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文檔簡介
《單片機(jī)原理及應(yīng)用》教案
初學(xué)單片機(jī)幾個(gè)不易掌握的概念
一、總線、數(shù)據(jù)
我們知道,一個(gè)電路總是由元器件通過電線連接而成的,在模擬電路中,連線傳遞
的是一個(gè)模擬信號,是將連續(xù)變化的電壓或電流信號在各個(gè)器件之間傳送。而單片機(jī)電
路中,連線傳遞的是一個(gè)數(shù)字信號,它所傳遞的只有“0”和“1”二個(gè)數(shù)字。這里大家
可能會有一個(gè)誤解,計(jì)算機(jī)既然可以傳遞0和1,那為什么不傳遞2、3、4、。。。?
我們這么說大家可能就好理解了:計(jì)算機(jī)中“0”表示的是低電平,理論上為0V電壓,
“1”表示的是高電平,理論上為5V電壓,單片機(jī)就是將這樣的電平輸出到它的口線上,
讓其它的器件把這一電平信號讀走,即完成了輸出“0”或“1”的任務(wù)。反之亦然,外
圍器件把要傳給單片機(jī)的數(shù)據(jù)以高低電平的形式體現(xiàn)在它的輸出口線上,通過與單片機(jī)
的連接線,在單片機(jī)的相應(yīng)的口線上也體現(xiàn)出相同的電平信號,單片機(jī)把這一信號取到
內(nèi)部的存貯單元中,即完成了一次輸入“0”或“1”的任務(wù)。從以上分析我們就知道了
為什么計(jì)算機(jī)不能傳遞2、3、4等其它數(shù)據(jù)的道理了。8位單片機(jī)的口線是8條,既可
以同時(shí)輸入輸出8位數(shù)據(jù),也可以用位操作指令只對其中的某一根口線進(jìn)行讀寫操作。
而連接單片機(jī)與其它器件的連接線實(shí)際上就是我們所稱為的總線。而在總線上傳輸?shù)臄?shù)
字就是我們所稱為的數(shù)據(jù)。我們在這門課程中所介紹的AT89c51單片是一個(gè)8位機(jī),有
4個(gè)輸入輸出口,每個(gè)口有8根口線,可同時(shí)傳遞8位的數(shù)據(jù)。由于單片機(jī)外部所接的
器件可能有多種、多片,每片內(nèi)又有多個(gè)單元地址,因此,需要對它們進(jìn)行地址上的區(qū)
分和對不同器件進(jìn)行不同操作的控制,因此,單片機(jī)的總線又可以分類為數(shù)據(jù)總線,地
址總線、控制總線。
二、指令地址、數(shù)據(jù)地址
單片機(jī)內(nèi)部有二類的存貯單元,只讀存貯器ROM和隨機(jī)存貯器RAM。AT89c51內(nèi)部
有4KB的ROM和128字節(jié)的RAM,對于這些的存貯單元,單片機(jī)要對它的每一個(gè)單元進(jìn)
行編址,否則就無法對其中的某一個(gè)單元進(jìn)行操作。ROM的地址為OOOOH~1FFFH,RAM
的地址為00H~7FH。我們用匯編指令編寫的匯編程序要經(jīng)過一個(gè)編譯軟件把它編繹成單
片機(jī)能夠識別的二進(jìn)制形式的程序一機(jī)器碼程序,然后再把它燒寫到單片機(jī)的ROM單元
中,換句話說,ROM是用來存放程序用的,因?yàn)槭峭ㄟ^燒寫進(jìn)去的,所以它是非易失性
的,掉電后單片機(jī)內(nèi)的程序不會丟失。程序在運(yùn)行過程中要進(jìn)行運(yùn)算,需要一些的存貯
單元,用來臨時(shí)存放一些的數(shù)據(jù),這時(shí)我們就可以把這樣的數(shù)據(jù)存放到RAM中,換句話
說,RAM是用來存放一些隨機(jī)的數(shù)據(jù),這類的數(shù)據(jù)不是通過燒寫器寫到芯片里頭去的,
因此它是易失性的,掉電后這些數(shù)據(jù)都將不復(fù)存在。
當(dāng)然,如果程序比較長,內(nèi)部的4KB的ROM不夠用,這時(shí)有二種辦法可以解決,一
是選用容量更大的單片機(jī),如89c52、89c55等。二是在89c51片外擴(kuò)展一片ROM。RAM
也一樣可以擴(kuò)展。這就是我們后面片外擴(kuò)展章節(jié)中要介紹的內(nèi)容。同樣,擴(kuò)展的ROM或
RAM也要對它進(jìn)行編址。
二、P3口的第二功能用法
P3口是雙功能口,既可以作為普通的I/O口使用,又可以作為第二功能口使用。作
為第二功能,其引腳被用作與外部的通訊(RXD、TXD)、外部中斷申請(INTO、INT1)、
定時(shí)器的外部脈沖輸入(TO,T1)、片外擴(kuò)展時(shí)的外部芯片讀寫控制(RD,WR)o初學(xué)
時(shí)往往對P3口的第二功能用法迷惑不解,認(rèn)為第二功能和正常I/O口輸入輸出功能之
