單片機原理及應(yīng)用項目化教程（C語言版）

項目結(jié)構(gòu)項目一：單片機介紹項目二：輸入/輸出功能項目三：數(shù)碼管基礎(chǔ)與矩陣鍵盤掃描項目四：定時器與數(shù)碼管動態(tài)顯示項目五：外部中斷與串行通信項目六：LCD1602顯示原理及實現(xiàn)項目七：I2C總線與EEPROM項目八：DS18B20與蜂鳴器項目九：A/D與D/A轉(zhuǎn)換項目十：實時時鐘DS1302項目十一：紅外通信與步進電機項目一：單片機介紹單片機最小系統(tǒng)單片機開發(fā)系統(tǒng)軟件介紹Proteus仿真軟件的使用單片機介紹1.1.1單片機的基本概念

單片微型計算機(Single-ChipMicrocomputer)，簡稱單片機，是將微處理器(CPU)、存儲器(存放程序或數(shù)據(jù)的ROM和RAM)、總線、定時器/計數(shù)器、輸入/輸出接口(I/O口)和其他多種功能器件集成在一塊芯片上的微型計算機。由于單片機的重要應(yīng)用領(lǐng)域為智能化電子產(chǎn)品，一般需要嵌入儀器設(shè)備內(nèi)，故又稱為嵌入式微控制器(EmbeddedMicrocontroller)。單片機介紹單片機的主要特點如下：（1）可靠性高；（2）便于擴展；（3）控制功能強；（4）低功耗、低電壓；（5）易于嵌入、發(fā)展迅速、應(yīng)用廣泛單片機介紹1.1.2單片機的應(yīng)用領(lǐng)域（1）工業(yè)控制與檢測（2）智能儀器儀表（3）消費類電子產(chǎn)品（4）網(wǎng)絡(luò)和通信（5）設(shè)備領(lǐng)域（6）武器裝備（7）汽車電子

此外，單片機在工商、金融、科研、教育、電力、通信、物流和國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。單片機介紹1.1.3單片機有哪些系列

單片機種類繁多，一般常用的有以下幾種：（1）8051單片機（2）MOTOROLA單片機（3）Microchip單片機（4）Atmel單片機（5）NEC單片機（6）東芝單片機單片機介紹（7）富士通單片機（8）LG公司生產(chǎn)的GMS90系列單片機（9）凌陽16位單片機（10）Scenix單片機（11）EPSON單片機（12）華邦單片機單片機介紹1.1.4單片機的選擇

當(dāng)今單片機琳瑯滿目，產(chǎn)品性能各異。如何選擇好單片機是項目開發(fā)首要解決的問題。(1)單片機的基本參數(shù)及其內(nèi)部資源，如：程序存儲器容量，I/O引腳數(shù)量，AD或DA通道數(shù)量及轉(zhuǎn)換樣精度等；(2)單片機的增強功能，例如看門狗，RTC，EEPROM，擴展RAM，CAN總線接口，I2C接口，SPI接口等。(3)Flash和OTP(一次性可編程)相比較，最好是Flash。(4)封裝，一般來說貼片的比直插的體積小，抗干擾性強，但是價格要貴一些。單片機介紹(5)工作溫度范圍，工業(yè)級還是商業(yè)級，如果設(shè)計戶外產(chǎn)品，必須選用工業(yè)級。(6)工作電壓范圍，例如設(shè)計電視機遙控器，2節(jié)干電池供電，至少應(yīng)該能在1.8－3.6V電壓范圍內(nèi)工作。(7)功耗，能夠滿足設(shè)計要求的前提下功耗越低越好。(8)性價比高。(9)供貨渠道暢通，盡量選用市場上容易購買到的單片機。(10)有服務(wù)商，像Microchip公司推PIC，周立功公司推Philips，雙龍公司推AVR，都提供了很多有用的技術(shù)資料，起碼燒寫器有地方買。單片機介紹1.1.5MCS-51單片機識讀1、MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu) MCS-51單片機由中央處理器(CPU)、程序存儲器（ROM/EPROM）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、定時/計數(shù)器、I/O接口、中斷系統(tǒng)等組成。內(nèi)部中斷外部中斷CPU振蕩器基準(zhǔn)時鐘源4KBROM256BRAM總線控制擴展I/O串行口2個16位的TC控制并行I/O串行輸入串行輸出計數(shù)器8051的結(jié)構(gòu)框圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：運算器控制器CPU128字節(jié)的RAM，作用是存放運算的中間結(jié)果以及數(shù)據(jù)暫存。00H~7FH4K程序存儲區(qū)，地址從0000H開始，用于存放程序代碼和表格數(shù)據(jù)2個16位的定時計數(shù)器4個IO（P0,P1,P2,P3共32線)口與外界交換信息1.2MHz~12MHz一個全雙工的串口UART5個中斷源，三個內(nèi)部，二個外部單片機介紹2、引腳功能說明

