第１章初識５１單片機及其開發(fā)環(huán)境56837１.５μＶｉｓｉｏｎ４開發(fā)環(huán)境介紹１.６Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真環(huán)境簡介１.７５１單片機基本電路１.８５１系列單片機返回１.１微型機與單片機微型計算機系統(tǒng)一般包括中央處理單元（ＣＰＵ）、存儲器（Ｍｅｍｏｒｙ）及輸入／輸出單元（Ｉ／Ｏ）三大部分，如圖１.１所示。ＣＰＵ正如人的大腦一樣，控制整個計算機系統(tǒng)的運行。存儲器則是存放系統(tǒng)運行所需的程序及數(shù)據(jù)，包括只讀存儲器（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ，ＲＯＭ）及隨機存取存儲器（ＲａｎｄｏｎＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ，ＲＡＭ）。通常ＲＯＭ用來存儲程序或永久性的數(shù)據(jù)，稱為程序存儲器；ＲＡＭ則是用來暫時存儲程序執(zhí)行時的數(shù)據(jù)，稱為數(shù)據(jù)存儲器。Ｉ／Ｏ是微型計算機系統(tǒng)與外部溝通的管道，其中包括輸入端口與輸出端口。這三部分分別由不同的元器件組成，然后把它們組裝在電路板上，形成一個微型計算機系統(tǒng)。下一頁返回１.１微型機與單片機單片微型計算機（即單片機或微控制器）就是把中央處理單元、存儲器、輸入／輸出單元等全部放置在一個芯片里，如圖１.２所示，只要再配置幾個小元件，如電阻器、電容器、石英晶體、連接器等，就成為一個完整的微型計算機系統(tǒng)。因此整個系統(tǒng)的體積小、成本低、可靠性高，成為目前微型計算機控制系統(tǒng)的主流。上一頁返回１.２５１單片機的基本結(jié)構(gòu)概述５１單片機發(fā)展至今，雖然有許多廠商各自開發(fā)了不同的兼容芯片，但其基本結(jié)構(gòu)變化不大，圖１.３為標(biāo)準(zhǔn)的５１單片機結(jié)構(gòu)圖。本章先介紹５１單片機的基本結(jié)構(gòu)、引腳、基本電路及５１系列等，其中引腳結(jié)構(gòu)需要熟記，本書提供記憶技巧，很快記?。矗皞€引腳和基本電路。返回１.３５１單片機的引腳與封裝１.ＰＤＩＰ４０與ＰＤＩＰ４２５１單片機在教學(xué)過程中最常用的是４０個引腳雙列直插式封裝（ＰｌａｓｔｉｃＤｕａｌＩｎｌｉｎｅＰａｃｋａｇｅ，簡稱ＰＤＩＰ），如圖１.４所示，還有一種雙列直插式封裝如圖１.５所示，即ＰＤＩＰ４２。ＰＤＩＰ４０與ＰＤＩＰ４２引腳數(shù)量不相同，尺寸差異也很大。ＰＤＩＰ４０特別適用于學(xué)校培訓(xùn)機構(gòu)使用，但由于體積較大，制作成本較高，很少在商業(yè)里使用。根據(jù)上述要訣，很容易記住這些引腳的位置和基本功能。需要補充說明的是，５１單片機的４０個引腳里有很多是復(fù)用引腳，簡單講就是多用途的引腳，以３９腳到３２腳為例，一般情圖１.６ＱＦＰ封裝況下為Ｐ０；若是連接外部存儲器時，則當(dāng)成ＡＤ０～ＡＤ７引腳，而ＡＤ０～ＡＤ７就是地址引腳與數(shù)據(jù)引腳混合的復(fù)用引腳，但如果不接外部存儲器時就可以當(dāng)它不存在。下一頁返回１.３５１單片機的引腳與封裝２.ＱＦＰ與ＰＬＣＣ封裝５１單片機的ＱＦＰ封裝有ＰＱＦＰ和ＴＱＦＰ兩種，均為扁平的４４引腳表貼式封裝，其體積小，成本低，是目前商業(yè)主流，學(xué)校和培訓(xùn)結(jié)構(gòu)幾乎不用，其引腳如圖１.６所示。５１單片機中，ＰＬＣＣ也是一種常用的封裝方式，也為４４引腳表貼式封裝，其引腳封裝順序與ＱＦＰ類似，如圖１.７所示，但這種封裝可直接卡在電路板上，如圖１.８所示，適用于實驗室及大批量生產(chǎn)。上一頁返回１.