項目一單片機基礎知識任務1單片機知識任務2計算機數制及其相互之間的轉換任務3Proteus8Professional軟件使用任務4Keil軟件使用教學任務

任務1：單片機知識。

任務2：計算機數制及其相互之間的轉換。

任務3：Proteus8Professional軟件使用。

任務4：Keil軟件使用。

教學目標

(1)掌握單片機的發展史、內部結構及單片機最小系統的構成。

(2)掌握各個進制間的相互轉換。

(3)掌握Proteus8Professional軟件的使用方法。

(4)掌握Keil軟件的使用方法。

任務1單?片?機?知?識

任務要求：在本小節學習基礎上簡述單片機的基本結構，簡要分析利用51單片機驅動LED電路的基本實現思路。學習目標：(1)掌握單片機的引腳結構。(2)掌握單片機最小系統及各模塊功能。1.單片機的引腳結構單片機屬于微型計算機的一種，它是把微處理器、存儲器、輸入/輸出(Input/Output，I/O)接口、定時器/計數器、串行接口、中斷系統等電路集成在一塊集成電路芯片上形成的微型計算機，因而被稱為單片微型計算機，簡稱為單片機。單片機頂部缺口左側為第1個引腳，逆時針排列，右側上端是第40個引腳。40個引腳的功能如下：(1)電源和晶振引腳。(2)控制引腳。(3)?I/O口引腳：P0口(32～39引腳)，內部沒有上拉電阻，不能正常輸出高低電平，因此使用時需外接上拉電阻，一般為10?kΩ。2．單片機的電平特性數字電路只有兩種電平：高電平和低電平。單片機是數字集成芯片，輸入/輸出是晶體管-晶體管邏輯(Transistor-TransistorLogic，TTL)電平，高電平是?+5?V，低電平是0?V。因計算機串口是RS-232C電平(負邏輯電平)，高電平是?-12?V，低電平是?+12?V，所以單片機與計算機相連時，需加電平轉換芯片，一般常用的電平轉換芯片是MAX232。3.單片機的主要特點單片機的主要特點如下：(1)在存儲器結構上，單片機的存儲器采用哈佛(Harvard)結構。(2)在芯片引腳上采用分時復用技術。(3)有21個特殊功能寄存器(SpecialFunctionRegister，SFR)。(4)采用面向控制的指令系統。(5)內部一般都集成一個全雙工的串行接口。(6)有很強的外部擴展能力。單片機的應用范圍很廣，可概括為如下幾個方面：(1)工業智能控制。(2)儀器儀表。(3)計算機外部設備及通信。(4)智能家居。(5)醫療衛生。(6)軍事。(7)航空航天。5．單片機的等級按照適應能力的不同，單片機可分為如下等級：(1)民用級或商用級。溫度適應能力在0～70℃。(2)工業級。溫度適應能力在?-40～85℃，適用于工廠和工業控制中。(3)軍用級。溫度適應能力在?-65～125℃，適用于環境條件苛刻、溫度變化很大的野外等環境。6．單片機的原理結構MCS-51系列單片機包含51和52兩個子系列。51子系列中，常見的有8031、8051、8751等機型。52子系列中，常見的有8032、8052、8752三種機型。52子系列與51子系列相比結構大部分相同，不同之處在于：片內數據存儲器增至256?B；8032芯片不帶ROM，8052芯片帶8?KB的ROM，8752芯片帶8?KB的EPROM；有3個16位定時器/計數器，6個中斷源。51單片機的內部結構集成了中央處理器(CentralProcessingUnit，CPU)、存儲器(RAM和ROM)、定時器/計數器、并行I/O口、串行口、中斷系統及一些特殊功能寄存器(SFR)，它們通過內部總線緊密地聯系在一起。7．單片機的存儲器單片機的存儲器分為兩個部分：程序存儲器(ROM)和數據存儲器(RAM)。程序存儲器又分為片內程序存儲器和片外程序存儲器兩部分；數據存儲器又分為片內數據存儲器和片外數據存儲器兩部分。1)內部數據存儲器低128個單元(00H～7FH)(1)工作寄存器區(00H～1FH)：分為四組，在任意時刻，CPU只能選擇其中的一組寄存器作為當前寄存器組，具體選擇哪一組由程序狀態字(ProgramStatusWord，PSW)寄存器中的RS1和RS0來決定。CY：進/借位標志位。可以由硬件或者軟件置位和清零。AC：輔助進/借位標志位。當執行加減法時，運算結果的低4位向高4位有進位或借位時，硬件置位1，AC?=?1；反之，AC?=?0。F0：用戶標志位。由用戶決定。RS1和RS0：工作寄存器組選擇位。OV：溢出標志位。若溢出，硬件置位1；反之，置位0。P：奇偶標志位。累加器(Accumulator，ACC)中有奇數個“1”，則P?=?1；反之，為0。(2)位尋址區(片內RAM的20H～2FH單元)：共有16個單元，每個單元既可以以字節訪問，又可以對每個單元中的位地址進行訪問，每個單元有8個位地址，共有128個位地址，因此把這個區域稱為位尋址區。(3)用戶數據區(30H～7FH)：共有80個單元，是提供給用戶使用的，常用做堆棧區。2)內部數據存儲器高128個單元(80H～FFH)51單片機共有高128個單元。51單片機有21個特殊功能寄存器(SFR)，52單片機有26個SFR，每個SFR都占用一個在此RAM區域中的一個單元。8.單片機最小系統單片機最小系統由復位電路、晶振電路、電源指示電路及主控芯片組成。1)復位電路復位電路是指使單片機內各寄存器的值變為初始狀態的電路。2)晶振電路單片機要想工作，必須有一個標準的時鐘信號作為基準，晶振電路(也稱時鐘振蕩電路)就是為單片機提供這種基準的電路，主要由某一頻率的晶體配合其他器件構成。晶振電路(時鐘電路)的完整周期包括時鐘周期、狀態周期、機器周期和指令周期4個部分。時鐘周期：又稱振蕩周期(晶振周期)，是為單片機提供時鐘信號的振蕩源的周期，是最小的時間單位。狀態周期：一個狀態周期是振蕩周期的兩倍。機器周期：指令完成一個基本操作所需要的時間，一個機器周期包括12個晶振周期，即6個狀態周期。指令周期：CPU執行一條指令所需要的時間。3)電源指示電路電源指示電路由發光二極管、限流電阻構成。上電后，為了給用戶提示上電成功，常常在電源電路里加入限流電阻和發光二極管，上電成功，指示燈點亮。

