C51單片機控制LED燈設計方案

1、1 情境一 單片機控制led燈點亮n子情境一 單片機結構 任務一單片機組成 任務二單片機工作條件 任務三單片機輸入/輸出端口 n子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件 任務一 keil C51仿真軟件 任務二 仿真軟件Proteus n子情境三 單片機開發(fā)設計流程 n子情境四 點亮一盞led2子情境一 單片機結構任務一 單片機組成 n一、任務目標 n 掌握單片機的內部結構及單片機的外部引腳及其功能，并且了解單片機的發(fā)展概況及單片機的常見類型等相關知識。 3n二、任務分析 51系列單片機包括許多類型，它們的內部結構基本相同。89C51/89C52是目前應用比較廣泛的51系列兼容單片機中的代表產品，

2、因此本任務主要以89C51為目標機型，介紹單片機的內部結構、各組成部分的功能及外部引腳。在后續(xù)章節(jié)中將通過具體的設計實例進一步介紹。子情境一 單片機結構任務一 單片機組成4圖1-1 單片機內部結構框圖三、相關知識 1單片機的內部結構 51系列單片機主要包括CPU、程序存儲器、數據存儲器以及接口電路等各組成部分。 子情境一 單片機結構任務一 單片機組成5單片機的內部結構: 1個8位的CPU。 時鐘電路。 程序存儲器。 數據存儲器。 定時器/計數器。 4個并行口。 1個全雙工串行口。 5個中斷源。 子情境一 單片機結構任務一 單片機組成62單片機的引腳（1）電源：40號引腳VCC是芯片電源，接+5

3、V。20號引腳VSS為電源接地端。（2）時鐘引腳：XTAL2（18號腳）采用內部時鐘電路時，外接晶體振蕩器；采用外部時鐘電路時，此引腳接地。XTAL1（19號腳）采用內部時鐘電路時，外接晶體振蕩器；采用外部時鐘電路時，此引腳接外部時鐘源。（3）控制引腳ALE/為地址鎖存允許信號，用來把低8位地址鎖存到外部地址鎖存器。ALE引腳以不變的1/6振蕩頻率周期性地發(fā)出正脈沖信號，可用做對外輸出的時鐘信號。（4）I/O口線P0口（3239號腳）為雙向輸入/輸出端口。P1口（18號腳）為準雙向輸入/輸出端口。P2口（2128號腳）為準雙向輸入/輸出端口。P3口（1017號腳）為準雙向輸入/輸出端口。圖1-

4、2 AT89C51單片機引腳圖子情境一 單片機結構任務一 單片機組成73單片機發(fā)展概況 單片機的發(fā)展歷史不長，自1976年9月，Intel公司推出MCS-48八位單片機后，已有上百家生產廠商加入單片機的生產和研發(fā)行列，生產出幾百個系列上萬個品種的單片機。除51系列單片機（MCS-51及其兼容機）以外，其他一些公司如ROKWELL公司、NEC公司、Motorola公司以及德州儀器公司等都推出一些各具特色的單片機。51系列單片機曾在世界單片機市場占有50%以上的份額，多年來國內也一直以51系列單片機作為教學的主要機型，因此本書以51系列單片機作為目標機型學習單片機原理及應用。子情境一 單片機結構任

5、務一 單片機組成84單片機的特點 單片機的引腳多為復用引腳。 單片機內部集成有小容量的存儲器。 單片機的程序存儲器和數據存儲器嚴格分工。 單片機的有很強的位處理功能，可以滿足工業(yè)控制的需要。子情境一 單片機結構任務一 單片機組成9一、任務目標 理解單片機的工作條件，掌握單片機的時鐘電路和復位電路的設計。二、任務分析 單片機的電源部分，只要將51系列單片機的第40腳接+5V電源，第20腳接地即可。注意電壓過高或過低都會引起單片機CPU不能正常工作。 時鐘電路分為內部方式和外部方式兩種電路，復位電路又可以分為上電復位和外部按鍵復位兩種方式。 第1節(jié) 單片機結構任務二單片機工作條件 10三、相關知識

