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1、机械系统微机控制,王志刚 机械系机电教研室 Email：jxxwzg 2019年11月10日11时6分,单片机内容纵览,单片机的发展经历了由4位机到8位机,再到16位机的发展过程,单片机（嵌入式应用）属于专用计算机，主要应用于智能仪表、智能传感器、智能家电、智能办公设备、汽车及军事电子设备等应用系统。,单片机体积小、价格低、可靠性高，其非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。,MCS-51单片机的种类 8051、8751、8031,8051、8751、8031提供的资源： 它们均具有8位CPU 、4个并行I/O口、2个T/C、1个全双工的串行口、5个中断源、21个SFR、12
2、8个字节RAM。 8051内部有4KROM程序存储器； 8751内部有4KEPROM程序存储器； 8031内部外接EPROM程序存储器。 它们均可以构成一个完整的8位计算机。,什么是单片机? 在一块芯片体上集成了中央处理器CPU、随机存储器RAM、程序存储器ROM或EPROM、定时器计数器、中断控制器以及串行和并行IO接口等功能部件，单芯片微型计算机，即单片机。,CPU,时钟电路,P3口线的第二功能,VCC,VSS,XTAL2 XTAL1,RST,P0. 0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7,P1. 0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1
3、.6 P1.7,P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0,ALE,P3. 0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7,2、振荡电路：XTAL1、XTAL2,3、复位引脚：RST,4、并行口：P0、P1、P2、P3,7、ALE：地址锁存控制信号,1、电源线：VCC(+5V)、VSS(地),中央处理器CPU：8位，运算和控制功能 内部RAM：共256个RAM单元，用户使用前128个单元，用于存放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。 内部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表格。 定时/计数器：两个16位的定
4、时/计数器，实现定时或计数功能。 并行I/O口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。 串行口：一个全双工串行口。 中断控制系统：5个中断源（外中断2个，定时/计数中断2 个，串行中断1个） 时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHZ和12MHZ 复位电路：上电复位和手动复位,MCS-51硬件资源,1.CPU,作用：读入和分析每条指令，根据每条指令的功 能要求，控制各个部件执行相应的操作。,组成：运算器和控制器。,算术、逻辑运算部件ALU、 累加器ACC、寄存器B、 暂存器TMP1、TMP2、 程序状态寄存器PSW、 布尔处理器、 十进制调整电路,时钟发生器、定时控制逻辑、 指令寄
5、存器、指令译码器 、 程序计数器PC、 程序地址寄存器、 数据指针寄存器DPTR、 堆栈指针SP,运算器,控制器,算术、逻辑运算部件ALU,指令寄存器,指令译码器,2.存储器,片内程序存储器（4KB） 片外程序存储器（扩展64KB） 片内数据存储器（256B） 片外数据存储器（扩展64KB）,51系列单片机在物理上有4个存储空间：,SFR RAM 位寻址区 工作 寄存器 0-3组,外部 RAM,RAM,0000,FFFF,00H,20H,30H,80H,FF,1FH,2FH,7FH,mov,movx,movc,(1)程序存储器,程序存储器,内部,外部,(PC),程序存储器资源分布,中断入口地址
6、,0000H 系统复位入口地址 0003H 外部中断0入口地址 000BH 定时器/计数器T0中断入口地址 0013H 外部中断1入口地址 001BH 定时器/计数器T0中断入口地址 0023H 串行口中断地址,程序存储器的扩展,（8k）,（8k）,内部,外部,(2)数据存储器,数据存储器,RAM,专用 寄存器,内部RAM存储器,psw,MCS-51的专用指针 DPTR 外部数据存储器地址指针 R0、R1 外/内部数据存储器地址低8位指针 SP 堆栈地址指针 PC 程序存储器地址指针,离散分布有21个特殊功能寄存器SFR。, 11个可以进行位寻址。,特别提示：对SFR只能使用直接寻址方式，书写
7、时可使用寄存器符号，也可用寄存器单元地址。,高128个单元,Mov A ，#07H Mov E0H，#07H,单元地址,2FH 2EH 2DH 2CH 2BH 2AH 29H 28H 27H 26H 25H 24H 23H 22H 21H 20H,7F 77 6F 67 5F 57 4F 47 3F 37 2F 27 1F 17 0F 07,MSB 位地址 LSB,7E 76 6E 66 5E 56 4E 46 3E 36 2E 26 1E 16 0E 06,7D 75 6D 65 5D 55 4D 45 3D 35 2D 25 1D 15 0D 05,7C 74 6C 64 5C 54 4C
8、 44 3C 34 2C 24 1C 14 0C 04,7B 73 6B 63 5B 53 4B 43 3B 33 2B 23 1B 13 0B 03,7A 72 6A 62 5A 52 4A 42 3A 32 2A 22 1A 12 0A 02,79 71 69 61 59 51 49 41 39 31 29 21 19 11 09 01,78 70 68 60 58 50 48 40 38 30 28 20 18 10 08 00,在MCS-51系列单片机中，位地址有以下几种表示方式： （1）直接使用位地址。 （2）用单元地址加位序号表示。如25H.5表示25H单元的D5位（位地址是2DH
