單片機應用技術(shù)

QQ群號：100352443（單片機之家）網(wǎng)址:8/suite/wv/683931任務一單片機控制單燈亮滅發(fā)布任務任務準備案例示范拓展延伸任務作業(yè)任務單任務描述假設(shè)城市十字路口的紅、綠、黃交通信號燈是由單片機控制的，本任務實現(xiàn)一個路口的信號燈亮滅，即讓單片機連接3個發(fā)光二極管（顏色分別為紅、綠、黃）代表紅燈、綠燈和黃燈，控制任意一只燈亮，而其他兩個燈不亮。任務要求由P0口的三個引腳連接3只發(fā)光二極管（P0口各腳分別連接紅、綠、黃三種顏色），分別實現(xiàn)如下功能：（1）讓紅燈亮，其他兩只燈不亮；（2）讓綠燈亮，其他兩只燈不亮；（3）讓黃燈亮，其他兩只燈不亮。實現(xiàn)方法1．利用Proteus仿真運行，實現(xiàn)任務要求的功能。2．在開發(fā)板等實訓設(shè)備上按任務要求連線，將目標程序下載到單片機上運行。任務一電路圖教學導航教知識重點單片機應用系統(tǒng)設(shè)計流程，單片機基本結(jié)構(gòu)知識難點單片機應用系統(tǒng)設(shè)計流程推薦教學方式以任務入手，通過單片機控制單只發(fā)光二極管的亮滅任務的完成初步了解單片機應用系統(tǒng)設(shè)計的基本流程及單片機的基本結(jié)構(gòu)，熟悉單片機應用系統(tǒng)設(shè)計的開發(fā)環(huán)境。建議學時2學時

學推薦學習方法通過對教師提供的電路圖和給定的程序調(diào)試，初步學會使用Proteus和KeilC開發(fā)環(huán)境完成電路圖的設(shè)計、程序編輯、編譯、調(diào)試與仿真運行方法，理解相關(guān)理論知識，學會應用。必須掌握的理論知識單片機基本結(jié)構(gòu);單片機應用系統(tǒng)設(shè)計流程;數(shù)制;編碼必須掌握的技能利用Proteus8設(shè)計電路圖，編輯、編譯、調(diào)試與仿真運行C51程序的初步過程。任務準備1.1單片機應用系統(tǒng)設(shè)計流程1.1單片機應用系統(tǒng)設(shè)計流程1.1.1什么是單片機應用系統(tǒng)1．單片機單片機是將CPU、存儲器、定時/計數(shù)器、I/O接口電路等集成在一個芯片的微型計算機，也稱單片微型計算機。Intel公司的MCS-51系列單片機屬高檔8位單片機，MCS-51系列單片機是以8051為核心電路發(fā)展起來的，包括51子系列（基本型）和52子系列（增強型）兩大類，因此它們都具有MCS-51的基本結(jié)構(gòu)與軟件特征，具有很強的兼容性。MCS—51系列單片機配置FlashRom單片機：89X51——89C51、89S51等。MCS-51系列單片機的結(jié)構(gòu)框圖P0P1P2P3并行接口CPU時鐘電路串行接口中斷系統(tǒng)ROMRAM定時/計數(shù)器T0T1TXDRXD1.2.1單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）1個8位的中央處理器（CPU，具有位處理功能）和1個全雙工的異步串行口。（2）2個16位定時器/計數(shù)器（3）3個邏輯存儲空間64KB程序存儲器空間（包括4KB片內(nèi)程序存儲器ROM）128B內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）64KB數(shù)據(jù)存儲器空間（4）4個雙向并可按位尋址的I/O口（5）5個中斷源，具有兩個優(yōu)先級（6）片內(nèi)還有振蕩器和時鐘電路1.1.1什么是單片機應用系統(tǒng)

2．單片機應用系統(tǒng)

單片機應用系統(tǒng)就是以單片機為核心，連接輸入輸出、顯示等相關(guān)電路，為完成某項具體任務而研制開發(fā)的用戶系統(tǒng)。其實單片機連接了相關(guān)電路后，并不能讓他自動工作，還要編寫運行程序。單片機應用系統(tǒng)不僅包括硬件電路，而且包括軟件程序，二者缺一不可。111.1.2單片機應用系統(tǒng)開發(fā)的一般方法121.1.2單片機應用系統(tǒng)開發(fā)的一般方法1．確定任務2．總體設(shè)計3．硬件設(shè)計4．軟件設(shè)計5．軟件調(diào)試6．硬件制作與聯(lián)調(diào)7．考機定型131．確定任務

