單片機技術(shù)與實現(xiàn)

項目一MCS-51系列單片機認識項目一MCS-51系列單片機認識任務(wù)一

MCS-51系列單片機的認識及選型任務(wù)二

單片機內(nèi)部資源的使用拓展知識

單片機中常用數(shù)制及轉(zhuǎn)換認識單片機

單片機也稱為單片微型計算機，它將CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器、輸入/輸出(I/O)接口電路、中斷系統(tǒng)、串行通信接口等主要計算機部件集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上，組成單片微型計算機簡稱單片機。

單片機的形態(tài)只是一塊芯片，但是它已具有了微型計算機的組成結(jié)構(gòu)和功能。單片機的用途工業(yè)：電機控制、工業(yè)機器人、過程控制、數(shù)控機床、智能傳感器等儀器儀表：智能儀器、醫(yī)療器械、色譜儀、數(shù)字示波器等民用：電子玩具、游戲機、錄像機、CD等軍事：導(dǎo)彈控制、魚雷制導(dǎo)、智能武器、航天飛機導(dǎo)航等數(shù)據(jù)處理：磁帶機、打印機、復(fù)印機、磁盤驅(qū)動器等汽車：點火控制、變速箱、ABS、排氣控制等基于MCS-51內(nèi)核的單片機MCS-51系列單片機的主要包括

8031、8051、8751三個基本產(chǎn)品及其他改進型產(chǎn)品，它們的引腳和指令系統(tǒng)完全兼容，但在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特性上存在差異8031不含ROM，價格低，使用靈活8051含4KROM，其中程序由廠家燒制8751含4KEPROM，用戶可自行固化程序基于MCS-51內(nèi)核的單片機80C51單片機改進產(chǎn)品ATMEL公司將FlashMemory(閃存)集成到80C51中，形成AT89Cxx系列MCS-51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)時鐘源T0

T1P0

P1

P2

P3TXDRXD

INT0

INT1時鐘電路SFR和RAMROM定時/計數(shù)器CPU串行通信口中斷系統(tǒng)并行I/O口系統(tǒng)總線圖1-1-2MCS—51單片機的功能模塊框圖

MCS-51單片機由8位CPU、程序存儲器EPROM／ROM、數(shù)據(jù)存儲器RAM、并行I／O口、串行通信口、定時器／計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器和時鐘電路等部分組成。各部分之間通過內(nèi)部總線相連。MCS-51單片機的引腳功能圖1-1-3

MCS－51單片機引腳圖MCS-51單片機的并行I/O接口

MCS－5l單片機有四個8位并行I／O端口，為P0、P1、P2和P3，共占32根引腳。每個端口主要由四部分構(gòu)成：端口鎖存器，輸入緩沖器，輸出驅(qū)動器和引至芯片外的端口引腳。I/O口，也叫I/O接口，I/O端口，Input/Output的縮寫。即輸入輸出接口，是計算機與外界交互的重要通道。端口鎖存器，作輸出口時可直接和外設(shè)連接讀鎖存器只是把端口鎖存器中的內(nèi)容讀到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運算和變換后，再寫回到鎖存器。如對端口內(nèi)容取反等。讀引腳時真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線MCS-51單片機的并行I/O接口P0：訪問外部存儲器時，地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用，分時輸出低8位地址A0~A7和數(shù)據(jù)信號。當(dāng)由P0口輸入數(shù)據(jù)時，如果這時T1是導(dǎo)通的，則引腳上的電位始終被鉗位在0電平上，輸入數(shù)據(jù)不可能正確地讀入。因此，在輸入數(shù)據(jù)時，應(yīng)先把P0口置1，使兩個輸出FET均關(guān)斷，使引腳“浮置”，成為高阻狀態(tài)，這樣才能正確地輸入數(shù)據(jù)。P1：輸出驅(qū)動電路只有一個FET場效應(yīng)管，同時內(nèi)部帶上拉電阻。P1口可作通用雙向I／O口用，而不必再外接上拉電阻。P2：訪問外部存儲器時，輸出高8位地址A8~A15。P2口內(nèi)部接有固定的上拉電阻。P3：除了可作通用雙向I／O口用外，每一位都有第二功能。MCS-51單片機的并行I/O接口MCS-51單片機訪問外部的總線結(jié)構(gòu)MCS-51單片機P3口每位的第二功能P3.0(RXD)：串行輸入端。P3.1(TXD)：串行輸出端。P3.2(INT0)：外部中斷0輸入端，低電平有效。P3.3(INT1)：外部中斷1輸入端，低電平有效。P3.4(T0)：定時／計數(shù)器0外部事件計數(shù)輸入端。P3.5(T1)：定時／計數(shù)器1外部事件計數(shù)輸入端。P3.6(WR)：外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號，低電平有效。P3.7(RD)：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號，低電平有效。其他引腳+5V接地外接晶振復(fù)位信號輸入，持續(xù)2個機器周期高電平有效，掉電時外接+5V可保持RAM地址鎖存允許。輸出1／6振蕩頻率脈沖。訪問片外存儲器時下降沿鎖存低8位地址并跳過一個ALE脈沖。驅(qū)動能力為8個LSTTL負載。片內(nèi)帶有EPROM的芯片編程時，可作為編程負脈沖的輸入端。外部程序存儲器讀選通信號可同時驅(qū)動8個LSTTL負載。接高電平時訪問片內(nèi)ROM，PC值超過0FFFH時自動訪問片外程序存儲器；接地時只訪問外部程序存儲器。對帶有片內(nèi)EPROM的芯片固化編程時，可作為編程電壓輸入端。MCS-51單片機的復(fù)位MCS-51單片機的復(fù)位MCS—51的RST／VPD引腳是復(fù)位輸入端，RST端至少要保持2個機器周期(24個振蕩周期)為高電平，才完成一次復(fù)位。復(fù)位后片內(nèi)各專用寄存器的狀態(tài)如表2—1。寄存器內(nèi)容寄存器內(nèi)容PC00HTMOD00HA00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0～P30FFHSCON00HIP（XXX00000）BSBUF不變IE（0XX00000）BPCON（0XXXXXXX）BMCS-51單片機的基本時序1）振蕩周期

