第1章 單片機硬件系統(tǒng) work2007版本

1、單片機應用技術(shù)（C語言版）電電 子子 教教 案案制作：姚制作：姚 才才廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院關于課程的說明關于課程的說明1) 1) 本課程使用兩本教材本課程使用兩本教材: : - -單片機應用技術(shù)單片機應用技術(shù)(C(C語言板語言板) )2) 2) 本課程的授課重點本課程的授課重點: : -51 -51系列單片機的基本原理、硬件組成部分、系列單片機的基本原理、硬件組成部分、C C 語言編程技術(shù)和單片機的實際應用。語言編程技術(shù)和單片機的實際應用。3) 3) 本課程使用的工具軟件本課程使用的工具軟件: : - -Keil C51集

2、成開發(fā)環(huán)境集成開發(fā)環(huán)境 -Proteus硬件仿真系統(tǒng)硬件仿真系統(tǒng) -USB驅(qū)動程序及下載程序驅(qū)動程序及下載程序 4) 4) 本課程使用的單片機型號：本課程使用的單片機型號： -AT89C51/STC10F08XE-AT89C51/STC10F08XE掌握單片機能夠從事的工作崗位掌握單片機能夠從事的工作崗位1)1) 電子設備的維護與修理技術(shù)員：電子設備的維護與修理技術(shù)員： -復印機、打印及、家電設備、通信電子產(chǎn)品等復印機、打印及、家電設備、通信電子產(chǎn)品等2) 2) 生產(chǎn)線的質(zhì)量檢驗員（生產(chǎn)線的質(zhì)量檢驗員（QCQC）3) 3) 電子產(chǎn)品設備的管理人員電子產(chǎn)品設備的管理人員4) 4) 電子產(chǎn)品設備的

3、銷售人員電子產(chǎn)品設備的銷售人員5) 5) 電子產(chǎn)品研發(fā)工程師電子產(chǎn)品研發(fā)工程師6) 6) 單片機應用系統(tǒng)設計工程師單片機應用系統(tǒng)設計工程師7) 7) 單片機軟件設計工程師單片機軟件設計工程師8) 8) 單片機硬件設計工程師單片機硬件設計工程師 中國版月球車中國版月球車p汽車電子l處理器個數(shù)可達三位數(shù)l車載l娛樂，定位等l車控lABS、EBD等p其他汽車立體聲音響HD Radio擴展包 單片機系統(tǒng)的應用汽車電子馬達控制器車燈尾燈控制系統(tǒng)后車門控制系統(tǒng)前車門控制系統(tǒng)座椅控制系統(tǒng)發(fā)動器控制系統(tǒng)所有的控制系統(tǒng)都是一個完整的嵌入式系統(tǒng)單片機系統(tǒng)應用示例汽車控制系統(tǒng) 本章內(nèi)容本章內(nèi)容p什么是單片機什么是單

4、片機 pMCS-51內(nèi)部組成及信號引腳內(nèi)部組成及信號引腳p單片機最小系統(tǒng)電路單片機最小系統(tǒng)電路pMCS-51存儲器結(jié)構(gòu)存儲器結(jié)構(gòu)第第1 1章章 單片機硬件系統(tǒng)單片機硬件系統(tǒng)任務任務1 1：一個一個LEDLED發(fā)光二極管的閃爍控制發(fā)光二極管的閃爍控制1 1、設計單片機硬件電路圖、設計單片機硬件電路圖2 2、編寫單片機控制軟件、編寫單片機控制軟件/程序：程序：ex1_1.c 控制一個信號燈閃爍程序控制一個信號燈閃爍程序#include /包含頭文件包含頭文件REG51.H，定義了，定義了MCS-51單片機的特殊功能寄存器單片機的特殊功能寄存器sbit P2_0=P20;/定義位名稱定義位名稱voi

