单片机课程总结

1. 单片机应用系统的设计过程：

1.1单片机应用系统

典型的单片机应用系统除主机外，还包括有：

前向通道(即输入部分):

数字量、开关量、模拟量信号(A/D)的输入。

后向通道(输出部分):

数字量、开关量、模拟量信号 (D/A )的输出。

人机对话通道，即人机交互部分:

键盘、显示器、打印机、看门狗(监视)电路等.

单片机应用系统设计有以下特点。

（1） 单片机应用系统一般来说针对一项具体应用，规模比较小。设计开发过程要借助专用的开发器、仿真器或开发系统来进行。（2） 单片机应用系统设计中要综合考虑硬件、软件的组成，以达到较高的性能价格比。在满足技术要求的前提下，可以采用软件固化实现部分硬件功能，也可以采用硬件来实现某些软件的功能。（3） 单片机应用系统要求可靠性高，特别是有些系统处于无人值守、不间断工作的环境中，必须保证系统安全可靠。在设计中要从电路设计、软件程序等加以考虑。看门狗监视电路就是其中一种。（4） 单片机应用系统要尽量做到低功耗、小体积。软件程序固化在单片机内德程序存储器中。软件固化要在专门的编程器或下载设备中完成。

1.2 单片机应用系统的设计过程

传统的单片机应用系统的设计方法是采用软件和硬件分开设计的方法。在软件和硬件开发设计中可采用先设计硬件后设计软件的方式，这是单片机应用系统开发过程中常用的方式。

单片机应用系统的设计过程主要包括以下几个部分：

⑴.总体方案的设计

⑵.硬件系统设计

⑶.软件系统设计

⑷.系统仿真调试

⑸.运行维护

单片机应用系统设计过程的流程图

1.2．1总体设计方案

应用系统总体方案的设计师非常重要的环节。

首先要根据市场需求，进行分析，提出本项目的任务。要对项目的可行性进行调研和分析，最好做出可行性报告，作为开题的依据。

熟悉和了解控制对象，确定合理的可行性技术指标。

在方案和技术指标基本确定的前提下，确定系统功能的具体实现形式。单片机是系统的核心，首先完成的是单片机的选型。近年来单片机的发展非常快，体现在以下几个方面。

（1） 运行速度的提高

（2） 存储技术的发展

（3） I/O接口的多样化

（4） 单片机产品的系列化

团队工作时，要按照软件工程的思想，将整个系统分解为若干子系统，分别列出子系统的任务书，以及软件、硬件及它们之间的接口标准、技术要求，这样会高校地完成系统的设计。

1.2.2硬件系统设计

硬件系统设计的过程包括功能定义、原理图设计、PCB（印制电路板）设计、制版和组装、硬件调试几部分。

1.2.3软件系统设计

在进行软件设计的时候，首先应该根据实际情况选择软件的开发环境，好的开发环境的支持是完成软件系统设计的保障。同时，需要确定设计时使用的编程语言。

对于单片机应用的软件系统，建立一个好的数学模型是非常必要的。由于单片机应用系统的软件和硬件之间密不可分的联系，在软件设计的开始，把软件要实现的功能和硬件的结合进行具体定义。在具体编写软件程序之前，要根据功能实现的过程，画出程序的主流程图，将各个模块、子程序的工作流程形象化地描述出来。绘制完流程图就可以编程序了。

1.2.4系统仿真调试

1.2.5系统的运行与维护

2. 89C51单片机系统的硬件电路设计

2.1 硬件系统设计过程

为了实现应用系统中硬件部分的功能，要确定系统的CPU、存储器、I/O接口及相关的传感器、继电器、显示器、键盘等外围部件和电路。然后设计出系统的电路原理图，一般情况下，需要单片机应用系统的硬件设计人员根据电路原理图画出印制电路版图，交给制版厂制作印

