单片机应用技术C语言任务1-开关控制指示灯课件

任务任务1 开关控制指示灯开关控制指示灯1.1 工作任务工作任务1.1.1 硬件电路及工作原理硬件电路及工作原理1.1.2 控制程序控制程序 1.1.3 单片机的开发系统单片机的开发系统 1.1.4 任务分析与总结任务分析与总结 1.2 相关知识链接相关知识链接1.2.1 计算机概述计算机概述1.2.2 单片机的发展过程与应用领域单片机的发展过程与应用领域1.2.3 MCS-51系列单片机结构和引脚功能系列单片机结构和引脚功能1.2.4 MCS-51内部存储器内部存储器 1.2.5 MCS-51系列单片机的系列单片机的I/O口结构与操作口结构与操作 1.2.6 MCS-51系列单片机的时序和复位电路系列单片机的时序和复位电路 1.2.7数制与编码数制与编码*单片机应用技术课件制作组任务1 开关控制指示灯1.1 工作任务1.1.1 硬件电1.1 工作任务工作任务表表1-1 开关控制指示灯的工作任务要点开关控制指示灯的工作任务要点*单片机应用技术课件制作组1.1 工作任务表1-1 开关控制指示灯的工作任务要点1.1.1 硬件电路及工作原理硬件电路及工作原理 1.硬件电路硬件电路电路为电路为8051单片机与开单片机与开关、关、LED发发光二极光二极 管的管的接口电路。接口电路。*单片机应用技术课件制作组1.1.1 硬件电路及工作原理 1.硬件电路电路为8051单1.1.1 硬件电路及工作原理硬件电路及工作原理 2.工作原理工作原理P1口的口的P1.4P1.7作为数作为数据输入口，接据输入口，接到输入开关到输入开关S1S4;P1.0 P1.3作为输出口，作为输出口，接发光二极管接发光二极管D1D4。*单片机应用技术课件制作组1.1.1 硬件电路及工作原理 2.工作原理P1口的P1.41.1.1 硬件电路及工作原理硬件电路及工作原理 2.工作原理工作原理当开关按下，当开关按下，对应的输入位对应的输入位电平由电平由“0”变为变为“1”，通过编写程序通过编写程序可以控制当开可以控制当开关关S1S4按下按下时对应的指示时对应的指示灯灯D1D4亮亮。*单片机应用技术课件制作组1.1.1 硬件电路及工作原理 2.工作原理当开关按下，对应1.1.1 硬件电路及工作原理硬件电路及工作原理 2.工作原理工作原理四个二极管四个二极管接成共阴极，接成共阴极，当当S1按下时，按下时，只要将只要将P1.4的的状态送给状态送给P1.0，则，则P1.0输出输出逻辑逻辑“1”点点亮发光二极管亮发光二极管D1，反之输出，反之输出“0”时发光时发光二极管熄灭。二极管熄灭。*单片机应用技术课件制作组1.1.1 硬件电路及工作原理 2.工作原理四个二极管接成共1.1.2 控制程序控制程序 参考源程序如下参考源程序如下:#include /包含包含51单片机的寄存器符单片机的寄存器符 号定义的头文件号定义的头文件reg51.h#define uint unsigned int sbit D1=P10；/定义位变量定义位变量 sbit D2=P11;sbit D3=P12;sbit D4=P13;sbit S1=P14;sbit S2=P15;sbit S3=P16;sbit S4=P17;void Delay(uint x)/延时程序延时程序 uchar i;/定义循环变量定义循环变量 while(x-)for(i=0;i120;i+);*单片机应用技术课件制作组1.1.2 控制程序 参考源程序如下:*单片机应用技术1.1.2 控制程序控制程序/主程序主程序void main(void)P1=0 xf0;/使使P1.4P1.7置为输入口置为输入口 while(1)D1=S1;/取开关状态，开关按下对应的灯点亮取开关状态，开关按下对应的灯点亮 D2=S2;D3=S3;D4=S4;Delay(10);*单片机应用技术课件制作组1.1.2 控制程序/主程序*单片机应用技术课件制作单片机系统的工作过程实质上即是执行用户单片机系统的工作过程实质上即是执行用户程序的过程，程序编译成功后就可以执行程程序的过程，程序编译成功后就可以执行程序实现预期控制目标。在硬件电路不变的情序实现预期控制目标。在硬件电路不变的情况下，用户可以根据任务要求编写出不同的况下，用户可以根据任务要求编写出不同的控制程序。如图控制程序。如图1-1，可以用，可以用4个开关的不同个开关的不同组合控制组合控制4个二极管的不同亮灭形式。个二极管的不同亮灭形式。1.1.2 控制程序控制程序 试编程实现：每次按下试编程实现：每次按下K1时递增点亮一只时递增点亮一只LED，全亮时再次按下则再次循环开始，全亮时再次按下则再次循环开始，K2按下后点亮上面按下后点亮上面2只只LED，K3按下后点亮下按下后点亮下面面2只只LED，K4按下后关闭所有按下后关闭所有LED。*单片机应用技术课件制作组单片机系统的工作过程实质上即是执行用户程序的过程，程序编译成1.1.3 单片机开发系统单片机开发系统 n单片机开发系统的基本组成图单片机开发系统的基本组成图图图1-2 单片机开发系统的基本组成单片机开发系统的基本组成作用：完成程序的编写、编译、软件和硬件的作用：完成程序的编写、编译、软件和硬件的调试等。调试等。*单片机应用技术课件制作组1.1.3 单片机开发系统 单片机开发系统的基本组成图图1 1.Keil C51软件的使用软件的使用 1.1.3 单片机开发系统单片机开发系统 使用使用C语言能获得极高的程序编写效率，缩语言能获得极高的程序编写效率，缩短工程开发周期。但是短工程开发周期。但是C语言是面向过程的语言是面向过程的高级语言，它对硬件透明，而硬件只能执行高级语言，它对硬件透明，而硬件只能执行机器码，为此，需要将机器码，为此，需要将C语言所描述的对象语言所描述的对象语句转换成机器码。语句转换成机器码。