.7外部RAM读选通任务二彩灯闪烁控制表1-6AT89S52单片机主要特性参数

·

兼容MCS-51指令系统·8kB可反复擦写(>1000次）ISPFlashROM·32个双向I/O口·工作电压：

4.5-5.5V·3个16位可编程定时/计数器·

时钟频率：0-33MHz·全双工UART串行中断口线·256x8bit内部RAM·2个外部中断源·低功耗空闲和省电模式·中断唤醒省电模式·3级加密位·

看门狗（WDT）电路·

软件设置空闲和省电功能·灵活的ISP字节和分页编程·双数据寄存器指针任务二彩灯闪烁控制2、单片机最小工作系统

单片机最小系统包括电源、时钟电路、复位电路、引脚这几部分。其中时钟电路为单片机工作提供基本时钟，复位电路用于将单片机内部各电路的状态恢复到初始值。

图1-8AT89S51单片机最小系统

任务二彩灯闪烁控制

(1)时钟电路

表1-3AT89S51单片机主要特性参数

单片机的连接引脚XTAL1、XTAL2；连接方法内部时钟方式

外部时钟方式

内部机器频率F=fosc/12C1和C2的一般取值20～30pF陶瓷电容任务二彩灯闪烁控制复位后，内部各专用寄存器状态如表1-7，其中*表示无关位。表1-7单片机复位状态

专用寄存器复位状态专用寄存器复位状态PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0～P3FFHSCON00HIP***00000BSBUF不定IE0**00000BPCON0***0000B任务二彩灯闪烁控制3、单片机的存储器结构

单片机的存储器包括两大类：程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）。这里以8051单片机为代表来说明MCS-51系列单片机存储器的结构。8051单片机的存储器主要有4个物理存储空间，即内部数据存储器（IDATA区）、外部数据存储器（XDATA区）、内部程序存储器和外部程序存储器（程序存储器合称为CODE区）。图1-11单片机的存储器结构图

内部外部0000H0FFFH(4K)0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K)0000H0001H0002H(PC)0000H是程序执行的起始单元,

在这三个单元存放一条

无条件转移指令中断5中断4中断3中断2中断10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中断0定时器0中断外部中断1定时器1中断串行口中断8位．．．0FFFH0FFEHEA=1EA=0中断入口地址任务二彩灯闪烁控制（a）ROM与关系（b）ROM中的特殊单元

图1-12程序存储器结构图(1)程序存储器0000HFFFFH(64K)内部外部(2)数据存储器RAM存储器00HFFH7FH80H(高128B)(低128B)RAM专用

寄存器00H07H08H0FH10H17H18H1FH0区R0R7R0R7R0R7R0R71区2区3区工作寄存器区可位寻址区20H2FH7F78070030H7FH数据缓冲区/堆栈区内部RAM存储器

11第3区18H~1FH

01第1区08H~0FHRS1RS0寄存器区片内RAM地址

00第0区00H~07H

10第2区10H~17H工作寄存器区选择位RS0、RS1PSW位地址

CYACF0RS1RS0OVF1P内部RAM低128单元单元地址2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20H7F776F675F574F473F372F271F170F07

MSB

位地址

LSB7E766E665E564E463E362E261E160E067D756D655D554D453D352D251D150D057C746C645C544C443C342C241C140C047B736B635B534B433B332B231B130B037A726A625A524A423A322A221A120A027971696159514941393129211911090178706860585048403830282018100800表1-9片内RAM位寻址区的位地址

任务二彩灯闪烁控制任务二彩灯闪烁控制SFR名称符号MSB位地址/位定义LSB字节地址寄存器BBF7HF6HF5HF4HF3HF2HF1HF0HF0H寄存器AACCE7HE6HE5HE4HE3HE2HE1HE0HE0H程序状态字PSWD7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0HD0HCYACF0RS1RS0OVF1P中断优先级控制IPBFHBEHBDHBCHBBHBAHB9HB8HB8H///PSPT1PX1PT0PX0I/O端口3P3B7HB6HB5HB4HB3HB2HB1HB0HB0HP3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0中断允许控制IEAFHAEHADHACHABHAAHA9HA8HA8HEA//ESET1EX1ET0EX0I/O端口2P2A7HA6HA5HA4HA3HA2HA1HA0HA0HP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0串行数据缓冲SBUF(99H)串行控制SCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H98HSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRII/O端口1P197H96H95H94H93H92H91H90H90HP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0表1-10MCS-51单片机专用寄存器地址表

