《單片機原理及應(yīng)用項目化教程》課件項目一 單片機基礎(chǔ)知識

項目一單片機基礎(chǔ)知識任務(wù)1單片機知識任務(wù)2計算機數(shù)制及其相互之間的轉(zhuǎn)換任務(wù)3Proteus8Professional軟件使用任務(wù)4Keil軟件使用教學(xué)任務(wù)

任務(wù)1：單片機知識。

任務(wù)2：計算機數(shù)制及其相互之間的轉(zhuǎn)換。

任務(wù)3：Proteus8Professional軟件使用。

任務(wù)4：Keil軟件使用。

教學(xué)目標(biāo)

(1)掌握單片機的發(fā)展史、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及單片機最小系統(tǒng)的構(gòu)成。

(2)掌握各個進制間的相互轉(zhuǎn)換。

(3)掌握Proteus8Professional軟件的使用方法。

(4)掌握Keil軟件的使用方法。

任務(wù)1單?片?機?知?識

任務(wù)要求：在本小節(jié)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上簡述單片機的基本結(jié)構(gòu)，簡要分析利用51單片機驅(qū)動LED電路的基本實現(xiàn)思路。學(xué)習(xí)目標(biāo)：(1)掌握單片機的引腳結(jié)構(gòu)。(2)掌握單片機最小系統(tǒng)及各模塊功能。1.單片機的引腳結(jié)構(gòu)單片機屬于微型計算機的一種，它是把微處理器、存儲器、輸入/輸出(Input/Output，I/O)接口、定時器/計數(shù)器、串行接口、中斷系統(tǒng)等電路集成在一塊集成電路芯片上形成的微型計算機，因而被稱為單片微型計算機，簡稱為單片機。單片機頂部缺口左側(cè)為第1個引腳，逆時針排列，右側(cè)上端是第40個引腳。40個引腳的功能如下：(1)電源和晶振引腳。(2)控制引腳。(3)?I/O口引腳：P0口(32～39引腳)，內(nèi)部沒有上拉電阻，不能正常輸出高低電平，因此使用時需外接上拉電阻，一般為10?kΩ。2．單片機的電平特性數(shù)字電路只有兩種電平：高電平和低電平。單片機是數(shù)字集成芯片，輸入/輸出是晶體管-晶體管邏輯(Transistor-TransistorLogic，TTL)電平，高電平是?+5?V，低電平是0?V。因計算機串口是RS-232C電平(負邏輯電平)，高電平是?-12?V，低電平是?+12?V，所以單片機與計算機相連時，需加電平轉(zhuǎn)換芯片，一般常用的電平轉(zhuǎn)換芯片是MAX232。3.單片機的主要特點單片機的主要特點如下：(1)在存儲器結(jié)構(gòu)上，單片機的存儲器采用哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)。(2)在芯片引腳上采用分時復(fù)用技術(shù)。(3)有21個特殊功能寄存器(SpecialFunctionRegister，SFR)。(4)采用面向控制的指令系統(tǒng)。(5)內(nèi)部一般都集成一個全雙工的串行接口。(6)有很強的外部擴展能力。單片機的應(yīng)用范圍很廣，可概括為如下幾個方面：(1)工業(yè)智能控制。(2)儀器儀表。(3)計算機外部設(shè)備及通信。(4)智能家居。(5)醫(yī)療衛(wèi)生。(6)軍事。(7)航空航天。5．單片機的等級按照適應(yīng)能力的不同，單片機可分為如下等級：(1)民用級或商用級。溫度適應(yīng)能力在0～70℃。(2)工業(yè)級。溫度適應(yīng)能力在?-40～85℃，適用于工廠和工業(yè)控制中。(3)軍用級。溫度適應(yīng)能力在?-65～125℃，適用于環(huán)境條件苛刻、溫度變化很大的野外等環(huán)境。6．單片機的原理結(jié)構(gòu)MCS-51系列單片機包含51和52兩個子系列。51子系列中，常見的有8031、8051、8751等機型。52子系列中，常見的有8032、8052、8752三種機型。