2022年单片机应用与项目实践课件6.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,任务一 认识单片机C语言,一、,C语言特点,目前单片机C语言已非常流行，绝大部分单片机应用系统可直接用C语言来编写，与汇编语言相比，用C语言开发单片机具有如下特点：,1、开发速度优于汇编语言；,2、软件的可读性和可维护性显著改善；,3、提供了库函数包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能力；,4、关键字及控制转移方式更接近人的思维方式；,5、方便进行多人联合开发，进行模块化软件设计；,6、C语言本身并不依赖于机器硬件系统，移植方便；,7、适合运行嵌入式实时操作系统。,二、C51的数据类型,我们用变量去描述一个现实中的数据时，应根据需要选择变量类型。对于C51来讲，不管采用哪一种数据类型，虽然源程序看起来是一样的，但最终形成目标代码的长度和运行速度相差非常大。,三、C51的数据存储类型与8051存储器结构,MCS-51系列单片机将程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）分开，并有各自的寻址机构和寻址方式。8051单片机在物理上有四个存储空间：,片内程序存储器空间：0000H-0FFFH,片外程序存储器空间：1000H-FFFFH（/EA=1）,0000H-FFFFH（/EA=0）,片内数据存储器空间：,00H-1FH：通用工作寄存器区,20H-2FH：位寻址空间,30H-7FH：用户RAM区,80H-FFH：特殊功能寄存器区/间接寻址区,片外数据存储器空间：0000H-FFFFH,C51中变量定义的格式,：,数据类型 存储类型 变量名1，变量名2，变量名n,；,例：,char data temp;,bit bdata flags;,uchar bdata speed;,uchar idata len;,uchar code seg=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d;,如果变量定义时省去存储类型说明，编译时会自动选择默认的存储类型，而默认的存储类型由存储模式确定。在C51中有SMALL、COMPACT、LARGE三种存储模式，在KEIL环境中，可以通过目标工具选项设置选择所需的存储模式。,四、定义8051特殊功能寄存器及I/O口,1、定义8051特殊功能寄存器,（1）、对特殊功能寄存器的访问,sfr SFR名=SFR地址；,例：sfr TMOD=0 x89；,（2）、对于SFR的16位数据的访问,sfr16 16位SFR名=低8位SFR地址；,例：sfr16 DPTR=0 x82；,（3）、SFR中的某位进行访问,sbit SFR位名=SFR名i；,例：,sbit TR0=TCON4;,sbit SFR位名 =SFR地址i；,例：sbit TR0=0 x884;,sbit SFR位名 =位地址；,例：sbit TR0=0 x8C;,（4）、可位寻址对象的定义,可位寻址对象指既可以字节寻址，又可位寻址的对象，位于片内RAM的20H2FH中。,一般先定义变量的数据类型，数据类型可以是字符型、整型、长整型等，其存储器类型必须定义为bdata，然后使用sbit定义该变量中可单独寻址访问的位。,例：,char bdata state;,sbit state_7=state 7;,main(),state=5;,state_7=1;,2、定义8051并行接口,（1）、片内并行口的定义,8051单片机带有4个8位并行口，即SFR中的P0、P1、P2、P3口，对它的定义在reg51.h已存在，可直接对其引用。,例：P2=0 xFE；,Key=P1；,如果要单独对某位进行操作，可在程序的开头加上位寄存器定义。,例如：sbit P1_0=P10;,在随后的程序中即可对这些位进行访问。