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MCS—51单片机学习开发系统设计-单片机原理及接口技术课程设计说明书单片机原理及接口技术课程设计说明书姓名xx所在院（系）电气工程与自动化学院专业班级电气学号指导教师xxx时间MCS—51单片机学习开发系统设计摘要：该MCS--51单片机学习开发系统集成多个资源模块，每个模块各自可以成为独立的单元，也可以相互组合，可完成MCS-51单片机学习过程中的大部分实验。
将MCS-51 设计为多功能可编程接口，该系统工具是初学单片机及单片机爱好者快速掌握51系列单片机不可多得的工具，可以为他们提供不同的开发学习环境。
集成系统主要功能模块组成如下：+5V、-5V、+12V、-12V直流稳压电源模块、8位发光二极管、四位LED数码管、点阵式LCD 液晶显示器、4*4键盘、ISP下载线、并行口扩展控制线接口、A/D、D/A转换接口、串行口通信、PC标准键盘的PS／2接口、继电控制模块等。
关键字：MCS-51单片机系统设计功能模块程序设计目录第1章系统综述 (1)第2章硬件设计 (2)2.1 单片机最小系统 (2)2.2 电源电路 (4)2.3 程序下载口 (4)2.4 LED显示模块 (5)2.5 LCD液晶显示器及PC标准键盘接口 (6)2.6 键盘电路 (7)2.7 DAC0832D/A转换电路 (9)2.8 ADC0809A/D转换电路 (10)2.9 8255输入/输出（或数据总线）扩展 (11)2.10串行通信模块 (12)2.11 继电器控制模块 (14)2.12系统总图 (15)第3章软件设计 (18)3.1 8255并行扩展设计 (18)3.2 8255键盘及显示设计 (19)3.3 串行通信口设计 (20)3.4 A/D转换设计 (22)3.5 D/A转换设计 (24)第4章系统实验 (25)4.1 数码管循环计数显示实验 (25)4.2 串行口两单片机双机通信实验 (26)4.3 简单键盘控制显示实验 (27)4.4 键盘控制位循环显示实验 (27)第5章设计总结 (28)第6章参考文献 (29)附录系统模块程序设计清单 (31)1. 8255并行扩展程序设计 (31)2. 8255键盘及显示控制程序设计 (32)3. A/D转换实验程序设计 (36)4. D/A转换程序设计 (37)5. 双机通信实验程序设计 (40)6. 键盘控制位循环显示实验程序设计 (43)第1章系统综述目前,单片机已广泛应用到工业测控、智能仪表、数据采集、人工智能等领域。
第一讲单片机基础知识引言商用微机工控计算机智能仪器仪表单片机 集散控制家用电器C语言高级语言 PASCALFORTRAN计算机语言汇编语言 （不同的CPU，汇编语言不同）1位（几乎没有具体使用）4位（早期的产品）单片机 8位（当前应用最多，51系列）16位（部分使用，与8位相比较少，80196）32位（未来趋势）所有计算机的三总线结构相同；程序流程图相同。
学习计算机的基础知识是数字电子技术：触发器、计数器、移位寄存器、译码器、编码器1.1 MCS-51单片机的特点单片机（MICROCONTROLLER，又称微控制器）是在一块硅片上集成了各种部件的微型机算计，这些部件包括中央处理器CPU、数据存贮器RAM、程序存贮器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。
MCS-51单片机的基本结构如图1-1所示。
51系列单片机结构特点：8位CPU；片内振荡器及时钟电路；32根I/O线；外部存贮器寻址范围ROM、RAM各64K；3个l6位的定时器/计数器；5个中断源，2个中断优先级；全双工串行口；布尔处理器。
1.2 MCS-51单片机的内部结构图1-2是MCS-5l单片机片内部结构的总框图，它可以划分为CPU、存贮器、并行口、串行口、定时器／计数器、中断逻辑几部分。
