1、單片機及接口技術(shù)本課程學(xué)習(xí)的建議 本課程是一門實踐性、應(yīng)用性很強的學(xué)科 學(xué)懂還不夠,重在應(yīng)用能力硬件/軟件同樣重要、不可偏廢 硬件是身軀，軟件是大腦前期基礎(chǔ)課程：數(shù)字電路與微機原理 掌握得不夠好，努力補上 預(yù)習(xí)、聽課、復(fù)習(xí)、作業(yè)、實驗、交流都重要 用科學(xué)的方法學(xué)習(xí) 本課程考核:閉卷(卷面60平時40)注意與微機原理課程異同講授內(nèi)容:緒論, 第1章-第3章,第5章-第9章參考資料: 1,袁濤 ,單片機原理及其應(yīng)用 ,清華大學(xué)出版社,2012年 2,胡漢才,單片機原理及接口技術(shù)(第2版),清華大學(xué)出版社,2004年 3,網(wǎng)站單片微型計算機與接口技術(shù)(第4版) 緒 論 計算機的新分類 嵌入式系統(tǒng) 單

2、片機1.計算機的新分類 兩類: 通用計算機 ，嵌入式計算機嵌入式計算機: 專用計算機系統(tǒng)(嵌入式系統(tǒng))嵌入式系統(tǒng): 簡單型 : 單片機 復(fù)雜型 : 單片機其他2.嵌入式系統(tǒng) 以具體應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可配置、性能要求嚴格的專用計算機系統(tǒng)。3.單片機眾多單片機首選MCS-51系列 (原因：市場占有率高，兼容,功能更新快) 學(xué)習(xí)重點:基本型(8XX51) (參見P5 緒表1 MCS-51單片機系列產(chǎn)品)嵌入式系統(tǒng)的核心部件預(yù)備知識：元器件實物圖單片機芯片AT89C51AT89S51AT89S52AT89C2051液晶字符顯示屏液晶圖形點陣顯示屏紅外遙控用 發(fā)射接受一體管繼電器8

3、8二極管點陣 8段數(shù)碼管能漢字顯示的顯示屏和實時時鐘板電子萬年歷單片微型計算機與接口技術(shù)(第4版) 第1章 MCS-51單片機結(jié)構(gòu)MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)存 儲 器特殊功能寄存器時鐘電路和復(fù)位電路引腳功能 學(xué)習(xí)內(nèi)容單片機簡介單片機：是將CPU、內(nèi)存和I/O接口等集成在一小塊硅片上的微型機單片機開發(fā)系統(tǒng)：實現(xiàn)單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬、軟件開發(fā) MCS-51系列產(chǎn)品：普通型（51子系列）8051、8031、8751、89C51、89S51等增強型（52子系列）8052、8032、8752、89C52、89S52等8031片內(nèi)沒有程序存儲器增強型的存儲容量為普通型的一倍 1.1 MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)

4、構(gòu)1.1.1 概述MCS-51單片機組成:CPURAMROM定時/計數(shù)器I/O口 內(nèi)中斷處理系統(tǒng)等51單片機:泛稱 51系列單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1-1所示圖1-1(圖中“/” 兩邊分別為基本型和增強型 )P3P1P2 可編程 串行I/O口P0外部中斷基準頻率源控制 128/256B數(shù)據(jù)存儲器 4KB/8KB程序存儲器 2/3個16位定時/計數(shù)器 振蕩器及 定時電路 CPU 64KB總線擴展控制 可編程并行I/O口內(nèi)部中斷計數(shù)脈沖串行輸出串行輸入1.1.2 CPU （中央處理器）單片機的核心部件，由運算器和控制器等組成 1. 運算器 進行算術(shù)運算 邏輯運算 位操作 操作結(jié)果的狀態(tài)信息送至狀態(tài)寄存器

5、PSW 2.程序計數(shù)器PC（控制器組成部分） 16位寄存器，存放將要執(zhí)行的指令地址，尋址范圍64KB,自動加1, 不可讀/寫 3.指令寄存器IR（控制器組成部分） 存放讀取的指令代碼,無地址,不可讀/寫1.2 存 儲 器 存儲器:程序存儲器數(shù)據(jù)存儲器 (字節(jié)/單元) 程序存儲器ROM存放程序和始終要保留的常數(shù) (片內(nèi) 片外) 數(shù)據(jù)存儲器RAM存放程序運行中所需常數(shù)和變量 (片內(nèi) 片外) 存儲器地址空間結(jié)構(gòu):普林斯頓結(jié)構(gòu) 哈佛結(jié)構(gòu) 普林斯頓結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)共用一個存儲器空間，統(tǒng)一編址。(80 x86微機)哈佛結(jié)構(gòu)：程序與數(shù)據(jù)為兩個獨立存儲器空間，分開編址。 (51單片機)FFFFH0000HFF

