流水灯的软硬件控制设计.docx
《流水灯的软硬件控制设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《流水灯的软硬件控制设计.docx（54页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
流水灯的软硬件控制设计
前言
为了解决初学者对于单片机的入门难问题，本书依据CDIO（conceive构思、design设计、implement实现、operate运作）理念，体现在做中学，把工程师职场环境作为工程教育环境，，为学生提供丰富的设计实现的项目，让学生在实践中和主动学习的情况下更好地掌握理论知识。
在项目驱动下学习一“做中学”；在设计项目和有针对性的环境中学习一“用中学”；在实训实习中学习一“练中学”；教育创造学生价值的理念，基于CDIO的教育教学改革是“实学”PK“虚学”、“动学”PK“静学”、“活学”PK“死学”的一场革命。
老师们表示，将积极参与这场全校性的教育教学改革，提高教学质量。
而并非传统的内容教育。
单片机的学习并非像传统电子线路那样直观，它是软/硬件结合的技术。
单片机开发人员既要懂单片机的硬件结构，又要懂的软件编程才能驾驭单片机。
单片机教学必须摒弃传统教材，顺应新技术发展的潮流，利用现有的良好软硬件开发环境，实行“理论紧密结合实践”的单片机教学改革，大力培养应用型人才
本教材利用proteus单片机仿真软件，提供一个比较真实的实验环境，初学者可以不做任何硬件投资，自己设计硬件电路和自己设计的程序载入仿真系统，进行逼真的实验，体验成功的喜悦，但是在具体硬件设计中还需要进行必要的硬件补充和完善。
本书以教学内容为指导，以工程理念为准则进行了小工程的模块设计，通过每一个简单实例，使读者在一开始就能熟悉单片机的整个开发过程，消除对单片机的“畏惧感”然后采用“边理论、边实践，学一样、会一样”的工程案例教学模式，使单片机的硬件结构在实例学习和设计中逐步掌握和熟练操作。
为了进一步的提高学生的动手能力，本实验指导书设计了十块模拟的开放式单片机电路板，供同学们设计操作使用。
第1章概述
1.1单片机基础
1、单片机概述
单片机，专业名称—MicroControllerUnit（微控制器件），它是由大名鼎鼎的INTEL公司发明的，最早的系列是MCS-48，后来有了MCS-51，现在还有MCS-96系列。
我们经常说的51系列单片机就是MCS-51，它是一种8位的单片机，而MCS-96系列则是一种16位的单片机。
后来INTEL公司把它的核心技术转让给了世界上很多的小公司，所以世界上就有许多公司生产51系列兼容单片机，比如飞利浦的87LPC系列，华邦的W78L系列，达拉斯的DS87系列，现代GSM97系列等等。
目前在我国比较流行的就是美国ATMEL公司的89C51它是一种带Flash ROM的单片机，我们就是以该型号的单片机来作实验的。
讲到这里，也许有的人会问：
我平时在各种书上看到全是讲解8031，8051等型号的单片机，它们又有什么不同呢？
其实它们同属于一个系列，只是89C51的单片机更新型一点（事实上,89C51目前正在用89S51代替，我们的实验系统采用就是89S52的，兼容89C52）。
2．主要单片机的分类
再给大家介绍一下我们经常在各种刊物上看到的AVR系列和PIC系列单片机是怎么回事？
以便让大家对单片机的发展有一个较全面的认识。
在没有学习单片机之前，这是一个令很多初学者非常困惑的问题，这么多的单片机我该先学哪一种呢？
AVR系列单片机也是ATMEL公司生产的一种8位单片机，它采用的是一种叫RISC（精简指令集单片机）的结构，所以它的技术和51系列有所不同，开发设备也和51系列是不通用的，它的一条指令的运行速度可以达到纳秒级（即每秒1000000000次），是8位单片机中的高端产品。
