《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課件第1章

項(xiàng)目1流水燈設(shè)計(jì)1.1項(xiàng)目要求

1.2理論知識

1.3項(xiàng)目分析及實(shí)施

1.4項(xiàng)目拓展

1.5項(xiàng)目總結(jié)習(xí)題

1.1項(xiàng)目要求

本項(xiàng)目通過單片機(jī)控制8只并排的發(fā)光二極管，使其能有序的點(diǎn)亮與熄滅，呈現(xiàn)流水燈的效果。

項(xiàng)目重難點(diǎn)：

(1)51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；

(2)51單片機(jī)引腳功能；

(3)51單片機(jī)最小系統(tǒng)硬件電路；

(4)51單片機(jī)與LED燈的接口設(shè)計(jì)。

技能培養(yǎng)：

(1)熟練掌握Proteus軟件的應(yīng)用；

(2)熟練掌握KeilC51軟件的應(yīng)用；

(3)能夠進(jìn)行51單片機(jī)與LED燈接口電路的分析與設(shè)計(jì)，并能熟練編寫簡單的單片機(jī)程序；

(4)掌握51單片機(jī)程序下載的過程。

1.2理論知識

1.2.1

MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

1.MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

把中央處理器(CPU)、存儲器(RAM、ROM)、定時/計(jì)數(shù)器，以及輸入/輸出(I/O)接口電路等集成在一塊芯片上，這樣組成芯片級的微型控制器稱為單片機(jī)(MicroControllerUnit，MCU)。單片機(jī)雖然只是一個芯片，但從組成和功能上看，它已具備微機(jī)系統(tǒng)的含義。圖1-1為MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

MCS-51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)包括：

(1)一個8位算術(shù)邏輯單元CPU；

(2)32個I/O口；

(3)4組8位端口可單獨(dú)尋址；

(4)兩個16位定時/計(jì)數(shù)器；

(5)全雙工串行通信；

(6)6個中斷源(5個中斷向量)；

(7)兩個中斷優(yōu)先級；

(8)128B內(nèi)置RAM；

(9)獨(dú)立的64KB可尋址數(shù)據(jù)和代碼區(qū)。圖1-1

MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2.MCS-51單片機(jī)的外部引腳

常見51系列單片機(jī)有PDIP、PLCC、TQFP三種封裝方式，其中最常見的就是采用40Pin封裝的雙列直插PDIP封裝，其外觀及封裝引腳如圖1-2和1-3所示。引腳的排列順

序和其他雙列直插塑料封裝定義一樣，都是從靠芯片的缺口左邊那列引腳逆時針數(shù)起，依次為第1、2、3、4…40腳，其中芯片的1腳頂上有個凹點(diǎn)。

在40個引腳中，電源引腳有2根，外接晶體振蕩器引腳有2根，控制引腳有4根，4組8位可編程I/O引腳有32根，各引腳的功能如下：

1)主電源引腳(2根)

VCC(Pin40)：電源輸入，接直流5V電源。

GND(Pin20)：電源地。圖1-2

STC89C52外觀圖圖1-3

PDIP封裝引腳圖

2)外接晶振引腳(2根)

XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端。

XTAL2(Pin18)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端。

3)控制引腳(4根)

RST(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)至少2個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。

PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號，低電平有效。CPU由外部程序存儲器取指令期間，每個機(jī)器周期兩次PSEN有效，但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。

ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號。當(dāng)訪問外部存儲器時，ALE的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。在不訪問外部存儲器時，ALE端仍以不變的頻率輸出脈沖信號(此頻率為振蕩器頻率的1/6)。在FLASH編程期間，PROG用于輸入編程脈沖。

EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通腳。接低電平時，CPU直接從外部程序存儲器讀指令；接高電平時，CPU先從內(nèi)部程序存儲器讀指令，內(nèi)部存儲器取完之后，自動轉(zhuǎn)向外部存儲器。對于片內(nèi)含有EPROM的機(jī)型(8751)，在編程期間，此引腳用作21V編程電源VPP的輸入端。一般我們都會選擇多于實(shí)際代碼需求的單片機(jī)來設(shè)計(jì)，所以不需要擴(kuò)展外部程序存儲器，此時管腳應(yīng)當(dāng)連接高電平。

4)可編程輸入/輸出引腳(32根)

P0口(Pin39～Pin32)：P0口為一個雙向8位三態(tài)I/O口，名稱為P0.0～P0.7，每一位可獨(dú)立控制。51單片機(jī)P0口內(nèi)部沒有上拉電阻，為高阻狀態(tài)，所以不能正常輸出高電平，因此該組I/O口在使用時務(wù)必要外接上拉電阻，一般我們選擇接入10kΩ的上拉電阻。此外，在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時，P0口是分時轉(zhuǎn)換的低8位地址(A0～A7)/數(shù)據(jù)總線(D0～D7)。

P1口(Pin1～Pin8)：P1口是一個準(zhǔn)雙向8位I/O口，名稱為P1.0～P1.7，每一位可獨(dú)立控制，內(nèi)部帶有上拉電阻。這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。(對于52單片機(jī)，P1.0引腳的第二功能為T2定時器/計(jì)數(shù)器的外部輸入，P1.1引腳的第二功能為T2EX捕捉、重裝觸發(fā)，即T2的外部控制端。)

P2口(Pin21～Pin28)：P2口是一個準(zhǔn)雙向8位I/O口，名稱為P2.0～P2.7，每一位可獨(dú)立控制，內(nèi)部帶上拉電阻，與P1口相似。此外，在訪問外部存儲器時，P2口送出高8位地址(A8～A15)。