内部RAM高128单元任务二彩灯闪烁控制SFR名称符号MSB位地址/位定义LSB字节地址T1(高字节)TH1

(8DH)T0(高字节)TH0

(8CH)T1(低字节)TL1

(8BH)T0(低字节)TL0

(8AH)定时/计数器方式选择TMODGATEC/TM1M0GATC/TM1M0

(89H)定时/计数器控制TCON8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H

88HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0电源控制及比特率选择PCONSMO///////

(87H)数据指针高位字节DPH

(83H)数据指针低位字节DPL

(82H)堆栈指针SP

(81H)I/O端口0P087H86H85H84H83H82H81H80H

80HP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0续表-表1-10MCS-51单片机专用寄存器地址表

注：字节地址栏中不带括号的寄存器是可进行位寻址的寄存器，而带括号的是不能进行位寻址的寄存器。

几种常用的特殊功能寄存器（SFR）任务二彩灯闪烁控制程序计数器PCPC是一个16位的计数器，它的作用是控制程序的执行顺序。其内容指明即将执行的下一条指令的地址(程序存储器地址)，在物理上独立，复位时PC=0000H。累加器ACC（Accumulator）

累加器A为8位寄存器，在编程操作中是最常用的专用寄存器，功能较多，可按位寻址。B寄存器

B寄存器是一个8位寄存器，即可作为一般寄存器使用，也可用于乘除运算。做乘法运算时，B是乘数。乘法操作后，乘积的高8位存于B中。做除法运算时，B存放除数。除法操作后，余数存放在B中。任务二彩灯闪烁控制程序状态字PSW（ProgramStatusWord）

P

—RS0RS1OV

F0

AC

CYCY——

进位/借位标志；位累加器。AC——辅助进/借位标志；用于十进制调整。F0——

用户定义标志位；软件置位/清零。OV——溢出标志；硬件置位/清零。P——奇偶标志；A中1的个数为奇数P=1；否则P=0。RS1、RS0——寄存器区选择控制位。

00：

0区

R0~R7

01：

1区

R0~R7

10：2区R0~R7

11：

3区

R0~R7

任务二彩灯闪烁控制堆栈指针

指明栈顶元素的地址，8位，可软件设置初值，复位时

SP=07H。

数据指针DPTR

@DPTR；指明访问的数据存储器的单元地址，16位，寻址范围64KB。

DPTR=DPH+DPL，也可单独使用。要进行16位数据的传送，只有下面指令是正确的：

MOVDPTR,#DATA16小贴士任务二彩灯闪烁控制1、确定设计方案

选用AT89C51单片机芯片、时钟电路、复位电路、电源和一个发光二极管构成最小系统，完成对单个信号灯的控制。任务实施并行接口AT89C51单片机电源时钟电路复位电路发光二极管LED显示图1-13最小工作系统方案设计框图

任务二彩灯闪烁控制2、硬件电路设计

任务实施图1-14单个LED信号灯控制电路原理图电路所用仿真元器件：AT89C51：单片机RES：电阻CRYSTAL：晶振LED-RED：发光二极管CAP：电容CAP-ELEC：电解电容任务二彩灯闪烁控制3、源程序设计步骤1：;***单灯点亮控制程序**********;程序名：控制程序xm1_1.asm;程序功能：控制1个发光二极管点亮、熄灭显示ORG0000H;程序从地址0000H开始存放LJMPSTARTORG0030HSTART:CLRP1.0;将P1.0清零，点亮一个发光二极管SJMP$;程序动态暂停END;汇编程序结束任务实施将CLRP1.0这行指令改为SETBP1.0，可使发光二极管熄灭。

任务二彩灯闪烁控制步骤2：;*********单灯闪烁控制程序*****;程序名：控制程序xm1_2.asm;程序功能：控制单个发光二极管亮、灭闪烁

ORG0000HSTART:CLRP1.0;将P1.0清零“0”，点亮一个发光二极管ACALLDELAY;调用延时子程序，也可用指令LCALLSETBP1.0;将P1.0置“1”，熄灭一个发光二极管ACALLDELAY;调用延时子程序SJMPSTART;程序重新开始循环，也可用指令LJMPDELAY:MOVR3,#250;延时子程序D2:MOVR4,#250D1:NOPDJNZR4,D1DJNZR3,D2RETEND图1-15LED信号灯亮灭闪烁流程图任务二彩灯闪烁控制4、软、硬件调试与仿真任务实施图1-19单个LED信号灯控制电路全速仿真图片段任务二彩灯闪烁控制5、实物连接、制作任务实施图1-24单个LED信号灯闪烁的电路板实物在万能板上按照单片机控制LED电路图元器件进行焊接。任务二彩灯闪烁控制6、源程序说明

