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1、2目目 录录 引 言 基本要求 实验报告 实验内容 操作考试 硬件结构 总线结构 存 储 器 指令系统 最小系统 实验方式 实验环境 结 语 实验一 流水灯 实验二 转向灯 实验三 中 断 实验四 定时器 实验五 串 口 实验六 数字钟 实验七 总 线9MPUARMX8610DSP5000600011GPU电脑手机12开发模式开发模式 直接在硬件平台上开发应用程序 在硬件平台移植操作系统，然后在操作系统平台开发应用程序MMU: Memory Management Unit13嵌入式操作系统嵌入式操作系统 ucLinux ucOS Windows CE Linux Android VxWorks
2、14应用领域应用领域 安防应用 工业应用 计算机及周边 能源 运输和汽车电子 视频和影像 通信与电信 消费电子 医疗电子 航空航天 军事15手机结构图手机结构图16电脑结构图电脑结构图17电视结构图电视结构图18硬盘驱动器框图硬盘驱动器框图19智能仪表框图智能仪表框图20嵌入式计算框图嵌入式计算框图21数码相机框图数码相机框图22网络平台框图网络平台框图23RFID 阅读器阅读器24便携式数据终端便携式数据终端25台式计算机台式计算机26笔记本电脑笔记本电脑27服务器服务器28打印机打印机29无线鼠标无线鼠标30以太网交换机以太网交换机31变电站控制变电站控制32车用信息娱乐车用信息娱乐33汽
3、车门禁系统汽车门禁系统34汽车仪表板35汽车车身控制器汽车车身控制器36车用视觉控制车用视觉控制37E-bike38微波炉微波炉39洗衣机洗衣机40电冰箱电冰箱41移动互联网移动互联网42物联网物联网43实验报告实验报告44实验内容实验内容 实验一 流水灯(P1口输出实验) 实验二 转向灯(P1口输入实验) 实验三 中断实验 实验四 定时器实验 实验五 串口实验 实验六 数字钟实验 实验七 总线实验45操作考试操作考试选择算法：题号 = (学号的最后2位 + 随机数) MOD 5 + 1现场提问，根据回答情况给出考试成绩46开放考试开放考试 自主选择一个综合型题目（如数字温度计，数字电压表），
4、题目不限。 要求用Proteus设计电路、仿真及PCB制板。 不能完全照搬别人的设计，原理、电路、程序要有自已的特色。 提交可仿真的电路及程序，以学号姓名命名文件夹，报告用论文格式写作，并用A4纸打印提交。报告模板47硬件结构硬件结构微型计算机的基本组成 48硬件结构硬件结构MCS-51单片机的基本组成单片机的基本组成哈佛结构冯诺伊曼结构CISCRISC时钟电路时钟电路4KROM程序存储器程序存储器256BRAM数据存储器数据存储器2X16位位定时定时/计数器计数器CPU处理器处理器64KB总线总线扩展控制器扩展控制器可编程可编程I/O端口端口P0-3可编程可编程串行口串行口49MCS-51单
5、片机的引脚配置图P1P2P3P050总线结构总线结构地址锁存器CBI/OA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0DBABP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESETP3.0P3.1P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7VSSVCC P0.0P0.1P0.2P0.3P0.5P0.6P0.7EAALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P3.2P0.451存存 储储 器器MCS-51单片机单片机片内片内ROM4K片内片内RAM256B片外片外RAM64K片外片外R
6、OM64K数据存储器地址空间 程序存储器地址空间 I/O系统地址空间52存存 储储 器器特殊功能寄存器00H 1FH20H2FH30H7FH80HFFH80H88H90H98HA0HA8HB0HB8HD0HE0HF0H 特殊功能寄存器中位寻址外部ROM内部ROM(EA=1)外部ROM(EA=0)0000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFH外 部RAM(I/O口地址)0000HFFFFH工作寄存器区位寻址区通用RAM区530区工作寄存器区结构图RAM地址地址07H06H05H04H03H02H01H00H54片内 RAM（20H-2FH）中的位寻址区2FH20H字节地址字节地址位
