整套课件教程-AT89S52单片机基础项目教程.ppt
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1、AT89S52单片机基础项目教程目目 录录0前言前言下一页返回目目 录录1243 35项目项目1 音乐彩灯制作音乐彩灯制作项目项目2 全自动洗衣机控制全自动洗衣机控制项目项目3 LED点阵显示温度计制竹点阵显示温度计制竹项目项目4 自动分拣投料机控制自动分拣投料机控制项目项目5 化工自动投料反应釜系统控制化工自动投料反应釜系统控制下一页返回上一页目目 录录67项目项目6 实训工位供电故障自诊断实训工位供电故障自诊断及故障点数据采集制作及故障点数据采集制作项目项目7 电力负荷无线实时监控系电力负荷无线实时监控系统控制统控制返回前言 单片机控制技术是现代控制工程领域一门飞速发展的技术,其在教学及产
2、业界的技术推广仍然是当今科学技术发展的热点。单片机也称作“微控制器”或“嵌入式微处理器”,它是把一个相当于组成整个计算机的系统集成到一片集成电路上,相当于一块芯片就构成了一台计算机。基于这个特征,单片机具备体积小、质量轻、价格便宜的优势,为我们学习、应用和开发提供了便利的条件。目前单片机技术已经完全应用到我们日常生活、工业、国防与航天等各个领域中。比如家用电器类:电视机、空调器、全自动洗衣机等;商用管理类:电子秤、条码管理系统等;汽车电子类:电子稳定系统、胎压检测、倒车雷达等;通信类:手机、电台等;农业类:温湿度控制器、自动灌溉等;计算机外围设备类:键盘、鼠标、打印机、显示器等;办公设备类:打
3、印机、传真机、扫描仪等;仪器仪表类:各种电量测量仪、开关电源等;安防类产品:监控、报警器等;计量类:智能电度表、燃气表。下一页返回前言过去在没有单片机的时代,制造这些产品只能使用非常复杂的电路,这样做出来的产品体积大、成本高、故障率高、精度有限。而现在,我们只需要利用单片机作为控制核心,接一些简单的外围电路,利用程序来实现复杂的控制。这样一来,产品的体积变小了,成本降低了,控制精度提高了,故障率下降了。据国家权威部门统计,我国的单片机年产量已达10亿片左右,且每年都在以一定速度增长。所以,单片机技术是电子技术应用的一次革命 本课程是高等学校机电类或电子电工类专业的主干课程,也是该类专业学生必修
4、的专业课程,同时是学生专业能力的重要组成部分。通过本教材的学习,希望让读者掌握51系列单片机控制系统设计的基本方法,熟悉C51语言的编程应用,掌握Keil C与Proteu5编译、仿真软件的使用,理解常用单片机系统的控制方式、特点,具备单片机系统设计、安装和调试的初步能力。下一页返回上一页前言本教材编写打破传统的单片机课程以知识为序列组织课程的方式,依据“以就业为导向,以能力为本位”的培养方针,采用以项目为载体、以任务为驱动,根据相关专业所对应职业岗位的需求,以构建不同控制要求的单片机系统为目标完成“项目”的方式进行知识与技能的重组。教材所选的项目都是在工程或日常生活中实用的机电一体化或电子产
5、品,所有项目涵盖了学习单片机控制系统所必须掌握的理论知识与实践技能。每个项目都分解为若干相对完整的任务,由浅入深、由易到难,采用顶层分解的方式并引入单片机控制系统开发的行业技术流程实施编写,让学生在做中学,适当降低理论重心,突出实际应用,强调“呈现项目结果”,注重培养学生的应用能力和解决问题的实际工作能力。下一页返回上一页前言 考虑到广大学生或相关专业技术人员的自主学习,本教材图文并茂,从“任务实施”中的技能需求向理论方向寻求界定相关知识的外延和内涵,避免出现“遗漏”或者“过多、过深、过难”。提供了大量在实践中成功地调试完成的例程与完整产品的程序,包含任务书、工作单、工艺表、质量评价表等项目开
6、发资料,实践中经常需要且扩展的实用技巧在小知识点上体现出来;同时,我们也充分考虑到各地区、各学校实训条件与实训设施的不同,在本教材任务实施的载体上除了亚龙YL-236单片机实训平台外,同样的任务也可以用在其他实训箱、实验板,甚至没有实训设施也可以在虚拟实训平台上完成仿真。下一页返回上一页谢谢观赏项目项目1 音乐彩灯制作音乐彩灯制作1243 3任务任务1 认识认识AT89S52单片机单片机任务任务2 实现单只实现单只LE D闪烁闪烁任务任务3 LED花式彩灯制作花式彩灯制作任务任务4 定时器及中断学习定时器及中断学习下一页项目项目1 音乐彩灯制作音乐彩灯制作12任务任务5 单片机控制扬声器发音单
