系列單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)_指導(dǎo)書(shū)

1、.51系列單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)呂霞付、仇國(guó)慶 編寫(xiě)重慶郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)中心2009年2月51系列單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解單片機(jī)的基本工作原理2. 學(xué)習(xí)并掌握相關(guān)軟件的使用方法(Protel、keil)2. 掌握單片機(jī)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器下載方法3. 掌握單片機(jī)程序設(shè)計(jì)（匯編及C51）二、原理1. 什么是單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng),或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng). 對(duì)51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō),單片機(jī)+晶振電路+復(fù)位電路,便組成了一個(gè)最小系統(tǒng).但是一般我們?cè)谠O(shè)計(jì)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

2、統(tǒng)。 2. AT89C51高性能8位單片機(jī)功能 AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Falsh閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)震蕩器及時(shí)鐘電路，同時(shí)AT89C51可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)持續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)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(gè)硬件復(fù)位。主要功能特性： 兼容MCS51指令系統(tǒng)     &

3、#160;            4k可反復(fù)擦寫(xiě)(>1000次）Flash ROM  32個(gè)雙向I/O口 8個(gè)中斷源  三個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器 2.7-6.V的寬工作電壓范圍  時(shí)鐘頻率0-24MHz128x8bit內(nèi)部RAM  五個(gè)外部中斷源 兩個(gè)串行中斷  可直接驅(qū)動(dòng)LED 兩級(jí)加密位  低功耗睡眠功能

4、 內(nèi)置一個(gè)模擬比較放大器  可編程UARL通道 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能3. AT89C51高性能8位單片機(jī)資料請(qǐng)參考相關(guān)書(shū)籍三、實(shí)訓(xùn)任務(wù). （1）認(rèn)識(shí)MCS-51的ROM及片外RAM空間：認(rèn)識(shí)51系列單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器（ROM）的空間范圍；匯編指令編碼在ROM中存儲(chǔ)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(jī)的程序存儲(chǔ)器（ROM）固定地址的用途。認(rèn)識(shí)51系列單片機(jī)的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（片外RAM）的地址空間范圍；了解51系列單片機(jī)的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的用途；重點(diǎn)掌握片內(nèi)片外訪問(wèn)存儲(chǔ)器的指令。（2）認(rèn)識(shí)MCS-51片內(nèi)RAM空間：認(rèn)識(shí)51系列單片

5、機(jī)片內(nèi)隨機(jī)存儲(chǔ)器（片內(nèi)RAM）的空間范圍；認(rèn)識(shí)51系列單片機(jī)片內(nèi)隨機(jī)存儲(chǔ)器的區(qū)域劃分；掌握字節(jié)地址和位地址的概念；了解R0R7寄存器與字節(jié)地址的關(guān)系。重點(diǎn)掌握MCS-51系列單片機(jī)四個(gè)口的用法的位操作。（3）MCS-51匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)（編碼轉(zhuǎn)換）：用MCS-51匯編指令進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。將四位BCD碼化為十六位二進(jìn)制數(shù)。（或 將四位十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為BCD碼）。要求：在PC機(jī)上調(diào)試，程序可正確運(yùn)行并上交源程序清單及程序說(shuō)明。（4）鍵盤(pán)輸入電路設(shè)計(jì)/動(dòng)態(tài)顯示電路設(shè)計(jì)：在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中要求設(shè)計(jì)按鍵輸入電路、設(shè)計(jì)顯示電路，并畫(huà)出電路圖并編寫(xiě)按鍵輸入子程序。重點(diǎn)掌握硬件電路的設(shè)計(jì)及通過(guò)編程對(duì)電路的控制。（5）單片

6、機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，通過(guò)單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使學(xué)生對(duì)所學(xué)的單片機(jī)原理及應(yīng)用課程有更深的理解。要求：提供電路圖和程序清單。重點(diǎn)掌握硬件電路的設(shè)計(jì)及過(guò)程控制。（6）基于單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)某控制目的的應(yīng)用系統(tǒng)是本實(shí)訓(xùn)課的最終實(shí)訓(xùn)的結(jié)果。實(shí)訓(xùn)要求中包括單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，按鍵輸入電路設(shè)計(jì)，顯示電路的設(shè)計(jì)，及應(yīng)用系統(tǒng)的軟件編程。附件1： 51系列單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、單片機(jī)最小系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)單片機(jī)主要擅長(zhǎng)系統(tǒng)控制，而不適合做復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，在設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)時(shí)通常選用AT89C5l、AT89C52、AT89S51、AT89S52（S系列芯