ORG0000HSTART:CLRP1.0;将P1.0清“0”，点亮发光二极管ACALLDELAY;调用延时子程序延时，也可用指令LCALLSETBP1.0;将P1.0置“1”，熄灭发光二极管ACALLDELAY

;调用延时子程序延时SJMPSTART;跳转到START处，循环执行程序。也可用指令LJMP任务实施主程序：延时子程序：DELAY:MOVR3,#250;将立即数250送到R3工作寄存器D2:MOVR4,#250;将立即数250送到R4工作寄存器D1:NOP;消耗1个机器周期DJNZR4,D1;R4减1不为零转移到标号D1处DJNZR3,D2;R3减1不为零转移到标号D2处RET;子程序结束，返回到主程序任务二彩灯闪烁控制训练任务1：利用P1口输出控制8个发光二极管，实现8个信号灯同时亮灭闪烁，设计方案如何修改？评价标准：流程图绘制、硬件电路原理图修改、软件程序修改、软硬件联调、实物连接。训练任务2：将P1口改为P0口输出控制8个发光二极管，分别点亮和熄灭，电路如何连接？程序如何修改？评价标准：硬件电路原理图修改、软件程序修改、软硬件联调、实物连接。

训练与测评任务二彩灯闪烁控制

在实际应用中，经常用开关控制信号灯。将开关连接到P1.7，LED发光二极管连接到P1.0。控制要求：开关打开，发光二极管熄灭；开关闭合，发光二极管熄灭点亮。设计思路：首先通过输入口P1.7将开关的状态读取到单片机内，经过数据处理后，再由输出口P1.0将结果输出来控制发光二极管的点亮和熄灭。

技能提高任务二彩灯闪烁控制技能提高;*********开关控制信号灯程序******;程序名：控制程序xm1_3.asm;程序功能：用单个开关控制1个发光二极管点亮和熄灭ORG0000HSTART:MOVC,P1.7;读取开关状态，保存在”C”中CPLC;将”C”值取反MOVP1.0,C;把”C”值输出到P1.0,控制发光二极管亮、灭LJMPSTARTEND图1-26单个开关控制发光二极管流程图

任务二彩灯闪烁控制知识拓展：发给二极管的应用发光二极管（LED）是一种把电能变成光能的半导体器件。当给LED加上正向偏压，有电流流过二极管，LED就会发光，与普通二极管一样具有单向导电性，发光颜色有红、黄、绿等单色发光二极管，另外还有一种能发红色和绿色光的双色二极管。LED可以由直流、交流、脉冲电源点亮，常用做指示，工作电流一般为几毫安到几十毫安，正向电压一般在1.5V～2.5V之间，与单片机连接时，一般要加限流电阻。LED的驱动，可分为低电平点亮和高电平点亮两种。

LED技术特点是寿命长、能耗低、显色性高、易维护、体积小、支流电驱动、点亮速度快、无频闪、眩光少、耐震性、散热好、防暴（无高气压元件）。鉴于LED的技术特点，目前主要应用于以下几大方面：(1)显示屏和交通信号灯(2)汽车车灯(3)LED背光源(4)室内装饰灯和景观照明灯(5)LED照明光源返回知识归纳返回项目一单片机最小系统构建1.在学习项目的任务一中，主要掌握：常用型号单片机的特点，尤其是AT89S51/52芯片的内部结构和特点；单片机应用系统实际项目开发的一般流程：总体设计→硬件设计→软件设计→系统调试与维护；单片机集成开发环境：μVision2软件用来完成程序的编辑、编译、运行及调试。因为我们用的是汇编语言，在程序编辑存盘时，要保存为ASM格式文件，最后编译下载到芯片中的文件为HEX格式文件。μVision2常用的几种程序运行方式：全速运行（GO）、单步运行（Step）、跟踪运行（StepOver）、断点运行（Breakpoint）。Proteus软件用来设计单片机硬件电路以及与KeilμVision2一起联合仿真，要注意在设计电路时，要进行电源与接地的连接、复位引脚的连接、时钟电路的连接、EA引脚的连接，所有单片机电路都要进行这4个基本连接，才能正常工作。2.任务二通过单灯亮、灭及闪烁控制，掌握单片机最小工作系统的基本组成：CPU芯片、电源、晶振电路和复位电路以及单片机内部存储器的结构。着重训练学生对单片机开发工具的熟练使用，并认识简单的汇编指令。项目小结返回项目一单片机最小系统构建一、选择题(1) MCS-51单片机的CPU主要由

组成。A．运算器、控制器