,例如：while(P1_0=1);,（2）、定义片外并行口,对于MCS-51单片机外扩展的I/O口，例8255、8155等，则根据其硬件译码地址，将其视为片外数据存储器的一个单元，使用#define 语句定义格式：,#define I/O口名称 XBYTEI/O口地址,其中，XBYTE表示绝对存储器访问的宏，在文件absacc.h中定义，方括号中中是存储器的绝对地址。在使用这种格式定义之前，应加上语句：,#include,例如：在系统中扩充的USB接口芯片，其命令口地址为0 xBDF1，数据口地址为0 xBDF0，可以这样定义：,#include,#define CMDPORT XBYTE0 xBDF1,#define DATPORT XBYTE0 xBDF0,五、认识C51的内部函数及常用的宏,C51运行库提供了100多个预定义函数和宏，用户可以在自己的C程序中使用这些函数和宏,。,1、内部函数,c51编译器支持许多内部库函数，内部函数产生的在线嵌入代码与调用函数产生的代码相比，执行速度快，效率高。常用的内部函数如下：,_crol_(v,n)：将无符号字符变量v循环左移n位.,_cror_(v,n)：将无符号字符变量v循环右移n位.,_irol_(v,n)：将无符号整型变量v循环左移n位.,_iror_(v,n)：将无符号整型变量v循环右移n位.,_nop_():延时一个机器周期，相当于NOP指,令。,2、绝对存储器访问宏,C51标准库包含了可以访问显式存储地址的宏，可以像使用数组一样使用这些宏：,1、CBYTE,允许用户访问程序存储器中指定地址单元。例：id=CBYTE0X200；,2、XBYTE,允许用户访问外部数据存储器中指定地址单元。例：XBYTE0X100=d；,3、DBYTE,允许用户访问片内数据存储器中指定地址单元。,以上宏在ABSACC.H文件中定义，为了使用这些宏，必须在程序开始时加上:,#include,任务二、P0P3口应用举例,1、硬件电路,案例1 设计一电路，监视开关S0-S3的状态，当某开关闭合时，对应的发光二极管点亮，如开关断开时，发光二极管熄灭。,P0口作为输出口,P1口作为输入口,for(i=0;i200;i+),state_7=1;,K14按下,修改当前速度等级,为此需进行去抖动处理。,二、MCS-51单片机的中断系统（一）中断源,动态显示方式是应用最为广泛的一种显示方式，其接口电路是把所有数码管的8个字段ag、dp的同名端并联在一起，由一个8位的字段输出口控制；,while(S1=0),delay(100);,当CPU正在执行某段程序时，外部发生了某一事件请求CPU迅速去处理，于是CPU暂时中断当前程序的执行，转去处理发生的事件，处理完成后，再回到原来被中断的地方，继续执行被中断的程序，这一过程称为中断。,using m:定义中断函数使用的工作寄存器组，m的取值范围为0-3，可以默认。,void disp(void),延时由speed指定的时间,从表面上看，主程序和中断服务程序似乎没有关系，当按下PLUSE键时，将产生中断请求，由于中断号为0，当前中断又是开放的，CPU自动会找到属性为“interrupt 0”的函数运行，即进入外部中断0的服务程序，将变量dir（设进入中断前取值为0）取反，当CPU回到主程序再次检测dir时，其值已变为1，D1-D8因此开始左移。,1、定义8051特殊功能寄存器,for(m=0;m200;m+),2、设计思想,将开关S0-S3接在P1.0-P1.3引脚，当某个开关Si接通时，对应的引脚P1.i为低电平，如果我们向P0.i引脚输出低电平，发光二极管Di就能被点亮；当开关Ki断开时，由于P1口内部具有上拉电阻，对应引脚P1.i为高电平，如果我们向P0.i引脚输出高电平，发光二极管Di熄灭。,因此我们只要读取P1口低四位的状态并传送给P0口即可。,3、程序清单,#include,sbit P10=P10;,sbit P03=P03;,void main(void),P1=P1|0 x0f;,while(1),P00=P10;,P01=P11;,P02=P12;,P03=P13;,定义所用的I/O口引脚,将P1口置1，作输入口使用,案例2 如图所示，由P0口控制发光二极管D1-D8，首先点亮D1，延时0.5秒后，熄灭D1点亮D2，到D8点亮并熄灭后，再点亮D1，这样不断循环。