项目一发光二极管 LED 点亮控制

项目一发光二极管LED点亮控制

教学目的 了解单片机的内部结构与主要型号；掌握单片机引脚功能；掌握单片机I/O口的基本功能；掌握用I/O口实现简单控制的方法；利用单片机的I/O口实现LED闪烁的控制。

工作模块一点亮一个发光二极管 • 工作任务 • 使用AT89S52单片机，P1.0引脚接发光二极管（LED）的阴极，通过C语言程序控制，从P1.0引脚输出低电平，使发光二极管点亮。

PROTEUS简介 • PROTEUS是英国Labcenter Electronics公司开发的多功能EDA软件。PROTEUS不仅是模拟电路、数字电路、模／数混合电路的设计与仿真平台，也是目前较先进的单片机和嵌入式系统的设计与仿真平台。 • 它实现了在计算机上完成从原理图与电路设计、电路分析与仿真、单片机代码级调试与仿真、系统测试与功能验证到形成PCB的完整的电子设计、研发过程。

LED控制电路 • 按照工作任务要求，点亮一个LED电路是由AT89S52单片机和1个LED电路构成。 • AT89S52单片机是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能8位单片机，具有丰富的内部资源, 使用AT89S52单片机无须外部存储器。

用PROTEUS设计第一个LED控制电路 • 新建设计文件 • 保存设计文件 • 选取元器件 • 放置元器件 • 编辑元器件 • 放置终端 • 连线 • 属性设置 • 电气规则检测

工作过程 • P1.0引脚接发光二极管（LED）的阴极，P1.0引脚输出低电平时，发光二极管点亮。 • 问题：为什么P1.0引脚输出低电平，发光二极管点亮？ • 通过程序控制，使P1.0引脚输出低电平，使发光二极管点亮。 • 问题：程序怎么使P1口的引脚输出低电平？下面我们来看一下程序，就可以找到答案。

LED点亮程序 • #include <AT89X52.H> //包含AT89X52.H头文件 • sbit LED=P1^0; //定义LED是P1.0引脚对应的变量名 • void main (void) • { • LED=0; // P1.0=0，LED点亮 • while(1); • }

KEIL C51(P32) • Keil C51 是德国Keil软件公司开发的基于8051 内核的微控制器软件开发平台，是51系列单片机C语言软件开发系统，是目前开发8051 内核单片机的主流工具。 • Keil C51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。μVision2 集成开发环境可以完成从工程建立和管理、编译、连接、目标代码的生成、软件仿真和硬件仿真等完整的开发流程。

用KEIL C51编写第一个C语言程序 • 建立第一个C程序项目 • 建立工程文件 • 建立源文件 • 加载源文件 • 设置工程的配置参数 • 进行编译和连接 • 进入调试模式 • 全速运行程序

用PROTEUS仿真运行调试 • 加载“点亮一个LED.hex ”目标代码文件 • 打开Proteus “点亮一个LED”电路。 • 双击单片机“AT89S52”，在弹出的“编辑元件”对话框中单击“Program File”栏的打开按钮，在弹出的“选择文件名”对话框找到前面编译生成的“点亮一个LED.hex ”HEX文件,单击“打开“按钮，完成“点亮一个LED.hex ”HEX文件加载。 • 将“Clock Frequency”栏中的频率设为12MHz，单击“确定”，即可完成加载目标代码文件。 • 仿真运行调试 • 单击仿真工具栏“运行”按钮，单片机全速运行程序。

T INT 定时器 / 计数器中断系统并行I/O口 C P U 串行I/O口 P0-P3 TxD RxD 存储器认识单片机 • 单片机实质上是一个芯片(P7)

单片机的发展 • 第一阶段（1974-1976年）为单片机初级阶段 • 由于受工艺及集成度的限制，单片机采用双片形式，且功能比较简单。 • 第二阶段（1976-1978年）为低性能单片机阶段 • 单片机采用单芯片形式，是“小而全”。 • 第三阶段（1978-1982年）为高性能单片机阶段，也是单片机普及阶段 • 第四阶段（1982年以后）为16位单片机阶段

单片机的特点 • 由于单片机是在一块芯片上集成了一台微型计算机所需的CPU、存储器、输入/输出部件和时钟电路等。因此它具有体积小，使用灵活、成本低、易于产品化、抗干扰能力强，可在各种恶劣环境下可靠地工作等特点。 • 体积小、重量轻，价格低、功能强，电源单一、功耗低，可靠性高、抗干扰能力强； • 使用方便灵活、通用性强； • 目前大多数单片机采用哈佛（Harvard）结构体系； • 突出控制功能的指令系统； • 较低的处理速度和较小的存储容量。

