任務一單片機控制單燈亮滅

任務一單片機控制單燈亮滅教學導航任務單任務準備案例示范知識梳理與總結任務作業(yè)教學導航教知識重點(1)單片機存儲器結構(2)并行輸入/輸出接口(3)單片機引腳功能知識難點并行輸入/輸出接口推薦教學方式以任務入手，通過單片機控制單只發(fā)光二極管的亮滅任務的完成初步了解單片機的基本結構，并行輸入/輸出接口的控制方法。建議學時6學時學推薦學習方法通過對教師提供的電路圖和給定的程序調(diào)試，初步學會使用KeilC開發(fā)環(huán)境和Proteus完成程序編輯、編譯、調(diào)試與仿真運行方法，理解相關理論知識，學會應用。必須掌握的理論知識(1)數(shù)制與編碼（2）單片機內(nèi)部結構與CPU結構(3)存儲器配置（4）并行輸入/輸出接口(5)單片機引腳功能必須掌握的技能利用KeilC開發(fā)環(huán)境和Proteus編輯、編譯、調(diào)試與仿真運行C51程序的初步過程。任務單任務描述針對第一個項目——交通燈控制系統(tǒng)，由單片機控制十二只發(fā)光二極管，分別對應四個路口的紅綠黃燈，定時讓相應的紅綠燈亮、黃燈閃爍。為了實現(xiàn)這一目標，首先必須解決單片機如何控制單只發(fā)光二極管亮和滅的問題，因此通過本任務的學習，學會利用單片機控制任意一只發(fā)光二極管發(fā)光和不發(fā)光。任務要求由P0連接8只發(fā)光二極管（如圖1-1所示，P0口各腳分別連接紅、綠、黃、藍四種顏色），實現(xiàn)如下功能：（1）讓左邊4只發(fā)光二極管亮、右邊4只發(fā)光二極管不亮；（2）讓8只發(fā)光二極管間隔亮，即從左邊開始讓第1、3、5、7亮，另外4只不亮，或反過來；（3）自行設置哪些燈亮、哪些滅（如讓指定亮的顏色），實現(xiàn)之。實現(xiàn)方法1．利用Proteus仿真運行，采用不同的方法實現(xiàn)單燈（或幾個燈）的發(fā)光。2．在開發(fā)板等實訓設備上按任務要求連線，完成程序設計并運行。任務一電路圖任務一單片機控制單燈亮滅1.1數(shù)制與編碼1.28051單片機基本結構1.3存儲器結構1.4并行輸入/輸出接口1.5MCS-51單片機引腳功能案例1單片機控制右側發(fā)光二極管亮滅案例2

仿真調(diào)試簡單的C語言程序1.1數(shù)制與編碼

計算機最基本的功能是進行數(shù)據(jù)的計算和處理加工，為了方便和可靠，計算機內(nèi)部采用了二進制數(shù)字系統(tǒng)，因此，所有數(shù)值數(shù)據(jù)都必須采用二進制數(shù)表示，所有非數(shù)值數(shù)據(jù)，例如，字母、符號等也都必須采用二進制代碼表示。

1.1.1進位計數(shù)制

數(shù)制是進位計數(shù)制的簡稱。為區(qū)別不同的進位計數(shù)制，通常用字母來表示數(shù)制：D（Decimal）代表十進制（也可省略）B（Binary）代表二進制O（Octal）代表八進制H(Hexadecimal)代表十六進制。

幾種進制的對應關系十進制十六進制二進制十進制十六進制二進制00000088100011000199100122001010A101033001111B101144010012C110055010113D110166011014E111077011115F1111進制間的轉換技巧：利用“開始”→“附件”→“計算器”1.1.2計算機中的常用編碼

1．二—十進制編碼二—十進制編碼是指將十進制數(shù)的0～9十個數(shù)字用二進制數(shù)表示的編碼，即BCD（BinaryCodedDecimal）編碼。由于十進制數(shù)需用4位二進制數(shù)來表示。4位二進制編碼有多種方案，BCD碼也有多種方案。最常用的編碼是8421BCD碼，它是一種恒權碼，8（23）、4（22）、2（21）、1（20）分別是4位二進制數(shù)的權值。

8421BCD碼十進制數(shù)8421BCD碼十進制數(shù)8421BCD碼00000501011000160110200107011130011810004010091001十進制數(shù)86.5轉換為8421BCD碼為：