任務2計算機數制及其相互之間的轉換

任務要求：在本小節學習基礎上獨立完成任意數值各進制之間的轉換，各數值之間原碼、反碼、補碼及BCD碼之間的相互轉換。學習目標：(1)掌握單片機各進制之間的相互轉換。(2)掌握原碼、反碼、補碼及BCD碼的基礎知識。(3)掌握常用數據類型及運算符表示方法。1．數制所謂數制，是指數的表現形式，是一種按照進位原則進行計數利用符號計數的科學表示方法，全稱為進位計數制，簡稱數制。數制有很多種，常用的數制有二進制、八進制、十進制、十六進制4種方式。1)二進制數二進制(Binary)數的基數是2，它有0和1兩個數。運算規則為逢二進一，權是2n(n為整數)。二進制數的后綴是B，一般在單片機編程中以一個字節(8位)為單位。2)十進制數十進制(Decimal)數的基數是10，它有0～9共10個數字(又稱數碼)，用這10個數碼可以任意組合十進制的數。運算規則為逢十進一，借一當十，權是10n(n為整數)。十進制數的后綴是D，通常省略。3)十六進制數十六進制(Hexadecimal)數的基數是16，它有0～9以及A、B、C、D、E、F共16個數字字符，其中A～F相當于十進制的10～15，用這16個數碼可以任意組合十六進制的數。運算規則為逢十六進一，借一當一十六，權是16n(n為整數)。十六進制數的后綴是H。2．數制和數制之間的轉換1)二進制轉換成十進制規律：小數點左側整數部分從右往左每四位二進制數為一組來進行分組，整數部分不夠四位則直接在高位補0；小數部分從左往右每四位為一組，不夠四位在其低位補0。把每一組轉換成對應的十六進制數碼。2)十六進制轉換成二進制規律：本轉換是上述二進制轉換成十六進制的逆過程，即把每位十六進制數碼對應展開成四位二進制數，按照十六進制數制的順序正常排列即可。3)十進制轉換成十六進制規律：先轉換成二進制數，再轉換成十六進制數，整數采用“除以16取余”法，小數采用“乘16取整”法。4)十進制轉換成二進制規律：整數部分采用“除以2取余”法，小數部分采用“乘2取整”法。3.機器數1)原碼正數的原碼與原來的數相同。負數的原碼符號位是“1”，數值不變。2)反碼正數的反碼與原來的數相同。負數的反碼符號位是“1”，數值位按位取反。3)補碼正數的補碼與原來的數相同，負數的補碼由它的絕對值求反加1后得到，符號位是“1”。4)?BCD碼BCD碼也稱為8421碼，BCD碼分為兩種，壓縮BCD碼和非壓縮BCD碼。壓縮BCD碼是用四位二進制數表示一位十進制數；非壓縮BCD碼是用八位二進制數表示一位十進制數。

任務3Proteus8Professional軟件使用

任務要求：利用ProteusProfessional軟件繪制基于51單片機的16路流水燈電路原理圖，并分析電路基本結構。學習目標：(1)掌握Proteus8Professional軟件基本操作步驟。(2)掌握Proteus8Professional元器件的查找方法。(3)掌握基于51單片機的8路流水燈電路原理圖及其實現原理。Proteus軟件是英國LabCenterElectronics公司開發的EDA工具軟件，具備其他EDA工具軟件常見的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。Proteus是目前比較好的仿真單片機及外圍器件的工具，受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發應用的科技工作者的青睞。

任務4Keil軟件使用任務要求：利用KeilC51編寫16路流水燈代碼，編譯生成HEX文件并燒錄至任務3繪制的電路原理圖內，實現51單片機驅動LED燈的亮滅。學習目標：(1)掌握KeilC51軟件基本操作步驟。(2)掌握KeilC51軟件編程規范。(3)掌握基于51單片機的8路流水燈的軟件程序流程。KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列單片機C語言軟件開發系統，與匯編語言相比，C語言在功能性、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、鏈接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境μVision將這些部分組合在一起。項目二單片機I/O口應用任務18路流水燈軟件仿真及調試任務28路流水燈兩邊到中間再到兩邊特效顯示任務3心形燈設計與仿真教學任務

任務1：8路流水燈軟件仿真及調試。

任務2：8路流水燈兩邊到中間再到兩邊特效顯示。

任務3：心形燈設計與仿真。

教學目標

(1)掌握Proteus的元器件查找、放置及電路圖繪制方法。

(2)掌握單片機I/O的具體應用方法，了解高低電平的輸出含義。

(3)掌握Keil編程方法及編譯注意事項。

任務18路流水燈軟件仿真及調試

任務要求：P0口8路流水燈，在低電平時點亮，編程實現8路LED燈間隔500?ms從左往右流水點亮，再從右往左流水點亮，如此反復。晶振頻率為12?MHz。學習目標：(1)加深十六進制與二進制之間的互換理解。(2)掌握左移函數_crol_、右移函數_cror_的使用方法。(3)掌握while語句及for語句的使用方法。1．硬件電路設計所需元件：晶振(CRYSTAL)、電阻(RES)、電容(CAP)、電解電容(CAP-ELEC)、單片機(AT89C51)。LED燈(LED-RED)，按鍵開關(Button)。2．仿真效果程序編譯通過后，生成?.hex文件導入仿真圖AT89S51單片機內，執行特效即為項目所需特效。效果：P0口8路流水燈，在低電平時點亮，8路LED燈間隔500?ms從左往右流水點亮，再從右往左流水點亮，如此反復。晶振頻率為12?MHz。

