项目1--节日彩灯控制器.pptx

,单片机,原理与接口技术,主编：于军,新世纪应用型高等教育计算机类课程规划教材,节日彩灯控制器,MCS-51,单片机的基本结构及开发工具,项目,01,任务,1.1,认识,单片机,单片机的概述,家用电器,如彩电、冰箱、洗衣机、电视机、空调等，都有单片机在工作,;,飞机、汽车、轮船、,火车,，也都有单片机在工作,;,火箭、卫星、导弹，也都有单片机在工作,;,工农业生产中使用的各种,机器设备,、仪器仪表，也都有单片机在工作,;,服务行业比如通信更是离不开单片机。,计算机,的出现，是人类对计算的强烈需求的产物,;,电子计算机的出现，是人类电子技术,发展,的必然结果,;,微型电子计算机,(,微机,),的出现，使电子计算机得到普及,;,单片机的出现，使得,计算机,深入到我们生活的所有领域。,1.1.1,单片机,的用途,任务,1.1,认识,单片机,单片机的概述,20,世纪,70,年代，一些半导体公司开始推出一种集成电路，它包含了计算机的三大,组成部分,:CPU,、存储器和,I/(),接日等部件。由于它是在一个芯片上，形成芯片级的微型计算机，,称为,单片微型计算机,(Single Chip Microcomputer),，简称单片机。,1.1.2,单片机,的基本概念,通常一个最基本的单片机由以下几部分组成,:,(1),中央处理器,CPU,，包括运算器、控制器和寄存器组,;,(2),存储器，包括,ROM,和,RAM;,(3),输入,/,输出,(I/O),接日，与外部输入,/,输出设备连接。,任务,1.1,认识,单片机,单片机的概述,1.1.3,单片机,的发展,以,1976,年,Intel,公司推出的,MCS-48,系列为代表，采用将,8,位,CPU,、,8,位并行,I/O,接,日,、,8,位定时器,/,计数器、,RAM,和,ROM,等集成于一块半导体芯片上的单片机结构,。,1980,年,以后，以,Intel,公司的,MCS-51,系列为代表，在这一阶段推出的单片机,(,采用,8,位,的,CPU,),普遍带有串行,I/O,端,日，有多级中断处理系统、,16,位定时器计数器,。,1982,年，,Intel,推出,MCS-96,系列单片机。,今后，单片机将在集成度、功能、功耗、速度、可靠性、应用领域等各方面向更高水平发展,。同时,，系统编程,(ISP),和应用编程,(IAP),技术的发展，也给使用单片机带来很大方便。,任务,1.1,认识,单片机,单片机的概述,1.1.4,单片机,系列产品,MCS-51,系列,(,或,MCS-51,内核,),的单片机,非,51,系列单片机,任务,1.1,认识,单片机,单片机的概述,1.1.5,MCS-51,系列单片机,任务,1.1,认识,单片机,单片机的概述,1.1.5,MCS-51,系列单片机,MCS-51,系列单片机是由八大部分组成的,(1),一,个,8,位中央处理器,CPU(,又称为微处理器,),。,(2)128 B,的片内数据存储器,RAM,。,(,3)2,KB,的片内程序存储器,EPROM,或,ROM,。,(4,),18,个特殊功能寄存器,SFR,。,(5)2,个,8,位并行输入,/,输出,I/O,接口。,(6)1,个串行,I/,O,接,日，实现串行通信。,(7)2,个,16,位定时器,/,计数器,T0,、,T1,（,52,子系列有,3,个,),。,(,8,),具有,5,个,(52,子系列为,6,个或,7,个,),中断源,2,个可编程优先级的中断系统,。,任务,1.1,认识,单片机,单片机的概述,1.1.5,MCS-51,系列单片机,MCS-51,系列单片机是由八大部分组成的,任务,1.2,设计,单片机的最小系统,1.2.1,引脚,功能,要,使用单片机芯片，就要先了解其引脚特性，,包括,外部特性和内部特性。,MCS-51,单片机,40,引脚配置,如图,1-5,所示，单片机引脚功能见表,1-3,（见教材第,6,页）。,任务,1.2,设计,单片机的最小系统,1.2.2,时钟,电路,单片机,的时钟信号是单片机内部数字电路工作时的节拍信号，单片机内的所有部件都,要在,时钟信号的控制下配合工作，时钟信号的频率高低决定了单片机的工作速度。时钟信号,的产生,有两种方式,:,内部振荡器方式和外部引入方式。,任务,1.2,设计,单片机的最小系统,1.2.3,复位,电路,复位后，程序计数器,PC=0000H,，程序执行必须从,地址,0000H,开始。