《单片机测控技术》ppt课件

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1、,单片机测控技术,第一章 单片微型计算机概述 单片微型计算机（简称单片机）作为微型计算机的一个重要的分支，自70年代问世以来，以及其高的性价比，受到人们的重视和关注，应用很广，发展也很快。单片机体积小，重量轻，抗干扰能力强，环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。正因为如此，在我国，单片机已广泛地应用在智能仪器仪表、机电设备过程控制、自动检测、家用电器和数据处理等各个方面。 1.1单片机的历史及发展概况 单片机的发展历史可划分为四个阶段： 第一阶段（19741976年）：单片机初级阶段。因工艺限制，单片机采用双片的形式而且功能比较简单。 第二阶段（19761978年）：低性能

2、单片机阶段。以Intel公司制造的MCS-48为代表，这种单片机片内集成有8位CPU、并行I/O口、8位定时器/计数器RAM和ROM等。但是不足之处是无串行口，中断处理比较简单，片内RAM和ROM容量较小且寻址范围不大于4K。 第三阶段（1978至今）：高性能单片机阶段，这个阶段推出的单片,机普遍带有串行I/O口，多级中断系统，16位定时器/计数器，片内ROM、RAM容量大，且寻址范围可达64K字节，有的片外还带有A/D转换器。这类单片机的典型代表是：Intel公司的MCS-51系列、Mortorrola公司的6801和Zilog公司的Z8等。由于这类单片机的性价比高，所以，仍被广泛应用，是目

3、前应用数量较多的单片机。 第四阶段（1982至今）：8位单片机巩固发展及16位单片机、32位单片机推出阶段。16位单片机的主要代表是Intel公司的MCS-96系列单片机。而32位单片机除了具有更高的集成度外，其主振以达20MHz，这使32位单片机的数据处理速度比16位增快许多，性能比8位、16位单片机更加优越。 80年代以来，单片机的发展非常迅速，就通用单片机而言，世界上一些著名的计算机厂家已投放市场的产品就有50多个系列，四百多个品种。单片机的产品已占整个微机产品的80%以上，其中8位单片机的产量又占整个单片机产量的60%以上。这说明8位单片机将在最近若干年仍是工业检测、控制应用的主角。

4、1.2单片机的特点 1.小巧灵活、成本低、易于产品化。它能方便地组装成各种智能式测、控设 备及各种智能仪器仪表。 2.可靠性好，适应温度范围宽。单片机芯片本身是按工业测控环境要求设计 的，能适应各种恶劣的环境，这是其它机种无法比拟的。 3.易扩展，很容易构成各种规模的应用系统，控制功能强。单片机,的逻辑控制功能很强，指令系统有各种控制功能用指令。 4.可以很方便到实现多机和分布式控制。 1.3单片机的应用范围 1.工业方面：各种测控系统，数据采集系统，工业机器人，智能化仪器，机电一体化产品等。 2.智能仪器仪表方面：单片机应用在智能仪器仪表方面，不仅可以使传统的仪器仪表发生根本的变革，也给传统

5、的仪器仪表行业改造带来了曙光。 3.通讯方面：调制解调器、程控交换技术等。 4.民用方面：电子玩具、录象机、激光唱机等。 5.导弹与控制方面：导弹控制、鱼雷制导控制、智能武器装备、航天飞机导航系统等。 6 .各种计算机外部设备及电器方面：打印机、硬盘驱动器、复印机，磁带机等。 7.多机分布式系统：可用单片机构成分布式测控系统，它使单片机应用进入了一个新的水平。,第二章 80C51单片机的结构,2.1 80C51单片机的结构 Intel公司生产的80C51单片机的典型产品有80C51、80C31和87C51。80C51是ROM型单片机，内部有4KB ROM；80C31无片内ROM；87C51片内