任務28路流水燈兩邊到中間再到兩邊特效顯示任務要求：P0口接8路流水燈，在低電平時點亮，編程實現8路LED燈由兩邊到中間，再從中間到兩邊的特效顯示，如此循環往復。晶振頻率為12?MHz。學習目標：(1)掌握單片機I/O與代碼所賦值的十六進制間的聯系。(2)加深左移、右移函數的理解。(3)掌握for循環語句與LED燈特效間的聯系。1．硬件電路設計所需元件：晶振(CRYSTAL)、電阻(RES)、電容(CAP)、電解電容(CAP-ELEC)、單片機(AT89C51)、LED燈(LED-RED)、按鍵開關(Button)。2.仿真效果程序編譯通過后，生成?.hex文件導入仿真圖AT89S51單片機內，執行特效即為項目所需特效。效果：P0口8路流水燈，在低電平時點亮，8路LED燈間隔500?ms先從兩邊到中間依次點亮，再從中間到兩邊依次流水點亮，如此反復。

任務3心形燈設計與仿真任務要求：單片機4組I/O口全部接LED燈，擺成心形樣式，在低電平時點亮，編程實現32路LED燈特效顯示，如此循環往復。學習目標：(1)掌握單片機I/O與代碼所賦值的十六進制間的聯系。(2)加深左移、右移函數的理解。(3)掌握for循環語句與LED燈特效間的聯系。1．電硬件電路設計所需元件：晶振(CRYSTAL)、電阻(RES)、電容(CAP)、電解電容(CAP-ELEC)、單片機(AT89C51)、LED燈(LED-RED)、按鍵開關(Button)。2．仿真效果程序編譯通過后，生成?.hex文件導入仿真圖AT89S51單片機內，執行特效即為項目所需特效。效果：心形燈總共將顯示三種特效，分別為兩個LED燈自上而下移動(循環5次，且頻率漸快)，然后所有LED燈閃爍3次后順時針旋轉一圈。項目三單片機驅動數碼管應用任務1數碼管原理及電路分析任務2單個數碼管顯示例程任務3四位一體數碼管顯示數字任務4數碼管動態顯示案例分析任務5數碼管和LED綜合應用教學任務

任務1：數碼管原理及電路分析。

任務2：單個數碼管顯示例程。

任務3：四位一體數碼管顯示數字。

任務4：數碼管動態顯示案例分析。

任務5：數碼管和LED綜合應用。

教學目標

(1)掌握數碼管內部結構及工作原理，共陰極和共陽極數碼管的區別與聯系。

(2)掌握單片機驅動單個數碼管的顯示原理，C語言數組知識點的應用。

(3)掌握四位一體數碼管的驅動方法，利用余輝效應實現數碼管動態顯示案例。

(4)結合項目二單片機驅動LED的知識實現數碼管與LED燈的綜合應用。

任務1數碼管原理及電路分析任務要求：在本小節學習基礎上簡述7段數碼管內部結構及基本工作原理。學習目標：(1)掌握數碼管內部結構。(2)掌握共陰極及共陽極接法的區別與聯系。(3)掌握數碼管共陰極及共陽極兩種接法0～9對應的二進制碼。八段LED數碼管顯示器由8個發光二極管組成，其中7個長條形的發光管排列成“日”字形，另一個圓點形的發光管在數碼管顯示器的右下角作為顯示小數點用，它能顯示各種數字及部分英文字母。LED數碼管顯示器有兩種形式：一種是8個發光二極管的陽極都連在一起，稱之為共陽極LED數碼管顯示器；另一種是8個發光二極管的陰極都連在一起，稱之為共陰極LED數碼管顯示器。共陰和共陽結構的LED數碼管顯示器各筆畫段名和安排位置是相同的。當二極管導通時，對應的筆畫段發亮，由發亮的筆畫段組合而顯示出各種字符。8個筆畫段hgfedcba對應于一個字節(8位)的D7D6D5D4D3D2D1D0，于是用8位二進制碼就能表示欲顯示字符的字形代碼。在單片機應用系統中，數碼管顯示器常用兩種顯示方式：靜態顯示和動態掃描顯示。

任務2單個數碼管顯示例程

任務要求：制作在數碼管上顯示字符的單片機控制系統，實現顯示數字0～9及字符A、B、C、D、E、F的功能。學習目標：(1)掌握單片機查表程序的設計方法。(2)掌握單片機數碼管顯示接口電路的工作原理及其應用。(3)掌握單片機驅動數碼管程序設計方法。1．硬件電路設計所需元件：晶振(CRYSTAL)、電阻(RES)、電容(CAP)、電解電容(CAP-ELEC)、單片機(AT89C51)、LED燈(LED-RED)、數碼管(7-SEG*)。2．仿真效果程序編譯通過后，生成?.hex文件導入仿真圖AT89S51單片機內，執行特效即為項目所需特效。效果：P1口同時接了LED燈電路和數碼管電路，在低電平時點亮，數碼管采用共陽極接法，即對應碼段低電平有效。

任務3四位一體數碼管顯示數字任務要求：利用四位一體數碼管同時顯示數字0～9及字母ABCDEF的功能特效。學習目標：(1)加深十六進制與二進制之間的互換理解。(2)掌握左移函數_crol_、右移函數_cror_的使用方法。(3)掌握while語句及for語句的使用方法。1．硬件電路設計所需元件：晶振(CRYSTAL)、電阻(RES)、電容(CAP)、電解電容(CAP-ELEC)、單片機(AT89C51)、四位一體數碼管(7SEG-)、片選/段選芯片(74LS245)。3．仿真效果程序編譯通過后，生成?.hex文件導入仿真圖AT89S51單片機內，執行特效即為項目所需特效。效果：P0口控制四位一體數碼管的碼段，P2口的四個端口控制四位一體數碼管的位選。

