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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,教学要点,1.1,项目一单片机实验电路制作,1.2,知识链接,返回,第,1,章 认识单片机,第,1,章 认识单片机,教学要点,:,单片机的概念,单片机的功能,单片机的结构,单片机的最小系统,单片机的应用,返回,1.1,项目一单片机实验电路制作,项目设计要求,:,设计一个单片机实验电路，在单片机的最小系统下扩展显不电路、输入调试电路、,AD,转换电路、串行通信接口电路，并且带有下载功能，为方便今后调试、验证程序使用。,第,1,章 认识单片机,下一页,返回,1.,最小系统,单片机的最小系统包括时钟、复位及电源电路，单片机的调试离不开计算机，可以采用计算机,USB,端口供电，为了避免实验电路短路影响计算机，在电路中加入保险，为了避免电源反接损害单片机，在电源电路中串接二极管，时钟电路选择,12MHz,，复位电路采用上电复位与按钮复位。,2.,显示电路,显示电路选用,8,个,LE D,发光二极管和,4,位,LE D,数码管，发光二极管用以指示端口状态，数码管用以显示单片机的数据。,第,1,章 认识单片机,上一页,下一页,返回,3.,输入电路,选用,8,个按钮开关用以模拟开关量输入，由于单片机上电复位后各端口均是高电平，,8,个开关公共端接地，按钮按下相应位为,0,，否则为,1,4.,程序下载电路,为了方便学习与调试，实验电路选用具有在线编程功能的,STC89 C51,单片机，在实验电路板上设计,RS232,接口芯片，通过,RS232,接口与计算机的,COM,端口连接，利用,STC,一,ISP,软件进行程序下载，该电路同时具有单片机与微型计算机通信功能。,第,1,章 认识单片机,上一页,下一页,返回,5.AD,转换电路,单片机在控制过程中需要获得被控设备的物理参量信息，这些参量由传感器转换后的电信号可能是数字信号，也可能是模拟信号，对于模拟信号，必须通过,AD,转换变换为单片机可以识别的数字信号，在本实验电路中选用,TLC0831,作为数模转换电路，用以读取外部的模拟参量。,6.,其他辅助电路,单片机的并行端口驱动能力有限，为了能够适应大电流负载，选用,ULN2803,作为驱动扩展电路,;,在,STC ISP,编程下载时，需要单片机断电，增加一个电源开关,;,为了灵活选配端口与负载，设计跳线插件。,第,1,章 认识单片机,上一页,下一页,返回,1.1.2,电路原理与印刷版电路设计,按照上述分析，查找相关器件资料，设计的原理电路如,图,1.1.1,，用,Protel,软件输入原理电路图，在,PCB,电路导入网络表，按,图,1.1.2,进行元件布局，采用双面电路板自动布线，适当调整后得到,PCB,印刷电路，焊接电路。,第,1,章 认识单片机,上一页,下一页,返回,1.1.3,电路调试,本实验电路焊接后基本能够正常工作，在,SV,供电的条件下，,MAX232,的脚应该能得到近,lOV,的正电压，脚能得到近,lOV,的负电压，,MAX232,的功能与电路参见第,5,章图,5.2.10,，对实验电路进行测试,(1),用,Keil C51,软件编辑、编译以下程序，并生成可执行文件,/1,一,1.c,第,1,章 认识单片机,上一页,下一页,返回,第,1,章 认识单片机,上一页,下一页,返回,第,1,章 认识单片机,上一页,下一页,返回,第,1,章 认识单片机,上一页,下一页,返回,第,1,章 认识单片机,上一页,下一页,返回,第,1,章 认识单片机,上一页,下一页,返回,第,1,章 认识单片机,上一页,下一页,返回,第,1,章 认识单片机,上一页,下一页,返回,(2),用,STC ISP,软件下载程序到实验电路板打开,STC ISP,软件，在,MCU Type,栏选择单片机型号，在打开程序文件栏选择要下载的二进制或十六进制文件，操作界面如,图,1.1.3,第,1,章 认识单片机,上一页,下一页,返回,(3),点击,Download,，开始与单片机尝试通信，如果实验电路板,RS232,正常，会出现握手正常，给,MCU,上电的提示，断开电源开关，重新闭合电源开关即可完成程序下载，下载完成后的界面如,图,1.1.4,下载完成后实验板即开始工作。