6、1時鐘電路 內部方式時鐘電路 外部時鐘方式 圖1-3 內部時鐘電路 圖1-4 外部時鐘電路 子情境一 單片機結構任務二單片機工作條件 112復位電路 圖1-5 51系列單片機上電復位電路 圖1-6 51系列單片機外部按鍵復位電路子情境一 單片機結構任務二單片機工作條件12四、任務實施圖1-7 51系列單片機基本工作條件接線圖子情境一 單片機結構任務二單片機工作條件13一、任務目標 掌握單片機的并行I/O端口的結構及其應用。二、任務分析 51系列單片機有4個8位的并行輸入/輸出端口，即P0，P1口，P2口和P3口。各個端口的功能有所不同，其結構也略有差異。在本任務中，將分別學習各個端口的結構、功

7、能及其應用。子情境一 單片機結構任務三單片機輸入/輸出端口14三、相關知識1P0口 圖1-8 P0口的位結構圖子情境一 單片機結構任務三單片機輸入/輸出端口152P1口圖1-9 P1口的位結構圖子情境一 單片機結構任務三單片機輸入/輸出端口163P2口圖1-10 P2口的位結構圖子情境一 單片機結構任務三單片機輸入/輸出端口174P3口圖1-11 P3口的位結構圖子情境一 單片機結構任務三單片機輸入/輸出端口18四、任務實施 圖1-12 輸入/輸出應用實例仿真運行圖子情境一 單片機結構任務三單片機輸入/輸出端口191掌握單片機基本工作條件，用面包板搭建單片機基本工作電路。2設計簡單的輸入/輸出

8、電路，要求：一個開關作為輸入設備，8個發(fā)光二極管作為輸出設備。子情境一 單片機結構思考題20一、任務目標 掌握Keil軟件在單片機仿真中的應用，為開發(fā)、調試單片機應用系統(tǒng)做準備。二、任務分析 Keil C51軟件集成了文件編輯處理、編譯連接、項目管理、窗口、工具引用和軟件仿真調試等多種功能，是非常強大的C51開發(fā)工具，在Keil C51的仿真功能中，提供了兩種仿真模式：軟件模擬仿真和目標板調試。下面將通過一個實際項目的創(chuàng)建、編譯及調試來學習Keil軟件的使用。子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務一 keil C51仿真軟件21三、任務實施1啟動Vision Vision2是一個標準的Win

9、dows應用程序，雙擊Keil Vision2圖標即可啟動，也可以選擇“開始”“程序”Keil Vision2”命令來啟動運行。其主界面如圖1-28所示。 子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務一 keil C51仿真軟件22圖1-28 Vision2初次啟動后的界面子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務一 keil C51仿真軟件232創(chuàng)建一個項目并選擇單片機 選擇“Project”（項目）“New Project”（新建項目）命令，如圖1-29所示，將彈出“Greate New Project”（新建項目）對話框，如圖1-30所示 圖1-29 “Project”菜單子情境二 單片機開發(fā)

10、設計常用工具軟件任務一 keil C51仿真軟件24圖1-30 建立項目文件子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務一 keil C51仿真軟件25 隨后會彈出一個對話框，要求選擇單片機的型號，如圖1-31所示。在該對話框中顯示了Vision2的器件數據庫，從中可以根據使用的單片機來選擇。 圖1-31 選擇單片機型號子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務一 keil C51仿真軟件子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務一 keil C51仿真軟件263創(chuàng)建一個新的源程序文件，并把這個源文件添加到項目中 單擊工具欄中的新建文件圖標（或選擇“File”（文件）“New”（新建）命令），文件操作

11、窗口即可出現(xiàn)新建文件。保存該空白文件，單擊工具欄中的保存圖標（或選擇“File”（文件）“Save”（保存）命令），彈出如圖1-32所示的“Save as”（保存為）對話框，在“文件名”文本框中輸入欲保存的文件名，保存時注意加上正確的后綴名。 子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務一 keil C51仿真軟件27圖1-32 保存源程序文件子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務一 keil C51仿真軟件28 單擊Target 1前面的+號，然后在Source Group 1上單擊鼠標右鍵，彈出快捷菜單，如圖1-33所示。圖1-33 添加文件到項目中 子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務

12、一 keil C51仿真軟件29 選擇“Add Files to Group Source Group 1”（添加文件到項目）命令，彈出如圖1-34所示的對話框。選中LED.ASM文件（注意選擇文件類型），然后單擊“Add”（添加）按鈕，即可添加LED.ASM到項目中。 子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務一 keil C51仿真軟件30圖1-34 選擇源程序文件子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務一 keil C51仿真軟件314輸入源程序:此時就可以輸入源程序了，如圖1-35所示。圖1-35 輸入源程序子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務一 keil C51仿真軟件325設置目