7、地址位地址5556单片机复位后特殊功能寄存器的状态特殊功能寄存器初始状态特殊功能寄存器初始状态A00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0P3FFHSBUFBIP00000BSCON00HIE000000BPCON0B57指令系统指令系统操作码：定义指令功能，详细信息查找指令表操作数：定义操作对象(输入输出数据)，由寻址方式指定数学中函数三要素：定义域，值域，对应法则指令系统： 源操作数，目的操作数，操作码C语言函数：输入参数，返加参数，函数体CISCRISC58寻址方式寻址方式 单片机共有7种寻
8、址方式，111条指令:1 立即寻址立即寻址2 直接寻址直接寻址3 寄存器寻址寄存器寻址4 寄存器间接寻址寄存器间接寻址5 变址寻址变址寻址6 相对寻址相对寻址7 位寻址位寻址5960最小系统最小系统61自制实验系统自制实验系统成本：20元左右62STC89C51RC CPU63USB 下载线下载线6422.1184MHz晶振晶振6522pf瓷片电容瓷片电容6610uf电解电容电解电容67电阻电阻68Led69Button70面包板面包板71EDA72实验方式实验方式 单片机开发板硬件实验 Proteus 软件仿真实验73实验环境实验环境 Proteus -电路设计、仿真、制板软件 Keil -
9、 汇编、C语言集成开发环境 STC-ISP -下载工具74Proteus ISIS75Proteus ARES76Keil77ISP78实验一实验一 流水灯实验流水灯实验 内容：P1口接8个LED D1-D8用循环延时实现流水灯 要求： 熟悉P1口作输出口的原理与方法。 掌握循环延时，并能计算延时时间。79P1P1口的位结构图口的位结构图D Q 锁存器锁存器CL /QP1.x引脚引脚Vcc读锁存器读锁存器读引脚读引脚内部总线内部总线写锁存器写锁存器内部上拉电阻内部上拉电阻上拉电阻上拉电阻三态门三态门80电子设计电子设计 绘制原理图 规划电路板 生成网络表及选择元件封装 设置参数(板层数，布局参
10、数，布线参数) 布局(自动布局与手动布局) 布线(自动布线与手动布线) 文件保存及输出(导出Gerber RS274X文件)81思考题思考题 用C语言实现流水灯，如何计算延时时间？ 当LED数量远多于接口数量时（如50, 100, 1000个LED），如何实现流水灯?82实验二实验二 转向灯转向灯 内容：P3口接2个按键输入K1,K2，P1口接1个数码管S1输出显示，K1按下S1显示”L”, K2按下S1显示“R”。 要求： 熟悉P3口作输入口的原理及方法。 掌握数码管的结构、原理及使用方法。 掌握按键去抖动的原理及方法。83P3口的位结构图D Q 锁存器锁存器CL /QP3.x引脚引脚替代输
11、出功能替代输出功能读锁存器读锁存器读引脚读引脚内部总线内部总线写锁存器写锁存器MUX (地址地址/数据数据=0)Vcc上拉电阻上拉电阻替代输入功能84数码管结构与原理数码管结构与原理d1234abcdpfec dpdegfbaGNDGNDabcdefgdpabcdefgdp+5v8R8Rg共阴极共阴极Cathode共阳极共阳极Anode85数码管结构与原理数码管结构与原理86数码管结构与原理数码管结构与原理字型字型共阳极代共阳极代码码共阴极代共阴极代码码字型字型共阳极代共阳极代码码共阴极代共阴极代码码0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4
12、FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF84H71H7F8H07H灭灭FFH00H880H7FH87显示设备显示设备LED数码管，点阵屏数码管，点阵屏CRTLCDOLED88输入设备输入设备KeyKey BoardTouch89思考题思考题 当有多个数码管时，应该如何设计电路？90实验三实验三 中断实验中断实验 内容：P1口接8个LED D1-D8实现流水灯，P3.2接1个按键K1用于中断，当K1按下时，D1-D8全亮1秒再返回流水灯中断状态接着执行。 要求： 掌握中断的基本原理。 学会使用中断系统。91中断的概念中断的概念执行执行主程序主程序
13、继续继续执行执行断点断点中断请求中断请求中断响应中断响应执行执行中断中断处理处理中断返回中断返回看书借书电话中断是硬软件实现的轮询?中断是处理随机事件理想方法？中断是为了提高CPU的利用率？92中断结构中断结构 0INT010110101010100TF1INT1TF1T1R0IT1IT0IEIE0EX0ET1EX1ETES中断源开放中断开放EA级寄存器中断优先0PX0PT1PX1PTPS查询硬件请求高级中断中断源中断源向量中断向量中断请求低级中断93中断寄存器中断寄存器 TCON - 定时控制寄存器，定时控制寄存器， IE - 中断允许控制寄存器，中断允许控制寄存器， IP - 中断优先级控
