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1、1单片机原理及应用学习指导赵志衡2本讲的主要内容 1 课程主要内容 2 课程学习要点 3 典型应用31 课程主要内容单 片 机 应 用 系 统 设 计MCS51硬件结构汇编程序的编写功率接口MCS51指令系统仿真调试抗干扰设计MCS51定时计数器MCS51串行通讯MCS51中断系统MCS51存储器扩展MCS51 I/O扩展MCS51键盘显示扩展MCS-51 A/D、D/A扩展42 学习要点 2.1 MCS-51的硬件结构 2.2 MCS-51的指令系统 2.3 定时/计数器 2.4 串行通讯 2.5 中断系统 2.6 外扩存储器（程序存储器、数据存储器） 2.7 外扩I/O（8255、8155
2、及TTL芯片） 2.8 外扩A/D、D/A52.1 硬件结构单片机：将组成微型计算机的各功能部件：中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM 、EPROM）、定时/计数器、串行口、I/O接口电路等集成在一块硅片上，这样的一 块芯片具有一台计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。单片机又称为微控制器或嵌入式控制器6功能部件MCS-51系列单片机提供的主要资源微处理器 （CPU）：可进行字节及位数据处理数据存储器（RAM）串行通讯定时/计数器中断系统特殊功能寄存器（SFR）IO口 （P0口、Pl口、P2口、P3口）有的型号含程序存储器（ROM/EPROM）7芯片的基本情况属于三总线结
3、构芯片管脚分别属于数据总线地址总线控制总线此外，还有时钟、电源、地等管脚8需要理解的控制管脚ALE ：address latch enable RST：reset复位PSEN：Program strobe enable29脚，程序存储器允许输出控制端PROGramming,编程脉冲输入端EA：enable address31脚，内外程序存储器选择控制端，高电平时内，PC超 过0FFFH时自动转向外低电平只外WR：RD：9EA：接高电平时单片机访问内部程序存储器，当PC（程序计数器）值超过（0FFFH） 时，将自动转向执行外部程序存储器。EA 接低电平时直接访问外部程序存储器。PSEN：接外部程
4、序存储器的读选通端 RD：接外部数据存储器的读选通端 WR：接外部数据存储器的写选通端10硬件结构：时序每2个时钟振荡周期作为1个状态周期，每个状态周期分为2个时相P1、P2，每6个 状态周期作为1个机器周期。 需要掌握：12个振荡周期为1个机器周期ALE的频率约为外部晶振频率的1/6RST管脚施加持续时间大于2个机器周期（24个振荡周期）的高电平，将引起 MCS-51的复位11硬件结构：存储器结构12特殊功能寄存器（SFR）特殊功能寄存器反映了MCS51的状态，实际上是MCS51的状态字及控制字 寄存器。51单片机通过写SFR来控制相应功能部件（定时器、串口、中断等）的工 作方式，同时SFR
5、也综合的、实际的反映了整个单片机基本系统内部的工作状态.13RAM及SFR的分布51系列：RAM共128字节，分布于地址00H-7FH空间SFR离散分布于地址80H-FFH的空间，采用直接寻址方式访问52系列：RAM共256字节，分布于地址00H-FFH空间，80H-FFH空间采用间接寻址方式访问SFR离散分布于地址80H-FFH的空间，采用直接寻址方式14位地址空间211个（128个+83个）寻址位。位地址范围为：00HFFH。 内部RAM的可寻址位128个(字节地址20H2FH)。特殊功能寄存器SFR为83个可寻址位。15表 内部的可寻址位及位地址16SFR中的位地址分布17工作寄存器区的
6、选择 181FH3组1 11017H2组1 0080FH1组0 10007H0组0 0R0R7地址寄存器组RS1 RS0复位后，默认第0组处于工作状态18硬件结构：存储器结构的特点地址重叠性 程序存储器与数据存储器操作指令不同 位地址空间共有两个区域 片外数据存储器与I/O口统一编址19几个问题： 如何对SFR中的内容进行读写？mov a,90h；直接寻址方式访问 或者 mov a,p1；直接使用SFR的名称。 如何对52系列单片机的高128字节RAM进行读写？mov r0,#90hmov a,r0；间接寻址方式访问 如何读出片外数据存储器字节地址为2000H中的内容？mov dptr,#20
7、00hmovx a,dptr20硬件结构：存储器结构21硬件结构：I/O口P0口是三态双向口，作为数据总线和地址总线低8位的分时复用口，由ALE 信号作为地址锁存。P1口准双向口，供用户使用。P2口准双向口，作为地址总线的高8位使用。P3口准双向口，即可作为一般I/O口使用，也可作为第二功能口使用,P3.6 、P3.7为读写信号线。 注意：P1、P3口如果作为输出，就只对其进行写操作；如果作为输入，就只对其进行读 操作。222.2 指令系统注意指令的书写规范标号：操作码助记符 第1操作数,第2操作数；注释 Loop1: mov a, #0ffh; 累计器A赋值为ff标号：表示该指令所在的符号地
8、址，一般由字母和数字组成，第一位为字母，其余位为字母、数字任选。 操作码助记符、第1操作数和 第2操作数：指令的核心部分。对于某些指令可能不存在完整 的两个操作数。 注释：是由用户加入的文本，对汇编程序不起任何作用，只是方便阅读。* 第1操作数又称目的操作数，第2操作数又称源操作数* 51不区分大小写* 注意立即数的书写要求23指令系统寻址方式：1寄存器寻址：mov a,#20h2直接寻址：mov a,20h3寄存器间接寻址：mov a,r04立即寻址：mov a,#0ffh5基址寄存器加变址寄存器间接寻址movc a,a+dptr24指令系统按功能分类：数据传送类算数操作类逻辑运算类控制转移