任務4數碼管動態顯示案例分析任務要求：利用四位一體數碼管動態顯示數字0～99的計數器實現。學習目標：(1)掌握單片機I/O與代碼所賦值的十六進制間的聯系。(2)加深左移、右移函數的理解。(3)掌握for循環語句與數碼管特效間的聯系。工作原理：動態顯示驅動：數碼管動態顯示接口是單片機中應用最為廣泛的顯示方式之一，動態驅動是將所有數碼管的8個顯示筆畫“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制。當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現象及發光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩定的顯示數據，不會有閃爍感，因此動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的，能夠節省大量的I/O端口，而且功耗更低。1．硬件電路設計所需元件：晶振(CRYSTAL)、電阻(RES)、電容(CAP)、電解電容(CAP-ELEC)、單片機(AT89C51)。四位一體數碼管(7SEG-)、片選/段選芯片(74LS245)。2.仿真效果程序編譯通過后，生成?.hex文件導入仿真圖AT89S51單片機內，執行特效即為項目所需特效。效果：P0口控制四位一體數碼管的碼段，P2口的四個端口控制四位一體數碼管的位選。

任務5數碼管和LED綜合應用任務要求：利用數碼管來顯示LED燈的特效種類。LED特效1：全亮全滅；特效2：左移右移；特效3：中間到兩邊再兩邊到中間。每種特效建立一個子函數。學習目標：(1)掌握單片機I/O與代碼所賦值的十六進制間的聯系。(2)加深左移、右移函數的理解。(3)掌握for循環語句與數碼管特效間的聯系。1．硬件電路設計所需元件：晶振(CRYSTAL)、電阻(RES)、電容(CAP)、電解電容(CAP-ELEC)、單片機(AT89C51)、LED燈(LED-RED)、鎖存器(74LS373)、七段數碼管(7SEG-)。3．仿真效果程序編譯通過后，生成?.hex文件導入仿真圖AT89S51單片機內，執行特效即為項目所需特效。效果：利用數碼管來顯示LED燈的特效種類。LED特效1：全亮全滅；特效2：左移右移；特效3：中間到兩邊再兩邊到中間。每種特效分別對應一個子函數display1()；display2()；display3();項目四鍵盤及接口技術任務1按鍵工作原理及電路設計任務2按鍵控制流水燈特效顯示任務3電子門鈴程序設計任務4數碼管顯示矩陣鍵值教學任務任務1：按鍵工作原理及電路設計。任務2：按鍵控制流水燈特效顯示。任務3：電子門鈴程序設計。任務4：數碼管顯示矩陣鍵值。教學目標(1)掌握按鍵工作原理，按鍵抖動的原因及其消抖方式。(2)掌握單片機矩陣鍵盤電路的繪制方法。(3)掌握獨立按鍵控制LED流水燈仿真電路的實現方法。(4)掌握數碼管和矩陣鍵盤的綜合應用，矩陣鍵盤的掃描原理及程序實現流程。

任務1按鍵工作原理及電路設計

任務要求：在本小節學習基礎上簡述矩陣鍵盤的工作原理及延時消抖方式。學習目標：(1)掌握按鍵引腳結構。(2)掌握延時消抖的原因及消抖方式。(3)掌握矩陣鍵盤掃描原理。1.按鍵分類與輸入原理按鍵按照結構原理可分為兩類：一類是觸點式開關按鍵，另一類是無觸點式開關按鍵。前者造價低，后者壽命長。目前，微機系統中最常見的是觸點式開關按鍵。在單片機應用系統中，除了復位按鍵有專門的復位電路及專一的復位功能外，其他按鍵都是以開關狀態來設置控制功能或輸入數據的。當所設置的功能鍵或數字鍵按下時，計算機應用系統應完成該按鍵所設定的功能，鍵信息輸入是與軟件結構密切相關的。對于一組按鍵或一個鍵盤，總有一個接口電路與CPU相連。CPU可以采用查詢或中斷方式來了解有無將按鍵輸入，并檢查是哪一個按鍵按下，將該鍵號送入累加器，然后通過跳轉指令轉入執行該鍵的功能程序，執行完成后再返回主程序。2.按鍵結構與特點微機鍵盤通常使用機械觸點式按鍵開關，其主要功能是把機械上的通斷轉換為電氣上的邏輯關系。機械式按鍵在按下或釋放時，由于機械彈性作用的影響，通常伴隨有一定的時間觸點機械抖動，然后其觸點才穩定下來。為了避免按鍵觸點機械抖動所致的檢測誤判，必須采取消抖措施。按鍵較少時，可采用硬件消抖；按鍵較多時，采用軟件消抖。1)按鍵編碼一組按鍵或鍵盤都要通過I/O口線查詢按鍵的開關狀態。根據鍵盤結構的不同，采用不同的編碼。2)鍵盤程序一個完整的鍵盤控制程序應具備以下功能：(1)檢測有無按鍵按下，并采取硬件或軟件措施消抖。(2)有可靠的邏輯處理辦法。(3)準確輸出按鍵值(或鍵號)，以滿足跳轉指令要求。3.獨立按鍵與矩陣鍵盤1)獨立按鍵在單片機控制系統中，如果只需要幾個功能鍵，此時，可采用獨立按鍵。2)矩陣鍵盤在單片機系統中，若使用按鍵較多，如電子密碼鎖、電話機鍵盤等，一般至少有12到16個按鍵，通常采用矩陣鍵盤。(1)矩陣鍵盤的工作原理。矩陣鍵盤一般由16個按鍵組成，在單片機中正好可以用一個P口實現16個按鍵功能，這也是單片機系統中最常用的形式。當無按鍵閉合時，P3.0～P3.3與P3.4～P3.7之間開路。當有鍵閉合時，與閉合鍵相連的兩條I/O口線之間短路。判斷有無按鍵按下的方法是：第一步，置列線P3.4～P3.7為輸入狀態，從行線P3.0～P3.3輸出低電平，讀入列線數據，若某一列線為低電平，則該列線上有鍵閉合。第二步，行線輪流輸出低電平，從列線P3.4～P3.7讀入數據，若有某一列為低電平，則對應行線上有鍵按下。綜合一二兩步的結果，可確定按鍵編號。但是鍵閉合一次只能進行一次鍵功能操作，因此需等到按鍵釋放后，再進行鍵功能操作，否則按一次鍵，有可能會連續多次進行同樣的鍵操作。(2)鍵盤識別方法。識別按鍵的方法很多，其中最常見的方法是掃描法。按鍵按下時，與此鍵相連的行線與列線導通，行線在無按鍵按下時處于高電平。如果所有的列線都處于高電平，則按鍵按下與否不會引起行線電平的變化，因此必須使所有列線處于低電平。這樣，當有按鍵按下時，按鍵所在的行電平才會由高變低，才能判斷相應的行有鍵按下。獨立按鍵數量少，可根據實際需要靈活編碼。矩陣鍵盤，按鍵的位置由行號和列號唯一確定，因此可以分別對行號和列號進行二進制編碼，然后兩值合成一個字節，高4位是行號，低4位是列號。4.鍵盤的工作方式對鍵盤的響應取決于鍵盤的工作方式，鍵盤的工作方式應根據實際應用系統中的CPU的工作狀況而定，其選取的原則是既要保證CPU能及時響應按鍵操作，又不要過多占用CPU的工作時間。通常鍵盤的工作方式有三種，編程掃描、定時掃描和中斷掃描。

