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单片机原理及应用简单复习11.doc

上传人:dreamzhangning 文档编号:2299270 上传时间:2018-09-10 格式:DOC 页数:6 大小:285KB
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资源描述

1、- 1 -单片机原理及应用简单复习第 1 章 单片机概述1单片机:就是在一片半导体硅片上集成了中央处理单元(CPU) 、存储器(RAM、ROM) 、并行 I/O 口、定时器 /计数器、中断系统、系统时钟电路及系统总线的微型计算机。这样一块集成电路芯片具有一台微型计算机的属性,因而被称为单片机微型计算机,简称单片机。2单片机主要应用于测控领域。又成单片机为嵌入式控制器或微控制器。3单片机按照其用途分类可分为通用型和专用型两大类。通用型:就是其内部可开发的资源可以全部提供给用户。用户可根据实际需要,设计一个以通用单片机芯片为核心,再配以外围接口电路及其他外围设备,并编写相应的软件来满足各种不同需要

2、的测控系统。专用型:是专门针对某些产品的特定用途而制作的单片机。4单片机的发展历史阶段:第一个阶段(1974 1976)单片机初级阶段。第二个阶段:(1976 1978)低性能单片机阶段。第三阶段:(1978 1983)高性能单片机阶段。5单片机的特点:体积小、价格低、应用方便、稳定可靠。6由单片机为核心的构成的应用系统具有以下优点:功能齐全,应用可靠,抗干扰能力强;简单方便,易于普及;发展迅速,前景广阔;嵌入容易,用途广泛。7MCS-51 系列单片机 :8031 内部包括 1 个 8 位 CPU、128BRAM ,21 个特殊功能寄存器(SFR ) ,4 个 8 位并行 I/O口,1 个全双

3、工串行口,2 个 16 位定时器/计数器,5 个中断源,但片内无程序存储器,需外扩程序存储器芯片。8051 在8031 的基础上,片内又集成了 4KBROM 作为程序存储器。8751 与 8051 相比,片内集成的 4KB 的 EPROM 取代了 8051的 4KBROM 作为程序存储器。第 2 章 单片机的硬件结构1AT89S51 单片机的硬件组成:1) 8 位微处理器(CPU) ;2) 数据存储器(128B RAM) ;3) 程序存储器(4KB Flash ROM) ;4) 4 个 8 位可编程并行 I/O 口(P0 口、P1 口、P2 口和 P3 口) ;5) 1 个全双工的异步串行口;

4、6) 2 个可编程的 16 位定时器/计数器;7) 1 个看门狗定时器;8) 中断系统具有 5 个中断源、5 个中断向量;9) 特殊功能寄存器(SFR)26 个;10) 低功耗模式有空闲模式和掉电模式,且具有掉电模式下的中断恢复模式;11) 3 个程序加密锁定位。2AT89S51 的引脚功能:40 个引脚按其功能可分为以下三类:1) 电源及时钟引脚VCC、VSS ;XTAL1、XTAL2。2) 控制引脚 、ALE/ 、 /VPP、RST (RESET)PSENROGEA3) I/O 口引脚P0 、P1、P2、P3,为 4 个 8 位 I/O 口3控制引脚1) RST (RESET,9 脚):复

5、位信号输入,在引脚加上持续时间大于 2 个机器周期的高电平,可使单片机复位。正常工作,此脚电平应 0.5V 。2) /VPP(Enable Address/Voltage Pulse of Programing,31 脚) : 引脚的第一功能:外部程序存储器访问允EA EA许控制端。当 引脚接高电平时,在 PC 值不超出 0FFFH(即不超出片内 4KB Flash 存储器的地址范围)时,单片机读片- 2 -内程序存储器(4KB)中的程序,但 PC 值超出 0FFFH (即超出片内 4KB Flash 地址范围)时,将自动转向读取片外60KB(1000H-FFFFH )程序存储器空间中的程序。

