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1、第一讲 单片机基础知识引言 商用微机 工控计算机智能仪器仪表单片机集散控制家用电器 C语言 高级语言 PASCAL FORTRAN计算机语言 汇编语言 （不同的CPU，汇编语言不同） 1位（几乎没有具体使用）4位（早期的产品）单片机 8位（当前应用最多，51系列）16位（部分使用，与8位相比较少，80196）32位（未来趋势）l 所有计算机的三总线结构相同；l 程序流程图相同。学习计算机的基础知识是数字电子技术：触发器、计数器、移位寄存器、译码器、编码器1.1 MCS-51单片机的特点 单片机（MICROCONTROLLER，又称微控制器）是在一块硅片上集成了各种部件的微型机算计，这些部件包括
2、中央处理器CPU、数据存贮器RAM、程序存贮器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。 MCS-51单片机的基本结构如图1-1所示。51系列单片机结构特点：l 8位CPU；l 片内振荡器及时钟电路；l 32根I/O线；l 外部存贮器寻址范围ROM、RAM各64K；l 3个l6位的定时器/计数器；l 5个中断源，2个中断优先级；l 全双工串行口；l 布尔处理器。1.2 MCS-51单片机的内部结构图1-2是MCS-5l单片机片内部结构的总框图，它可以划分为CPU、存贮器、并行口、串行口、定时器计数器、中断逻辑几部分。图1-2 MCS-51的内部结构框图1.2.1 中央处理器MCS-51的中央
3、处理器CPU由运算器和控制逻辑构成，其中包括若干特殊功能寄存器(SFR)。 CPU：8位；ALU：算术、逻辑运算单元中处理器 程序状态字PSW：8位宽度、F0、RS1和RS0 振荡周期、机器周期一、以ALU为中心的运算器算术逻辑单元ALU能对数据进行加、减、乘、除等算术运算；“与”、“或”、“异或”等逻辑运算以及位操作运算。PSW的格式如图1-3所示，其各位的含义是： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0CYACF0RS1RS0OVP图1-3 PSW的格式CY：进位标志。有进位借位时CY=1，否则CY=0；AC：半进位标志。当D3位向D4位产生进位借位时AC=1，常用于十进制调整运算
4、中；F0：用户可设定的标志位，可置位复位，也可供测试。RS1、RS0：四个通用寄存器组的选择位，该两位的四种组合状态用来选择03寄存器组。见表1-2。表l-2 RS1、RS0与工作寄存器组的关系RS1RS0工作寄存器组000组（00-07）011组（08-0F）102组（10-17）113组（18-1F）OV：溢出标志。当带符号数运算结果超出-128+127范围时OV=1，否则OV=0。当无符号数乘法结果超过255时，或当无符号数除法的除数为0时，OV=1，否则OV=0。P：奇偶校验标志。每条指令执行完，若A中l的个数为奇数时P=1，否则P=0，即奇偶校验方式。二、控制器、时钟电路和基本时序周
5、期控制逻辑主要包括定时和控制逻辑、指令寄存器、译码器以及地址指针 DPTR和程序计数器 PC等。1MCS-51的时钟时钟是时序的基础，MCS-51片内由一个反相放大器构成振荡器，可以由它产生时钟。XTAL1 XTAL2 外部时钟 XTAL2XTAL1 Vss (a) (b)图 l-4时钟产生电路(1) 内部方式：图1-4（a）(2) 外部方式：图1-4（b）2MCS-51的基本时序周期一条指令译码产生的一系列微操作信号在时间上有严格的先后次序，这种次序就是计算机的时序。MCS-51的主要时序将在存贮器扩展时讨论，这里先介绍它的基本时序周期。l 振荡周期：指振荡源的周期，若为内部产生方式时，为石
6、英晶体的振荡周期。l 机器周期：一个机器周期含 6个时钟周期(S周期)， 图1-5 基本时序周期12个震荡周期。l 指令周期：完成一条指令占用的全部时间。MCS-51的指令周期含l-4个机器周期，其中多数为单周期指令，还有2周期和4周期指令。1.2.2 存贮器结构计算机的存贮器的管理模式，大致可分为两类。第一类是将程序存贮器和数据存贮器分开，并有各自的寻址机构和寻址方式，这种结构形式称为哈佛型结构。另一类是存贮器逻辑空间统一管理，可随意安排ROM或RAM，访问时用同一种指令，这种结构形式称为普林斯顿型。MCS-51单片机的存贮器结构属于前者，一般微机属于后者。 程序：0000-0FFFFH内部
