單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)

冰箱全自動(dòng)洗衣機(jī)樓宇防盜設(shè)備

智能電飯煲

電子琴玩具大屏幕呼叫系統(tǒng)

數(shù)控銑床數(shù)控車床汽車

血壓計(jì)呼吸機(jī)心電監(jiān)護(hù)儀任務(wù)1認(rèn)識(shí)單片機(jī)任務(wù)2

了解單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)任務(wù)3單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)1認(rèn)識(shí)單片機(jī)1．了解單片機(jī)的基本概念及發(fā)展史。2．掌握AT89S51單片機(jī)的封裝及引腳定義。3．了解AT89S51單片機(jī)的主要功能特性。在利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)前，首先需要對(duì)單片機(jī)有一個(gè)基本的了解。本任務(wù)的目的就是使讀者對(duì)單片機(jī)形成一定的感性認(rèn)識(shí)，學(xué)會(huì)識(shí)別不同封裝形式單片機(jī)的引腳編號(hào)，并掌握各個(gè)引腳功能的定義。一、單片機(jī)的概念單片機(jī)是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器（CPU）、隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、I/O接口電路、中斷系統(tǒng)及定時(shí)/計(jì)數(shù)器等主要計(jì)算機(jī)部件集成到一塊芯片上，使其具有計(jì)算機(jī)的基本功能，稱為單片微型計(jì)算機(jī)（SingleChipMicroComputer，SCMC），簡(jiǎn)稱單片機(jī)。二、單片機(jī)的發(fā)展史第一階段（1976—1979）單片機(jī)的探索階段Intel公司MCS-48為代表

第二階段（1979—1982）單片機(jī)的完善階段Intel公司MCS-51為代表

第三階段（1982—1990）16位單片機(jī)推出階段Intel公司MCS-96為代表

第四階段（1990至今）微控制器全面發(fā)展階段MicrochipPICMotorola為代表MC68HC三、單片機(jī)的封裝形式及引腳定義PDIP封裝形式的AT89S51單片機(jī)的引腳描述引腳定義引腳編號(hào)功能描述VCC40電源引腳，接+5V電源GND20接地引腳，接+5V電源地XTAL1和XTAL219和18時(shí)鐘引腳，外接時(shí)鐘電路RST9復(fù)位引腳，用于單片機(jī)復(fù)位P0.0～P0.7（P0口）39～321.作為8位雙向I/O口使用2.在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器或外部接口電路時(shí)，分時(shí)用作低8位地址線和數(shù)據(jù)總線P1.0～P1.7（P1口）1～81.作為8位準(zhǔn)雙向I/O口使用2.用于ISP編程下載（P1.5、P1.6、P1.7）（續(xù)表）引腳定義引腳編號(hào)功能描述P2.0～P2.7（P2口）21～181.作為8位準(zhǔn)雙向I/O口使用2.在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器或外部接口電路時(shí)，分時(shí)用作高8位地址線P3.0～P3.7（P3口）10～171.作為8位準(zhǔn)雙向I/O口使用2.具有第二功能（詳見課題五中具體應(yīng)用）/Vpp31外部/內(nèi)部程序存儲(chǔ)器使能端29外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)端ALE/30地址鎖存允許信號(hào)端四、AT89S51的功能特性?兼容MCS-51系列產(chǎn)品。?4KBFlash存儲(chǔ)器，支持

在線編程，可反復(fù)擦寫1000次。?128B片內(nèi)RAM。?工作電壓4.5～5.5V。?全靜態(tài)時(shí)鐘0～33MHz。?32個(gè)雙向I/O口線。?2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。?5個(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)

先級(jí)。?1個(gè)全雙工UART串行口。?看門狗定時(shí)器。?低功耗空閑和省電模式。生產(chǎn)廠家類別型號(hào)舉例圖片ATMEL公司AT89系列AT89C2051（DIP封裝）AT89S52（DIP封裝）AT90系列(AVR單片機(jī))ATmega48（QFP封裝）查找資料，了解常見的其他類型單片機(jī)。生產(chǎn)廠家類別型號(hào)舉例圖片STC公司STC單片機(jī)STC89C52RC（DIP封裝）MicroChip公司PIC單片機(jī)PIC16F877A（DIP封裝）PHILIPS公司51LPC系列LPC2148FBD64（LCC封裝）生產(chǎn)廠家類別型號(hào)舉例圖片TI公司MSP430系列MSP430F1612（QFP封裝）TMS370系列TMS370C722FNT（LCC封裝）Motorola公司MC68HC908系列MC68HC908SR12CB（DIP封裝）單擊此處返回目錄任務(wù)2了解單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