——

指為單片機提供定時信號的振蕩源的周期，若為內(nèi)部產(chǎn)生方式時，為石英晶體的振蕩周期。2）時鐘周期

——也稱為狀態(tài)周期，用S表示。時鐘周期是計算機中最基本的時間單位，在一個時鐘周期內(nèi)，CPU完成一個最基本的動作。MCS—51單片機中一個時鐘周期為振蕩周期的2倍。3）機器周期

——完成一個基本操作（例如，取指令、存儲器讀、存儲器寫等）所需要的時間稱為機器周期。MCS—51的一個機器周期含有6個時鐘周期。4）指令周期

——完成一條指令所需要的時間稱為指令周期。MCS—5l的指令周期含1～4個機器周期不等，其中多數(shù)為單周期指令，還有2周期和4周期指令。4周期指令只有乘、除兩條指令。P1P2S1振蕩周期時鐘周期機器周期機器周期指令周期XTAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2MCS-51單片機各種周期的相互關(guān)系RAM有字節(jié)ROM有字節(jié)并行I/O口有個串行口有個定時/計數(shù)器有個中斷源有個任務(wù)一課堂練習(xí)MCS-51單片機的存儲器結(jié)構(gòu)認識存儲器存儲器常用單位：位（bit），表示一個二進制數(shù)“0”或“1”所占的存儲單元；字節(jié)（Byte），一個字節(jié)為8位，字節(jié)（Byte）常縮寫為B，比字節(jié)大的還有KB，MB，GB等單位；字（Word），一個字包括2個字節(jié)。1

2

3

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15EPROM27641

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15EPROM27641

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31302928272625242422211

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15RAM62641

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15RAM6264

80318751805189C51片內(nèi)RAM片內(nèi)ROM256B（字節(jié)）4K64K64KMCS-51單片機內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)0000HFFFFH(64K)內(nèi)部外部數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器00HFFH7FH80H(高128B)(低128B)RAM專用

寄存器00H07H08H0FH10H17H18H1FH0區(qū)R0R7R0R7R0R7R0R71區(qū)2區(qū)3區(qū)工作寄存器區(qū)可位尋址區(qū)20H2FH7F78070030H7FH數(shù)據(jù)緩沖區(qū)/堆棧區(qū)內(nèi)部RAM存儲器

11第3區(qū)18H~1FH

01第1區(qū)08H~0FHRS1RS0寄存器區(qū)片內(nèi)RAM地址

00第0區(qū)00H~07H10第2區(qū)10H~17H工作寄存器區(qū)選擇位RS0、RS1注意:一個單元地址對應(yīng)有8個位地址

MSB——MostSignificantBit（最高有效位）

LSB——LeastSignificantBit（最低有效位）單元地址2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20H7F776F675F574F473F372F271F170F07

