案例2-单片机最小系统设计

案例2单片机最小系统设计用户名：stu密码：stu2014.9.18单片机最小系统设计步骤•硬件设计–工具软件：AltiumDesigner、DXP•软件设计–工具软件：KeiluVision•调试–万用表–示波器最小系统-硬件单元电路•电源及其指示灯电路•晶振电路•复位电路•ROM启动选择电路•下载接口电路•独立按键电路•发光二极管电路等电源及其指示灯电路电源接插件XH2.54KF2510KF7.62HT5.08DC电源插座压线钳发光二极管5mm、3mm直径贴片发光管060308051206电阻1/4W立式电阻（碳膜、金属膜）贴片电阻热敏电阻压敏电阻晶振电路•时钟：定时与控制部件–晶振和电容组成的并联谐振回路。–晶振：1.2MHz～12MHz之间选择（典型：6M、12M、11.0592M）–电容：瓷片电容5～30PF•调试单片机最小系统时，可用示波器测晶振波形（正弦信号）来判断CPU是否已工作（正弦波）无源有源瓷片电容8051周期•振荡周期：指振荡源的周期（石英晶体的振荡周期）•时钟周期：(称S周期)为振荡周期的2倍•机器周期：一个机器周期含6个时钟周期，即12个振荡周期。•指令周期：完成一条指令占用的全部时间。805l的指令周期含1－4个机器周期•机器周期:T=12/fosc•若fosc＝6MHz，则805l的：振荡周期＝1／6us；时钟周期＝1／3us；机器周期＝2us；指令周期＝2～8us。复位电路•为什么要复位？–单片机死机时，需要复位；–复位后CPU从地址0000H开始执行程序。•怎么复位？–在RST输入端出现高电平时实现复位和初始化。复位时RST引脚至少保持一定时间的高电平－高电平持续24个振荡周期以上（6MHz－4us）。–当RST引脚返回低电平以后，CPU从地址0000H开始执行程序，复位时晶振上无信号。6*6*5mm微动按钮12*12*7mm微动按钮复位电路•复位电路–上电复位（R=10k，C=10uFt＝RC=100ms）–手动复位–看门狗自动复位看门狗监控复位电路•IMP705/706/813L为带看门狗μP监控电路。程序中要对813“喂狗”，若1.6秒内没有“喂狗”信号(P1.0)，则813会自动产生信号对CPU复位。8051存储器系统•存储器分类–ROM：程序存储器，放代码•AT89S51片内(4K)•片外最大64K（0000H~FFFFH）–RAM：数据存储器，放数据•AT89S51片内(256字节)•片外最大64K（0000H~FFFFH）•8051的ROM与RAM采用独立编址（地址会出现重叠）•系统是通过控制信号–PSEN#（ROM编程选择使能）–RD#（RAM读控制）–WR#(RAM写控制)–来区分对ROM还是RAM的操作ROM启动选择电路•AT89S51单片机片内含4KFlashROM–地址范围：000H~3FFH•片外亦可扩展到最大64K的ROM–地址范围：0000H~FFFFH•8051单片机系统是从0H地址处开始运行的，因此8051单片机设置了EA#（ExternalAddress外部地址）选通控制位–EA#=0:用外部ROM启动–EA#=1:用内部ROM启动ROM（程序存储器）•ROM保留地址•其它ROM地址RAM（随机存储器）•低128字节（00H~7FH）–RAM区•高128字节（80H－FFH）–特殊功能寄存器(SFR)的区–8051有21个特殊功能寄存器，其它是预留，不能用于存储数据–具体见下页805121个特殊功能寄存器(SFR)符号地址注释符号地址注释*ACCE0H累加器*P3B0H通道3*BF0H乘法寄存器PCON87H电源控制及波特率选择*PSWD0H程序状态字*SCON98H串行口控制器SP81H堆栈指针SBUF99H串行数据缓冲器DPL82H数据存储器指针（低8位）*TCON88H定时器控制DPH83H数据存储器指针（高8位）TMOD89H定时器方式选择*IEA8H中断允许控制器TL08AH定时器0低8位*IPD8H中断优先控制器TL18BH定时器0高8位*P080H通道0TH08CH定时器1低8位*P190H通道1TH18DH定时器1高8位*P2A0H通道2*：表示该SFR可以位寻址8051单片机程序下载•编程器方式•ISP–InSystemProgram–在系统编程•IAP–InApplicationProgram–在应用编程:通过RS232、CAN、以太网等ISP下载接口电路ByteBlasterII并口下载实验室台式机参阅\Isplay1.3\ISPlay使用手册.pdfAVRISPUSB下载学生笔记本参阅\progisp168\USB-ASP使用说明.docFC10P压线头DC10P简易牛角座IDC压线钳输入检测电路1-独立按键电路高电平有效低电平有效输入检测电路2-大信号输入•工程应用中，很多开关量输入信号为12V或24V，要传入MCU，应将对应信号转换成MCU的匹配电平，可采用电阻分压或光耦方式实现，具体电路见下：电路1:电阻分压电路（74HC14：六施密特反相器）输入检测电路2-大信号输入•若输入信号为12V或24V的开关信号，要传入MCU，应将对应信号转换成MCU的匹配电平，可采用电阻分压或光耦方式实现，具体电路见下：电路2:光耦电路开关量输出控制电路1-发光二极管电路上拉接法（典型）低电平驱动下拉接法高电平驱动开关量输出控制电路2-大信号输出•工业现场的开关量通常是12V或24V，而MCU输出一般为5V或3.3V，因此需要加驱动电路。具体方法可采用三极管或集成达林顿管驱动。继电器驱动电路开关量输出控制电路2-大信号输出•工业现场的开关量通常是12V或24V，而MCU输出一般为5V或3.3V，因此需要加驱动电路。具体方法可采用三极管或集成达林顿管驱动。