STC15单片机基础

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1、增强型8051单片机原理与系统开发 C51,电子教案 - 01,单片机基础,一、课程的性质和目的,机电类专业学生必修、专业基础课；强调应用实践，理论结合实际，理解基本概念，能利用单片机解决实际问题；掌握单片机的结构、C51语言程序设计、调试方法；能调试程序，掌握常见故障的检测方法、故障排除方法，具备初步的程序设计能力,二、课时分配及教学内容,三、考核方式和成绩评价标准,课程特点 知识点既分散又连贯，结构和指令系统是基础； 与电子线路尤其是数字电子线路关系密切； 学习方法 预习、复习； 多动手（硬件、软件实验）； 多看参考书(包括利用网上资料)； 其它（上课、作业、答疑）。,答疑和相关资料，兴趣

2、小组,第1章 单片机系统基础知识,1.1 概述 1.1.1 单片机的基本概念 1.微处理器的概念 MPU是微处理器的缩写（Microprocessor），简称为MP。MPU是集成在同一块芯片上的具有运算和控制功能逻辑的中央处理器。微处理器不仅是构成微型计算机、单片微型计算机系统、嵌入式系统的核心部件，而且也是构成多微处理器系统和现代并行结构计算机的基础。,1.1.1 单片机的基本概念,2微型计算机的概念 微型计算机（microcomputer）是指由微处理器加上采用大规模集成电路制成的程序存储器和数据存储器，以及与输入/输出设备相连接的I/O接口电路，微型计算机简称MC。,1.1.1 单片机的

3、基本概念,3单片机的基本概念 单片机SCMC(Single Chip MicroComputer)属于微型机的一种具有一般微机的基本组成和功能 其它名称：微控制器MCU（MicroController Unit）嵌入式微控制器（embedded microcontroller） 单片机是单片微型计算机的简称，也就是把微处理器（CPU）、一定容量的程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）、输入/输出接口（I/O）、时钟及其它一些计算机外围电路，通过总线连接在一起并集成在一个芯片上，构成的微型计算机系统。,1.1.1 单片机的基本概念,4嵌入式系统的基本概念嵌入式系统泛指嵌入于宿主设备的系统中，

4、嵌入的目的主要是用智能化提升宿主设备的功能。嵌入式系统是以应用技术产品为核心，以计算机技术为基础，以通信技术为载体，以消费类产品为对象，引入各类传感器加入，进入Internet网络技术的连接，而适应应用环境的产品。 特点：（1）嵌入式微处理器对实时多任务有很强的支持能力； （2）嵌入式微处理器具有功能很强的存储区保护功能。 （3）嵌入式微处理器功耗很低，,1.1.1 单片机的基本概念,5SOC的基本概念SOC是片上系统的简称。所谓SOC是一种高度集成化、固件化的系统集成技术。使用SOC技术设计系统的核心思想，就是要把整个应用电子系统全部集成在一个芯片中。在使用SOC技术设计应用系统时，除了那些

5、无法集成的外部电路或机械部分以外，其他所有的系统电路全部集成在一起。,1.1.2 单片机的发展概况,1单片机的发展阶段 （1）单片机的初级阶段 （2）单片机的中级（成熟）阶段 （3）单片机的高级（发展）阶段,1.1.3 单片机的特点和应用,1.单片机的特点 （1）体积小、使用灵活、成本低、易于产业化。 （2）可靠性好，适应温度范围宽。 （3）易扩展，很容易构成各种规模的应用系统、控制功能强。 （4）系统内无监控或系统管理程序。,2单片机的应用,（1）测控系统 （2）智能仪器仪表 （3）通讯产品 （4）民用产品 （5）军用产品 （6）计算机外部设备,1.2.1 MCS-51单片机的功能结构及特点