14、制寄存器，中断优先级控制寄存器， SCON - 串行口控制寄存器。串行口控制寄存器。94定时控制寄存器定时控制寄存器TCON（1）IT0选择外部中断请求0为跳沿触发方式还是电平触发方式： IT0=0，为电平触发方式。 IT0=1，为跳沿触发方式。 可由软件置“1”或清“0”。（2）IE0外部中断请求0的中断请求标志位。 IE0=0，无中断请求。 IE0=1，外部中断0有中断请求。当CPU响应该中断，转向中断服务程序时，由硬件清“0”IE0。95中断允许控制寄存器中断允许控制寄存器IE0 0 禁止，禁止，1 1允许允许（1）EA：中断允许总控制位（2）ES：串行口中断允许位（3）ET1：定时器/
15、计数器T1的溢出中断允许位（4）EX1：外部中断1中断允许位（5）ET0：定时器/计数器T0的溢出中断允许位（6）EX0：外部中断0中断允许位。96中断优先级控制寄存器（中断优先级控制寄存器（IP） PSPS： 串行口中断优先级控制位。串行口中断优先级控制位。 PT1PT1：定时计数器：定时计数器T1T1中断优先级控制位。中断优先级控制位。 PX1PX1：外部中断：外部中断1 1中断优先级控制位。中断优先级控制位。 PT0PT0：定时计数器：定时计数器T0T0中断优先级控制位。中断优先级控制位。 PX0PX0：外部中断：外部中断0 0中断优先级控制位。中断优先级控制位。 注意：单片机复位后，注
16、意：单片机复位后，IPIP寄存器被清寄存器被清0 0，所有中断源为低级，所有中断源为低级中断。中断。97中断向量表中断向量表高高低低优优 先先 级级NMI98中断服务程序设计的步骤（1 1）对外中断源，是采用电平触发还是跳沿触发。）对外中断源，是采用电平触发还是跳沿触发。（2 2）设置中断优先级寄存器）设置中断优先级寄存器IPIP。（3 3）设置中断允许控制寄存器）设置中断允许控制寄存器IEIE。（4 4）编写中断服务程序，处理中断请求。）编写中断服务程序，处理中断请求。注：前注：前3 3条一般放在主程序的初始化程序段中。条一般放在主程序的初始化程序段中。99中断程序结构中断程序结构ORG 0
17、000HORG 0000HLJMP MAINLJMP MAINORG ORG 中断入口地址中断入口地址LJMP INTRLJMP INTR ORG XXXXHORG XXXXHMAINMAIN：主：主 程程 序序INTRINTR：中断服务程序：中断服务程序void main()void main() void intr() interrupt void intr() interrupt 中断类型号中断类型号 using using 工作工作组寄存器组寄存器 100中断服务程序流程中断服务程序流程INTINT： CLR EACLR EA；CPUCPU关中断关中断PUSH PSWPUSH PSW；
18、现场保护；现场保护PUSH ACCPUSH ACC； SETB EASETB EA；CPUCPU开中断开中断中断处理程序段中断处理程序段 CLR EACLR EA；CPUCPU关中断关中断POP ACCPOP ACC；现场恢复；现场恢复POP PSWPOP PSWSETB EASETB EA；CPUCPU开中断开中断RETIRETI；中断返回，恢复断点；中断返回，恢复断点101操作系统操作系统 实时操作系统 分时操作系统 批处理系统 Windows Linux Mac OSX 抢占式内核 非抢占式内核Mac OSXWindows 8Ubuntu102微型嵌入式操作系统微型嵌入式操作系统 Mic
19、roC/OS II (uC/OS II) http:/ 嵌入式实时操作系统uC/OS-II(第2版)源代码行数：5000多行103思考题思考题 中断服务程序与子程序有何异同？ P3.3再接1个按键k2,当k2按下时，LED D1-D8全灭1秒，k1和k2同时按下会有何现象？ 如何实现多于2个的外部中断？104实验四实验四 定时器实验定时器实验 内容：P1口接8个LED D1-D8，用定时器T0的方式1定时1s实现流水灯，并用示波器检测P3.7是否达到定时1s功能？ 要求： 熟悉定时/计数器的基本原理。 会计算定时器的时间常数。105定时器定时器106定时器定时器控制信号振荡器端TX计数器加1T
20、FX中断12C/T=0C/T=1107TMODT1控制控制T0控制控制M0M1C/TGATEM0M1C/TGATED0D1D2D3D4D5D6D7M1 M0工作方式选择工作方式选择M1 M0C/T 定时定时/ /计数工作方式选择计数工作方式选择GATE 门控端门控端108定时定时/ /计数器工作方式计数器工作方式M1 M0 工 作 方 式 功 能 0 0 方 式0 初 值 寄 存 器TL的 低5位 与TH的8位 构 成13位 计 数 器 0 1 方 式1 寄 存 器TL与TH构 成16位 计 数 器 ， 计 满 溢 出 ， 16位 计 数 器 回 零 1 0 方 式2 自 动 装 载8位 计