1．了解AT89S51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。2．了解AT89S51單片機(jī)I/O端口的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。3．掌握AT89S51單片機(jī)I/O端口的使用方法。設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，不僅要進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)，還要進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)。因此，設(shè)計(jì)時(shí)要求設(shè)計(jì)者對(duì)單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)要有一定的了解。本任務(wù)就是要在了解單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，掌握單片機(jī)I/O端口與外圍電路的合理設(shè)計(jì)方法。一、單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機(jī)各組成部分說(shuō)明組成部分說(shuō)明中央處理器(CPU)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)地工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)內(nèi)部有256B的RAM，其中包含128B用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元（地址為00H～7FH）和128B專用寄存器單元（地址為80H～FFH）程序存儲(chǔ)器(ROM)內(nèi)部有4KB掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格定時(shí)/計(jì)數(shù)器(T0、T1)含有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器（T0、T1），以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能組成部分說(shuō)明并行輸入輸出(I/O)口共有4組8位并行I/O口（P0、P1、P2和P3），用于單片機(jī)與外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸全雙工串行口內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其他設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用中斷系統(tǒng)共含有5個(gè)中斷源（2個(gè)外部中斷、2個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和1個(gè)串行中斷），并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇時(shí)鐘電路需外接晶振和微調(diào)電容構(gòu)成振蕩電路，產(chǎn)生單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序（續(xù)表）二、單片機(jī)的I/O端口AT89S51單片機(jī)有4個(gè)并行的I/O端口，即P0、P1、P2和P3口。每個(gè)端口均由8個(gè)引腳（即8位）構(gòu)成，包括一個(gè)鎖存器、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)輸入緩沖器。P0口為雙向8位三態(tài)I/O口，作為通用I/O口時(shí)，每一位能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。當(dāng)用于外接存儲(chǔ)器或者擴(kuò)展I/O接口時(shí)，作為數(shù)據(jù)總線（D0～D7）和地址總線（A0～A7）的低8位（分時(shí)復(fù)用，通過(guò)ALE信號(hào)區(qū)分）。CPU可對(duì)其按字節(jié)方式或位方式進(jìn)行操作。1．P0口

P0口為漏極開路輸出端口，即漏極沒有電阻接至電源。作為I/O口輸出時(shí)，輸出低電平為“0”，但輸出高電平為高阻態(tài)（并非+5V，相當(dāng)于懸空狀態(tài)），也就是說(shuō)P0口不能真正地輸出高電平，因此在使用時(shí)需外接上拉電阻，由電源通過(guò)這個(gè)上拉電阻給負(fù)載提供電流，如右圖所示。P0口作為通用I/O口時(shí)，要外接上拉電阻才能輸出高電平，上拉電阻的阻值由外部負(fù)載電流決定；當(dāng)作為地址/數(shù)據(jù)總線時(shí)，無(wú)需外接上拉電阻，此時(shí)不能再作通用I/O口使用。P1口為8位準(zhǔn)雙向I/O口。使用時(shí)與P0口相似，但其內(nèi)部具有提升電路，由于輸入不能鎖存，必須先輸出1才能正確讀出端口電平，故稱為準(zhǔn)雙向口。作為通用I/O口使用時(shí)可以直接驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。

2．P1口?P1.5：MOSI端（用于ISP編程，主出從入數(shù)據(jù)端）。?P1.6：MOSO端（用于ISP編程，主入從出數(shù)據(jù)端）。?P1.7：SCK端（用于ISP編程，串行時(shí)鐘輸入端）。同時(shí)P1口的部分引腳還具有第二功能：P2口為8位準(zhǔn)雙向I/O口。當(dāng)用作通用并行I/O口時(shí)，其操作方式與P0、P1口類似，每一位可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。當(dāng)用于外接存儲(chǔ)器或者擴(kuò)展I/O接口時(shí)，P2口作為擴(kuò)展的高8位地址（A8～A15）總線口，與P0口共同構(gòu)成16位地址總線（A0～A15）。3．P2口引腳符號(hào)名稱功能P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送P3.2外部中斷0輸入P3.3外部中斷1輸入P3.4T0定時(shí)器0的外部輸入P3.5T1定時(shí)器1的外部輸入P3.6外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫信號(hào)P3.7外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀信號(hào)