6、FFH0000HFFFFH0000HRAMROMROMRAM64KB(64KB)(64KB)圖1-2 微機存儲器地址結(jié)構(gòu)的兩種形式 （a) 普林斯頓結(jié)構(gòu) (b)哈佛結(jié)構(gòu)外部數(shù)據(jù)存儲器外部程序 存儲器內(nèi)部程序 存儲器內(nèi)部數(shù)據(jù) 存儲器8XX51 (a) EA=1 8XX51存儲器的物理地址（EA=1)0000HFFFFH00H1000H0000HFFFFH0FFFH7FH外部數(shù)據(jù)存儲器外部程序 存儲器內(nèi)部數(shù)據(jù) 存儲器8XX51(b) EA=0 8XX51存儲器的物理地址（EA=0)FFFFH00H0000H0000HFFFFH7FH51單片機存儲器空間物理上4個空間：片內(nèi)/片外程序存儲器片內(nèi)/片外

7、數(shù)據(jù)存儲器邏輯上3個空間64KB 程序存儲器（片內(nèi)/片外統(tǒng)一編址）128B 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器64KB 片外數(shù)據(jù)存儲器 引腳 EA* 接法決定ROM的00000FFFH 4KB地址范圍是在片內(nèi)或片外問:8031的EA*正常使用,應(yīng)該接什么電平? 1.2.1 程序存儲器 存放程序、表格、常數(shù) *以 PC 作為地址指針，可尋址64KB *8051/8751/89C51片內(nèi)，分別置4KB程序存儲 器(0000H0FFFH) *8031須外部擴展EPROM *51單片機中64KB內(nèi)、外ROM的地址統(tǒng)一編排 (0000HFFFFH) * 訪問ROM使用MOVC指令 程序存儲器的幾個特殊地址： 地址 用途 0

8、000H 復(fù)位操作后的程序入口 0003H 外部中斷0服務(wù)程序入口 000BH 定時器0中斷服務(wù)程序入口 0013H 外部中斷1服務(wù)程序入口 001BH 定時器1中斷服務(wù)程序入口 0023H 串行口中斷服務(wù)程序入口 002BH 定時器2中斷服務(wù)程序入口 1.2.2 外部數(shù)據(jù)存儲器存放隨機讀寫的數(shù)據(jù) (與擴展I/O接口共用)51單片機外RAM和外I/O口實行統(tǒng)一編址, 均使用 作選通控制信號 均使用 MOVX 指令訪問最多可擴展64KB外部RAM1.2.3 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 內(nèi)部RAM是使用最多的地址空間 RD WR存放隨機讀寫數(shù)據(jù)通用寄存器區(qū)堆棧區(qū)運算操作數(shù)存放區(qū) 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的地址分配：00

9、H7FH （1）地址 00H1FH為寄存器區(qū)用途： 作通用寄存器R0R7 R0與R1可作間址寄存器使用注意： 使用時只能選其中一組選組由PSW中RS1和RS0定 RS1 RS0 選寄存器組 0 0 0組 0 1 1組 1 0 2組 1 1 3組 初始化/復(fù)位時，自動選中0組一旦選中一組，其它三組只能作為數(shù)據(jù)存儲器使用（2）20H2FH為位地址區(qū) 共16個字節(jié)，有128位，位地址范圍為00H7FH，該區(qū)既可位尋址，又可字節(jié)尋址（3）除選中的寄存組以外,均可作為通用 RAM區(qū)/堆棧區(qū) 51單片機堆棧設(shè)在內(nèi)RAM區(qū)，初始化時SP指向07H注：51單片機只有00H7FH單元128字節(jié)的RAM區(qū) 52單

10、片機還有80HFFH組成的高128字節(jié)RAM區(qū)（共256字節(jié)RAM ） 1.3 特殊功能寄存器 21個字節(jié)型,英文縮寫SFR （Special Fuction Regiters） 1.用途：專用寄存器A 累加器、標志寄存器單片機內(nèi)部各部件專用的控制、狀態(tài)寄存器并行口、串行口映射寄存器2.地址空間：不連續(xù)的分布在80HFFH字節(jié)地址空間字節(jié)地址被8可整除的是可位尋址的寄存器 A累加器，自帶全零標志Z(唯一)，A=0則Z=1；A0則Z=0，常用于程序轉(zhuǎn)移的判斷 B寄存器，常用于乘除法運算（見第2章） PSW程序狀態(tài)字，即標志寄存器，定義見下表 其中 CY：進/借位標志 反映最高位的進位借位情況，