图1-2 MCS-51的内部结构框图1.2.1 中央处理器MCS-51的中央处理器CPU由运算器和控制逻辑构成，其中包括若干特殊功能寄存器(SFR)。
① CPU：8位；ALU：算术、逻辑运算单元中处理器② 程序状态字PSW：8位宽度、F0、RS1和RS0③ 振荡周期、机器周期一、以ALU为中心的运算器算术逻辑单元ALU能对数据进行加、减、乘、除等算术运算；“与”、“或”、“异或”等逻辑运算以及位操作运算。
PSW的格式如图1-3所示，其各位的含义是：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0CY AC F0 RS1 RS0 OV P图1-3 PSW的格式CY：进位标志。
单片机教程原作：进墨者目录单片机教程第一课：单片机概述 (2)单片机教程第二课：单片机的内部、外部结构(一) (2)单片机教程第三课：几个基本概念 (5)单片机教程第四课：第一个小程序 (8)单片机教程第五课：延时程序分析 (10)单片机教程第六课：单片机的内外部结构分析（四） (12)单片机教程第七课：单片机内部结构分析（五） (15)单片机教程第八课（寻址方式与指令系统） (19)单片机教程第九课：数据传递指令 (22)单片机教程第十课数据传递类指令指令 (25)单片机教程第十一课：算术运算类指令 (28)单片机教程第十二课：逻辑运算类指令： (32)单片机教程第十三课：逻辑与指令 (34)单片机教程第十四课：条件转移指令 (38)单片机教程第十五课：位及位操作指令 (41)单片机教程第十六课：计数器与定时器 (44)单片机教程第十七课：定时/计数器的方式控制字 (46)单片机教程第十八课：中断系统 (49)单片机教程第十九课：定时、中断练习一 (52)单片机教程第二十课：定时/计数器实验2 (57)单片机教程第二十一课：串行接口 (60)单片机教程第二十二课：串行口应用编程实例 (65)单片机教程第二十三课：LED数码显示器的连接与编程 (68)单片机教程第二十四课：动态扫描显示接口 (72)单片机教程第二十五课：键盘接口与编程 (78)单片机教程第二十六课：矩阵式键盘接口技术及编程 (83)单片机教程第二十七课：初学单片机几个不易掌握的概念 (87)单片机教程第二十八课：单片机音乐程序的设计与实验 (90)单片机教程第一课：单片机概述1、何谓单片机一台能够工作的计算机要有这样几个部份构成：CPU（进行运算、控制）、RAM（数据存储）、ROM（程序存储）、输入/输出设备（例如：串行口、并行输出口等）。
在个人计算机上这些部份被分成若干块芯片，安装一个称之为主板的印刷线路板上。
而在单片机中，这些部份，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，而且有一些单片机中除了上述部份外，还集成了其它部份如A/D，D/A等。
mcs-51单片机原理及应用教程MCS-51单片机是一种用于嵌入式系统的微处理器，它广泛应用于各种电子设备中。
本教程将介绍MCS-51单片机的原理和应用。
在接下来的内容中，我们将从基本概念开始，逐步深入了解MCS-51单片机的工作原理和常见应用。
1. 概述MCS-51单片机是由Intel公司于20世纪80年代推出的一种8位微处理器。
它包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O)接口和定时器等功能模块，可以完成各种数据处理和控制任务。
2. 架构和指令集MCS-51单片机采用哈佛架构，即指令存储器和数据存储器分开存储的结构。
它的指令集包括基本指令、算术指令、逻辑指令和控制指令等，可以完成各种数据操作和控制流程。
3. 存储器和寄存器MCS-51单片机具有内部存储器和外部扩展存储器。
内部存储器包括程序存储器和数据存储器，用于存储指令和数据。
此外，MCS-51单片机还包括多个特殊功能寄存器，用于存储控制和状态信息。
4. 输入/输出(I/O)MCS-51单片机具有多个I/O口，用于连接外部设备。