任務2按鍵控制流水燈特效顯示任務要求：通過按鍵來控制流水燈的特效顯示，按鍵S1～S8分別連接單片機的P3.0～P3.7接口，八路流水燈連接P0接口，按下按鍵S1實現八路流水燈亮滅的功能，按下按鍵S2實現八路流水燈左移的特效。學習目標：(1)掌握利用if語句實現判斷按鍵是否按下從而選擇相關特效的方法。(2)掌握C語言子函數的調用方法。(3)掌握按鍵延時消抖的代碼實現。1．硬件電路設計所需元件：晶振(CRYSTAL)、電阻(RES)、電容(CAP)、電解電容(CAP-ELEC)、單片機(AT89C51)、LED燈(LED-Blue)、按鍵(BUTTON)。2.仿真效果程序編譯通過后，生成?.hex文件導入仿真圖AT89S51單片機內，執行特效即為項目所需特效。效果：按下按鍵S1,P0接口對應的8個流水燈亮滅交替顯示；按下按鍵S2，P0接口對應的8個流水燈實現左移依次顯示的特效。

任務3電子門鈴程序設計

任務要求：按下門鈴開關，則門鈴響起。P1.0接口連接按鍵開關，P3.0接口連接揚聲器SOUNDER。學習目標：(1)掌握51單片機對按鍵開關的應用方法。(2)掌握單片機驅動揚聲器的基礎知識。(3)掌握while語句及for語句的使用方法。1．硬件電路設計所需元件：晶振(CRYSTAL)、電阻(RES)、電容(CAP)、電解電容(CAP-ELEC)、單片機(AT89C51)、喇叭(SOUNDER)。2．仿真效果程序編譯通過后，生成?.hex文件導入仿真圖AT89S51單片機內，執行特效即為項目所需特效。效果：按下按鍵KEY，則門鈴先以較慢頻率響一段時間后再以較快頻率發出響聲，然后靜音。

任務4數碼管顯示矩陣鍵值

任務要求：矩陣鍵盤與數碼管的綜合應用，矩陣鍵盤按鍵后數碼管對應顯示0～9和A、B、C、D、E、F。學習目標：(1)掌握矩陣鍵盤掃描原理。(2)加深對數碼管應用的理解。(3)掌握C語言函數調用的實現方法。1．硬件電路設計所需元器件：晶振(CRYSTAL)、電阻(RES)、電容(CAP)、電解電容(CAP-ELEC)、單片機(AT89C51)、數碼管(7SEG)、按鍵(BUTTON)、排阻(RES8PACK)。2.仿真效果程序編譯通過后，生成?.hex文件導入仿真圖AT89S51單片機內，執行特效即為項目所需特效。效果：按下矩陣鍵盤按鍵，則兩個數碼管顯示矩陣鍵盤對應的值。項目五中斷控制系統任務1中斷系統結構及原理任務2外部中斷0的應用任務3外部中斷1的應用任務4單級中斷案例仿真任務5兩級中斷嵌套任務6兩級中斷嵌套案例仿真任務7基于51單片機的車間計件器的設計教學任務任務1：中斷系統結構及原理。任務2：外部中斷0的應用。任務3：外部中斷1的應用。任務4：單級中斷案例仿真。任務5：兩級中斷嵌套。任務6：兩級中斷嵌套案例仿真。任務7：基于51單片機的車間計件器的設計。教學目標(1)掌握中斷控制系統的結構及原理。(2)掌握中斷允許寄存器的結構及賦值原理。(3)掌握中斷優先級寄存器的應用方法。(4)掌握外部中斷0和外部中斷1的具體實現方法及兩級中斷嵌套的控制方法。(5)利用中斷知識掌握實際生活中車間計件器的工作原理及設計思路。