首先首先C语言要转换成模块文件，通过连接器语言要转换成模块文件，通过连接器与其他模块文件连接之后，编译成与硬件对与其他模块文件连接之后，编译成与硬件对应的汇编语言，再通过汇编编译器转换成对应的汇编语言，再通过汇编编译器转换成对应的机器码，被应的机器码，被CPU执行。执行。*单片机应用技术课件制作组1.Keil C51软件的使用 1.1.3 单片机开发系统u完成完成C语言到机器码转换需要使用编译器自语言到机器码转换需要使用编译器自动完成，动完成，Keil C51 Vision3是众多单片机应是众多单片机应用开发软件中优秀的软件之一，它支持众多用开发软件中优秀的软件之一，它支持众多不同公司的不同公司的MCS51核的芯片，它集源程核的芯片，它集源程序编辑、编译、仿真等于一体，同时还支持序编辑、编译、仿真等于一体，同时还支持PLM、汇编和、汇编和C语言的程序输入。语言的程序输入。1.1.3 单片机开发系统单片机开发系统 1.Keil C51软件的使用软件的使用*单片机应用技术课件制作组完成C语言到机器码转换需要使用编译器自动完成，Keil C5（1）新建一个工程）新建一个工程启动启动Vision3仿仿真软件，进入图真软件，进入图1-3所示界面。所示界面。点击菜单栏中的点击菜单栏中的【文件】菜单中【文件】菜单中的【新建项目】，的【新建项目】，在弹出的窗口中在弹出的窗口中写好项目名：写好项目名：Task1，并选择，并选择好保存路径。好保存路径。图图1-3 Vision3环境窗口环境窗口 1.Keil C51软件的使用软件的使用*单片机应用技术课件制作组（1）新建一个工程启动Vision3仿真软件，进入图1-3（1）新建一个工程）新建一个工程同时自动弹同时自动弹出如图出如图1-4所所示的设备选示的设备选择窗口，选择窗口，选取取CPU的类的类型，如厂家型，如厂家Atmel中的中的AT89C51。图图1-4 设备选择对话框设备选择对话框 1.Keil C51软件的使用软件的使用*单片机应用技术课件制作组（1）新建一个工程同时自动弹出如图1-4所示的设备选择窗口，（2）新建源文件）新建源文件在【文件】菜单中选择【新建文件】任务，新在【文件】菜单中选择【新建文件】任务，新建一个源文件。在源文件中输入任务建一个源文件。在源文件中输入任务1的程序，的程序，保存文件为保存文件为“Task1.c”，其中的，其中的“.c”为文件为文件的扩展名，若为汇编语言源程序，扩展名为的扩展名，若为汇编语言源程序，扩展名为“.asm”。也可以打开一个已经存在的。也可以打开一个已经存在的C语言语言源程序文件。源程序文件。（3）对工程对工程Task1进行设置进行设置点击点击“目标目标1”前的前的“+”，在展开的内容，在展开的内容“源代码组源代码组1”上右击，出现如图上右击，出现如图1-5所示的菜单。所示的菜单。添加文件到目标组添加文件到目标组1.Keil C51软件的使用软件的使用*单片机应用技术课件制作组（2）新建源文件在【文件】菜单中选择【新建文件】任务，新建一图图1-5 将文件添加到目标组中将文件添加到目标组中11.Keil C51软件的使用软件的使用*单片机应用技术课件制作组图1-5 将文件添加到目标组中11.Keil C51软件的图图1-6 选择要添加的文件选择要添加的文件选择选择“增加文件到组增加文件到组源代码组源代码组1”项，在弹出如项，在弹出如图图1-6所示的对话框，选择要填加的文件如所示的对话框，选择要填加的文件如“Task1.c”到目标组中。到目标组中。1.Keil C51软件的使用软件的使用*单片机应用技术课件制作组图1-6 选择要添加的文件选择“增加文件到组源代码组1”（3）对工程对工程Task1进行设置进行设置用右键单击用右键单击“目标目标1”或单击图标，获取目标或单击图标，获取目标1的选项的选项对话框，如图对话框，如图1-7所示，目标选项设置包括了所示，目标选项设置包括了设备、设备、项目、输出等项目、输出等11项选项卡。项选项卡。在在“项目项目”选项卡里选项卡里AT89C51单片机默认的时钟频率为单片机默认的时钟频率为24MHz，由图，由图1-1可知，此处设置成可知，此处设置成6MHz。若使用片内。若使用片内ROM，则要，则要选中图中的使用片内选中图中的使用片内ROM，其余保留默认设置。，其余保留默认设置。目标选项目标选项 1.Keil C51软件的使用软件的使用*单片机应用技术课件制作组（3）对工程Task1进行设置用右键单击“目标1”或单击图图图1-7 设置设置“目标目标”选项卡选项卡1.Keil C51软件的使用软件的使用*单片机应用技术课件制作组图1-7 设置“目标”选项卡1.Keil C51软件的使用选中选中“输输出出”选项选项卡，如图卡，如图1-8所示，所示，选择选择“产产生生HEX文件文件”选选项，项，这样这样才会产生才会产生十六进制十六进制文件。文件。图图1-8 设置设置“输出输出”选项卡选项卡 1.Keil C51软件的使用软件的使用*单片机应用技术课件制作组选中“输出”选项卡，如图1-8所示，选择“产生HEX文件”选编译程序编译程序（4）编译、仿真调试运行程序）编译、仿真调试运行程序“0个错误，个错误，0个警告个警告”表示编译连表示编译连接成功，可接成功，可以对程序进以对程序进行仿真和调行仿真和调试了。试了。1.Keil C51软件的使用软件的使用 图图1-9 程序的编译与连接程序的编译与连接单击按钮单击按钮 即可进行编即可进行编译与连接，译与连接，编译与连接编译与连接过程如图过程如图1-9所示。所示。*单片机应用技术课件制作组编译程序（4）编译、仿真调试运行程序“0个错误，0个警告编译程序编译程序（4）编译、仿真调试运行程序）编译、仿真调试运行程序1.Keil C51软件的使用软件的使用 图图1-9 程序的编译与连接程序的编译与连接编译当前文编译当前文件，即只编件，即只编译被激活窗译被激活窗口中的源程口中的源程序。序。创建目标，创建目标，即只编译和即只编译和连接在项目连接在项目窗口中修改窗口中修改过的源程序，过的源程序，再和已被编再和已被编译过的文件译过的文件进行连接处进行连接处理，用于多理，用于多种源程序的种源程序的情况。