单片机原理与实践指导 教学课件 ppt 作者 邓兴成 第1章 内部结构与时序

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1、单片机原理与应用,电子科技大学物理电子学院 电子信息科学与技术教研室 邓兴成,教学要求：严禁旷课，每次上课前点名。实验前需要完成实验预习报告，无此报告者不能进行实验。 成绩构成： 旷课7次成绩为0分。 平时：20%。理论课旷课一次扣3分。 实验：50%。旷课一次扣6分。少交一次实验报告扣2分；其中，实验旷课者不收实验报告，也不扣报告成绩分。 考试：30%。开卷。,答疑时间及地点：科研楼601，周五下午。 教材及参考书 教材：单片机原理及实践指导 邓兴成 姜宝钧 等编著，机械工业出版社 参考书： 1MCS-51单片机应用教程，李叶紫，清华大学出版社，2004 2MCS-51系列单片微型计算机及其

2、应用，孙育才，东南大学出版社，2004 3单片机原理及应用，张毅刚，高等教育出版社，2004 4单片机原理及其接口技术（第2版），胡汉才，清华大学出版社, 2004 5MCS-51、96单片机原理及应用，孙涵芳，徐爱卿，北京航空航天大学出版社，1988.2 6单片微型计算机原理接口应用，徐惠民，安德宁，北京邮电学院出版社，1990年6月,一、单片机的学习,为何要学好单片机原理 如何学习单片机原理 与单片机原理应用的相关知识,为何要学好微控制器 微控制器的主要应用领域： 1、消费电子 家用电器 移动消费电子 2、医疗设备 家用便携式医疗设备 诊断治疗 成像 分析,3、汽车 动力总成控制 车身电子

3、 驾驶员信息系统 底盘 安全 车载网络 4 、工业 工厂自动化 楼宇控制 计量,5、数据链路 控制器局域网(CAN) 工业网络与现场总线协议 本地互连网(LIN) 通用串行总线(USB) 6、电机控制 直流电机 步进电机 开关磁阻电机 交流感应电机 通用电机 永磁同步电机,7、节能 光电能效 智能电网 高能效汽车 高能效照明 延长电池寿命 功率转换与电源,如何学习单片机原理 1、学习前的准备工作： （1）选定学习芯片型号。 （2）实验板一块。 （3）下载线或仿真器一个。 2、学习方法： （1）阅读单片机某一模块资料。 （2）设计对模块知识的验证实验。 （3）完成验证实验。,如何学习单片机原理

4、3、初学者需要掌握的重点内容： （1）引脚功能。 掌握引脚功能是设计单片机应用系统电路、充分利用单片机内部资源的前提。 （2）汇编指令其程序设计。 汇编指令包含了CPU执行程序的原理，对很好地掌握单片机原理具有其它语言不可取代的作用。 （3）特殊功能寄存器。 重点掌握那些各位具有特定功能的特殊功能寄存器。,与单片机应用的相关知识 模拟电路 数字电路基础 通信原理 数据通信 移动通信原理 传感器原理 自动控制原理 应用系统外围芯片,几个简单概念,1、串行传输：二进制数据在一根线上分时一位一位地进行传输的通信方式。 例如：10011010在一根线上传输的波形如下图所示。 简单地说：串行传输是发送端

5、分时发送、接收端分时接收的通信方式。,2、并行传输：一个二进制数据按位同时在多根线上进行传输的通信方式。 例如：二进制数据10011010 在8根线上并行传输的波形如右 图所示。 并行传输通常有为8位、16位、 32位和64位等，是计算机CPU与 外设间进行数据传输的主要通信 方式。,3、总线：具有相同或相似功能的多根线构成的一组线称为总线。 在MCS-51单片机中，有数据总线、地址总线和控制总线。 4、ROM：只读存储器，又称为程序存储器。包括EPROM、EEPROM、FLASH等。 5、RAM：随机存取存储器，又称为数据存储器。包括RAM、FLASH、EEPROM等。,6、字节：在计算机中