通过配置I/O口的输入和输出模式，可以实现与外界的数据交换和控制。
5. 中断和定时器MCS-51单片机支持中断功能，可以在特定条件下中断正在执行的程序，并转向处理中断程序。
此外，MCS-51单片机还包含多个定时器/计数器，用于生成精确的时间控制和测量。
6. 应用领域MCS-51单片机广泛应用于各种嵌入式系统中，包括家电、通信设备、汽车电子和工业控制等。
它的低成本、低功耗和高可靠性使其成为许多应用场景的首选。
综上所述，MCS-51单片机是一种功能强大的嵌入式微处理器，具有丰富的功能和广泛的应用领域。
通过学习MCS-51单片机的原理和应用，我们可以更好地理解和应用该技术，为嵌入式系统的开发和设计提供支持。
MCS51_Extend型单片机开发套件06 / 2010G reative W orks&山东大学威海分校科技创新实验室目录MCS51_Extend型单片机开发套件 (1)第一章开发板介绍 (3)1.1 功能资源 (3)1.2 开发板电路 (3)1.2.1 电源 (3)1.2.2 复位及振荡电路 (4)1.2.3 蜂鸣器电路 (4)1.2.4 RS232串口电路 (5)1.2.5 八段数码管显示及按键电路 (5)1.2.6 LED电路 (7)1.2.7 串行存储器电路 (7)1.2.8 ADDA转换器电路 (8)1.2.9 USB 电路 (9)1.2.10 液晶接口 (9)1.2.11 扩展RAM CY62256 (9)1.2.13 外部总线扩展接口 (10)1.2.14 JTAG下载接口 (11)1.2 Byte Blaster II下载线 (11)1.3 示例代码 (11)1.3.1实例代码下载使用 (11)1.3.2 USB例程 (13)1.3.3 PS2例程 (13)第二章光盘目录 (14)MCS51_Extend\例程： (14)\芯片资料： (14)\开发学习资料： (14)\开发软件： (14)第一章 开发板介绍DevKit MCS51_Extend是面向单片机较高端应用开发的一套功能强大、开发方便，且具有很强实用性的开发套件。
作为DevKit系列中的高端产品，MCS51_Extend旨在提供一套拥有开发常用硬件资源，方便开发者自主研发，而且能够覆盖目前单片及课程实验，满足科技立项、挑战杯、电子设计大赛等竞赛应用的开发套件。
DevKit系列所有高端开发套件都由专业板厂制作，配套的各种元件与线材也都来自正规供货商，从而保证了品质与质量。
MCS51_Extend的控制器选择了应用广泛的Ateml AT89S系列8位单片机，板上包含了USB、PS2接口、液晶、片外RAM、AD、DA、RS232串口、串行EEPROM存储器、蜂鸣器、独立按键与LED和数码管等硬资源。
配套光盘中提供了丰富的文档说明、示例程序代码，和各种开发软件等设计资料。
是单片机学习试验、电子设计大赛、科技立项以及电子爱好者独立开发的明智选择。
1.1 功能资源●控制器选择ATMEL公司的AT89S系列单片机，4K字节Flash和256Bit RAM（AT89S51）或8K 字节Flash和256Bit RAM（AT89S52）。
●支持ISP，可以使用套件中提供的下载电缆通过PC并口下载程序到单片机。
●系统总线扩展接口，方便系统外设扩展。
●USB接口电路，能够进行USB通信，USB鼠标键盘等学习应用●PS2接口电路，可以连接PS2键盘鼠标，方便使用学习。
●片外32k Bytes的片外RAM，用于学习总线操作和实际工程中的内存扩展●液晶接口，可以连接液晶显示，为设计开发提供丰富的人机交互界面●RS232转换电路，可以与上位机或其他控制器进行串口通信。
● 8个独立LED，8个独立按键和1个蜂鸣器。
● 8个八段数码管。
●具有I2C接口的2K Bit的串行EEPROM M24C02，用于片外存储及I2C接口学习。
● AD转换器采用8位的TLC549，转换速度可达到17us。
● DA转换器采用10位的TLC5615。
●使用USB接口提供5V电源。