情况。重建所有目重建所有目标文件，即标文件，即编译和连接编译和连接项目里登录项目里登录的所有源程的所有源程序文件。序文件。*单片机应用技术课件制作组编译程序（4）编译、仿真调试运行程序1.Keil C5仿真调试仿真调试（4）编译、仿真调试运行程序）编译、仿真调试运行程序1.Keil C51软件的使用软件的使用 图图1-10 任务任务1仿真结果仿真结果 单击按钮图单击按钮图标标 即可仿即可仿真运行程序。真运行程序。程序完成的程序完成的是任务是任务1中中的用的用P1口的口的低低4四的开四的开头状态控制头状态控制其高其高4位的位的二极管的亮二极管的亮灭。灭。点击菜单栏中的点击菜单栏中的【外围设备】下【外围设备】下的的“I/O-Ports”中的中的Port 1，即，即打开打开P1口，如图口，如图1-10所示。当模所示。当模拟拟P1.5和和P1.6的的开关被按下，则开关被按下，则P1.2和和P1.1输出输出口为口为“1”，对，对应的硬件电路中应的硬件电路中的二极管点亮。的二极管点亮。*单片机应用技术课件制作组仿真调试（4）编译、仿真调试运行程序1.Keil C52.伟福单片机仿真实验系统伟福单片机仿真实验系统仿真实验系统组成仿真实验系统组成 由仿真器、实验箱、伟福仿真软件和开关电源构成。由仿真器、实验箱、伟福仿真软件和开关电源构成。（1）特点）特点 主机主机+仿真头的组合仿真头的组合；双平台双平台:操作系统具有操作系统具有DOS版本和版本和WINDOWS版本；版本；双工作模式双工作模式:即软件模拟仿真（不需要仿真器也能即软件模拟仿真（不需要仿真器也能模拟仿真）和硬件仿真；模拟仿真）和硬件仿真；双双CPU结构，结构，100%不占用户资源不占用户资源；双集成环境双集成环境:编辑、编译、下载、调试全部集中在编辑、编译、下载、调试全部集中在一个环境下一个环境下；强大的逻辑分析仪综合调试功能强大的逻辑分析仪综合调试功能；强大的追踪器功能强大的追踪器功能。1.1.3 单片机开发系统单片机开发系统*单片机应用技术课件制作组2.伟福单片机仿真实验系统仿真实验系统组成 （1）特点 2.伟福单片机仿真实验系统伟福单片机仿真实验系统（2）实验箱）实验箱 8段数码管段数码管键盘键盘 88LED点阵点阵液晶显示屏液晶显示屏 开关组开关组 仿真板仿真板直流电机直流电机步进电机步进电机扩展总线扩展总线模拟给定模拟给定电源电源 晶体震荡源晶体震荡源 压力传感器压力传感器 指示灯指示灯*单片机应用技术课件制作组2.伟福单片机仿真实验系统（2）实验箱 8段数码管键盘 8（3）开发环境的使用）开发环境的使用建立新文件建立新文件启动伟福集成调试软件启动伟福集成调试软件WAVE 6000，进入集成环境界，进入集成环境界面进入集成环境界面，如图面进入集成环境界面，如图1-12所示所示，选择菜单【文件，选择菜单【文件|新建文件】功能，或单击快捷工具栏中的新建文件】功能，或单击快捷工具栏中的“新建文件新建文件”按按钮钮，出现一个文件名为，出现一个文件名为“NONAME1”的源程序窗口，在的源程序窗口，在此窗口中输入此窗口中输入1.1.2节的控制程序。节的控制程序。2.伟福单片机仿真实验系统伟福单片机仿真实验系统*单片机应用技术课件制作组（3）开发环境的使用建立新文件2.伟福单片机仿真实验系统*（3）开发环境的使用）开发环境的使用 单击快捷工具栏中的单击快捷工具栏中的“保存文件保存文件”按钮，在弹出的按钮，在弹出的“保存文件保存文件”对话框中选择保存源文件的文件夹，如图对话框中选择保存源文件的文件夹，如图1-13所示，并给出文件名所示，并给出文件名“TASK1.C”，单击【保存】，单击【保存】按钮保存文件。文件保存后，源程序窗口上文件名变按钮保存文件。文件保存后，源程序窗口上文件名变成了成了“TASK1.C”。2.伟福单片机仿真实验系统伟福单片机仿真实验系统*单片机应用技术课件制作组（3）开发环境的使用 单击快捷工具栏中的“保存文件”选择菜单【文件选择菜单【文件|新建项目】功能：新建项目】功能：加入模块文件加入模块文件（3）开发环境的使用）开发环境的使用新建一个新建一个WAVE项目文件，加入刚才所建的项目文件，加入刚才所建的.C文件文件 2.伟福单片机仿真实验系统伟福单片机仿真实验系统在在“加入模块文件加入模块文件”对话框中选择刚才保存的文件对话框中选择刚才保存的文件“TASK1.C”，单击【打开】按钮，如图，单击【打开】按钮，如图1-14所示所示。*单片机应用技术课件制作组选择菜单【文件|新建项目】功能：（3）开发环境的使用新建一加入包含文件加入包含文件（3）开发环境的使用）开发环境的使用新建一个新建一个WAVE项目文件，加入刚才所建的项目文件，加入刚才所建的.C文件文件 2.伟福单片机仿真实验系统伟福单片机仿真实验系统在在“加入包含文件加入包含文件”对话框中，选择所要加入的包对话框中，选择所要加入的包含文件（可多选）。包含文件通常用于多模块或高含文件（可多选）。包含文件通常用于多模块或高级语言编程中，若没有包含文件单击【取消】按钮，级语言编程中，若没有包含文件单击【取消】按钮，如图如图1-15 所示。所示。*单片机应用技术课件制作组加入包含文件（3）开发环境的使用新建一个WAVE项目文件，保存项目保存项目（3）开发环境的使用）开发环境的使用新建一个新建一个WAVE项目文件，加入刚才所建的项目文件，加入刚才所建的.C文件文件 2.伟福单片机仿真实验系统伟福单片机仿真实验系统在在“保存项目保存项目”对话框中输入项目名对话框中输入项目名“TASK1”，无，无须加后缀。软件会自动将后缀设成须加后缀。软件会自动将后缀设成“.PRJ”。单击【。单击【保存】按钮，将项目保存在与源程序相同的文件夹下，保存】按钮，将项目保存在与源程序相同的文件夹下，如图如图1-16所示。所示。