6、，8位二进制数构成的数称为一个字节。 7、原码：原始二进制数称为原码。 8、反码：原码按位取反。 9、补码：正数的补码是其本身。负数的补码是其反码加1。,第1章 MCS-51单片机的内部结构与时序,AT89S52的主要资源说明 1、32条输入/输入引脚； 2、256B（字节）片内RAM； 3、8kB Flash程序存储器； 4、3个16位定时/计数器； 5、2个外部中断源； 6、1个全双功串行通信端口； 7、1个13位看门狗定时器； 8、在系统（ISP）编程。,1.1 MCS-51引脚功能说明,1.1 MCS-51引脚功能说明 P1口（18脚）: 可作为通用输入/输出 口。 作为通用输出口使用

7、 时，P1口每个引脚可驱动 4个LS型TTL门电路。 作为通用输入口使用 时，需要预先将P3口写为 1，即引脚为高电平。,P1口具有第二功能（即特定功能）的引脚有P1.0、P1.1、P1.5、P1.6和P1.7。各引脚功能如表1-1所示。,1.1 MCS-51引脚功能说明 P3口（1017脚）: 可作为通用输入/输出 口。 作为通用输出口使用 时，P3口每个引脚可驱动 4个LS型TTL门电路。 作为通用输入口使用 时，需要预先将P3口写为 1，即引脚为高电平。,在单片机应用系统中，P3口主要使用其第二功能。P3口的第二功能如表1-2所示。,1.1 MCS-51引脚功能说明 P2口（2128脚）

8、: 可作为通用输入/输出口。 作为通用输出口使用时， P2口每个引脚可驱动4个LS 型TTL门电路。 作为通用输入口使用时， 需要预先将P2口写为1，即 引脚为高电平。 当应用系统扩展外部存储 器时，P2口可作为地址总线 的高8位。,1.1 MCS-51引脚功能说明 P0口（3239脚）: P0口可作为通用输入 /输出口使用。作为通用I/O 口使用时，P0口需要外接上 拉电阻。 作为输出口使用时， P0每个引脚最多能驱动8个 LS型TTL门电路。 在访问外部程序存储 器和数据存储器时，P0口被 用作地址总线（低8位地址） /数据总线复用。,1.1 MCS-51引脚功能说明 其它引脚： 1. 电

9、源（40脚）和地（20脚）引脚 2. RESET（第9脚）：复位信号输入引脚。 RESET引脚上至少持续出现2个机器周期（晶振的12个振荡周期为一个机器周期）的高电平就会使单片机复位 。 复位是使数字系统处于确定的初始状态的过程。 3. XTAL1（18脚）和XTAL2（19脚）：片内振荡器输入/输出引脚 。,1.1 MCS-51引脚功能说明 其它引脚： 4. /PSEN（29脚） 片外程序存储器（ROM）读选通信号输出引脚。 5. ALE（30脚） 地址锁存允许/编程引脚。在未访问外部数据存储器期间，该引脚输出晶振频率的6分频信号，可作为某些外部器件的时钟信号。 6. /EA（31脚）： 片

10、外程序存储器访问允许/编程器电源引脚 。该引脚接高电平时，CPU从片内程序存储器的0000H单元开始执行指令；该引脚接低电平时， CPU从片外程序存储器的0000H单元开始执行指令.,1.1.1 MCS-51系列单片机的引脚功能及最小应用系统,1. 电源引脚 2. 输入/输出（I/O）口 P0口（3239脚） 作为输出口使用时，P0每个引脚能驱动8个TTL门电路。 在访问外部程序存储器和数据存储器时，P0口被用作地址总线（低8位地址）/数据总线复用,对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当P0口作为输出口使用时，必须外接上拉电阻。 P1口（18脚） 作为输出口使用时，P1口每个引脚可驱动4

11、个LS型TTL门电路。,3. 控制线 RESET（第9脚）：复位信号输入引脚。 RESET引脚上至少持续出现2个机器周期（晶振的12个振荡周期为一个机器周期）的高电平就会使单片机复位 。 复位是使数字系统处于确定的初始状态的过程。 XTAL1（18脚）和XTAL2（19脚）：片内振荡器输入/输出引脚 。,/PSEN（29脚）：外部程序存储器（ROM）选通引脚。 ALE（30脚）：地址锁存允许/编程引脚。 /EA（31脚）：片外程序存储器访问允许/编程器电源引脚 。,1.1.2 MCS-51的三总线结构 MCS-51单片 机应用系统通常 按照三总线结构 进行设计。三总 线是指数据总线 （DB）、