進行廣泛的市場調(diào)查，了解該系統(tǒng)的市場應用概況，分析系統(tǒng)當前存在的問題，研究系統(tǒng)的市場前景，確定系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計的目的和目標。對系統(tǒng)的具體實現(xiàn)進行規(guī)劃，包括應該采集的信號的種類、數(shù)量、范圍，輸出信號的匹配和轉(zhuǎn)換，控制算法的選擇，技術(shù)指標的確定等。142．總體設(shè)計根據(jù)任務的繁雜程度和技術(shù)指標要求選擇機型。選擇系統(tǒng)中要用到的其它外圍元器件，如傳感器、執(zhí)行器件等。對軟件和硬件進行分工能夠由軟件實現(xiàn)的任務就盡量用軟件來實現(xiàn)要求大致規(guī)定各接口電路的地址、軟件的結(jié)構(gòu)和功能、上下位機的通信協(xié)議、程序的駐留區(qū)域及工作緩沖區(qū)等。153．硬件設(shè)計

硬件的設(shè)計是根據(jù)總體設(shè)計要求，在選擇完單片機機型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元件，并設(shè)計出系統(tǒng)的電路原理圖。（1）單片機電路設(shè)計：主要完成時鐘電路、復位電路、供電電路的設(shè)計。（2）擴展電路和輸入/輸出通道設(shè)計：主要完成程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、I/O接口電路、傳感器電路、放大電路、多路開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換電路、開關(guān)量接口電路、驅(qū)動及執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計。（3）控制面板設(shè)計：主要完成按鍵、開關(guān)、顯示器、報警等電路的設(shè)計。164．軟件設(shè)計

用于管理單片機系統(tǒng)工作的監(jiān)控程序盡可能利用現(xiàn)成單片機系統(tǒng)的監(jiān)控程序。許多單片機開發(fā)系統(tǒng)的監(jiān)控軟件功能相當強，并附有豐富的實用子程序，可供用戶直接調(diào)用，例如鍵盤管理程序、顯示程序等。用于執(zhí)行實際具體任務的功能程序要根據(jù)應用系統(tǒng)的功能要求來編程序。例如，外部數(shù)據(jù)采集、控制算法的實現(xiàn)、外設(shè)驅(qū)動、故障處理及報警程序等等。軟件設(shè)計通常采用模塊化程序設(shè)計、自頂向下的程序設(shè)計方法。175．軟件調(diào)試

利用Proteus等開發(fā)工具進行仿真調(diào)試，除發(fā)現(xiàn)和解決程序錯誤外，也可以發(fā)現(xiàn)硬件故障。軟件調(diào)試的原則是先單步后連續(xù)、先分塊后組合、先獨立后聯(lián)機，軟件調(diào)試一般是各個模塊、各個子程序分別調(diào)試，最后聯(lián)起來統(tǒng)調(diào)。在調(diào)試過程中，要不斷調(diào)整、修改系統(tǒng)的硬件和軟件，直到其正確為止。186．硬件制作與聯(lián)調(diào)根據(jù)硬件電路圖繪制印制板圖，制作電路板和樣機組裝，進行樣機聯(lián)調(diào)，包括電路板加電運行后觀察其運行狀態(tài)，電源等是否點亮、各電容電阻有無過熱等，用萬用表測量各模塊和端口，看其是否有大電壓、大電流。通過調(diào)試，排除系統(tǒng)的硬件電路故障，包括設(shè)計性錯誤和工藝性故障。必要時要對原電路圖進行修改完善。197．考機定型樣機聯(lián)調(diào)運行正常后，將軟件目標程序下載到芯片上中，脫機運行。到生產(chǎn)現(xiàn)場投入實際工作，檢驗其可靠性和抗干擾能力，直到完全滿足要求，系統(tǒng)才算研制成功。20案例示范【案例1】單片機控制一個發(fā)光二極管亮讓單片機連接綠、黃、紅三個顏色的發(fā)光二極管（代表一個路口的交通信號燈），要求一個發(fā)光二極管亮（假定讓最右邊的紅燈亮），請實現(xiàn)這個功能。21案例完成步驟：步驟1：確定任務步驟2：總體設(shè)計步驟3：硬件設(shè)計步驟4：軟件設(shè)計#include<reg51.h>voidmain(void){P0=0xfb;//給并行輸入/輸出口P0賦值，該值為二進制數(shù)11111011while(1);}步驟5：軟件調(diào)試22拓展延伸1.2Proteus仿真軟件的使用1.Proteus簡介2.Proteus主界面3.原理圖繪制231.Proteus簡介模塊功能說明SchematicCaptureISIS原理圖設(shè)計和仿真ISIS：智能原理圖輸入系統(tǒng)交互式仿真、圖表仿真