21、数 器 ， TL溢 出 ， TH内 容 送TL 1 1 方 式3 定 时 器T0分 成 两 个8位 定 时 器 ， T1停 止 工 作 109TCON触发方式选择触发方式选择启动定时启动定时/计数器计数器0 低电平低电平1 下降沿下降沿0 停止停止1 启动启动110方式方式1振荡器1/12TL0 TH0TF011&T0TR0GATEINT0C/T=0C/T=18位8位1616位计数器位计数器定时时间：定时时间：t=（216-T0初值）初值）机器周期机器周期111使用步骤使用步骤确定TMOD控制字:编程时将控制字送TMOD； 计算计数器的计数初值:编程时将计数初值送THi、 TLi；开中断（如果
22、使用中断方式）:编程置位EA、ETiTRi位置位控制定时器的启动和停止。112移动操作系统移动操作系统 多线程 时间片113Android114Windows115大型嵌入式操作系统大型嵌入式操作系统 Linux + ARM www.kernel.org 源代码行数：1000多万行116扩展扩展 Proteus ARES PCB制板117实验五实验五 串口实验串口实验 内容：利用串口发送和接收数据，在P1接8个LED D1-D8，并利用接收到的数据实现流水灯。 要求： 掌握串行口方式1的工作方式及编程方法。 掌握串行通讯中波特率的设置。 给定通讯波特率的情况下，会计算定时时间数。118通信的概
23、念通信的概念 并行通信与串行通信 同步通信与异步通信 单工、半双工与双工119串口框图串口框图120SCON SM0、SM1：控制串行口的工作方式。：控制串行口的工作方式。 SM2：允许方式：允许方式2和方式和方式3进行多机通信控制位。进行多机通信控制位。 REN：允许串行接收控制位。：允许串行接收控制位。REN=1，允许接收。，允许接收。 TB8：是工作在方式：是工作在方式2和方式和方式3时要发送的第时要发送的第9位数据，位数据，根据需要由软件置位和复位。根据需要由软件置位和复位。 RB8：是工作在方式：是工作在方式2和方式和方式3时接收到的第时接收到的第9位数据。位数据。 TI：发送中断标
24、志位。必须由软件清零。：发送中断标志位。必须由软件清零。 RI：接收中断标志位。必须由软件清零。：接收中断标志位。必须由软件清零。121工作方式工作方式122PCON SMOD：波特率倍增位。：波特率倍增位。 当当SMOD=1时，波特率加倍；时，波特率加倍； 当当SMOD=0时，波特率不加倍。时，波特率不加倍。 GF1、GF0：两个通用标志位，用户使用。：两个通用标志位，用户使用。 思考：思考：该两位的作该两位的作 用是什么？用是什么？123波特率波特率 定义定义 串行口每秒钟发送（或接收）的位数称为波特率。串行口每秒钟发送（或接收）的位数称为波特率。 （1 1）方式）方式0 0的波特率的波特
25、率 在方式在方式0 0下，串行口通信的波特率是固定的，其下，串行口通信的波特率是固定的，其值为值为fosc/12fosc/12（foscfosc为主机频率）。为主机频率）。 （2 2）方式）方式2 2的波特率的波特率 在方式在方式2 2下，通信波特率为下，通信波特率为fosc/32fosc/32或或fosc/64fosc/64，根据特殊功能寄存器根据特殊功能寄存器PCONPCON中中SMODSMOD位的状态来决定位的状态来决定串行口在那个波特率下工作。串行口在那个波特率下工作。124（3）方式1或方式3的波特率 在这两种方式下，串行口波特率是由在这两种方式下，串行口波特率是由定时器的溢出率决定
26、的，因而波特率是可定时器的溢出率决定的，因而波特率是可变的。波特率的公式为：变的。波特率的公式为：溢出率定时器波特率T1322SMOD)21(12fT1KOSC初值溢出率定时器125网络网络 RS232 , 485 有线网络(Earthnet, 光纤网) 无线网络(NFC, Bluetooth , Wifi, 2G, 3G,4G)10cm10m100m500m126扩展扩展 多机通信 单片机与PC机之间通信127实验六实验六 数字钟实验数字钟实验 内容：P3口接3个按键k1,k2,k3分别用于调整时、分、秒，P0,P2口接8位连体数码管用于显示时间，时、分、秒分隔符用”-”。 要求： 实现定时
27、1s的程序。 熟悉时钟的程序逻辑。 掌握数码管的动态显示。128实验七实验七 总线结构总线结构 内容：采用74LS373作为地址锁存器，用1片6264扩展单片机片外RAM存储器，并用74LS244作输入接口接8个按键K1K8，74LS273作输出接口接8个LED D1D8，LED显示对应的按键状态。 要求： 掌握单片机的RAM存储器扩展方法。 掌握单片机的I/O系统的扩展方法。129片外片外ROM扩展扩展130片外片外ROM访问时序访问时序131片外片外RAM扩展扩展132外部外部RAMRAM读时序读时序MOVX A,DPTR; CPU从外部对象读数据133外部外部RAMRAM写时序写时序MOVX DPTR,A; CPU给外部对象写数据134I/O扩展扩展135体系结构体系结构136操作系统操作系统137设计模式设计模式138综合能力综合能力139140 结束语结束语