制电路板。制版完成后，进行元器件的焊接和组装，并进行硬件电路的测试。

根据功能要求，选择合适的元器件。存储器是存放程序、数据的重要器件。

系统输入输出通道的设计，是根据应用系统的规模和需要设置的。I/O通道处理的信号有数字量、开关量和模拟量三种。

原理图和PCB板（印刷电路板）的设计是单片机应用系统硬件设计人员要完成的工作。硬件部分的电路组装和调试也是很重要的一步。在PCB板和元器件齐套时，焊接组装。利用电子仪器，可以编写一些测试程序，进行硬件调试，确保硬件部分功能正常。这样，在应用系统整机调试时，才可以减少硬件故障造成的问题，提高调试效率。

2.2 89C51基本硬件系统的设计

复位操作有上电自动复位、按键手动复位和看门狗三种复位方式。

89C51复位电路

片内时钟产生电路

89C51内部有一个高增益的反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入为引脚XTAL1（19脚）,输出端为引脚XTAL2（18脚）。在芯片的内部，XTAL1和 XTAL2之间跨接一个石英晶体振荡器和两个微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这是利用片内电路的时钟信号产生电路，如图所示。石英晶体振荡器的振荡频率f范围为0~24MHz.电容

C1和C2用来稳定频率并有频率微调作用，通常取值为30PF左右。在设计印制电路板时，应使晶体

和电容尽可能和单片机靠近，以保证电路的稳定可靠。

89C51采用片内振荡器的时钟电路

89C51用MOVX或MOVC指令访问片外的RAM和ROM时，P2端口输出被访问单元的高8位地址，P0端口首先输出被访问单元的低8位地址，然后P0端口就作为双向的数据总线使用。由于P0端口是分时复用的，所以低8位地址信号必须锁存起来，在整个总线周期中一直保留。电路中必须要有锁存器，一般常用8位锁存器74LS373.89C51在P0端口送出低8位地址的同时，89C51的ALE(地址锁存允许)引脚信号变为高电平，在ALE信号由高变低时，将P0端口上低8位地址信号锁存到外部地址锁存器74LS373中，直到下一次ALE变化为止。这以后，P0端口称为双向数据总线，不

会影响操作，如图3.7所示。

3. 89C51单片机系统的软件设计和调试

3.1 汇编语言程序设计过程

汇编语言程序设计分为以下几个步骤:

1. 分析任务

首先，根据任务的要求，进行全面的分析，以便对任务有一个整体的概念。通过分析，明确要求：本任务要解决的问题是什么；工作过程是怎样的；现在的条件有哪些；对运行结果的要求、包括运算结果的精度和运算速度等。在分析任务的基础上提出硬件的电路和软件的设计方案。

2. 确定方案和算法

在对任务的分析和对硬件了解的基础上开始软件的设计。首先要找出问题的规律性，归纳出数学模型，可能会有不同的算法，对此进行比较、分析，找出最适宜的算法。可以直接或间接利用一些已有的计算方法和程序设计方法。

3.画出程序流程图

程序流程图是使用一些图形、符号和带方向的线段等，把程序设计的过程、解决问题的先后顺序直接地描述出来的一种方法

对于面向过程的设计方法来说，画好程序流程图是重要的步骤。它把整个程序按功能分成若干模块，通过流程图把它们有机地联系在一起，从而对全局有整体的了解，对各有部分的关联有清晰的认识。流程图有很多种，如逻辑流程图、算法流程图、程序流程图等。

流程图一般由起始框和终止框、执行框、判断框和指向线四部分组成。

4.编写程序

根据流程图中描述的各部分的功能，编写出具体的程序。然后按流程图中各部分之间的关系整理出全部程序。用汇编语言编写源程序，要严格按照执行指令和说明语句的要求，在经过汇编以后，不要出现语法错误，如果有，要反复地进行修改和重新汇编。