,2、程序清单,#include,#include,#define uchar unsigned char,void delay(uchar n),void main(void),uchar led=0 xfe;,while(1),P0=led;,delay(100);,led=_crol_(led,1);,延时程序，n:入口参数，单位：2毫秒左右。,首先点亮LED1。,将led左循环移位一次。,延时。,led送P0口。,案例3如图所示，用P1.0输出1KHz和500Hz的音频信号驱动扬声器，作为报警信号，要求1KHz的信号响100ms,500Hz的信号响200ms，两种信号交替产生，P1.1接一个控制开关，当开关合上时产生报警，当开关断开时停止报警。,1、,设计思想,500Hz的信号周期为2ms，信号电平为每1ms变反一次；1KHz的信号周期为1ms，信号电平为500us取反一次。,因此只要编写一个延时程序，当入口参数n=1时，延时时间为500us，n=2时，延时时间为1000us。每次调用延时函数后就对P1.0求反，即可产生频率为1KHz或500Hz的方波。以上过程连续循环200次，就能使1KHz的声音持续100ms，500Hz的声音持续200ms。,2、程序清单,sbit S1=P11;,sbit SPK=P10;,void main(void),uchar m,n;,S1=1;,while(1),while(S1=0),for(n=1;n=2;n+),for(m=0;m200;m+),delay(n);,SPK=SPK;,S1控制是否产生报警声,用来产生方波,只有S1接通时，才产生报警,n=1:1KHz；n=2:500Hz,循环200次,，,延时500us或1ms,，,P1.0求反，产生方波，,案例4 设计一个流水灯控制器，发光管的变化方式、变化速度各有四档，可用按钮K13、K14进行选择。,1、,设计思想,如图所示，开关K13、K14分别接到P2.4、P2.5引脚，当有键被按下时，对应引脚为低电平，按键释放时，又恢复为高电平，因此通过检测该引脚电平的高低就能判别当前是否有键被按下。,根据要求，我们可以设计如表2-4所示四种方式的控制字。变量mode用来选择当前的工作方式，其值在0-3之间，受按钮K13控制；变量i用来记录当前的输出位置，其值在0-7之间，每次输出后自动指向下一位置。,为了控制发光管移动速度，我们定义一个表示速度等级的变量speed，取值范围在0-3之间，受按钮K14控制。2、程序清单,void main(void),uchar i=0;,uchar mode=0;,uchar speed=0;,while(1),for(i=0;i8;i+),P0=tabmodei;,if(K13=0),mode=mode+;,mode=mode,else if(K14=0),speed=speed+;,speed=speed,delay(50+speed*50);,通电后的默认方式为0、,默认速度等级0,每种方式有8个控制字,从当前模式中取控制字输出,K13按下,修改当前工作模式,K14按下,修改当前速度等级,延时由speed指定的时间,任务五 认识MCS-51单片机的中断系统,一、中断的概念,当CPU正在执行某段程序时，外部发生了某一事件请求CPU迅速去处理，于是CPU暂时中断当前程序的执行，转去处理发生的事件，处理完成后，再回到原来被中断的地方，继续执行被中断的程序，这一过程称为中断。,在中断系统中，把引起中断的设备或事件称为,中断源,；,由中断源向CPU发出的中断请求称为,中断请求信号,；,CPU接收中断请求而暂停现行程序的执行，转去为服务,对象服务称为,中断响应,；,为服务对象服务的程序称为,中断服务程序,；,现行程序暂停时的PC值称为,断点,；,从中断服务程序返回到断点处称为,中断返回,；,当有多个中断源同时向CPU申请中断时，CPU优先响应最,紧急的中断请求，处理完毕再响应优先级别较低的中断,请求，这种预先安排的响应次序称为,中断优先级,。