第五章 单片机应用系统仿真开发平台简介
庄友谊《单片机原理及应用》单片机第5章
本章将介绍单片机的基本原理和应用。包括单片机的概述、存储器、定时器、 串口通信、ADC、中断和案例分析。
单片机概述
1 什么是单片机？
单片机是一种集成了处理器、内存和I/O设备的小型计算机系统。
2 单片机应用领域
单片机广泛应用于家电控制、工业自动化、通信设备、汽车电子等领域。
3 优势
相对于传统电路设计，单片机具有体积小、功耗低、功能强大和灵活性高的优势。
存储器
内部存储器
单片机的内部存储器包括 RAM和ROM，用于存储 程序和数据。
外部存储器
通过外部存储器，单片机 可以扩展其存储容量，如 EEPROM、SD卡等。
存储器管理
合理管理存储器可以提高 单片机的性能和效率。
定时器
中断是一种机制，使单片机能够在执
中断类型
2
行程序时对外部事件进行及时响应。
常见的中断类型有外部中断、定时器
中断和串口中断。
3
中断示例
通过中断，单片机可以处理按键事件、 数据接收等实时任务。
案例分析
智能家居控制
机器人控制
通过单片机实现智能家居控制， 如灯光控制、温度调节等。
单片机可用于控制机器人的运 动、感知和决策，实现自动化 任务。
1
定时器的作用
定时器用于计时、延时和事件触发等功能。
2
定时器类型
常见的定时器类型有定时/计数器、PWM和输入捕捉/输出比较。
3
定时器配置
通过配置定时器的工作模式和相关参数，可以满足多样化的需求。
串口通信
1 串口通信原理
串口通信通过串行传输 数据，常用的接口有 UART和SPI。
单片机原理与应用：基于Proteus虚拟仿真技术 第3版教案第5章 中断系统与定时器-计数器
第5章中断系统与定时器/计数器
学 时
6学时
教学目标
与要求
1．了解8051单片机中断系统结构
2．掌握8051单片机中断控制
3．了解8051单片机定时器/计器/计数器控制
重 点
1．8051单片机中断控制
2．8051单片机定时器/计数器控制
3．定时初值和最大定时时间计算
参考资料
1．徐爱钧，《单片机原理与应用-基于Proteus虚拟仿真技术》，机械工业出版社
2．何立民，《MCS-51单片机原理、接口、设计》，北航出版社
4．定时器/计数器应用程序设计
难 点
1．中断入口
2．中断嵌套
3．定时初值计算
4．中断系统与定时器/计数器应用程序设计
教学方法
与手段
1．多媒体教学为主，强调编程基础
2．传统黑板教学为辅，突出重点
3．采用Keil 和Proteus联机仿真，突出单片机高级语言编程的优点，有效地调动学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发学生的潜能。
构建单片机虚拟实验仿真平台_职教论文
摘要介绍了构建单片机虚拟实验仿真平台的基本思路和各功能的实现方法，详细叙述了构建仿真平台所使用的一些技术手段。
关键词虚拟实验平台；中断；输入输出接口；示波器；仿真实验 1 引言虚拟仿真实验是利用计算机创建出一个可视化的实验操作环境，其中的每一个可视化仿真物体代表一种实验仪器或者设备，通过操作这些虚拟的实验仪器或设备，即可进行各种复杂的实验，达到与真实实验环境相一致的教学要求和目的。
与传统的硬件实验平台相比，虚拟实验平台可以不受时空的限制，用户能随时随地进行实验。
通过采用虚拟化技术，利用软件仿真，可以完全不使用真实的实验仪器，因此不会存在仪器磨损、破坏等情况，既节省了资金，又有利于资源共享。
对于有危险性的实验，虚拟实验平台更具有优势。
2 单片机虚拟实验仿真平台的实现 2.1 系统设计思想及总体设计我们开发的“单片机虚拟实验平台”将“硬件实验台”和“软件调试环境”均统一进行虚拟化设计，亦即不仅“硬件实验台”设计为软件形式，原来的汇编程序等调试工具也要重新专门进行设计，MASM 等工具就不能使用。
并且由于采用封闭式设计思路，对应用环境的适应性及其可靠性、稳定性相对较强；也就是说，这种虚拟平台下的实验结果与硬件条件下的结果更为相似。
图1 传统单片机实验系统组成结构该仿真平台可以由如图２所示的模块图来表示。
从图２可以看出8031和存储器构成了虚拟的CPU，直接或间接地控制其它所有模块，并负责执行汇编语句。
通信桥模块实际上是一个虚拟的存储空间，是接口芯片和外设(LED、开关和显示器等)间数据交换的场所。