说完了AVR的，再来说说另一种--PIC系列单片机，它是美国MICROCHIP公司，唉，又是老美，叫微芯公司的生产的另一种8位单片机，它采用的也是RISC的指令集，它的指令系统和开发工具与51系列更是不同，但由于它的低价格和出色性能，目前国内使用的人越来越多，国内也有很多的公司在推广它，不过它的影响力远没有51系列的大，所以作为初学者，51系列当然（不，绝对）是首选。
以上几种只是比较多见的系列，其实世界上还有许多的公司生产各种各样的单片机，比如：
MOTOROLA的MC68H系列（老牌的单片机），TI的MSP430C系列（极低功耗的单片机），还有日本的TOSHIBA，日立的HITACH，德国的西门子SIEMENS等等，它们都有各自的结构体系，并不与51系列兼容。
为了不搞大家的脑筋，这里就不介绍了，等大家入门了以后自己再去研究它吧！
现在我们还是回来了解一下51系列单片机到底是个什么东西，它有那些部分组成，请接着往下看。
3．单片机的结构及组成
单片机到底是一种什么东东，它究竟能做什么呢？
其实它就是一种能进行数学和逻辑运算，根据不同使用对象完成不同控制任务的面向控制而设计的集成电路。
此话好象有点绕口，没关系，大家都应该知道我们经常使用的电脑吧，在电脑上，我们可以用不同的软件在相同的硬件上实现不同的工作。
比如我们用WORD可以打字，用PROTEL可以设计图纸等等，单片机其实也是如此，同样的芯片可以根据他不同的要求做出截然不同的产品，只不过电脑是面向应用的，而单片机是面向控制的，比如控制一个指示灯的亮和灭，控制一台电机的启动和停止等等。
那么它的内部究竟由哪些部件组成的呢？
大家都知道我们的电脑有很多的零件，比如CPU（中央处理），RAM（内存），ROM（程序存储器），输入输出设备（并行串行口）等等，在单片机中这些部件都有，而且还把它们全部做到了一块芯片上（这就是单片机名称的由来）。
讲到这里，您一定会想，这么多零件集成在一块芯片上，那为什么单片机的价格会这么便宜（89S51每块才10元左右），其实原因很简单----功能有强弱，就象我们平时用的PLC，控制一台数控机床要用128点的，而控制一台电机有几点的就足够了，另外这种芯片的产量很大，技术也非常的成熟，自然价格也就很低了。
那么单片机是如何来工作的，我们学习单片机又需要做哪些准备呢？
对于一个初学者来说这是很有必要了解的：
4．学习单片机的准备工作
首先您需要一台电脑，这是最基本的，配置嘛，P2以上的就可以了；然后您需要一套开发单片机的软件，这个软件叫KEILC51，它是美国KeilSoftware公司专门为MCS-51系列单片机开发的第三方软件，安装时选择Uvision2，虽然有2K代码的限制，但足以满足我们学习的需要；
其次，您还需要一台编程器，它一种把程序写进单片机芯片的设备，这种设备品种很多，操作也很简单，大家既可以买现成的产品，也可以自己制作；有了这两样东西还不行，为了看到程序执行的结果，我们还需要一块实验板。
好在现在出现了一种支持在线下载的单片机，只要满足一定的外部条件，就能够直接把汇编的程序下载到目标单片机中。
经过反复的实验，我们开发设计了这样的一套实验系统，它采用了一套集源代码编辑、软件汇编、程序下载于一体的专业软件，采用具有在线下载功能的FLASH ROM单片机89S52，配合本教程，可以完成教程中的每一个实验。
这样既免去了您添置编程器和仿真器等设备的昂贵费用，又可以直接在实验板上看到程序执行的结果，更由于采用的是FLASH ROM的存储器，烧写次数可以达到1000次以上。
1.2Proteus使用介绍
一、开始→所有程序→Proteus7Professional→ISIS7Professional,进入Proteus界面，如图1-1-1所示：
图1-1-1Proteus界面
二、点击右上角
的P，进入PickDevices界面选择合适的元件，PickDevices界面如图1-1-2所示：
图1-1-2PickDevices界面