間要有一個(gè)切換的過程,或者說要有一條指令用于定義其功能,事實(shí)上,各端口的第二
功能完全是自動(dòng)的,不需要用指令來轉(zhuǎn)換。如P3.6、P3.7分別是WR、RD信號,當(dāng)單片
機(jī)外接RAM或有外部I/O口時(shí),它們被用作第二功能,不能作為通用I/O口使用,只要
單片機(jī)一執(zhí)行到MOVX指令,就會有相應(yīng)的信號從P3.6或P3.7送出,不需要事先用指
令說明。事實(shí)上'不能作為通用I/O口使用'也并不是‘不能'而是(使用者)‘不會'
將其作為通用I/O口使用。你完全可以在指令中按排一條SETBP3.7的指令,并且當(dāng)單
片機(jī)執(zhí)行到這條指令時(shí),也會使P3.7變?yōu)楦唠娖?,但使用者不會這么去做,因?yàn)檫@通
常這會導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰(即死機(jī))。
前面我們提到,89C51單片機(jī)內(nèi)部的4KB的ROM其編址范圍是OOOOH^IFFFH,單片
機(jī)內(nèi)安排了一個(gè)16位的特殊功能寄存器PC(程序計(jì)數(shù)器)用來指示目前程序所執(zhí)行的
是哪一條指令,也就是我們通常說的程序指針。單片機(jī)在通電復(fù)位后8051內(nèi)的程序計(jì)
數(shù)器(PC)中的值為‘0000',所以程序總是從‘0000’單元開始執(zhí)行,也就是說:在
系統(tǒng)的ROM中一定要存在,0000'這個(gè)單元,并且在‘0000'單元中存放的一定是一條
指令,否則程序?qū)o法正常執(zhí)行下去。
四、堆棧
堆棧是一個(gè)區(qū)域,是用來存放數(shù)據(jù)的,這個(gè)區(qū)域本身沒有任何特殊之處,就是內(nèi)部
RAM的一部份,特殊的是它存放和取用數(shù)據(jù)的方式,即所謂的‘先進(jìn)后出,后進(jìn)先出‘,
并且堆棧有特殊的數(shù)據(jù)傳輸指令,即'PUSH,和'POP',有一個(gè)特殊的專為其服務(wù)的
單元,即堆棧指針SP,每當(dāng)執(zhí)行一次PUSH指令時(shí),SP就(在原來值的基礎(chǔ)上)自動(dòng)加
1,每當(dāng)執(zhí)行一次POP指令,SP就(在原來值的基礎(chǔ)上)自動(dòng)減1。由于SP中的值可以
用指令加以改變,所以只要在程序開始階段更改了SP的值,就可以把堆棧設(shè)置在規(guī)定
的內(nèi)存單元中,如在程序開始時(shí),用一條MOVSP,#5FH指令,就把堆棧設(shè)置在從內(nèi)存
單元60H開始的單元中。一般程序的開頭總有這么一條設(shè)置堆棧指針的指令,因?yàn)殚_機(jī)
時(shí),SP的初始值為07H,這樣就使堆棧從08H單元開始往后,而08H至U1FH這個(gè)區(qū)域正
是8031的第二、三、四工作寄存器區(qū),經(jīng)常要被使用,這會造成數(shù)據(jù)的混亂。不同作
者編寫程序時(shí),初始化堆棧指令也不完全相同,這是作者的習(xí)慣問題。當(dāng)設(shè)置好堆棧區(qū)
后,并不意味著該區(qū)域成為一種專用內(nèi)存,它還是可以像普通內(nèi)存區(qū)域一樣使用,只是
一般情況下編程者不會把它當(dāng)成普通內(nèi)存用了。
六、單片機(jī)的開發(fā)過程這里所說的開發(fā)過程并不是一般書中所說的從任務(wù)分析開
始,我們假設(shè)已設(shè)計(jì)并制作好硬件,下面就是編寫軟件的工作。在編寫軟件之前,首先
要確定一些常數(shù)、地址,事實(shí)上這些常數(shù)、地址在設(shè)計(jì)階段已被直接或間接地確定下來
了。如當(dāng)某器件的連線設(shè)計(jì)好后,其地址也就被確定了,當(dāng)器件的功能被確定下來后,
其控制字也就被確定了。然后用文本編緝器(如WAVE等)編寫軟件,編寫好后,用編
譯器對源程序文件編譯,查錯(cuò),直到?jīng)]有語法錯(cuò)誤。之后有二種辦法對程序正確與否進(jìn)
行驗(yàn)證,一是應(yīng)用仿真機(jī)對軟件進(jìn)行調(diào)試,直到程序在硬件上運(yùn)行正確為止。運(yùn)行正確
后,就可以寫片(將程序固化在EPROM中)。二是在程序比較簡單,又沒有仿真機(jī)的情
況下,將源程序編譯后生成擴(kuò)展名為HEX或BIN的目標(biāo)文件,通過編程器直接燒寫到
89c51芯片上,再將芯片插到硬件電路上運(yùn)行,不斷反復(fù)以上過程,直至程序運(yùn)行正確
為止。舉一例說明:
ORG0000H