接口芯片和外设之间不直接发生关系，它们通过通信桥模块提供的接口将数据放入通信桥缓存或从通信桥缓存中取出数据。
通常，通信桥分为输入桥、输出桥、芯片桥三种情况。
开关与芯片连接构成输入桥，LED或者显示器与芯片连接构成输出桥，芯片与芯片连接构成芯片桥。
图2 总体框架图 2.2 具体设计 2.2.1 仿真平台编译原理仿真平台对于汇编语言的编译模拟了真实的CPU。
5.1-2u‘nSP IDE 工具介绍
——可见，使用软件仿真观看IO状态非常容易！ 下面我们再介绍下PWM输出的软件仿真方法。
输出高电平
输出状态
输出低电平
38
单片机及嵌入式系统应用
μ’nSP IDE软件仿真<7>
PWM的软件仿真方法介绍
选择软件仿真 在工具栏点击Body选择图标，在弹出的Body选 择对话框中Emulator Dll文本框中选择PWM “set emulator”按
• μ’nSP IDE的使用流程。
• μ’nSP IDE的在线仿真流程。
• μ’nSP IDE的软硬件调试流程。
• μ’nSP IDE的软件仿真方法
41
单片机及嵌入式系统应用
凌阳科技大学计划网站：
42
单片机及嵌入式系统应用
3
单片机及嵌入式系统应用
μ’nSP IDE使用流程<1>
新建项目 编写程序 选择硬件 仿真
下面我们看一下操作步骤！
下载程序
运行程序
编译程序
4
单片机及嵌入式系统应用
μ’nSP IDE使用流程<1>
打开μ’nSP IDE工具软件
方法：选择[开始]→[程序]→[sunplus]→[u’nSP IDE 184] 中启动
20
单片机及嵌入式系统应用
μ’nSP IDE调试流程<1>
调试工具使用
调试窗口使用
连续执行
单步执行
断点使用
21
单片机及嵌入式系统应用
μ’nSP IDE调试流程<2>
Build Tool：
在主菜单的[Build]→[Start Debug]中也可 以找到相应的调试工具。
单片机开发_AVR仿真应用
单片机软件调试的整体思路
单片机软件调试是一个反复修改的过程， 一般来说都要经历编写源代码－编译－仿 真－修改源代码直至仿真结果让人满意， 再通过下载软件将编译后的文件烧写进单 片机。
“调试”本身就是一个反复的过程，很难 调试” 说哪个人写出的代码一次就能成功
单片机C 单片机C代码编写的基本流程
编写指令代码
AVR单片机有效的吸收了51和PIC单片机的优 AVR单片机有效的吸收了51和PIC单片机的优 点。其型号较多，可供不同场合的选用。
AVR单片机技术优点 AVR单片机技术优点
－AVR相对于51和PIC单片机的突出特点： AVR相对于 和PIC单片机的突出特点： 相对于51 单片机的突出特点
价格低廉的可擦写1000次以上的16位Flash技术； 价格低廉的可擦写1000次以上的16位Flash技术； 高速度、低功耗（uA），具有休眠功能及CMOS技术， 高速度、低功耗（uA），具有休眠功能及CMOS技术， 高度保密； 超功能精简指令，C 超功能精简指令，C语言编程，易写，易移植； 有串行异步通讯UART，不占用定时器和SCI传输功 有串行异步通讯UART，不占用定时器和SCI传输功 能； 程序写入器件可以并行写入（用万用编程器），也可 串行在线下载（ISP）擦写，方便产品升级； 串行在线下载（ISP）擦写，方便产品升级；
目的
认识AVR单片机并了解AVR单片机在机器蛇系 认识AVR单片机并了解AVR单片机在机器蛇系 统中的基本应用。 学会使用AVR的 编译环境ICCAVR，掌握单片 学会使用AVR的C编译环境ICCAVR，掌握单片 机C编程开发特点 学会使用PonyProg在线下载固件代码 学会使用PonyProg在线下载固件代码 学会使用AVR单片机的仿真软件AVR Studio， 学会使用AVR单片机的仿真软件AVR Studio， 了解单片机仿真开发软件在单片机应用中的 作用。
《单片机原理》第五章课件
本课件介绍了《单片机原理》第五章的内容，包括单片机概述、基本组成、 工作原理、应用领域和课程学习目标。
课程介绍
《单片机原理》是一个深入学习单片机工作原理和应用的课程。通过本课程 的学习，你将深入理解单片机的工作原理及其在现代电子领域中的重要性。
单片机概述