P3口(Pin10～Pin17)：P3口是一個準(zhǔn)雙向8位I/O口，名稱為P3.0～P3.7，每一位可獨(dú)立控制，內(nèi)部帶上拉電阻。作為第一功能使用時就當(dāng)作普通I/O口，與P1口相似；作為第二功能時，各引腳定義如表1-1所示。

值得強(qiáng)調(diào)的是：P3口的每一個引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入/輸出或第二功能。P3口的第二功能如表1-1所示。表1-1

P3口第二功能

3.MCS-51單片機(jī)的I/O口結(jié)構(gòu)及功能

MCS-51系列單片機(jī)有4個8位的并行I/O接口：P0、P1、P2和P3口。這4個口既可以作輸入，也可以作輸出；既可按字節(jié)處理，也可按位方式使用。其輸出時具有鎖存能力，輸入時具有緩沖功能。

1)P0口結(jié)構(gòu)

P0口是一個三態(tài)雙向口，可作為地址／數(shù)據(jù)分時復(fù)用口，也可作為通用的I/O接口。它包括一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)緩沖器、一個輸出驅(qū)動電路和一個輸出控制電路，如圖1-4所示。圖1-4

P0口內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2)P1口結(jié)構(gòu)

P1口是準(zhǔn)雙向口，它只能作通用I/O接口使用。P1口的結(jié)構(gòu)與P0口不同，它的輸出只由一個場效應(yīng)管V1與內(nèi)部上拉電阻組成，如圖1-5所示。

P1口的輸入輸出原理特性與P0口作為通用I/O口使用時一樣，當(dāng)其輸出時，可以提供電流負(fù)載，不必像P0口那樣需要外接上拉電阻。P1口具有驅(qū)動4個TTL負(fù)載的能力。圖1-5

P1口內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3)P2口結(jié)構(gòu)

P2口也是準(zhǔn)雙向口，它有兩種用途：通用I/O接口和高8位地址線。它的一位的結(jié)構(gòu)如圖1-6所示。與P1口相比，它只在輸出驅(qū)動電路上比P1口多了一個模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX和反相器3。

當(dāng)控制信號為高電平“1”時，轉(zhuǎn)換開關(guān)接內(nèi)部地址線，P2口用作高8位地址線使用。

當(dāng)控制信號為低電平“0”時，轉(zhuǎn)換開關(guān)接鎖存器Q端，P2口用作準(zhǔn)雙向通用I/O接口，其工作原理與P1相同，只是P1口輸出端由鎖存器Q接V1，而P2口是由鎖存器Q端經(jīng)反相器3接V1。P2口具有輸入、輸出、端口操作三種工作方式，負(fù)載能力也與P1相同。圖1-6

P2口內(nèi)部結(jié)構(gòu)(一位)

4)P3口結(jié)構(gòu)

P3口一位的結(jié)構(gòu)如圖1-7所示。它的輸出驅(qū)動由與非門3、V1組成，輸入比P0、P1、P2口多了一個緩沖器4。圖1-7

P3口內(nèi)部結(jié)構(gòu)

4.MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部存儲器配置

存儲器是單片機(jī)內(nèi)部一個非常重要的資源，我們知道單片機(jī)是要靠指令(程序)來工作的，將寫好的程序燒錄到單片機(jī)中，單片機(jī)上電后，在時鐘脈沖的作用下，按順序一條條執(zhí)行指令，這些程序就存儲在單片機(jī)內(nèi)部的存儲器里。單片機(jī)內(nèi)部的存儲器主要包含程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。

51單片機(jī)程序存儲器的地址分配圖如圖1-8所示。

在程序存儲器中，0003H～002AH是具有特殊用途的單元，這40個單元均勻地分成五段，其功能如表1-2所示(有關(guān)中斷的知識將在項(xiàng)目2中介紹)。圖1-8程序存儲器分配圖表1-2專用存儲器單元及功能表單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)要比程序存儲器小得多，主要用來存放程序中變量的值。51單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲器容量為128B，地址為00H～7FH；52單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)

存儲器容量為256B，地址為00H～FFH。數(shù)據(jù)存儲器從功能上分為三部分。第一部分為00H～1FH的通用寄存器區(qū)，每個區(qū)包含8個單元，分別為R0～R7，每個單元8位?？梢酝ㄟ^程序狀態(tài)字寄存器(PSW)中RS0和RS1兩位的值來選中某一個區(qū)。第二部分為20H～2FH單元的位尋址區(qū)，定義的位變量(bit型變量)存放在這個區(qū)域，字節(jié)變量也可以存放在這里。第三部分為30H～7FH單元，是用戶RAM區(qū)(52單片機(jī)此區(qū)域地址為30H～FFH)，這個區(qū)域沒有限制和規(guī)定。當(dāng)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器不夠用時，可以擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲器。51單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器分配如圖1-9所示。圖1-9

51單片機(jī)內(nèi)部RAM地址分配圖程序狀態(tài)字寄存器(PSW)各位的含義如表1-3所示。表1-3程序狀態(tài)字各位含義

51單片機(jī)內(nèi)部有21個特殊功能寄存器(SpecialFunctionRegisters，SFR)，離散地分布在地址為80H～FFH之間的區(qū)域中，特殊功能寄存器實(shí)質(zhì)上是一些具有特殊功能的RAM單元。這些SFR專用于控制、管理片內(nèi)算術(shù)邏輯部件、并行I/O口、串行I/O口、定時器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能模塊的工作，用戶在編程時可以置數(shù)設(shè)定。

