發(fā)光二極管閃爍控制系統(tǒng)設(shè)計與制作.ppt

《發(fā)光二極管閃爍控制系統(tǒng)設(shè)計與制作.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《發(fā)光二極管閃爍控制系統(tǒng)設(shè)計與制作.ppt（97頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、2020/10/5,1,項目1 發(fā)光二極管閃爍控制系統(tǒng)設(shè)計與制作,1.1 認(rèn)識單片機,1.2 讓單片機動起來,1.3 從外到內(nèi)觀察單片機,1.4 認(rèn)識單片機的存儲器組織,2020/10/5,2,1.1.1 單片機是什么樣子 1.1.2 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 1.1.3 MCS-51系列單片機,1.1 認(rèn)識單片機,1.1.1 單片機是什么樣子,單片微型計算機簡稱單片機（Single Chip Microcomputer），又稱微控制器（Microcomputer Unit）。 它是將中央處理器（cpu），存儲器，輸入/輸出單元，多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能部件全部集成到一塊芯片上而構(gòu)

2、成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。 單片微型計算機是20世紀(jì)70年代初期發(fā)展起來的，它是微型計算機發(fā)展中的一個重要分支。不同生產(chǎn)廠家的不同型號的單片機，由于用途、功能等的不同，具體的結(jié)構(gòu)和性能也有較大的差異，但總的模塊結(jié)構(gòu)是一樣的。,2020/10/5,4,方形的單片機有兩種常見的封裝形式，即PLCC封裝 和TQFP封裝。,(a) PLCC 封裝,(b) TQFP封裝,2020/10/5,5,對于MCS-51系列單片機，最常見的封裝形式為 雙列直插式DIP封裝。,1.1.2 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域,工業(yè)自動化 智能化儀表 各種機器人 民用消費類電子產(chǎn)品 汽車、航空、導(dǎo)航和武器裝備 數(shù)據(jù)處理和通信設(shè)備,1

3、.1.3MCS-51系列單片機,MCS-51系列單片機分為51和52兩個子系列，其中51子系列是基本型，而52子系列則是增強型，以芯片型號的最末位數(shù)字為標(biāo)志。 MCS-51系列單片機的分類如表1-1所示。,表1-1 MCS-51系列單片機的分類,2020/10/5,9,1.2.1 如何使用單片機 1.2.2 Keil Vision軟件的使用 1.2.3 Proteus軟件的使用 1.2.4 單片機最小系統(tǒng) 1.2.5 發(fā)光二極管閃爍控制系統(tǒng)設(shè)計與制作,1.2 讓單片機動起來,2020/10/5,10,單片機要工作需要構(gòu)成單片機應(yīng)用系統(tǒng)。 單片機應(yīng)用系統(tǒng)是指以單片機芯片為核心，再配以輸入、輸出、

4、顯示等外圍接口電路和軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)一種或多種功能的應(yīng)用系統(tǒng)。 單片機應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，二者相互依賴，缺一不可。 軟件部分是指編寫的應(yīng)用程序。完成匯編工作的開發(fā)環(huán)境目前常用的是Keil Vision軟件。 硬件部分就需要購置元件，進(jìn)行焊接。單片機仿真設(shè)計軟件Proteus克服了這種限制。,1.2.1 如何使用單片機,1.2.2Keil Vision軟件的使用,Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。其基本使用方法如下：,雙擊桌面上的Keil Vision 2圖標(biāo)，出現(xiàn)如圖1-1所 示的屏幕。幾秒后，出現(xiàn)編輯界面，如圖1-2所示的 編輯

5、界面及窗口分配。,圖1-1 啟動Keil c51時的屏幕,圖1-2 Keil Vision 2編輯界面及窗口分配,2020/10/5,13,2. 點擊Project菜單，選擇彈出的下拉式菜單中的New Project。接著彈出一個Windows文件對話窗口，如圖1-3所示。保存在：選擇已建立的lesson文件夾中。,圖1-3 項目窗口,3. 單擊保存，進(jìn)入器件選擇窗口。根據(jù)需要選擇相應(yīng)型號的器件，這里我們選擇常用的Atmel公司的AT89C51單片機。,4. 項目建好，就可以為工程添加程序。點擊“File”中的“New.”，新建一個空白文檔；這個空白文檔就是讓我們編寫單片機程序的場所。在這里你

6、可以進(jìn)行編輯、修改等操作。如圖1-4所示。,2020/10/5,15,注意：保存文件時文件名必須有擴展名，如c程序擴展名為.c，匯編程序擴展名為.asm或.am51。,圖1-4 新建文件,2020/10/5,16,5. 保存程序文件后，將其添加到工程中。具體做法為：鼠標(biāo)右擊 “Source Group 1”，在彈出的菜單中選 “Add file to Group Source Group1”， 彈出文件窗口，選擇剛剛 保存的文件，按ADD按鈕，關(guān)閉文件窗，程序文件已加到項目中 了。這時在Source Group1文件夾圖標(biāo)左邊出現(xiàn)了一個小+號， 說明文件組中有了文件，點擊它可以展開查看。如圖1