5、d delay(unsigned char i);/延時函數(shù)聲明延時函數(shù)聲明void main()/主函數(shù)主函數(shù) while(1) P2_0=0;/點亮信號燈點亮信號燈 delay(255);/調(diào)用延時函數(shù)，實際變量為調(diào)用延時函數(shù)，實際變量為255 P2_0=1;/熄滅信號燈熄滅信號燈 delay(255);/調(diào)用延時函數(shù)，實際變量為調(diào)用延時函數(shù)，實際變量為255 /函數(shù)名：函數(shù)名：delay/函數(shù)功能：實現(xiàn)軟件延時函數(shù)功能：實現(xiàn)軟件延時void delay(unsigned char i)/延時函數(shù)，無符號字符型變量延時函數(shù)，無符號字符型變量i為形式參數(shù)為形式參數(shù) unsigned char

6、 j,k;/定義無符號字符型變量定義無符號字符型變量j和和k for(k=0;ki;k+)/雙重雙重for循環(huán)語句實現(xiàn)軟件延時循環(huán)語句實現(xiàn)軟件延時 for(j=0;j255;j+);3 3、通過、通過Keil C將源程序?qū)⒃闯绦騟x1_1.c編譯和鏈接編譯和鏈接后，生成一個單片機可執(zhí)行的二進制代碼文件后，生成一個單片機可執(zhí)行的二進制代碼文件ex1_1.hex。4 4、用、用Proteus進行硬件仿真，檢驗功能是否進行硬件仿真，檢驗功能是否正確？正確？5 5、 將目標代碼文件將目標代碼文件ex1_1.hex直接下載到直接下載到單片機目標板上，檢驗程序功能是否正確？單片機目標板上，檢驗程序功能是否

7、正確？ (Hl-340 USB轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)232軟件軟件 STC_ISP_V488 程序下載軟件程序下載軟件)任務任務1 1小結(jié)小結(jié) 通過任務通過任務1 1，我們對發(fā)光二極管閃爍控制系統(tǒng)，我們對發(fā)光二極管閃爍控制系統(tǒng)的控制過程，讓我們對單片機，單片機對小系的控制過程，讓我們對單片機，單片機對小系統(tǒng)和單片機應用系統(tǒng)的概念有了初步的了解和統(tǒng)和單片機應用系統(tǒng)的概念有了初步的了解和直觀認識，與此同時，我們還了解到單片機應直觀認識，與此同時，我們還了解到單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)過程，單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)過用系統(tǒng)的開發(fā)過程，單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)過程如下：程如下：設計電路圖設計電路圖制作電路板制作電路板程序設計程序設計

8、硬件硬件聯(lián)調(diào)聯(lián)調(diào)程序下載程序下載產(chǎn)品測試產(chǎn)品測試1.1 1.1 什么是單片機什么是單片機 單片微型計算機單片微型計算機（Single Chip Microcomputer）簡稱）簡稱單片單片機機，是指集成在一個芯片上的微型計算機，它的各種功能部件，是指集成在一個芯片上的微型計算機，它的各種功能部件，包括包括CPU（Central Processing Unit）、）、存儲器存儲器（memory）、）、基本輸入基本輸入/ /輸出輸出(Input/Output，簡稱，簡稱I/O)接口電接口電路、定時路、定時/計數(shù)器和中斷系統(tǒng)等，都制作在一塊集成芯片上，構(gòu)計數(shù)器和中斷系統(tǒng)等，都制作在一塊集成芯片上，

9、構(gòu)成一個完整的微型計算機。單片機內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)如圖成一個完整的微型計算機。單片機內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)如圖1.7所示。所示。由于它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設計的，故又稱由于它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設計的，故又稱為為微控制器微控制器(Micro-Controller Unit，簡稱，簡稱MCU)。單片機由以下幾個部分組成：單片機由以下幾個部分組成：1. CPU（運算器運算器 、控制器）、控制器） 2. 存儲器（數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器）存儲器（數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器） 3. 輸入設備輸入設備/ 輸出設備（輸出設備（I/O接口電路）接口電路）1.1.1 1.1.1 幾個基本概念幾個基本

10、概念1、單片微型計算機單片微型計算機什么是單片機什么是單片機 C P U 存 儲 器定 時 器 / 計 數(shù) 器 中 斷 系 統(tǒng)P0-P3TxDRxD TINT并行I/O口串行I/O口圖圖1.7 1.7 單片機的內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)單片機的內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)單片機應用系統(tǒng)單片機應用系統(tǒng)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(tǒng)由單片機應用系統(tǒng)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(tǒng)的基礎應用系統(tǒng)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(diào)配和使用進行合理調(diào)配和使用，從而完成，從而完成應用系統(tǒng)所要求的任務，二者相應用系統(tǒng)所要求的任務，二者相互依賴，缺一不可互