每個SFR的名稱及地址如表1-4所示。表1-4最后一列，“可位尋址”的含義是這些SFR不僅可以對其內(nèi)部8位以“字節(jié)”的方式一起讀寫，也可以以“位”的形式單獨(dú)進(jìn)行讀寫。例如，在程序中寫“P0=0xaa”，表示將P0口各位的電平依次設(shè)置為高電平、低電平交替；寫“P0_1=1”，表示將P0口第1位的狀態(tài)改為高電平，其余位狀態(tài)不改變。表1-4特殊功能寄存器一覽表1.2.2

MCS-51單片機(jī)的時序

單片機(jī)是根據(jù)指令來工作的，每一條指令的執(zhí)行時間有長有短，但是都是按照一定的節(jié)拍一步一步來執(zhí)行的，這里的節(jié)拍就是時鐘電路提供的時鐘信號。一條指令可以分解為若干基本的微操作，而這些微操作所對應(yīng)的脈沖信號，在時間上有嚴(yán)格的先后次序，這些次序就是單片機(jī)的時序。時序是非常重要的概念，它指明了單片機(jī)內(nèi)部以及內(nèi)部與外部互相聯(lián)系所遵守的規(guī)律。在單片機(jī)系統(tǒng)中通常有振蕩周期、時鐘周期、機(jī)器周期、指令周期。圖1-10表明了各種周期的相互關(guān)系。圖1-10

MCS-51單片機(jī)各種周期的相互關(guān)系

1.3項(xiàng)目分析及實(shí)施

1.3.1任務(wù)1——單片機(jī)控制單個LED燈閃爍

1.任務(wù)要求和分析

1)任務(wù)要求

利用單片機(jī)控制一只LED燈，使其以一定的時間間隔閃爍。

2)任務(wù)分析

以單片機(jī)為核心的電子設(shè)計(jì)中，包含兩方面的任務(wù)：硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)主要是電路原理圖的設(shè)計(jì)，但是僅僅有原理圖只是完成了任務(wù)的一半，必須將寫好的程序燒寫到單片機(jī)中，通過程序控制單片機(jī)引腳的電平狀態(tài)，從而改變外圍電路的狀態(tài)，才能最終完成我們的設(shè)計(jì)。

不管單片機(jī)做任何工作，首先必須保證單片機(jī)可以正常工作，單片機(jī)要正常運(yùn)行，必須具備一定的硬件條件，其中最主要的就是以下三個基本條件。

(1)電源。不同型號單片機(jī)應(yīng)接入對應(yīng)的電源，常壓為＋5V，低壓為＋3.3V，實(shí)際使用時查看芯片資料。此處AT89C52單片機(jī)使用的是+5V電源，40腳(VCC)電源引腳工作時接+5V電源，20腳(GND)為接地線。

(2)時鐘電路。時鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時序脈沖，單片機(jī)所有運(yùn)算與控制過程都是在統(tǒng)一的時序脈沖的驅(qū)動下進(jìn)行的，時鐘電路就好比人的心臟，如果單片機(jī)的時鐘電路停止工作(晶振停振)，那么單片機(jī)也就停止運(yùn)行了。51單片機(jī)時鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，就是利用晶振和電容構(gòu)成振蕩電路，產(chǎn)生時鐘信號，連接方法如圖1-11所示。在時鐘引腳XTAL1(19腳)和XTAL2(18腳)引腳之間接入一個晶振，兩個引腳對地分別再接入一個電容即可產(chǎn)生所需的時鐘信號，電容的容量一般是10pF～30pF。另一種是外部時鐘方式，當(dāng)有現(xiàn)成的時鐘信號時，可直接將時鐘信號從XTAL2接入，XTAL1接地即可。單片機(jī)系統(tǒng)中多采用內(nèi)部時鐘方式。圖1-11內(nèi)部時鐘電路

(3)復(fù)位電路。在復(fù)位引腳(9腳)持續(xù)出現(xiàn)至少24個振蕩器脈沖周期(即2個機(jī)器周期)的高電平信號將使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位以后單片機(jī)從頭開始執(zhí)行程序，并初始化一些專用寄存器為復(fù)位狀態(tài)值。常見復(fù)位電路有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種，如圖1-12(a)和(b)所示。

在軟件方面，需要通過程序，控制與發(fā)光二極管相連的I/O引腳的電平狀態(tài)，使其持續(xù)一段時間的高電平，再持續(xù)一段時間的低電平，高低交替，就可以達(dá)到使LED閃爍的效果。圖1-12復(fù)位電路

2.器件及設(shè)備選擇

保證了單片機(jī)正常運(yùn)行的條件之后，在本任務(wù)中還需要加入發(fā)光二極管(LED)，發(fā)光二極管的原理和普通二極管一樣，都具有單向?qū)щ娦?，通過5mA左右電流即可發(fā)光，電流越大，其亮度越強(qiáng)，但若電流過大會燒毀二極管，因此一般控制在3mA～20mA之間。要控制發(fā)光二極管的正向電流，就必須知道發(fā)光二極管的一個重要參數(shù)：工作電壓。在二極管發(fā)光時(接反了就不會發(fā)光)，測量出的發(fā)光二極管兩端的電壓就是它的工作電壓。電流增大，這個工作電壓不會明顯增加，直至發(fā)光二極管電流過大而燒毀。不同顏色的發(fā)光二極管有不同的工作電壓值，紅色發(fā)光二極管工作電壓最低，約1.7～2.5V，綠色發(fā)光二極管約2.0～2.4V，黃色發(fā)光二極管約1.9～2.4V，藍(lán)/白色發(fā)光二極管約3.0～3.8V。