9、），而PSW中的D3可表示为D0H.3。这种表示方法可以避免查表或计算，比较方便。 （3）用位名称表示。特殊功能寄存器中的可寻址位均有位名称，可以用位名称来表示该位。如可用RS0表示PSW中的D3位：D0H.3 （4）对特殊功能寄存器可直接用寄存器符号加位序号表示。如PSW中的D3位，又可表示为PSW.3。,数据存储器的扩展,3. 定时/计数器,1、定时/计数器的结构,1、模式控制寄存器TMOD,控制T1,控制T0,2、控制寄存器TCON,计数初值：X=M-计数值=28-200=56D=38H,（M-X）T=定时值 即（213-X）10-6=110-3,89H,88H,8253可编程定时/计数
10、器,P0（80H）口有两个用途，第一是作为普通I/O口使用；第二作为地址/数据总线使用。当用作第二个用途时，在这个口上分时送出低8位地址和传送数据,P1（90H）口只用作普通I/O口，所以它没转换开关MUX,P2（A0H）口也有两种用途，一是作为普通I/O口，二是作为高8位地址线。,P3（B0H）口是一个多功能端口，P3口除了有准双向I/O功能外，还具有第二功能,4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。,4.并行I/O口,8255可编程通用并行接口,5.串行接口,1串行口控制寄存器SCON,98H,2电源控制寄存器PCON （低4位：CHMOS器件的掉电方式控制位）。,87H,模式0的波特率
11、=fosc/12 模式2的波特率=2SMODfosc /64,模式1和模式3的波特率= 2SMODT1的溢出率/32,（3）RS-422A、RS-485电平信号传输 当通信双方距离较远时（大于15 m以上），可采用RS-422或RS-485C串行标准进行数据传输。,（2） RS-232C电平信号传输 当通信双方距离较近时（15 m），可采用RS-232C 电平信号传输。RS-232C通信接口是一种标准的串行接口，在电气特性上RS-232C采用负逻辑： 它规定 逻辑“1”：-5V-15V 逻辑“0”：+5V+15V,（1）TTL电平信号直接传输 当通信双方传输距离近时（小于5 m），可以采用单片
12、机自身的TTL电平直接传输信息 单片机信号是TTL电平 逻辑“1”：大于+2.4V 逻辑“0”：小于+0.4V,6.中断系统,1、定时器控制寄存器TCON的中断标志(88H),2、串行口控制寄存器SCON的中断标志（98H）,中断允许控制寄存器IE（A8H）,中断优先级控制寄存器IP（B8H）,7.时钟电路,外部时信号源,图2-10 振荡电路,图2-11 外部时钟脉冲源接法,可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHZ和12MHZ,一条指令可以分解为若干基本的微操作，而这些微操作所对应的脉冲信号，在时间上有严格的先后次序，这些次序就是计算机的时序。时序是非常重要的概念，它指明单片机内部以及内部与外
13、部互相联系所遵循的规律,1、拍（P）：振荡脉冲的周期，用P表示。是晶体的振荡周期，或是外部振荡脉冲的周期，是MCS-51单片机中最小的时序单位。 2、状态或时钟周期（S）：振荡脉冲经二分频后得到的时钟信号，把时钟信号的周期称为状态，用S表示。一个状态包括两个拍P1和P2（前拍和后拍）。是最基本的时间单位。 3、机器周期：CPU完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。由6个状态（12拍）组成。 4、指令周期：是执行一条指令所需要的时间。是MCS-51单片机最大的时序单位。一个指令周期通常含有14个机器周期。,单片机各种周期的相互关系,若外接晶振为12MHZ，MCS-51单片机的四个周期的具体值为
14、： 振荡周期=1/12s； 时钟周期=1/6s； 机器周期=1s； 指令周期=14s；,单片机复位条件: 必须使RST引脚持续2微秒高电平(外部时钟12MHz),复位电路,8051进入复位状态后，除SP为07H，P0P3为FFH外，其余均为0。,80C51的掉电保护和低功耗设计,GFI、GFO：通用标志位，由软件置位、复位。,PD：掉电方式控制位，PD=1，进入掉电方式。,IDL：待机方式控制位，IDL=1，进入待机方式。,PCON,软件：,完整的指令格式如下： 标号： 操作码 操作数 ；注释,立即寻址： MOV A，#3AH,直接寻址： MOV A，3AH,寄存器寻址： MOV A，R0,寄
15、存器间接寻址：MOV A，R0,变址寻址： MOVC A，A+DPTR ； MOVC A，A+PC,相对寻址： 2000H：SJMP 54H,位寻址： MOV C，30H,数据传送类指令（29条）,算术运算指令（24条）,逻辑运算指令（24条）,控 制 转 移 指 令（17条）,位 操 作 指 令（17条）,使用算术、逻辑、控制等指令需注意对PSW寄存器的影响。,汇编语言程序程序设计 共有四种结构形式，即：顺序结构、分支结构、循环结构和子程序结构 掌握汇编伪指令、流程图。,为什么要用地址锁存器？ 由于MCS-51单片机的P0口是分时复用的地址/数据总线，因此在进行程序存储存扩展时，又须利用地址
16、锁存器将地址信号从地址/数据总线中分离出来 。 常用的地址锁存器 通常用作单片机地址锁存的芯片如74LS273、741S373、8282等。,MCS-51单片机应用系统中的地址译码的规则 1程序存储器与数据存储器地址重叠使用； 2外围扩展芯片与数据存储器统一编址。它不仅占用数据存储器地址单元，而且使用数据存储器的读写控制信号与读写指令； 3地址总线宽度为16位，片外程序存储器与数据存储器可直按寻址范围各为64k字节。P2口提供高8位地址（A8A15），P0口经外部锁存后提供低八位地址（A0A7）。,地址译码方式 由于外围芯片与数据存储器统一编码，因此，单片机的硬件设计中，数据存储器与外围芯片的地址译码较为复杂。通常采用线选法和全地址译码方法。 地址的书写原则 地址选择译码中未用到的地址位均设成“1”状态。,MCS-51单片机的片外总线结构电路,思 考 题,1