11、依賴，缺一不可單片機最小系統(tǒng)就是能夠讓單片機能夠工作的最小硬單片機最小系統(tǒng)就是能夠讓單片機能夠工作的最小硬件電路，除了單片機外，最小系統(tǒng)還包括復位電路和件電路，除了單片機外，最小系統(tǒng)還包括復位電路和時鐘電路。時鐘電路。復位電路用于單片機內(nèi)部各電路的狀態(tài)恢復位電路用于單片機內(nèi)部各電路的狀態(tài)恢復到初始值。時鐘電路為復到初始值。時鐘電路為單片機工作基本時鐘，因單片機工作基本時鐘，因為單片機內(nèi)部是由大量的為單片機內(nèi)部是由大量的時需電路組成，沒有時鐘時需電路組成，沒有時鐘脈沖即脈沖即“脈博脈博”的跳動，各的跳動，各個部分將無法工作。個部分將無法工作。圖圖1.11.1是單片機的最小是單片機的最小系統(tǒng)。系統(tǒng)

12、。1.1.2 MCS1.1.2 MCS系列單片機系列單片機 1. intel（intel（1.2 MCS-511.2 MCS-51單片機的內(nèi)部組成及信號引腳單片機的內(nèi)部組成及信號引腳1.2.1 80511.2.1 8051單片機的基本組成單片機的基本組成時鐘電路CPUROMRAMT0 T1中斷系統(tǒng)串行接口并行接口P0 P1 P2 P3TXD RXDINT0 INT1定時計數(shù)器并行并行I/O口：口：4個個8位的位的I/O口口P0、P1、P2、P3。復位電路中央處理器中央處理器CPU：8位，位，運算和控制運算和控制功能功能內(nèi)部內(nèi)部RAM：共共256個個RAM單元，單元，用戶使用前用戶使用前128個

13、單元，個單元，用于存放可讀用于存放可讀寫數(shù)據(jù)，后寫數(shù)據(jù)，后128個單元被個單元被專用寄存器占專用寄存器占用。用。內(nèi)部內(nèi)部ROM：4KB掩膜掩膜ROM，用于存放程序、用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表原始數(shù)據(jù)和表格。格。 定時定時/計數(shù)器：計數(shù)器：兩個兩個16位的定位的定時時/計數(shù)器，實計數(shù)器，實現(xiàn)定時或計數(shù)現(xiàn)定時或計數(shù)功能。功能。串行口：串行口：一個全一個全雙工串行口。雙工串行口。中斷控制系統(tǒng)：中斷控制系統(tǒng)：5個中斷源個中斷源（外中斷（外中斷2個，個，定時定時/計數(shù)中計數(shù)中斷斷2 個，個，串行中斷串行中斷1個）個）時鐘電時鐘電路：路：可可產(chǎn)生時產(chǎn)生時鐘脈沖鐘脈沖序列，序列，允許晶允許晶振頻率振頻率6M

14、HZ和和12MHZ80518051單片機的基本組成單片機的基本組成1. 1. 中央處理器中央處理器CPUCPU：8 8位，運算和控制功能位，運算和控制功能2. 2. 內(nèi)部內(nèi)部RAMRAM：共共256256個個RAMRAM單元，用戶使用前單元，用戶使用前128128個單元，用于存?zhèn)€單元，用于存放可讀寫數(shù)據(jù)，后放可讀寫數(shù)據(jù)，后128128個單元被專用寄存器占用。個單元被專用寄存器占用。3. 3. 內(nèi)部內(nèi)部ROMROM：4KB4KB掩膜掩膜ROMROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格。，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格。4. 4. 并行并行I/OI/O口：口：4 4個個8 8位的位的I/OI/O口口P0P

