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1、 单片机原理及应用电子教案赵秀珍 王乃钊 制作水利水电出版社 2001 . 8第一章 单片微型计算机概述n本章主要介绍单片机的发展，基本的结构和特 点，单片机的应用模式和领域，单片机的供应 状态等。n单片微型计算机就是将CPU、RAM、ROM、 定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电 路芯片上的微型计算机。因此，一块芯片就构 成了一台计算机。它已成为工业控制领域、智 能仪器仪表、尖端武器、日常生活中最广泛使 用的计算机。11 单片机的发展概况n综上所述，我们可以把单片机的发展历史划分为四阶段：n第一阶段（19761978年）：低性能单片机的探索阶段。以Intel公司的 MCS-48为代表，采
2、用了单片结构，即在一块芯片内含有8位CPU、定时/ 计数器、并行I/O口、RAM和ROM等。主要用于工业领域。n第二阶段（19781982年）：高性能单片机阶段，这一类单片机带有串 行I/O口，8位数据线、16位地址线可以寻址的范围达到64K字节、控制 总线、较丰富的指令系统等。这类单片机的应用范围较广，并在不断的 改进和发展。n第三阶段（19821990年）：16位单片机阶段。16位单片机除CPU为16 位外，片内RAM和ROM容量进一步增大，实时处理能力更强，体现了 微控制器的特征。例如Intel公司的MCS-96主振频率为12M，片内RAM 为232字节，ROM为8K字节，中断处理能力为
3、8级，片内带有10位A/D 转换器和高速输入/输出部件等。n第四阶段（1990年）：微控制器的全面发展阶段，各公司的产品在尽 量兼容的同时，向高速、强运算能力、寻址范围大以及小型廉价方面发 展。12 单片机的结构特点n（1）片内的RAM采用寄存器结构形式，这样可以提 高存取的速度;n（2）在存储器结构上，严格的将程序存储器ROM和 数据存储器RAM在空间上分开;n（3）它的引出管脚一般都设计成多功能的;n（4）增加了一个全双工的串行接口，以扩充I/O口和 外接同步输入和输出设备;n（5）有21个特殊功能寄存器;n (6) 有丰富的指令系统，内部设置了可以位寻址的位 地址空间。 13 单片机的主
4、要品种及系 列n一、 4位单片机n二、 8位单片机表格 11 MCS-51系列型号型 号制造技术片内程序存储器片内数据存储 器8051AHH MOSROM (4k)128字节8031AHAH MOS无128字节8751HH MOSEPROM（4K）128字节80C51CHMOSROM （4K）128字节80C31CHMOS无128字节8051H MOSROM （8K）256字节8031H MOS无256字节14 单片机的应用n一、 单片机在仪器仪表中的应用n二、 单片机在机电一体化中的应用n三、 单片机在智能接口和多机系统中的 应用n四、 单片机在生活中的应用第 二 章 MCS-51单片机的结
5、 构和原理n本章主要介绍MCS-51系列的8051的基本结 构、工作原理、存储器结构、P0、P1、P2、 P3四个I/O口的基本工作原理和操作特点。 单片机的各种工作方式、单片机的时序等。 21 MCS-51单片机的结构原 理 n一、 8051单片机的结构图 21 MCS-51单片机的基本结构二、 8051单片机的内部结构和 工作原理n8051单片机的内部结构框图如图 22 所 示，下面分别进行介绍： 图 22 8051的内部结构框图图 23 8051存储器组织结构字节地 址位 地 址2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20HD7D6D5D
6、4D3D2D1D07FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H77H76H75H74H73H72H71H70H6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H67H66H65H64H63H62H61H60H5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H57H56H55H54H53H52H51H50H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H47H46H45H44H43H42H41H40H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H37H36H35H34H33H32H31H30H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20H1FH
7、1EH1DH1CH1BH1AH19H18H17H16H15H14H13H12H11H10H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H07H06H05H04H03H02H01H00H图 24 8051内部RAM位地址区图 24 8051内部RAM位地址区表格 22 特殊功能寄存器表符号单元地址名称位地址符号地址* ACCE0H累加器ACC.7ACC.0E7HE0H* BF0H乘法寄存器B.7B.0F7HF0H* PSWD0H程序状态字PSW.7PSW.0D7HD0HSP81H堆栈指针DPL82H 数据存储器指针(低8位)DPH83H 数据存储器指针(高8位)* IEA8H中断允许控制器IE
