搜索
1第1章单片机系统概述21、单片机简单介绍1.1什么是单片机1.2单片机的发展概况1.3单片机的特点1.48位单片机的主要生产厂家和机型1.5单片机的应用31.1什么是单片机单片微型计算机简称单片机。单片微型计算机就是将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种接口电路都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。一块芯片就构成了一台计算机。4也称为：微控制器MCU(MicroControllerUnit)嵌入式控制器EMCU（EmbeddedMicroControllerUnit）在我国，习惯使用“单片机”这一名称。5单片机的组成结构：61.2单片机的发展概况五个阶段:第一阶段(1974年～1976年)：单片机初级阶段。各种4位单片机，用于洗衣机、微波炉、高档玩具等。第二阶段（1976年～1978年）:低性能单片机阶段。以Intel公司制造的MCS-48单片机为代表。8048、8039等.采用了单片结构，即在一块芯片内含有8位CPU、定时/计数器、并行I/O口、RAM和ROM等。不带串行I/O接口，主要用于工业领域。7第三阶段(1978年～现在)：高性能单片机阶段。Intel公司的MCS-51系列、Mortorola公司的6801系列等。第四阶段(1982年～现在)：8位单片机巩固发展及16位单片机、32位单片机推出阶段。第五阶段（1990至今）：微控制器的全面发展阶段。ARM公司的ARM系列嵌入式处理器32位单片机8Intel公司单片机系列典型产品：MCS-48（8035、8048、8748）MCS-51（8031、8051、8751）（8032、8052、8752）MCS-96（8098、8398、8798）注意：这些产品在实际应用中已经淘汰，但其原理尚存，并继续发扬光大。91.3单片机的特点：1．小巧灵活、成本低、易于产品化2．面向控制，完成各种控制任务3．抗干扰能力强，适应温度范围宽4．可以很方便地实现多机和分布式控制101.48位单片机的主要生产厂家和机型（1）美国Intel公司MCS-51系列及其增强型、扩展型系列。（2）中国STC宏晶科技的STC89C系列和STC12xxxx系列（3）台湾Winbond的W78C52和W78C54系列（4）美国Atmel公司AT89和AT90系列以及PIC系列、AVR系列、MSP430系列、C8051F系列等等。1151系列单片机在我国广泛应用；AT89S51、AT89S528051单片机品种多、兼容性好、性价比高；51系列的软、硬件设计资料丰富齐全；51系列单片机及其衍生兼容机型仍将是主流产品，是现代工业检测、控制应用的重要机型。121.5单片机的应用单片机卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。使用温度：民品：0°C—+70°C工业品：-40°C—+85°C军品：-65°C—+125°C。13在下述的各个领域广泛的应用：1、测控系统2、智能仪器仪表3．消费类电子产品4．机电一体化产品5．武器装备6．终端及外部设备智能接口7．通信技术8．多机分布式系统14111512161317单片机开发试验仪单片机开发试验仪，是具有“实验、编程、ISP（in-systemprogrammable系统在线可编程的）下载线”多功能合一的新一代单片机开发系统。18192.Proteus与KeilμVision4软件的安装和使用简介2.1Proteus与KeilμVision4软件的安装方法2.2KeilC51高级语言集成开发环境简介2.3基于Proteus的单片机系统仿真简介2.4ProteusVSM与μVision4的联调202.1Proteus与KeilμVision4软件的安装方法分别安装如下软件：（1）Proteus7Professional（2）KeilμVision4IDE（3）vdmagdi.exe对于proteus6.9或更高的版本,在安装盘里有vdmagdi插件或到LABCENTER公司下载该插件，安装该插件后即可实现Proteus与KeilμVision4IDE的联调。212.2KeilC51高级语言集成开发环境－µVision4IDE单片机系统的编程语言有汇编语言和高级语言两种。汇编语言优点是可直接操作硬件，可执行文件比较小，而且执行速度很快。汇编语言的缺点是软件的维护性和可移植性差。22单片机的高级语言包括：Basic语言、PL/M语言和C/C++语言。Basic语言主要应用在MCS-51系列单片机上，效果不是很理想，现在已经不再使用。PL/M语言对硬件的控制能力和代码效率都很好，但局限于Intel公司的单片机系列，移植性差。C/C++语言是目前单片机的主流编程语言。23KeilC51是51系列兼容单片机C语言软件开发系统,与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发,体会更加深刻。KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全Windows界面。24KeilC51软件是目前最流行开发80C51系列单片机的软件工具，这从近年来各单片机仿真机厂商纷纷宣布全面支持KeilC51即可看出。KeilC51提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（µVision4IDE）将这些部份组合在一起。掌握这一软件的使用对于使用80C51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令开发者事半功倍。252.2.1KeilµVision4IDE简介KeilµVision4集成开发环境(IDE)，用来在微控制器和智能卡设备上创建、仿真和调试嵌入式应用。µVision4IDE是为增强开发人员的工作效率设计的，有了它可以更快速、更高效地开发和检验程序。