5调试程序

程序编写完毕，经过汇编过程，没有语法错误以后，要进行上机调试，这样才能检查出程序是否有逻辑上的错误、是否满足系统功能的要求。

3.2 汇编语言程序的调试

⑴ Keil C51开发环境

Keil C51uVision2是一个功能强大的51单片机集成开发平台，它主要由标题栏、菜单栏、工具栏、项目窗口、源程序编辑窗口和输出窗口几部分组成，如图6.2所示。

图6.2 Keil C51uVision2集成开发平台界面

（2）程序调试的过程

1.新建源程序文件

Keil C51uVision2软件的工作界面中有一个源程序编辑窗口，可以在其中编辑、输入和编写汇编语言或C语言的源程序，并建立和保存一个汇编语言或C语言的源程序文件，该文件为扩展名为.ASM或.C的文件。

2.新建项目文件

在Keil C51uVision2集成开发环境中，先进一个项目文件，该文件扩展名为UV2的文件。把要调试的源程序文件添加到该项目中。

3. 编译项目

对项目进行编译，直接没有错误并生成扩展名为。HEX的目标文件

为止。

4. 调试程序

利用Keil C51集成开发环境中的调试工具，对目标程序进行调试、排错。

5. 固化程序

应用系统调试完成后，可以将目标程序固化到单片机的程序存储器ROM中，结束开发工作。程序的固化可以通过专门的编程器来完成，也可以通过专门的程序下载接口来实现。

3.3 汇编语言程序的调试实例

将外部存储器从8000H开始的20个字节都赋以同一数值FFH

汇编语言的源程序如下：

ADDR EQU 8000H

ORG 0000H

AJMP START

ORG 0030H

START: MOV DPTR,#ADDR

MOV R0，#20

MOV A,#0FFH

LOOP: MOVX @DPTR,A

INC DPTR

DJNZ R0，LOOP

SJMP $

END

程序的开发调试过程如下所述。

1. 新建源程序文件

在‘‘File’’菜单的下拉菜单中选择‘‘New…’’命令新建文件。

在源程序编辑窗口中进行源程序的编写并保存文件。

文件保存为扩展名为.ASM的文件。

2. 新建项目文件，并对项目进行参数选项和环境的设置

在主菜单上选择Project项，在其下拉菜单中选择New Project命令新建项目。

在弹出的创建新项目对话框中，选择要保存项目文件的路径，在文件名文本框中输入项目名，然后单击保存‘‘按钮’’。

3. 将源程序文件添加到项目（Project）中

在左侧的项目窗口（Project window）中，右击鼠标，选取‘‘Source Group 1’’.

然后，在弹出的快捷菜单中选择“Add File to Group ‘Source Group1’’’命令。

这时会弹出浏览对话框。添加编辑好的.ASM文件。这时添加的文件名出现在Project Window窗口中。双击刚添加的.ASM文件，打开编辑文件窗口。

4. 编辑链接程序

选择菜单栏中【Project】【Rebuild all target files】命令。

如果编译成功，开发环境在下方输出（‘‘output’’）窗口中会显示编译成功的信息，无编译错误后，开始调试。

5. 调试程序

打开View菜单下的Memory Window(存储器窗口)，在下方输出窗口中会出现Memory（存储器）窗口。

在Memory（存储器）窗口的Address（地址）输入框中输入

X:8000H,接着按回车键。这时存储器窗口中会显示出片外RAM从地址8000H起始的存储单元的数据，初始值都为0.

(1) 全速运行程序

单击run按钮，运行程序。

单击暂停按钮可以停止程序的运行。程序结束后，存储器窗口显示8000H起始的20个单元的数据已经变为0FFH.

（2）设置断点

在需要设置断点的指令行的空白处双击鼠标左键，指令行的前端出现红色方块，设置断点完成。在该行的空白处双击鼠标左键，红色方块消失，完成取消该短点的设置。

调试时，单击run按钮，程序运行到断点处会自动停下，观察输出窗口中各个寄存器、存储器单元的数值，即可检查程序的正确与否。

4. 89C51的应用系统设计实例

例1 设计一个实时时钟

以秒、分、时为单位计时。

采用定时器与中断功能的综合应用

解实时时钟要求以秒、分、时为单位进行计时。此例是定时器与中断功能的综合应用。

已知单片机系统的主频率为11.0592MHz.