P3口為8位準(zhǔn)雙向口，其結(jié)構(gòu)和操作方式等與P2口類似。同時(shí)P3口還可按位復(fù)用為第二功能，具體見下表。

4．P3口三、單片機(jī)I/O口的讀寫操作

P0口作為輸出口使用單片機(jī)最小系統(tǒng)P2口作為輸入口使用單片機(jī)的4個(gè)I/O口在使用時(shí)，當(dāng)某一端口既作輸入又作輸出使用，且要進(jìn)行輸出轉(zhuǎn)輸入操作時(shí)，需先將該端口寫“1”然后再讀。［例］P1口在輸出轉(zhuǎn)輸入操作時(shí)的軟件編程方法。匯編：MOVP1，#23HC51：P1=0x23；//P1口作輸出口使用MOVP1，#0FFHP1=0xff；//先將P1口置“FF”MOVA，P1ACC=P1；//P1口由輸出轉(zhuǎn)輸入口若端口只作輸入口使用，則讀數(shù)時(shí)不必再向端口先寫“1”。已知P0口內(nèi)部位結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，試查找相關(guān)資料分析為何當(dāng)P0口輸出高電平時(shí)需外接上拉電阻。單擊此處返回目錄任務(wù)3單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)1．了解單片機(jī)最小系統(tǒng)各部分的組成及功能。2．掌握單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作方法。單片機(jī)是一種微控制器，而任何微控制器正常工作最基本的條件是要有正確的電源、時(shí)鐘和復(fù)位電路（即最小系統(tǒng)），三者缺一不可。因此，在所有的單片機(jī)應(yīng)用電路中，單片機(jī)必須滿足以上三個(gè)條件才能正常運(yùn)行工作。本任務(wù)就是要認(rèn)識(shí)單片機(jī)最小系統(tǒng)的組成及各部分的作用，并最終完成單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作，這是每一位設(shè)計(jì)者必須掌握的最基本的硬件電路設(shè)計(jì)知識(shí)。一、電源電路——單片機(jī)的工作電壓

單片機(jī)要想工作，首先要有為整個(gè)系統(tǒng)提供電源的供電模塊。電源模塊的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。51系列單片機(jī)工作電源的電壓一般為+4.5～+5.5V，典型值為+5V，即將單片機(jī)的VCC腳接+5V電源，GND腳接地。二、時(shí)鐘電路——單片機(jī)的“心臟”即單片機(jī)內(nèi)部的高增益反向放大器通過(guò)XTAL1、XTAL2引腳外接作為反饋元件的片外晶體振蕩器（呈感性）與電容組成的并聯(lián)諧振回路構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器，向內(nèi)部的時(shí)鐘電路提供振蕩時(shí)鐘。1．內(nèi)部時(shí)鐘方式外部時(shí)鐘方式常用于多片51單片機(jī)同時(shí)工作，以便于同步。它是將外部振蕩脈沖信號(hào)通過(guò)CMOS門電路輸入至XTAL1腳，XTAL2腳懸空，如下圖所示。時(shí)鐘電路異常也會(huì)引起單片機(jī)CPU不工作，可通過(guò)測(cè)量ALE腳是否有六分頻信號(hào)輸出來(lái)判斷振蕩電路是否起振。2．外部時(shí)鐘方式3．時(shí)序51系列單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)振蕩周期組成，分為6個(gè)狀態(tài)，分別稱為S1、S2、S3、S4、S5、S6，每個(gè)狀態(tài)都包含P1和P2兩相。振蕩周期、狀態(tài)周期、機(jī)器周期和指令周期的關(guān)系如下：［例］AT89S51外接晶振頻率為12MHz，則4個(gè)時(shí)間周期的具體值為：解：振蕩周期＝1/12μs狀態(tài)周期＝2×振蕩周期＝1/6μs機(jī)器周期＝6×狀態(tài)周期＝1μs指令周期＝（1～4）×機(jī)器周期＝1～4μs三、復(fù)位電路——單片機(jī)恢復(fù)初始狀態(tài)值1．硬件復(fù)位上電復(fù)位電路上電與按鍵均有效的復(fù)位電路2．軟件復(fù)位即看門狗復(fù)位，AT89S51內(nèi)部自帶看門狗定時(shí)器，由一個(gè)14