7、-5所示。,圖1-5 添加文件,2020/10/5,17,6. 向工程添加了源文件后，鼠標(biāo)右擊 “Target 1” ，在彈出的菜單中選“options for target Target 1”，在打開的對話框中，選擇“Output”選項卡，在這個選項卡中，“Creat HEX File”選項前要打勾，按“確定”退出,如圖1-6所示。,圖1-6 項目選項窗口,2020/10/5,18,7. 源程序編譯。從菜單的“Project”中執(zhí)行“Rebuild all target files”（或者按下圖紅圈中的按鈕），匯編、連接、創(chuàng)建Hex文件一氣呵成。,圖1-7 編譯程序,2020/10/5,19

8、,1.2.3Proteus軟件的使用,Proteus 是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。該軟件具有以下特點： 1） 實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。,2） 支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、AVR

9、系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。 3）提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2等軟件。 4） 具有強大的原理圖繪制功能。 5） 具有PCB設(shè)計繪制功能。,2020/10/5,20,2020/10/5,21,下面主要介紹Proteus ISIS軟件的工作環(huán)境和一些基本操作。,1. 進(jìn)入Proteus ISIS 雙擊桌面上的ISIS 7 Profes

10、sional圖標(biāo)或者單擊屏幕左下方的“開始”“程序”“Proteus 7 Professional” “ISIS 7 Professional”，進(jìn)入Proteus ISIS集成環(huán)境。,2. 工作界面 Proteus ISIS的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面，如圖1-8所示。包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、對象選擇按鈕、預(yù)覽對象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。,2020/10/5,22,圖1-8 Proteus ISIS的工作界面,2020/10/5,23,3基本操作,1） 元件拾取 用鼠標(biāo)左鍵單擊對象選擇按鈕的“P”按鈕，彈出“P

11、ick Devices”(元件拾取)對話框，如圖1-9所示。,圖1-9 元件拾取對話框,2020/10/5,24,元件拾取共有兩種辦法： 按類別查找和拾取元件 直接查找和拾取元件,2020/10/5,25,2） 編輯窗口視野控制 學(xué)會合理控制編輯區(qū)的視野是元件編輯和電路連接進(jìn)行前的首要工作。 編輯窗口的視野平移可用以下方法： 在原理圖編輯區(qū)的藍(lán)色方框內(nèi)，把鼠標(biāo)指針放置在一個地方后，按下“F5”，則以鼠標(biāo)指針為中心顯示圖形。 當(dāng)圖形不能全部顯示出來時，按住“Shift”鍵，移動鼠標(biāo)指針到上、下、左、右邊界，則圖形自動平移。 快速顯示想要顯示的圖形部分時，把鼠標(biāo)指向左上預(yù)覽窗口中某處，并單擊鼠標(biāo)左

12、鍵，則編輯窗口內(nèi)圖形自動移動到指定位置。,2020/10/5,26,編輯窗口的視野縮放用以下方法： 先把鼠標(biāo)指針放置到原理圖編輯區(qū)內(nèi)的藍(lán)色框內(nèi)，上下滾動 鼠標(biāo)滾輪即可縮放視野。如果沒有鼠標(biāo)滾輪，可使用圖標(biāo) 來放大和縮小編輯窗口內(nèi)的圖形。,放置鼠標(biāo)指到編輯窗口內(nèi)想要放大或縮小的地方，按“F6”(放 大)或“F7”(縮小)放大或縮小圖形，按“F8”顯示整個圖形。,2020/10/5,27,3） 元件位置的調(diào)整和參數(shù)的修改,在編輯區(qū)的元件上單擊鼠標(biāo)左鍵選中元件(為紅色)，在選中的元件上再次單擊鼠標(biāo)右鍵則刪除該元件，而在元件以外的區(qū)域內(nèi)單擊右鍵則取消選擇。,改變元件參數(shù)（以修改電阻參數(shù)為例）： 左鍵雙

13、擊原理圖編輯區(qū)的電阻R1，彈出“Edit Component” (元件屬性設(shè)置)對話框，把R1的Resistance(阻值)由10k改 為1k。Edit Component(元件屬性設(shè)置)對話框如圖1-10所示。,2020/10/5,28,圖1-10 元件屬性設(shè)置對話框,2020/10/5,29,4）線路連接。將鼠標(biāo)指針靠近元件的一端，當(dāng)鼠標(biāo)的鉛筆形狀變?yōu)榫G色時，表示可以連線了，單擊該點，再將鼠標(biāo)移至另一元件的一端，單擊，兩點間的線路就畫好了。如果要刪除一根連線，右鍵雙擊連線即可。 5）文件保存。鼠標(biāo)單擊“File”-“Save Design”菜單，出現(xiàn)文件保存對話框。選擇要保存的文件夾，輸入