11、CY=1，有進/借位 ； CY=0，無進/借位 AC：輔助進/借位標志 反映高半字節(jié)與低半字節(jié)之間的進/借位， AC=1有進/借位； AC=0無進/借位 FO：用戶標志位?？捎捎脩粼O(shè)定其含義。 RS1，RS0：工作寄存器組選擇位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CY AC F0RS1RS0OV P位地址位名稱 OV：溢出標志 反映補碼運算的運算結(jié)果, 有溢出 OV=1，無溢出OV=0 -：無效位 P：奇/偶標志 A中運算結(jié)果有奇?zhèn)€“1”，P=1；有偶個“1”，P=0SP堆棧指針 堆棧設(shè)在片內(nèi)RAM； 后進先出； 堆棧生成方向與8086相反, 字節(jié)操作 DPTR數(shù)據(jù)指針寄存器(唯

12、一用戶使用16位寄存器)存放16位地址值，以便間接尋址或變址尋址片外存儲器。DPTR可分成DPL和DPH兩個8位寄存器P0 P1 P2 P3I/O端口寄存器 四個并行I/O端口映射入SFR中的寄存器。通過對該寄存器的讀/寫，可實現(xiàn)從相應(yīng)I/O端口的輸入/輸出 例如： 指令 MOV P1，A； P1A 指令 MOV A，P3; AP31.4 時鐘電路與復(fù)位電路內(nèi)部振蕩方式：見圖1-5 XTAL1XTAL2GND8XX51C01C02圖1-5 內(nèi)部振蕩方式1.4.1 時鐘電路 用來提供單片機內(nèi)各種微操作時間基準，有內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式 外部振蕩方式：如圖1-6所示外部時鐘懸空XTAL1XTA

13、L2GND8XX51圖16 外部振蕩方式1.4.2 單片機時序單位振蕩周期：晶振的振蕩周期，又稱時鐘周期，為最小的時序單位 1/fosc 狀態(tài)周期：振蕩頻率經(jīng)二分頻后提供給片內(nèi)CPU的時鐘信號 2/fosc 1個狀態(tài)周期=2個振蕩周期機器周期（MC）：計算機執(zhí)行一種基本操作的時間單位 12/fosc 1個機器周期=6個狀態(tài)周期=12個振蕩周期指令周期 執(zhí)行一條指令所需的時間 1個指令周期=14個機器周期 例：單片機外接晶振頻率12MHZ時的各種時序單位： 振蕩周期=1/fosc=1/12MHz=0.0833 s 狀態(tài)周期=2/fosc=2/12MHz=0.167 s 機器周期=12/fosc=

14、12/12MHz=1 s 指令周期=(14)機器周期=14 s 1.4.3 復(fù)位電路復(fù)位：使單片機從一確定的初始狀態(tài)開始運行操作：RST出現(xiàn) 5ms以上的高電平，完成復(fù)位操作。不能持續(xù)為高電平復(fù)位操作形式： 上電復(fù)位 開關(guān)復(fù)位 RST8XX51RCVCC圖1-7 復(fù)位電路 復(fù)位操作使SFR初始化，不改變片內(nèi)RAM內(nèi)容 幾個主要SFR復(fù)位狀態(tài)： PC=0000H 復(fù)位后程序從0000H地址單元開始執(zhí)行 A=00H 累加器被清零 PSW=00H 選寄存器0組為工作寄存器組 SP=07H堆棧指針指向片內(nèi)RAM07H單元，第一個 被壓入的數(shù)據(jù)寫入08H單元中P0P3=FFH 已向各端口線寫入 記住一些

15、SFR復(fù)位后的主要狀態(tài) 其它SFR復(fù)位后的狀態(tài)見教材表1-4 (P24)1.5 引腳功能主要引腳的功能：GND:接地端Vcc:電源端，接+5VXTAL1，XTAL2: 接外部晶體或外部時鐘RST/VPD：復(fù)位/備用電源51單片機最常用的40個引腳封裝，見圖1-8.圖1-8ALE/PROG： ALE 地址鎖存允許， ALE輸出脈沖的頻率為振蕩頻 率的1/6 PROG 對8751單片機片內(nèi)EPROM編程時，編程脈沖由 該引腳引入PSEN ：外ROM選通允許EA/VPP： EA =0，單片機只訪問外部ROM EA =1，單片機訪問內(nèi)部ROM 在8751單片機片內(nèi)EPROM編程期間，此引腳引入21V編程電源VPP P0.0P0.7：P0口，數(shù)據(jù)/低8位地址復(fù)用總線 端口 P1.0P1.7：P1口，靜態(tài)通用端口 P2.0P2.7：P2口，高八位地址總線端口 P3.0P3.7：P3口，雙功能靜態(tài)端口 1.6 小 結(jié) 單片機是集CPU、存儲器、I/O接口等于