6、,图1-1 MCS-51(增强型)单片机功能结构图,1.2.1 MCS-51单片机的功能结构及特点,MCS-51单片机内部主要包括9个部分： 一个8位的微处理器CPU 8KB的片内程序存储器Flash ROM 256B的片内数据存储器RAM、128B特殊功能寄存器（SFR） 3个16位的定时器/计数器 有一个管理6个中断源的中断控制器 4个8位并行I/O端 一个全双工的串行接口（UART） 片内振荡电路和时钟发生器可扩展64KB程序、64KB数据存储器的三总线控制电路,1.2.2 MCS-51单片机的内部原理结构,MCS-51单片机的内部原理结构如图1-2所示。与图1-1比较，主要的区别是画出

7、了CPU的内部结构，图中的中间部分除了“定时器、串行口”大方框之外都属于CPU部件。下面先介绍CPU部分，对于其它部件，将在本章和后面的章节讲解。,图1-2 MCS-51(增强型)单片机原理结构图,XTAL2 XTAL1,P3.0P3.7,P1.0P1.7,RAM 地址,端口0驱动器,端口2驱动器,8KB Flash ROM,端口0锁存器,端口2锁存器,端口1驱动器,端口3驱动器,端口1锁存器,端口3锁存器,暂存器1,SP,PSW,B寄存器,暂存器2,ACC,256BRAM 128B SFR,缓冲器,PC加1,PC,程序地址寄存器,DPTR,定时器、串行口 中断部件及 特殊功能寄存器,地址总线

8、数据总线,P2.0P2.7,Vcc GND,指令寄存器 指令译码器 指令控制器,P0.0P0.7,PSEN ALE EA RST,ALU,1.2.3 MCS-51单片机的CPU,MCS-51单片机内部有一个功能强大的8位CPU，它包含两个基本部分，运算器和控制器。一、运算器运算器包括：算术和逻辑运算部件ALU（Arithmetic Logic Unit）以及累加器ACC、寄存器B、暂存器1、暂存器2、程序状态字寄存器PSW、布尔处理器等。,1.2.3 MCS-51单片机的CPU,1、算术逻辑运算部件ALUALU可以对4位（半字节）、8位（一字节）和16位（双字节）数据进行操作。这些操作可以是：

9、 算术运算：加、减、乘、除、加1、减1、BCD码数的十进制调整及比较等；逻辑运算：与、或、异或、求补及循环移位等。,1.2.3 MCS-51单片机的CPU,2、累加器ACCACC在CPU结构中占有特殊的位置，所以ACC在指令中使用的非常多。ACC既做源操作数又做目的操作数，如在加、减、乘、除算术运算指令中，在与、或、异或、循环移位逻辑运算指令等。ACC也作为通用寄存器使用，并且可以按位操作，所以ACC是一个用处最多、最忙碌的寄存器。在指令中用助记符A来表示。,1.2.3 MCS-51单片机的CPU,4、程序状态字PSW功能：用于设定CPU的状态和指示指令执行后的状态。PSW相当于其它微处理器中

10、的标志寄存器。格式如下：,1.2.3 MCS-51单片机的CPU,CY（PSW.7）：进位、借位标志在做位操作（布尔操作）时CY作 为位累加器。在指令中用C代替CYAC（PSW.6）：半进位、半借位标志，也称为辅助进位标志F0、F1（PSW.5 、PSW.1）：用户标志位，留给用户使用,1.2.3 MCS-51单片机的CPU,OV（PSW.2）：溢出标志位有以下几种情况：加减运算： OV1表示结果超出了8位有符号数的有效范围（128127），对无符号数OV没有意义。无符号数乘法运算： OV1表明结果超出了8位数无符号数除法运算： OV1表明除数为0,1.2.3 MCS-51单片机的CPU,P（

11、PSW.0）：累加器A的奇偶标志位P表示累加器A中1的个数的奇偶性P1，A中有奇数个1P0，A中有偶数个1,2.1.3 MCS-51单片机的CPU,RS1、RS0（PSW.4 和PSW.3）：工作寄存器组选择控制位。工作寄存器：R0、R1、R7,1.2.3 MCS-51单片机的CPU,5、布尔处理器布尔处理器以PSW中的进位标志位CY作为位累加器（用C表示）。功能：专门用于处理位操作。 MCS-51单片机有丰富的位处理指令：如置位、位清0、位取反、判断位值（为1或为0）转移，以及通过C（指令中用C代替CY）做位数据传送、位逻辑与、位逻辑或等位操作。,1.2.3 MCS-51单片机的CPU,二、