7、片机控制扬声器发音任务任务6 音乐彩灯控制实训音乐彩灯控制实训返回任务1 认识AT89S52单片机 一台能够工作的计算机要由以下几个部分构成:CPU、存储器、I/0接口和定时与中断系统。在个人计算机上这些部分被分成若干块芯片,安装在一个称之为主板的印刷线路板上。而在单片机中,这些部分全部被做到一块集成电路芯片中了,所以就称为单片(单芯片)机。MCS51是指由美国Intel公司生产的一系列单片机的总称,这一系列单片机包括了若干品种,如8031,8051,8751,8032,8052,8752等,其中8051是最早最典型的产品,该系列其他单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减改变而来的,所以
8、人们习惯于用8051”来称呼MCS51系列单片机下一页返回任务1 认识AT89S52单片机 AT89S52单片机(其芯片及底座参见图1一1一1)也是51系列产品之一,是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器;使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80051产品指令和引脚完全兼容;片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能:8K字节Flash,256字节PRAM,3
9、2位I/)口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路AT89 S52的内部结构上一页 下一页返回任务1 认识AT89S52单片机 1.CPU CPU (Central Processing Unit,中央处理器)是AT89S52内部的字长为8位的中央处理单元,它由运算器和控制器两部分组成。实际上CPU是单片机的核心 (i)运算器 运算器以ALU (Arithmetic Logic Unit,算术逻辑单元)为核心,包括累加器A (Accu-tnulator),PSW (Program Status Word,程序状态字寄存
10、器)、B寄存器、两个8位暂存器TMP1和TMP2等部件。其中,ALU的运算功能很强,可以运行加、减、乘、除、加1、减1,BCD数十进制数调整、比较等算术运算,也可以进行与、或、非、异或等逻辑运算,同时还能完成循环移位、判断和程序转移等控制功能。上一页 下一页返回任务1 认识AT89S52单片机 (2)控制器 控制器包括PC (Program Counter,程序计数器)、指令寄存器、指令译码器、振荡器、定时电路及控制电路等部件,它能根据不同的指令产生相应的操作时序和控制信号,控制单片机各个部件的运行。2.存储器 AT89 S52系列单片机内的只读存储器(Read-Only Memory,ROM
11、)是程序存储器,用于存放已编号的用户程序、数据表格等。片内的随机存取存储器(Random-Access Memory,RAM)又称读/写存储器,可用于存放输入数据、输出数据和中间计算结果等随时有可能变动的数据,同时还可作为数据堆栈区。当存储器的容量不够时,可以进行外部扩展 3.I/O口上一页 下一页返回任务1 认识AT89S52单片机 (I)并行口。AT89 S52单片机有4个8位并行I/0接口PO一P3,均可并行输入/输出8位数据。(2)串行口。AT89 S52单片机有2个串行I/()接口,用于数据的串行输入/输出。4.定时/计数器 定时/计数器可以产生定时脉冲,实现单片机的定时控制;或用计
12、数方式,记录外部事件的脉冲个数。AT89 S52的引脚介绍(图1一1-2)1.工作电源 电源是单片机工作的动力源泉。对应的接线方法为:从:,:(40脚)电源 端,工作时接+SV电源;GND (20脚)为接地端上一页 下一页返回任务1 认识AT89S52单片机 2.时钟电路 时钟电路为单片机产生时序脉冲。单片机所有运算与控制过程都是在统一的时序脉冲的驱动下进行的,如果单片机的时钟电路停止工作(晶振停振),那么单片机也就停止运行了。当采用内部时钟时,连接方法如图1一1一3所示,在晶振引脚XTALl (19脚)和XTAL2 (18脚)引脚之间接入一个晶振,两个引脚对地分别再接入一个电容即可产生所需的