●配套提供KEIL、ISPlay、Protus、串口调试器等多种开发软件。
●完整的代码示例与说明文档。
1.2 开发板电路1.2.1 电源MCS51_Extend的电源由计算机的USB口供给，使用套件提供的USB A转B口电缆连接计算机USB口与开发板即可。
需要注意的是计算机USB端口能够提供的电压为5V，能够承受的最高电流通常为500mA。
因此，为了保证USB口不会因为开发板意外断路而损坏，在5V输入线上串入了自恢复保险丝，起到保护作用。
在电源电路中接入了电源指示LED和开关。
1.2.2 复位及振荡电路复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。
AT89S系列单片及为高电平复位，通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态。
这个电阻和电容的典型值为8.2K和10uF。
在MCS51_Extend开发板中没有使用这样的配置，而是利用AT89S系列单片机内部的一个100K 左右的下拉电阻作为放电带电阻，仅在RST引脚上连接一个1uF电容到VCC来构成上电复位电路。
按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。
MCS51_Extend使用22.1184MHz的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和连个电容即可 电容容量一般在15pF至50pF之间。
GND1.2.3 蜂鸣器电路蜂鸣器使用PNP三极管进行驱动控制，板上使用的是直流蜂鸣器，当P3.3输出低电平时，蜂鸣器鸣叫。
由于蜂鸣器为感性原件，可以在两端并接一个二极管来起到泄放作用。
1.2.4 RS232串口电路RS232串口电路使用MAX232CPE或SP232CPE作为电平转换芯片，并通过套件提供的串口电缆连接到计算机背后的COM口（9针D型口），用于MCS51_Extend与上位机通信或着和其他串口设备的数据交互。
1.2.5 八段数码管显示及按键电路MCS51_Extend包含两个4位一体共阳数码管，使用动态扫描方式驱动。
整个数码管操作是进行一次总线的写操作，首先U9 74AC574会在ALE脉冲时锁存住位选，然后U10 74AC573会在WR时钟时把总线的数据驱动到数码管的段选上。
数码管的位选也是按键电路的一部分，在进行数码管显示后可以紧跟着读取P1.1，如果这时某一按键按下且这个按键所对应的位选正好选中，那么P1.1读出的值就为0，这样进行按键的扫描。
PR21.2.6 LED电路开发板上提供了8个独立LED，也是由总线操作进行写值，LED灯连接573，在一个总线写时序后会把数据锁存到相应的口，这样LED就可以保持住数据状态。
1.2.7 串行存储器电路MCS51_Extend使用带I2C总线的24C02作为片外存储单元。
24C02为串行E2PROM，遵循二线制协议，由于其具有接口方便，体积小，数据掉电不挥发等特点，在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用。
24C02的时钟口SCL跟数据口分别连接51的P1.2口跟P1.3口。
因为AT89S51并不带I2C总线，所以需要软件模拟总线操作。
M24C02RMN61.2.8 ADDA转换器电路德仪的TLC549是8位的AD转换器，转换速度最大可到17us，TLC5615是10位的DA转换器。
开发板上做了兼容封装，只要根据实际芯片选择焊接即可。
TLC549芯片引脚中，VCC为芯片工作电源正电压，电压范围为3V到6V。
REF+为正参考电压，电压范围为2.5V到VCC+0.1V，REF-为负参考电压，电压范围为-0.1V到2.5V。
AIN引脚是模拟输入电压，电压范围为0到VCC,CS为芯片使能,IOCLK为输入时钟，DOUT是转换数据输出引脚。