LJMPSTART
ORG0040H
START:0VSP,#5FH;設(shè)堆棧
LOOP:NOP
LJMPLOOP;循環(huán)
END;結(jié)束
表1
:03000000020040BB
:0700400075815F000200431F
表2
020040FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF75815F00020043
表3
表1為源程序,表2是匯編后得到的HEX文件,表3是由HEX文件轉(zhuǎn)換成的目標(biāo)文件,
也就是最終寫入ROM的文件,它由編程器轉(zhuǎn)換得到,也就是說大家在編程器中打開由編
譯器編譯的HEX或BIN一類的文件時(shí)所看到的就是表3所示的文件,這時(shí)就可以對CPU
進(jìn)行燒寫了。學(xué)過手工匯編者應(yīng)當(dāng)不難找出表3與表1的一一對應(yīng)關(guān)系,值得注意的是
從020040后開始的一長串‘FF’,直到7581,這是由于偽指令:ORGOO40H造成的
結(jié)果,表示這些單元的內(nèi)容為空。
七、仿真、仿真機(jī)仿真是單片機(jī)開發(fā)過程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié),除了一些極簡
單的任務(wù),一般產(chǎn)品開發(fā)過程中都要進(jìn)行仿真,仿真的主要目的是進(jìn)行軟件調(diào)試,當(dāng)然
借助仿真機(jī),也能進(jìn)行一些硬件排錯(cuò)。一塊單片機(jī)應(yīng)用電路板包括單片機(jī)部份及為達(dá)到
使用目的而設(shè)計(jì)的應(yīng)用電路,仿真就是利用仿真機(jī)來代替應(yīng)用電路板(稱目標(biāo)機(jī))的單
片機(jī)部份,對應(yīng)用電路部份進(jìn)行測試、調(diào)試。仿真一般為CPU仿真,所謂CPU仿真是指
用仿真機(jī)代替目標(biāo)機(jī)的CPU,由仿真機(jī)向目標(biāo)機(jī)的應(yīng)用電路部份提供各種信號、數(shù)據(jù),
進(jìn)行調(diào)試的方法。這種仿真可以通過單步運(yùn)行、連續(xù)運(yùn)行等多種方法來運(yùn)行程序,并能
觀察到單片機(jī)內(nèi)部的變化,便于改正程序中的錯(cuò)誤。
下面是一些編程器,編譯器以及它們的一些計(jì)算機(jī)界面圖。
Top851編程器
Top851編程器工作界面
洲開始|⑤山g8@|'整窟$>期0|]j電子教案|固《單片機(jī)…|直|MCS-51單…|笆百度搜索管WAVE6。00...Q圜,個(gè)點(diǎn)5^~^25~
WAVE6000編輯器工作界面
P0O
P01
P02
P03
P04
P05
P06
P07
」
2-
-RXD
一
」-TXD
」-INT0
5-P20
一INTI
6-P21
7一TO
-P22
-T1器
|0P23
P2
P25
GNDP2
P2
實(shí)驗(yàn)板原理圖
單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)
第一章單片機(jī)基礎(chǔ)知識
第二章單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)(略)
第三章MCS-51指令系統(tǒng)
第四章匯編語言程序設(shè)計(jì)
第五章定時(shí)器與中斷系統(tǒng)
第六章單片機(jī)系統(tǒng)
第七章單片機(jī)接口技術(shù)
第八章串行口通信技術(shù)
第九章單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)
參考書:1.《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》李朝青編北京航空航天出版社
2.《跟我學(xué)用單片機(jī)》肖洪兵編北京航空航天出版社
第一講概述
授課時(shí)數(shù):2學(xué)時(shí)
教學(xué)目的:
1、了解單片機(jī)的基礎(chǔ)知識。
2、理解原碼、反碼、補(bǔ)碼的概念。
3、掌握真值、原碼、反碼及補(bǔ)碼間的換算
4、熟悉BCD碼和ASCII碼
教學(xué)重點(diǎn):
單片機(jī)的含義及工作過程,補(bǔ)碼的概念及運(yùn)算,BCD碼及ASCH碼
教學(xué)難點(diǎn):
單片機(jī)的作過程,補(bǔ)碼的運(yùn)算
板書課題:第一章單片機(jī)硬件系統(tǒng)
§1-1概述
一、什么是單片機(jī)?