*单片机应用技术课件制作组保存项目（3）开发环境的使用新建一个WAVE项目文件，加入（3）开发环境的使用）开发环境的使用设置仿真器设置仿真器2.伟福单片机仿真实验系统伟福单片机仿真实验系统单击快捷工具栏中的单击快捷工具栏中的“仿真器设置仿真器设置”按钮按钮 或双击或双击项目窗口的第一行来打开项目窗口的第一行来打开“仿真器设置仿真器设置”对话框，如对话框，如图图1-17所示所示。对仿真器和仿真语言进行设置。对仿真器和仿真语言进行设置。（a）仿真器设置 （b）仿真语言设置*单片机应用技术课件制作组（3）开发环境的使用设置仿真器2.伟福单片机仿真实验系统单（3）开发环境的使用）开发环境的使用编译程序编译程序2.伟福单片机仿真实验系统伟福单片机仿真实验系统单击快捷工具栏中的单击快捷工具栏中的“编译编译”按钮按钮 或或F9键，编译键，编译项目。在编译过程中，如果有错可以在信息窗口中显项目。在编译过程中，如果有错可以在信息窗口中显示出来，双击错误信息，可以在源程序中定位错误所示出来，双击错误信息，可以在源程序中定位错误所在行。纠正错误后，再继续编译直到没有错误。在编在行。纠正错误后，再继续编译直到没有错误。在编译之前，软件会自动将项目和程序存盘，如图译之前，软件会自动将项目和程序存盘，如图1-18所所示。示。图图1-18 编译程序编译程序*单片机应用技术课件制作组（3）开发环境的使用编译程序2.伟福单片机仿真实验系统单击（3）开发环境的使用）开发环境的使用调试程序调试程序2.伟福单片机仿真实验系统伟福单片机仿真实验系统在编译没有错误后调试程序。调试程序分为全速执行、在编译没有错误后调试程序。调试程序分为全速执行、单步、跟踪、执行到光标处等方单步、跟踪、执行到光标处等方 式运行程序。式运行程序。由于条件编译或高级语言优化的原因，不是所有的源由于条件编译或高级语言优化的原因，不是所有的源程序都能产生机器指令。源程序窗口最左边的代表此程序都能产生机器指令。源程序窗口最左边的代表此行为有效程序，此行产生了可以执行的机器指令，如行为有效程序，此行产生了可以执行的机器指令，如图图1-19所示。所示。*单片机应用技术课件制作组（3）开发环境的使用调试程序2.伟福单片机仿真实验系统在编调试程序调试程序仿真结果：仿真结果：将将P1口的高口的高四位的输入四位的输入状态送给低状态送给低四位输出，四位输出，控制发光二控制发光二极管的亮、极管的亮、灭显示。通灭显示。通过软件模拟过软件模拟仿真方式可仿真方式可以看到以看到P1口口的位状态的的位状态的变化。变化。*单片机应用技术课件制作组调试程序仿真结果：将P1口的高四位的输入状态送给低四位输出（3）开发环境的使用）开发环境的使用硬件仿真硬件仿真2.伟福单片机仿真实验系统伟福单片机仿真实验系统如图如图1-2所示，先将仿真器通过串行电缆连接到计算所示，先将仿真器通过串行电缆连接到计算机上，再将仿真头接到仿真器，检查接线是否有误，机上，再将仿真头接到仿真器，检查接线是否有误，确认无误后，接上电源，打开仿真器和实验箱的电源确认无误后，接上电源，打开仿真器和实验箱的电源开关。开关。参见第（参见第（4）步）步“设置仿真器设置仿真器”，打开，打开“仿真器设置仿真器设置”对话框，在对话框，在“通信设置通信设置”选项卡的下方有选项卡的下方有“使用伟使用伟福软件模拟器福软件模拟器”的选择项，将其前面复选框内的钩去的选择项，将其前面复选框内的钩去掉，选择正确的串行口，单击【好】按钮确认。如果掉，选择正确的串行口，单击【好】按钮确认。如果仿真器和仿真头设置正确，并且硬件连接没有错误，仿真器和仿真头设置正确，并且硬件连接没有错误，就会出现就会出现“硬件仿真硬件仿真”对话框，并显示仿真器、仿真对话框，并显示仿真器、仿真头的型号及仿真器的序列号，表明仿真器初始化正确。头的型号及仿真器的序列号，表明仿真器初始化正确。*单片机应用技术课件制作组（3）开发环境的使用硬件仿真2.伟福单片机仿真实验系统如图（3）开发环境的使用）开发环境的使用硬件仿真硬件仿真2.伟福单片机仿真实验系统伟福单片机仿真实验系统如果仿真器初始化过程中有误，软件就会再次出现如果仿真器初始化过程中有误，软件就会再次出现“硬件仿真硬件仿真”对话框，如图对话框，如图1-20所示，这时应检查仿真所示，这时应检查仿真器、仿真头的选择是否有误，硬件接线是否有误，各器、仿真头的选择是否有误，硬件接线是否有误，各电源是否打开等，检查纠正错误后，再次确认，直至电源是否打开等，检查纠正错误后，再次确认，直至仿真器初始化正确。仿真器初始化正确。图图1-20 仿真器初始化有误仿真器初始化有误*单片机应用技术课件制作组（3）开发环境的使用硬件仿真2.伟福单片机仿真实验系统如果1.任务分析任务分析为了实现开关控制指示灯功能，首先要有硬件为了实现开关控制指示灯功能，首先要有硬件电路，由图电路，由图1-1可知，本任务的硬件电路由一个可知，本任务的硬件电路由一个8051单片机单片机、输入电路输入电路（开关等）、（开关等）、输出电路输出电路（发光二极管等）、（发光二极管等）、晶振电路晶振电路和和复位电路复位电路组成。组成。其中的核心器件是其中的核心器件是8051单片机，当向单片机里单片机，当向单片机里面输入了程序后，在控制程序、单片机内部电面输入了程序后，在控制程序、单片机内部电路及外部电路的协作下，单片机控制系统可以路及外部电路的协作下，单片机控制系统可以完成人们预期的功能和任务。完成人们预期的功能和任务。1.1.4 任务分析与总结任务分析与总结*单片机应用技术课件制作组1.任务分析为了实现开关控制指示灯功能，首先要有硬件电路，由2.任务结论任务结论（1）任务结果：实验箱中的）任务结果：实验箱中的4个发光二极管的个发光二极管的亮灭状态由亮灭状态由4个开关控制，哪个开关被按个开关控制，哪个开关被按 下，下，对应的指示灯亮。对应的指示灯亮。1.1.4 任务分析与总结任务分析与总结（2）指示灯和开关的状态是通过）指示灯和开关的状态是通过8051单片机单片机的的P1口及控制程序进行信息控制传递口及控制程序进行信息控制传递的。