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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,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。 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,综上所述，我们可以把单片机的发展历史划分为四阶段： 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，采用了单片结
2、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。 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。 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8级，片内带有10位A/
3、D转换器和高速输入/输出部件等。 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,（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; （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; （3）它的引出管脚一般都设计成多功能的; （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; （5）有21个特殊功能寄存器;(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 单片机的主要品种及系列,一、 4位单片机 二、 8
4、位单片机,表格 11 MCS-51系列型号,14 单片机的应用,一、 单片机在仪器仪表中的应用 二、 单片机在机电一体化中的应用 三、 单片机在智能接口和多机系统中的应用 四、 单片机在生活中的应用,第 二 章 MCS-51单片机的结构和原理,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,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,8051单片机的内部结构框图如图 22
5、 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,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,*: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 P
6、3口的第二功能表,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 214 8051复位电路结构,2外
7、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,24 MCS-51单片机的低功耗工作方式,一、 电源控制寄存器PCON,三、 掉电方式,二、 等待工作方式,第三章 MSC-51 单片机的指令系统,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,INC A ADD A，#22H MOV 5EH，4FH,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
8、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 LOOP
9、1：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，LOOPl ；未加完转LOOP1 JNC LOOP2 ；无进位转LOOP2 MOV R0，#01H LOOP2：DEC R0 RET,2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 D
10、EC 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 R0，A RET ERR： ；溢出处理 RET,SDADD：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、
11、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 R，LOOP0 ；作完加法否MOV R2. #23HJNC RETURN ；有无进位,MOV R0，#01HINC R RETURN：MOV R0，#20HRET,四、 多字节数乘法,ZHENFA: MOV A，R0MOV B，R1MUL AB ；(R1)*(R0)MOV R，A ；积的低位送到RMOV
12、 R4，B ；积的高位送到R4MOV A，R0MOV B，R2MUL AB ；(R2)*（R0）ADD A，R4 ；(R1)*(R0)的高位加(R2)*(R0)的低位MOV R4，A ；结果送R4，进位在CY中MOV A，BADDC A，#OOH；(R2)*(R0)的高位加低位来的进位MOV R，A ；结果送RRET,五、 多字节数除法,DV: MOV R7,#08H ；设计数初值 DVl: CLR C MOV A，RRLC AMOV R，AMOV A，R6 RLC A ；将(R6)、(R)左移一位MOV 07H，C ；将移出的一位送07H位保存 CLR C,图 4-5 除法程序流程图,SUB
13、B A，R2 ；余数(高位)减除数JB O7H，GOU ；若标志位为1，说明够减,JNC GOU ；无借位也说明够减ADD A，R2 ；否则，恢复余数AJMP DV2GOU:INC R ；商上1 DV2:MOV R6，A ；保存余数(高位)DJNZ R7，DVlRET,一、 数据的拼拆,42 数据的拼拆和转换,例4-7 设在30H和31H单元中各有一个8位数据: (30H)=x7x6xx4xx2x1x0 (3lH)=y7y6yy4yy2y1y0 现在要从30H单元中取出低5位，并从31H单元中取出低3位完成拼装， 拼装结果送40H单元保存，并且规定: (40H)=y2y1y0x4xx2x1x0
14、 解：利用逻辑指令ANL、ORL来完成数据的拼拆，程序清单如下： MOV 4OH，3OH ；将x7x0传送到40H单元 ANL 4OH，#000111llB ；将高3位屏蔽掉 MOV A，31H ；将y7y0传送到累加器中 SWAP A ；将A的内容左移4次 RL A ；y2y0移到高3位 ANL A，#111000OOB ；将低5位屏蔽掉 ORL 4OH，A ；完成拼装任务,二、 数据的转换,1ASCII码与二进制数的互相转换,例4-10 编程实现十六进制数表示的ASC1I代码转换成4位二进制数（1位十六进制数）。 解：对于这种转换，只要注意到下述关系便不难编写出转换程序: “字符0”“字符
15、9”的ASCII码值为“30H”“39H”，它们与30H之差恰好为“00H”“09H”， 结果均0AH。 “字符A”“字符F”的ASCII码值为“41H”“46H”，它们各自减去37H后恰好为“0AH”“0FH”， 结果0AH。 根据这个关系可以编出转换程序如下，程序以R1作为入口和出口。 ASCHIN:MOV A，R1 ；取操作数 CLR C ；清进位标志位C SUBB A，#30H ；ASCII码减去30H，实现0-9的转换 MOV R1，A ；暂存结果 SUBB A，#0AH ；结果是否9? JC LOOP ；若9则转换正确 XCH A，R1 SUBB A，#07H ；若9则减37H MOV R1，A LOOP: RET,