計(jì)算機(jī)(微型)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu):如圖1所示。
輸入~運(yùn)算~輸出
控號器內(nèi)存
-----------圖1微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)------
單片機(jī)(單片微型計(jì)算機(jī)):是指集成在一塊芯片上的計(jì)算機(jī),它具有體積小,功
能強(qiáng),可靠性高,價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。如IntelMCS-51,它以最小系統(tǒng)或單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)出
現(xiàn)在:家用電器,智能儀表,工業(yè)過程控制,航空航天,冶金采礦,汽車等領(lǐng)域。
單片機(jī)特點(diǎn):
(1)受集成度限制,片內(nèi)存儲器容量較小,-般內(nèi)部ROM:8KB以下;
內(nèi)部RAM:256KB以內(nèi)。
(2)可靠性高
(3)易擴(kuò)展
(4)控制功能強(qiáng)
(5)易于開發(fā)
單片機(jī)發(fā)展分四個(gè)階段:
第一階段(74年~76年)初級階段:仙童公司F8(8位CPU,64KB)
第二階段(76年~78年)低性能單片機(jī):Intel公司MCS-48(8位CPU)
第三階段(78年~83年)高性能單片機(jī):Intel公司MCS-51、Motorola6801、Z8
第四階段(83年~今)新一代單片機(jī)(單片微控制器):AT89C51(Atmel)
二、單片機(jī)系統(tǒng)的組成
1、硬件部分
一運(yùn)算器
(CPU\寄存器組
〔控制器
內(nèi)存r片內(nèi)
單片機(jī)V
/i片外
中斷控制邏輯
r并行I/o口
I通用接口]串行異步通訊口UART
I定時(shí)/計(jì)數(shù)器(T/C)
2、軟件部分(即程序)
需用戶自已開發(fā),根據(jù)指令系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。某些功能硬件可以實(shí)現(xiàn),軟件也可以
實(shí)現(xiàn)。
硬件實(shí)現(xiàn)——速度快,占CPU時(shí)間少;但電路復(fù)雜、成本高。
軟件實(shí)現(xiàn)——簡化硬件電路設(shè)計(jì),可靠性高,成體低,占CPU時(shí)間多,實(shí)時(shí)性差,此
外,還需開發(fā)設(shè)備。
§1-2計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示及運(yùn)算
計(jì)算機(jī)只識別和處理數(shù)字信息,數(shù)字是以二進(jìn)制數(shù)表示的;它易于物理實(shí)現(xiàn),同時(shí),
資料存儲、傳送和處理簡單可靠;運(yùn)算規(guī)則簡單,使邏輯電路的設(shè)計(jì)、分析、綜合、
方便,使計(jì)算器具有邏輯性。
一、用數(shù)制及轉(zhuǎn)換
1、各種進(jìn)進(jìn)制數(shù)及其表示方法
例如,十進(jìn)制數(shù),10個(gè)數(shù)碼:0、1、2、……9;采用“逢十進(jìn)一”
30681:3X104+0X103+6X102+8X10!+1X10°
例如,二進(jìn)制數(shù),2個(gè)數(shù)碼:0、1,采用“逢二進(jìn)一”
(11010100)2=1x27+1X26+0X25+1X24+0X23+1X22+0X2^0X2°
例如,十六進(jìn)制數(shù),16個(gè)數(shù)碼:0、1、2、……9、A、B、C、D、E、F;采用“逢十六
進(jìn)一”
(31)16=31H=3X16「1X16°=49
總之,N進(jìn)制數(shù),N個(gè)數(shù)碼,“逢N進(jìn)一”
2、數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換
任意進(jìn)制之間相互轉(zhuǎn)換,整數(shù)部分和小數(shù)部分必須分別進(jìn)行,
十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制——除2取余法
0-----------------------1
(45)io=45D=45=101101B
十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)—乘2取整法。
二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制——展開求和法。
(101101)2=1X25+0X24+1X23+1X22+0X2X+1X2°