任務1中斷系統結構及原理

任務要求：在本小節學習基礎上簡述中斷的含義及51單片機中斷類型。學習目標：(1)掌握中斷的基礎知識。(2)掌握中斷脈沖觸發及電平觸發兩種觸發方式。(3)掌握中斷優先級及其應用。中斷的過程：對于單片機來說，中斷是指CPU在處理某一事件A時，發生了另一事件B請求CPU立刻去處理(中斷發生)；CPU暫時停止當前的工作(中斷響應)，轉而去處理事件B(中斷服務)，待CPU處理完事件B后，再回到原來事件A被中斷的地方繼續處理事件A(中斷返回)。①中斷過程有如下三個重要指標：5個中斷源都有一個中斷入口地址，當某個中斷源產生中斷時，CPU響應中斷并到相應的中斷入口地址執行中斷服務程序。②中斷的嵌套與優先級處理。③中斷的響應過程。1．中斷的系統結構外部中斷請求源：INT0、INT1。外部中斷0(INT0)由外部引腳P3.2引入，外部中斷1(INT1)由外部引腳P3.3引入。內部中斷請求源：T0、T1、串口中斷。2．程序定義方式定義中斷函數的一般形式：void函數名()interrupt中斷序號using寄存器工作組如果中斷函數中調用了其他函數，則被調用函數所使用的寄存器組必須與中斷函數相同。中斷函數不能參數傳遞，沒有返回值，不能直接被調用。3．中斷系統寄存器TCON：低4位給外部中斷請求源使用，高4位給內部中斷請求源定時器T0、T1使用。外部請求源：IT0：INT0觸發方式控制位，可由軟件進行置位和復位。IT0?=?0時，INT0為低電平觸發方式。IT0?=?1時，INT0為負跳變觸發方式。IE0：INT0中斷請求標志位。當有外部的中斷請求時，該位置1(這由硬件來完成)，在CPU響應中斷后，由硬件將IE0清0。IT1、IE1的用途和IT0、IE0相似。內部請求源：TF0：定時/計數器T0溢出中斷標記，當T0產生溢出時，TF0置位。當CPU響應中斷后，硬件將TF0復位。TR0：T0的開閉控制位，TR0?=?1時定時計數器打開，TR0?=?0時定時計數器關閉。TF1、TR1與TF0、TR0相似。SCON：低2位與串口中斷相關。TI、RI：串行口發送、接收中斷。IE：中斷允許寄存器。EA：中斷總控制位。EA?=?1，CPU開放所有中斷；EA?=?0，CPU禁止所有中斷。ES：串行口中斷控制位。ES?=?1，允許串行口中斷；ES?=?0，屏蔽串行口中斷。ET1：定時/計數器TI中斷控制位。ET1?=?1，允許T1中斷；ET1?=?0，禁止T1中斷。EX1：外部中斷1中斷控制位。EX1?=?1，允許外部中斷1中斷；EX1?=?0，禁止外部中斷1中斷。ET0：定時/計數器T0中斷控制位。ET0?=?1，允許T0中斷；ET0?=?0，禁止T0中斷。EX0：外部中斷0中斷控制位。EX0?=?1，允許外部中斷0中斷；EX0?=?0，禁止外部中斷0斷。IP：中斷優先級寄存器。在該寄存器中，優先級分為1和0兩級，對應的位置為1則為高優先級，置為0則為低優先級。執行時先將高優先級的中斷執行完后才會執行低優先級(同等優先級情況下，按默認優先級排序)。PS：串行口中斷優先級控制位。PT1：定時器1優先級控制位。PX1：外部中斷1優先級控制位。PT0：定時器0優先級控制位。PX0：外部中斷0優先級控制位。補充：外部中斷的觸發方式選擇。1)電平觸發方式(低電平觸發)CPU在每個機器周期采樣得到外部中斷輸入線的電平。在中斷服務程序返回之前，外部中斷請求輸入必須無效(即變為高電平)，否則CPU返回主程序后會再次響應中斷。這種方式適用于外中斷以低電平輸入且中斷服務程序能清除外部中斷請求(即外部中斷輸入電平又變為高電平)的情況。2)跳沿觸發方式連續兩次采樣，一個機器周期采樣到外部中斷輸入為高電平，下一個機器周期采樣為低電平，則中斷請求標志位置1，直到CPU響應此中斷時，該標志才清0。這樣不會丟失中斷，但輸入的負脈沖寬度至少保持一個機器周期。

任務2外部中斷0的應用

任務要求：51單片機的外部中斷0引腳接一只按鍵，該按鍵通過上拉電阻連接電源，沒有按鍵發生時單片機檢測到的是高電平，當按鍵按下時單片機檢測到的是低電平。單片機的P0.0引腳以灌電流的方式連接一只LED，當按鍵按下時LED燈呈從左到右流水效果，沒按鍵時LED燈呈閃爍效果。學習目標：(1)掌握中斷的工作原理。(2)掌握中斷的應用及與硬件電路的聯系。(3)掌握中斷函數的定義及軟件程序設計流程。1．硬件電路設計所需元件：晶振(CRYSTAL)、電阻(RES)、電容(CAP)、電解電容(CAP-ELEC)、單片機(AT89C51)、LED燈(LED-RED)、按鍵開關(Button)。2．仿真效果效果：當按下一次按鍵的時候，8位LED燈將會呈現一個從右到左的流水燈顯示效果；當沒有按鍵按下的時候，LED燈將進行閃爍顯示。

任務3外部中斷1的應用

任務要求：在外部中斷1(P3.3)接一個按鍵Key，在P1口接入一個共陽極的數碼管和一組Led燈，編程實現，每來一個中斷，接在P1口的數碼管和LED燈加1顯示數值。學習目標：(1)掌握共陽極數碼管和共陰極數碼管的使用方法。(2)掌握原理圖導線連接的編號功能。(3)掌握外部中斷1的使用方式。1．硬件電路設計所需元件：晶振(CRYSTAL)、電阻(RES)、電容(CAP)、電解電容(CAP-ELEC)、單片機(AT89C51)、LED燈(LED-RED)、數碼管(7SEG)、芯片(74LS245)。2．仿真效果程序編譯通過后，生成?.hex文件導入仿真圖AT89S51單片機內，執行特效即為項目所需特效。效果：數碼管和Led顯示的數字是同步的，并且每按一次按鍵，數碼管和Led的數值都將自動加1。

任務4單級中斷案例仿真

任務要求：外部中斷0口外接一個脈沖觸發按鍵key，每來一個脈沖信號，接在P1口的8只LED燈高低四位相隔約0.5?s閃爍一次，然后8只LED燈每隔0.3?s閃爍5次。如此循環往復。晶振頻率為12?MHz。學習目標：(1)掌握for循環語句與LED燈特效間的聯系。(2)掌握延時程序延時時間的設置。(3)熟練編寫程序的技巧。1．硬件電路設計所需元器件：晶振(CRYSTAL)、電阻(RES)、電容(CAP)、電解電容(CAP-ELEC)、單片機(AT89C51)、LED燈(LED-RED)、按鍵開關(Button)。2．仿真效果效果：當按下按鍵的時候，接在P1口的8只LED燈高低四位相隔約0.5?s閃爍一次，然后8只LED燈每隔0.3?s閃爍5次。如此循環往復。