MSB

位地址

LSB7E766E665E564E463E362E261E160E067D756D655D554D453D352D251D150D057C746C645C544C443C342C241C140C047B736B635B534B433B332B231B130B037A726A625A524A423A322A221A120A027971696159514941393129211911090178706860585048403830282018100800位尋址區(qū)位地址表特殊功能寄存器地址空間

共有26個專用寄存器SFR，離散地分布在片內(nèi)RAM的高128字節(jié)地址80H～0FFH中。其中，有12個專用寄存器既可字節(jié)尋址，又可位尋址（字節(jié)地址為8的整倍數(shù)）。標(biāo)識符名稱字節(jié)地址*Acc累加器E0H*BB寄存器F0H*PSW程序狀態(tài)字D0HSP堆棧指針81HDPTR數(shù)據(jù)指針(DPH和DPL)82H,83H*P0口080H*P1口190H*P2口2A0H*P3口3B0H*IP中斷優(yōu)先級寄存器B8H*IE中斷控制寄存器A8HTMOD定時器方式寄存器89H*TCON定時器控制寄存器88H標(biāo)識符名稱字節(jié)地址TH0計數(shù)器0高位8CHTL0計數(shù)器0低位8AHTH1計數(shù)器1高位8DHTL1計數(shù)器1低位8BH*SCON串行口控制98HSBUF串行數(shù)據(jù)緩沖器99HPCON電源控制97H位地址的表示法例：位名稱CY、RS0

寄存器名加序號PSW.7ACC.1

字節(jié)地址加序號20H.3

直接位地址 00H部分特殊功能寄存器介紹1.累加器ACC—累加器A在大部分的算術(shù)運算中存放某個操作數(shù)和運算結(jié)果。2.寄存器B—寄存器B主要用于與累加器A配合執(zhí)行乘法和除法指令的操作。3.程序狀態(tài)字PSW——8位寄存器，用來存放程序狀態(tài)信息。某些指令的執(zhí)行結(jié)果會自動影響PSW的有關(guān)狀態(tài)標(biāo)志位，有些狀態(tài)位可用指令來設(shè)置。

D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OV-PＣＹ：進位標(biāo)志位ＡＣ：半進位標(biāo)ＦＯ：用戶標(biāo)志位ＲＳ１．ＲＳ０：工作寄存器組選擇ＯＶ：溢出標(biāo)志

P：奇偶標(biāo)志RS1RS0寄存器組內(nèi)部RAM地址

00工作寄存器組000H～07H01工作寄存器組108H～0FH10工作寄存器組210H～17H11工作寄存器組318H～1FH部分特殊功能寄存器介紹4.堆棧指針SP

棧指針SP為一個8位專用寄存器，每存入(或取出)一個字節(jié)數(shù)據(jù)，SP就自動加1(或減1)，SP始終指向新的棧頂。系統(tǒng)復(fù)位后錢指針初始化為07H。5.數(shù)據(jù)指針DPTR16位的專用寄存器，由高位字節(jié)DPH和低位字節(jié)DPL組成?？勺鳛橐粋€16位寄存器使用，也可以作為2個獨立的8位寄存器DPH和DPL使用。6.I/O端口P0～P3

專用寄存器P0～P3分別是I/O端口P0～P3的鎖存器。可以把I/O口當(dāng)作—般的專用寄存器來使用，沒有專門設(shè)置的口操作指令，全部采用統(tǒng)一的MOV指令。關(guān)于數(shù)據(jù)存儲器

1）根據(jù)地址總線寬度，在片外可擴展的存儲器最大容量為64KB，地址范圍為0000H～FFFFH。2）片外數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器的操作使用不同的指令和控制信號，允許兩者的地址重復(fù)。因此，片外要擴展的數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器各為64KB。3）片外數(shù)據(jù)存儲器與片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的操作指令亦不同(對片外RAM用MOVX指令)，所以也允許兩者的地址重復(fù)，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的地址00～FFH，外部擴展數(shù)據(jù)存儲器的地址可以從0000H～FFFFH。

注意：采用R0、R1或DPTR寄存器間址方式訪問片外數(shù)據(jù)存儲器。當(dāng)采用R0、R1間址時只能訪問低256字節(jié)，采用DPTR間址可訪問整個64K字節(jié)空間。程序存儲器程序存儲器內(nèi)部外部0000H0FFFH(4K)0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K)0000H0001H0002H(PC)0000H是程序執(zhí)行的起始單元,