7、 00-7F：工作寄存区、通用数据区 数据： 存贮器结构 80-FF：特殊功能寄存器、通用数据区 程序：1000-FFFFH（或0000-FFFF）外部 数据：0000-FFFFHl 存贮器组织结构： 图1-5 MCS-51存贮器组织结构数据存贮器RAM也有64KB寻址区，在地址上是和ROM重叠的。MCS-51通过不同的信号来选通ROM或RAM：当从外部ROM取指令时用选通信号，而从外部RAM读写数据时采用读写信号或来选通。因此不会因地址重叠而出现混乱。第二讲 MCS-51单片机的内部结构1.2.3 片内并行接口 P0：常用功能（数据/低8位地址）单片机 P1：常用并行端口（8051） P2：
8、常用于地址高8位（A8-A15） P3：常用第二功能（RXD、TXD、INT0、INT1、T0、T1、WR、RD） 1.2.4 MCS-51的内部资源 串行口内部资源 定时器/计数器 中断系统：5个中断源（INT0、T0、INT1、T1和串口）1.2.5 MCS-51的芯片引脚 XTAL1、XTAL1：晶体、电容； ALE（地锁存信号）：锁存P0口的地址低8位，频率=fSOC/6； PSEN（读指令信号）：接程序存贮器的允许输端子； WR、RD：分别与外部数据存贮器的读、端子相连接 EA：接高电平（或接低电平）。图1-8 MCS-51引脚图1.2.6 单片机的工作方式单片机的工作方式包括：复位
9、方式、程序执行方式、单步执行方式、低功耗操作方式以及EPROM编程和校验方式。1 复位方式：经典的上电复位电路2 程序执行方式：（1）执行内部程序；（2）执行外部程序3 单步执行方式：用于调试程序和系统4 低功耗操作方式5 编程和校验第三讲 定时器/计数器MCS-51子系列单片机有2个定时器/计数器，即定时器/计数器0和1，52子系列单片机(8032/8052)除了有上述2个定时器/计数器外，还有一个定时器/计数器2，后者的功能比前两者强。1.3.1 定时器计数器0和1在专用寄存器TMOD(定时器方式)中，有一个控制位(C/T)，分别用于控制定时器/计数器0和1是工作在定时器方式还是计数器方式
10、。1 输入信号基本要求：24个振荡周期，即两个机器周期；2 作为定时器时，计数速率是 振荡频率/12；3 由定时器/计数器模式控制寄存器设置工作方式。 模式0：13位宽度，主要保持与48系列兼容；工作 模式1：16位宽度，最大计数65535；模式 模式2： 8位自动重装载，用于周期性的作某件事； 模式3：定时器/计数器0和1不同，适合于额外定时器。1.3.2 定时器/计数器2（自己阅读）定时器/计数器2是一个具有16位自动重装载或捕获能力的定时器计数器。专用寄存器T2CON是它的控制寄存器。l 可用作波特率发生器l 定时/计数方式1.3.3 定时器计数器的控制和状态寄存器专用寄存器TMOD、T
11、CON和T2CON用于控制和确定各定时器/计数器的功能和操作模式。这些寄存器的内容靠软件设置。系统复位时，寄存器的所有位都被清零。1 模式控制寄存器TMOD8位宽度，高四位和低四位分别控制定时器/计数器1和0，参阅图1-11、图1-12、图1-13。定时器1 定时器0 (MSB) (LSB)D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/M1M0GATEC/M1M0图1-16 定时器/计数器控制寄存器TMOD例MOVTOMD，#0010 0001B；定时器1，8位自动重装载MOVTH1，#56；时间常数MOVTL1，#56；时间常数SETBTR1；启动定时器开始工作表1-5 操作模式控制位M1 M
12、O操 作 模 式0 0模式0。 TLx中低5位与THx中8位构成13位计数器， TLx相当一个5位定标器(见图1-11)。0 1模式10 TLx与了Hx构成全16位计数器，操作模式同上，但无定标器。1 0模式2。 8位自动重装载的定时器/计数器，每当计数露TLx溢出时，THx中的内容重新装载到TLx(见图1-12)。1 1模式3。对于定时器0，分成2个8位计数器(见图1-13)。对于定时器1，停止计数。2 控制寄存器TCON (MSB) (LSB)D7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0图1-17 定时器/计数器控制寄存器TCONl TF0、TR0：定时器/计数器0l TF1、TR1：定时器/计数器1l IE0、IT0：外部中断0l IE1、IT1：外部中断1例如可用以下语句：SETBIT0/外部中断0下降沿触发
