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1、 单片机原理及应用 （第3版）电子工业出版社 (2013年8月）本课程的目的： 介绍： 以单片机为核心的自动化产品的数 字部分的设计基础。基本内容： 第1章 概述 第2章 单片机硬件结构 第3章 指令系统 第4章 程序设计 第5章 硬件资源的应用 第6章 并行扩展接口技术 第7章 串行总线扩展技术 第8章 应用系统设计概述 第9章 单片机的C语言设计概述第1章 概述共分两大部分： 1.1 微型计算机（MC）的基础知识概述 1.2 单片机概述 1.1 MC基础知识概述一、MC的基本概念 二、MC的基本结构 三、计算机中数制 四、计算机中常用的编码一、MC的基本概念 冯诺依曼体系： 采用二进制代码
2、表示数据和指令。 采用存储程序的工作方式。 计算机硬件系统由运算器、存储器 、控制器、输入设备和输出设备组成。 计算机是一种能够存储程序，并自动连 续地执行程序，对各种数字化信息进行 运算的现代化电子设备。二、MC结构 1、硬件结构 运算器+控制器+存储器=主机； 输入+输出设备则称为计算机的外围 设备（简称“外设”）； 运算器+控制器=中央处理单元CPU（ Central Process Unit）。CPU、存储器、I/O口、总线2、软件 软件是指使用和管理计算机的各种程序 （Program），而程序是由一条条指令 （Instruction）组成的。 （1）指令 （2）程序 （3）机器语言、
3、汇编语言和高级语言 汇编语言与机器语言的对照： MOV A，#63 0111 0100 0011 1111 ADD A，#56 0010 0100 0011 1000 ADD A，#36 0010 0100 0010 0100 ADD A，#14 0010 0100 0000 1110 3、硬件与软件的关系有机结合的整体 硬件是基础 软件是灵魂三、计算机中的数制 进位计数制与转换： 二进制（B） 十六进制（H） 十进制（D） 带符号数的表示： 原码、反码、补码、溢出四、常用的编码 1、ASCII码： 美国信息交换标准代码 2、BCD码 二进制编码的十进制数强调： 计算机只认二进制数，并不认什么
4、十六、十 、ASCII、BCD码等 其他数的大小和性质需要人来分析 1111 1111B 多大？什么性质的数？ 无符号：255 带符号：负数-1 BCD码：无效 ASCII码： “DEL”键的ASCII码1.2 单片机概述 采用一定的工艺手段将CPU、存储器、 I/O口集成在一个芯片上。 一、单片机特点及应用 二、单片机技术现状及发展趁势 三、常用的单片机产品 四、单片机应用系统开发概述 一、特点及应用 1、特点： 抗干扰性强，工作温度范围宽 ； 可靠性高； 控制功能很强，数值计算能力较差； 指令系统比通用微机系统简单； 更新换代速度比通用微机处理器慢多。 2、应用： 智能仪表中的应用 机电一
5、体化中的应用 实时控制中的应用 军工领域的应用 分布式多机系统中的应用 民用电子产品中的应用 二、技术现状及发展趁势 1、技术现状 （1）单片机单片机、种类多 （2）8位、16位、32位并存 （3）结构、功能有很多相似掌握一 种就可以触类旁通 （4）MCS-51单片机已成为国际经典。2、发展趋势 CPU的改进 存储器的发展 片内I/O的改进 外围电路内装化 低功耗与工作电压范围加宽 低噪声与高可靠性技术 ISP及IAP 三、常用的单片机产品 MCS单片机 AVR单片机 PIC单片机 MSP单片机 ARM处理器 DSP处理器 四、单片机应用系统开发概述 开发环境的软硬件构成 有关的软件平台： P
6、ROTEL、PROTEUS、WAVE、KEIL C51 单片机的在线编程 ISP-在线系统编程 IAP-在线应用编程第2章 MCS-51系列单片机硬 件结构 2.1 总体结构 2.2 CPU 2.3 存储器 2.4 辅助电路及时序2.1 总体结构 包括三个问题： 一、MCS-51系列 二、主要组成 三、外部引脚 四、总线图一、系列问题 讲到单片机都有个系列问题 MCS-51： 基本型 51子系列 (803180518751) 增强型 52子系列 (803280528752) 特殊型 所有的基础都是基本型。二、主要组成 8位的CPU； 128个字节的片内RAM； 4K字节的片内ROM程序存储器(
7、8031无) 外部的RAM和ROM的寻址范围为64K 21个字节的专用寄存器 4个8位并行I/O口 1个全双工的串行口 2个16位的定时器/计数器 5个中断源、2个中断优先级 111条指令。内部结构框图：三、外部引脚及说明四、总线图2.2 CPUCPU是单片机内部的核心部件，它决 定了单片机的重要功能特性。它由运算 器和控制器两大部分组成。对CPU的使用是：对CPU中的寄存器的使用。有关的寄存器 累加器ACC 寄存器B 程序状态字PSW 布尔处理器C 程序计数器PC 数据指针DPTR 堆栈指针SP2.3 存储器 从物理结构上可分为2部分： 一、程序存储器 1、编址与访问 2、几个特殊入口地址