单片机是一种集成电路芯片，可以实现各种功能。它集成了中央处理器、存 储器、输入输出设备等基本组成部分，广泛应用于电子设备控制和嵌入式系 统中。
单片机基本组成
中央处理器（CPU）
负责指令执行和数据处理。
输入输出设备（I/O）
与外部设备进行数据交互。
存储器（Memory）
用于存储程序和数据。
单片机的工作原理
单片机通过运行事先编写好的程序，按照特定的指令和时序进行数据处理和 控制操作。它通过输入输出设备与外部环境交互，并按照设定的逻辑和规则 执行任务。
能够将所学知识应用于实际电 子系统的设计和开发。
总结
经过本章的学习，你将对单片机的概念、原理和应用有更深入的了解。希望你能够通过本课程的学习，掌握单 片机的核心知识，并能够应用于实际的电子系统设计和开发中。
单片机的应用领域
1 工业控制
2 家电电子
用于自动化生产线和机器设备的控制。
用于家用电器和消费电子产品的控制。
3 通信设备
用于无线通信系统和网络设备的控制。
课程学习目标
掌握单片机的基本原理
深入Hale Waihona Puke 解单片机的工作原理和 基本组成部分。
能够进行单片机编程
学会使用编程语言控制单片机 进行各种任务。
应用单片机解决实际问题
单片机原理及应用5 项目二 51单片机编程语言与仿真调试知识的学习ppt课件
四、单片机指令系统阐明
• 51单片机共有111条指令，按其功能可分为5类 • ☆ 数据传送类指令〔共29条〕。分为片内RAM、片外
RAM、程序存储器的传送指令、交换及堆栈操作指令。 • ☆ 算数运算类指令〔共24条〕。分为加、带进位加、减、
工程背景
• 单片机的编程言语常用的有二种，分别是汇编言语和 C 言语。
• 汇编言语是是面向机器的程序设计言语，也是能直接控制 硬件的言语。在汇编言语中，用助记符(Memoni)替代操 作码，用地址符号(Symbol)或标号(Label)替代地址码。
• 汇编言语的机器代码生效果率很高但可读性不强，复杂一 点的程序就更是难读懂，而C言语在大多数情况下其机器 代码生效果率和汇编言语相当，但可读性和可移植性却远 远超越汇编言语，而且在运用C言语编程时还可以嵌入汇 编来处理高时效性的代码编写问题。对于开发周期来说， 中大型的软件编写用C言语的开发周期通常要小于汇编言 语很多。
• 51单片机的指令系统运用7种寻址方式，包 括存放器寻址、直接寻址、立刻数寻址、 存放器间接寻址、变址寻址、相对寻址和 位寻址等。
1．存放器寻址方式
• 存放器寻址方式是一种简单快捷的寻址方式，操 作数在存放器中，在指令中运用存放器的符号表 示目的操作数的寻址方式。
• 存放器寻址方式的寻址范围包括通用存放器ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ部 分公用存放器，指令中可以援用的存放器及其符 号称号如下：
二个字节为操作数。51单片机指令系统中，共有二字节指 令45条。 • ☆ 三字节指令 • 三字节指令中，操作码占一个字节，操作数占两个字节， 其中操作数能够是数据，也能够是地址。51单片机指令系 统中，共有三字节指令17条。
第2节-单片机系统的仿真与调试
图2-2-7 AT89C51的编辑对话框
三、绘制导线
1.画导线三、绘制导线
Proteus的智能化可以在你想要画线的时候进行自动检 测。当鼠标的指针靠近一个对象的连接点时，鼠标的指针 就会出现一个“ ”符号，鼠标左键点击元器件的连接点， 移动鼠标到需要连接的连接点，鼠标再次变为绿色，单击 左键就出现了连接线。此时软件自动定出线路径。如图24-8所示。这就是Proteus的线路自动路径功能(简称WAR)， 如果你只是在两个连接点用鼠标左击，WAR将选择一个合适 的线径。WAR可通过使用工具栏里“WAR”命令按钮
本节主要以单片机最小系统电路为基础，对2.1节程 序设计进行仿真调试，使读者初步掌握Proteus应用过程。
2.2.1 Proteus ISIS的工作界面
Proteus是标准的Windows安装程序。 8.0以下版本在 计算机上安装完毕后会在开始菜单的程序中出现Proteus 7 Professional的程序组，完成授权认证之后，可以运行 ARES 7 Professional 或 者 ISIS 7 Professional ， 其 中 Proteus ISIS 7 Professional主要应用电子电路、单片 机的电路原理图设计和仿真。
