[信息与通信]单片微机原理及应用

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1、单片微机原理及应用机械工程系 机电一体化实验室 授课教师：梁蔓安 电话：18978042026绪论单片机的概念：发展：三类单片机实物微芯公司的3类单片机玩具小车的单片机系统直流伺服电机的单片机控制第1章 基本概念电子计算机广泛应用的原因（1）高速度（2）具有记忆功能（3）具有逻辑判断功能（4）高精度，高可靠性计算机基本结构1、结构如图P5 图1-1，四部分：（1）CPU（2）存储器（3）外围设备（4）接口2、概念：主机，外围设备，CPU，字长微型计算机硬件结构1、结构如图P5 图1-2，由以下组成 ：微处理芯片存储器芯片I/O接口电路2、芯片之间用总线连接微处理器由以下组成：算术逻辑部件，工作

2、寄存器，控制部件。存储器有许多存储单元组成，如图P6 图1-3 。在访问（读或写）存储器时，为明确所要访问的 存储器单元，需要给每个存储器单元一个编号，即为地 址。输入输出（I/O）接口电路接口的作用： P6总线概念；P6 图1-4总线冲突；三态门缓冲器 图1-5，1-6地址，数据，控制 总线微型计算机软件计算机要实现自动控制，除了硬件外，还需将 控制 想法、逻辑、算法，以软件的形式送入微型计算机 。软件由各种程序组成，而程序是由一条条指令组成 。指令、程序的概念语言：一种操作人员与计算机交流的方式。机器语言、汇编语言、高级语言8952单片机的C 程序程序地址机器语言汇编程序计算机中的数（ 1

3、 ）进制、各进制数之间的转换（ 2 ）代符号的数的表示（ 3 ）定点数、浮点数（4 ）ASCII 码 参考P365 附录ABCD码BCD码 (Binary Coded Decimal)二进制代码表示的十进制数。例：求十进制数876的BCD码876BCD = 1000 0111 0110运算器由ALU、A、TR、F组成 参考P22 图1-14其中 ALU、A是主要部件，各自作用是 控制器工作寄存器程序计数器 PC （Program Counter）概念：复位 /单片机复位后，PC=0。程序计数器作用：记录下一条将要执行的程序指 令的地址，起着管理程序执行次序的作用。程序的两种执行方式：顺序、跳转

4、。 程序计数器（ PC ）的复位、计数、直接置数计算机指令执行过程 复位取指令 PC+1执行 指令存储器只有将所需要的程序和数据存入存储器，计算机 才能够脱离人的直接干预自动工作。存储器的分类 ：ROM 程序存储器RAM 数据存储器存储器的读和写（访问） P26 图1-16，1-18 单片机程序烧写器（编程器）堆栈（1）概念（2）作用（3）概念：断点地址、现场、现场保护和恢复（4）入栈、出栈、堆栈指针输入输出接口（1）作用：1、2、3、4、5、6（2）分组后的I/O接口称为端口（PORT）（3）端口的地址（4）数据传送的方式：1）无条件传送2）查询传送3）中断传送（5）中断系统1）用途：数据传

5、送、故障紧急处理、人机交互2） 特点：3）中断的过程4）中断的优先级5）CPU对中断的响应后的自动执行工作第2章 MCS-51硬件结构MCS-51的主要功能（1 1）主要功能）主要功能 参考参考P39P39（2 2）内部结构框图内部结构框图 参考参考P40 P40 外部引脚说明（1）工作电源：VCC、VSS （2）复位信号/后备电源输入端：RST/VPD输入10ms以上高电平脉冲，单片机复位。 VPD使用后备电源，可实现掉电保护。复位方法：1）上电复位2）外部信号复位单片机RSTK+5V200 1K30F（3）外接晶体振荡器：XTAL1，XTAL2晶体振荡器频率范围要求在1.2MHz12MHz