圖1-13為直插式發(fā)光二極管的實(shí)物圖。發(fā)光二極管有兩個電極，其正極又稱陽極，負(fù)極又稱陰極，電流只能從陽極流向陰極。直插式發(fā)光二極管長腳為陽極，短腳為陰極。圖1-13直插式發(fā)光二極管發(fā)光二極管在使用過程中一般要串聯(lián)一個電阻，目的是為了限制通過發(fā)光二極管的電流，以免燒毀二極管，因此該電阻也稱為限流電阻。

假設(shè)發(fā)光二極管與單片機(jī)I/O引腳的連接如圖1-14所示。圖中電阻R1的作用是限流，發(fā)光二極管的陽極接+5V電壓，當(dāng)P1.7引腳輸出低電平時，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，可以構(gòu)成回路。

限流電阻的選擇方法為：假設(shè)電源電壓為VCC，發(fā)光二極管的導(dǎo)通壓降為VDD，導(dǎo)通時流過二極管的電流為I，則限流電阻R為R=(VCC－VDD)/I。圖1-14發(fā)光二極管回路

3.任務(wù)實(shí)施

1)單片機(jī)控制單個LED燈硬件原理圖設(shè)計(jì)

本任務(wù)中硬件原理圖的繪制在Proteus軟件中完成，Proteus軟件是英國Labcenterelectronics公司推出的EDA工具軟件。它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。該軟件打開時工作界面如圖1-15所示。圖1-15

ProteusISIS的工作界面下面以該任務(wù)為例簡單介紹其繪制原理圖的具體方法。

(1)添加元件到編輯窗口。單擊圖1-15中元件選擇器按鈕P，出現(xiàn)器件選取(PickDevices)窗口，如圖1-16所示。圖1-16器件選取窗口在器件選取窗口中選擇器件的方法有兩種，可以根據(jù)器件所屬的類別選擇，比如本任務(wù)中用到的單片機(jī)屬于“MicroprocessorICs”類，鼠標(biāo)點(diǎn)擊選中之后，在“Result”區(qū)域中就會出現(xiàn)“MicroprocessorICs”類中所有的元器件?？衫瓌訚L動條選擇所需器件，也可以在“Keywords”窗口中直接輸入器件型號關(guān)鍵字進(jìn)行搜索，并從“Result”區(qū)域中出現(xiàn)的搜索結(jié)果中選取。選中所需器件，點(diǎn)擊“OK”，再到圖形編輯窗口點(diǎn)擊鼠標(biāo)，元件就會出現(xiàn)在編輯窗口中。按照此方法將本任務(wù)中的元件AT89C52、電容、晶振、電阻、發(fā)光二極管加入到編輯窗口中，如圖1-17所示。圖1-17放置元件到圖形編輯窗口若對象位置需要移動，應(yīng)將鼠標(biāo)移到該對象上，單擊鼠標(biāo)右鍵選取該對象，該對象的顏色變至紅色，表明該對象已被選中，此時按下鼠標(biāo)左鍵，拖動鼠標(biāo)，就可以將對象移至新位置，松開鼠標(biāo)，完成移動操作。

圖1-17中電阻和電容的值都可以通過“EditComponent”(編輯元件)窗口修改。例如用鼠標(biāo)點(diǎn)擊電阻元件，出現(xiàn)如圖1-18所示的窗口，可以在“Resistance”后面修改電阻的阻值。圖1-18編輯元件窗口如圖1-19所示，電源和地的模型在“模型選擇工具欄”的“Terminalsmode”項(xiàng)里。圖1-19“Terminalsmode”電源選擇好之后，需要給出電源的電壓。左擊電源模型，彈出如圖1-20所示的“EditTerminalLabel”(編輯終端標(biāo)簽)窗口，在“string”框里輸入電源電壓，這里輸入“+5V”。圖1-20“編輯終端標(biāo)簽”窗口

(2)連接元器件。首先要連接單片機(jī)的時鐘電路和復(fù)位電路，將元件擺放好之后，當(dāng)鼠標(biāo)靠近元件的接線端時，鼠標(biāo)就會變成筆的樣子，同時在元件的連接點(diǎn)會出現(xiàn)一個紅色“口”，單擊鼠標(biāo)左鍵，移動鼠標(biāo)(不用拖動鼠標(biāo))，當(dāng)鼠標(biāo)靠近另一個元件的連接點(diǎn)時，也會出現(xiàn)一個紅色“口”，此時點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，就可以完成一次連線。連接好的原理圖如圖1-21所示。圖1-21單片機(jī)控制單個LED燈原理圖

2)單片機(jī)控制單個LED燈軟件程序設(shè)計(jì)

在軟件程序設(shè)計(jì)中，我們只要編寫程序，讓與發(fā)光二極管相接的P1.7引腳為低電平，二極管就可以被點(diǎn)亮。

目前51單片機(jī)軟件程序的開發(fā)環(huán)境主要有偉福和KeilC51軟件。這里使用KeilC51軟件編寫程序。

KeilC51單片機(jī)集成開發(fā)軟件是目前最流行的MCS-51單片機(jī)開發(fā)軟件，提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理及一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器在內(nèi)的完整開發(fā)方案，并通過一個集成開發(fā)環(huán)境(μVisoin2)將這些部分組合在一起。Keil單片機(jī)集成開發(fā)軟件可以運(yùn)行在Win98、NT、Win2000、WinXP等操作系統(tǒng)，它的工作界面如圖1-22所示。圖1-22