9、类位操作类25指令系统常用的指令mov jbc jb jnbmovc mov a,r0movx rl djnz cjne26常用的部分伪指令ORG END EQU DB 27伪指令简介 ORG 起点指令ORG addr16 org 0000hORG指令用于指明程序代码或数据块在存储器中的起始地址。addr16代 表一个16位地址，即程序或数据块的首地址。 EQU 等值指令标号 EQU 表达式 aaa equ 30h bbb equ 40H EQU指令用于为程序中的任意标号赋值。 程序中的常量通常可以用标号代替，便于修改。 主程序前要先用equ指令为常量标号赋值。28伪指令简介 DB 定义字节指
10、令标号： DB 数据列表DB指令用于定义字节型数据或数据串，并将数据作为常数填入指定的存 储器单元中。 END 结束汇编指令标号：ENDEND指令置于程序结尾处，作为源程序结束的标志。292.3 定时/计数器两个16位定时/计数器 存放初值的SFRT0: TH0、TL0T1: TH1、TL1 其它相关的SFR：TMOD（工作方式控制寄存器）TCON（控制寄存器）定时功能时，每个机器周期定时器加1计数功能时，在外部相应输入脚（T0和T1）有下降沿时，计数器加1。 30定时/计数器的工作方式31定时/计数器几种工作方式的区别 定时器的启动、定时时间到的判断 初值的计算 典型应用32定时计数器的结构
11、框图33定时器的控制字工作方式控制寄存器TMOD(89H)GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 注意：TMOD不能位寻址 控制寄存器TCON (88H) TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 复位后两个寄存器的状态均为00H。 34TMOD：工作方式控制寄存器GATE：门控位GATE1，T0、T1是否工作受外部引脚输入电平的控制，INT0(12#)引脚控制 T0运行，INT1(13#)引脚控制T1运行。可用于测量在INT0或INT1引脚出现的正 脉冲的宽度。GATE=0，定时/计数器的运行不受外部引脚INT0或INT1的控制。C/T位：计数器模式
12、和定时器模式的选择位C/T=0，为定时器模式。内部计数器对晶振频率12分频后的脉冲计数（该脉 冲的周期等于机器周期），每个周期计数值加1。若选择12MHz晶振，则计数 频率为1MHz。从计数值便可求得计数的时间，所以称为定时器模式；C/T=1，设置为计数器模式，计数器对由引脚T0（P3.4脚）或T1（P3.5脚） 输入的外部脉冲（负跳变）计数，允许最高计数频率为晶振频率的1/24。35定时/计数器控制寄存器TCONTF1位：T1计数溢出标志位。当T1计数溢出时，由硬件置1，申请中断。进入中断服 务程序后被硬件自动清0。 TR1位：T1计数运行控制位。由软件置1或清0。当GATE位（TMOD.7
13、）0时，若 TR1=1，允许T1计数；TR1=0时，禁止T1计数。当GATE位=1时，TR11且INT1=1 时，允许T1计数。 TF0位：T0计数溢出标志位，功能同TF1。 TR0位：T0计数运行控制位，由软件置1或清0。当GATE位（TMOD.3）0时，若 TR0=1，允许T0计数；TR0=0时，禁止T0计数。当GATE位=1时，TR01且INT0=1 时，允许T0计数。36定时/计数器的4种工作方式方式0、方式1（13位、16位定时计数方式）T1工作于方式0的等效框图（M1M0=00、01）GATE=0、A=1、TR1=1GATE=1、INT1=1、TR1=1。注意定时器初值与定时时间的
14、不同37方式0、方式1的说明定时/计数器T1工作在方式0时，为13位的计数器，由TL1的低5位和TH1的8位所构成 。TL1低5位溢出向TH1进位，TH1计数溢出置位TCON中的溢出标志位TF1。GATE位的状态决定定时/计数器运行控制取决于TR1一个条件还是TR1和INT1 引脚这两个条件。当GATE=0时,A点电位恒为1，则只要TR1被置为1，B点电位即为1，定时/计数 器被控制为允许计数(定时/计数器的计数控制仅由TR1的状态确定,TR1=1计数， TR1=0停止计数)。当GATE=1时，B点电位由INT1输入的电平和TR1的状态确定，当TR1=1，且 INT1=1时，B点电平才为1，才
15、允许定时器/计数器计数(计数控制由TR1和INT1二 个条件控制)。方式1时，TL1的8位都参与计数，因而属于16位定时/计数器。其控 制方式，等效电路与方式0完全相同。38方式2(自动恢复初值)T1工作于方式2的等效图39方式2的说明TL1作为计数器，当TL1计数溢出时，在置1溢 出标志TF1的同时，还自动的将TH1中的常 数送至TL1，使TL1从初值开始重新计数。这种工作方式可以省去用户软件中重装 常数的程序，简化定时常数的计算方法（ 确定计数初值），可以相当精确的确定定 时时间。40定时器的工作方式（总结）方式0：13位定时计数器 注意：TLx的低5位和THx共同组成 方式1： 16位定时计数器 方式2： 自动重装入的8位定时计数器 溢出后TFx=1，同时由THxTLx 方式3：T0成为两个独立的8位计数器 TL0作为定时计数器；TH0仅作定时器用 TL0的控制用原T0的，TH0占用原T1的控制位TR1和TF1