４一個簡單ＬＥＤ燈循環(huán)點亮實驗一、實驗?zāi)康模ǎ保┝私猓担眴纹瑱C的開發(fā)過程，獲得單片機系統(tǒng)制作的感性認(rèn)識。（２）了解５１單片機的匯編語言和Ｃ語言編程結(jié)構(gòu)。二、實驗要求８個ＬＥＤ燈Ｄ１～Ｄ８由單片機控制，先是全亮，然后Ｄ１～Ｄ８依次由單片機的Ｐ２口控制被點亮。三、電路圖系統(tǒng)電路如圖１.９所示。依次點亮過程如圖１.１０所示。四、程序流程圖程序的流程圖如圖１.１１所示。下一頁返回１.４一個簡單ＬＥＤ燈循環(huán)點亮實驗五、程序設(shè)計在μＶｉｓｉｏｎ４中新建工程，加入?yún)R編程序ｃｈ０１.ａｓｍ或Ｃ５１程序ｃｈ０１.ｃ，μＶｉｓｉｏｎ４開發(fā)環(huán)境在１.５節(jié)介紹。在Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真環(huán)境下繪制圖１.９，仿真運行該實驗，Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真環(huán)境在１.６節(jié)介紹。匯編語言參考程序如下：上一頁下一頁返回１.４一個簡單ＬＥＤ燈循環(huán)點亮實驗上一頁下一頁返回１.４一個簡單ＬＥＤ燈循環(huán)點亮實驗Ｃ語言參考程序如下。上一頁下一頁返回１.４一個簡單ＬＥＤ燈循環(huán)點亮實驗上一頁返回１.５μＶｉｓｉｏｎ４開發(fā)環(huán)境介紹１.５.１μＶｉｓｉｏｎ４開發(fā)界面μＶｉｓｉｏｎ４的開發(fā)界面如圖１.１２所示，包含一個５１單片機開發(fā)環(huán)境所必需的工具，如文件編輯、片內(nèi)外設(shè)所連接窗口（如Ｐ０～Ｐ３運行觀察窗口）、運行信息窗口、存儲器信息顯示窗口、調(diào)試等工具。為便于工程運行，可以展開寄存器（Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）窗口、存儲器信息顯示窗口和變量觀察窗口進行監(jiān)視，還可以打開其他許多窗口進行調(diào)試。μＶｉｓｉｏｎ４把一個項目當(dāng)作一個工程來開發(fā)，開發(fā)過程分為兩個階段，第一階段是編輯程序，編譯工程（ｂｕｉｌｄ），生成目標(biāo)程序和可執(zhí)行文件，如.ＨＥＸ文件；第二階段，對編譯生成的可執(zhí)行文件進行調(diào)試和仿真。具體運行過程如下。下一頁返回１.５μＶｉｓｉｏｎ４開發(fā)環(huán)境介紹１.新建工程新建一個文件夾，如ｔｅｓｔ０１，用以保存同一工程下的相關(guān)文件。在Ｐｒｏｊｅｃｔ菜單下選擇ＮｅｗＰｒｏｊｅｃｔ選項，在彈出窗口中，輸入工程名ｔｅｓｔ１，系統(tǒng)自動添加擴展名。２.設(shè)置工程單擊Ｐｒｏｊｅｃｔ菜單下的“ＯｐｔｉｏｎｓｆｏｒＴａｒｇｅｔ‘Ｔａｒｇｅｔ１’”選項，彈出工程設(shè)置窗口，如圖１.１３所示。或在工程窗口中右鍵單擊Ｔａｒｇｅｔ１，在彈出菜單中選擇“ＯｐｔｉｏｎｓｆｏｒＴａｒｇｅｔ‘Ｔａｒｇｅｔ１’”。上一頁下一頁返回１.５μＶｉｓｉｏｎ４開發(fā)環(huán)境介紹１.５.２演示步驟（１）新建文件夾：ｔｅｓｔ０１。（２）在文件夾ｔｅｓｔ０１中，新建工程ｔｅｓｔ１（工程的擴展名會自動添加）。（３）將１.４節(jié)ｃｈ０１.ａｓｍ文件復(fù)制到文件夾ｔｅｓｔ０１中，并添加到工程ｔｅｓｔ１中。（４）在Ｐｒｏｊｅｃｔ菜單的下拉選項中，單擊“ＯｐｔｉｏｎｓｆｏｒＴａｒｇｅｔ‘Ｔａｒｇｅｔ１’”，在設(shè)置窗口中進行以下操作：上一頁下一頁返回１.５μＶｉｓｉｏｎ４開發(fā)環(huán)境介紹（５）在Ｐｒｏｊｅｃｔ菜單下，選擇“ＲｅｂｕｉｌｄａｌｌＴａｒｇｅｔｆｉｌｅｓ”選項，生成文件ｔｅｓｔ１.ｈｅｘ，該文件可以下載到目標(biāo)機上進行仿真調(diào)試。（６）選擇Ｄｅｂｕｇ菜單下的“Ｓｔａｒｔ／ＳｔｏｐＤｅｂｕｇＳｅｓｓｉｏｎ”選項，進入調(diào)試狀態(tài)。