KeilC51軟件工作界面下面以編寫點(diǎn)亮一個發(fā)光二極管的程序?yàn)槔f明KeilC51的使用過程。

(1)建立一個新工程。單擊“Project”菜單，在彈出的下拉菜單中選中“NewProject”選項(xiàng)，如圖1-23所示。圖1-23選擇創(chuàng)建工程菜單

(2)保存工程名。點(diǎn)擊“NewProject”子菜單之后，會彈出如圖1-24所示的窗口，選擇需要保存工程的路徑，并輸入工程名。圖1-24創(chuàng)建工程

(3)選擇目標(biāo)單片機(jī)型號。保存工程之后，會彈出如圖1-25所示的窗口，要求選擇單片機(jī)的型號。KeilC51幾乎支持所有的51內(nèi)核的單片機(jī)，由于在Proteus中選用AT89C52繪制的原理圖，因此這里也選擇了AT89C52。選中AT89C52之后，右側(cè)Description窗口是對這個單片機(jī)的基本的說明，點(diǎn)擊確定即可。圖1-25選擇單片機(jī)的型號

(4)完成以上步驟后，工程到此就已經(jīng)創(chuàng)建起來了。其屏幕如圖1-26所示。圖1-26已創(chuàng)建好的工程

(5)新建源程序文件。到此已經(jīng)建立了一個工程來管理流水燈項(xiàng)目，但我們還沒有編寫程序，因此還需要建立相應(yīng)的C文件或匯編文件。單擊“File”菜單，在下拉菜單中單擊“New”選項(xiàng)新建一個源程序文件。此時，工作窗口如圖1-27所示。圖1-27新建C文件后的界面這時可以在編輯窗口中鍵入用戶的應(yīng)用程序了，但建議首先保存該空白的文件，單擊菜單上的“File”，在下拉菜單中選中“SaveAs”選項(xiàng)單擊，彈出如圖1-28所示的窗口，在“文件名”欄右側(cè)的編輯框中，鍵入欲使用的文件名，同時，必須鍵入正確的擴(kuò)展名，然后單擊“保存”按鈕。如果用Ｃ語言編寫程序，則擴(kuò)展名為(.c)；如果用匯編語言編寫程序，則擴(kuò)展名必須為(.asm)。圖1-28保存C文件

(6)添加文件到工程?；氐骄庉嫿缑婧?，單擊“Target1”前面的“＋”號，然后在“SourceGroup1”上單擊右鍵，彈出如圖1-29所示窗口，點(diǎn)擊“AddFilestoGroup‘SourceGroup1’”，彈出圖1-30所示的窗口，此時默認(rèn)路徑為剛才創(chuàng)建工程時保存的路徑，窗口中有剛才保存的“l(fā)ed.c”文件。選中“l(fā)ed.c”之后單擊“Add”，回到工作界面，在工程窗口中可以看到“l(fā)ed.c”文件已經(jīng)被添加到剛才新建的工程中，如圖1-31所示。至此，一個新的工程建立完畢，現(xiàn)在可以在編輯窗口中編寫程序了。圖1-29添加文件到工程圖1-30添加C文件的界面圖1-31添加“l(fā)ed.c”文件后的工程窗口在編輯區(qū)輸入點(diǎn)亮一個發(fā)光二極管的程序，如圖1-32所示。圖1-32輸入源代碼輸入程序時，KeilC51會自動識別關(guān)鍵字，并以不同的顏色提示用戶加以注意，這樣會使用戶少犯錯誤，有利于提高編程效率。若新建的文件沒有事先保存的話，Keil就不會自動識別關(guān)鍵字，也不會有不同顏色出現(xiàn)。

程序輸入完畢后，點(diǎn)擊圖1-32中的編譯按鈕，對編寫的程序進(jìn)行編譯，這里有三個編譯按鈕。

如果不對工程修改一些設(shè)置，無論按哪個按鈕都不能產(chǎn)生可以下載到單片機(jī)中的程序文件，所以我們還需要對剛才的工程做一些設(shè)置。

右擊工程窗口中的“Target1”，如圖1-33所示。圖1-33選擇工程設(shè)置窗口在“Target”標(biāo)簽頁面中，更改晶振頻率(本例仿真時使用12MHz晶振)，如圖1-34所示。這里更改晶振頻率的目的是使晶振的頻率與實(shí)驗(yàn)板上的頻率一致，這樣在進(jìn)行軟件調(diào)試或仿真時，就可以看到與程序下載到實(shí)驗(yàn)板上之后一樣的現(xiàn)象。接下來在“Output”標(biāo)簽頁面中勾選“CreateHEXFile”選項(xiàng)，如圖1-35所示，目的是使程序編譯后生成硬件可執(zhí)行的目標(biāo)代碼，因?yàn)閱纹瑱C(jī)只能運(yùn)行HEX文件或BIN文件，HEX文件是十六進(jìn)制的，BIN文件是二進(jìn)制的，這兩種文件可以互相轉(zhuǎn)換，但其內(nèi)容是一樣的。圖1-34修改晶振頻率圖1-35選擇生成HEX文件圖1-34中，“MemoryModel”是對變量存儲類型進(jìn)行選擇。在C51中，在定義變量時可以通過添加存儲器類型來決定該變量存放在哪個區(qū)域，變量存儲器類型如表1-5所示。