15、0、P1P1、P2P2、P3P3。5. 5. 串行口：串行口：一個全雙工串行口。一個全雙工串行口。6. 6. 定時定時/ /計數(shù)器：計數(shù)器：兩個兩個1616位的定時位的定時/ /計數(shù)器，實現(xiàn)定時或計數(shù)功計數(shù)器，實現(xiàn)定時或計數(shù)功能。能。7. 7. 中斷控制系統(tǒng)：中斷控制系統(tǒng)：5 5個中斷源（外中斷個中斷源（外中斷2 2個，定時個，定時/ /計數(shù)中斷計數(shù)中斷2 2個，個，串行中斷串行中斷1 1個）個）8. 8. 時鐘電路：時鐘電路：可產(chǎn)生時鐘脈沖序列，允許晶振頻率可產(chǎn)生時鐘脈沖序列，允許晶振頻率6MHZ6MHZ和和12MHZ12MHZVCCVSSXTAL2XTAL1RSTP0. 0P0.1P0.2

16、 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/1234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222180318051 875189C51時鐘電路與復位電路時鐘電路與復位電路 (1)時鐘振蕩電

17、路1XTAL1XTAL2C1C2晶振8051至內(nèi)部時鐘電路時時 序序 關于關于MCS-51系列單片機的時序概念有系列單片機的時序概念有4個，可用定時單位來說明，從小到大個，可用定時單位來說明，從小到大依次是：依次是：節(jié)拍節(jié)拍、狀態(tài)狀態(tài)、機器周期機器周期和和指令周期指令周期，下面分別加以說明。，下面分別加以說明。l1）節(jié)拍與狀態(tài)）節(jié)拍與狀態(tài) 把把振蕩脈沖的周期定義為節(jié)拍振蕩脈沖的周期定義為節(jié)拍，用，用P表示，也就是晶振的振蕩頻率表示，也就是晶振的振蕩頻率fosc。l2）狀態(tài)）狀態(tài) 振蕩脈沖振蕩脈沖fosc經(jīng)過二分頻后，就是單片機時鐘信號的周期，定義為狀態(tài)，用經(jīng)過二分頻后，就是單片機時鐘信號的周期

18、，定義為狀態(tài)，用S表示。表示。一個狀態(tài)包含兩個節(jié)拍，其前半周期對應的節(jié)拍叫一個狀態(tài)包含兩個節(jié)拍，其前半周期對應的節(jié)拍叫P1，后半周期對應，后半周期對應的節(jié)拍叫的節(jié)拍叫P2。l3）機器周期）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。系列單片機采用定時控制方式，有固定的機器周期。規(guī)定一個機器周規(guī)定一個機器周期的寬度為期的寬度為6個狀態(tài)，即個狀態(tài)，即12個振蕩脈沖周期個振蕩脈沖周期，因此機器周期就是振蕩脈沖的十，因此機器周期就是振蕩脈沖的十二分頻二分頻。l小提示小提示 當振蕩脈沖頻率為當振蕩脈沖頻率為12 MHz時時, 一個機器周期為一個機器周期為1s；當振蕩脈沖頻率為；當

19、振蕩脈沖頻率為6 MHz時，一個機器周期為時，一個機器周期為2 s。(2)復位電路MCS-51V C CVCCRESETVSS22uF1KMCS-51V C CVCCRESETVSS22uF1KRESETR1R22001.4 MCS-511.4 MCS-51單片機的存儲器結(jié)構(gòu)單片機的存儲器結(jié)構(gòu)12345678910111213142827262524232221 201918171615EPROM276412345678910111213142827262524232221 201918171615EPROM2764123456789101112131415161718192040393837

20、3635343332313029282726252424222112345678910111213142827262524232221 201918171615RAM6264 12345678910111213142827262524232221 201918171615RAM6264 80318751805189C51256B（字節(jié)）4K片外片外ROM片外片外RAM程序程序存儲器存儲器內(nèi)部外部0000H0FFFH(4K)0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K)0000H0001H0002H(PC)0000H是程序執(zhí)行的起始單元,在這三個單元存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令中斷5中斷4

21、中斷3中斷2中斷10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中斷0定時器0中斷外部中斷1定時器1中斷串行口中斷8位位0FFFH0FFEHEA=1 EA=0EA=1 EA=0程序程序存儲器資源分布存儲器資源分布中斷入口地址l在單片機在單片機C語言程序設計中，用戶無需考慮程序語言程序設計中，用戶無需考慮程序的存放地址，編譯程序會在編譯過程中按照上述的存放地址，編譯程序會在編譯過程中按照上述規(guī)定，自動安排程序的存放地址。規(guī)定，自動安排程序的存放地址。l例如：例如：C語言是從語言是從main()函數(shù)開始執(zhí)行的，編譯函數(shù)開始執(zhí)行的，編譯程序會在程序存儲器的程序會在程序存儲器的000