6、当 引脚接低电平时,只读取外部的程序存储器中的内容,读取的地址范围为 0000HFFFFH,片内的 4KB EAFlash 程序存储器不起作用。VPP 为引脚的第二功能,对片内 Flash 编程,接编程电压。3) (Program Strobe ENable,29 脚)片外程序存储器 读选通信号,低电平有效。PSN4AT89S51 的 CPU运算器:主要用来对操作数进行算术、逻辑和位操作运算。主要包括算术逻辑运算单元 ALU、累加器 A、程序状态字寄存器 PSW、位处理器及两个暂存器。1) 算术逻辑运算单元 ALU:可对 8 位变量逻辑运算(与、或、异或、循环、求补和清零) ,还可算术运算(加

7、、减、乘、除)2) 累加器 A:作用如下:( 1)ALU 单元的输入数据源之一,又是 ALU 运算结果存放单元。 (2)数据传送大多都通过累加器 A,相当于数据的中转站。3) 程序状态字寄存器 PSW:PSW(Program Status Word)位于片内特殊功能寄存器区,字节地址为 D0H。包含了程序运行状态的信息,其中 4 位保存当前指令执行后的状态,供程序查询和判断。1 Cy(PSW.7)进位标志位:可写为 C。在算术和逻辑运算时,若有进位/借位,Cy1;否则,Cy 0。在位处理器中,它是位累加器。2 Ac(PSW.6)辅助进位标志位 :在 BCD 码运算时,用作十进位调整。即当 D3

8、 位向 D4 位产生进位或借位时,Ac1;否则, Ac0。3 F0(PSW.5)用户设定标志位:由用户使用的一个状态标志位,可用指令来使它置 1 或清 0,控制程序的流向。用户应充分利用。4 RS1 、RS0 ( PSW.4、PSW.3)4 组工作寄存器区选择:选择片内 RAM 区中的 4 组工作寄存器区中的某一组为当前工作寄存区。5 OV(PSW.2)溢出标志位:当执行算术指令时,用来指示运算结果是否产生溢出。如果结果产生溢出,OV=1;否则,OV=0 。6 PSW.1 位:保留位7 P(PSW.0)奇偶标志位:指令执行完,累加器 A 中“1”的个数是奇数还是偶数。控制器:任务识别指令,并根

9、据指令的性质控制单片机各功能部件,从而保证单片机各部分能自动协调地工作。控制器包括:程序计数器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等。功能是控制指令的读入、译码和执行,从而对各功能部件进行定时和逻辑控制。程序计数器 PC 是一个独立的 16 位计数器,不可访问。单片机复位时, PC 中内容为 0000H,从程序存储器0000H 单元取指令,开始执行程序。PC 工作过程 是:CPU 读指令时,PC 的内容作为所取指令的地址,程序存储器按此地址输出指令字节,同时 PC自动加 1。5AT89S51 存储器的结构,存储器空间可分为 4 类1) 程序存储器空间:片内和片外两部分。当片内 4KB

10、Flash 存储器不够用时,可片外扩展,最多可扩展至64KB 程序存储器。2) 数据存储器空间:片内与片外两部分。片内有 128 B RAM(52 子系列为 256B) 。片内 RAM 不够用时,在片外可扩展至 64KB RAM 。3) 特殊功能寄存器 SFR ( Special Function Register)片内各功能部件的控制寄存器及状态寄存器。 SFR 综合反- 3 -映了整个单片机基本系统内部实际的工作状态及工作方式。4) 位地址空间:共有 211 个可寻址位,构成了位地址空间。它们位于内部 RAM(共 128 位)和特殊功能寄存器区(共 83 位)中。6在程序存储器空间中 引脚

11、接高电平时,CPU 从片内 0000H 开始取指令,当 PC 值没有超出 0FFFH 时,只访问EA片内 Flash 存储器,当 PC 值超出 0FFFH 自动转向读片外程序存储器空间 1000HFFFFH 内的程序。接低电平时,只能执行片外程序存储器(0000H FFFFH)中的程序。不理会片内 4KB Flash 存储器。EA程序存储器某些固定单元用于各中断源中断服务程序入口。64KB 程序存储器空间中有 5 个特殊单元分别对应于 5 个中断源的中断入口地址,见表。通常这 5 个中断入口地址处都放一条跳转指令跳向对应的中断服务子程序,而不是直接存放中断服务子程序。7数据存储器空间:片内与片