任務5兩級中斷嵌套

任務要求：P1口接8位LED燈并使用高電平進行點亮，K1接在單片機P3.2口，K2接在單片機P3.3口。編程實現當按下K1的時候，LED燈能夠進行從右向左的流水燈效果；當按下K2的時候，LED能夠進行從左到右的流水燈效果；當釋放按鍵的時候，LED的高低4位交替閃爍。學習目標：(1)掌握單片機兩級中斷嵌套的原理。(2)掌握中斷優先級的設置方式與程序格式。(3)掌握循環左移與循環右移的編程方法。1.硬件電路設計所需元件：晶振(CRYSTAL)、電阻(RES)、電容(CAP)、電解電容(CAP-ELEC)、單片機(AT89C51)、LED燈(LED-RED)、開關(KEY)。2.仿真效果效果：當按下K1的時候，LED能夠進行從右向左的流水燈效果；當按下K2的時候，LED能夠進行從左到右的流水燈效果；當釋放按鍵的時候，LED的高低4位交替閃爍。

任務6兩級中斷嵌套案例仿真

任務要求：P1與P0口分別接8位LED燈并使用低電平進行點亮，SW1接在單片機P3.2口，SW2接在單片機P3.3口。編程實現當按下SW1的時候，P0口接的LED能夠進行從右向左的流水燈效果；當按下SW2的時候，接在P1口的LED能夠進行從左到右的流水燈效果；當釋放按鍵的時候，P1口的LED燈閃爍。學習目標：(1)熟練掌握單片機兩級中斷嵌套的原理。(2)熟練掌握中斷優先級的設置方式與程序格式。(3)熟練掌握有關于LED燈光效果的編程方法。1.硬件電路設計所需元器件：晶振(CRYSTAL)、電阻(RES)、電容(CAP)、電解電容(CAP-ELEC)、單片機(AT89C51)、LED燈(LED-RED)、開關(switch)。2.仿真效果效果：當按下SW1的時候，P0口接的LED燈能夠進行從右向左的流水燈效果；當按下SW2的時候，接在P1口的LED能夠進行從左到右的流水燈效果；當釋放按鍵的時候，P1口的LED燈閃爍。

任務7基于51單片機的車間計件器的設計

任務要求：P1口接一個4位一體的數碼管，當有一個計數脈沖過來的時候，進行加1操作，實現計件器的功能仿真。學習目標：(1)熟練掌握單片機中斷使用的原理。(2)熟練掌握數碼管的使用。(3)熟練掌握數組的設置方式與使用規則。1.硬件電路設計所需元器件：晶振(CRYSTAL)、電阻(RES)、電容(CAP)、電解電容(CAP-ELEC)、單片機(AT89C51)、四位一體數碼管(7SEG)、芯片(74LS245)、按鍵(Button)。2.仿真效果效果：當接通電源之后，數碼管上面顯示數字0，然后每按一次按鍵，數碼管里面的數值加1顯示。項目六定時器/計數器應用任務1定時器/計數器的結構與原理任務2生成脈沖寬度調制信號(PWM)任務3同時生成兩種波形教學任務任務1：定時器/計數器的結構與原理。任務2：生成脈沖寬度調制信號(PWM)。任務3：同時生成兩種波形。教學目標(1)掌握51單片機定時器/計數器的結構及工作原理。(2)掌握51單片機定時器的四種工作方式以及具體應用方法。(3)掌握單片機定時器/計數器的初值計算器方法。(4)掌握脈沖寬度調制信號波形產生原理及仿真實現方法。

任務1定時器/計數器的結構與原理

任務要求：在本小節學習基礎上簡述定時器/計數器的結構及應用。學習目標：(1)掌握定時器/計數器的結構。(2)掌握TMOD的格式及工作方式的定義。(3)掌握各種工作方式下定時器及計數器初值的計算方法。51單片機內部有兩個16位可編程定時器/計數器，為定時器0(T0)和定時器1(T1)。定時器/計數器的工作方式、啟停控制通過編程控制寄存器來設定。控制寄存器是由特殊功能寄存器中的定時器/計數器控制寄存器(TCON)和定時器/計數器方式控制寄存器組成。1．定時器/計數器的結構每個16位的定時器/計數器分別由兩個高8位寄存器和低8位寄存器組成，T0由TH0和TL0組成，T1由TH1和TL1組成。它們分別用于存放定時或計數功能的高8位初值和低8位初值。方式控制寄存器(TMOD)主要用于設定工作方式，控制寄存器(TCON)主要用于控制啟動與停止，并保存溢出和中斷申請標志，中斷允許寄存器(IE)控制CPU對每個定時器的開放或者屏蔽。定時器工作在計數方式時，定時器T0由外部計數信號通過外部輸入引腳P3.4輸入，T1由P3.5輸入。定時器/計數器實際上是一個加1計數器，實現定時和計數兩種功能，其具體功能由TMOD寄存器來控制。通過軟件編程對寄存器TMOD和TCON進行設置。當工作在定時器功能時，振蕩器的12分頻信號產生計數器的加1信號，每來一個機器周期，計數器加1，直至計滿溢出。當工作在計數功能時，通過外部輸入T0(P3.4)和T1(P3.5)計數，外部脈沖的下降沿觸發計數。在每個機器周期的S5P2期間采樣值為0，則計數器加1，在下一個機器周期S3P1期間，計數初值重新裝入計數器。2.定時器/計數器的功能定時器/計數器具有定時和計數兩種功能。具體表現在：(1)定時控制。(2)自動計數。(3)系統監控。(4)檢測模塊。3．定時器/計數器方式控制寄存器(TMOD)定時器/計數器方式控制寄存器的作用是對T0和T1的工作方式進行設置各位的功能如下：①GATE：門控位。②C/：功能選擇位。③M1、M0：工作方式選擇位。③M1、M0：工作方式選擇位。4.定時器/計數器控制寄存器(TCON)TCON高四位的作用是控制定時器的啟動與停止，并保存T1和T0的溢出和中斷申請標志位。各位功能如下：TR0(TCON.4)：控制定時器T0啟停位。TF0(TCON.5)：定時器T0溢出中斷申請標志位。這兩位服務于T0。TR1(TCON.6)：控制定時器T1啟停位。TF1(TCON.7)：定時器T1溢出中斷申請標志位。這兩位服務于T1。5.定時器/計時器的四種工作方式及應用初始化的步驟如下：(1)設置TMOD。(2)根據定時時間或者計數次數，利用初值計算公式，計算定時或者計數初值，并對相應的寄存器TH1/TL1(TH0/TL0)賦值。(3)對IE中的相關位賦值。(4)?TCON中的TR1(TR0)置1，SS啟動。