指示的。指示灯的状态随开关的状态如何变化是由灯的状态随开关的状态如何变化是由控制程序控制程序主导主导的。在硬件电路不变的情况下，修改程序的。在硬件电路不变的情况下，修改程序可以实现不同的控制功能。可以实现不同的控制功能。结论：结论：单片机控制系统由单片机控制系统由硬件电路和软件硬件电路和软件程序两部分组成程序两部分组成，通过程序完成对硬件电，通过程序完成对硬件电路的控制，两者缺一不可。路的控制，两者缺一不可。*单片机应用技术课件制作组2.任务结论（1）任务结果：实验箱中的4个发光二极管的亮灭状1946年年2月月15日，日，第一台电子数字计第一台电子数字计算机问世，标志着算机问世，标志着计算机时代的到来。计算机时代的到来。1.电子计算机的产生及发展电子计算机的产生及发展 1.2 1.2 相关知识链接相关知识链接ENIACENIAC奠奠定定了了电电子子计计算算机机的的发发展展基基础础，在在计计算算机机史史上上具具有有划时代的意义，标志着电子计算机时代的到来。划时代的意义，标志着电子计算机时代的到来。1.2.1 计算机概述计算机概述*单片机应用技术课件制作组1946年2月15日，第一台电子数字计算机问世，标志着计算机1.1.电子计算机的产生及发展电子计算机的产生及发展采用不同物理器件的发展历程电子管计算机晶体管计算机中小规模集成电路计算机大、超大规模集成电路计算机机器语言汇编语言高级语言软件（编程语言）发展计算机的发展计算机的发展1.2.1 计算机概述计算机概述*单片机应用技术课件制作组1.电子计算机的产生及发展采用不同物理器件的发展历程电子管计冯冯诺依曼诺依曼提出的提出的“二进制运算二进制运算”和和“程序存程序存储储”的思想，构建了计算机经典结构。的思想，构建了计算机经典结构。2.计算机的基本结构计算机的基本结构图图1-21 计算机的基本结构框图计算机的基本结构框图*单片机应用技术课件制作组冯诺依曼提出的“二进制运算”和“程序存储”的思想，构建了单片机定义：单片机定义：把把CPU和一定容量的和一定容量的存储器存储器、中断系统中断系统、一些、一些并并/串接口串接口电路及电路及定时定时/计数器计数器电电路集成在一块路集成在一块芯片芯片上。上。3.单片微型计算机单片微型计算机*单片机应用技术课件制作组单片机定义：把CPU和一定容量的存储器、中断系统、一些并/串单芯片微机形成阶段单芯片微机形成阶段 1.2.2 单片机的发展过程与应用领域单片机的发展过程与应用领域1.单片机的发展过程单片机的发展过程特点特点特点特点：体积小，价格低，存储器容量小，寻址：体积小，价格低，存储器容量小，寻址：体积小，价格低，存储器容量小，寻址：体积小，价格低，存储器容量小，寻址范围小（不大于范围小（不大于范围小（不大于范围小（不大于4K4K），无串行接口，指令系统），无串行接口，指令系统），无串行接口，指令系统），无串行接口，指令系统功能不强。功能不强。功能不强。功能不强。1976年，年，Intel公司推出了公司推出了MCS-48系列单片机系列单片机。8位位CPU、1K字节字节ROM、64字节字节RAM、27根根I/O线和线和1个个8位定时位定时/计数器计数器。*单片机应用技术课件制作组单芯片微机形成阶段 1.2.2 单片机的发展过程与应用领域1性能完善提高阶段性能完善提高阶段1.单片机的发展过程单片机的发展过程特点特点特点特点：虽然仍是：虽然仍是：虽然仍是：虽然仍是8 8位机，但其结构体系完善，性位机，但其结构体系完善，性位机，但其结构体系完善，性位机，但其结构体系完善，性能已大大提高，品种全、兼容性强、软硬件资能已大大提高，品种全、兼容性强、软硬件资能已大大提高，品种全、兼容性强、软硬件资能已大大提高，品种全、兼容性强、软硬件资源丰富、面向控制的特点进一步突出、性能价源丰富、面向控制的特点进一步突出、性能价源丰富、面向控制的特点进一步突出、性能价源丰富、面向控制的特点进一步突出、性能价格比高。现在，格比高。现在，格比高。现在，格比高。现在，MCS-51MCS-51已成为公认的单片机已成为公认的单片机已成为公认的单片机已成为公认的单片机经典机种经典机种经典机种经典机种 。1980年，年，Intel公司推出了公司推出了MCS-51系列单片机：系列单片机：8位位CPU、4K字节字节ROM、128字节字节RAM、4个个8位并口、位并口、1个全双工串行口、个全双工串行口、2个个16位定时位定时/计数计数器器。寻址范围。寻址范围64K，并有控制功能较强的，并有控制功能较强的布尔布尔处理器处理器。1.2.2 单片机的发展过程与应用领域单片机的发展过程与应用领域*单片机应用技术课件制作组性能完善提高阶段1.单片机的发展过程特点：虽然仍是8位机，微控制器化阶段微控制器化阶段特点特点特点特点：片内面向测控系统电路增强，使之可以片内面向测控系统电路增强，使之可以片内面向测控系统电路增强，使之可以片内面向测控系统电路增强，使之可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。“微控制器微控制器微控制器微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。的称谓更能反应单片机的本质。的称谓更能反应单片机的本质。的称谓更能反应单片机的本质。1983年，年，Intel推出推出MCS-96系列单片机。芯片内系列单片机。芯片内集成：集成：16位位CPU、8K字节字节ROM、232字节字节RAM、5个个8位并口、位并口、1个全双工串行口、个全双工串行口、2个个16位定时位定时/计数器计数器。寻址范围。寻址范围64K。片上还有。片上还有4路或路或8路路10位位ADC、1路路PWM输出及高速输出及高速I/O部件部件等。等。1.