模块一 单片机应用系统入门（课件）-《单片机技术与应用》同步教学（人民邮电版）

【能力目标】 掌握流水灯的程序调试和印制电路板的制作 【知识目标】 理解单片机的概念 掌握单片机外部引脚、单片机的时钟复位电路 学会KEIL和PROTEUS的联合仿真调试 能够独立焊接流水灯印制电路板 模块一 单片机应用系统入门 任务 流水灯的制作 51单片机简介 单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）简称单片机，是指集成在一个芯片上的微型计算机，它的各种功能部件，包括CPU（Central Processing Unit）、存储器（memory）、基本输入/输出(Input/Output，简称I/O)接口电路、定时/计数器和中断系统等，都制作在一块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机。单片机内部基本结构如图1.7所示。由于它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，故又称为微控制器(Micro-Controller Unit，简称MCU)。 C P U 存 储 器 定 时 器 / 计 数 器 中 断 系 统 P0-P3 TxD RxD T INT 并行I/O口 串行I/O口 51单片机简介 单片机的发展历程 单片机的探索阶段（1976~1978）MCS-48 单片机的完善阶段（1978~1982）MCS-51 单片机的巩固发展阶段（1982~1990）多种机型并行发展 微控制器的全面发展阶段（1990至今）89S51 单片机种类 ◆目前8位单片机仍是单片机的主流机型； ◆生产厂商： ◆单片机的发展经历了由4位机到8位机,再到16位机的发展过程 美国微芯片公司:PIC16C××系列、PIC17C××系列、PIC1400系列， 美国英特尔公司的MCS-48和MCS-51系列， 美国摩托罗拉公司的MC68HC05系列和MC68HC11系列， 美国齐洛格公司的Z8系列， 日本电气公司的μPD78××系列， 美国莫斯特克公司和仙童公司合作生产的F8（3870）系列等。 MCS-51系列单片机 Intel公司的高性能8位单片机，该系列机有8051、8031、8751。80C51系列是其兼容性单片机，与8051系统结构相同，但采用CMOS工艺，对8051做了一些扩充，更有特点，功能更强。 MCS51单片机和8051、8031、89C51等的关系 这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机。 INTEL公司将MCS51的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中89C51就是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产的。 MCS-51单片机的信号引脚 P3口线的第二功能 VCC VSS XTAL2 XTAL1 RST P0. 0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 P1. 0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0 ALE P3. 0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 2、振荡电路：XTAL1、XTAL2 3、复位引脚：RST 4、并行口：P0、P1、P2、P3 7、ALE：地址锁存控制信号 1、电源线：VCC(+5V)、VSS(地) EA PSEN 5、EA：访问程序存储控制信号 6、PSEN：外部ROM读选通信号 RXD/ TXD/ INT0/ INT1/ T0/ T1/ WR/ RD/ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 3130292827262524242221 8031 8051 8751 89C51 单片机的时钟、复位电路 时钟信号的产生 时序 关于MCS-51系列单片机的时序概念有4个，可用定时单位来说明，从小到大依次是：节拍、状态、机器周期和指令周期，下面分别加以说明。 1）节拍与状态 把振荡脉冲的周期定义为节拍，用P表示，也就是晶振的振荡频率fosc。 2）状态 振荡脉冲fosc经过二分频后，就是单片机时钟信号的周期，定义为状态，用S表示。一个状态包含两个节拍，其前半周期对应的节拍叫P1，后半周期对应的节拍叫P2。 3）机器周期 MCS-51系列单片机采用定时控制方式，有固定的机器周期。规定一个机器周期的宽度为6个状态，即12个振荡脉冲周期，因此机器周期就是振荡脉冲的十二分频。 小提示 当振荡脉冲频率为12 MHz时, 一个机器周期为1µs；当振荡脉冲频率为6 MHz时，一个机器周期为2 µs。 复位电路 单片机复位条件: 必须使RST引脚持续2微秒高电平(外部时钟12MHz) 单片机开发系统 单片机应用系统 单片机 ＋ 接口电路及外设等 ＋ 软件 硬件 单片机应用系统由硬件和软件组成 硬件是应用系统的基础 软件是在硬件的基础上对其资源进行合理调配和使用，从而完成应用系统所要求的任务，二者相互依赖，缺一不可 单片机系统 单片机开发系统是单片机应用系统设计的必需工具，包括计算机、单片机在线仿真器、工具软件、编程器等。 