12、地址 总线（AB）和 控制总线（CB）。,1.1.3 AT89S51单片机的最小应用系统 单片机最小系统由振荡电路和复位电路构成。,1.1.3 AT89S51单片机的最小应用系统,1.2 MCS-51单片机内核结构,1.2.1 中央处理器CPU,1算术逻辑单元ALU 算术逻辑单元ALU由加法器、两个8位暂存器（TMP1、TMP2）和一个布尔处理器组成。 2专用寄存器 专用寄存器是用来存储当前要执行的指令的存储地址、操作数和指令执行后的状态等信息的寄存器。其特点是存取速度快、方便。,（l）累加器A(Accumulator) 累加器A是专门用于存放操作数或运算结果的8位可位寻址的特殊功能寄存器，其

13、物理地址为E0H，符号为ACC。 例： MOV A，#50 ADD A，#100 MOV A，#32H ADD A，#64H,累加器A是可位寻址的特殊功能寄存器。即可以通过指令对A中的每一位进行清“0”或置“1”（通常称为置位） 例： SETB ACC.0 SETB ACC.3 CLR ACC.7,（2） B寄存器 B寄存器是一个8位可位寻址的特殊功能寄存器，一般用于乘、除法运算 ，也可以作为通用寄存器，用来存放临时数据。 乘法运算中，B寄存器存储乘积的高8位；除法运算中，B寄存器存储余数。 例如：求两个操作数50与100之积。 MOV A，#32H MOV B，#64H MUL AB 例如：

14、求两个操作数101与50之商。 MOV A，#64H MOV B，#32H DIV AB,（3）程序计数器PC 程序计数器PC（Program Counter）是一个二进制16位特殊功能寄存器，专门用于存放CPU将要执行的下一条指令第一字节的存储地址。 系统复位后，PC中的值为0000H，表示CPU将从程序存储器中的0000H单元开始执行程序。 CPU每执行指令的一个字节，PC的值自动加1。 单片机系统的程序存储器（ROM）最多为64kB，其地址范围是0000HFFFFH。,（4）程序状态字寄存器PSW 程序状态字（PSW）寄存器是一个8位可位寻址特殊功能寄存器。 其功能是存储当前指令执行后的

15、某些状态，这些状态可作为执行下一条指令的条件。 其结构及各位的定义如下：, 进位标志位Cy（Carry） 在加法或减法运算中，若累加器A中最高位ACC.7有进位或借位时，Cy=1；否则Cy=0。 Cy在位操作中，又是布尔处理器的位累加器，常用C表示。 辅助进位标志位AC 若AC=0，则表示加减运算过程中ACC.3没有向ACC.4进位或借位；若AC=1，则表示加减运算过程中ACC.3向AC.4有进位或借位。, 用户标志位F0（Flag zero） 工作寄存器组选择位RS1和RS0 程序状态字寄存器PSW中的RS1和RS0用来选择当前使用的工作寄存器组。,例如，复位后默认的工作寄存器组是第0组，程

16、序中主要使用第0组，但在某段程序中要使用第3组，执行完这段程序后需要继续使用第0组，则可使用下面的程序指令。 SETB PSW.4 SETB PSW.3 MOV R0,#00H CLR PSW.3 CLR PSW.4 MOV R0,#0FFH, 溢出标志位OV（OVerflow） 溢出标志位PSW.2用于指示在带符号数的算术运算过程中是否发生溢出。 当累加器A中的运算结果超过8位二进制数允许表示的范围，即-128+127时，就产生溢出。 PSW.1 保留位，无定义。 奇偶校验标志位P（Parity） 当累加器A中的数有偶数个“1”时，P=0，若有奇数个“1”，则P=1。,（5）堆栈及堆栈指针SP（Stack Pointor） 堆栈是内部数据存储器（RAM）中的一个区域，用于顺序存储程序执行过程中某些寄存器内需要保护的数据。 数据进入与退出堆栈遵循后进先出的原则 。 在系统复位后，堆栈指针SP的初始值为07H。 堆栈操作指令：PUSH（压栈），POP（