,1、,使CPU的工作效率大为提高,CPU和外部设备通过中断方式交换信息，可以避免不必要的等待和查询，CPU可启动多个外设与它并行工作，对各个外设实行统一管理，分时服务，从而大大提高了CPU的工作效率。,计算机采用中断技术后的优点,2、增强了实时控制及应急处理能力,在实时控制系统中，被控制对象的参数变化必须 及时采集、处理，并转化为相应的控制动作，对系统进行调节；数据的越限、系统的故障信息也必须被计算机及时发现，以便报警。有了中断功能后，系统的失常和故障都可通过中断立刻通知CPU，使它能够迅速采集实时数据和故障信息，并对系统做出应急处理。,二、MCS-51单片机的中断系统,（一）中断源,MCS-51系列单片机中，基本型8XX51有5个中断源，增强型8XX52有6个中断源，它们在程序存储器中各有固定的中断服务程序入口地址（又称中断向量地址），当CPU响应中断时，硬件自动形成各自的入口地址，由此进入中断服务程序，从而实现正确的转移。,（二）中断控制寄存器,1、中断的允许和禁止中断控制寄存器IE,8XX51/52的每个中断源对应于IE寄存器的一位，如果允许该中断源中断，则该位置1，禁止该中断源中断，则该位清0。另外还有一位CPU是否响应中断的总控位。,ES：串行口中断允许位，ES=1，允许；ES=0，禁止。,ET0/ET1/ET2：定时器中断允许位，为1，允许；为0，禁止。,EX0/EX1：外部中断允许位，为1，允许；为0，禁止。,EA：中断总控开关。EA=1，CPU开中断；EA=0，CPU关中断。,2、,中断请求标志及外部中断方式选择寄存器TCON,TF1、TF0、IE1、IE0分别为中断源T1、T0、/INT1、/INT0的中断请求标志，如果中断源有中断请求，相应的中断标志置1；没有中断请求，相应标志位为0。,IT0、IT1分别为外部中断/INT0、/INT1的中断触发方式选择，如果选择下降沿触发IT应设置为1；如果选择低电平触发，IT应设置为0。,TR1、TR0为定时器T1、T0工作的启动和停止位，与中断无关，请参阅项目三,。,3、中断优先级管理寄存器IP,8XX51/52中断源优先级由IP寄存器管理，一个中断源对应一位，如果对应位置1，该中断源为高优先级；如果对应位为0，则为低优先级。,当某一时刻有多个中断源提出中断请求时，CPU首先响应高优先级的请求；一个低优先级的中断可能被高优先级的中断所中断，但不能被另一个低优先级的中断所中断。一个高优先级的中断不能被其他中断所中断。,当某几个中断源在IP寄存器中的相应位同为1或同为0时，CPU的查询顺序为：,/INT0定时器T0/INT1定时器T1串行口定时器T2,（三）中断的响应过程,单片机在每个机器周期顺序采样每个中断源在下一个机器周期按优先级顺序检测中断标志，如果发现某个中断标志为1，将在接下来的机器周期按优先级进行处理。中断系统通过硬件自动将当前的PC值压入堆栈，以保护断点，再将相应的中断服务程序的入口地址装入PC，使CPU转到中断服务程序的入口处开始执行程序。,中断服务程序从向量地址开始，一直到返回指令RETI为止，RETI指令一方面告诉中断系统该中断服务程序已执行完毕，另一方面把压入堆栈的断点地址从堆栈中弹出，装入程序计数器PC，使程序返回到被中断的程序的断点处继续执行。,（四）中断程序的设计,用户对中断的控制和管理，实际是围绕寄存器IE、TCON、IP、SCON进行的，这几个寄存器在单片机复位时是清零的，因此必须根据需要对这几个寄存器的相关位进行设置。,编写中断服务程序时应注意,：,（1）开中断总控开关EA，置位中断源的中断允许位；,（2）根据外部中断请求信号/INT0、/INT1的特性选择,中断触发方式，是低电平触发还是下降沿触发；,（3）如果有多个中断源中断，应设置中断优先级，预,置IP。