14、文件名，后綴為.DSN。在設(shè)計過程中要養(yǎng)成不斷存盤的好習(xí)慣，以免突發(fā)事件而造成事倍功半的效果。下次打開時，可直接雙擊“1.DSN”文件，或先運行Proteus，再打開“1.DSN”文件。,2020/10/5,30,1.2.4 單片機最小系統(tǒng),單片機最小系統(tǒng)，又稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最小的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對于MCS-51單片機來說，其內(nèi)部已經(jīng)包含了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器，在外部只需增加電源電路、時鐘電路和復(fù)位電路即可構(gòu)成單片機的最小系統(tǒng)。 電源電路：向單片機供電。 時鐘電路：單片機工作的時間基準(zhǔn)，單片機的工作速度。 復(fù)位電路：確定單片機工作的起始狀態(tài)，完成單片機的啟動

15、過程。,2020/10/5,31,1.2.5 發(fā)光二極管閃爍控制系統(tǒng)設(shè)計與制作,設(shè)計要求：通過按鍵控制單片機的三個I/O口P1.5、P1.6和P1.7，它們分別接發(fā)光二極管LED1、LED2和LED3，按鍵不按下三個發(fā)光二極管都不亮，按鍵按下使三個發(fā)光二極管同時亮、滅，時間間隔約10ms，構(gòu)成最簡單的發(fā)光二極管閃爍控制系統(tǒng)。,2020/10/5,32,硬件設(shè)計分析：該系統(tǒng)需要單片機最小系統(tǒng)、按鍵、三個發(fā)光二極管，硬件原理圖如圖1-11所示。 軟件設(shè)計分析：軟件主要就是編寫源程序代碼。結(jié)合原理圖，可以看到要使發(fā)光二極管點亮，需使單片機的I/O口的P1.5、P1.6和P1.7引腳輸入高電平，間隔約

16、10ms后輸出低電平，這樣發(fā)光二極管就可以不斷的閃爍。,2020/10/5,33,圖1-11 發(fā)光二極管閃爍控制系統(tǒng)原理圖,#include sbit LED1=P15; sbit LED2=P16; sbit LED3=P17; sbit KEY=P10; void Delay() unsigned int i,j; for(i=0;i50;i+) for(j=0;j1200;j+); ,void main() LED1=0; LED2=0; LED3=0; while(1) KEY=1; if (KEY=0) LED1=1; LED2=1; LED3=1; Delay(); LED1=0;

17、 LED2=0; LED3=0; Delay(); ,2020/10/5,34,2020/10/5,35,仿真效果圖與實物圖如下所示：,2020/10/5,36,1.3.1 單片機的信號引腳 1.3.2 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1.3.3 單片機的并行端口 1.3.4 單片機的時鐘與復(fù)位電路,1.3 從外到內(nèi)觀察單片機,2020/10/5,37,1.3.1 單片機的信號引腳,MCS-51單片機的封裝形式有兩種，一種是40只引腳的雙列直插式(DIP)封裝，另一種是44只引腳的方形PLCC封裝。MCS-51單片機最常用的40引腳的雙列直插封裝方式。,單片機信號引腳,1、I/O口線 4個8位并行 I/O

18、接口引腳 P0.0P0.7 、P1.0P1.7 、 P2.0P2.7和 P3.0P3.7,I/O口線功能 單片機I/O口線為多功能引腳，可自動切換用作數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線和或I/O 接 口外部引腳。,80C51,（2） I/O引腳 P0.0P0.7(3932腳)：P0口的8位雙向I/O口線。 P0口即可作地址/數(shù)據(jù)總線使用，又可作通用的I/O口使用。當(dāng)CPU訪問片外存儲器時，P0口分時先作低8位地址總線，后作雙向數(shù)據(jù)總線，此時，P0口就不能再作I/O口使用了。 P1.0P1.7(18腳)：P1口的8位準(zhǔn)雙向I/O口線。 P1口作為通用的I/O口使用。 P2.0P2.7(2128腳)：P