定義格式為：

［數(shù)據(jù)類型］［存儲器類型］［變量名］

圖1-34中，“CodeRomSize”是設(shè)置ROM空間大小的，也有三種選項(xiàng)：Small表示只能用低于2KB的程序存儲空間；Compact表示每個子函數(shù)大小不超過2KB，整個工程可以有64KB；Large表示程序或子函數(shù)都可以用到64KB。表1-5

C51存儲器類型與存儲空間對照表

3)軟硬件聯(lián)合調(diào)試

在程序下載到實(shí)驗(yàn)板上之前，有兩種方法觀察程序效果，第一種是在Keil的調(diào)試狀態(tài)下觀察I/O口狀態(tài)；第二種是將HEX文件添加到Proteus軟件繪制了原理圖的單片機(jī)上，仿真運(yùn)行。

在Keil的“Debug”菜單下選擇“Start/StopDebugSession”子菜單，或者點(diǎn)擊快捷圖標(biāo)，工作界面將如圖1-36所示。此時可以發(fā)現(xiàn)一些快捷圖標(biāo)被激活了，程序處于準(zhǔn)備運(yùn)行的狀態(tài)，程序編輯區(qū)的黃色箭頭表示將要執(zhí)行的語句。選擇“Peripherals”菜單下的“I/O-ports”，如圖1-37所示，選中“Port1”后，會彈出圖1-38所示的Port1調(diào)試窗口。圖1-36進(jìn)入調(diào)試之后的工作界面圖1-37調(diào)試狀態(tài)下的“Peripherals”菜單圖1-38

Port1調(diào)試窗口觀察程序效果的第二種方法是在Proteus軟件中仿真運(yùn)行，單擊Proteus原理圖中的AT89C52，會彈出如圖1-39所示的窗口，單擊“ProgramFile”后面的文件夾圖標(biāo)，彈出圖1-40所示的窗口，找到所要添加HEX文件的路徑，選中HEX文件并打開它。圖1-39

Proteus中添加HEX文件窗口圖1-40選擇HEX文件窗口點(diǎn)擊仿真運(yùn)行按鈕 ，可以看到發(fā)光二極管已經(jīng)被點(diǎn)亮，如圖1-41所示。圖1-41中可以看到每個引腳都有紅色、藍(lán)色或灰色的小方塊，紅色表示引腳為高電平，藍(lán)色表示引腳為低電平，灰色表示高阻。

最后，我們可以將調(diào)試通過的程序下載到實(shí)驗(yàn)板上觀察效果，實(shí)驗(yàn)板上的單片機(jī)為STC89C52，可直接使用STC-ISP下載軟件將程序燒些到單片機(jī)上。圖1-41

Proteus中仿真運(yùn)行后的效果

STC-ISP軟件的打開界面如圖1-42所示。按照界面中操作步驟，依次選擇單片機(jī)型號、打開HEX文件、選擇串口、點(diǎn)擊下載就可以將程序下載到單片機(jī)中。圖1-42

STCISP下載界面在圖1-32中看到點(diǎn)亮一個發(fā)光二極管的程序如下：

上述程序分析如下：

(1)“＃include"AT89X51.h"”語句是頭文件包含，包含這個頭文件的目的是在后面編寫程序時，可以直接對單片機(jī)內(nèi)部的特殊功能寄存器操作，因?yàn)檫@個頭文件中已經(jīng)對51單片機(jī)內(nèi)部的特殊功能寄存器進(jìn)行了聲明?！癆T89X51.h”頭文件的內(nèi)容如下。頭文件中“sfrP0=0x80；”語句的含義是賦予地址為0x80的特殊功能寄存器單元一個符號名稱叫“P0”，這樣在寫程序時，就可以直接使用“P0”了。比如：在點(diǎn)亮一個發(fā)光二極管的程序中，寫成“P0=0x7f”，就表示將0x7f這個數(shù)據(jù)放入了地址為0x80的地址單元中。sfr并不是標(biāo)準(zhǔn)C語言的關(guān)鍵字，而是KeilC51為能直接訪問51單片機(jī)內(nèi)部的SFR而提供的一個新關(guān)鍵字。“sbitP0_0=0x80；”表示對P0.0引腳重新給一個符號名稱叫P0_0，有時候我們只想對I/O口中的某一位進(jìn)行操作時，比如要從P0.0位送出低電平，如果直接寫“P0.0=0”，則C編譯器是不能識別的，而且P0.0也不是一個合法的C語言變量名，所以需要起一個合法的名字，在頭文件中通過“sbit”來對特殊功能寄存器中的位進(jìn)行聲明?！皊bit”也是KeilC51的關(guān)鍵字?！皊bit”的用法有三種：

第一種：sbit位變量名=變量位地址值。

第二種：sbit位變量名=SFR名稱^變量位地址值。

第三種：sbit位變量名=SFR地址值^變量位地址值。在這個頭文件中，使用第一種方法對位變量做了聲明，編程者也可以根據(jù)自己的意愿在程序中使用“sbit”對SFR中的位重新聲明，即重新起個名字，那么在程序中就可以用這個新名字了。