（７）選擇Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｓ菜單下“Ｉ／ＯＰｏｒｔｓ”選項上的“Ｐｏｒｔ２”。（８）在Ｄｅｂｕｇ菜單下以Ｓｔｅｐ（單步）方式運行，觀察Ｐｏｒｔ２窗口變化狀態(tài)。也可以使用Ｒｕｎ（連續(xù)運行）方式，觀察ＬＥＤ狀態(tài)變化。上一頁返回１.６Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真環(huán)境簡介１.６.１Ｐｒｏｔｅｕｓ的安裝目前，較新的版本是Ｐｒｏｔｅｕｓ８.０，其可適用于ＸＰ和Ｗｉｎ７用戶。Ｐｒｏｔｅｕｓ７.８是稍早用于ＸＰ用戶的版本，下面分別介紹Ｐｒｏｔｅｕｓ７.８和Ｐｒｏｔｅｕｓ８.０的安裝。（１）在Ｋｅｉｌ目錄下的Ｃ５１／ＢＩＮ文件夾中，查看是否有ＶＤＭ５１.ＤＬＬ文件，若沒有，將其復(fù)制到Ｋｅｉｌ目錄下的Ｃ５１／ＢＩＮ文件夾中。（２）查看Ｋｅｉｌ目錄下的ＴＯＯＬＳ.ｉｎｉ文件，是否有ＴＤＲＶ３＝ＢＩＮ＼ＶＤＭ５１.ＤＬＬ（“ＰｒｏｔｅｕｓＶＳＭＳｉｍｕｌａｔｏｒ”）的字樣，字符串“ＴＤＲＶ”后面的數(shù)字要按照順序排列，保證不能重復(fù)，要根據(jù)自己的情況設(shè)置該語句，如圖１.１４所示，表示在ＫｅｉｌμＶｉｓｉｏｎ４可以選擇用“ＰｒｏｔｅｕｓＶＳＭＳｉｍｕｌａｔｏｒ”進行仿真。下一頁返回１.６Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真環(huán)境簡介Ｐｒｏｔｅｕｓ８.０安裝主要有以下步驟：（１）下載好壓縮包，并進行解壓，運行“Ｓｅｔｕｐ.ｅｘｅ”安裝程序，勾選“Ｉａｃｃｅｐｔｔｈｅｔｅｒｍｓｏｆ..”之類的選項框，單擊“Ｎｅｘｔ”按鍵彈出如圖１.１５所示的界面，選擇第一個“Ｕｓｅａｌｏｃａｌｌｙｉｎｓｔａｌｌｅｄｌｉｃｅｎｓｅｋｅｙ”，意思是說使用本地的授權(quán)文件。（２）單擊“Ｎｅｘｔ”→“Ｎｅｘｔ”兩下，彈出如圖１.１６所示的界面。（３）單擊“ＢｒｏｗｓｅＦｏｒＫｅｙＦｉｌｅ”按鍵，找到解壓包的Ｃｒａｃｋ目錄下的ＬＩＣＥＮＣＥ.ｌｘｋ文件，單擊“Ｉｎｓｔａｌｌ”按鍵后在彈出的提示框單擊“是”按鍵。界面如圖１.１７所示。上一頁下一頁返回１.６Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真環(huán)境簡介（４）單擊“Ｃｌｏｓｅ”按鍵關(guān)閉，彈出如圖１.１８所示的界面，意思是問要不要導(dǎo)入Ｐｒｏｔｅｕｓ７的配件文件，把三項全部選中。（５）單擊“Ｎｅｘｔ”按鍵后，再單擊“Ｔｙｐｉｃａｌ”，選擇典型安裝模式，如圖１.１９所示。（６）然后按提示操作，單擊“Ｎｅｘｔ”按鍵，直到安裝結(jié)束。接下來兩步操作很重要，請仔細(xì)看。（７）找到解壓包的Ｃｒａｃｋ目錄下的“ｂｉｎ”文件夾，復(fù)制整個文件夾到Ｐｒｏｔｅｕｓ８.０的安裝目錄，一般為“Ｃ：＼ＰｒｏｇｒａｍＦｉｌｅｓ＼ＬａｂｃｅｎｔｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＼Ｐｒｏｔｅｕｓ８Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ”。上一頁下一頁返回１.６Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真環(huán)境簡介（８）找到解壓包的Ｃｒａｃｋ目錄下的“ＭＯＤＥＬＳ”文件夾，復(fù)制整個文件夾到“Ｃ：＼ＤｏｃｕｍｅｎｔｓａｎｄＳｅｔｔｉｎｇｓ＼ＡｌｌＵｓｅｒｓ＼ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＤａｔａ＼ＬａｂｃｅｎｔｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＼Ｐｒｏｔｅｕｓ８Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ”目錄（僅針對ＸＰ用戶），如果是Ｗｉｎ７用戶，將“ＭＯＤＥＬＳ”復(fù)制到“Ｃ：＼Ｕｓｅｒｓ＼ＡｌｌＵｓｅｒｓ＼ＬａｂｃｅｎｔｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＼Ｐｒｏｔｅｕｓ８Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ”目錄，“Ｃ：＼ＤｏｃｕｍｅｎｔｓａｎｄＳｅｔｔｉｎｇｓ＼ＡｌｌＵｓｅｒｓ＼ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＤａｔａ”一般會隱藏的，如果無法找到，請做如下操作：選擇工具菜單→文件夾選擇→查看→把“顯示所有文件和文件夾”選中。至此，安裝Ｐｒｏｔｅｕｓ８.０完成。上一頁下一頁返回１.６Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真環(huán)境簡介１.６.２Ｐｒｏｔｅｕｓ的使用在“開始”→“所有程序”→“Ｐｒｏｔｅｕｓ８Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ”中，選擇“Ｐｒｏｔｅｕｓ８Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ”，進入Ｐｒｏｔｅｕｓ８.０開發(fā)界面，如圖１.２０所示。或在“開始”→“所有程序”→“Ｐｒｏｔｅｕｓ７Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ”中，選擇“ＩＳＩＳ７Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ”，進入Ｐｒｏｔｅｕｓ７.８開發(fā)界面。單擊圖１.２０中的ＩＳＩＳ快捷鍵，即可像Ｐｒｏｔｅｕｓ７進入ＩＳＩＳ開發(fā)界面一樣。在ＰｒｏｔｅｕｓＩＳＩＳ開發(fā)界面中，如圖１.２１所示，工作區(qū)是用來繪制原理圖的地方?？s略圖區(qū)是對工作區(qū)的一個概覽。器件工具欄是常用公共器件的列表，里面含有大量的公共元器件，如常用的ＶＣＣ、ＧＮＤ、Ｂｕｓｅｓ（總線繪制工具）等，熟練使用會提高繪圖效率。上一頁下一頁返回１.６Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真環(huán)境簡介對５１單片機加載程序的辦法，如圖１.２３所示。在ＡＴ８９Ｃ５１單片機上單擊右鍵，在彈出的窗口中選擇“編輯屬性”，在“編輯元件”選項對話框中單擊“ＰｒｏｇｒａｍＦｉｌｅ”按鈕，選擇ＡＴ８９Ｃ５１單片機運行時所要運行的程序，與實物運行時一樣，選擇已將程序編譯成十六進制的ｈｅｘ文件。若原理圖已繪制完畢，且此時已將程序加載完畢，單擊仿真工具條中的“開始”按鈕，即可進行仿真。１.６.３μＶｉｓｉｏｎ４＋Ｐｒｏｔｅｕｓ運行單片機仿真Ｐｒｏｔｅｕｓ可直接運行μＶｉｓｉｏｎ編譯好的目標(biāo)文件達到仿真目的。首先，在μＶｉｓｉｏｎ下編譯無誤后，在工程設(shè)置選項卡的Ｄｅｂｕｇ選項頁，選擇“ＰｒｏｔｅｕｓＶＳＭＳｉｍｕｌａｔｏｒ”，不同軟件版本，字符串“ＰｒｏｔｅｕｓＶＳＭＳｉｍｕｌａｔｏｒ”會有不同，但大致是一個意思。如果是本機的Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真，在“ＶＤＭＳｅｒｖｅｒＳｅｔｔｉｎｇｓ”中設(shè)置“Ｈｏｓｔ”為“１２７.０.０.１”，如圖１.２４所示。上一頁下一頁返回１.６Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真環(huán)境簡介最后，把ＰｒｏｔｅｕｓＩＳＩＳ和μＶｉｓｉｏｎ都打開，在μＶｉｓｉｏｎ中，單擊開始調(diào)試按鈕，ＰｒｏｔｅｕｓＩＳＩＳ和μＶｉｓｉｏｎ一起運行，開始仿真。在μＶｉｓｉｏｎ中單步執(zhí)行，在ＰｒｏｔｅｕｓＩＳＩＳ中可以看到單步執(zhí)行的效果，如圖１.２６所示。在調(diào)試時，μＶｉｓｉｏｎ４版本下默認(rèn)打開的是反匯編窗口，可以直接關(guān)閉或在調(diào)試模式下，單擊“Ｖｉｅｗ”菜單下的“ＤｉｓａｓｓｅｍｂｌｙＷｉｎｄｏｗ”，關(guān)閉反匯編功能。上一頁返回１.７５１單片機基本電路所謂“基本電路”是指５１單片機工作時最基本的連接線路，主要包括電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路和存儲器設(shè)置電路四部分，如圖１.２７所示。１.電源電路將５１單片機４０腳接＋５Ｖ的ＶＣＣ，２０腳接地即可。２.時鐘電路５１單片機內(nèi)部已有振蕩電路，只需將１８、１９腳連接石英晶體（Ｃｒｙｓｔａｌ）和微調(diào)電容（２個，３０ｐＦ左右）即可。對于８９Ｓ５１的時鐘脈沖頻率，Ａｔｍｅｌ公司提供的頻率為０～２４ＭＨｚ，其他公司提供了４０ＭＨｚ的版本，甚至還有更高，但目前主要使用的還是１２ＭＨｚ，本書使用了１２ＭＨｚ和１１.０５９２ＭＨｚ兩種。如不再設(shè)計一個振蕩電路，大體采用圖１.２７的接線方式即可。下一頁返回１.７５１單片機基本電路３.復(fù)位電路當(dāng)５１單片機的第９腳接高電平超過２個機器周期（１個機器周期含１２個脈沖周期，１２ＭＨｚ的晶振頻率，其１個機器周期為１μｓ，參考后續(xù)章節(jié)）時，即產(chǎn)生復(fù)位。如圖１.２７所示，當(dāng)按鍵按下瞬間，電容器Ｃ上沒有電荷，相當(dāng)于短路，第９腳直接接到ＶＣＣ；當(dāng)按鍵松開后，隨時間增加，電容器上的電壓逐漸增加，第９腳的電壓逐漸降至低電平，此時５１單片機恢復(fù)常態(tài)。如果復(fù)位電路中的電阻為１００ｋΩ，電容為０.１μＦ，其時間常數(shù)就大于２μｓ，此時電容器旁邊的按鍵就相當(dāng)于一個手動復(fù)位鍵。上一頁返回１.８５１系列單片機ＭＣＳ－５１系列（Ｍｉｃｒｏ－ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＳｙｓｔｅｍ）單片機分為基本型（５１系列）和增強型（５２系列）兩大類。其最大的特點就是增強型（５２系列）是基本型（５１系列）內(nèi)部存儲器的容量加倍，外接的存儲器容量不變，定時器／計數(shù)器增加一個，價格相差不大。本書只講５１系列單片機的分類，按照片內(nèi)ＲＯＭ區(qū)分，有四種類型，如表１.１所示。１.無ＲＯＭ類型８０３１單片機為無ＲＯＭ類型，使用時，其必須外接程序存儲器，現(xiàn)已很少使用。２.ＭａｓｋＲＯＭ類型下一頁返回１.８５１系列單片機８０５１單片機為ＭａｓｋＲＯＭ類型，程序直接放入這種類型單片機的程序存儲器中。不能刻錄程序，因此價格低廉，但這種單片機需要制作其特有光罩（Ｍａｓｋ），量大時才適合生產(chǎn)，如鍵盤里使用的單片機。３.ＥＰＲＯＭ類型８７５１單片機為ＥＰＲＯＭ類型，這種單片機可以通過紫外線擦除ＲＯＭ里的數(shù)據(jù)，從而使其可以運行不同的程序。如圖１.２８所示，刻錄時，通過芯片上的窗口，可看到芯片的內(nèi)部與連接線，刻錄完畢后，在窗口貼上黑色膠布以防數(shù)據(jù)消失。擦除時，使用紫外線照射窗口１５～３０ｍｉｎ即可。由于成本高，擦除麻煩，目前幾乎很少使用。上一頁下一頁返回１.８５１系列單片機４.Ｅ２ＰＲＯＭ類型８９Ｃ５１／８９Ｓ５１單片機為使用Ｆｌａｓｈ技術(shù)的Ｅ２ＰＲＯＭ類型單片機，如圖１.２９所示。其中８９Ｃ５１單片機使用５Ｖ及１２Ｖ電壓刻錄與擦除程序；而８９Ｓ５１只用５Ｖ電壓刻錄與擦除程序，已成為主流使