在這三個單元存放一條

無條件轉(zhuǎn)移指令中斷5中斷4中斷3中斷2中斷10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中斷0定時器0中斷外部中斷1定時器1中斷串行口中斷8位．．．0FFFH0FFEHEA=1EA=0程序存儲器資源分布中斷入口地址工作寄存器的地址范圍～位尋址區(qū)的地址范圍～工作寄存器的地址范圍～用戶區(qū)的地址范圍～內(nèi)部RAM的地址范圍～任務(wù)二課堂練習(xí)拓展知識:數(shù)制數(shù)制

數(shù)制基數(shù)字符

二進制２０１（B）十進制１００１２３４５６７８９（D）十六進制１６０１２３４５６７８9ＡＢＣＤＥＦ（H）拓展知識：數(shù)制轉(zhuǎn)換課堂練習(xí)15D=B255D=H1011B=D10101010B=H80H=D7FH=B課后練習(xí)1、CPU主要的組成部部分為()。B．加法器，寄存器

C．運算器,寄存器

D．運算器，指令譯碼器A．運算器，控制器

2、8031有四個工作寄存器區(qū)，由PSW狀態(tài)字中的RS1、RS0兩位的狀態(tài)來決定，單片機復(fù)位后，若執(zhí)行SETBRS1指令，此時只能使用（）區(qū)的工作寄存器。A．0區(qū)B．1區(qū)C．2區(qū)D．3區(qū)課后練習(xí)3.

09H位所在的單元地址是（）A．02HC．08HB．21HD．20H課后練習(xí)4.單片機在進行取指令操作時，指令的地址是由（）的內(nèi)容決定。A．SPC．DPTRD．PSEN和ALE

B．PC課后練習(xí)5.P0,P1口作輸入用途之前必須()。A．外接高電平

B．外接上拉電阻C．相應(yīng)端口先置0

D．相應(yīng)端口先置1

課后練習(xí)6.程序計數(shù)器PC用來()。A．存放指令

B．存放上一條的指令地址D．存放正在執(zhí)行的指令地址

C．存放下一條的指令地址

課后練習(xí)1.

數(shù)123可能是()。

A.二進制數(shù)B.八進制數(shù)C.十六進制數(shù)D．四進制數(shù)E.十進制數(shù)2.

8031單片機內(nèi)部RAM包括()。

A.程序存儲區(qū)B．堆棧區(qū)C．工作寄存器及特殊功能區(qū)D．位尋址區(qū)E.中斷入口地址區(qū)3.

8051單片機CPU的主要功能有()。A.產(chǎn)生控制信號B．存儲數(shù)據(jù)C.算術(shù)、邏輯運算及位操作D．I/O端口數(shù)據(jù)傳送E.驅(qū)動LED4.單片機能夠直接運行的程序是（）。

A.匯編源程序B.C語言源程序

C.高級語言程序D.機器語言源程序5.

十進制數(shù)126其對應(yīng)的十六進制可表示為()。

A．8FB．8EC．FED.7E6.

十進制數(shù)89.75其對應(yīng)的二進制可表示為().A.10001001.01110101B．1001001.10C.1011001.11D.1001001.11課后練習(xí)7.

二進制數(shù)110010010對應(yīng)的十六進制數(shù)可表示為()A.192HB．C90HC．1A2HD.CA0H8.

二進制數(shù)110110110對應(yīng)的十六進制數(shù)可表示為()。

A．1D3HB，1B6HC．DBOHD.666H9.-3的補碼是()。

A．10000011B.11111100C．11111110D．1111110110.CPU主要的組成部部分為()。

A．運算器，控制器B．加法器，寄存器C.運算器,寄存器D.運算器，指令譯碼器11.INTEL8051CPU是()位的單片機。

A．16B．4C．8D.準(zhǔn)16位12.

對于INTEL8031來說，/EA腳總是()A.接地B.接電源C.懸空D.不用課后練習(xí)13.

在單片機中，通常將一些中間計算結(jié)果放在(）中

A.累加器B．控制器C.程序存儲器D.數(shù)據(jù)存儲器14.程序計數(shù)器PC用來()。

A．存放指令B．存放正在執(zhí)行的指令地址

C.存放下一條的指令地址D．存放上一條的指令地址15.指令和程序是以()形式存放在程序存儲器中。

A.源程序B.匯編程序C.二進制編碼D．BCD碼16.

單片機應(yīng)用程序一般存放在()中。

A.RAMB．ROMC.寄存器D．CPU17.單片機上電后或復(fù)但后，工作寄存器R0是在()。

A.0區(qū)00H單元B．0區(qū)01H單元C.1區(qū)09H單元D．SFR18.進位標(biāo)志CY在()中。

A.累加器AB．算術(shù)邏輯運算部件ALUC