12、外两部分。1) 片内数据存储器:片内数据存储器(RAM)共 128 个单元,字节地址为00H7FH 。图为片内数据存储器的结构。00H1FH 的 32 个单元是 4 组通用工作寄存器区,每区包含 8B,为 R7R0 。可通过指令改变 RS1、RS0 两位来选择。20H2FH 的 16个单元的 128 位可位寻址,也可字节寻址。30H7FH 的单元只能字节寻址,用作存数据以及作为堆栈区。2) 片外数据存储器:当片内 128B 的 RAM 不够用时,需外扩,最多可外扩 64KB的 RAM。注意,片内 RAM 与片外 RAM 两个空间是相互独立的,片内 RAM 与片外RAM 的低 128B 的地址是

13、相同的,但由于使用的是 不同的访问指令 ,所以不会发生冲突。8AT89S51 的并行 I/O 端口 :4 个双向的 8 位并行 I/O 端口,分别记为 P0、P1、P2 和P3,其中输出锁存器属于特殊功能寄存器。端口的每一位均由输出锁存器、输出驱动器和输入缓冲器组成,4 个端口按字节输入/输出外,也可位寻址。1) P0 口的特点:P0 口为双功能口地址/数据复用口和通用 I/O 口。2) P1 口:单功能的 I/O 口,字节地址为 90H,位地址为 90H97H 。3) P2 口用作地址总线,P2 口用作通用 I/O 口4) P3 口用作第二输入/ 输出功能,P3 口用作第一功能通用 I/O

14、口9机器周期、指令周期与指令时序1) 时钟周期:时钟控制信号的基本时间单位。若晶振频率为 fosc,则时钟周期 Tosc=1/fosc。2) 机器周期:CPU 完成一个基本操作所需时间为机器周期。执行一条指令分为几个机器周期。每个机器周期完成一个基本操作,如取指令、读或写数据等。每 12 个时钟周期为 1 个机器周期。1 个机器周期包括 12 个时钟周期,分 6 个状态:S1S6。每个状态又分两拍:P1 和 P2。3) 指令周期:执行一条指令所需的时间。12 个时钟周期=1 个机器周期;几个机器周期=1 条指令第 3 章 单片机的指令系统1指令格式:指令的表示方法。指令通常由两部分组成:操作码

15、和操作数。操作码指令进行什么操作。操作数- 4 -指令操作的对象。27 中寻址方式1 寄存器寻址方式:MOV A,Rn ;(Rn)A ,n =072 直接寻址方式:MOV A,direct “direct”就是操作数的单元地址。例如: MOV A,40H;MOVdirect1,direct2(MOV 42H,62H )3 寄存器间接寻址方式:MOV A,Ri ;i=0 或 14 立即数寻址方式:MOV A,#40H5 基址寄存器加变址寄存器间址寻址方式:MOVC A,A+DPTR,该指令有三条 MOVC A,A+DPTRMOVC A,A+PC JMP A,A+DPTR6 相对寻址方式:目的地址

16、=转移指令所在的地址+转移指令字节数+rel;LJMP rel7 位寻址方式:MOV C,bit 其具体指令: MOV C,40H3逻辑操作类指令:1 累加器 A 清“0”指令: CLR A2 累加器 A 求反指令:CPL A3 左环移指令:RL A4 带进位左环移指令:RLC A5 右环移指令:RR A6 带进位右环移指令:RRC A7 累加器半字节交换指令:SWAP A第 5 章 单片机中的中断系统1中断请求源。AT89S51 中断系统共有 5 个中断请求源:1 :外部中断请求 0,中断请求信号由 引脚输入,中断请求标志位 。0INT0INT0INT2 :外部中断请求 1,中断请求信号由

17、引脚输入,中断请求标志为 。113 定时器/计数器 T0 计数溢出发出的中断请求,中断请求标志为 TF0。4 定时器/计数器 T1 计数溢出发出的中断请求,中断请求标志为 TF1。5 串行口中断请求,中断请求标志为发送中断 TI 或接收中断 RI。2TCON 寄存器:定时器/计数器的控制寄存器,字节地址为 88H,可位寻址。特殊功能寄存器 TCON 的格式如图(1)TF1定时器/计数器 T1 的溢出中断请求标志位。当 T1 计数产生溢出时,由硬件使 TF1 置“1” ,向 CPU 申请中断。CPU 响应 TF1 中断时,TF1 标志由硬件自动清“0” ,TF1 也可由软件清“0” 。(2)TF