,第,1,章 认识单片机,上一页,返回,1.2,知识链接,1.2.1,单片机的基本概念,1.,单片机的概念,单片机,(Single Chip Microcomputer),是将,CPU,、存储器、控制器、,I/0,接口电路等计算机主要构成部件集成在一块集成电路毖片上的微型计算机，通常也称为微控制器,(MCU),单片机主要用于控制领域,2.,单片机的优点,单片机具有功能强、集成度高、体积小、价格低、功耗小等优点,3.,单片机的种类,(1),通用单片机,:,通用单片机的指令系统对用户开放，带有仿真调试接口用户可以修改程序存储器的内容，给用户留有开发空间。,第,1,章 认识单片机,下一页,返回,Intel,公司的,MCS,一,51,、,MCS,一,96,系列,;,M otorola,公司的,68 HCS/08,系列,;,Microchip,公司的,PIC,系列单片机,;,Atmel,公司的,AVR,系列单片机,;,Freescal,公司的,ARM,系列单片机,;,凌阳公司的凌阳系列单片机,;,宏晶科技公司的,STC,系列单片机,(2),专用单片机,:,具有特定功能与用途的微处理器，用户不能改变专用单片扫,L,的功能,第,1,章 认识单片机,上一页,下一页,返回,1.2.2MCS,一,51,单片机的结构与功能,1.MCS-51,单片机的内部结构,MCS-51,单片机由中央处理器,(CPU),、程序存储器、数据存储器、定时,/,计数器、中断系统、输入输出接口电路、串行通信接口等匕个部分组成，内部结构框图如,图,1.2.1,所示。,(1)CPU,是单片机的核心，,CPU,能够按照程序存储器的程序要求指挥单片机各部件协调工作，具有逻辑运算功能和逻辑判断功能，,MCS,一,51,单片机具有一个,8,位的,CPU,和一个,16,位的程序计数器,(PC),第,1,章 认识单片机,上一页,下一页,返回,(2),程序存储器是存放用户程序的存储器，单片机在运行过程中只能读取程序存储器的内容,(ReadOx,街,),，,MCS-51,单片机内部有,4KB,的程序存储器空间，用户可以扩展外部程序存储器，但,MCS,一,51,系列单片机最多只能访问,64 KB,的程序存储器。,(3),数据存储器是用来存放临时数据的，是计算机的演算纸，单片机在运行过程中可以修改数据存储器的数据，当单片机掉电或复位时数据存储器的数据将丢失,MCS-51,单片机内部有,128,字节的数据存储器，用户可以扩展外部数据存储器，但,MCS,一,51,系列单片机最多只能访问,64 KB,的数据存储器。,第,1,章 认识单片机,上一页,下一页,返回,(4),输入输出端口是单片机与外界交流的通道，与外部电路进行数据交换，单片机通过输入输出端口读取外部电路的状态，控制外部电路的工作,MCS-51,单片机有四个,8,位的输入输出端口,(PO,一,P3),2.MCS-51,系列单片机的系统资源,MCS,一,51,系列单片机属于,8,位单片机，即每次操作的操作数为一个字节,MCS-51,系列单片机以,8031,为基础，设有并行输入输出端口、串行通信端口、定时计数器，两级中断优先级，各种常见型号的,MCS-51,单片机的内部资源如,表,1.2.1,所示,3.MCS8051,单片机的封装与引脚定义,3,8051,单片机有三种封装形式，其外形如,图,所示,第,1,章 认识单片机,上一页,下一页,返回,各引脚的功能如下,(1),电源引脚,:VCC (40)CND (20),(2),程序存储器选择引脚,EA X31):,如果,EA,引脚接地,(CND),，全部程序均执行外部存储器如果,EA,接至,VCC(,电源,+),，程序首先执行地址从,0000 