12、控制器控制器包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID，以及时钟控制逻辑、堆栈指针SP、地址指针DPTR等。1、程序计数器PC PC是一个具有自加1功能的16位的计数器 PC的内容是将要执行的下一条指令的地址改变PC的内容就改变了程序执行的顺序,2.1.3 MCS-51单片机的CPU,2、指令寄存器IR和指令译码器IDIR：存放从Flash ROM中读取的指令ID：进行译码，产生一定序列的控制信号，完成指令所规定的操作。3、堆栈 （1）堆栈的概念 堆栈是在RAM中专门开辟的一个特殊用途的存储区。（2）堆栈的访问原则： “先进后出”、“后进先出” 。即先进入堆栈的数据后移出堆栈，即后进入

13、堆栈的数据先移出堆栈。,2.1.3 MCS-51单片机的CPU,（3）堆栈的结构堆栈的一端的地址是固定的，称为栈底；另一端的地址是动态变化的，称为栈顶。 （4）堆栈的操作方式 堆栈有两种操作方式：数据进栈和数据出栈。进栈和出栈都是在栈顶进行，这就必然是按照“先进后出”、“后进先出”的方式存取数据。,2.1.3 MCS-51单片机的CPU,（5）堆栈的应用主要是用来暂时存放数据，有两种情况使用堆栈：一是CPU自动使用堆栈，当调用子程序或响应中断，处理中断服务程序时，CPU自动将返回地址存放到堆栈中； 通过堆栈传递参数。二是程序员使用堆栈，用堆栈暂时存放数据。,1.2.3 MCS-51单片机的CP

14、U,4、堆栈指针SP堆栈指针SP（Stack Pointer）中为栈顶的地址，即SP指向栈顶。SP是访问堆栈的间址寄存器SP具有自动加1、自动减1功能。当数据进栈时，SP先自动加1，然后CPU将数据存入； 当数据出栈时，CPU先将数据送出，然后SP自动减1。,1.2.3 MCS-51单片机的CPU,下图是数据进栈的情况 数据从栈顶进入,58,A6,7B,1.2.3 MCS-51单片机的CPU,由于进栈时SP的值增加，即堆栈向地址大的方向生长，并且栈顶是有效数据，这种堆栈是满递增型堆栈。,7B,A6,58,36,1.2.3 MCS-51单片机的CPU,5、数据指针DPTRDPTR是唯一的16位寄

15、存器。DPTR既可以作为一个16位寄存器使用，也可以作为两个独立的8位寄存器使用。其高字节寄存器用DPH表示，低字节寄存器用DPL表示。DPTR的用途： (1)主要用于存放16位地址，以便对64KB的片外RAM和64KB的程序存储空间作间接访问。 (2)其次用于存放数据，作为一般寄存器使用。,图1-2 MCS-51(增强型)单片机原理结构图,XTAL2 XTAL1,P3.0P3.7,P1.0P1.7,RAM 地址,端口0驱动器,端口2驱动器,8KB Flash ROM,端口0锁存器,端口2锁存器,端口1驱动器,端口3驱动器,端口1锁存器,端口3锁存器,暂存器1,SP,PSW,B寄存器,暂存器2,ACC,256BRAM 128B SFR,缓冲器,PC加1,PC,程序地址寄存器,DPTR,定时器、串行口 中断部件及 特殊功能寄存器,地址总线数据总线,P2.0P2.7,Vcc GND,指令寄存器 指令译码器 指令控制器,P0.0P0.7,PSEN ALE EA RST,ALU,1.2.3 STC15W4K单片机的内部结构,1.2.3 STC15W4K单片机的引脚图,供电,1.3 MCS-51单片机的存储器结构,主要内容1.3.1 程序存储器结构1.3.2 片内数据存储器结构1.3.3 片外数据存储器结构（略）,