单片机的应用 • 单片机主要应用在以下几个方面： • 家用电器 • 智能卡 • 智能仪器仪表 • 网络与通信 • 工业控制

单片机的分类 • 单片机可分为通用型单片机和专用型单片机两大类。 • 通用型单片机是把可开发资源全部提供给使用者的微控制器。我们通常所说的单片机即指通用型单片机。 • 专用型单片机则是为过程控制、参数检测、信号处理等方面的特殊需要而设计的单片机。

按片内不同程序存储器的配置来分 • 片内带ROM、片内带EPROM型、片内无ROM • 按片内不同容量的存储器配置来分 • 51子系列型（是基本型）、52子系列型（是增强型） • 按芯片的半导体制造工艺上的不同来分 • HMOS工艺型、CHMOS工艺型（用“C”表示） • 按所能适应的环境温度范围，可划分为三个等级： • 0℃～70℃民用级、－40℃～+85℃工业级、－65℃～+125℃军用级。

MCS-51单片机 • MCS-51是美国Intel公司的8位高档单片机系列，也是我国目前应用最为广泛的一种单片机系列。 • 8051/80C51是整个MCS-51系列单片机的核心。 • 51系列单片机源于Intel公司的MCS-51系列，在Intel公司将MCS-51系列单片机实行技术开放政策之后，许多公司都以MCS-51中的基础结构8051为基核推出了许多各具特色、具有优异性能的单片机，如Philips、Atmel等。这样，把这些厂家以8051为基核推出的各种型号的兼容型单片机统称为51系列单片机。

Atmel公司的AT89系列单片机 • AT89系列单片机不但具有一般MCS-51单片机的所有特性，而且其Flash程序存储器可以用电擦除方式瞬间擦除、改写, 写入单片机内的程序还可以进行加密。

T0 T1 时钟电路 ROM RAM 定时计数器 CPU 并行接口串行接口中断系统 TXD RXD INT0 INT1 P0 P1 P2 P3 单片机硬件结构(P10) • 并行I/O口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。 • 中央处理器CPU：8位，运算和控制功能 • 内部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表格。 • 中断控制系统：5个中断源（外中断2个，定时/计数中断2 个，串行中断1个） • 时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHZ和12MHZ • 串行口：一个全双工串行口。 • 内部RAM：共256个RAM单元，用户使用前128个单元，用于存放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。 • 定时/计数器：两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功能。复位电路

中央处理器（CPU） • 中央处理器是单片机的核心，完成运算和控制功能。 • MCS-51的CPU能处理8位二进制数或代码。

内部数据存储器（内部RAM） • 芯片中共有256个RAM单元 • 前128单元，作为供用户使用的寄存器和用于存放可读写的数据； • 后128单元被专用寄存器占用。 • 通常所说的内部数据存储器就是指前128单元，简称内部RAM。

内部程序存储器（内部ROM） • 芯片中共有4 KB个ROM单元。 • 用于存放程序、原始数据或表格，因此，称之为程序存储器，简称内部ROM。

定时/计数器 • 两个16位的定时/计数器。 • 实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。

并行I/O口 • 4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3） • 实现数据的并行输入/输出

串行口 • 一个全双工的串行口，以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。 • 该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。

中断控制系统 • 5个中断源，即外中断两个，定时/计数中断两个，串行中断一个。 • 全部中断分为高级和低级共两个优先级别。

AT89S52单片机结构 • 一个8位CPU； • 一个片内振荡器及时钟电路； • 8K字节可重复擦写的Flash闪速存储器 • 三级加密程序存储器； • 256×8字节内部RAM； • 3个16位定时器/计数器； • 32条可编程的I/O线（四个8位并行I/O端口）； • 一个可编程全双工串行口； • 具有8个中断源、两个优先级嵌套中断结构。

AT89S52引脚功能(P11) • 电源线：VCC(+5V)、VSS(地) • 振荡电路：XTAL1、XTAL2 • 复位引脚：RST • 并行口：P0、P1、P2、P3 • EA：访问程序存储控制信号 • PSEN：外部ROM读选通信号 • ALE：地址锁存控制信号 • P3口线的第二功能

AT89S52引脚功能 • 电源引脚(2根) • VCC(40脚)：电源端，接+5V电源。 • VSS(20脚)：接地端。 • 时钟引脚(2根) • XTAL1(19脚)：接外部晶振和微调电容的一端。 • XTAL2(18脚)：接外部晶振和微调电容的另一端。

AT89S52引脚功能 • 控制引脚(4根) • RST/VPD(9脚)：复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。 • ALE/PROG (30脚)：地址锁存控制信号。在系统扩展时，ALE用于控制把P0口输出的低8位地址锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。 • EA/VPP(31脚)：访问程序存储控制信号。当信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；当信号为高电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。 • PSEN(29脚)：片外ROM读选通信号端。在读片外ROM时，PSEN有效，为低电平，以实现对片外ROM的读操作。

AT89S52引脚功能 • P0口（引脚32-39）普通I/O口 • P1口（引脚1-8）普通I/O口 • P2口（引脚21-28）普通I/O口 • P3口（引脚10-17）普通I/O口，或作为其他第二功能口