6、有4KB EPROM。除此以外，三者的内部结构及引脚完全相同。 2.1.1 80C51单片机的组成及结构 80C51主要由以下8部分组成。 1.中央处理器（CPU）：中央处理器是单片机的大脑和心脏，主要完成运算和控制功能。 2.内部数据存储器（内部RAM）：80C51共有256个RAM单元，但其中能作为寄存器供用户使用的仅有前面128个，后128个被专用寄存器占用。 3.内部程序存储器（内部ROM）： 80C51共4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据等。 4.定时器/计数器： 80C51共有2个16位的定时器/计数器，可以实现定时和计数功能。 5.并行I/O口： 80C51共有4个8位I/

7、O口，可实现数据的并行输入输出。 6.串行口： 80C51有一个全双工的可编程串行口，以实现单片机和,其它设备之间的串行数据传送。 7.时钟电路： 80C51单片内部有时钟电路，但晶振和微调电容需要外接。时钟电路为单片机产生示时钟脉冲序列。 8.中断系统： 80C51的中断系统功能较强，可以满足一般控制应用的需要。它共有5个中断源：2个外部中断源、3个内部中断源，即2个定时/计数中断，1个串性口中断。 2.1.2 80C51单片机的引脚定义及功能。,1.主电源引脚VSS和VCC VSS接地， VCC主电源+5V 2.时钟电路引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1：接外部晶体一端 XTAL2：接

8、外部晶体另一端 3.控制信号引脚RST、ALE/PROG、PSEN、EA/VPP RST：单片机刚接上电源时，其内部各寄存器处于随机状态，在该脚输入24个时钟周期宽度以上的高电平将单片机复位。,ALE/PROG：访问片外存储器时，ALE作锁存扩展地址低位字节的控制信号（称允许锁存地址）。平时不访问片外存储器时，该端也以1/6的时钟振荡频率固定输出脉冲，供定时或其它需要使用； PSEN：在访问片外程序存储器时，此端输出负脉冲作为存储器读选通信号。 EA/VPP：当EA端输入高电平时，CPU从片内程序存储器地址0000H单元开始执行程序。当地址超过4KB时，将自动执行片外程序存储器的程序。当EAS

9、接低电平时，CPU仅访问片外程序存储器。 4.输入/输出引脚（P0、P1、P2和P3） P0.0P0.7:P0口是一个8位漏极开路型双向I/O端口。在访问片外存储器时，它分时提供8位双向数据，故这些I/O线有地址线/数据线之称，简写为AD0AD7。 P1.0P1.7:P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。 P2.0P2.7：P2是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。在访问片外存储器时，它输出高8位地址，即A8A15。 P3.0P3.7：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。在整个系统中，这8个引脚还具有专门的第二功能。 P3.0：RXD（串行口输入）， P3.1：TXD（串

10、行口输出），P3.2：INT0（外部中断0输入）， P3.3：INT1（外部中断1输入），P3.4：T0（定时器/计数器0的外部输入）， P3.5：T1（定时器/计数器1的外部输入），P3.6：,WR（片外数据存储器写选通控制输出），P3.7： RD（片外数据存储器读选通控制输出） 2.2 80C51的存储器 2.2.1 程序存储器 程序存储器用于存放编好的程序和表格常数。80C51片内有4KB ROM，片外16位地址线最多可扩展64KB ROM，两者是统一编址的。如果EA端保持电平，80C51的程序计数器PC在0000H0FFFH范围内（即前4KB地址）是执行片内ROM的程序。当寻址范围在1

11、000HFFFFH时，则从片外程序存储器取指令。当EA为低电平，则始终从片外程序存储器取指令，这时片外存储器可以从0000H开始编址。 在程序存储器中，以下6个单元具有特殊功能。 0000H：复位后，PC=0000H，即程序从0000H开始执行 0003H：外部中断0入口 000BH：定时器0溢出中断入口 0013H：外部中断0入口 001BH：定时器1溢出中断入口 0023H：串行口中断入口,2.2.2 数据存储器 数据存储器用于存放中间运算结果、数据暂存、标志位等。80C51片内有256B RAM，片外最多可扩充64KBRAM，构成两个地址空间。 片内高128B地址区域（即00H7FH）为