三、在PickDevices界面左边选择类别，中间会显示出相应的器件，右面示相应的引脚图和封装图。
如选择80C52芯片，类别处选MicroprocessorICs，然后中间选择80C52，双击使80C52导入备用框。
选择MicroprocessorICs后界面如图1-1-3所示：
图1-1-3MicroprocessorICs界面
同样的方法找到220R电阻和打光LED，关闭MicroprocessorICs界面，原界面
下会出现导入的备用元件，如图1-1-4所示：
图1-1-4DEVICES选项界面
四、然后在绘图栏空白处右键→放置→器件→82C52，绘图框出现红色80C52元件，单击绘图框合适位置，摆放好元件，如图1-1-5所示：
图1-1-580C52元件摆放图
同理，摆放好发光LED和220R电阻。
如图1-1-6所示：
图1-1-580C52、发光LED和220R电阻元件摆放图
五、左边单击
选择列表（如图1-1-6）中的POWER，在绘图框单击，会出现
，双击该元件会弹出EditTerminalLabel界面，在Label标签下的标号选VCC，如图1-1-7所示：
图1-1-6
列表选项
图1-1-7EditTerminalLabel界面
六、用导线把元器件连起来，连好后如图1-1-8所示：
图1-1-8元器件连接图
七、双击80C52元件，进入编辑元件界面，如图1-1-9所示：
图1-1-9编辑元件界面
在ProgramFile：
导入hex程序，在ClockFrequency选择好仿真所需的经侦频率，如下：
图1-1-10ClockFrequency经侦频率选择界面
点击确定。
八、仿真调试：
点击调试→开始/重新启动调试。
九、保存文件：
文件→保存设计→输入文件名→单击保存。
1.3keil使用教程
KEILC51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境,但是界面是英文的好多初学者看很多教程都是一头雾水，本站特地制作了一个相对简单的教程。
他能能嵌入汇编语言保留了汇编代码高效,快速的特点。
KEILC51编译器的功能不断增强,使你可以更加贴近CPU本身,及其它的衍生产品，其效率已经达到了相当搞的程度。
C51已被完全集成到uVision2的集成开发环境中,这个集成开发环境包含：
编译器,汇编器,实时操作系统,项目管理器,调试器。
uVision2IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。
KeilC51软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一，它集编辑，编译，仿真于一体，支持汇编,PLM语言和C语言的程序设计，界面友好，易学易用。
下面介绍KeilC51软件的使用方法，这应该算一个入门教程，奉献给大家
进入KeilC51后，屏幕如下图所示。
几秒钟后出现编辑界，如图1-2-1所示：
图1-2-1KeilC51启动界面
图1-2-2KeilC51编辑界面
简单程序的调试 学习程序设计语言、学习某种程序软件，最好的方法是直接操作实践。
下面通过简单的编程、调试，引导大家学习KeilC51软件的基本使用方法和基本的调试技巧。
1、
建立一个新工程 单击Project菜单，在弹出的下拉菜单中选中NewProject选项
图1-2-3KeilC51建立一个新工程
2、
然后选择你要保存的路径,输入工程文件的名字,比如保存到C51目录里,工程文件的名字为C51如下图所示,然后点击保存.
图1-2-4KeilC51建立一个新工程
3、这时会弹出一个对话框,要求你选择单片机的型号,你可以根据你使用的单片机来选择,keilc51几乎支持所有的51核的单片机,我这里还是以大家用的比较多的Atmel的89C51来说明,如下图1-2-5所示,选择89C51之后,右边栏是对这个单片机的基本的说明,然后点击确定.