单片机的发展过程单片机的发展过程1.2.2 单片机的发展过程与应用领域单片机的发展过程与应用领域*单片机应用技术课件制作组微控制器化阶段特点：片内面向测控系统电路增强，使之可以方便灵微控制器的微控制器的CPU核仍以核仍以CISC为主，但向为主，但向RISC 演化演化。单片机发展趋势单片机发展趋势提升指令执行速度。提升指令执行速度。集成大容量片上集成大容量片上FLASH存储器，实现存储器，实现ISP、IAP。普遍使用混合信号（数字、模拟相混合）集成普遍使用混合信号（数字、模拟相混合）集成 技术。技术。增加可联网的外设接口。增加可联网的外设接口。追求低电压、低功耗、低价位、追求低电压、低功耗、低价位、LPG。1.单片机的发展过程单片机的发展过程1.2.2 单片机的发展过程与应用领域单片机的发展过程与应用领域*单片机应用技术课件制作组微控制器的CPU核仍以CISC为主，但向RISC单片机发展趋2.单片机的应用模式和应用领域单片机的应用模式和应用领域1.2.2 单片机的发展过程与应用领域单片机的发展过程与应用领域体积小，价格低，应用广。体积小，价格低，应用广。（1）单片机的特点）单片机的特点通用性、灵活性强，易扩展通用性、灵活性强，易扩展。可靠性高、抗干扰能力强可靠性高、抗干扰能力强。实时控制能力强实时控制能力强。微型计算机具有运算速度快、精度高、方便灵活、微型计算机具有运算速度快、精度高、方便灵活、适应范围广和可靠性高等特点。作为其分支的单适应范围广和可靠性高等特点。作为其分支的单片机，由于特殊的硬件结构和指令系统，还具有片机，由于特殊的硬件结构和指令系统，还具有以下突出特点。以下突出特点。*单片机应用技术课件制作组2.单片机的应用模式和应用领域1.2.2 单片机的发展过程1.2.2 单片机的发展过程与应用领域单片机的发展过程与应用领域工业方面：各种测控系统、数据采集系统、工业方面：各种测控系统、数据采集系统、工业机器人、机电一体化产品等。工业机器人、机电一体化产品等。（2）单片机的应用领域单片机的应用领域智能仪器仪表方面：如齿轮精度检验仪类的智能仪器仪表方面：如齿轮精度检验仪类的各种工业检验、测量仪器、医疗器械等。各种工业检验、测量仪器、医疗器械等。通信方面：调制解调器、程控交换技术。通信方面：调制解调器、程控交换技术。民用方面：全自动洗衣机、智能电饭锅、电话民用方面：全自动洗衣机、智能电饭锅、电话机、录像机、空调机和电子玩具等。机、录像机、空调机和电子玩具等。导弹与控制方面：导弹控制、鱼雷制导控制、导弹与控制方面：导弹控制、鱼雷制导控制、智能武器装备、航天飞机导航系统等。智能武器装备、航天飞机导航系统等。2.单片机的应用模式和应用领域单片机的应用模式和应用领域*单片机应用技术课件制作组1.2.2 单片机的发展过程与应用领域工业方面：各种测控系1.2.2 单片机的发展过程与应用领域单片机的发展过程与应用领域MCS-51系列单片机采用系列单片机采用HMOS（如（如8051）和）和CHMOS（如（如80C51）工艺。这两种单片机完全兼容。）工艺。这两种单片机完全兼容。（1）Intel公司的公司的MCS-51系列单片机系列单片机MCS-51系列单片机按片内系列单片机按片内有无程序存储器及程序存储有无程序存储器及程序存储器的形式器的形式分为三种基本产品：分为三种基本产品：8031、8051和和8751。它们。它们的引脚与指令系统完全兼容，但在内部结构及应用特性的引脚与指令系统完全兼容，但在内部结构及应用特性方面存在一些差异。方面存在一些差异。8031内部包括一个内部包括一个8位位的的CPU、128 KB的的RAM、21个个特殊功能寄存器、特殊功能寄存器、4个个8位位并行并行I/O口、口、1个个全双工的串行全双工的串行口、口、2个个16位位的定时的定时/计数器。但计数器。但无程序存储器无程序存储器，使用时，使用时需外扩需外扩EPROM芯片。芯片。3.MCS-51系列单片机简介系列单片机简介*单片机应用技术课件制作组1.2.2 单片机的发展过程与应用领域MCS-51系列单片机1.2.2 单片机的发展过程与应用领域单片机的发展过程与应用领域3.MCS-51系列单片机简介系列单片机简介8051是在是在8031的基础上，片内集成有的基础上，片内集成有4 KB的的ROM，ROM中的程序是由单片机芯片厂固化的，适合大批量的中的程序是由单片机芯片厂固化的，适合大批量的生产。生产。8751片内含有片内含有4 KB的的EPROM，单片机应用开发人员，单片机应用开发人员可以把编写好的程序用开发机或编程器写入其中，也可可以把编写好的程序用开发机或编程器写入其中，也可以反复修改程序。但其价格相对于以反复修改程序。但其价格相对于8031较贵。较贵。高档单片机主要包括：将原来的高档单片机主要包括：将原来的8031/8051/8751进行扩进行扩展为展为8032/8052/8752；低功耗；低功耗CHMOS工艺芯片工艺芯片80C31H/87C51/80C51BH；具有高级语言编程的芯片；具有高级语言编程的芯片8052H-BASIC；高性能的；高性能的8XCX52系列系列。*单片机应用技术课件制作组1.2.2 单片机的发展过程与应用领域3.MCS-51系列单1.2.2 单片机的发展过程与应用领域单片机的发展过程与应用领域3.MCS-51系列单片机简介系列单片机简介Atmel公司生产的公司生产的MCS-51系列单片机提供了系列单片机提供了丰富的丰富的外围接口外围接口和和专用的控制器专用的控制器，可用于特殊，可用于特殊用途。例如电用途。例如电压比较、压比较、USB控制、控制、MP3解码及解码及CAN控制控制等。此外，等。此外，Atmel公司还把公司还把ISP技术技术集成在集成在MCS-51系列单片机中，使用户能够方系列单片机中，使用户能够方便地便地改变程序代码改变程序代码，从而方便地进行系统调试。，从而方便地进行系统调试。Atmel公司还提供了各种产品的不同封装，以公司还提供了各种产品的不同封装，以方便用户进行选择。方便用户进行选择。