19、2口的8位準(zhǔn)雙向I/O口線。 P2口即可作為通用的I/O口使用，也可作為片外存儲器的高8位地址總線，與P0口配合，組成16位片外存儲器單元地址。 P3.0P3.7(1017腳)：P3口的8位準(zhǔn)雙向I/O口線。 P3口除了作為通用的I/O口使用之外，每個引腳還具有第二功能,2020/10/5,39,2、控制線,（ （1） ALE/PROG(-) (30腳)：地址鎖存允許信號輸出/編程脈沖輸入引腳。當(dāng)CPU訪問片外存儲器時，ALE輸出信號控制鎖存P0口輸出的低8位地址，從而實現(xiàn)P0口數(shù)據(jù)與低位地址的分時復(fù)用。當(dāng)8051上電正常工作后，自動在ALE端輸出頻率為fosc/6的脈沖序列(fosc代表振蕩

20、器的頻率)。 該引腳的第二功能PROG是對8751內(nèi)部4KB EPROM編程寫入時，作為編程脈沖的輸入端。,2020/10/5,41,（2）VPP/EA(-)(31腳)：外部程序存儲器地址允許輸入端/編程電壓輸入端。 當(dāng)EA(-)接高電平時，CPU執(zhí)行片內(nèi)ROM指令，但當(dāng)PC值超過0FFFH時，將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外ROM指令；當(dāng)EA(-)接低電平時，CPU只執(zhí)行片外ROM指令。對于8031，由于其無片內(nèi)ROM，故其EA(-)必須接低電平。 該引腳的第二功能VPP是對8751片內(nèi)EPROM編程寫入時，作為21V編程電壓的輸入端。 （3）PSEN(-)(29腳)：片外ROM讀選通信號端。 在讀片外R

21、OM時，PSEN(-)有效，為低電平，以實現(xiàn)對片外ROM的讀操作。,2020/10/5,42,2. 控制引腳,（4）RST/VPD(9腳) ：復(fù)位信號端和后備電源輸入端。 當(dāng)RST引腳保持兩個機器周期的高電平后，就可以使8051完成復(fù)位操作。該引腳的第二功能是VPD，即備用電源的輸入端，具有掉電保護功能。若在該引腳接+5V備用電源，在使用中若主電源VCC掉電，可保護片內(nèi)RAM中的信息不丟失。,復(fù)位電路： （1）上電復(fù)位 （2）外部信號復(fù)位,2020/10/5,43,3、電源及時鐘引線 （1）電源引腳 VCC(40腳)：電源端，接+5V電源 VSS(20腳)：接地端。 （2）. 時鐘引腳 XTA

22、L1(19腳)：當(dāng)使用芯片內(nèi)部時鐘， 接外部晶振和微調(diào)電容的一端。采用外部時鐘 電路時，此引腳應(yīng)接地。 XTAL2(18腳)：當(dāng)使用芯片內(nèi)部時鐘時， 接外部晶振和微調(diào)電容的另一端。使用外部 時鐘時，此引腳應(yīng)接外部時鐘的輸入端。 。,2020/10/5,44,4. 定時器/計數(shù)器 MCS-51單片機內(nèi)部有兩個16位的定時器/計數(shù)器，既可以做定時功能，又可以做計數(shù)功能。MCS-52單片機內(nèi)部有3個16位的定時器/計數(shù)器，它增加了一個功能更加強大的16位定時器/計數(shù)器T2。 5. 中斷控制系統(tǒng) MCS-51單片機內(nèi)部具有5個中斷源的管理控制功能，這些中斷源可以分為2級中斷優(yōu)先級。 6. 串行通信接口

23、 MCS-51單片機內(nèi)部有1個全雙工的UART(通用串行收發(fā)器)，可設(shè)置為多種工作模式。 7. 時鐘電路 MCS-51單片機內(nèi)部振蕩電路配合外部晶振或外部輸入的時鐘信號，可產(chǎn)生時鐘脈沖序列，控制CPU內(nèi)部邏輯電路運行。,1.3.2 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu),MCS-51單片機內(nèi)部具有以下基本特征： 8 位的 CPU， 片內(nèi)有振蕩器和時鐘電路 片內(nèi)有 128B/256B 數(shù)據(jù)存儲器RAM 片內(nèi)有 0KB/4KB/8KB 程序存儲器ROM 可尋址片外 64KB 數(shù)據(jù)存儲器和片外64KB 程序存儲器 片內(nèi) 21個特殊功能寄存器（SFR） 4個8位的并行I/O口（P0-P3） 1個全雙工串行口（SIO/UAR

24、T） 2個16位定時器/計數(shù)器（TIMER/COUNTER） 可處理 5個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級 內(nèi)置1個布爾處理器和1個布爾累加器,8051單片機的結(jié)構(gòu)框圖,1.MCS51 CPU,中央處理器簡稱CPU，是單片機的核心，是計算機的控制和指揮中心。它由運算器（ALU）和控制器兩部分組成。 CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)： （1）運算器電路：算術(shù)邏輯單元ALU、累加器ACC、寄存器B、程序狀態(tài)字PSW和2個暫存器等。 算術(shù)邏輯運算單元ALU ( 8位 )： 運算器用于實現(xiàn)算術(shù)和邏輯運算。運算器以ALU為核心，基本的算術(shù)和邏輯運算均在其中操作，如加、減、乘、除、增量、減量、十進(jìn)制數(shù)調(diào)整、比較、邏輯與、或、異或、求