86.5＝（10000110.0101）8421BCD

BCD碼10010011.0100轉換為十進制數(shù)為：（10010011.0100）8421BCD＝93.4例1-5

十進制數(shù)和BCD碼相互轉換同一二進制代碼，當把它看作是二進制數(shù)和把它看作是二進制編碼的十進制數(shù)（BCD），其數(shù)值是不同的！

2．字符編碼計算機中普遍采用的是美國國家信息交換標準字符碼，即ASCII碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）。ASCII碼采用7位二進制代碼對字符進行編碼。它包括52個大、小寫英文字母，10個阿拉伯數(shù)字，32個通用控制符號，34個專用符號，共128個字符。例如0～9對應的ASCII碼為30H～39H，A～Z對應的ASCII碼為41H～5AH。ASCII碼表1.2單片機基本結構MCS-51系列單片機都是以8051為核心電路發(fā)展起來的，包括51子系列（基本型）和52子系列（增強型）兩大類，因此它們都具有MCS-51的基本結構與軟件特征，具有很強的兼容性。MCS—51系列單片機配置FlashRom單片機：89X51——89C51、89S51等。1.2.1單片機的內(nèi)部結構（1）1個8位的中央處理器（CPU，具有位處理功能）和1個全雙工的異步串行口。（2）2個16位定時器/計數(shù)器（3）3個邏輯存儲空間64KB程序存儲器空間（包括4KB片內(nèi)程序存儲器ROM）128B內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）64KB數(shù)據(jù)存儲器空間（4）

4個雙向并可按位尋址的I/O口（5）5個中斷源，具有兩個優(yōu)先級（6）片內(nèi)還有振蕩器和時鐘電路VCCALERAM地址寄存器RAMP0鎖存器P2鎖存器ROMP0驅(qū)動器P2驅(qū)動器ACC寄存器B暫存2暫存1SP程序地址寄存器緩沖器PC加1PCDPTRPSWP1驅(qū)動器P3驅(qū)動器P1鎖存器P3鎖存器SFR特殊功能寄存器PSENVSSEARESET內(nèi)部時鐘外接晶振P1.0~P1.7P3.0~P3.7P0.0~P0.7P2.0~P2.7中斷、串行口及定時器ALU定時及控制指令寄存器指令譯碼器用EPROM,為8751無ROM為8031MCS-51系列單片機的結構框圖P0P1P2P3并行接口CPU時鐘電路串行接口中斷系統(tǒng)ROMRAM定時/計數(shù)器T0T1TXDRXD1.2.2單片機CPU的結構

1.

CPU結構

MCS－51內(nèi)部有一個8位CPU（8位是CPU的字長，指CPU對數(shù)據(jù)的處理是按一個字節(jié)進行的），它象通常的微處理器一樣，也是由算術邏輯運算單元ALU、定時控制部件（即控制器）和各種專用寄存器等組成的。ALU

由定時和控制部件構成的控制器，包括定時控制邏輯、指令寄存器、指令譯碼器、數(shù)據(jù)指針DPTR、程序計數(shù)器PC、堆棧指針SP、RAM地址寄存器以及16位地址緩沖器等。運算器（ALU、專用寄存器）2.CPU的專用寄存器組MCS-51的CPU專用寄存器組包括6個寄存器程序計數(shù)器PC累加器ACC寄存器B程序狀態(tài)標志寄存器PSW堆棧指針SP數(shù)據(jù)指針DPTR。除PC外，其余5個寄存器均為可編程可訪問寄存器。專用寄存器組中只有PC在物理上是獨立的（即沒有與其他器件共同編碼的物理地址），其余5個寄存器都有相應的直接地址（稱字節(jié)地址）。

是一個獨立的計數(shù)器，用于存放下一條待執(zhí)行指令的地址。PC的基本工作過程可以描述為：PC中的數(shù)作為指令地址輸出給程序存儲器，程序存儲器按此地址輸出指令字節(jié)，同時PC本身自動加1，指向下一條指令。MCS-51的PC是一個16位寄存器，其尋址范圍是64KB（即216Byte）。

（1）程序計數(shù)器PC（ProgramCounter）（2）累加器ACC（Accumulator）簡稱A寄存器或累加器A，是一個具有特殊用途的8位寄存器，主要用來存放一個操作數(shù)或存放運算的結果。累加器ACC是CPU中使用最頻繁的寄存器，MCS-51指令系統(tǒng)中多數(shù)指令的執(zhí)行都通過它進行。（3）程序狀態(tài)字PSW