=32+0+8+4+0+1
=45
二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制、十六進(jìn)制與此類似。
二、機(jī)器數(shù)及其編碼
1、機(jī)器數(shù)與真值
機(jī)器只認(rèn)識二進(jìn)制數(shù):0、1。
這是因?yàn)?,電路狀態(tài)常有兩個(gè),如通、斷;高電平、低電平;…可用0、1表示。
這種0、1、0、1…1在機(jī)器中的表現(xiàn)形式一機(jī)器數(shù)。一般為8位。
”無符號數(shù):00000000B,.......innniB即00H~FFH
機(jī)器數(shù)有:V
I帶符號數(shù):+1010110B,-1101001----------?真值
01010110、11101001______A機(jī)器數(shù)
D7位“0”表示該數(shù)為正數(shù),“1”表示該數(shù)為負(fù)數(shù)。
2、機(jī)器數(shù)的編碼及運(yùn)算
對帶符號數(shù)而言,有原碼、反碼、補(bǔ)碼之分,計(jì)算機(jī)內(nèi)一般使用補(bǔ)碼。
1)原碼
將數(shù)“數(shù)碼化”,原數(shù)前“+”用0表示,原數(shù)前“-”用1表示,數(shù)值部分為該數(shù)本
身,這樣的機(jī)器數(shù)叫原碼。
如,[如]原=00000011B
[-3]原=10000011B
0有兩種表示方法:00000000-----?+0
10000000-----A-o
原碼最大、最小的表示:+127、-128
2)反碼
規(guī)定正數(shù)的反碼等于原碼;負(fù)數(shù)的反碼是符號位不變,其余位按位取反。
如,[+4]反=[+4]原=00000100B
[-4]原=10000100B[-4]反:11111010B
反碼范圍:-128~+127
兩個(gè)0;+0——00000000B
-0——11111111B
3)補(bǔ)碼
補(bǔ)碼的概念:現(xiàn)在是下午3點(diǎn),手表停在12點(diǎn),可正撥3點(diǎn),也可倒撥9點(diǎn)。即是
說-9的操作可用+3來實(shí)現(xiàn),在12點(diǎn)里:3、-9互為補(bǔ)碼。
運(yùn)用補(bǔ)碼可使減法變成加法。
規(guī)定:正數(shù)的補(bǔ)碼等于原碼。
負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼求法:反碼+1
如,設(shè)X:-0101110B,則[X]原:10101110B
則[X]補(bǔ)=[X]反+1=11010001+00000001:11010010B
如,[+6]補(bǔ)=[+6]原=00000110B
8位補(bǔ)碼的范圍-128~+127。
0的個(gè)數(shù):只一個(gè),即00000000
而10000000B是T28的補(bǔ)碼。
原碼、反碼、補(bǔ)碼對照表:
無符號數(shù)有符號數(shù)
十進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制原碼反碼補(bǔ)碼
(二進(jìn)制)(二進(jìn)制)十進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制
000000000B00H+0+0+000000000B00H
100000001B01H+1+1+100000001B01H
200000010B02H+2+2+200000010B02H
12601111110B7EH+126+126+12601111110B7EH
12701111111B7FH+127+127+12701111111B7FH
12810000000B80H-127-1281000000080H
12910000001B81H-126-1271000
25311111101BFDH-2-3
25411111110BFEH-1-2
25511111111BFFH-0-1
無符號數(shù)的范圍:0~255(OOH^FFH)
有符號數(shù)的范圍:T28~T(80H~FFH)0~127(00H~7FH)
4)補(bǔ)碼的運(yùn)算
當(dāng)X20時(shí),[X]tt=[X]反式X]原
[[X]補(bǔ)]補(bǔ)=[X]原
[X。卜+[丫]樸=[X+Y]補(bǔ)
[X-Y]#=[X+(-Y)]補(bǔ)
例:已知X=52Y=38求X-Y
方法1:減法:方法2:加法
X-Y=52-38=14X-Y=[[X-Y]補(bǔ)]補(bǔ)=[[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)]補(bǔ)
00110100=[[52]補(bǔ)+[-38]補(bǔ)]補(bǔ)
-)00100110=[14]樸=14
00001110