DIP引腳圖邏輯符號

單片機介紹電源引腳(2根)

VCC(40腳)：電源端，接+5V電源。

VSS(20腳)：接地端。I/O引腳(4×8=32根)控制引腳(6根)

時鐘電路引腳XTAL1（19腳）和XTAL2（18腳）XTAL1：接外部晶振和微調(diào)電容的一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入，若使用外部TTL時鐘時，該引腳必須接地。XTAL2：接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出，若使用外部TTL時鐘時，該引腳為外部時鐘的輸入端。單片機介紹ALE/PROG(30腳)：地址鎖存允許信號輸出當(dāng)CPU訪問片外存儲器時，ALE輸出信號控制鎖存P0口輸出的低8位地址，從而實現(xiàn)P0口數(shù)據(jù)與低位地址的分時復(fù)用。EA/VPP(31腳)：外部程序存儲器地址允許輸入端。當(dāng)為高電平時，CPU執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令，但當(dāng)PC中的值超過0FFFH時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲器指令。當(dāng)為低電平時，CPU只執(zhí)行片外程序存儲器指令。PSEN（32腳）：外部程序存儲器讀選通信號。是讀外部程序存儲器的選通信號，低電平有效。RST（9腳）：復(fù)位信號輸入端。該信號高電平有效，在輸入端保持兩個機器周期的高電平后，就可以完成復(fù)位操作。單片機介紹1.1.6單片機最小系統(tǒng)的組成

所謂單片機最小系統(tǒng)，是指用最少的元件能使單片機工作起來的一個最基本的組成電路。對51系列單片機來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：電源、晶振電路、復(fù)位電路等。同時單片機要正常運行，還必須具備電源正常、時鐘正常、復(fù)位正常三個基本條件。單片機介紹（1）電源

電源是單片機工作的動力源泉。我們所選用的STC89C52，它需要5V的供電系統(tǒng)，我們的開發(fā)板是使用USB口輸出的5V直流直接供電的。供電電路在40腳和20腳的位置上，40腳接的是+5V，通常也稱為VCC或VDD，代表的是電源正極，20腳接的是GND，代表的是電源的負(fù)極。（2）時鐘電路

時鐘電路為單片機產(chǎn)生時序脈沖，單片機所有運算與控制過程都是在統(tǒng)一的時序脈沖的驅(qū)動下進行的。STC89C52單片機的18腳和19腳是晶振引腳，我們接一個11.0592MHz的晶振(它每秒振蕩11059200次)，外加兩個20pF的電容，電容的作用是幫助晶振起振，并維持振蕩信號的穩(wěn)定。單片機介紹（3）復(fù)位電路

在復(fù)位引腳（9腳）腳持續(xù)出現(xiàn)24個振蕩器脈沖周期（即2個機器周期）的高電平信號將使單片機復(fù)位，此時，一些專用寄存器的狀態(tài)值將恢復(fù)為初始值。單片機復(fù)位一般是3種情況：上電復(fù)位、手動復(fù)位、程序自動復(fù)位。（a）上電復(fù)位電路

（b）按鍵復(fù)位電路單片機介紹復(fù)位后各特殊功能寄存器初始狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器狀態(tài)PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0--P3FFHSCON00HIPxxx00000HSBUF不確定IE0xx00000HPCON0xxx0000HTMOD00H

單片機開發(fā)系統(tǒng)軟件介紹

單片機開發(fā)，首要的兩個軟件一個是編程軟件，一個是下載軟件。編程軟件我們用KeiluVision的51版本，也叫KeilC51，KeilC51集編輯，編譯，仿真于一體，支持匯編、PLM語言和C語言的程序設(shè)計，界面友好，易學(xué)易用。在51系列單片機的學(xué)習(xí)與開發(fā)過程中，keilC51軟件的使用為程序設(shè)計開發(fā)提供了一個高效率的平臺。單片機開發(fā)系統(tǒng)軟件介紹單片機開發(fā)系統(tǒng)軟件介紹用keilC51軟件編輯編譯一段C程序，實現(xiàn)打印的KeilC51歡迎界面：“HelloIamKEIL，Iwillbeyourfriend.”。根據(jù)任務(wù)編寫的C源程序如下：#include<reg52.h>//包含頭文件#include<stdio.h>voidmain(void)//主函數(shù){SCON=0x52;TMOD=0x20;TH1=0xf3;TR1=1;//PRINTF函數(shù)所必須printf(“HelloIamKEIL.\n”);printf(“Iwillbeyourfriend.\n”);while(1);}單片機開發(fā)系統(tǒng)軟件介紹(1)建立一個新的工程項目單片機開發(fā)系統(tǒng)軟件介紹(2)保存工程項目單片機開發(fā)系統(tǒng)軟件介紹(3)為工程項目選擇單片機型號單片機開發(fā)系統(tǒng)軟件介紹(4)新建源程序文件單片機開發(fā)系統(tǒng)軟件介紹(5)保存源程序文件單片機開發(fā)系統(tǒng)軟件介紹(6)為工程項目添加源程序文件單片機開發(fā)系統(tǒng)軟件介紹(7)輸入源程序文件單片機開發(fā)系統(tǒng)軟件介紹(8)編譯源程序單片機開發(fā)系統(tǒng)軟件介紹(9)調(diào)試源程序單片機開發(fā)系統(tǒng)軟件介紹(10)查看分析結(jié)果單片機開發(fā)系統(tǒng)軟件介紹（11）生成Hex代碼文件