52子系列與51子系列相比結(jié)構(gòu)大部分相同，不同之處在于：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器增至256?B；8032芯片不帶ROM，8052芯片帶8?KB的ROM，8752芯片帶8?KB的EPROM；有3個16位定時器/計數(shù)器，6個中斷源。51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)集成了中央處理器(CentralProcessingUnit，CPU)、存儲器(RAM和ROM)、定時器/計數(shù)器、并行I/O口、串行口、中斷系統(tǒng)及一些特殊功能寄存器(SFR)，它們通過內(nèi)部總線緊密地聯(lián)系在一起。7．單片機的存儲器單片機的存儲器分為兩個部分：程序存儲器(ROM)和數(shù)據(jù)存儲器(RAM)。程序存儲器又分為片內(nèi)程序存儲器和片外程序存儲器兩部分；數(shù)據(jù)存儲器又分為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器兩部分。1)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128個單元(00H～7FH)(1)工作寄存器區(qū)(00H～1FH)：分為四組，在任意時刻，CPU只能選擇其中的一組寄存器作為當(dāng)前寄存器組，具體選擇哪一組由程序狀態(tài)字(ProgramStatusWord，PSW)寄存器中的RS1和RS0來決定。CY：進/借位標(biāo)志位?？梢杂捎布蛘哕浖梦缓颓辶?。AC：輔助進/借位標(biāo)志位。當(dāng)執(zhí)行加減法時，運算結(jié)果的低4位向高4位有進位或借位時，硬件置位1，AC?=?1；反之，AC?=?0。F0：用戶標(biāo)志位。由用戶決定。RS1和RS0：工作寄存器組選擇位。OV：溢出標(biāo)志位。若溢出，硬件置位1；反之，置位0。P：奇偶標(biāo)志位。累加器(Accumulator，ACC)中有奇數(shù)個“1”，則P?=?1；反之，為0。(2)位尋址區(qū)(片內(nèi)RAM的20H～2FH單元)：共有16個單元，每個單元既可以以字節(jié)訪問，又可以對每個單元中的位地址進行訪問，每個單元有8個位地址，共有128個位地址，因此把這個區(qū)域稱為位尋址區(qū)。(3)用戶數(shù)據(jù)區(qū)(30H～7FH)：共有80個單元，是提供給用戶使用的，常用做堆棧區(qū)。2)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器高128個單元(80H～FFH)51單片機共有高128個單元。51單片機有21個特殊功能寄存器(SFR)，52單片機有26個SFR，每個SFR都占用一個在此RAM區(qū)域中的一個單元。8.單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)由復(fù)位電路、晶振電路、電源指示電路及主控芯片組成。1)復(fù)位電路復(fù)位電路是指使單片機內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的電路。2)晶振電路單片機要想工作，必須有一個標(biāo)準(zhǔn)的時鐘信號作為基準(zhǔn)，晶振電路(也稱時鐘振蕩電路)就是為單片機提供這種基準(zhǔn)的電路，主要由某一頻率的晶體配合其他器件構(gòu)成。晶振電路(時鐘電路)的完整周期包括時鐘周期、狀態(tài)周期、機器周期和指令周期4個部分。時鐘周期：又稱振蕩周期(晶振周期)，是為單片機提供時鐘信號的振蕩源的周期，是最小的時間單位。狀態(tài)周期：一個狀態(tài)周期是振蕩周期的兩倍。機器周期：指令完成一個基本操作所需要的時間，一個機器周期包括12個晶振周期，即6個狀態(tài)周期。指令周期：CPU執(zhí)行一條指令所需要的時間。3)電源指示電路電源指示電路由發(fā)光二極管、限流電阻構(gòu)成。上電后，為了給用戶提示上電成功，常常在電源電路里加入限流電阻和發(fā)光二極管，上電成功，指示燈點亮。