8、二、数据存储器 1、编址与访问 2、片内数据存储器 3、特殊功能寄存器块 一、程序存储器 程序存储器通常存放程序指令、常数及 表格等，系统在运行过程中不能修改其 中的数据 。说明： 现在使用的单片机基本上都是采用片内 ROM，不需要使用片外ROM，因此在MCS- 51单片机应用系统中，外部引脚中的 /EA、/PSEN都没有实际意义了。几个特殊入口地址: 复位 0000H 外部中断0 0003H 定时器/计数器0溢出 000BH 外部中断1 0013H 定时器/计数器0溢出 001BH 串行口中断 0023H （定时器/计数器2溢出 002BH）二、数据存储器 数据存储器则存放缓冲数据，系统在运
9、 行过程中可修改其中的数据。 包括: 1、编址与访问 2、片内数据存储器 3、特殊功能寄存器块1、编址与访问2、片内数据存储器 00H1FH 20H2FH 30H7FH 堆栈： 片内RAM、初始化时SP=07H 向上生长的 一般程序的开始： MOV SP，#60H3、特殊功能寄存器块 特殊功能寄存器又称为专用寄存器 专用于控制、管理片内算术逻辑部件、 并行I/O口、串行I/O口、定时器/计数 器、中断系统等功能模块的工作。2.4 辅助电路及时序 包括：时钟电路、复位电路、时序 一、时钟电路二、复位电路三、时序 （1）振荡周期 （2）状态周期 （3）机器周期 （4）指令周期 外部晶振的2分频是M
10、CS-51单片机的内 部时钟周期，6个时钟周期构成了单片 机的1个机器周期 。第3章 MCS-51单片机指令系 统 3.1 概述 3.2 寻址方式 3.3 指令系统 3.4 伪指令3.1 概述 一、指令格式标号: 操作码 操作数1, 操作数2, 操作数3; 注释 二、操作数类型 立即数、寄存器操作数、存储器操作数三、指令描述约定 Rn、direct、Ri #data、#data16 addr16、addr11、rel bit、 /bit DPTR、 A、 B、C (X)、(X)3.2 寻址方式 1、概述 寻址就是寻找指令中操作数或操作数所 在的地址。 所谓寻址方式就是如何找到存放操作数 的地址
11、，把操作数提取出来的方法 。 它是计算机的重要性能指标之一，也是 汇编语言程序设计中最基本的内容之一 。2、寻址方式说明 立即寻址 寄存器器寻址 直接寻址 寄存器间接寻址 基寄存器加变址寄存器间接寻址 相对寻址 位寻址 3.3 指令系统 111条指令，42种操作助记符，描述33种操作 功能 。 从功能：数据传送（29）、算术运算（24） 、逻辑操作（24）、控制转移（17）、位操 作（17）； 从空间：单字节（49）、双字节（45条）、 三字节（17条）； 从时间：单机器周期（64条）、双机器周期 （45条）、四机器周期（2）一、数据传送类 共29条。 按其操作方式，又可把它们分为三种： 数据
12、传送、数据交换和栈操作。 助记符：MOV、MOVX、MOVC、 XCH、XCHD、SWAP、 PUSH、POP。应用举例： 1、把片内RAM6AH单元内容传送到片外 RAM300H单元。 2、把片外I/O口2000H数据读入片内 RAM40H单元。 3、把片外I/O口2000H数据读入片外 RAM4000H单元。 4、把外部数据存储器2040H单元内容和 片外RAM2230H单元互换。 5、已知片内RAM50H单元中存放数据为 0AAH，设堆栈指针为30H，把此数据值 压入堆栈，然后再弹回到40H单元中。二、算术运算类（24条） 加、减、乘、除基本四则运算和增量（ 加1）、减量（减1）运算。
13、助记符:ADD、ADDC、INC、DA SUBB、DEC、 MUL、DIV 共8种操作助记符 。应用举例： 1、将片内RAM40H和41H单元内容相加， 结果放42H。 2、将片外RAM2000H和2001H单元两BCD 码内容相加，结果放2002H。 3、试编写计算1234H+0FE7H的程序，将 和的高8位存入片内RAM41H，低8位存入 40H。 4、把上例中的加法运算改为减法，其他要求 相同 。 5、设被加数存入片内RAM30H32H单元中， 加数存入片内RAM40H42H，低位在前，高位 在后，各单元中均为压缩的BCD码。将结果之 和分别存入50H52H单元中。 6、把R1R0和R3
14、R2中的两个4位BCD码数相加， 结果送R5R4中，如有进位存入进位位C中。三、逻辑运算类（24条） 包括清除、求反、移位及与、或、异或 等操作。 这类指令有：CLR、CPL、RL、RLC、RR 、RRC、ANL、ORL、XRL，共9种操作助 记符。 应用举例： 1、把累加器A中低4位（高4位清0）送 入外部数据存储器的3000H单元。 2、将累加器A的低4位的状态通过P1口 的高4位输出。 3、编程将片内RAM21H单元的低3位和 20H单元的低5位合并为一个字节送片内 RAM30H，要求21H的低3位放在高位上。四、控制转移类（17条） 计算机在运行过程中，有时因为操作的需要 或程序较复杂，程序