（ProgramStateWord）CyACF0RS1RS0OV…PD7D6D5D4D3D2D1D0PSW進位標志、“位累加器”

輔助進位標志

用戶通用狀態(tài)標志

溢出標志

奇偶標志位

保留位

工作寄存器組選擇控制位

若A中有奇數(shù)個“1”，則P置位，否則清零

1.3存儲器的結構自學，回答以下問題：1、MCS-51存儲器的ROM和RAM分別存放什么內(nèi)容，其體系結構什么樣的結構？有何特點？2、8051單片機的片內(nèi)ROM的容量有多大？如果要擴展了程序存儲器，單片機的程序存儲在片內(nèi)ROM和片外ROM兩個空間中，必須對單片機的引腳如何處理？片外ROM的地址范圍是怎樣的？3、8031沒有片內(nèi)ROM，則對單片機的引腳如何處理？4、51子系列單片機片內(nèi)RAM容量多大，分為哪幾大區(qū)域？5、51單片機片機RAM中的工作寄存器區(qū)有多少個單元，分幾組，每組多少個單元？這些單元如何命名的？6、ROM、片內(nèi)RAM、片外RAM分別稱為什么區(qū)？1.3存儲器結構普林斯頓（Princeton）結構：將程序和數(shù)據(jù)合用一個存儲器空間的結構。哈佛（Harvard）結構：程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，ROM和RAM獨立編址并分別尋址的結構，相互間不會沖突。在MCS-51系列單片機中，不僅在片內(nèi)預留了一定容量的程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器，而且還具有很強的外部存儲器擴展能力，可擴展到64KB。1

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15EPROM27641

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15RAM6264

80318751805189C51片內(nèi)RAM片內(nèi)ROM256B（字節(jié)）4KB64K64K1.3.1程序存儲器程序存儲器（Programmemory）主要用于存放經(jīng)調(diào)試正確的應用程序和常數(shù)表格，稱為CODE區(qū)。由于MCS-51系列單片機采用16位的程序計數(shù)器PC和16位的地址總線，因而程序存儲器可擴展的地址空間為64KB，并且這64KB地址在空間分布范圍上是連續(xù)和統(tǒng)一的。程序存儲器的應用形態(tài)當EA為高電平時，程序運行先從片內(nèi)ROM取指令，當片內(nèi)ROM指令取完后（PC>0FFFH），再從片外ROM取指令。當EA為低電平時，只從片外ROM取指令。

程序存儲器片內(nèi)ROM0FFFFH1000H0FFFH0000H片內(nèi)ROM

EA=10FFFH0000H片外ROM

EA=0程序存儲器的應用形態(tài)8051中含有4KB容量的掩膜ROM，8751中含有4KB容量的EPROM，89C51中含有4KB容量的FlashROM——EA接高電平。8031/8032中不設程序存儲器，這種單片機在供應狀態(tài)上稱為ROMLess型器件，使用過程中必須外部擴展ROM——EA接高電平。數(shù)據(jù)存儲器00HFFH7FH80H(高128B)(低128B)內(nèi)部RAM特殊功能

寄存器0組R0R7R0R7R0R7R0R71組2組3組工作寄存器區(qū)可位尋址區(qū)20H2FH7F78070030H7FH數(shù)據(jù)緩沖區(qū)/堆棧區(qū)內(nèi)部RAM存儲器18H1FH10H17H08H0FH00H07H1.3.2內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RS1RS0000組011組102組013組稱為DATA區(qū)1.3.3外部數(shù)據(jù)存儲器可以擴展64KB稱XDATA區(qū)頁內(nèi)尋址（沒有高8位地址）區(qū)為PDATA區(qū)0000HFFFFH(64K)外部數(shù)據(jù)存儲器1.4并行輸入/輸出接口接口電路是微機應用系統(tǒng)中必不可少的組成部分，其中并行輸入/輸出接口是CPU與外部進行信息交換的主要通道。MCS-51單片機內(nèi)部有4個并行的I/O接口電路：P0、P1、P2、P3，它們都是雙向口，既可以輸入又可以輸出。P0、P2口經(jīng)常用作外部擴展存儲器時的數(shù)據(jù)、地址總線，P3口除了可用作I/O口外，每一根都有第二功能。通過這些I/O接口，單片機可以外接鍵盤、顯示器等外圍設備，還可以進行系統(tǒng)擴展，以解決片內(nèi)硬件資源不足問題。