7、片支持ISP功能）等型號(hào)的8位DIP-40封裝的單片機(jī)作為MCU，一個(gè)典型的單片機(jī)最小系統(tǒng)一般由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、鍵盤(pán)電路、顯示電路等部分組成，有時(shí)也外擴(kuò)有片外RAM和ROM以及外部擴(kuò)展接口等電路。圖1為單片機(jī)最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖1 單片機(jī)最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1、系統(tǒng)時(shí)鐘電路 單片機(jī)內(nèi)部具有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。通常在引腳XTALl和XTAL2跨接石英晶體和兩個(gè)補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器，系統(tǒng)時(shí)鐘電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，可以根據(jù)情況選擇6MHz、8MHz或12MHz等頻率的石英晶體，補(bǔ)償電容通常選擇20-30pF左右的瓷片電容。 圖2 系統(tǒng)時(shí)鐘電路2、復(fù)位電路 單片機(jī)小系統(tǒng)采用上電自動(dòng)復(fù)

8、位和手動(dòng)按鍵復(fù)位兩種方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位操作。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。手動(dòng)復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運(yùn)行期間，用按鈕開(kāi)關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。上電自動(dòng)復(fù)位通過(guò)電容C3充電來(lái)實(shí)現(xiàn)。手動(dòng)按鍵復(fù)位是通過(guò)按鍵將電阻R2與VCC接通來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖3 復(fù)位電路3、鍵盤(pán)電路系統(tǒng)利用P1口的P1.0-P1.3設(shè)置了4個(gè)獨(dú)立按鍵S2S5，如圖4所示，當(dāng)鍵按下時(shí)，P1口相應(yīng)的引腳置為低電平，且與此鍵相連的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。此外，通過(guò)8279鍵盤(pán)顯示控制芯片還可以擴(kuò)展編碼鍵盤(pán)和顯示，圖5為利用8279擴(kuò)展的一個(gè)2×8=16鍵編碼鍵盤(pán)及 8個(gè)LED的電路。圖4 獨(dú)立按

9、鍵圖5 擴(kuò)展鍵盤(pán)和顯示4、顯示電路系統(tǒng)設(shè)置了8個(gè)共陽(yáng)極LED數(shù)碼管LED1-LED2，單片機(jī)P0口提供段碼信號(hào)，低電平有效，P0口輸出端通過(guò)限流電阻R00R07與數(shù)碼管的段碼數(shù)據(jù)線相連，用來(lái)送出LED數(shù)碼管的段碼數(shù)據(jù)信號(hào)。單片機(jī)P2口提供位選信號(hào)，當(dāng)P2口某位輸出低電平時(shí)，與此相連的開(kāi)關(guān)三極管導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管點(diǎn)亮，使用三極管用來(lái)增強(qiáng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力,如圖6。此外，為了擴(kuò)展LCD顯示，系統(tǒng)設(shè)置了兩個(gè)LCD 接口，如圖7，一個(gè)用于40點(diǎn)矩陣LCD顯示，一個(gè)用于128×64點(diǎn)陣式LCD 顯示。圖6 LED顯示電路圖7 LCD擴(kuò)展接口5、其它系統(tǒng)還擴(kuò)展了一片2K位串行CMOS E2PROM2

10、4C02，P3.3和P3.4分別作為24C02 串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)鐘和數(shù)據(jù)線，由于只有一個(gè)24C02，其三個(gè)地址輸入腳A0 、A1 、A2接地，如圖8。此外，系統(tǒng)還設(shè)置了一個(gè)蜂鳴器電路，如圖9 ，通過(guò)P3.7輸出音頻信號(hào)，可使蜂鳴器發(fā)聲。由于，本最小系統(tǒng)沒(méi)有外擴(kuò)其他存儲(chǔ)器和I/O，因此，沒(méi)有用到地址譯碼和鎖存。 圖8 擴(kuò)展E2PROM 圖9 蜂鳴器電路單片機(jī)最小系統(tǒng)主要器件如表1所示：表1單片機(jī)最小系統(tǒng)主要器件標(biāo)號(hào)型號(hào)、規(guī)格封裝功能說(shuō)明U189C51DIP40CPU主器件U224C02DIP82K E2PROMLED1,LED27SEG-44位8段共陽(yáng)極數(shù)碼管Q1 Q99012TO-92A三極管