25、補循環(huán)移位和位處理。等操作。操作結(jié)果的狀態(tài)由程序狀態(tài)字保存。,2020/10/5,49,（2）控制器電路：程序計數(shù)器PC、PC+1寄存器、指令寄存器、指令譯碼器、定時與控制電路等，另外，DPTR、SP指針也包含在控制部分。 程序計數(shù)器PC PC是控制器中最基本的寄存器。它是16位的地址寄存器，用于存放將要從ROM中讀出的下一字節(jié)指令碼的地址，可尋址64KB的程序存儲器空間。PC的基本工作方式有： 自動加1。CPU從ROM中每讀一個字節(jié)，自動執(zhí)行PC+1PC； 執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令時，PC會根據(jù)要求修改地址； 執(zhí)行調(diào)用子程序或發(fā)生中斷時，CPU會自動將當(dāng)前PC值壓入堆棧，將子程序入口地址或中斷入口地址裝

26、入PC；子程序返回或中斷返回時，恢復(fù)原有被壓入堆棧的PC值，繼續(xù)執(zhí)行原順序程序指令。,1.3.3 單片機的并行端口,MCS-51單片機具有4個雙向的并行I/O端口，每個端口都是8位準(zhǔn)雙向口，共占32根引腳，表示為：P0P3，它們具有系統(tǒng)規(guī)定的字節(jié)地址，每個口都包含一個鎖存器、一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。每個口均有一個8位鎖存器，在上電復(fù)位后初態(tài)為全“1”，使P0P3口均處于輸入狀態(tài)。,1. P0口 P0口的字節(jié)地址80H，位地址8087H，口的各位口線具有完全相同但又相互獨立的邏輯電路。如圖1-27所示，它包括1個輸出鎖存器、2個三態(tài)緩沖器、一個輸出驅(qū)動電路和1個輸出控制端。 1）P0口作數(shù)據(jù)

27、/地址總線使用 在訪問外部存儲器時，P0口是一個真正的雙向數(shù)據(jù)總線端口，并分時復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線。 2）P0口作通用I/O端口使用 P0口用作輸出端口時外部必須接上拉電阻才能正確輸出高電平； P0口用作輸入端口時，在進(jìn)行輸入操作前，應(yīng)該先向該端口的輸出鎖存器寫“1”。,2020/10/5,51,P0口：,一個數(shù)據(jù)輸出鎖存器和兩個三態(tài)數(shù)據(jù)輸入緩沖器。 一個多路轉(zhuǎn)接電路MUX在控制信號的作用下， MUX可以分別接通鎖存器輸出或地址/數(shù)據(jù)線。當(dāng)作為通用的I/O口使用時，內(nèi)部的控制信號為低電平，封鎖與門將輸出驅(qū)動電路的上拉場效應(yīng)管（FET）截止，同時使MUX接通鎖存器Q端的輸出通路。,2

28、020/10/5,53,P0口的位結(jié)構(gòu)圖,2. P1口 P1口的字節(jié)地址90H，位地址9097H，口的各位口線具有完全相同但又相互獨立的邏輯電路。P1口是一個有內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向口。P1口只能作為通用的I/O口使用，所以在電路結(jié)構(gòu)上和P0口不同主要表現(xiàn)為： 1） 它只傳送數(shù)據(jù)，所以不需要多路轉(zhuǎn)接開關(guān)MUX。 2） 因為只用來傳送數(shù)據(jù)，因此輸出電路中有上拉電阻，且上拉電阻和場效應(yīng)管共同組成了輸出驅(qū)動電路。 P1口作為輸出口使用時，外電路無需接上拉電阻。 P1口作為輸入口使用時，應(yīng)先向其鎖存器寫入“1”，使輸出驅(qū)動電路的場效應(yīng)管截止。,2020/10/5,54,2020/10/5,55,P1口的

29、位結(jié)構(gòu)圖,3. P2口 P2口的字節(jié)地址A0H，位地址A0A7H。P2口是8位準(zhǔn)雙向I/O口，具有兩種功能。一是作通用I/O口用，與P1口相同。二是P2口作地址總線使用。當(dāng)系統(tǒng)中接有外部存儲器時，P2口用于輸出高8位地址A15 A8，與P0口一起組成16位地址總線。,2020/10/5,56,2020/10/5,57,P2口的位結(jié)構(gòu)圖,2020/10/5,58,4. P3口 P3口的字節(jié)地址B0H，位地址B0B7H。P3口是一個多用途的端口，也是一個準(zhǔn)雙向口，作為第一功能使用時，其功能同P1口。當(dāng)作第二功能使用時，每一位功能定義如表1-2所示。,2020/10/5,59,P3口的位結(jié)構(gòu)圖,20