12、专用寄存器区，只能采用直接寻址方式。 在低128B RAM区中，00H1FH地址为通用工作寄存器区，分为4组，每组由8个工作寄存器（R0R7）组成，共占32个单元。工作区后16B可以进行位寻址。这128位的位地址为00H7FH。,2.2.3 专用寄存器SFR 80C51有21个专用寄存器，亦称特殊功能寄存器。它们离散地分布在片内数据存储器的高128位地址中，访问这些专用寄存器仅允许使用直接寻址的方式。专用寄存器并未占满80HFFH整个地址空间，对空闲地址的操作是无意义的。若访问到空闲地址，则读出的是随机数。 这些专用寄存器是：,ACC：累加器A B：B寄存器 PSW：程序状态字 SP：堆栈指针

13、 IP：中断优先级 IE：中断允许 TMOD：定时器/计数器 方式 TCON：定时器/计数器 控制 SCON：串行控制,DPTR：数据指针（由DPL、DPH组成） SUBF：串行数据缓冲器 PCON：电源控制 TH0 、TL0：定时器/计数器 0的高、低字节 TH1 、TL1：定时器/计数器 1的高、低字节 P0P3：端口03,第三章 80C51的指令系统,3.1 寻址方式 指令的一个重要组成部分是操作数，它指出了参与操作的数或数所在的地址。寻址方式是指在指令代码中用以表示操作数地址的各种规定。80C51共有7种寻址方式，下面将以指令为例逐一介绍。 3.1.1 立即寻址 在这种寻址方式中，指令

14、多是双字节指令。一般第一个字节是操作码，第二个字节是操作数。该操作数直接参与操作，所以称立即数，用“#”号表示。立即数就是存放在程序存储器中的常数。 例：指令 MOV A，#3AH 指令代码为74H、3AH，是双字节指令。这条指令的功能是把立即数3AH送入累加器A中。 在80C51的指令系统中，仅有一条指令的操作数是16位的立即数，其功能是向地址指针DPTR传送16位的地址，即把立即数的高8位送入DPH，低8位送入DPL。 3.1.2 直接寻址 在这种寻址方式中，操作数项给出的是参加运算的操作数的地址。在,80C51单片机中，直接地址只能用来表示特殊功能寄存器、内部数据存储器以及位地址空间。其

15、中，特殊功能寄存器和位地址空间只能用直接寻址方式来访问。 例：指令 MOV A，3H 指令代码E5H、3AH，是双字节指令。该指令是把3AH单元存放的数据送到累加器A中。 3.1.3 寄存器寻址 寄存器寻址是对选定的工作寄存器R0R7、累加器A、通用寄存器B、地址寄存器DPTR和进位CY中的数进行操作。 工作寄存器组的选择由状态标志寄存器PSW中的RS1和RS0确定。 例：指令 MOV A，R2 该指令将R2中的数据传送到A中。 3.1.4 寄存器间接寻址 在这种寻址方式中，操作数所指定的寄存器中存放的不是操作数本身，而是操作数的地址。这种寻址方式用于访问片内数据存储器或片外数据存储器。当访问

16、片内RAM低128B或片外RAM低256B时，可采用当前工作寄存器中的R1或R2作间接地址寄存器（用表示 ），即由R0或R1间接给出操作数所在的地址，这样，R0或R1为存放操作数单元的地址指针。,例： 指令 MOV A，R0 将R0存放的地址对应的单元中的数据传送给A。 3.1.5 变址寻址（基址寄存器+变址寄存器间接寻址） 这种寻址方式以DPTR或PC为基址寄存器，累加器A为变址寄存器。变址时，把两者的内容相加，所得到的结果作为操作数的地址。这种方式常用于查表操作。 例： 指令 MOVC A，A+DPTR 该指令将DPTR和A中存放的数值相加得到一个地址值，将这个地址所对应的单元中的数据传送到累加器A中。 3.1.6 相对寻址 相对寻址是将程序计数器PC中的当前内容与指令第二个字节所给出的数相加，其结果作为跳转指令的转移地址。转移地址也称为转移目的地址。PC中的当前内容称为基地址（它实际是本指令之后的字节地址）。指令第二个字节给出的数据称为偏移量。偏移量为带符号的数，