（2）Atmel公司的公司的MCS-51系列单片机系列单片机*单片机应用技术课件制作组1.2.2 单片机的发展过程与应用领域3.MCS-51系列单1.2.2 单片机的发展过程与应用领域单片机的发展过程与应用领域3.MCS-51系列单片机简介系列单片机简介表表1-2 AT89系列单片机常用产品特性一览表系列单片机常用产品特性一览表*单片机应用技术课件制作组1.2.2 单片机的发展过程与应用领域3.MCS-51系列单 MCS-51系列单片机属高档系列单片机属高档8位单片机，其典位单片机，其典型芯片有型芯片有8031、8051、8751、89C51。除内。除内部部ROM不同外，它们的内部结构和引脚完不同外，它们的内部结构和引脚完全相同。下面以全相同。下面以8051单片机为例说明单片机为例说明MCS-51系列单片机内部组成结构。系列单片机内部组成结构。1.2.3 MCS-51系列单片机结构和引脚功能系列单片机结构和引脚功能*单片机应用技术课件制作组 MCS-51系列单片机属高档8位单片机，其典型芯片1.2.3 MCS-51系列单片机结构和引脚功能系列单片机结构和引脚功能1.8051的内部结构的内部结构P0 P1 P2 P3并行接口CPU时钟电路串行接口中断系统ROMRAM定时/计数器T0 T1TXD RXD8051单片机由单片机由CPU、RAM和和ROM组成的存储器、组成的存储器、I/O接口、接口、定时定时/计数器、中断系统、时钟电路等构成。计数器、中断系统、时钟电路等构成。8051单片机的基本组成如图单片机的基本组成如图1-14所示所示*单片机应用技术课件制作组1.2.3 MCS-51系列单片机结构和引脚功能1.8051.2.3 MCS-51系列单片机结构和引脚功能系列单片机结构和引脚功能1.8051的内部结构的内部结构（1）中央处理器（）中央处理器（CPU）作用：读入并分析每条指令，根据各指令的功能作用：读入并分析每条指令，根据各指令的功能控制单片机的各功能部件执行指定的操作，是控制控制单片机的各功能部件执行指定的操作，是控制和指挥单片机工作的中心和指挥单片机工作的中心。组成：包括运算器和控制器。组成：包括运算器和控制器。运算器运算器组成：包括算术组成：包括算术/逻辑运算单元逻辑运算单元ALU、累加器、累加器A、寄存器、寄存器B、暂存寄存器、程序状态标志寄存器暂存寄存器、程序状态标志寄存器PSW等等。控制器控制器组成：包括指令寄存器组成：包括指令寄存器IR、指令译码器、指令译码器ID、定时及控制逻、定时及控制逻辑电路和程序计数器辑电路和程序计数器PC等。等。*单片机应用技术课件制作组1.2.3 MCS-51系列单片机结构和引脚功能1.805ALU 由定时和控制部件构成的控制器，包由定时和控制部件构成的控制器，包括定时控制逻辑、指令寄存器、指令括定时控制逻辑、指令寄存器、指令译码器、数据指针译码器、数据指针DPTR、程序计数、程序计数器器PC、堆栈指针、堆栈指针SP、RAM地址寄存地址寄存器以及器以及16位地址缓冲器等。位地址缓冲器等。运算器（ALU、专用寄存器）CPU 结构结构*单片机应用技术课件制作组ALU 由定时和控制部件构成的控制器，包括定时控制逻辑、指令ALU PC是一个是一个16位的计数器。总是存放着下一个要位的计数器。总是存放着下一个要取的指令的存储单元的取的指令的存储单元的16位地址。位地址。CPU总是把总是把PC的内容作为地址，按该地址从内存中取出指的内容作为地址，按该地址从内存中取出指令码或含在指令中的操作数。每当取完一个字节令码或含在指令中的操作数。每当取完一个字节后后PC的内容自动加的内容自动加1，为取下一个字节作准备。，为取下一个字节作准备。指令寄存器指令寄存器IR用来保存当前用来保存当前正在执行的一条指令。执行正在执行的一条指令。执行一条指令先把它从程序存储一条指令先把它从程序存储器取到器取到IR中。中。CPU 结构结构指令的内容包括操作码和地指令的内容包括操作码和地址码两部分，操作码送往指址码两部分，操作码送往指令译码器令译码器ID，经其译码后确，经其译码后确定所要执行的操作。定所要执行的操作。定时与控制逻辑是定时与控制逻辑是CPU的核的核心部件，它的任务是控制取心部件，它的任务是控制取指令、执行指令、存取操作指令、执行指令、存取操作数或运算结果等操作数或运算结果等操作。*单片机应用技术课件制作组ALU PC是一个16位的计数器。总是存放着下一个要取的指令1.2.3 MCS-51系列单片机结构和引脚功能系列单片机结构和引脚功能1.8051的内部结构的内部结构（2）片内存储器）片内存储器 8051芯片共有芯片共有256个个RAM单元，其中的后单元，其中的后128个单个单元被专用寄存器占用元被专用寄存器占用;能作为寄存器供用户使用的只能作为寄存器供用户使用的只有前有前128个单元，用于存放可读个单元，用于存放可读/写的数据。写的数据。8051共有共有4 KB容量的掩膜内部容量的掩膜内部ROM，用于存放，用于存放程序、原始数据或表格。程序、原始数据或表格。（3）I/O接口接口 8051单片机有单片机有4个个8位的并行位的并行I/O接口，即接口，即P0P3，可实现数据的并行输入，可实现数据的并行输入/输出。输出。一个全双工的串行接口（利用一个全双工的串行接口（利用P3口的两个引脚口的两个引脚P3.0和和P3.1），可实现单片机与其他设备之间的串），可实现单片机与其他设备之间的串行数据传送。行数据传送。*单片机应用技术课件制作组1.2.3 MCS-51系列单片机结构和引脚功能1.8051.2.3 MCS-51系列单片机结构和引脚功能系列单片机结构和引脚功能1.8051的内部结构的内部结构（4）定时）定时/计数器计数器 8051共有共有2个个16位的定时位的定时/计数器计数器，可实现定时或，可实现定时或计数功能，并根据定时或计数结果对单片机进行控计数功能，并根据定时或计数结果对单片机进行控制。制。（5）中断系统）中断系统 8051单片机共有单片机共有5个中断源、个中断源、2个中断优先级个中断优先级，可，可满足控制应用的需要。