13、时钟信号。电容的容量一般在几十皮法,如30pF 3.复位 在PRESET(9脚)持续出现24个振荡器脉冲周期(即2个机器周期)的高电平信号时,将使单片机复位。只要该引脚保持高电平,芯片便循环复位。复位后,所有I/)引脚均置1,程序计数器和特殊功能寄存器全部清零 4.输入/输出引脚上一页 下一页返回任务1 认识AT89S52单片机 P1端口(P1.0一Pl.7,1脚一8脚):带有内置上拉电阻的8位双向I/)端口,可以输入输出电流。如果是给外部芯片赋值,可直接接入;如果要驱动外部电路,比如发光二极管,需要接限流电阻。与51系列不同的是,P1.0和P1.1可以作为定时/计数器的外部输入,作为定时/计
14、数器使用(见表1一1一1).P3端口基本功能同P1端口。此外,该端口还具有第二功能,详见表1一1一2上一页返回任务2 实现单只LED闪烁 所谓最小化应用系统就是单片机要正常工作所必须具备的、最简单的硬件支持,其中最主要的就是三个基本条件:电源正常;时钟正常;复位正常。图1一2一1即为实现单只LED闪烁的最小化应用系统原理图。在AT89S52单片机的40个引脚中,使用了电源引脚2个(40,20脚)、晶振引脚2个(18,19脚)、上电复位引脚1个(9脚)、读取内部程序引脚1个(31脚)、可编程输入/输出引脚1个(9脚),其余引脚悬空。图1-2一1中发光二极管负极与单片机引脚P1.7之间串接了一个5
15、60SL的限流电阻,防止发光二极管和单片机的引脚Pl.7因为电流过大烧坏,使发光二极管和单片机都工作在安全状态。Proteu5 ISIS是英国Labcente:公司开发的电路设计、分析与实物仿真软件,功能极其强大。该软件的特点是:下一页返回任务2 实现单只LED闪烁(1集原理图设计、仿真分析(ISIS和印刷电路板设计(ARCS)于一身,可以完成从绘制原理图、仿真分析到生成印刷电路板图的整个硬件开发的过程。(2)提供几千种电子元件(分立元件和集成电路、模拟和数字电路)的电路符号、仿真模型和外形封装。(3)支持大多数单片机系统以及各种外围芯片(RS232,IZ C调试器、SPI调试器、键盘和LC
16、D系统等)的仿真 (4)提供各种虚拟仪器,如各种测量仪表、示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。过去需要昂贵的电子仪器设备、繁多的电子元件才能完成的电子电路、单片机等实验,现在只要一台电脑,就可以在该软件环境下快速轻松地实现。上一页 下一页返回任务2 实现单只LED闪烁 1.运行Keil C软件进行编程、编译(1)启动Keil N Vision2软件 双击图标 ,运行几秒后即出现图1-2-2所示界面 (2)建立项目 点击Project菜单,如图1-2-3所示,弹出一个标准的X%indo二文件对话框,如图1-2-4所示。在文件名中输入C程序项目名称“taskl,保存后的扩展名为 uv2,这是Keil
17、 N.,Vision2项目文件扩展名,以后我们可以直接点击此文件打开先前做的项目。(3)选择所要的单片机型号 这里我们选择Atmel公司的AT89S52,如图1-2-5所示。上一页 下一页返回任务2 实现单只LED闪烁(4)创建文件 点击图1-2-6中“新建文件”快捷按钮,也可以点击“File菜单下“New”或快捷键 Ctrl+N”来实现,此时出现如图1-2-6所示窗口,用户在“Textl”窗口中进行程序编写工作。根据图1-2一1所示,只要以一定的时间间隔,不断重复给Pl.7高、低电平,我们就可以看到LED闪烁 程序代码:上一页 下一页返回任务2 实现单只LED闪烁 (5)保存文件 在创建文件
18、一开始即进行文件保存。单击“保存”命令,出现图1-2-对话框,文件名为“taskl.c,保存在项目所在的文件夹中。这时你会发现程序单词颜色发生了改变,说明Keil的C语法生效了。上一页 下一页返回任务2 实现单只LED闪烁(6)添加文件 在图1-2-8中右击屏幕左边的Source Groupl文件夹图标,弹出菜单,在这里可以对项目进行添加或删除文件操作选“Add Files to Group图1一2一9所示,选择刚才保存过的文件,单击“Add按钮,关闭对话框,此时文件已被添加到项目中.G)编译并生成可烧录的hex文件 在编译调试程序之前,必须对程序进行设置,使之可同时生成hex文件。hex格式
19、文件是Intel公司提出的按地址排列的数据信息,数据宽度为字节,所有数据使用16进制表示,常用来保存单片机或他处理器的目标程序代码,一般的存储器都支持这种格式。上一页 下一页返回任务2 实现单只LED闪烁 如图1-2一10所示,右击“Targetl,单击“Options for Target Target 1 ,弹出如图1一2一11所示对话框,勾选“Create Ilex File”选项,这样在每次进行编译文件操作的同时都可生成hex文件。为了顺利完成仿真,还需要对晶振进行设置。如图1一2一12所示,在“Target”选项卡中,将晶振频率改为12MHz 接下来我们开始编译文件。在图1一2一13