H,一,OFFFH(4KB),内部程序存储器，再执行地址为,1000 H,一,EEEEH(60 KB),的外部程序存储器,(3),时钟引脚,xTAL1 9),xTAL2 s):,外接时钟或时钟振荡器件,(4),外部扩展存储器控制引脚,A LE,和,PSEN,(5),并行,I/0,端口引脚,:,四个并行端口,32,位引脚,(6),复位引脚,RST(9),第,1,章 认识单片机,上一页,下一页,返回,1.2.3 51,单片机的最小系统,电源、时钟电路与复位电路是单片机正常工作所必需的外围电路，单片机芯片和时钟、复位电路、电源构成了单片机的最小系统,51,单片机的最小系统硬件电路如,图,所示。,1.,时钟与时钟电路,时钟是用来控制单片机的各个组成部件按照一定的节拍同步工作，时钟频率越高，单片机的运行速度越快,51,系列单片机的时钟频率一般用,6MHz,或,12MHz,，单片机时钟频率的倒数叫时钟周期，外接时钟或时钟电路的晶体振荡频率就是单片机工作的时钟频率。,机器周期,:MCS-51,单片机执行指令所用的时间以机器周期为单位，,12,个时钟周期构成,1,个机器周期。,第,1,章 认识单片机,上一页,下一页,返回,所以，当外接时钟电路的晶振频率为,12MHz,时机器周期为,1,s,，时钟为,6MHz,时机器周期为,2,s,。,2.,复位与复位电路,复位的目的是使单片机及其他功能电路具有一个确定的初始状态，以便单片机能在这个确定的状态下开始工作。,当单片机上电或程序跑飞等情况下都需要复位，上电时的复位是自动复位有故障时的复位可能是手动复位，可能是通过外加电路自动复位,在,MCS-51,单片机中，当,RST,引脚持续两个机器周期的高电平就会复位典型的复位电路如,图,所示。,第,1,章 认识单片机,上一页,下一页,返回,当,MCS,一,51,单片机复位后，,MCS,一,51,单片机的部分特殊功能寄存器及复位后的状态如,表,所示,1.2.4MCS,一,51,单片机的指令系统,指令是计算机,CPU,能够识别并且控制,CPU,的功能部件完成某一特定动作的命令一种计算机的所有指令的集合称为该计算机的指令系统对每一条计算机指令，必须明确指令的三个内容,:,动作,(,操作,),、参与操作的数据来源,(,源操作数,),、指令执行后数据的去向,(,目的操作数,),，对于特定的指令，源操作数、目的操作数在指令中不一定出现相应的指令格式如下,:,单字节指令,:,操作码,双字节指令,:,操作码 操作数,1,三字节指令,:,操作码 操作数,1,操作数,2,第,1,章 认识单片机,上一页,下一页,返回,MCS-51,单片机的寻址方式,在单片机的指令中，操作数多存放在单片机的存储器中，寻找操作数的方式称为寻址方式,MCS,一,51,单片机使用了七种寻址方式,:,(1),立即数寻址,:,参与操作的具体数直接出现在指令中，在指令中立即数前面必须加“,#,用“,#lata”,表示。,(2),寄存器寻址,:,参与操作的数据存放在寄存器中，在指令中出现的是寄存器的名字在,51,单片机中，寄存器指工作寄存器,RO R7,累加器,A,、通用寄存器,B,、地址寄存器,DPTR,等，在指令格式中，寄存器寻址用,Rn,标示，其他寄存器直接用寄存器名字。,第,1,章 认识单片机,上一页,下一页,返回,(3),直接寻址,:,在指令中直接给出存放操作数的内存单兀地址，直接寻址包括内部,RAM,区和特殊功能寄存器,(SFR),区。,(4),寄存器间接寻址,:,将操作数所在单兀的地址存放在寄存器中的寻址方式，指令中出现的是寄存器名字，为了与寄存器寻址区分，在寄存器间接寻址指令中，用“,寄存器名”标示寄存器间接寻址，,51,单片机可用于寄存器间接寻址的寄存器包括,R0,R1,和,DPTR,。,(5),变址寻址,:,存放操作数的存储器地址是基址寄存器和变址寄存器内容之和,51,单片机的变址寄存器是,A,，基址寄存器是,PC,
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