8、.7IE.0AFHA8H* IPB8H中断优先控制器IP.7IP.0BFHB8H* P080H 通道0P0.7P0.087H80H* P190H 通道1P1.7P1.097H90H* P2A0H 通道2P2.7P2.0A7HA0H* P3B0H 通道3P3.7P3.0B7HB0HPCON87H电源控制及波特率选择* SCON98H串行口控制SCON.7SCON.09FH98HSBUF99H串行数据缓冲器* TCON88H定时控制TCON.7TCON.08FH88HTMOD89H定时器方式选择TL08AH 定时器0低8位TL18BH 定时器1低8位TH08CH 定时器0高8位TH18DH 定时器
9、1高8位*:可位寻址的特殊功能寄存器图 25 P0口的位结构（1） P0口位的结构（2） P1口位的结构图 26 P1口的位结构图 26 P1口的位结构图 26 P1口的位结构图 26 P1口的位结构图 26 P1口的位结构（3） P2口的位结构图 27 P2口的结构图（4） P3口的位结构图 28 P3口的结构图（4） P3口的位结构 图 28 P3口的结构图表格 23 P3口的第二功能表I/O口第二功能注 释P3.0RXD串行口数据接收端P3.1TXD串行口数据发送端P3.2INT()0外部中断请求0P3.3INT()1外部中断请求1P3.4T0定时/计数器0P3.5T1定时/计数器1P3
10、.6WR()外部RAM写信号P3.7RD()外部RAM读信号一、 时钟周期、机器周期和指令周期 图 2-9 基本定时时序关系22 MCS-51单片机的时序1时钟周期 图 210 MCS-51的取指/执行时序 2机器周期3指令周期 二、 MCS-51单片机指令的取指和执行的时序三、 访问外部ROM和RAM的时序 图 211 访问外部ROM的时序1访问外部ROM的时序 2访问外部RAM的时序 图 212 访问外部RAM的时序 23 MCS-51单片机的时钟和复位电路 一、 时钟电路 图 213 MCS-51时钟接法 1内部振荡器方式 2外部时钟方式 二、 复位电路及复位状态 1内部复位电路 图 2
11、14 8051复位电路结构 2外部复位电路 图 215 复位电路3复位状态表格 24 各专用寄存器的复位值专用寄存器复位值PC0000HACC00HB00HPSW00HSP07HDPTR0000HP0P3FFHIPXXX00000BIE0XX00000BTMOD00HTCON00HTH000HTL000HTH100HTL100HSCON00HSBUF不定PCON(CHMOS)0XXX0000B24 MCS-51单片机的低功耗工作方式 一、 电源控制寄存器PCON PCOND7D6D5D4D3D2D1D0SMODGF1GF0FDIDL三、 掉电方式 二、 等待工作方式 第三章 MSC-51 单片
12、机的指令系统 31 指令系统概述一、 机器码指令与汇编语言指令机器码指令： 汇编语言指令： 二、 指令格式 汇编语言格式为：标号： 操作码助记符 目的操作数， 源操作数 ；注释 单字节指令 双字节指令 三字节指令操作码 24H操作数 22HINC A ADD A，#22H MOV 5EH，4FH操作码 04H操作码 85H源操作数 4FH目的操作数 5EH图 3-1 机器码指令格式 32 寻址方式 一、 寄存器寻址二、 直接寻址三、 立即寻址四、 寄存器间接寻址五、 变址寻址 六、 相对寻址 七、 位寻址 33 MSC-51单片机的指令系统按照指令的功能，可以把MSC-51的111条指令分成五
13、类： l 数据传送类指令（29条） l 算术运算类指令（24条） l 逻辑操作类指令（24条） l 控制转移类指令（17条） l 位操作类指令 （17条）图 3-2 相对寻址过程 第四章 MCS-51单片机的应用程序设计 图 4-1 基本程序结构 41 运算程序一、 多字节数加法1多字节无符号数加法CLR C MOV R0，#40H ；指向加数最低位 MOV R1，#5OH ；指向另一加数最低位 MOV R2，#04H ；字节数作计数初值 LOOP1：MOV A，R0 ；取被加数 ADDC A，R1 ；两数相加，带进位 MOV R0，A INC R0 ；修改地址 INC R1 DJNZ R2，
14、LOOPl ；未加完转LOOP1 JNC LOOP2 ；无进位转LOOP2 MOV R0，#01H LOOP2：DEC R0 RET2多字节有符号数加法 MOV A，R0 ；复制保存地址指针 MOV R2，A MOV A，R MOV R7，A CLR C LOOP1：MOV A，R0 ADDC A，R1 ；相加 MOV R0 ，A INC R0 INC R1 ；地址指针加1 DJNZ R7，LOOP1 JB OV，ERR ；若溢出，转溢出处理 DEC R0 MOV A，R0 JNB E7H，LOOP2 SETB 07H ；和值为负,置位标志 LOOP2：MOV A，R2 ；恢复地址指针 MOV
15、 R0，A RET ERR： ；溢出处理 RETSDADD：CLR 07H ；标志位清零图 4-3 多字节有符号数加法程序流程图二、 多字节数减法 MOV R0，#40H ；指向被减数最低位 MOV R1，#5OH ；指向减数最低位 MOV R2，#04H ；字节数 CLR C LOOP1：MOV A，R0 SUBB A，R1 ；完成一个字节的减法运算 MOV R0，A INC R0 INC R1 DJNZ R2，LOOP1 RET三、 多字节十进制数(BCD码)加法 图 4-4 BCD码多字节加法程序流程图BCDADD：MOV 20H，R0MOV 23H，RCLR C LOOP0： MOV A，R0 ；取被加数ADDC A，R1 ；两数相加DA A ；十进制调整MOV R0，AINC R0 ；指针加1INC R1 DJNZ