任務2生成脈沖寬度調制信號(PWM)

任務要求：P1.0輸出脈沖寬度調制信號(PWM)，即輸出周期是20?ms，占空間比3∶10的矩形波，以控制直流電機按照一定的速度轉動，晶振頻率為12?MHz。采用定時器T0工作于方式2，定時250?μs。第一步：TMOD=00000010B?=?0X02。第二步：X?=?28-T/T機?=?256-250/1?=?6；TH0?=?TL0?=?6。第三步：EA?=?1；ET0?=?1；TR0?=?1。學習目標：(1)掌握定時/計數器的使用方式(2)掌握定時/計數器相關寄存器各位的含義(3)熟練設置定時/計數器的初值1.硬件電路設計所需元器件：晶振(CRYSTAL)、電阻(RES)、電容(CAP)、電解電容(CAP-ELEC)、單片機(AT89C51)、示波器(OSCILLOSCOPE)。3.仿真效果效果：在P1.0產生周期是20?ms，占空比是3∶10的PWM波形效果。

任務3同時生成兩種波形

任務要求：在P1.5生成周期是4?ms的方波，同時在P1.6引腳輸出周期是20?ms、占空比是4∶10的PWM波，要求采用定時器1，工作于方式1，晶振頻率是12?MHz。采用定時器T1，工作于方式1，定時2?ms。第一步：TMO?=?00010000B?=?0X10。第二步：X?=?216?-?T/T機?=?216?-?2000/1?=?65536?-?2000?=?63536?=?F830H；TH1?=?0XF8；TL1?=?1；TR1?=?1。學習目標：(1)掌握定時/計數器的使用方式。(2)掌握定時/計數器相關寄存器各位的含義。(3)熟練設置定時/計數器的初值。1．硬件電路設計所需元器件：晶振(CRYSTAL)、電阻(RES)、電容(CAP)、電解電容(CAP-ELEC)、單片機(AT89C51)、示波器(OSCILLOSCOPE)。2.仿真效果效果：在P1.5生成周期是4?ms的方波，同時在P1.6引腳輸出周期是20?ms、占空比是4∶10的PWM波。項目七串行通信應用任務1串行通信工作原理任務2兩個單片機之間的單向通信應用任務3兩個單片機之間的雙向通信應用教學任務任務1：串行通信工作原理。任務2：兩個單片機之間的單向通信應用。任務3：兩個單片機之間的雙向通信應用。教學目標(1)掌握串行通信的工作原理，串行通信的兩種基本方式。(2)掌握同步通信和異步通信的實現方法。(3)掌握單片機控制系統之間的相互通信以及具體的實現方法。(4)掌握實際項目中利用串行通信技術來解決實際問題的能力。

任務1串行通信工作原理

任務要求：在本小節學習基礎上簡述串行通信工作原理及波特率、溢出率的計算方式。學習目標：(1)掌握串行通信的工作原理。(2)掌握SCON寄存器的結構及串行口工作方式。(3)掌握PCON寄存器的結構及各種方式下波特率的計算方式。串行接口是一種可以將接收的來自CPU的并行數據字符轉換為連續的串行數據流發送出去，同時可將接收的串行數據流轉換為并行的數據字符供給CPU的器件。一般完成這種功能的電路，我們稱為串行接口電路。51單片機內部有一個全雙工串行接口。一般來說，只能接收或只能發送的串行口稱為單工串行；既可接收又可發送，但不能同時進行的稱為半雙工；能同時接收和發送的串行口稱為全雙工串行口。SBUF寄存器：它是兩個在物理上獨立的接收、發送緩沖器，可同時發送、接收數據，可通過指令對SBUF的讀寫來區別是對接收緩沖器的操作還是對發送緩沖器的操作，從而控制外部兩條獨立的收發信號線RXD(P3.0)、TXD(P3.1)，同時發送、接收數據，實現全雙工。SM2：多機通信控制位。REN：串行接收允許位：REN?=?0時，禁止接收；REN?=?1時，允許接收。TB8：在方式2、3中，TB8是發送機要發送的第9位數據。在多機通信中它代表傳輸的地址或數據，TB8?=?0時為數據，TB8?=?1時為地址。RB8：在方式2、3中，RB8是接收機接收到的第9位數據，該數據正好來自發送機的TB8，從而識別接收到的數據特征。TI：串行口發送中斷請求標志。RI：串行口接收中斷請求標志。表中各位(從左至右為從高位到低位)含義如下。SMOD：波特率加倍位。SMOD?=?1，當串行口工作于方式1、2、3時，波特率加倍。SMOD?=?0，波特率不變。GF1、GF0：通用標志位。PD(PCON.1)：掉電方式位。當PD?=?1時，進入掉電方式。IDL(PCON.0)：待機方式位。當IDL?=?1時，進入待機方式。波特率計算：在了解了串行口相關的寄存器之后，我們可得出其通信波特率的一些結論：(1)方式0和方式2的波特率是固定的。在方式0中，波特率為時鐘頻率的1/12，即fOSC/12，固定不變。在方式2中，波特率取決于PCON中的SMOD值，即波特率為當SMOD?=?0時，波特率為fOSC/64；當SMOD?=?1時，波特率為fOSC/32。(2)方式1和方式3的波特率可變，由定時器1的溢出率決定。當定時器T1用作波特率發生器時，通常選用定時初值自動重裝的工作方式2(注意：不要把定時器的工作方式與串行口的工作方式搞混淆了)。其計數結構為8位，假定計數初值為Count，單片機的機器周期為T，則定時時間為(256?-?Count)?×?T。從而在1?s內發生溢出的次數(即溢出率)可由公式(1)求得：從而波特率的計算公式由公式(2)求得：在實際應用時，通常是先確定波特率，然后根據波特率求T1定時初值，因此式