[52]補(bǔ):00110100
[-38]補(bǔ):+)11011010
10^0001110
自然丟失一
計(jì)算機(jī)在做算術(shù)運(yùn)算時(shí),必需檢查溢出,以防止發(fā)生錯(cuò)誤
5)運(yùn)算的溢出問題
資料字長(位數(shù))有一定限制,所以資料的表示應(yīng)有一個(gè)范圍。
如字長8位時(shí);補(bǔ)碼范圍-128~+127
若運(yùn)算結(jié)果超出這個(gè)范圍,便溢出。
例:
[98]補(bǔ):01100010[85]補(bǔ):01010101
[25L卜:+)00011001[47]補(bǔ):+)00101111
[123]補(bǔ):01111011[132]補(bǔ):10000100
未溢出00溢出01
Cs+1Cs(未溢出)Cs+1Cs(溢出)
錯(cuò):兩個(gè)正數(shù)相加和為負(fù)數(shù)。
[-85]補(bǔ):10101011[-19]樸:01010101
[一47]補(bǔ):+)11010001[-79入卜:+)10110001
[-132]樸:101111100[-98]110011110
溢出10未溢出11
Cs+1CsCs+1Cs
錯(cuò):兩個(gè)負(fù)數(shù)相加和為正數(shù)。
可見:結(jié)果正確(無溢出)時(shí),Cs+1=Cs
結(jié)果錯(cuò)誤(溢出)時(shí),Cs+1WCs
溢出判斷:溢出=Cs+1十Cs(即結(jié)果是0為無溢出;1為有溢出)
3、十進(jìn)制數(shù)的編碼
對機(jī)器:二進(jìn)制數(shù)方便,
對人:二進(jìn)制數(shù)不直觀,習(xí)慣于十進(jìn)制數(shù)。
在編程過程中,有時(shí)需要采用十進(jìn)制運(yùn)算,但機(jī)器不認(rèn)識十進(jìn)制數(shù)。
怎么辦?
可以將十進(jìn)制的字符用二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼:
0000091001
100011010
200101011
300111100未用碼>
401001101
501011110
601101111y
70111
81000
這叫做二進(jìn)制數(shù)對十進(jìn)制編碼一BCD碼。
上述每4位二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)十進(jìn)制字符,這4位中各位的權(quán)依次是:
8、4、2、1——8421BCD碼。
BCD碼的運(yùn)算:
例:1800011000
+)3BCD碼相加+)00000011
2~L-00011011
2B;
非BCD碼(錯(cuò))怎么辦?
需進(jìn)行十進(jìn)制調(diào)整:
00011000
+)00000011
00011011(個(gè)位大于9,應(yīng)進(jìn)1)
+)0110(加6使進(jìn)1)
00100001(結(jié)果形如出21)
(1)BCD碼加法規(guī)則
兩個(gè)BCD數(shù)相加時(shí),“某位”的和小于10則保持不變;
兩個(gè)BCD數(shù)相加時(shí),“某位”的和大于9,則和數(shù)應(yīng)加6修正。
(2)BCD碼減法規(guī)則
兩個(gè)BCD數(shù)相減時(shí),“某位”的差未發(fā)生借位,則差數(shù)保持不變;
兩個(gè)BCD數(shù)相減時(shí),“某位”發(fā)生了借位,其差應(yīng)減6修正。
這里“某位”指BCD數(shù)中的“個(gè)位”、“十位”、“百位”、……
01100101(65)00110100(34)
+)10010111(97)-)00010101(15)
1111~1100—0001~1111
+)01100110(加66調(diào)整)-)0110(減6調(diào)整)
101100010(162)—0001—1001—(29)
三、字符信息的表示
計(jì)算機(jī)能識別0、1、0、1、……;這些0、1、0、1、……有的代表
數(shù)值,有的僅代表要處理的信息(如字母、標(biāo)點(diǎn)符號、數(shù)字符號等文字符號),所以,
計(jì)算機(jī)不僅要認(rèn)識各種數(shù)字,還要能識別各種文字符號。人們事先已對各種文字符號進(jìn)
行二進(jìn)制數(shù)編碼:
如,美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼—ASCH碼,用一個(gè)字節(jié)表示一個(gè)字符。
低7位是字符的ASCH碼值;最高位是通信時(shí)的校驗(yàn)位。
小結(jié):
1、計(jì)算機(jī)與單片機(jī)有何區(qū)別?
2、單片機(jī)主要有哪幾部分組成?
3、真值與碼值有何區(qū)別?原碼、反碼、補(bǔ)碼三者之間如何換算?