,使用C51可以编写出高效的中断服务程序，中断服务程序定义为函数，函数的定义如下：,void 函数名（void）,interrupt n,using m,其中，,interrupt n,表示将函数声明为中断服务函数，n为中断号，通常取以下值:,0：外中断0 1：定时/计数器T0中断,2：外中断 3定时/计数器T1中断,4：串行口发送与接收中断,5：定时/计数器T2中断,using m:,定义中断函数使用的工作寄存器组，m的取值范围为0-3，可以默认。它对目标代码的影响是：函数的入口处将切换到m指定的寄存器组，函数退出时，原寄存器组恢复，选不同的工作寄存器组，可方便实现寄存器组的现场保护。,案例1 如图所示，P0口控制发光二极管D1D8每隔一段时间左移或右移一位，当单脉冲按钮PLUSE按下时，单脉冲电路将产生一个负脉冲作为中断请求信号，控制发光二极管的移动方向。,void main(void),uchar led;,EX0=1;,IT0=1;,EA=1;,led=0 xfe;,while(1),P0=led;,delay(250);,if(dir)led=_crol_(led,1);,else,led=_cror_(led,1);,void chdir(void)interrupt 0,dir=dir;,允许外部中断0中断,负跳变触发,CPU开中断,如果dir标志为1，左移,否则右移,外部中断0服务程序,每次中断，将方向标志求反,从表面上看，主程序和中断服务程序似乎没有关系，当按下PLUSE键时，将产生中断请求，由于中断号为0，当前中断又是开放的，CPU自动会找到属性为“interrupt 0”的函数运行，即进入外部中断0的服务程序，将变量dir（设进入中断前取值为0）取反当CPU回到主程序再次检测dir时，其值已变为1，D1-D8因此开始左移。,任务六 设计动态LED显示器,一、认识LED显示器,在单片机应用系统中，常用的显示器主要有LED数码管显示器及LCD液晶显示器。LED显示器由于亮度高、价格低、寿命长、对电流、电压要求低，与单片机的连接方便等优点，得到了非常广泛的应用。,LED显示器由7个条形发光二极管及一个小圆点发光二极管组成，每个发光二极管又称为字段，根据各字段的亮暗组合成相应的字符。,根据内部的连接方式可分成共阳极型和共阴极型。,共阴极LED数码管的阴极连在一起接地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，对应字段被点亮。,共阳极LED数码管的阳极连在一起，接正电压，当某个发光二极管的阴极为低电平时，该二极管所表示的字段被点亮。,数码管不同的亮暗组合就能形成不同的字形，这种组合称之为字形码，共阳极和共阴极的字形码是不同的，对应的字形码如表2-7所示。,二、动态显示方式,动态显示方式是应用最为广泛的一种显示方式，其接口电路是把所有数码管的8个字段ag、dp的同名端并联在一起，由一个8位的字段输出口控制；而每一个数码管的公共极（位选线）各自独立地受位选口控制，实现各位的分时点亮。,案例2 在4位动态LED显示器上显示“1234”,想要在显示屏上显示1234，可先通过P0口送出“4”的字形码0 x99，并向P2.3P2.0引脚送出1110B，使三极管Q1导通，从而在最右侧的共阳数码管LED1上显示“4”，然后向P0口送出“3”的字形码0 xb0，并向P2.3P2.0引脚送出1101B，将数字“3”显示在LED2上，依次类推，“2”、“1”可分别显示在LED3、LED4上。,由此可知，每次只有一个数码管被点亮，但由于人眼有视觉暂留现象，只要以较快的速度令4个数码管依次轮流点亮，看起来会觉得4个数码管同时被点亮了，这种显示方法称为动态扫描显示法。