30、20/10/5,60,端口小結(jié)：,（1）系統(tǒng)總線： 地址總線（16位）：P0（地址低8位）、P2口（地址高8位） 數(shù)據(jù)總線（8位）：P0口（地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用，借助ALE）； 控制總線（6根）：P3口的第二功能和9、29、30、31腳； （2）供用戶使用的端口：P1口、部分未作第二功能的P3口； （3）P0口作地址/數(shù)據(jù)時，是真正的雙向口，三態(tài)，負(fù)載能力 為8個LSTTL電路； P1P3是準(zhǔn)雙向口，負(fù)載能力為4個LSTTL電路。 （4）P0P3在用作輸入之前必須先寫“1”，即： （P0）=FFH （P3）=FFH 。,2020/10/5,63,1. 單片機的時鐘電路,時鐘電路通常有兩種方式：內(nèi)

31、部時鐘方式和外部時鐘方式。,1）內(nèi)部時鐘方式：,目前，51系列單片機的晶振頻率fosc范圍為1.212MHz，其典型值為6MHz、11.0592MHz、12MHz等,內(nèi)部一個高增益反相放大器與片外石英晶體或陶瓷諧振器構(gòu)成了一個自激振蕩器。 晶體振蕩器的振蕩頻率決定單片機的時鐘頻率。,1.3.4 單片機的時鐘與復(fù)位電路,振蕩源OSCillation,2020/10/5,64,2）外部時鐘方式：外部振蕩器輸入時鐘信號。 外部時鐘方式就是把外部已有的時鐘信號引入單片機內(nèi)。這樣得到的時鐘信號通過內(nèi)部的時鐘電路，經(jīng)過分頻，得到相應(yīng)的時鐘信號,2. 時序定時單位,時鐘周期：振蕩頻率的倒數(shù)。 機器周期：完成

32、一個基本操作所需要的時間。 一個機器周期由12個時鐘周期組成。 指令周期：一條指令的執(zhí)行時間。 以機器周期為單位：可包含1個4個機器周期。,思考題： 設(shè)應(yīng)用單片機晶振頻率為12MHz， 問機器周期為多少？指令周期分別為多少？,fosc=12MHz MC=12/ fosc =12/12MHz =1s,3. 典型指令時序,MCS51采用定時控制方式，因此它有固定的機器周期。規(guī)定一個機器周期的寬度為6個狀態(tài)。由于一個狀態(tài)又包括兩個拍節(jié)，因此一個機器周期總共有12個拍節(jié)，分別記作S1P1、S1P2S6P2。,振蕩脈沖并不直接使用，由XTAL2端送往內(nèi)部時鐘電路（fosc）： 經(jīng)過2分頻，向CPU提供2

33、相時鐘信號P1和P2 （ f拍節(jié)= 1/2 fosc） ； 再經(jīng)3分頻，產(chǎn)生ALE時序（ fALE = 1/6 fosc） ； 經(jīng)過12分頻，成為機器周期信號（ MC = 12 /fosc） ，如下圖所示。 需要指出的是，CPU的運算操作在P1期間，數(shù)據(jù)傳送在P2期間。,幾種典型指令的取指和執(zhí)行時序：,通常，每個機器周期，ALE兩次有效，第1次發(fā)生在S1P2和S2P1期間，第2次在S4P2和S5P1期間。,單周期指令的執(zhí)行 始于S1P2，這時操作碼被鎖存到指令寄存器內(nèi)，讀出下字節(jié)（應(yīng)為下一個操作碼）是不予考慮的，且程序計數(shù)器PC并不增量。,訪問外部數(shù)據(jù)存貯器的指令MOVX的時序，它是一條單字節(jié)

34、雙周期指令。在第1機器周期S5開始時，送出外部數(shù)據(jù)存貯器的地址，隨后讀或?qū)憯?shù)據(jù)。讀寫期間在ALE端不輸出有效信號，在第2機器周期，即外部數(shù)據(jù)存貯器已被尋址和選通后，也不產(chǎn)生取指操作。,MCS51單片機時序,1,2,11,12,3,4,5,6,7,8,9,10,1,2,S1P2,S2P1,S4P2,S5P1,可通過測量ALE 確定CPU是否工 作，ALE有時鐘 的特點。,2020/10/5,70,4. 單片機的復(fù)位電路 復(fù)位是單片機的初始化操作，其目的為： 完成單片機的初始化,即把PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序； 當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，可