（1） 实现时钟计时的基本方法

1. 定时器采用定时方式，定时时间为20ms,累计50次得到1秒的计时。

2. 从秒到分、时的计时通过累计和数值比较实现，即60秒为1分钟、

60分钟为1小时。

3. 通过显示电路和驱动程序完成实时时钟时间的显示。

（2） 设计过程

1. 计算计数初值

假定使用定时器T0,以工作模式1进行20ms的定时。

已知:fosc=11.0592 MHz,则计数初值X为：

（2e16—X）*12/（11.0592*10e6）=20*10e-3

解得：X=47104=B800H.

因此，计算初值为（TH0）=B8H;(TL0)=00H。

2. 设计主程序

进行定时器T0的初始化编程并启动T0，并允许定时器T0中断；

对工作单元初始化—将小时工作单元30H、分钟工作单元31H和秒工

作单元32H清零；

通过反复调用显示子程序，等待20ms定时中断的到来。

主程序流程如图7.20所示。

3. 设计中断服务程序

进行计时操作。程序开始先判断计数溢出是否慢50次，不满表明还没有达到最小计时单位1秒，中断返回；如果慢50次，表示已达到1秒，程序继续向下进行，进行计时操作。

当满1秒时则将记录秒位的32H单元内容加1，慢60秒后向记录分位的31H单元内容加1，满60分钟则向记录时位的30H单元内容加1,。当满24小时的时候，工作单元30H、31H、32H单元的内容全部清零，重新开始计数。

中断服务程序流程图如图7.21所示。

（3） 程序清单：

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 000BH

LJMP PIT0

ORG 2000H

MAIN: MOV SP,#60H

MOV TMOD,#01H

MOV 20H,#50

CLR A

MOV 30H,A

MOV 31H,A

MOV 32H,A

SETB ET0

SETB EA

MOV TL0，#00H

MOV TH0，#0B8H

SETB TR0

SJMP $

PIT0: PUSH PSW

PUSH ACC

MOV TL0,#00H

MOV TH0,#0B8H

DJNZ 20H,RETUNT

MOV 20H,#50

MOV A,#01H

ADD A,32H

DA A

MOV 32H,A

CJNE A,#60H,RETUNT MOV 32H,#00H

MOV A,#01H

ADD A,31H

DA A

MOV 31H,A

CJNE A,#60H,RETUNT MOV 31H,#00H

MOV A,#01H

ADD A,30H

DA A

MOV 30H,A

CJNE A,#24H,RETUNT MOV 30H,#00H RETUNT:POP ACC

5. 89C51单片机应用的新创意

快热式家用电热水器的设计

快热式电热水器与普通电热水器最大的区别在于它取消了储水罐，热水随开随用，无需预热，减少了电能浪费。另外，它还具有体积小，使用安全，安装方便等优点。

快热式电热水器主要包括电源电路、单片机控制器、温度检测电路、按键输入电路、LED数码管及指示灯电路、报警电路和加热控制器。

快热式电热水器为了达到快热的效果，取消了储水罐，使冷水在进入加热管后立即被加热，这就要求加热管有较大的功率。对于加热功率的控制，最简单的方法是由若干不同功率的电热丝组合得到几种加热功率，但由于快热式热水器的加热功率较普通的大，且档位设置较多，用电热丝组合的方法需要几组电热丝和继电器，成本增高且工作可靠性低，所以比较理想的是采用可控硅控制功率，电路简单又控制方便。

温度检测的方法较多，最经典的方法就是用热敏电阻组成电桥来采集信号，再经放大、A/D转换后送单片机。采用温度/频率转换测温法，直接将温度信息转换成频率信号，用单片机测出频率大小，从而间接测出温度值，温度/频率转换电路简单可靠，成本低廉。