11、D1 D123MMDIODE0.4發(fā)光二極管Y12MHz石英晶振單片機(jī)時(shí)鐘晶振 主要應(yīng)用接口如表2所示：表2單片機(jī)最小系統(tǒng)主要接口標(biāo)號(hào)功能說(shuō)明連接目標(biāo)J1輸入電源插座主電源J240點(diǎn)矩陣LCD接口40點(diǎn)矩陣液晶顯示模塊J2128×64點(diǎn)陣式LCD接口128×64點(diǎn)陣液晶顯示模塊Jp1P0口引出接口單片機(jī)P0口Jp2P1口引出接口單片機(jī)P1口Jp3P2口引出接口單片機(jī)P2口Jp4P3口引出接口單片機(jī)P3口單片機(jī)最小系統(tǒng)電原理圖二、單片機(jī)最小系統(tǒng)測(cè)試程序設(shè)計(jì)編寫(xiě)測(cè)試程序，一是可對(duì)最小系統(tǒng)各資源進(jìn)行測(cè)試，二是為用戶提供了使用LED顯示及訪問(wèn)鍵盤(pán)等各種資源的子程序。1. 鍵盤(pán)掃描及

12、數(shù)碼管顯示的匯編語(yǔ)言程序鍵盤(pán)掃描及數(shù)碼管顯示的匯編語(yǔ)言程序如下：;* *;鍵盤(pán)及數(shù)碼管顯示程序，功能為按下一鍵，則對(duì)應(yīng)鍵的數(shù)碼管亮并顯示該鍵代表的數(shù)字;*org 0000h ajmp mainorg 0100hmain: mov sp,#30hmov r3,#0mov r4,#0kon: lcall ks1 ;調(diào)用讀鍵盤(pán)程序cjne a,#0ffh,show1 ;有鍵按下lcall dir ;調(diào)用顯示子程序ajmp konshow1:lcall dir ;去抖動(dòng)lcall dirlcall ks1 cjne a,#0ffh,show2 ;鍵有效ajmp konshow2:cjne a,#0fe

13、h,l1 ;以下為判別鍵值程序mov r4,#0 ;第一個(gè)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(jù)鍵值選擇數(shù)碼管1mov dptr,#8000hajmp ssled

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

15、,lpprettable: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90hdb 88h,83h,0c6h,0a1h,86h,8eh,0ffh,0f7hend2. 鍵盤(pán)掃描及數(shù)碼管顯示的C語(yǔ)言程序鍵盤(pán)掃描及數(shù)碼管顯示的C語(yǔ)言程序如下：/*/*鍵盤(pán)及數(shù)碼管程序，每一鍵代表一個(gè)數(shù)字，在其數(shù)字代表的數(shù)碼管中顯示*/#include <absacc.h>#include <reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define LED1 XBYTE 0x

16、8000 /*定義各數(shù)碼管地址*/#define LED2 XBYTE 0x9000#define LED3 XBYTE 0xA000#define LED4 XBYTE 0xB000#define KEY XBYTE 0xE000/*定義鍵盤(pán)地址*/void delay(uint v) /*延時(shí)函數(shù)*/while(v!=0)v-;uchar keynum=0;sbit P1_7=P17; /*掃描端口*/*數(shù)字段碼表*/uchar code segtab18=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0x

17、a1,0x86,0x8e,0xff,0xf7;void dir(uchar); /*聲明顯示函數(shù)*/void readkey(void) /*讀鍵盤(pán)函數(shù)*/ uchar M_key=0; uchar i; P1_7=0; M_key=KEY; /*取鍵盤(pán)數(shù)據(jù)*/ if(M_key!=0xff)for(i=0;i<20;i+) /*去抖動(dòng)*/dir(keynum);M_key=KEY;if(M_key!=0xff) /*讀鍵*/ switch(M_key) case 0xfe: /*第1個(gè)鍵按下*/ keynum=0; break; case 0xfd: /*第2個(gè)鍵按下*/ keynum=1; break; case 0xfb: /*第3個(gè)鍵按下*/ keynum=2; break; case 0xf7: /*第4個(gè)鍵按下*/ keynum=3; break;