KeilµVision4IDE内嵌多种符合当前工业标准的开发工具，可以完成从工程建立、管理、编译连接、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程。262.2.2µVision4IDE集成开发环境图1-1µVision4IDE集成开发环境27启动µVision4IDE，新建一个项目文件并从器件库中选择一个CPU器件。新建一个源文件并把它加入到项目中。增加并设置选择的器件的启动代码。针对目标硬件设置工具选项。编译项目并生成可以编程ROM的HEX文件。µVision4IDE包括一个项目管理器，它可以使8x51应用系统的设计变得简单。要创建一个应用，需要按下列步骤进行操作：2.2.3μVision4IDE的使用28示例程序中，整个程序只包含一个源文件McuTimer.c，这个小型的应用程序帮助读者确定KeilµVision4可以编译、链接和调试一个应用程序。设项目名MyProject，采用标准的AT89C52芯片。下面通过创建项目实例介绍一个简单的软件开发流程29（1）选择【Project】/【NewProject】选项，如图1-2所示。（2）在弹出的“CreateNewProject”对话框中选择要保存项目文件的路径，比如保存到McuPort目录里，在“文件名”文本框中输入项目名为MyProject，如图1-2所示，然后单击“保存”按钮。30•图1-2（a）Project菜单（b）CreateNewProject对话框图1-2CreateNewProject对话框31这时会弹出一个对话框，要求选择单片机的型号。以常用的AT89C52为例来说明，先选择ATMEL公司，再选择AT89C52之后，图1-3选择单片机的型号32然后单击“确定”按钮,弹出将8051初始化代码拷贝到项目中的询问窗口，如图所示。单击“Y”按钮。33新建项目后µVision4界面图图1-4新建项目后µVision4界面图34新建一个源程序文件。建立一个汇编或C文件，如果已经有源程序文件，可以忽略这一步。选择【File】/【New】选项，在弹出的程序文本框中输入一个简单的程序。图1-5新建一个源程序文件35（6）选择【File】/【SaveAs】选项，或者单击工具栏按钮，保存文件。36（7）然后要将McuTimer.c文件加入到项目中，鼠标右键点左边项目窗口中“SourceGroup1”在弹出的菜单中选择“AddFilestoGroup’SourceGroup1’”，选择刚才建立的文件McuTimer.c。图1-6a)将源程序文件加入到项目中37图1-6b)将源程序文件加入到项目中38（8）这时在SourceGroup1里就有McuTimer.c文件和事先建立项目时已经加入的文件STARTUP.A51图1-7µVision4界面图39（9）至（10）是编译环境设置40（11）编译连接程序，选择【Project】/【Rebuildalltargetfiles】选项，如图所示。图1-8编译连接程序41如果没有错误，则编译连接成功，开发环境左下角信息框会显示编译连接成功的信息，如图所示。图1-9编译连接成功42（12）编译完毕之后，选择【Debug】/【Start/StopDebugSession】选项，即就进入Debug调试环境，如图所示。图1-10选择【Debug】/【Start/StopDebugSession】选项43（13）装载代码之后，开发环境OutputWindow(在左下角)显示如图所示的装载成功信息。图1-11成功装载代码442.3基于Proteus的单片机系统仿真简介开发单片机系统硬件投入比较大。在具体的工程实践中，如果因为方案有误而要重新进行相应的开发设计，就会浪费较多的时间和经费。45英国LabcenterElectronics公司推出的的Proteus套件，可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。目前在单片机的教学过程中，已越来越受到重视。Proteus支持的微处理芯片（MicroprocessorsIcs）包括8051系列、AVR系列、PIC系列、HC11系列、ARM7/LPC2000系列以及Z80等。46利用Proteus与Keil相结合软件相结合进行实验仿真，可以实现全部的软件实验和极大多数的硬件实验，这样的仿真实验投入硬件少，经济优势明显，不仅可以弥补实验仪器和元器件缺乏带来的不足，还可以克服原材料消耗和仪器损坏等不足，可以帮助学生更快、更好地掌握课堂讲述的内容，加深对概念、原理的理解，弥补课堂理论教学的不足。学生通过仿真实验，可以熟悉单片机系统的开发方法，提高学习兴趣,进一步培养学生的综合分析能力、排除故障能力和开发创新能力.472.3.1实例原理图在P1.0端口上接一个发光二极管L1，使L1不停地一亮一灭.图1-12实例原理图482.3.2.原理图绘制•安装完Proteus后，运行ISIS7Professional，会出现以下窗口界面：图1-13Proteus窗口界面49进入ProteusISIS编辑环境后，选择“File”→“NewDesign”命令，弹出如图所示的新设计模板选择对话框。50图1-14新设计模板选择51选择“File”→“SaveDesign”命令，选择合适的文件夹和文件名（例如LED），保存新设计。保存后，新设计文件名将显示在Proteus窗口的标题栏，如图所示。也可以先画原理图，然后再保存新设计文件。52图1-15创建设计文件LED531)、将所需元器件加入到对象选择器窗口•本例要用到的元件有：AT89C51、电阻（RES）、电容（CAP）、电解电容（HITEMP）、发光二极管（LED）、晶振（CRYSTAL）•单击对象选择器按钮，如图所示541)、将所需元器件加入到对象选择器窗口•弹出“PickDevices”页面，在“Keywords”输入AT89C51，系统在对象库中进行搜索查找，并将搜索结果显示在“Results”中，如图所示。图1-16“PickDevices”页面