1.P0口

總結特點：（1）P0口可作通用I/O口使用，又可作地址/數(shù)據(jù)總線口；（2）P0既可按字節(jié)尋址，又可按位尋址；（3）作通用I/O口輸出時：是開漏輸出，應外接上拉電阻；（4）P0是一個準雙向口。

1.P0口2.P1口（1）只能作I/O口，沒有地址/數(shù)據(jù)復用功能（2）可按字節(jié)尋址，也可按位尋址（3）是一準雙向口，輸出驅(qū)動接有上拉電阻，不是開漏輸出。

讀鎖存器讀引腳寫鎖存器內(nèi)部總線DCLQQP1.X鎖存器P1.X引腳Vcc內(nèi)部上拉電阻R*3.P2口讀引腳寫鎖存器內(nèi)部總線讀鎖存器DCLQQP2.X鎖存器MUXP2.X引腳地址Vcc控制內(nèi)部上拉電阻R*l（1）當P2口作為通用I/O時，是一準雙向口。（2）從P2口輸入數(shù)據(jù)時，先向鎖存器寫“1”。（3）可位尋址，也可按字節(jié)尋址。（4）可輸出地址高8位。

3.P2口4.P3口讀引腳寫鎖存器內(nèi)部總線讀鎖存器DCLQQP3.X鎖存器P3.X引腳第二功能輸出內(nèi)部上拉電阻R*第二功能輸入Vcc&(1)當P3口作為通用I/O接口時,第2功能輸出線為高電平;(2)當P3口作為第2功能使用時,應先向鎖存器寫1;(3)當P3口作為第二功能輸入時,第2功能輸出線自動為1。P3口的第二功能1.4.2并行I/O口的使用特性

MCS-51系列單片機的4個并行I/O口均由內(nèi)部總線控制，端口的功能復用會自動識別，不用指令選擇。

P0是8位、漏極開路的雙向I/O口，當用作片外存儲器或接口擴展時，分時復用為數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線，可驅(qū)動8個LSTTL負載。

P1是8位、準雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻，驅(qū)動為4個LSTTL負載。

P2是8位、準雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻，可驅(qū)動4個LSTTL負載，外部擴展時用作高8位地址總線。

P3是8位、準雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻，可驅(qū)動4個LSTTL負載。P3口的所有口線都具有第二功能，實現(xiàn)控制總線的作用。

1.5單片機芯片的引腳及功能8、P3口的第二功能2、振蕩電路：XTAL1、XTAL23、復位引腳：RST4、并行口：P0、P1、P2、P37、ALE：地址鎖存控制信號1、電源線：VCC(+5V)、VSS(地)5、EA：訪問片外ROM控制信號6、PSEN：外部ROM讀選通信號VCCVSSXTAL2

XTAL1RST/VPDP0.0

P0.1

P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P1.0

P1.1

P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0ALEP3.0

P3.1

P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7EAPSENRXD/

TXD/

INT0/INT1/

T0/

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RD/1

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313029282726252424222180318051875189C51VCC（40腳）:接+5V電源正端;VSS（20腳）:接+5V電源地端。1.主電源引腳2.外接晶體引腳

XTAL1（19腳）:接外部石英晶體的一端。在單片機內(nèi)部,它是一個反相放大器的輸入端,這個放大器構成了片內(nèi)振蕩器。

XTAL2（18腳）:接外部晶體的另一端。在單片機內(nèi)部,接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。（1）RST/VPD（9腳）:RST即為RESET,VPD為備用電源,所以該引腳為單片機的上電復位或掉電保護端。

VPD是備用電源輸入端，當單片機掉電或電源發(fā)生波動導致電源電壓下降到一定值時，備用電源通過VPD端給內(nèi)部RAM供電，保持其中的信息，直至單片機工作電壓恢復正常。