,单片机,的复位靠外部电路实现，信号由,RST(RESET),引脚输入，高电平有效,(,一般复位,正脉冲宽度大于,10 ms),。复位分为上电复位和按键复位方式，上电复位电路如,图,1-7,(,a,),所示,;,按键,复位有电平方式和脉冲方式，电路如图,1-7(b),和图,1-7(c),所,示。,任务,1.2,设计,单片机的最小系统,1.2.4,单片机,的开发方法,为了某种应用，给单片机设计外围电路和应用程序，称为单片机的开发。,任务,1.2,设计,单片机的最小系统,1.2.5,单片机,应用开发工具简介,1.,硬件设计工具,2.,程序设计工具,3.,仿真工具,(,仿真器,),4.,编程器和,ISP,在系统可编程,),5.,单片机系统的,Proteus,设计与仿真平台,任务,1.2,设计,单片机的最小系统,1.2.6,利用,Proteus,设计一个简单的仿真项目,首先，观看一个,Proteus,仿真项目的演示,;,其次，学习,Proteus,软件的使用方法,;,最后，自己动手模仿一个,Proteus,项目。,任务,1.2,设计,单片机的最小系统,1.2.7 51,系列单片机运行的硬件条件,51,系列单片机内部配有,ROM,和,RAM,，单片机能够运行的最基本配置是,:,(1,),配有为单片机提供时钟信号的振荡电路，如图,1-6,所示。,(2,),配有上电复位或手动复位电路，如图,1-7,所示。,(3),要对,EA,脚进行处理，选择外部或内部程序存储器。,(2),要为单片机提供一个稳定的、满足单片机工作电压条件的工作电源。,任务,1.,3,设计,LED,的驱动电路,1.3.1,单片机,的并行端口,重点,:,端口功能、端口地址、端口结构、负载能力。,1.PO,端口,(,1),端口结构,(2),通用,I/O,接日功能,(3),地址,/,数据分时复用功能,(4),端口操作,任务,1.,3,设计,LED,的驱动电路,1.3.1,单片机,的并行端口,重点,:,端口功能、端口地址、端口结构、负载能力。,2.P1,端口,任务,1.,3,设计,LED,的驱动电路,1.3.1,单片机,的并行端口,重点,:,端口功能、端口地址、端口结构、负载能力。,3.P2,端口,任务,1.,3,设计,LED,的驱动电路,1.3.1,单片机,的并行端口,重点,:,端口功能、端口地址、端口结构、负载能力。,4.P3,端口,任务,1.,3,设计,LED,的驱动电路,1.3.2,简单,的,LED,接口,1.LED,简介,LED,就是,发光二极管，现在有很多种，常见的发光颜色有红、绿、黄、蓝和白等。发红,色光,、绿色光和黄色光的二极管工作电压在,1.6V,左右，发蓝色光和白色光的工作电压在,3V,左右,。正常工作电流大都在,10 mA,左右,。,任务,1.,3,设计,LED,的驱动电路,1.3.2,简单,的,LED,接口,2.,单片机驱动,LED,任务,1.,3,设计,LED,的驱动电路,1.3.3,带,简单驱动的,LED,接口,任务,1.,3,设计,LED,的驱动电路,1.3.4,设计,节日彩灯控制器电路,1.,彩灯外形,设计,彩灯,设计思路,:,用一些,LED,，,排列成一幅图，或者一个字。在这个思路指导下，,设计如图,1-21,所示的一个图案。,方案,1:,汉字“我爱单片机”。汉字比较麻烦，制作困难。,方案,2:,英文“,I LOVE YOU,。英文相对简单。,任务,1.,3,设计,LED,的驱动电路,1.3.4,设计,节日彩灯控制器电路,2.,彩灯控制器电路设计,设想,:,用单片机控制心形图形跑马灯，文字带闪烁效果。,节日彩灯电路设计原理图如图,1-22,所,示,(,见教材第,22,页,),。,任务,1.4,节日,彩灯控制器的工作过程和仿真调试,1.4.2,单片机,存储器结构,单片机,的构造，概括起来就是,CPU,、存储器以及,I/O,接,日三大部分。,单片机,要工作，首先要把程序装进单片机。仿真暂停时打开的小窗日，就是单片机的,内部存储器,窗日。程序窗日就是程序存储器内容。,任务,1.4,节日,彩灯控制器的工作过程和仿真调试,1.4.3,程序,存储器,ROM,1.,片内,ROM,的配置形式,无,ROM,型,(,8031,、,8032,等,),，应用时要在片外扩展程序存储器。,(1),掩,膜,R,O,M,型,C8057,、,8052,等,),，用户程序由芯片生产厂商写入。,(,2)EPROM,型,(,8751,、,8752,等,),，用户程序通过写入装置写入，通过紫外线照射擦除。