任務(wù)2計算機數(shù)制及其相互之間的轉(zhuǎn)換

任務(wù)要求：在本小節(jié)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上獨立完成任意數(shù)值各進制之間的轉(zhuǎn)換，各數(shù)值之間原碼、反碼、補碼及BCD碼之間的相互轉(zhuǎn)換。學(xué)習(xí)目標(biāo)：(1)掌握單片機各進制之間的相互轉(zhuǎn)換。(2)掌握原碼、反碼、補碼及BCD碼的基礎(chǔ)知識。(3)掌握常用數(shù)據(jù)類型及運算符表示方法。1．?dāng)?shù)制所謂數(shù)制，是指數(shù)的表現(xiàn)形式，是一種按照進位原則進行計數(shù)利用符號計數(shù)的科學(xué)表示方法，全稱為進位計數(shù)制，簡稱數(shù)制。數(shù)制有很多種，常用的數(shù)制有二進制、八進制、十進制、十六進制4種方式。1)二進制數(shù)二進制(Binary)數(shù)的基數(shù)是2，它有0和1兩個數(shù)。運算規(guī)則為逢二進一，權(quán)是2n(n為整數(shù))。二進制數(shù)的后綴是B，一般在單片機編程中以一個字節(jié)(8位)為單位。2)十進制數(shù)十進制(Decimal)數(shù)的基數(shù)是10，它有0～9共10個數(shù)字(又稱數(shù)碼)，用這10個數(shù)碼可以任意組合十進制的數(shù)。運算規(guī)則為逢十進一，借一當(dāng)十，權(quán)是10n(n為整數(shù))。十進制數(shù)的后綴是D，通常省略。3)十六進制數(shù)十六進制(Hexadecimal)數(shù)的基數(shù)是16，它有0～9以及A、B、C、D、E、F共16個數(shù)字字符，其中A～F相當(dāng)于十進制的10～15，用這16個數(shù)碼可以任意組合十六進制的數(shù)。運算規(guī)則為逢十六進一，借一當(dāng)一十六，權(quán)是16n(n為整數(shù))。十六進制數(shù)的后綴是H。2．?dāng)?shù)制和數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換1)二進制轉(zhuǎn)換成十進制規(guī)律：小數(shù)點左側(cè)整數(shù)部分從右往左每四位二進制數(shù)為一組來進行分組，整數(shù)部分不夠四位則直接在高位補0；小數(shù)部分從左往右每四位為一組，不夠四位在其低位補0。把每一組轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的十六進制數(shù)碼。2)十六進制轉(zhuǎn)換成二進制規(guī)律：本轉(zhuǎn)換是上述二進制轉(zhuǎn)換成十六進制的逆過程，即把每位十六進制數(shù)碼對應(yīng)展開成四位二進制數(shù)，按照十六進制數(shù)制的順序正常排列即可。3)十進制轉(zhuǎn)換成十六進制規(guī)律：先轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)，再轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)，整數(shù)采用“除以16取余”法，小數(shù)采用“乘16取整”法。4)十進制轉(zhuǎn)換成二進制規(guī)律：整數(shù)部分采用“除以2取余”法，小數(shù)部分采用“乘2取整”法。3.機器數(shù)1)原碼正數(shù)的原碼與原來的數(shù)相同。負數(shù)的原碼符號位是“1”，數(shù)值不變。2)反碼正數(shù)的反碼與原來的數(shù)相同。負數(shù)的反碼符號位是“1”，數(shù)值位按位取反。3)補碼正數(shù)的補碼與原來的數(shù)相同，負數(shù)的補碼由它的絕對值求反加1后得到，符號位是“1”。4)?BCD碼BCD碼也稱為8421碼，BCD碼分為兩種，壓縮BCD碼和非壓縮BCD碼。壓縮BCD碼是用四位二進制數(shù)表示一位十進制數(shù)；非壓縮BCD碼是用八位二進制數(shù)表示一位十進制數(shù)。

任務(wù)3Proteus8Professional軟件使用

任務(wù)要求：利用ProteusProfessional軟件繪制基于51單片機的16路流水燈電路原理圖，并分析電路基本結(jié)構(gòu)。學(xué)習(xí)目標(biāo)：(1)掌握Proteus8Professional軟件基本操作步驟。(2)掌握Proteus8Professional元器件的查找方法。(3)掌握基于51單片機的8路流水燈電路原理圖及其實現(xiàn)原理。Proteus軟件是英國LabCenterElectronics公司開發(fā)的EDA工具軟件，具備其他EDA工具軟件常見的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。Proteus是目前比較好的仿真單片機及外圍器件的工具，受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。

任務(wù)4Keil軟件使用任務(wù)要求：利用KeilC51編寫16路流水燈代碼，編譯生成HEX文件并燒錄至任務(wù)3繪制的電路原理圖內(nèi)，實現(xiàn)51單片機驅(qū)動LED燈的亮滅。學(xué)習(xí)目標(biāo)：(1)掌握KeilC5