图1-2-5KeilC51选择单片机的型号
4、完成上一步骤后，屏幕如下图1-2-6所示
图1-2-6KeilC51界面
到现在为止，我们还没有编写一句程序，下面开始编写我们的第一个程序。
5、在下图中，单击“File”菜单，再在下拉菜单中单击“New”选项。
如图1-2-7所示：
图1-2-7KeilC51新建文件选项界面
新建文件后屏幕如下图1-2-8所示
图1-2-8KeilC51新建文件界面
此时光标在编辑窗口里闪烁，这时可以键入用户的应用程序了，但笔者建议首先保存该空白的文件，单击菜单上的“File”，在下拉菜单中选中“SaveAs”选项单击，屏幕如下图所示，在“文件名”栏右侧的编辑框中，键入欲使用的文件名，同时，必须键入正确的扩展名。
注意，如果用Ｃ语言编写程序，则扩展名为（.c）；如果用汇编语言编写程序，则扩展名必须为（.asm）。
然后，单击“保存”按钮。
图1-2-9KeilC51保存文件界面
6、回到编辑界面后，单击“Target1”前面的“＋”号，然后在“SourceGroup1”上单击右键，弹出如下单：
图1-2-10KeilC51“SourceGroup1”上单击右键选项
然后单击“AddFiletoGroup‘SourceGroup1’”屏幕如下图所示
图1-2-10单击“AddFiletoGroup‘SourceGroup1’”后屏幕界面
选中Test.c，然后单击“Add”屏幕好下图1-2-11所示：
图1-2-11单击“Add”屏幕界面
注意到“SourceGroup1”文件夹中多了一个子项“Text1.c”了吗？
子项的多少与所增加的源程序的多少相同
7、现在，请输入如下的C语言源程序:
#include //包含文件
voidmain（void） //主函数
{
SCON=0x52;
TMOD=0x20;
TH1=0xf3;
TR1=1; //此行及以上3行为PRINTF函数所必须
printf（“HelloIamKEIL.\n”）; //打印程序执行的信息
printf（“Iwillbeyourfriend.\n”）;
while
（1）;
}
在输入上述程序时，读者已经看到了事先保存待编辑的文件的好处了吧，即Keilc51会自动识别关键字，并以不同的颜色提示用户加以注意，这样会使用户少犯错误，有利于提高编程效率。
程序输入完毕后，如下图所示：
图1-2-11C语言源程序界面
8、在上图中，单击“Project”菜单，再在下拉菜单中单击“BuiltTarget”选项（或者使用快捷键F7），编译成功后，再单击“Project”菜单，在下拉菜单中单击“Start/StopDebugSession”（或者使用快捷键Ctrl+F5）,屏幕如下所示
图1-2-12“Start/StopDebugSession”界面
9、单击“Project”菜单，再在下拉菜单中单击“
”在下图中，单击“Output”中单击“CreateHEXFile”选项，使程序编译后产生HEX代码，供下载器软件使用。
把程序下载到AT89S51单片机中。
图1-2-12CreateHEXFile界面
1.4STC下载软件使用说明
1.打开STC-ISP的图标。
图1-3-1STC-ISP图标
2.STC-ISP整体界面如下。
图1-3-2STC-ISP整体界面
3.然后在步骤一中选择单片机型号，可以选择（STC89C51RC）。
图1-3-3STC-ISP选择单片机型号界面
4.点“OpenFile”然后根据自己所存程序的路径选择所要下载的程序，选的是Hex
文档。
图1-3-3STC-ISPOpenFile界面
5.