,uchar code segtab=,0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90,0 x88,0 x83,0 xc60 xa1,0 x86,0 x8e,0 x89,0 x8c;,uchar dbuf4=4,3,2,1;,void disp(void),uchar n,bsel;,bsel=0 xfe;,for(n=0;n4;n+),P2=bsel;,P0=segtabdbufn;,bsel=_crol_(bsel,1);,delay();,P0=0 xff;,字符0F的字形码表,显示缓存，存放要显示的字符,首先点亮最低位,bsel送位选口,根据显示缓冲单元的数据查出字形码,准备显示下一位,延时1ms,熄灭数码管,任务七 电子计数器的设计,设计一个计数器，其计数范围为-999,+999，通电后4位LED显示000，如果K13键按下，计数器加1，K14键按下，计数器减1。,上图中的按键为机械弹性开关，由于机械触点的弹性及电压突跳等原因，在触点闭合或断开的瞬间，会出现电压抖动，如下图所示。,为了保证按键识别的正确、可靠，在电压信号抖动的情况下不能认为按键已闭合。为此需进行去抖动处理。去抖动有硬件与软件两种方法。,硬件去抖动,就是加去抖动电路，从根本上避免抖动的产生；,软件去抖动,则采用时间延迟以躲过抖动阶段，等信号稳定后再进行检测。,为了简化设计、降低成本，单片机应用系统一般采用软件方法。程序一旦检测到按键输入端口为低电平，随即延时10ms-20ms左右，避开抖动阶段，再检测输入端口是否仍然为低电平如果为高，则认为无键被按下，否则说明有键按下，进一步判断是哪一个键被按下，并作相应的处理。,电子计数器的流程图,void main(void),uchar i;,int count=0;,unsigned int t;,while(1),disp();,if(P2&0 x30)!=0 x30),for(i=0;i999)count=-999;,else count-;,if(count=0)dbuf3=0 x10;,t=count;,else dbuf3=0 x11;,t=-count;,dbuf2=t/100;,dbuf1=(t%100)/10;,dbuf0=t%10;,while(P2,如果计数值大于等于0,最高位+号不显示,最高位显示-,求出计数值的绝对值,将计数值转换成三位BCD码送显示缓存,等待按键释放,如果计数值小于0,2、抢答器的软件设计,系统上电后，首先完成初始化，在数码管上显示P，然后等待PLUSE的按下，PLUSE按下后，数码管显示0，并等待K13-K16的按下，只要P2.4-P2.7有一个引脚为低电平，则逐位扫描出按键的键号，送数码管显示，同时控制蜂鸣器发出500ms的提示音，然后再等待PLUSE按下，重新开始下一轮抢答。,void main(void),uchar key;,uchar i;,P2=P2|0 xf0;,P2=P2,P0=segtab0 x10;,start=0;,EX0=1;,IT0=1;,EA=1;,P2口高四位置1，设置为输入方式,允许最低位数码管显示,数码管显示P,当前PLUSE键按下标志清0,允许外部中断0中断,触发方式为负跳变,单片机开中断,while(1),while(start=0);,start=0;,P0=segtab0;,while(P2,key=P2,for(i=1;i1;,P0=segtabi;,for(i=0;i200;i+),delay();,SPK=SPK;,等待按下PLUSE键,start标志清0，为下次抢答作准备,按下PLUSE键后，数码管显示0,等待K13K15抢答键按下,读取P2口高四位的状态,逐位检测所按键的键号,数码管显示按键的键号,产生100个周期为2ms左右的方波,延时1ms,产生方波,void int0(void)interrupt 0 /中断函数,start=1;/start标志置1,3、调试方法与步骤,编译后进入调试方式全速运行程序，如果不能实现抢答器的预定功能，可按以下步骤检查：,（1）如果运行后数码管无显示或显示的不是P，应检查数码管电路及字形码表及相关程序。,（2）如果数码管显示P后，按下PLUSE键，不能显示0，应检查外部中断初始化程序及中断服务程序是否有问题。,（3）当数码管显示0时，按下K13-K16后显示的键号不对，应检查相关的检测程序。,（4）如果蜂鸣器无提示音产生，应检查产生方波的程序及相关的线路。,