作業(yè):
第二講MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)原理
教學(xué)目的
1、理解MCS-51單片機(jī)分類及特征
2、了解單片機(jī)內(nèi)部組成
3、掌握MCS-51單片機(jī)引腳的使用
教學(xué)重點(diǎn)
單片機(jī)外部引腳的使用
教學(xué)難點(diǎn)
單片機(jī)外部引腳的功能
板書課題第二講MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)原理
單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)
?內(nèi)部結(jié)構(gòu)?引腳功能?內(nèi)存的配置?CPU時(shí)序?1/0接口
§1-2MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)原理
IntelMCS-51系列單片機(jī)三個(gè)版本:8031、8051、8751(8位機(jī))
系列典型芯片I/O口定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷源串行通信口片內(nèi)RAM片內(nèi)ROM說明
80C314x8位2x16位51128字節(jié)無
80C514x8位2x16位51128字節(jié)4kB掩膜ROM
51系列
87C514x8位2x16位51128字節(jié)4kBEPROM
89C514x8位2x16位51128字節(jié)4kBEEPROM
80C324x8位2x16位61256字節(jié)無
80C514x8位2x16位61256字節(jié)8kB掩膜ROM
52系列
87C524x8位2x16位61256字節(jié)4kBEPROM
89C524x8位2x16位61256字節(jié)4kBEEPROM
IntelMCS-96系列機(jī):8096(16位機(jī))
除此之外,Moto之a(chǎn)公司、Zilog公司、Mcrochip...相繼推出產(chǎn)品,
各系列產(chǎn)品內(nèi)部功能、單元組成、指令系統(tǒng)不盡相同。
Intel公司單片機(jī)問世早,系列齊全,兼容性強(qiáng),所以得到廣泛使用。
,51子系列:8031、8051、8751MCS-51系列
二52子系列:8032、8052\__________)
無有
ROMROM
§1-2.1MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳
一、MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)
P0.o—P0.7P2.o—P2.7
__:口十卜卜[二H;__j二
|通道0驅(qū)動(dòng)器||通道2驅(qū)動(dòng)器|
RAM無
地址
RAM
寄存EPROM程序地址「
器|通道0驅(qū)動(dòng)器||通道2驅(qū)動(dòng)器IROM寄存器-I
匹ZI緩沖器卜
3r
i堆棧指針i
B_________,TXP1|程序L
寄存器||TMP2「|i鐲器L
ALU
中斷、串行口:二:
LLz>iPSW?定時(shí)器邏輯
PSEW-定時(shí)和指令
ALE-
EA-控制邏輯寄存器
RST-
|通道1鎖存器||通道3鎖存器|
|OSC
I通道1驅(qū)動(dòng)器I|通道3驅(qū)動(dòng)器弁
-并用-用■--用并用----------
XTALlTUIXTAL2
Pl.o—Pl.7P3.o—P3.7-
MCS-51結(jié)構(gòu)框圖
1、中央處理單元(8位)
數(shù)據(jù)處理、測試位,置位,復(fù)位位操作
2、只讀存儲器(4KB或8KB)
永久性存儲應(yīng)用程序,掩模ROM、EPROM、EEPROM
3、隨機(jī)存取內(nèi)存(128B、128BSFR)
在程序運(yùn)行時(shí)存儲工作變量和資料
4、并行輸入/輸出口(I/0)(32條)
作系統(tǒng)總線、擴(kuò)展外存、I/。接口芯片
5、串行輸入/輸出口(2條)
串行通信、擴(kuò)展I/0接口芯片
6、定時(shí)/計(jì)數(shù)器(16位、加1計(jì)數(shù))
計(jì)滿溢出、中斷標(biāo)志置位、向CPU提出中斷請求,與CPU之間獨(dú)立工作
7、時(shí)鐘電路
內(nèi)振、外振。
8、中斷系統(tǒng)
五源中斷、2級優(yōu)先。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn):
MCS-51系列單片機(jī)為哈佛結(jié)構(gòu)(而非普林斯頓結(jié)構(gòu))
1)內(nèi)ROM:4KB
2)內(nèi)RAM:128B
3)外ROM:64KB
4)夕卜RAM:64KB
5)I/0線:32根(4埠,每埠8根)