35、通過復(fù)位重新啟動單片機。,2020/10/5,71,表 單片機復(fù)位后內(nèi)部各寄存器狀態(tài),2020/10/5,72,單片機對復(fù)位信號的要求：一是高電平有效信號，二是有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩脈沖周期（二個機器周期）以 上。MCS-51單片機通常采用上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。,（a）上電復(fù)位 (b) 按鍵手動復(fù)位,2020/10/5,73,2020/10/5,73,1.4.1 初識單片機的存儲器 1.4.2 單片機的程序存儲器 1.4.3 單片機的數(shù)據(jù)存儲器 1.4.4 單片機的特殊功能寄存器,1.4 認(rèn)識單片機的存儲器組織,2020/10/5,74,1.4.1 51單片機存儲器結(jié)構(gòu)特點,1

36、、MCS-51單片機的存儲器結(jié)構(gòu),圖1-33 MCS-51單片機的存儲器結(jié)構(gòu)圖,2020/10/5,75,2. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器由128字節(jié)的RAM和RAM地址寄存器等構(gòu)成。對于51系列單片機，其內(nèi)部RAM為128字節(jié)；對于52系列單片機，其內(nèi)部RAM為256字節(jié)。 3. 內(nèi)部程序存儲器 8051單片機內(nèi)部有4K字節(jié)的ROM單元，用于存放程序和程序中的常量數(shù)據(jù)。,2020/10/5,76,1.4.2 單片機的程序存儲器,8051單片機片內(nèi)有4KB的ROM存儲單元，簡稱內(nèi)部程序存儲器地址范圍（0000H0FFFH）?？赏獠繑U展程序存儲器，地址范圍（1000HFFFFH）。程序執(zhí)行時

37、到底訪問哪個地址空間的程序存儲器，由/EA信號決定。,/EA=1時，選擇訪問內(nèi)部程序存儲器。,/EA=0時，選擇訪問外部程序存儲器。,對于8031單片機來說， 內(nèi)部無程序存儲器, 必須外接程序存儲器，所以在設(shè)計時/EA始終接低電平。,1.4.2 內(nèi)部程序存儲器,80C51內(nèi)有4KB ROM，其地址為0000H0FFFH（內(nèi)部ROM）。 其中0000H0002H是系統(tǒng)的啟動單元。 系統(tǒng)復(fù)位后(PC)0000H，開始取指令執(zhí)行程序。 如果不從0000H開始，應(yīng)存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便直接 轉(zhuǎn)去執(zhí)行指定的程序。 作用： （1）用來存放固化了的用戶程序，取指地址由程序計數(shù)器PC給出， PC具有自動

38、加1的功能； （2）固化一片數(shù)據(jù)區(qū)，存放被查詢的表格和參數(shù)等。,0003H000AH外部中斷0（INT0）中斷地址區(qū) 000BH0012H 定時器/記數(shù)器0（T0）中斷地址區(qū) 0013H001AH外部中斷1（INT1）中斷地址區(qū) 001BH0022H定時器/計數(shù)器1（T1）中斷地址區(qū) 0023H002AH串行（RI/TI）中斷地址區(qū),中斷入口：0003H0023H,中斷服務(wù)程序存放方法： （1）從中斷地址區(qū)首地址開始，在中斷地址區(qū)中直接存放； （2）從中斷地址區(qū)首地址開始，存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令， 以便中斷響應(yīng)后，通過中斷地址區(qū)，再轉(zhuǎn)到中斷服務(wù) 程序的實際入口地址區(qū)去。,程序存儲器保留的單元：

39、,低128單元是單片機的真正RAM存儲器。,1.4.3 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128單元,分為三個區(qū)域： 1 寄存器區(qū)： 4組寄存器（寄存器陣列）。 即4個工作寄存器0區(qū)3區(qū)。每組 8個寄存單元（每單元8位），以 R0R7作寄存器名，暫存運算數(shù)據(jù) 和中間結(jié)果。 字節(jié)地址為00H1FH。 2 位尋址區(qū) ： 字節(jié)地址為20H2FH，既可 作RAM，也可位操作。 共有16個RAM單元，共128 位，位地址為00H7FH。 3 用戶RAM區(qū)： 32個單元，地址為30H7FH， 在一般應(yīng)用中常作堆棧區(qū)。,用PSW中的兩位PSW.4和PSW.3來切換工作寄存器區(qū)，選用一個工作寄存器區(qū)進(jìn)行讀寫操作。,1.4.3