6、之间。（4）I/O端口功能：4个8位并行 I/O 端口P0P3XTAL1 单片机 XTAL2 （5）控制线：ALE：访问外部存储器时，地址锁存允许信号端PSEN：外部程序存储器读选通信号端EA/VPP：程序存储器选择信号端/编程电源输入端微处理器（1）运算器 ALU （算术逻辑单元）A （累加器）PSW （程序状态字 或 状态寄存器 F ）B （B寄存器）（2）控制器 （3）振荡器 （频率中：K= 103 ，M= 106 ）（4）CPU时序 (参见P45 图2-5)时钟周期 （振荡器2分频）机器周期 （6个时钟周期）指令周期 （一条指令所需的机器周期数 ）X字节Y周期指令：表示这个指令占用RO

7、M的长度是X字节；所耗执行时间是Y个机器周期。1 s = 103 ms = 106 us = 109 ns存储器MCS-51的程序与数据分为两个独立存储器逻辑空间，分开编址。（称为哈佛结构）51子系列和52子系列的存储器容量区别：51子系列：4K的ROM 128 字节的用户RAM +128 字节的SFR（特殊功能寄存器）52子系列：8K的ROM256 字节的用户RAM +128 字节的SFR（特殊功能寄存器）用户RAM：其存放内容的意义可由用户自己定义。SFR（特殊功能寄存器）：存放内容有特殊意义，参见P50表2-7。程序存储器1、片内程序存储器 4K 或 8K。 2、程序存储器扩展后最大的寻

8、址空间：64K。（因为PC是16位的计数器，最大可指向的地址是 216 = 64K） 3、 外部电路让 EA 引角为高电平时，复位后先执行片内ROM中的程序。地址超过0FFFH或 1FFFH后才去自动转去执行片外ROM的程序。 （参考P46 图2-6）外部电路让 EA 引角为低电平时，不管有无片内ROM，复位后都只执行片外的ROM内的程序。（参考P46 图2-6）4、 7个特殊地址单元地址：0000H：复位后PC=0000H，即：计算机系统复位后将从 地址0000H处开始执行程序。 6个中断入口地址（或称：中断向量）参见P47 表2-45、 ROM除了可以存放程序，还可以用来存储程序中用到的常

9、量或常量表格。数据存储器1、51子系列的片内数据存储器具有128 字节的用户RAM + 128 字节的SFR它们的地址不重叠。（参见P46 图2-6）2、52子系列的片内数据存储器具有256 字节的用户RAM + 128 字节的SFR它们的部分地址重叠。（参见P47 图2-7）对重叠部分地址的访问由于使用的指令不同，不会引起混乱。对SFR的访问使用直接寻址：例如：MOV A，80H（P0）将地址为80H 的 P0端口内容送入A。对与 SFR 地址重叠的用户RAM的访问使用间接寻 址的方式 ：例如：MOV R1，#80HMOV A，R1 将地址为80H 的 用户RAM的内容送入A 。3、数据存储

10、器扩展后最大的寻址空间：64K。（因为数据指针积存器DPTR是16位，最大可指向的地址是 216 = 64K）访问片内的RAM 使用MOV指令；访问片外的RAM 使用MOVX指令；访问ROM中的常量和常量表格使用MOVC指令。4、片内数据存储器（1）工作寄存器地址：00H1FH，32个字节。分为4组，每组8个字节，分别为：R0, ,R7。任一时刻只有一组工作寄存器工作，可通过 PSW中的 RS0、RS1选择当前工作的寄存器组。（2）位寻址区地址：20H2FH，16个字节。其中每一位都有各自的“位地址”，如图 2-8。在位寻址指令中使用。如：SETB 07H ；将RAM 20H单元的D7位置1，

11、而该单元其它位不变。常用于存放 逻辑型变量。（3）数据缓冲区地址：30H7FH，80个字节。 其用途完全有编程人员决定。由于工作寄存器区、位寻址区和 数据缓冲区统一编址 ，因此工作寄存器、位寻址单元也可以当成 数据缓 冲单元 一样使用。例如： MOV A，30H；将数据缓冲区30H单元的内容放入A。MOV A，20H；将位寻址区20H单元的内容放入A。MOV A，00H；将工作寄存器区00H单元的内容放入A 。（ 4 ）堆栈存放用户RAM中有一部分区域可用做堆栈。但堆 栈的栈底地址和大小并不固定。SFR 中的 SP 用于存放栈顶的地址。称为栈 顶指针。单片机复位后，SP 默认为 07H， 将从