13、標硬件的工具選項 程序編寫完成后，還要對項目進行進一步的設置，以滿足要求。 “Target”選項卡 如圖1-36所示，其中“Xtal”后面的 數值是晶振頻率值，默認值是所選目標CPU的最高可用頻率值，該值與最終產生的目標代碼無關，僅用于軟件模擬調試時顯示程序執(zhí)行時間。 第2節(jié) 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務二 keil C51仿真軟件 33 圖1-36 “Target”選項卡 第2節(jié) 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務二 keil C51仿真軟件 34 “Output”選項卡 如圖1-37所示，其中有多個選項，此處選擇“Create HEX File”復選框用于生成可執(zhí)行代碼文件，該文件可以用編程

14、器寫入單片機芯片，文件的擴展名為.HEX，默認情況下該項未被選中，如果要寫芯片做硬件實驗，就必須選中該項。其余選項均取默認值，不做任何修改。 第2節(jié) 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務二 keil C51仿真軟件 35 圖1-37 “Output”選項卡 第2節(jié) 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務二 keil C51仿真軟件 36 “Debug”選項卡 如圖1-38所示，該選項卡用于設置調試器，Keil提供了軟件仿真和硬件仿真兩種方式。如果沒有相應的硬件調試器，應選擇左邊的“Use Simulator”單選鈕，其余設置一般不必更改。 圖1-38 “Debug”選項卡 子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟

15、件任務一 keil C51仿真軟件376編譯項目并創(chuàng)建HEX文件 設置好項目參數后，即可進行編譯、連接。選擇“Project”（項目）“Build target”（連接工程）命令，對當前工程進行連接。如果當前文件已修改，將先對該文件進行編譯，然后再連接以產生目標代碼；如果選擇“Rebuild All target files”（重新編譯所有文件后再連接）將會對當前工程中的所有文件重新進行編譯然后再連接，確保最終生產的目標代碼是最新的，而選擇“Translate”（編譯）命令則僅對當前文件進行編譯，不進行連接。子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務一 keil C51仿真軟件38 以上操作也可

16、以通過工具欄中的圖標直接進行。如圖1-39所示，從左到右的圖標分別是：編譯、編譯連接、全部重建、停止編譯和對工程進行設置。圖1-39 工具欄中的編譯工具子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務一 keil C51仿真軟件39 對源程序修改之后再次編譯，最終要得到如圖1-40所示的結果，提示0個錯誤，0個警告，該文件即可被編程器讀入并寫到AT89C51芯片中。同時還可看到，該程序的內部RAM的使用量（data=8.0），外部RAM的使用量（xdata=0），代碼量（code=13）等一些信息。 圖1-40 編譯成功后的輸出信息子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務一 keil C51仿真軟件4

17、07程序調試 進入調試狀態(tài)后，“Debug”菜單中原來不能使用的命令現(xiàn)在已可以使用了，窗口中還多出一個用于運行和調試的工具欄，如圖1-41所示。“Debug”菜單中的大部分命令可以在此找到對應的快捷按鈕，從左到右的圖標依次是復位、運行、暫停、單步、過程單步、執(zhí)行完當前子程序、運行到當前行、下一狀態(tài)、打開跟蹤、觀察跟蹤、反匯編窗口、觀察窗口、代碼作用范圍分析、1串行窗口、內存窗口、性能分析和工具按鈕。 圖1-41 Debug工具欄子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務一 keil C51仿真軟件41下面介紹調試時的一些常用方法。（1）合理使用全速執(zhí)行和單步執(zhí)行 （2）合理使用斷點（3）合理利用

18、觀察窗口分析程序 存儲器窗口:存儲器窗口能顯示各種存儲區(qū)的內容。子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務一 keil C51仿真軟件圖1-42 存儲器窗口42一、任務目標 掌握Proteus在單片機仿真中的應用，為開發(fā)、調試單片機應用系統(tǒng)做準備。二、任務分析 Proteus由ISIS和ARES兩個軟件構成，其中ISIS是電子系統(tǒng)仿真平臺，ARES是布線編輯軟件。在不需要硬件設備投入的情況下，Proteus可以建立完整的模擬電子、數字電子及單片機應用的學習設計開發(fā)環(huán)境。這里主要介紹Proteus ISIS在仿真單片機應用系統(tǒng)中的應用。子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務二 仿真軟件Prote