虛擬激勵源

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PCBLayout自動布線布局

覆銅操作

GerberView

功能強大的PCB輔助工具PCB：印制電路板VSMStudioIDEVSMStudioVSM：虛擬系統(tǒng)模型支持程序單步、中斷調(diào)試

支持多種嵌入式微處理器不僅可仿真51、AVR、PIC、MSP430、BasicStamp和HC11等多種MCU，還可仿真GALDevice（AM29M16等）、DSP（TITMS320F2802X）、ARM（PhilipARM7）/Cortex和8086（Intel）等。硬件中斷源、ActivePopups

PROTEUSProteus軟件特點Proteus所提供的資源仿真方式（1）互動的電路仿真（2）仿真處理器及其外圍電路（1）仿真元器件資源（2）仿真儀表資源（3）圖形顯示功能（4）Proteus可提供的調(diào)試手段（1）用Proteus實現(xiàn)軟件仿真（2）用Proteus單獨仿真1.Proteus簡介（1）Proteus的啟動雙擊桌面的Proteus8Professional圖標單擊“開始”→“Proteus8Professional”→“Proteus8Professional”2.Proteus主界面2.Proteus主界面預覽窗口模型選擇工具欄菜單工具欄原理圖編輯窗口仿真工具2D圖形配件方向工具欄元件列表3.原理圖繪制界面在“Keywords”處鍵入要選取的元件，如AT89C51，在預覽窗口中可以看到要選擇的元件；在庫列表中雙擊該元件，元件就出現(xiàn)在ISIS的元件列表中，也可以按Enter健或“確定”按鈕。①單擊元件列表之上的“P”按鈕；②按P鍵（在英文輸入法下）1．從元件庫中選取元件通過以下兩種方法，可以彈出“元件庫選取”對話框。2．放置元件在元件列表中，單擊要放置的元件，如選中AT89C51，再在原理圖編輯窗口中單擊就放置了一個元件。也可以在按下左鍵選中元件后，移動鼠標，在合適的位置釋放。3.原理圖繪制界面（3）選中對象用鼠標指針指向?qū)ο蟛⒂覔艨梢赃x中該對象。該操作可使選中的對象高亮顯示，然后可以對其進行編輯。選中對象時該對象上的所有連線同時被選中。要選中一組對象，可以通過依次右擊每個對象來選中每個對象的方式；也可以通過右鍵拖出一個選擇框的方式，但只有完全位于選擇框內(nèi)的對象才可以被選中。在空白處右擊可以取消所有對象的選擇。3.原理圖繪制界面（4）刪除對象用鼠標指向選中的對象并右擊可以刪除該對象，同時刪除該對象的所有連線。也可以選中對象，然后按鍵盤上的Delete(刪除）鍵刪除。3.原理圖繪制界面（5）拖動對象（1）拖動一個對象：若對象位置需要移動，將鼠標移到該對象上，單擊鼠標右鍵，此時我們已經(jīng)注意到，該對象的顏色已變至紅色，表明該對象已被選中，按下鼠標左鍵，拖動鼠標，將對象移至新位置后，松開鼠標，完成移動操作。該方式不僅對整個對象有效，而且對對象所屬的網(wǎng)格標號也有效。如果誤拖動了一個對象，則所有的連線都將很亂，可以使用Undo（取消）命令撤銷操作，恢復原來的狀態(tài)。（2）拖動多個對象：選中多個對象，單擊主工具欄塊移動圖標“”可以移動被選中的所有對象。3.原理圖繪制界面（6）拖動對象標簽許多類型的對象有一個或多個屬性標簽附著。例如，每個元件有一個reference(參考）標簽和一個value(值）標簽。單擊相應的標簽，將其移動到合適位置，可以很容易地通過移動這些標簽使電路圖看起來更美觀。3.原理圖繪制界面（7）編輯對象①編輯單個對象的步驟選中對象；單擊對象。編輯對象的對話框如右圖所示。②以特定的編輯模式編輯對象的步驟用鼠標指向?qū)ο?；使用鍵盤Ctrl+E鍵。③文本腳本的編輯：在鼠標指針沒有指向任何對象，該命令將對當前的圖形進行編輯。鍵入“E"；在彈出的對話框中輸入元件的名稱。3.原理圖繪制界面（8）布線ISIS中沒有布線的按鈕，這是因為ISIS的智能化使用戶想要布線時進行自動檢測。①在兩個對象間連線單擊第一個對象連接點；如果要使ISIS自動給出走線路徑，只需單擊另一個連接點。如果要自己設(shè)定走線路徑，需在想要拐點處單擊鼠標。3.原理圖繪制界面②重復布線重復的布線完全復制了上一根線的路徑。③線路自動路徑器線路自動路徑器為用戶省去了必須標明每根線的具體路徑的麻煩。自動接線功能默認是打開的，可通過使用“工具→自動連線（W）”命令來關(guān)閉或打開。如果連線出線非垂直的折線，則需要關(guān)閉線路自動路徑器。3.原