图2-2-8连接导线
2.画总线
为了简化原理图，也可以用一条导线代表数条并行的 导线，这就是所谓的总线。当电路中多根数据线、地址线、 控制线并行时经常使用总线设计。点击工具箱的总线按 钮 ，即可在编辑窗口画总线。单击开始绘制，双击左 键结束本段绘制，右击取消继续绘制。当多条点击工具的 按钮，画总线分支线，它是用来连接总线和元器件管脚的。 画总线的时候为了和一般的导线区分，一般画斜线来表示 分支线，此时需要关闭自动布线功能，点击图标 。
单片机原理及应用基于Keil及Proteus教学设计
单片机原理及应用基于Keil及Proteus教学设计概述单片机，又称微控制器，是一种集成了处理器、存储器和各种接口电路于一体的小型计算机。
随着技术的发展，单片机已广泛应用于各个领域，如电子产品、工业控制、交通运输、医疗卫生等。
因此，学习单片机的原理及应用具有重要的意义。
Keil和Proteus是两个常用的单片机开发软件，Keil主要用于编辑和编译嵌入式程序，Proteus则用于仿真电路原理图和PCB设计。
本文旨在介绍基于Keil和Proteus教学设计的单片机原理及应用。
单片机原理单片机的处理器主要由中央处理器（CPU）、控制器（Control Unit，CU）、存储器和I/O接口构成。
其中，CPU是单片机的核心，控制器则负责指令解码和执行，存储器可分为程序存储器和数据存储器两种。
I/O接口则用于单片机和外部设备的通信。
单片机的工作过程一般分为启动和运行两个阶段。
在启动过程中，单片机从程序存储器中读取指令执行初始化操作。
执行初始化后，单片机进入运行状态，开始执行用户程序。
单片机的编程语言主要有汇编语言和高级语言两种。
汇编语言具有直接控制处理器的优点，但是编写难度较大，调试困难。
高级语言则具有代码简洁易读的特点，但是执行效率较低。
KeilKeil是一种常用的嵌入式软件开发平台，提供了汇编器、C编译器、链接器等多种工具，方便用户编写和调试程序。
使用Keil进行单片机程序开发时，需要进行如下步骤：1.新建工程：在Keil中点击“Project” -> “NewµVision Project”，新建一个工程。
2.添加源文件：在工程内部右键点击，选择“Add files togroup”，将需要使用的源文件添加至工程中。
3.编译：在工程内部右键点击，选择“Rebuild all targ etfiles”，将工程编译成可执行文件。
4.下载程序：使用下载工具下载可执行文件到单片机中，运行程序。
(单片机原理与应用)第5章单片机系统的扩展
单片机的存储扩展
EEPROM存储器
通过外接EEPROM存储芯片扩展单片机存储器的容 量，一般用于存储程序或数据等重要信息。
SD卡存储器
通过外接SD卡来扩展单片机存储器的容量，一般用 于储存音频、视频等大文件。
U盘存储器
通过外接U盘来扩展单片机存储器的容量，便于数 据交互与传输。
单片机的串口扩展
概念 通信协议 应用场景
通过外接串口芯片扩展单片机的串口功能，实现 和外部设备的通信。
常用的通信协议有UART、RS232、RS485等。
常见场景是与电脑、传感器等外部设备的通信。
单片机的模数转换器扩展
1
概念
通过外接模数转换器等芯片，将模拟信号转换为数字信号进行处理。
2
应用
常见应用场景是对温度、湿度等模拟能量的检测和处理。
单片机的定时器/计数器扩展
1 应用
2 外部定时器/计数器
3 软件定时器/计数器
单片机定时器/计数器广泛 应用于计时、延时、PWM 信号的产生与处理等方面。
通过外接计数器/定时器芯 片等扩展单片机的定时器/ 计数器模块，提高定时器 的计数频率和精度。
通过编写程序实现的定时 器/计数器模块，占用空间 小，灵活易用，是一种常 用的定时器扩展方式。
单片机系统设计需要经过需求分析、电路设计、 调试测试等多个流程来完成。
热门模块
IO口扩展、存储扩展、定时器/计数器扩展、串 口扩展等是当前单片机系统扩展的热门模块。
单片机的IO口扩展
1
实现
2
采用外部IO扩展芯片、硬件移位寄存器等
方式来扩展IO口。连接更多外 设。
应用