18、0定时器/计数器 T0 的溢出中断请求标志位,功能与 TF1 类似。(3)IE1外部中断请求 1 的中断请求标志位。(4)IE0外部中断请求 0 中断请求标志位,功能与 IE1 类似。(5)IT1选择外部中断请求 1 为跳沿触发还是电平触发。IT1=0,电平触发方式,引脚 上低电平有效,并把 IE1 置“1” 。转向中断服务程序时,由硬件自动把 IE1 清“0” 。IT1=1,跳沿触发方式,加到引脚 上的外部中断请求输入信号电平从高到低的负跳变有效,并把 IE1 置“1” 。转向中断服务程序时,由硬件自动把 IE1 清“0” 。(6)IT0选择外部中断请求 0 为跳沿触发方式还是电平触发方式,

19、其意义与 IT1 类似。AT89S51 复位后,TCON 被清“0” ,5 个中断源的中断请求标志均为 0。3中断允许寄存器 IE:是由中断允许寄存器 IE 控制的。- 5 -(1)EA中断允许总开关控制位。EA=0,所有的中断请求被屏蔽。EA=1,所有的中断请求被开放。(2)ES串行口中断允许位。ES=0,禁止串行口中断。ES=1,允许串行口中断。(3)ET1定时器/计数器 T1 的溢出中断允许位。ET1=0,禁止 T1 溢出中断。ET1=1,允许 T1 溢出中断。(4)EX1外部中断 1 中断允许位。EX1=0,禁止外部中断 1 中断。EX1=1,允许外部中断 1 中断。(5)ET0定时器

20、/计数器 T0 的溢出中断允许位。ET0=0,禁止 T0 溢出中断。ET0=1,允许 T0 溢出中断。(6)EX0外部中断 0 中断允许位。EX0=0,禁止外部中断 0 中断。EX0=1,允许外部中断 0 中断。4外部中断的响应时间:外部中断的最短响应时间为 3 个机器周期。其中中断请求标志位查询占 1 个机器周期,而这个机器周期恰好处于指令的最后一个机器周期。在这个机器周期结束后,中断即被响应,CPU 接着执行一条硬件子程序调用指令 LCALL 到相 应的中断服务程序入口,需要 2 个机器周期。外部中断响应的最长时间为 8 个机器周期。5假设允许外部中断 0 中断,设定为高级中断,采用跳沿触

21、发方式,其他中断源为低级中断。初始化程序如下:SETB EA ;EA 位置 1,总中断开关位开放SETB EX0 ;EX0 位置 1,允许外部中断 0 产生中断SETB PX0 ;PX0 位置 1,外部中断 0 为高优先级中断SETB IT0 ;IT0 位置 1,外部中断 0 为跳沿触发方式第 6 章 定时器/计数器1TMOD 用于选择定时器/计数器 T0、T1 的工作模式和工作方式。TCON 用于控制 T0、T1 的启动和停止计数,同时包含了 T0、T1 的状态。2作方式控制寄存器 TMOD:用于选择定时器/ 计数器的工作模式和工作方式,字节地址为 89H,不能位寻址8 位分为两组,高 4

22、位控制 T1,低 4 位控制 T0。TMOD 各位的功能。(1)GATE门控位。0:仅由运行控制位 TRx(x = 0,1)来控制定时器/ 计数器运行。1:用外中断引脚( 或 )上的电平与运行控制位 TRx 共同来控制定时器/ 计数器运行。(2)M1、M0工作方式选择位M1、M0 共有 4 种编码,对应于 4 种工作方式的选择(3)C/ 计数器模式和定时器模式选择位T0:为定时器工作模式,对单片机的晶体振荡器 12 分频后的脉冲进行计数。1:为计数器工作模式,计数器对外部输入引脚 T0(P3.4)或 T1(P3.5)的外部脉冲(负跳变)计数。- 6 -3定时器/计数器的 4 种工作方式 (看书:P103)

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