（1）选择端口，选择根据自己电脑的硬件端口。
（如COM1）
图1-3-4STC-ISP硬件端口设置界面
（2）然后选MaxBuad中选择波特率。
图1-3-5STC-ISP波特率设置界面
6.选择可以不管（因为本实验板符合默认的模式）。
图1-3-6STC-ISP步骤4界面
7..按下“Download/下载”。
给开发板断电后在上电。
图1-3-7STC-ISPDownload/下载界面
8.下载完成。
图1-3-8STC-ISP下载完成界面
第2章实验项目设计
2.1流水灯的软硬件控制设计
一、实验目的：
1、通过实验，熟悉并掌握试验系统原理与使用方法。
2、通过实验掌握51单片机的I/O口使用方法。
二、实验内容：
1、利用51单片机的I/O口作用，设置流水灯。
2、掌握使用keil环境编程。
3、掌握下载keil编译好的程序到51单片机中。
三、实验步骤：
1、了解并熟悉实验设备，掌握51单片机与外设流水灯的接法。
2、用keil编程环境，编写流水灯程序。
3、在keil编译好的程序下载到51单片机中，使流水灯依次点亮。
4、编写实现各种典型程序，熟悉并掌握程序设计方法。
5、完成实验报告。
四、实验原理图：
五、实物图：
六、实验程序：
//ex1-1:
使用P1口流水点亮8位LED
#include//包含单片机寄存器的头文件
/****************************************
函数功能：
延时一段时间
*****************************************/
voiddelay（void）
{
unsignedchari,j;
for（i=0;i<250;i++）
for（j=0;j<250;j++）;
}
/*******************************************************
函数功能：
主函数
********************************************************/
voidmain（void）
{
while
（1）
{
P1=0xfe;//第一个灯亮
delay（）;//调用延时函数
P1=0xfd;//第二个灯亮
delay（）;//调用延时函数
P1=0xfb;//第三个灯亮
delay（）;//调用延时函数
P1=0xf7;//第四个灯亮
delay（）;//调用延时函数
P1=0xef;//第五个灯亮
delay（）;//调用延时函数
P1=0xdf;//第六个灯亮
delay（）;//调用延时函数
P1=0xbf;//第七个灯亮
delay（）;//调用延时函数
P1=0x7f;//第八个灯亮
delay（）;//调用延时函数
}
}
//ex1-2:
用左移运算流水点亮P1口8位LED
#include//包含单片机寄存器的头文件
/*****************************
函数功能：
延时一段时间
*****************************/
voiddelay（void）
{
unsignedintn;
for（n=0;n<30000;n++）;
}
/*****************************
函数功能：
主函数
*****************************/
voidmain（void）
{
unsignedchari;
while
（1）
{
P1=0xfe;
delay（）;
for（i=0;i<8;i++）//设置循环次数为8
{
P1=（（P1<<1）|0x01）;//每次循环P1的各二进位左移1位,低位与1或
delay（）;//调用延时函数
}
}
}
//ex1-3用字符型数组控制P0口8位LED流水点亮
#include//包含单片机寄存器的头文件
/****************************************
函数功能：
延时约60ms（3*100*200=60000μs）
****************************************/
voiddelay60ms（void）
{
unsignedcharm,n;
for（m=0;m<100;m++）
for（n=0;n<200;n++）;
}
/****************************************
函数功能：
主函数
****************************************/
voidmain（void）
{
unsignedchari;
unsignedcharcodeTab[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//定义无符号字符型数组
while
（1）
{
for（i=0;i<8;i++）
{
P1=Tab[i];//依次引用数组元素，并将其送P1口显示
delay60ms（）;//调用延时函数
}
}
}
//ex-4:
内部函数intrins.h应用举例
#include//包含51单片机寄存器定义的头文件
#include//包含函数isalpha（）声明的头文件
/*************************************************
函数功能：
延时约150ms
*************************************************/
voiddelay（void）
{
unsignedcharm,n;
for（m=0;m<200;m++）
for（n=0;n<250;n++）;
}
/*************************************************
函数功能：
主函数
*************************************************/
voidmain（void）
{
P1=0xfe;//P1=11111110B
while
（1）
{
P1=_crol_（P1,1）;//将P1的二进制位循环左移1位后再赋给P1
delay（）;//调用延时函数
}
}
//ex1-5:
用定时器T0查询方式P1口8位控制LED
#include//包含51单片机寄存器定义的头文件
/**************************************************************
函数功能：
主函数
**************************************************************/
voidmain（void）
{
inti=0;
TMOD=
升级会员 