Protues仿真軟件的使用 ProteusISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路。在51系列單片機的學(xué)習(xí)與開發(fā)過程中，keilC51軟件是程序設(shè)計開發(fā)的平臺，不能直接的進行單片機的硬件仿真。如果將keilC51軟件和Proteus軟件有機結(jié)合起來，那么51系列單片機的設(shè)計與開發(fā)將在軟硬件仿真上得到完美的結(jié)合。主頁ISISARES3D瀏覽Proteus8.0Professional的主頁界面元件清單關(guān)于Proteus8.0幫助信息簡介PCB設(shè)計模擬入門指導(dǎo)新版本等打開設(shè)計圖/新建設(shè)計圖…最近的設(shè)計圖主頁文件(F)編輯(E)瀏覽(V)工具(T)設(shè)計(D)繪圖(G)除錯(D)庫(L)模板(T)系統(tǒng)(S)幫助(H)Proteus中ISIS的主窗口示意圖ISIS通用工具菜單專用工具菜單電路編輯窗口坐標(biāo)原點瀏覽窗口器件工具列表窗口ARES電氣規(guī)則檢查主菜單交互仿真按鍵元件清單←點擊鼠標(biāo):點擊此鍵可取消左鍵的放置功能，但可編輯對象?！x擇元器件:在元件表選中器件,在編輯窗中移動鼠標(biāo),點擊左鍵放置←標(biāo)注聯(lián)接點:當(dāng)兩條連線交叉時,放個接點表示連通。←標(biāo)志網(wǎng)絡(luò)線標(biāo)號:電路聯(lián)線可用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號代替,相同標(biāo)號的線是相同的?！胖梦谋菊f明:是對電路的說明,與電路仿真無關(guān)!←放置總線:當(dāng)多線并行簡化聯(lián)線,用總線標(biāo)示?！胖闷骷_:有普通.反相.正時鐘.反時鐘.短引腳.總線?！胖脠D紙內(nèi)部終端:有普通.輸入.輸出.雙向.電源.接地.總線。←放置子電路:可將部分電路以子電路形式畫在另一圖紙上。編輯工具←放置分析圖:有模擬.數(shù)字.混合.頻率特性.傳輸特

性.噪聲分析等?！胖娩浄乓粼O(shè)置:

←放置電源.信號源:有直流電源,正弦信號源,脈沖

信號源等?！胖秒妷弘娏魈结?顯示網(wǎng)絡(luò)線上的電壓或串聯(lián)

在指定的網(wǎng)絡(luò)線上顯示電流值。←放置虛擬儀器:有示波器.計數(shù)器.RS232終端.SPI調(diào)

試器.I2C調(diào)試器.信號發(fā)生器.圖形發(fā)生器.直流

電壓表.直流電流表,交流電壓表.交流電流表。調(diào)試工具←放置各種線:有器件.引腳.端口.圖形線.總線等?！胖镁匦慰?移動鼠標(biāo)到框的一角,按下左鍵拖動,釋放后完成?！胖脠A形框:移動鼠標(biāo)到圓心,按左鍵拖動,釋放后完成?！胖脠A弧線:鼠標(biāo)移到起點,按下左鍵拖動,釋放后調(diào)整弧長,點擊鼠

標(biāo)完成。←畫閉合多邊形:鼠標(biāo)移到起點,點擊產(chǎn)生折點,閉合后完成?！胖梦淖謽?biāo)簽:在編輯框放置說明文本標(biāo)簽?！胖锰厥鈭D形:可在庫中選擇各種圖形。←放置特殊節(jié)點:可有原點.節(jié)點.標(biāo)簽引腳名.引腳號。←圖形正/反旋轉(zhuǎn)?！麍D形垂直/水平翻轉(zhuǎn)。圖形工具

Protues仿真軟件的使用用Proteus仿真軟件，實現(xiàn)單片機最小系統(tǒng)的簡單應(yīng)用。要求：P1口控制8個發(fā)光二極管LED循環(huán)點亮。電路原理圖如下圖所示。

Protues仿真軟件的使用（1）建立一個新的設(shè)計項目

Protues仿真軟件的使用（2）保存設(shè)