在线仿真功能 调试功能 1） 运行控制功能 2） 目标系统状态的读出修改功能 辅助设计功能 1) 程序设计语言 2) 程序编译 程序固化功能 Keil C51启动窗口 KEIL C51集成开发环境的使用 KEIL C51集成开发环境的使用 建立工程文件 KEIL C51集成开发环境的使用 选择目标CPU KEIL C51集成开发环境的使用 图2.17 文本编缉窗口 KEIL C51集成开发环境的使用 增加文件到组中 KEIL C51集成开发环境的使用 选择文件类型 KEIL C51集成开发环境的使用 目标属性 KEIL C51集成开发环境的使用 产生执行文件 KEIL C51集成开发环境的使用 选择仿真方式 KEIL C51集成开发环境的使用 Keil C51内建了一个仿真CPU来模拟执行程序，该仿真CPU功能强大，可以在没有硬件和仿真器的情况下进行程序的调试。不过，软件模拟与真实的硬件执行程序还是有区别的，其中最明显的就是时序，具体表现在程序执行的速度和用户使用的计算机有关，计算机性能越好，运行速度越快。 PROTEUS仿真软件的使用 Proteus 是一个基于ProSPICE混合模型仿真器的，完整的嵌入式系统软、硬件设计仿真平台。 ISIS——智能原理图输入系统，系统设计与仿真的基本平台。 ARES ——高级PCB布线编辑软件。 ASF 高级图形 分析模块 处理器 仿真模型 VSM 高级 布线/编辑 ARES 动态 器件库 混合模型 仿真器 原理图输入 系统ISIS PROTEUS PROTEUS ISIS简介 PROTEUS软件功能环境 集成环境ISIS在Windows环境下运行，启动后弹出如下界面。 预览窗口 下拉菜单 元器件列表窗口 快捷工具栏 原理图编辑窗口 仿真按钮 元器件方向选择 下拉菜单功能选项 File菜单包括常用的文件功能，如创建一个新设计、打开已有设计、保存设计、导入/导出文件、打印设计文档等。 View菜单包括是否显示网格、设置网格间距、缩放原理图、显示与隐藏各种工具栏等。 Edit菜单包括撤销/恢复操作、查找与编辑、剪切、复制、粘贴元器件、设置多个对象的层叠关系等。 Library菜单包括添加、创建元器件/图标、调用库管理器。 Tools菜单包括实时标注、实时捕捉、自动布线等。 下拉菜单功能选项 Design菜单包括编辑设计属性、编辑图纸属性、进行设计注释等。 Graph菜单包括编辑图形、添加Trace、仿真图形、一致性分析等。 Source菜单包括添加/删除源程序文件、定义代码生成工具、调用外部文本编辑器等。 Debug菜单包括启动调试、进行仿真、单步执行、重新排布弹出窗口等。 Template菜单包括设置图形格式、文本格式、设计颜色、节点形状等。 System菜单包括设置环境变量、工作路径、图纸尺寸大小、字体、快捷键等。 Help菜单包括版权信息，帮助文件、例程等。。 快捷工具栏 快捷工具栏分为主工具栏和元器件工具栏。 主工具栏包括文件工具、视图工具、编辑工具、设计工具4个部分，每个工具栏提供若干快捷按钮。 元器件工具栏包括方式选择、配件模型、绘制图形3个部分，每个工具栏提供若干快捷按钮。 文件工具按钮 文件工具按钮从左往右各按钮功能依次为： 新建设计 打开已有设计 保存设计 导入文件 导出文件 打印设计文档 标识输出区域 视图工具按钮 视图工具按钮从左往右各按钮功能依次为： 刷新 网格开关 原点 选择显示中心 放大 缩小 全图显示 区域缩放 编辑工具按钮 编辑工具按钮从左往右各按钮功能依次为： 撤销 重做 剪切 复制 粘贴 复制选中对象 移动选中对象 旋转选中对象 删除选中对象 从器件库选元器件 制作器件 封装工具 释放元件 设计工具按钮 设计工具按钮从左往右各按钮功能依次为： 自动布线 查找 属性分配工具 设计浏览器 新建图纸 删除图纸 退到上层图纸 生成元件列表 生成电器规则检查报告 创建网络表 方式选择工具按钮 方式选择工具按钮从左往右各按钮功能依次为： 选择即时编辑元件 选择放置元件 放置节点 放置网络标号 放置文本 绘制总线 放置子电路图 配件模型工具按钮 配件模型工具按钮从左往右各按钮功能依次为： 端点方式，有VCC、地、输出、输入等 器件引脚方式，用于绘制各种引脚 仿真图表 录音机 信号发生器 电压探针 电流探针 虚拟仪表 图形绘制工具按钮 图形绘制工具按钮从左往右各按钮功能依次为： 绘制直线 绘制方框 绘制圆 绘制圆弧 绘制多边形 编辑文本 绘制符号 绘制原点 元器件方向选择按钮 元器件方向选择按钮从左往右各按钮功能依次为： 向右旋转90度 向左旋转90度 水平翻转 垂直翻转 仿真工具按钮 仿真工具按钮从左往右各按钮功能依次为： 全速运行 单步运行 暂停 停止 原理图编辑窗口用来绘制原理图，蓝色方框内为编辑区，里面可以放置元器件和进行连线。这个窗口没有滚动条，需要用预览窗口来改变原理图的可视范围，也可以用鼠标滚轮对显示内容进行缩放。 预览窗口可显示两种内容，一种是在元器件列表窗口选中某个元件时，将显示该元件的预览图；另一种是当鼠标落在原理图编辑窗口时（即放置元件到原理图编辑窗口后或在原理图编辑窗口中点击鼠标后），将显示整张原理图的缩略图，并会显示一个绿色的方框，绿色方框里面就是当前原理图编辑窗口中显示的内容，可用鼠标改变绿色的方框的位置，从而改变原理图的可视范围。 $$