我們在程序的第二行，使用了“sbitled=P1^7；”相當(dāng)于給P1.7位重新起名為“l(fā)ed”，這里的名稱只要符合C語言標(biāo)識符的規(guī)定就行。此處需要注意的是，P1不可隨意寫，“P”是大寫，若寫成小寫“p”，編譯程序時將報(bào)錯，因?yàn)樵陬^文件中聲明P1口時用的是大寫“P”。對單片機(jī)編寫程序，離不開對內(nèi)部特殊功能寄存器的操作，所以每次在寫程序之前，首先將關(guān)于對特殊功能寄存器聲明的頭文件包含進(jìn)來。KeilC51中自帶的頭文件還有“reg52.h”、“reg51.h”等?？梢栽贙eil安裝路徑下“INC”文件夾里打開查看。

(2)在主函數(shù)中，“l(fā)ed=0；”語句的含義是置P1.7引腳為低電平，數(shù)字電路中，“1”表示高電平，“0”表示低電平，程序中之所以將P1.7引腳置低，是因?yàn)橛布娐分形覀儗l(fā)光二極管的陽極接+5V電源，而陰極與P1.7端相連，所以當(dāng)P1.7端輸出低電平時會使發(fā)光二極管導(dǎo)通，進(jìn)而點(diǎn)亮發(fā)光二極管。

(3)“while(1)”語句是讓CPU一直執(zhí)行這個無限循環(huán)，其實(shí)目的是讓程序計(jì)數(shù)器PC的值不再增加。由于單片機(jī)上電后，只要晶振工作，單片機(jī)就會持續(xù)運(yùn)行，每來一個機(jī)器周期，程序計(jì)數(shù)器就會自動加1，在本任務(wù)的程序中，只做了點(diǎn)亮發(fā)光二極管的工作，所以我們加“while(1)”相當(dāng)于讓CPU處于等待狀態(tài)。

到這里，點(diǎn)亮一個發(fā)光二極管的任務(wù)就完成了，我們可以感覺到，僅僅幾行的程序，簡單的硬件原理圖，卻包含了單片機(jī)應(yīng)用中很多基礎(chǔ)知識。

如果想讓剛才的發(fā)光二極管閃爍，則可以在點(diǎn)亮之后，添加一個有限循環(huán)的語句(作用是延時)，之后再關(guān)掉發(fā)光二極管，再延時，只要讓程序不斷地在點(diǎn)亮→延時→熄滅→延時之間執(zhí)行就可以了。在上面程序中，for循環(huán)的循環(huán)體語句為空，變量i從0增加到20000就退出循環(huán)，這樣就可以起到延時的效果。采用循環(huán)延時的延時時間不能做到非常精確，如果需要精確延時就要用單片機(jī)內(nèi)部定時/計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。

循環(huán)延時時間的長短可以在KeilC51的調(diào)試狀態(tài)下分析。點(diǎn)擊“Debug”菜單，選中“Insert/RemoveBreakPoint”子菜單或點(diǎn)擊圖標(biāo)，在上面程序中第一個for循環(huán)的位置添加一個斷點(diǎn)(斷點(diǎn)表示程序執(zhí)行到這一行時會停止，需要點(diǎn)擊“運(yùn)行”圖標(biāo)才會繼續(xù)執(zhí)行下去)，在“l(fā)ed=1；”這一行也添加一個斷點(diǎn)，當(dāng)對某一行添加斷點(diǎn)之后，在這行前面會出現(xiàn)一個紅色的小方塊，如圖1-43所示。圖1-43添加斷點(diǎn)測試程序運(yùn)行時間圖1-43中黃色箭頭停在中間的方塊上，是因?yàn)辄c(diǎn)擊了“全速運(yùn)行”之后，程序執(zhí)行到斷點(diǎn)處停了下來，這時我們可以看到寄存器窗口sec里的值和窗口下方t1的值為0.00042318s，表示從程序開始到斷點(diǎn)位置(斷點(diǎn)處語句未執(zhí)行)花掉了0.42318ms，再次點(diǎn)擊“全速運(yùn)行”，黃色箭頭下移一行，停在下一個斷點(diǎn)處，如圖1-44所示，sec的值變?yōu)?.10908963s，這兩個數(shù)據(jù)的差值就是for循環(huán)花掉的時間，約為108ms。程序編輯區(qū)的綠色長條表示已經(jīng)執(zhí)行過的程序。圖1-44測試循環(huán)執(zhí)行時間1.3.2任務(wù)2——單片機(jī)控制多個LED燈

1.任務(wù)要求和分析

1)任務(wù)要求

利用單片機(jī)I/O口控制八只發(fā)光二極管，使其按照一定的規(guī)律點(diǎn)亮，形成流水燈的效果。

2)任務(wù)分析

硬件電路設(shè)計(jì)方面，只需要增加發(fā)光二極管的個數(shù)就可以了，每只二極管占用一根I/O引線。

軟件程序設(shè)計(jì)方面，由于有八只發(fā)光二極管需要控制，考慮使用循環(huán)實(shí)現(xiàn)。

2.器件及設(shè)備選擇

由于用到的發(fā)光二極管較多，每個發(fā)光二極管都需要限流電阻，硬件電路會顯得比較復(fù)雜，所以我們這里使用了排阻。排阻就是若干個參數(shù)完全相同的電阻，它們的一個引腳都連接到一起，作為公共引腳，其余引腳正常引出。所以如果一個排阻是由n個電阻構(gòu)成的，那么它就有n+1只引腳，一般來說，最左邊的那個是公共引腳。它在排阻上一般用一個色點(diǎn)標(biāo)出來，排阻的實(shí)物封裝如圖1-45所示。排阻一般應(yīng)用在數(shù)字電路上，比如作為某個并行口的上拉或者下拉電阻用。使用排阻比用若干只固定電阻更方便。圖1-45排阻封裝另外，可以給單片機(jī)I/O口接鎖存器，增加單片機(jī)可以控制的外圍電路。與本書配套的實(shí)驗(yàn)板上，由于單片機(jī)的外圍電路較多，所以使用了鎖存器。