20、中,1、2,3都是编译按钮:1是编译单个文件;2是编译当前项目,如果先前编译过后文件没有做过编辑改动,再点击是不会重新编译的;3是重新编译,不管程序是否有所改动,每点击一次均会再次编译链接一次;4是停止编译按钮。以上操作命令均可在“Project”菜单中找到。上一页 下一页返回任务2 实现单只LED闪烁 按下编译按钮,软件对文件进行编译,编译结束之后,在图1-2-13的5窗口中将会显示编译过程中出现的错误信息和资源使用情况,并且告知用户hex文件已创建成功。如果程序出现错误,必须将错误全部修正才能通过编译,只有顺利通过编译才能成功创建hex文件。2.运行Proteus软件进行仿真(1)进入Pr
21、oteus ISIS 双击图标褪启动ISIS 6 Professional程序,出现如图1-2一14所示屏幕,表明进入Pro-tens ISIS集成环境。(2)进入工作界面 上一页 下一页返回任务2 实现单只LED闪烁 Proteus ISIS的工作界面是一种标准的X%indo。界面,包括:标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择窗口、图形编辑窗口,如图1-2-15所示(3)绘制原理图 放置元器件 在图1-2一15中单击对象选择按钮“P,弹出图1-2一16所示对话框,在“Key-_words”处输入需放置元器件名称,找到该
22、元器件并将其放置到图1一2一15图形编辑窗口中 连线上一页 下一页返回任务2 实现单只LED闪烁 完成所有元器件的选择后(如图1-2一17所示),对照图1-2一1单片机最小化应用系统原理图开始进行连线。需要指出的是,由于程序编写时,将LED放置在P1.0,画图时应满足此条件,如图1-2一18所示 烧录文件 双击AT89 S52芯片,弹出对话框,如图1-2一19所示。单击“Program File”选项中“打开文件”按钮,找到hex文件,单击“打开”或双击文件名,hex文件即被烧录到芯片中,如图1一2一20所示 运行仿真 程序烧录成功后,单击“仿真进程控制按钮”中第一个“Plat/”按钮,开始仿
23、真,此时可以看到发光二极管闪烁,按“Stop”停止仿真,如图1-2-21所示上一页返回任务3 LED花式彩灯制作 在此次任务中,我们需要用到8只LED,将其接在P1口,电路原理图如图1一3一1所示 程序代码下一页返回任务3 LED花式彩灯制作上一页 下一页返回任务3 LED花式彩灯制作上一页 下一页返回运行运行Keil,编写、编译程序,生成,编写、编译程序,生成hex文件文件运行运行Proteus,绘制原理图、烧录文件、实现仿真,如图,绘制原理图、烧录文件、实现仿真,如图1一一3一一2所示所示个个任务3 LED花式彩灯制作 运行Keil,编写、编译程序,生成hex文件 运行Proteus,绘制
24、原理图、烧录文件、实现仿真,如图1一3一2所示上一页返回任务4 定时器及中断学习 在日常生活中有许多定时、计数的例子,如闹钟报时、画“正”字统计选票等。在单片机应用系统中定时和计数是同一个概念。比如,一个闹钟,将它设定在1小时后闹响,换一种说法就是秒针走了3600次之后闹响,这样时间的测量问题就转化为秒针走的次数问题,也就变成了计数的问题了。因此,单片机内部的定时器和计数器是同一结构,计数器记录的是单片机外部发生的事件,由单片机的外部电路提供计数信号;定时器是由单片机内部提供一个非常稳定的计数信号,由单片机振荡信号经过12分频后获得一个脉冲信号,此信号作为定时器的计数信号。单片机的振荡信号则由
25、外接的晶体振荡器产生。AT89 S52单片机内有三个16位可编程定时/计数器:TO,T1和T2下一页返回任务4 定时器及中断学习 1.定时/计数器TO和T1 图1-4一1是定时/计数器的结构框图。由图可知,定时/计数器由定时器0、定时器定时器方式寄存器TMOD和定时器控制寄存器TCON组成。TO和T1定时/计数器都可由软件设置为定时或计数工作方式。当TO或T1用作定时器时,由外接晶振产生的振荡信号进行12分频后,提供给计数器,作为计数的脉冲输入,计数器对输入的脉冲进行计数,直至产生溢出;当TO或T1用作对外部事件计数的计数器时,通过芯片引脚P3.4或P3.5对外部脉冲信号进行计数。当加在P3.
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