（2）(30腳):當訪問外部存儲器時,ALE（允許地址鎖存信號）以每機器周期兩次的信號輸出,用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低8位地址，的功能是8751等片內(nèi)含有ROM器件的編程脈沖輸入端。3.控制信號（3）（29腳）:片外程序存儲器讀選通信號輸出端,低電平有效。（4）/VPP（31腳）:為訪問外部程序存儲器控制信號,低電平有效。VPP是編程電源輸入端。（1）P0口（39腳～32腳）:P0.0～P0.7統(tǒng)稱為P0口。（2）P1口（1腳～8腳）:P1.0～P1.7統(tǒng)稱為P1口,可作為準雙向I/O接口使用。（3）P2口（21腳～28腳）:P2.0～P2.7統(tǒng)稱為P2口,一般可作為準雙向I/O接口。（4）P3口（10腳～17腳）:P3.0～P3.7統(tǒng)稱為P3口。4.輸入/輸出（I/O）案例1單片機控制右側發(fā)光二極管亮滅讓最右邊的發(fā)光二極管亮，其它不亮。給P0.0送0，其他位送1，可讓D8亮而其他燈不亮。1.案例程序#include<reg51.h>voidmain(){unsignedintvalue;value=0xfe;P0=value;}2.KeilC51調(diào)試方法與步驟要使用Keil軟件，首先要正確安裝Keil軟件，該軟件的Eval版本可以直接去http://www.下載（1）建立工作項目文件啟動KeilμVison2，如果打開后就有打開的文件，單擊“Project->CloseProject”菜單將其關閉。單擊“File→New...”，打開一個新的文件輸入窗口，在這個窗口里輸入上述源程序。輸入完畢之后，選擇“File-->Save”，給這個文件取名保存。單擊“Project->NewProject...”，出現(xiàn)對話框，要求給將要建立的工程起一個名字，這里起名為test，不需要輸入擴展名。單擊“保存”按鈕，出現(xiàn)第二個對話框。CPU選擇窗口標準8051啟動代碼加入工程詢問是否要將標準的8051啟動代碼加入工程，單擊“是”按鈕。添加源程序單擊“SourceGroup1"，使其反白顯示，然后單擊鼠標右鍵，出現(xiàn)一個下拉菜單。選中其中的“AddfiletoGroup‘SourceGroup1’”，出現(xiàn)一個對話框，要求尋找源文件。工程選項的設置選擇資源窗口中的“Target1”，單擊鼠標右鍵，出現(xiàn)快捷菜單，然后選擇“OptionsforTarget‘Target1’”。生成單片機燒錄文件在彈出的對話框中選擇“output”標簽頁，選中該頁的“CreatHEXFile”前面的復選框，這樣在編譯后就會生成可以用于燒寫的.hex文件。（2）項目編譯、連接“Project→Buildtarget”可以對當前工程進行連接，產(chǎn)生目標代碼?！癙roject→RebuildAlltargetfiles”將會對當前工程中的所有文件（無論是否修改過）重新進行編譯，產(chǎn)生目標代碼。而如果選擇“Project→Translate...."，項則僅對當前文件進行編譯，不進行連接，也就不會產(chǎn)生新的目標代碼。編譯、設置的工具欄按鈕編譯、編譯連接、全部重建、停止編譯和對工程進行設置。編譯后的輸出信息編譯過程中的信息將出現(xiàn)在輸出窗口中的Build頁中，提示獲得了名為mytest.hex的文件，該文件即可被編程器讀入并寫到芯片中。同時還可看到該程序的代碼量、內(nèi)部RAM的使用量、外部RAM的使用量等一些信息。除此之外還產(chǎn)生了一些其他相關的文件可被用于Keil的仿真與調(diào)試。（3）程序的仿真與調(diào)試工程進行匯編、連接成功以后，按組合鍵[Ctrl十F5】或者選擇“Debug→Start/StopDebugSession”即可進入調(diào)試狀態(tài)，菜單項中出現(xiàn)了一個用于仿真運行和調(diào)試的工具條。從左到右依次是復位、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(nèi)存窗口、性能分析、工具按鈕等命令的快捷按鈕。仿真或觀察P0、P2端口的狀態(tài)選擇“Peripherals→I/O-Ports→Port0”和“Peripherals→I/O-Ports→Port2”，在主窗口中會出現(xiàn)P0,P2口的狀態(tài)，需要在程序運行的時候改變P0.0(4)在Proteus中仿真運行①雙擊桌面上的ISIS7Professional圖標或者單擊屏幕左下方的“開始”→“程序”→“Proteus7Professional”→“ISIS7Professional”，出