,(3)F1ashROM,型,(,89C51,、,89C52,等,),，用户程序可以电写入或擦除。,(,2)OTPROM,型,(,一次性编程写入,ROM,），,具有较高的环境适应性和可靠性。,2.,程序存储器的编址,计算机,的工作是按照事先编制好的程序一条条指令循序执行的，程序存储器就是用来,存放,这些已编好的程序和表格常数,。,任务,1.4,节日,彩灯控制器的工作过程和仿真调试,1.4.3,程序,存储器,ROM,3.,程序运行的入口地址,任务,1.4,节日,彩灯控制器的工作过程和仿真调试,1.4.4,片,内数据存储器,RAM,任务,1.4,节日,彩灯控制器的工作过程和仿真调试,1.4.4,片,内数据存储器,RAM,1.,片内数据存储器,(,低,128 B RAM),片,内数据存储器,128,字节，可以分为三个功能区,:,工作寄存器区,位寻址区,数据,缓冲区,任务,1.4,节日,彩灯控制器的工作过程和仿真调试,1.4.4,片,内数据存储器,RAM,2,.,片内数据存储器的操作,片,内数据存储器,RAM,，可以通过直接寻址访问，也可以通过间接寻址访问，位寻址的,区域,还可以进行位操作,。,3,.,特殊功能寄存器,(,片内高,128 B),(1),特殊,功能寄存器,SFR,(,2)SFR,的寻址方式,(3)SFR,复位状态,任务,1.4,节日,彩灯控制器的工作过程和仿真调试,1.4.5,外部,数据存储器,外部,数据存储器一般由静态,RAM,芯片组成。扩展存储器容量的大小，由用户根据,需要而,定，但,MCS-51,单片机访问外部数据存储器可用,1,个特殊功能寄存器,数据指针,寄存器,DPTR,进行寻址。,由于,DPTR,为,16,位，可寻址的范围可达,62 KB,所以扩展外部数据,存储器的,最大容量是,62,KB,。,任务,1.4,节日,彩灯控制器的工作过程和仿真调试,1.4.6 CPU,的结构,单片机,的三大组成部分，我们已经学习了两个，,CPU,是最后一部分。,中央处理器,(CPU),是单片机内部的核心部件，决定了单片机的主要功能特性。它由,运算器,和控制器两大部分组成。,为了,便于说明工作原理，把单片机内部结构进行了细化，如图,1-27,所示。,任务,1.4,节日,彩灯控制器的工作过程和仿真调试,1.4.6 CPU,的结构,任务,1.4,节日,彩灯控制器的工作过程和仿真调试,1.4.6 CPU,的结构,1.,控制器,控制器主要包含程序计数器,PC,、指令寄存器,IR,、指令译码器,ID,和,时序电路等,。,2,.,运算器,运算,部件是以算术逻辑单元,ALU,为核心，加上累加器,A,、寄存器,B,暂存器,TMP1,和,TMP2,、程序状态字寄存器,PSW,及专门用于位操作的布尔处理机组成的，它能实现数据的,算术,逻辑运算、位变量处理和数据传送操作,。,任务,1.5,节日,彩灯控制器的制作调试,1.5.1,制作,方案的选择,1,.,一般情况，可以按照电路原理图设计电路板，我们可以利用,Proteus,软件来进行。,任务,1.5,节日,彩灯控制器的制作调试,1.5.1,制作,方案的选择,1,.,一般情况，可以按照电路原理图设计电路板，我们可以利用,Proteus,软件来进行。,任务,1.5,节日,彩灯控制器的制作调试,1.5.1,制作,方案的选择,1,.,一般情况，可以按照电路原理图设计电路板，我们可以利用,Proteus,软件来进行。,任务,1.5,节日,彩灯控制器的制作调试,1.5.1,制作,方案的选择,任务,1.5,节日,彩灯控制器的制作调试,1.5.2,制作,节日彩灯控制器,(1),定制,的电路板要先检查质量，确认没有错误和损坏。,(,2),元件质量检测，确认质量合格才使用。,(,3),安装要注意元件引脚位置和顺序，不要装反或装错。,(4),焊接技术需要多练习，保证没有虚焊和短路，不要烫坏元件和电路板。还要注意,人身安全,和设备安全。,(5),焊接完成要先检查焊接质量，测量电路正确性，验证电路功能。完全没有问题了，才,可以,通电试验。,(6),硬件验证之后，可以加载软件，进行联合调试。,(7),软件要先固化到单片机的程序存储器中才能运行。固化方法一般都采用在系统编程,任务,1.6,节日,彩灯控制器的改进,1.LED,的布置，可以采用更好的方案。,2.LED,的数量，可以根据需要增减。,3.LED,的品种，可以有更多的选择。,4.,编写更多花样的控制程序。,Thanks,