满足控制应用的需要。5个中断源分别为个中断源分别为2个外部中个外部中断、断、2个定时个定时/计数器中断和计数器中断和1个串行口中断。个串行口中断。（6）时钟电路）时钟电路 时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，此脉冲序时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，此脉冲序列用来为单片机芯片内部各种微操作提供时间基准。列用来为单片机芯片内部各种微操作提供时间基准。系统允许的晶振频率一般为系统允许的晶振频率一般为6 MHz和和12 MHz。*单片机应用技术课件制作组1.2.3 MCS-51系列单片机结构和引脚功能1.805*单片机应用技术课件制作组*单片机应用技术课件制作组2.8051的信号引脚及功能的信号引脚及功能（1）电源及电源复用引脚）电源及电源复用引脚 Vcc:电源端，接电源端，接+5 V。Vss:接地端。接地端。复位信号输入端复位信号输入端/备用电源输入端备用电源输入端片外程序存储器访问允片外程序存储器访问允许信号许信号/片内片内EPROM编编程电源。程电源。（2）晶体振荡器或外部振荡信）晶体振荡器或外部振荡信 号输入引脚号输入引脚 XTAL1:晶振接入的一个引脚。采晶振接入的一个引脚。采用外部振荡器时，此引脚接地。用外部振荡器时，此引脚接地。XTAL2:晶振接入的另一个引脚。晶振接入的另一个引脚。采用外部振荡器时此引脚作为外采用外部振荡器时此引脚作为外部振荡信号的输入端。部振荡信号的输入端。*单片机应用技术课件制作组2.8051的信号引脚及功能（1）电源及电源复用引脚 V2.8051的信号引脚及功能的信号引脚及功能（3）地址锁存及外部）地址锁存及外部ROM选能选能 信号输出引脚信号输出引脚 地址锁存允许信号输出地址锁存允许信号输出/编编程脉冲输入引脚。程脉冲输入引脚。ALE在有外部扩展存储器的在有外部扩展存储器的系统中，当访问外部存储器系统中，当访问外部存储器时，时，ALE信号的下降沿锁存信号的下降沿锁存低低8位地址信号。在无外部位地址信号。在无外部扩展存储器的系统中，可以扩展存储器的系统中，可以作为对外输出作为对外输出1/6振荡器频振荡器频率的时钟信号率的时钟信号。PROG的功能是的功能是8751等片内等片内含有含有EPROM器件的编程脉器件的编程脉冲输入端。冲输入端。*单片机应用技术课件制作组2.8051的信号引脚及功能（3）地址锁存及外部ROM选2.8051的信号引脚及功能的信号引脚及功能（3）地址锁存及外部）地址锁存及外部ROM选通选通 信号输出引脚信号输出引脚 外部程序存储器读选通信号。外部程序存储器读选通信号。该引脚有效（低电平）时，该引脚有效（低电平）时，可实现对外部可实现对外部ROM单元的读单元的读操作。可以驱动操作。可以驱动8个个LSTTL负负载。载。*单片机应用技术课件制作组2.8051的信号引脚及功能（3）地址锁存及外部ROM选2.8051的信号引脚及功能的信号引脚及功能（4）I/O引脚引脚 P0.0P0.7:数据数据/低位地低位地 址复用总线接口址复用总线接口 P0.0P0.7:数据数据/低位地址复用低位地址复用总线接口。总线接口。P2.0P2.7:高位地址总线接口。高位地址总线接口。P1.0P1.7:静态通用静态通用I/O接口。接口。P3.0P3.7:双功能接口。双功能接口。*单片机应用技术课件制作组2.8051的信号引脚及功能（4）I/O引脚 P0.02.8051的信号引脚及功能的信号引脚及功能（4）I/O引脚引脚 P0.0P0.7:数据数据/低位地低位地 址复用总线接口址复用总线接口 四个端口中：四个端口中：P1口的应用最为灵活。口的应用最为灵活。当扩展存储器或其他具有当扩展存储器或其他具有数据接口、命令接口或数据接口、命令接口或 状状态接口的器件时，态接口的器件时，P2口和口和P0口联合组成口联合组成16位地址总线。位地址总线。P3口常用第二功能口常用第二功能。*单片机应用技术课件制作组2.8051的信号引脚及功能（4）I/O引脚 P0.01.2.4 MCS-51内部存储器内部存储器 存储器是组成计算机的三大主要部件之一，其功能是存储器是组成计算机的三大主要部件之一，其功能是存储信息，即程序和数据。存储信息，即程序和数据。只读存储器（只读存储器（ROM）:ROM是一种写入信息后不能是一种写入信息后不能改写只能读出的存储器，断电后其里面的信息保留不改写只能读出的存储器，断电后其里面的信息保留不变，常用来存放固定的程序或数据。所以，变，常用来存放固定的程序或数据。所以，ROM常被常被称作程序存储器。称作程序存储器。随机存取存储器（随机存取存储器（RAM）:RAM是一种是一种CPU在运行在运行过程中能随时写入和读出数据，但在关闭电源时其所过程中能随时写入和读出数据，但在关闭电源时其所存储的信息将丢失的存储器，只能用来存放暂时性的存储的信息将丢失的存储器，只能用来存放暂时性的输入输出数据、运算的中间结果或用作堆栈。因此，输入输出数据、运算的中间结果或用作堆栈。因此，RAM常被称作数据存储器。常被称作数据存储器。*单片机应用技术课件制作组1.2.4 MCS-51内部存储器 存储器是组成计算机的三大MCS-51存储器结构存储器结构 三大逻三大逻辑存储辑存储空间空间内部数据存储器内部数据存储器 程序存储器程序存储器外外部部ROM0FFFFH1000H外部外部RAM及及输入输入输出输出端口端口（64 K）0000H0FFFFH0FFFH0000H内部内部ROM EA=10FFFH0000H外部外部ROM EA=00080H00FFH特殊功能寄存器0000H007FH内部RAM外部数据存储器外部数据存储器1.2.4 MCS-51内部存储器内部存储器*单片机应用技术课件制作组MCS-51存储器结构 三大逻辑存储空间内部数据存储器 程序