所謂鎖存器，就是當(dāng)鎖存信號有效時,輸出端的狀態(tài)會跟隨輸入端狀態(tài)的變化而變化，當(dāng)鎖存信號無效時，輸出端的狀態(tài)會保持鎖存信號消失前一時刻的狀態(tài)，不再跟隨輸入端的狀態(tài)而變化。圖1-46為74HC573的引腳分布圖，其功能表如表1-6所示。圖1-46

74HC573引腳圖表1-6

74HC573功能表

3.任務(wù)實(shí)施

1)單片機(jī)控制多個LED燈硬件原理圖設(shè)計(jì)

在任務(wù)1的基礎(chǔ)上，我們在P1口其余位再添加發(fā)光二極管，與教材配套的實(shí)驗(yàn)板上的原理圖如圖1-47所示。圖1-47單片機(jī)控制多個發(fā)光二極管硬件原理圖

2)單片機(jī)控制多個LED燈軟件程序設(shè)計(jì)

在這個任務(wù)中，我們通過程序控制，讓八個LED燈依次逐個點(diǎn)亮，感覺像流水一樣，所以叫做流水燈。在寫程序之前，首先要有構(gòu)思，先讓第一個LED燈點(diǎn)亮一段時間之后，再熄滅；接著讓第二個LED燈點(diǎn)亮一段時間之后再熄滅，依次類推，就可以實(shí)現(xiàn)流水燈的效果。完成之后的程序如下：程序分析：

(1)由于這里我們要控制八個LED燈，如果像任務(wù)1中一樣，對P1口每一位聲明之后，逐位去控制LED燈，那程序會顯得非常復(fù)雜。當(dāng)需要對某個I/O口的八位一起操作時，一般采用整體操作的方式，即總線的方式。在while(1)循環(huán)中,首先對變量recy賦值為0x01，由于要點(diǎn)亮八個LED燈，所以使用了一個for循環(huán)，循環(huán)執(zhí)行八次，就可以依次點(diǎn)亮八個LED燈?！癙1=～recy；”語句是將變量recy按位取反之后從P1口送出去，符號“～”是位運(yùn)算符，表示按位取反，recy的起始值為0x01(00000001B)，按位取反后變?yōu)?xfe(11111110B)，這樣相當(dāng)于置P1.0位為低電平，其余位為高電平，這就點(diǎn)亮了第一個LED燈。延時是讓剛剛點(diǎn)亮的燈亮一段時間。

(2)“recy=recy<<1；”語句表示將變量recy的值左移一位，“<<”是左移運(yùn)算符，當(dāng)需要對某個變量進(jìn)行移位運(yùn)算時，“<<”運(yùn)算符左側(cè)是需要移位的變量，右側(cè)寫上數(shù)字表示移幾位。程序?qū)ecy左移一位之后,變?yōu)?x02(00000010B)；在for循環(huán)的第二次再將這個移位之后的值按位取反從P1口送出，這樣也就點(diǎn)亮了第二個LED燈，同時剛才點(diǎn)亮的第一個LED燈熄滅。如此，for循環(huán)八次，就可以逐個點(diǎn)亮LED燈了。退出for循環(huán)之后，由于程序處于while(1)的大循環(huán)中，再次為recy賦起始值，開始下一輪點(diǎn)亮LED燈。位運(yùn)算符如表1-7所示。表1-7位運(yùn)算符

3)軟硬件聯(lián)合調(diào)試

本任務(wù)調(diào)試中，主要是軟件程序的調(diào)試，可以分步調(diào)試，即先調(diào)試第一種點(diǎn)亮方式，通過之后，再調(diào)試第二種點(diǎn)亮方式。這個過程，可以在Keil的調(diào)試功能下查看I/O口的狀態(tài)，也可以直接將HEX文件加到Proteus軟件下觀察硬件電路的狀態(tài)。

1.4項(xiàng)目拓展

1.4.1改變流水燈花式和點(diǎn)亮頻率

在任務(wù)2中設(shè)計(jì)的流水燈為八個LED按一個方向循環(huán)點(diǎn)亮，我們可以通過編程控制LED燈，使它以我們想要的各種方式點(diǎn)亮，而且LED燈點(diǎn)亮頻率可以通過改變延時時間來實(shí)現(xiàn)。下面的程序?yàn)閱纹瑱C(jī)控制八個發(fā)光二極管并使其以1s的時間間隔以各種形式循環(huán)點(diǎn)亮的例程：程序分析：

這個程序中，根據(jù)LED燈點(diǎn)亮的方式，將需要送向P1口的數(shù)據(jù)預(yù)先存放到數(shù)組中，程序運(yùn)行中，只要按照順序?qū)⑦@些數(shù)組元素送向P1口，就可以實(shí)現(xiàn)不同花式的流水燈。數(shù)組定義時寫“code”的含義是告訴單片機(jī)，定義的數(shù)組要放在ROM(程序存儲區(qū))里面，寫入后就不能再更改。程序可以簡單的分為code(程序)區(qū)和data