40、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器高128單元,內(nèi)部RAM的高128單元 專用寄存器(SFR)區(qū) 地址為80HFFH （也稱特殊功能寄存器）,其字節(jié)地址可被8整除。 專用寄存器： A、B、PSW、 DPTR、SP。 I/O接口寄存器： P0、P1、P2、P3、SBUF、TMOD、TCON、SCON ,有2套地址,字節(jié)地址：只21個有效（其中僅11個有位地址） 位地址：只83位有效,1、SFR（80HFFH）介紹：,(1) 程序計數(shù)器PC（16位）： CPU總是按PC的指示讀取程序。PC是一個16位的計數(shù)器。其內(nèi)容為將要執(zhí)行的指令地址（即下一條指令地址），可自動加1。因此CPU執(zhí)行程序一般是順序方式。當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)移、子

41、程序調(diào)用、中斷和復(fù)位等操作，PC被強制改寫，程序執(zhí)行順序也發(fā)生改變。 復(fù)位時，PC=0000H。,(2) 累加器Acc（8位）： 需要ALU處理的數(shù)據(jù)和計算結(jié)果多數(shù)要經(jīng)過累加器A。,(3) 寄存器B （8位）： 與A累加器配合執(zhí)行乘、除運算。也可用作通用寄存器。 (4) 程序狀態(tài)字PSW （8位）：,存放ALU運算過程的標(biāo)志狀態(tài)。 (5) 數(shù)據(jù)指針DPTR （16位）： 存放片外存儲器地址，作為片外存儲器的指針。可分成兩個8位寄存器DPH、DPL使用。,2. 專用寄存器的字節(jié)尋址,注意： 21個可字節(jié)尋址的專用寄存器是不連續(xù)地分散在內(nèi)部RAM高128單元之中，共83個可尋址位。盡管還剩余許多空

42、閑單元，但用戶并不能使用 在22個專用寄存器中，唯一一個不可尋址的PC。PC不占據(jù)RAM單元，它在物理上是獨立的，因此是不可尋址的寄存器。 對專用寄存器只能使用直接尋址方式，書寫時既可使用寄存器符號，也可使用寄存器單元地址。,MCS-51的寄存器在片內(nèi)RAM都有映像地址。使用時，既可用寄存器名，也可用對應(yīng)單元地址。,2.2.5 存儲器結(jié)構(gòu)特點,普林斯頓結(jié)構(gòu)： 程序和數(shù)據(jù)共用一個存儲器邏輯空間，統(tǒng)一編址。,哈佛結(jié)構(gòu)： 程序與數(shù)據(jù)分為兩個獨立存儲器邏輯空間，分開編址。,物理上4個存儲器地址空間： 片內(nèi)程序存儲器 片外程序存儲器 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 片外數(shù)據(jù)存儲器 邏輯上3個存儲器地址空間： 64KB

43、程序存儲器 256B 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 64KB 片外數(shù)據(jù)存儲器,存儲器小結(jié)： MCS51的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器是分開的（屬于哈佛結(jié)構(gòu)），地址空間重迭，最大可擴展到64KB。 1、程序存儲器ROM （1）8031內(nèi)部無程序存儲器 由于8031無片內(nèi)程序存儲器，需外接，因此， 端必須外接低電平。 （2）8051、8751內(nèi)部有4KB ROM/EPROM： =0，使用外部程序存儲器； =1，使用內(nèi)部程序存儲器4KB空間，當(dāng)PC的值超過4KB 范圍時，自動轉(zhuǎn)向外部程序存儲器。 2、數(shù)據(jù)存儲器RAM （1）內(nèi)部RAM中低128B，00H7FH； （2）外部RAM，可擴至64KB，0000HFFFFH。

44、,堆棧操作,向上生長型 （向地址增大的方向生成）：MCS51系列 堆棧類型 向下生長型（向地址較低的方向生成）：MCS96系列 堆棧指針SP （8位）： MCS51系列的堆棧是按“先進(jìn)后出”原則存取數(shù)據(jù)的存儲區(qū)。 MCS51堆棧設(shè)在片內(nèi)RAM區(qū)。 數(shù)據(jù)入棧時：先SP自動加1，后寫入數(shù)據(jù)，SP始終指向棧頂?shù)刂贰?“先加后壓” 數(shù)據(jù)出棧時：先讀出數(shù)據(jù)，后SP自動減 1，SP始終指向棧頂?shù)刂贰?“先彈后減” 復(fù)位時 SP=07H。但在程序設(shè)計時應(yīng)將SP值初始化為30H以后， 以免占用寶貴的寄存器區(qū)和位地址區(qū)。,最小應(yīng)用系統(tǒng)：,基本的單片機控制電路板,1、介紹單片機的編程結(jié)構(gòu)和內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)及性能。 2、學(xué)習(xí)了單片機存儲器結(jié)構(gòu)特點、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 和程序存儲器的結(jié)構(gòu)和工作原理。 3、單片機的4個8位并行端口P0 、P1 、P2和P3各自的 口電路邏輯和功能。 4、單片機的時鐘電路和時序以及單片機的6種工作 方式。,小 結(jié),