19、us43三、任務實施1編輯單片機應用系統(tǒng)原理圖（1）創(chuàng)建新設計文件 啟動Proteus軟件，進入Proteus ISIS 編輯環(huán)境后，選擇“File”“New Design”命令，彈出如圖1-43所示的新設計模板選擇對話框。子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務二 仿真軟件Proteus44圖1-43 新設計模板選擇子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務二 仿真軟件Proteus45（2）保存新設計 選擇“File”“Save Design”命令，選擇合適的文件夾和文件名（例如LED），保存新設計。保存后，新設計文件名將顯示在Proteus窗口的標題欄，如圖1-44所示。也可以先畫原理圖，

20、然后再保存新設計文件。子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務二 仿真軟件Proteus46圖1-44 創(chuàng)建設計文件LED子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務二 仿真軟件Proteus47（3）提取元件 Proteus ISIS堤供了強大的搜索元件的功能。選擇“Library”“Pick Device/Symbol”命令，出現(xiàn)如圖1-45所示的搜索元件對話框。子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務二 仿真軟件Proteus48圖1-45 元件搜索對話框 子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務二 仿真軟件Proteus49 根據元件預覽區(qū)域的顯示，雙擊你所需要的元件，則所選元件出現(xiàn)在原理

21、圖編輯環(huán)境的元件列表區(qū)中，如圖1-46所示。用同樣的方法找出原理圖中需要的所有元件。圖1-46 提取元件 子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務二 仿真軟件Proteus50（4）放置元件 在元件列表中用鼠標單擊選中原理圖中相關的元件后，在編輯區(qū)域單擊鼠標左鍵放置元件。圖1-47 放置元件 第2節(jié) 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務三 仿真軟件Proteus51（5）編輯元件 放置好元件后，用鼠標右鍵單擊選中元件，再單擊鼠標左鍵出現(xiàn)元件編輯對話框,如圖1-48所示，可對元件的參考編號、電阻值等參數進行設置。圖1-48 編輯元件對話框 子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務二 仿真軟件Prote

22、us52（6）連線、繪制原理圖圖1-49 LED原理圖子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務二 仿真軟件Proteus53（7）電路仿真 Proteus可以對純硬件電路仿真運行，以檢查硬件電路是否正確，此時無需加載軟件。只要在原理圖編輯完成以后，選擇“Debug”“Execute”命令即可進行電路仿真運行。 子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務二 仿真軟件Proteus54圖1-50 硬件仿真子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務二 仿真軟件Proteus552程序編制及加載（1）編寫程序并編譯 用任務一中所介紹的偉福仿真器編輯源程序，并編譯生成兩個可執(zhí)行目標文件，分別為LED.BIN

23、及LED.HEX。（2）加載程序 在原理圖中的單片機芯片上單擊鼠標右鍵選中該芯片，再單擊鼠標左鍵將出現(xiàn)編輯元件對話框 子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務二 仿真軟件Proteus56圖1-51 加載程序子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務二 仿真軟件Proteus573系統(tǒng)軟、硬件仿真 將軟件加載到單片機芯片上以后，選擇“Debug”“Execute”命令對整個系統(tǒng)進行軟、硬件全面仿真運行。當發(fā)光二極管滿足其導通條件時，將改變顏色指示其導通發(fā)光.子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務二 仿真軟件Proteus58圖1-52 系統(tǒng)仿真子情境二 單片機開發(fā)設計常用工具軟件任務二 仿真軟件Proteus59圖1-65 輸入/輸出電路子情境三單片機開發(fā)設計流程603軟件設計 根據輸入/輸出應用系統(tǒng)的要求，編制好如下源程序： ORG 0000HSTART：JB P3.0, z1 ；輸入為高電平則轉 Z2：MOV P1,#55H ；輸出55H信號，使二極管間隔點亮 SJMP START Z1：MOV P1,#00H ；輸出全0信號，使二極管全部點亮 SJMP START END子情境三單片機開發(fā)設計流程6