P3口各引脚与第二功能表

最小单片机系统(P13) • 单片机 • 5V电源，接地 • 时钟电路（晶振） • 复位电路

时钟电路 • 时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。 • 系统允许的晶振频率一般为6 MHz和12 MHz，电容C1和C2取30 pF左右。 • 晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。

时序的概念 • 单片机内的各种操作都是在一系列脉冲控制下进行的，而各脉冲在时间上是有先后顺序的，这种顺序就称为时序。 • 单片机的时序定时单位从小到大依次为：时钟周期、状态周期、机器周期和指令周期。 • 振荡周期是指晶体振荡器直接产生的振荡信号的周期，是振荡频率fosc的倒数，用P表示。 • 状态周期(或状态S)是振荡周期的两倍，它分为P1节拍和P2节拍。 • 1个机器周期是由6个状态构成。 • 执行一条指令所需的时间称为指令周期。

各种周期的相互关系

复位电路 • 单片机的复位引脚RST出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。 • 常见的复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。 • 上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。 • 按键手动复位是通过复位端经电阻与电源VCC接通而实现的，它兼备上电复位功能。

复位功能 • 复位是单片机的初始化操作。 • 是把PC初始化为0000H，使CPU从0000H单元开始执行程序； • 同时还对其他一些寄存器有影响，但内部RAM的数据是不变的。 • 除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新启动。

技能训练1-1 • 单片机最小系统只是单片机能满足工作的最低要求，它不能对外完成控制任务，实现人机对话。 • 单片机最小系统应用—开关控制LED点亮 • 电路设计 • 程序设计

工作模块2-LED闪烁 • 分析 • 软件实现思路： • 点亮发光二极管 • 延时（延时子程序） • 关闭发光二极管 • 延时 • 重复上述动作（循环） • 电路设计和前面一样

C语言程序 #include <AT89X52.h> sbit LED = P1^0; void Delay() { unsigned char i, j; for (i=0;i<255;i++) for (j=0;j<255;j++); } void main () { while(1) { LED = 0; Delay(); LED = 1; Delay(); } }

思考 • 把Delay()延时函数放在后面如何处理？ • 提示：在程序开头加入说明行（即子程序头加分号），既定义在前，使用再后。

C语言程序的构成(P47) • C语言的程序是由一个或多个函数构成的，最简单的程序只有一个main函数。 • 一个函数由两部份组成 • 函数的首部、即函数的第一行；包括函数名、函数类型、函数属性、函数参数（形参）名、参数类型。 • 函数体，即函数首部下面的大括号“{}”内的部份。函数体一般包括： • 声明部份：定义所用到的变量，如void Delay()中的unsigned char i, j;。 • 执行部份：由若干个语句组成。

标识符 • C语言规定标识符只能由字母、数字和下划线三种字符组成，且第一个字符必须为字母或下划线。 • 变量名、常数名、数组名、函数名、文件名与类型名等统称为标识符。 • 标识符分为预定义标识符和用户标识符。 • 说明： • C语言中大写字母与小写字母被认为是两个不同的字符。 • 标识符在命名时应当简单，含义清晰，这样有助于阅读理解程序。

关键字 • 关键字则是编程语言保留的特殊标识符，它们具有固定名称和含义，在程序编写中不允许标识符与关键字相同。在Keil C中的关键字除了有ANSI C标准的32个关键字外，还根据51单片机的特点扩展了相关的关键字。 • 在Keil C的文本编辑器中编写C程序，系统把保留字以不同颜色显示，缺省颜色为天蓝色。

C语言基本语句(P52) • C语言的程序是由一个或多个函数组成的，而函数又是由若干个语句组成的。语句是由一些基本字符和定义符按照C语言的语法规定组成的，每个语句以分号结束，分号是C语句的必要组成部份。C语言的语句可分为以下5种类型： • 表达式语句 • 函数调用语句 • 控制语句 • 复合语句 • 空语句

表达式语句 • 表达式语句是由一个表达式加一个分号构成一个语句，其作用是计算表达式的值或改变变量的值。它的一般形式是：表达式; 即在表达式末尾加上分号，就变成了表达式语句。最典型的表达式语句是：在赋值表达式后加一个分号构成赋值语句。例如： • a=3 是一个赋值表达式 • a=3; 是一个赋值语句

函数调用语句 • 由一个函数调用加一个分号构成函数调用语句，其作用是完成特定的功能。它的一般形式是：函数名(参数列表); • 例如 mDelay(100); //调用延时函数，参数是100

控制语句 • 控制语句用于完成一定的控制功能，以实现程序的各种结构方式。C语言有9种控制语句，可分为以下三类。 • 条件判断语句：if语句、switch语句。 • 循环语句：for语句、while语句、do-while语句。 • 转向语句：break语句、continue语句、goto语句、return语句。

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