达林顿管驱动8051I/O口•8051单片机有4组8位–P0–P1–P2–P3•每个端口–可作为输入或输出–字节操作–位操作（位寻址）•部分端口除I/O功能外的第二功能–P0•AD7~AD0•低8位地址总线／8位数据总线分时复用–P2•A15~A8•高8位地址总线–P3•RXD、TXD、INT0#、INT1#•T0、T1、WR#、RD#8051I/O读写操作•字节操作–#include“reg51.h”//sfrP1=0x90;–读字节•unsignedchara;•a=P1;//读8位•a=P1&0x01;//读1位•a=P1&0x0f;//读4位–写字节•P2=0x01;//写8位常量•P2=a[i];//写8位数组元素•P2=P2|0x01;//对P2.0置1•P2=P2&0x0f;//对P2高4位清0，低4位保持不变•位操作–sbitP1_0=P1^0;//必须先定义位–读位•bdatamy_byte=0x20;•sbitmy_bit=my_byte^0;•或bitmy_bit=0x00;•my_bit=P1_0;•if(my_bit==1){;}•if(P1_0==1){;}–写位•P1_0=1;P1_0=0;P1_0=~P1_0;端口输出控制-字节操作方式•#includereg51.h•#defineDELAY1000•voiddelay(unsignedintn)•{•unsignedinti;•for(i=0;in;i++)•;•}•voidmain()•{•P2=0x7f;•delay(DELAY_1S);•P2=0xBf;•delay(DELAY_1S);•P2=0xDf;•delay(DELAY_1S);•P2=0xEf;•delay(DELAY_1S);•P2=0xF7;•delay(DELAY_1S);•P2=0xFB;•delay(DELAY_1S);•P2=0xFD;•delay(DELAY_1S);•P2=0xFE;•delay(DELAY_1S);•}问题：1、8状态完成后程序结束，应该加死循环while(1)；2、低电平有效时，16进制数据书写较繁琐，可采用位取反“~”实现；3、8组语句可采用通过数组，用循环实现，以简化程序。具体方法见下页端口输出控制-字节操作方式•while内嵌for语句•voidmain()•{•unsignedchard[8]={0x80,0x40,0x20,0x10,•0x08,0x04,0x02,0x01};•unsignedchari;•while(1)•{•for(i=0;i8;i++)•{•P2=~d[i];•delay(DELAY_1S);•}•}•}•while内嵌if语句•voidmain()•{•unsignedchard[8]={0x80,0x40,0x20,0x10,•0x08,0x04,0x02,0x01};•unsignedchari;•i=0;•while(1)•{•P2=~d[i];•delay(DELAY_1S);•i++;•if(i==8)•i=0;•}•}问题：1、程序中数组d与变量i为什么要用unsignedchar类型定义?2、左右程序执行一次while循环各用多少时间？采用哪种方式更好？为什么？3、若要改变循环移动方向，程序应如何修改？端口输出控制-字节操作方式•循环左移改为循环右移•voidmain()•{•unsignedchard[8]={0x80,0x40,0x20,0x10,•0x08,0x04,0x02,0x01};•unsignedchari;•i=0;//i=7;•while(1)•{•P2=~d[i];•delay(DELAY_1S);•i++;//i--;•if(i==8)//if(i==-1)•i=0;//i=7•}•}•观察Proteus仿真效果•voidmain()•{•unsignedchard[8]={0x80,0x40,0x20,0x10,•0x08,0x04,0x02,0x01};•chari;•i=7;•while(1)•{•P2=~d[i];•delay(DELAY_1S);•i--;•if(i==-1)•i=7;•}•}问题原因：1、unsignedchari；i是不可能为负的，因此应修改为chari;端口输出控制-位操作方式•注意sbit定义位–必须在源程序的上方–必须在函数外•该程序的最终执行效果如何？•显然本例用字节方式输出更方便端口输入检测-字节操作方式•voidmain()•{•while(1)•{•if(P1&0x01==0)//S0按下•{•//循环左移•}•elseif(P1&0x02==0)//S1按下•{•//循环右移•}••}•}•8051输入–S0（P1.0）–S1（P1.1）–有效电平：低电平，即只要判断P1.0、P1.1是否为低电平即可•字节输入方式判断存在的问题：关系运算符（==）比位与运算符（&）的优先级高端口输入检测-位操作方式•voidmain()•{•while(1)•{•if(S0==0)//S0按下•{•//循环左移•}•elseif(S1==0)//S1按下•{•//循环右移•}••}•}•8051输入，首先定义–sbitS0=P1^0;//位定义–sbitS1=P1^1;//位定义–有效电平：低电平，即只要判断P1.0、P1.1是否为低电平即可•位输入方式判断对于按键判断，显然位方式输入更简单延时1秒实现•#defineDELAY_1S10000–采用宏定义设置1S延时常数，根据实际运行效果改变其值，达到粗略的运行效果。•延时函数定义voiddelay(unsignedintn){unsignedinti;for(i=0;in;i++);}–其形参数值范围为0~65535，采用循环空语句方式实现延时。•延时函数调用delay(DELAY_1S);//延时最小系统-软件设计•编辑、编译、连接–软件：KeiluVision–编辑：.c–编译：.obj–连接：.hex–详细步骤参阅《单片机技术实验指导书（基础部分-第5版_2015.3）》•运行：下载