TLC5615的电源电压VDD范围是4.5到5.5，REFIN是参考电压引脚，参考电压范围为2v到VDD-2v。
AOUT为模拟数据输出引脚，SCLK为读写时钟输入，DIN是数据输入引脚，DOUT为输入输出引脚。
CS为芯片使能。
在MCS51_Extend中，P1.4为低时选中TLC549，在P1.4为高时选中TLC5615.1.2.9 USB 电路MCS51_Extend是通过USB芯片USBD12实现USB功能的，PDIUSBD12为恩智浦半导体公司的USB2.0 Device芯片.，支持USB2.0 全速(12Mbps),是属于设备端的USB接口芯片。
51通过总线操作与USBD12通信，其中命令的地址为0x8000，而数据的地址为0x8001。
USBD121.2.10 液晶接口MCS51_Extend留有液晶接口，通过总线进行操作，可以方便的连接多款接口对应的液晶。
1.2.11 扩展RAM CY62256MCS51_Extend提供了片外RAMCY62256，它具有32k Bytes的RAM空间，通过总线进行相应的读写操作。
其地址空间为0x0000到0x7fff。
1.2.12 PS2接口电路MCS51_Extend带有PS2接口，可以连接PS2键盘，在51软件中实现PS2协议，其中，Kdata 线连接51的P3.5口，kclock连接P3.4口。
PS2-6PIN1.2.13 外部总线扩展接口通过外部总线扩展接口，可以连接板外的总线操作设备。
其地址空间为0xb000到0xbfff。
P41.2.14 JTAG下载接口开发板上的P1接口为JTAG下载接口，用于连接与计算机通信的下载电缆。
下载电缆包含在开发套件中，用户可以方便从计算机将编写的程序下载到单片机上。
P1021.2 Byte Blaster II下载线随开发套件附赠的Byte Blaster II下载线是一款多用途的产品，除了支持AT89S系列的单片机编程外，还支持对Altera公司的FPGA、CPLD以及ARM的编程操作。
其连接方法及内部电路原理如图所示：使用该下载线用户可以通过ISPlay软件方便的对AT89S系列单片及编程。
在对CPLD、FPGA编程时需要Altera Quartus II软件支持；对ARM编程时需要H-JTAG以及ADS等软件支持。
1.3 示例代码1.3.1实例代码下载使用DEMO_extend是一段用于检验及展示开发板各功能模块工作的代码程序，开发套件的DEMO_extend放在光盘根目录，“MCS51_Extend\例程”文件夹。
启动keil后，选择“project”->“open project”打开“dame_extend.Uv2”文件，可以看程序的源码。
请遵循以下步骤对开发套件上的单片机进行编程与测试。
1、在断电的状态下使用10PIN IDC电缆连接开发板JTAG接口2、打开开发板电源3、打开ISPlay软件，找到DemoCode目录下dame_extend.hex文件，将其下载到单片机4、断开电源，断开P102与P4的10PIN连接线，使用串口电缆连接计算机与开发板5、在计算机上打开串口调试工具6、打开开发板电源，这是可以看到DemoCode的运行情况如图11所示7、在串口调试工具的发送区发送相应的选项数字即可试验相应模块。
下载程序DEMO程序运行中的串口调试助手1.3.2 USB例程USB演示程序USB包括两个例程，一个是自定义USB设备，另外一个是模拟U盘，将例程\USB_例程\自定义USB 设备\MyUsbDevice中的程序烧入开发板，会提示安装驱动，指定目录到例程\USB_例程\自定义USB设备\Computer00Usb\driver安装自己写的驱动，然后打开上位机DEOM程序进行测试例程\USB_例程\自定义USB设备\MyUsbDeviceTestApp1.3.3 PS2例程PS2例程，是调试PS2键盘的程序，将\例程\PS2_extend下的PS2Test.hex烧录到单片机中，断电，将PS2键盘连接到开发板的PS2接口。