12、08H单元开始存放堆栈信息。复位后初始化程序中可以将 SP 设置为 2FH 之后，以避免和工作寄存器冲突。（5）特殊功能寄存器 SFR专门用于控制并行、串行I/O，定时器/计数器 ，中断等功能模块，不能移做它用。与用户RAM统一编址，既可以直接寻址，也 可位寻址。 MOV 8AH，A；将A的内容放入 TL0 中。SETB 8CH；将TR0置1。单片机能够控制外部设备（电机的开关、速度等 ；电磁阀、液压阀），或者将外界的信息（速度 ，压力）采集单片机内。这些功能除了需要有I/O 接口电路，还依赖于单片机内部的一些功能模块 。例如：使用并行I/O口显示两位BCD编码的数字；串行口完成与其它设备之间

13、的通讯；定时器/计数器对风扇、洗衣机的定时 ；中断响应紧急事故。端口P0RXD（10） TXD（11）并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断功能 的使用实际上就是在程序中使用各种指令对各自 对应的 SFR 进行操作。 例如：MOV P0，#0110 1000B ；让上图中的数码管显示“68”；MOV SBUF，A；将A中的内容通过串口向外发送；MOV TL0，#55HMOV TH0，#0AAH ；设定定时器0的时长SETB TR0 ；定时器0开始计时外部设备可以通过并行I/O口、串行口、定 时器/计数器、中断等功能由 SFR 来控制；用户RAM可以由编程人员决定存放用户自 己的变量；控制程

14、序实际上就是如何运用各种指令操作 各种SFR和用户RAM以实现各种控制功能 。第3章 指令系统 寻址方式1、立即寻址以常数（立即数）作为操作数直接跟在操作码的后边，不需要存储器存取。如：MOV A，#30H；直接将数30H放入A中。注意：在指令中为区别地址和立即数，应在立即数前用“#”标出。2、寄存器寻址寻址某个工作寄存器，从该寄存器 中读取或存放操作数，以完成指令规定 的操作。例如： ADD A，R2 ；从R2中读取操作数，和A相加后将结果存入A3、寄存器间接寻址定义： 参见P80 例如：MOV 40H，#20H;将数20H放入RAM的40H单元MOV R1，#40H;将数40H放入R1MO

15、V A，R1;以R1存放的数40H为地址，将40H地址单元中的数20H放入A。 注意：只有R0和R1可以间接寻址；且MOV 用于访问片内RAM，MOVX访问片外RAM。4、直接寻址指令中直接给出操作数所在的存储单元地址 ，以供寻址取数或存放。对于51子系列，片内的128字节的用户RAM + 128字节的SFR都是可以直接寻址的。对于52子系列，片内的前128字节的用户 RAM （00H7FH）+ 128字节的SFR都是可 以直接寻址的。 后128字节的用户RAM（ 80H0FFH）只有寄存器间接寻址才可访问 。5、基址寄存器+变址寄存器 间接寻址以 PC 指针或 DPTR 作为基地址寄存器，累

16、 加器A作为变址寄存器，把它们的内容之和 作为程序存储器的地址，对这个地址访问。这种寻址方式用于访问程序存储器。可方便 的用于 列表 的查询。例如 若访问程序存储器单元0403H地址中的内容：MOV DPL，#00H；MOV DPH，#04H；MOV A，#03H; MOVC A, A+DPTR6、相对寻址专门用于程序转移指令中。用法请参见“ 程序转移指令”章节数据传送类 指令这类指令用于在存储单元间传送数据，有29条。 是数量最多，也是使用最频繁的一类指令。（1）以累加器为一方（2）不以累加器为一方（3）用立即数置数（4）访问片外RAM（5）基址寄存器+变址寄存器 间接寻址（6）交换指令（7）进出栈指令各指令所占用的ROM空间和指令周期参见P87 表3-1算术操作指令进行算术运算