22、0H處自動存放一條轉(zhuǎn)處自動存放一條轉(zhuǎn)移指令，跳轉(zhuǎn)到移指令，跳轉(zhuǎn)到main()函數(shù)存放的地址；中斷函函數(shù)存放的地址；中斷函數(shù)也會按照中斷類型號，自動由編譯程序安排存數(shù)也會按照中斷類型號，自動由編譯程序安排存放在程序存儲器相應的地址中。因此，讀者只需放在程序存儲器相應的地址中。因此，讀者只需了解程序存儲器的結(jié)構(gòu)就可以了。了解程序存儲器的結(jié)構(gòu)就可以了。0000HFFFFH(64K)內(nèi)部外部數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲器存儲器00HFFH7FH80H(高128B)(低128B)RAM專用寄存器0000H H07H07H0808H H0FH0FH1010H H17H17H1818H H1FH1FH0區(qū)區(qū)R0R0R7R7

23、R0R0R7R7R0R0R7R7R0R0R7R71區(qū)區(qū)2區(qū)區(qū)3區(qū)區(qū)工作寄存器區(qū)工作寄存器區(qū)可位尋址區(qū)可位尋址區(qū)20H2FH7F 7807 0030H7FH數(shù)據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)/堆棧區(qū)堆棧區(qū)內(nèi)部內(nèi)部RAMRAM存儲器存儲器 工作寄存器區(qū)選擇位RS0、RS1注意注意: : 一個單元地址對應有一個單元地址對應有8 8個位地址個位地址MSBMSBMost Significant Bit Most Significant Bit （最高有效位）（最高有效位）LSB LSB Least Significant Bit Least Significant Bit （最低有效位）（最低有效位）單元地址2FH2

24、EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20H7F7F77776F6F67675F5F57574F4F47473F3F37372F2F27271F1F17170F0F0707 MSB 位地址 LSB7E7E76766E6E66665E5E56564E4E46463E3E36362E2E26261E1E16160E0E06067D7D75756D6D65655D5D55554D4D45453D3D35352D2D25251D1D15150D0D05057C7C74746C6C64645C5C54544C4C44443C3C34342C2C24241C1C

25、14140C0C04047B7B73736B6B63635B5B53534B4B43433B3B33332B2B23231B1B13130B0B03037A7A72726A6A62625A5A52524A4A42423A3A32322A2A22221A1A12120A0A020279797171696961615959515149494141393931312929212119191111090901017878707068686060585850504848404038383030282820201818101008080000RAM位尋址區(qū)位地址表離散分布有離散分布有2121個個特殊功能寄

26、存器特殊功能寄存器SFRSFR。 1111個可以進行個可以進行位尋址。位尋址。特別提示：對特別提示：對SFRSFR只能使用直接只能使用直接尋址方式，書寫時尋址方式，書寫時可使用寄存器符號，可使用寄存器符號，也可用寄存器單元也可用寄存器單元地址。地址。 在單片機的在單片機的C語言程序設計中，可以通過關鍵字語言程序設計中，可以通過關鍵字sfr來定義所有來定義所有特特殊功能寄存器殊功能寄存器，從而在程序中直接訪問它們，例如：，從而在程序中直接訪問它們，例如：sfr P1=0 x90; /特殊功能寄存器特殊功能寄存器P1的地址是的地址是90H，對應，對應P1口的口的8個個I/O引腳在程引腳在程序中就可以直接使用序中就可以直接使用P1這個特殊功能寄存器了，下面語句是合這個特殊功能寄存器了，下面語句是合法的：法的：P1=0 x00; /將將P1口的口的8位位I/O口全部清口全部清0C語言中，還可以通過關鍵字語言中，還可以通過關鍵字sbit來定義特殊功能寄存器中的可尋來定義特殊功能寄存器中的可尋址位址位，在程序，在程序ex1_1.c中，采用了下面語