6)定時(shí)/計(jì)數(shù)器:2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器
7)串行口:全雙工,2根
8)寄存器區(qū):工作寄存器區(qū)、在內(nèi)128BRAM中,分4個(gè)區(qū),
9)中斷源:5源中斷,2級優(yōu)先
10)堆棧:最深128B
11)布爾處理機(jī):位處理機(jī),某位單獨(dú)處理
12)指令系統(tǒng):五大類,111條
二、MCS-51單片機(jī)外部引腳
DIP40腳1P17圖2-3
方形封裝44腳J
1、主電源引腳
Vss、Vcc
2、外接晶振引腳
XTAL1、XTAL2
3、控制或復(fù)位引腳
RST/VPD兩個(gè)機(jī)器周期高電平,單片機(jī)復(fù)位。
P0~P3口:輸出高電平
SP:07H
SFR、PC:清0
不影響內(nèi)RAM狀態(tài),機(jī)器從0地址開始執(zhí)行。
上電復(fù)位電路、電平方式開關(guān)復(fù)位電路如圖2-4所示。
ALE/PROG:地址鎖存控制端
提供1/6fosc振蕩頻率,輸入編程脈沖EPROM
PSEN:外部程序內(nèi)存的讀選通信號端。
EA/VPP:EA=1,訪問內(nèi)部程序內(nèi)存
當(dāng)PC值超過內(nèi)ROM范圍(0FFFH)時(shí),自動(dòng)轉(zhuǎn)執(zhí)行外部內(nèi)存的程序
EA=0,只訪問外部程序內(nèi)存。
對8751機(jī),可施加21V編程電源(Vpp)
4、輸入/輸出引腳
P0~P3:四個(gè)I/0口,每口8線,共同32線。
小結(jié):
1、MCS-51系列機(jī)種類
2、MCS-51內(nèi)部結(jié)構(gòu)有幾部分?特點(diǎn)?
3、MCS-51機(jī)DIP有多少引腳?ALE、PSEN、EA作用?
作業(yè):
第三講MCS-51單片機(jī)存儲器配置
教學(xué)目的:
1、了解特殊功能寄存器名稱
2、了解單片機(jī)位地址空間分配
3、掌握MCS-51單片機(jī)內(nèi)部存儲器的空間與分配
教學(xué)重點(diǎn):
單片機(jī)外部引腳的使用
教學(xué)難點(diǎn):
單片機(jī)外部引腳的功能
復(fù)習(xí)提問:
1、MCS-51系列單片機(jī)有幾種典型機(jī)型?有何區(qū)別?
2、MCS-51單片機(jī)有多少外部引腳?ALE、EA、PSEN、RET的作用?
3、MCS-51單片機(jī)的特點(diǎn)?
課題§1-2.2MCS-51單片機(jī)內(nèi)存配置
一、MCS-51機(jī)的內(nèi)存結(jié)構(gòu)(如圖1所示)
FFFFH
64KB
外部
RAM
OFFFH
0000H0000H
程序存儲器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器外部數(shù)據(jù)存儲器
圖1MCS-51機(jī)的內(nèi)存結(jié)構(gòu)
物理上分為:4個(gè)空間,片內(nèi)ROM、片外ROM
片內(nèi)RAM、片外RAM
邏輯上分為;3個(gè)空間,程序內(nèi)存(片內(nèi)、外)統(tǒng)一編址MOVC
數(shù)據(jù)存儲器(片內(nèi))MOV
數(shù)據(jù)存儲器(片外)MOVX
1、程序內(nèi)存
尋址范圍:OOOOH~FFFFH容量64KB
EA=1,尋址內(nèi)部ROM;EA=0,尋址外部ROM
地址長度:16位
作用:存放程序及程序運(yùn)行時(shí)所需的常數(shù)。
七個(gè)具有特殊含義的單元是:0000H——系統(tǒng)復(fù)位,PC指向此處;
0003H——外部中斷0入口
OOOBH——T0溢出中斷入口
0013H——外中斷1入口
001BH——T1溢出中斷入口
0023H——串口中斷入口
002BH——T2溢出中斷入口
2、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器
物理上分為兩大區(qū):OOH~7FH即128B內(nèi)RAM和SFR區(qū)。如圖2所示。
作用:作數(shù)據(jù)緩沖器用
可位尋址位
4組R0~R7工作寄存器
圖2內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器
二、特殊功能寄存器SFR
尋址空間:80H~FFH,其中有6個(gè)雙字節(jié)寄存器。
注意PC不在此范圍內(nèi)。
表.4P14
表中:T2c0;TH2、TL2;RLDH、RLDL屬于8032/8052??晌粚ぶ返腟FR為其地
址能被8整除(表2-4、表2-5)
各寄存器的名稱:
1、算術(shù)運(yùn)算寄存器
(1)累加器A(E0H)
(2)B寄存器:乘、除法運(yùn)算用
(3)程序狀態(tài)字PSW寄存器:包含程序運(yùn)行狀態(tài)信息。
CYACF0RS1RSOOV——p
CY—進(jìn)位/借位標(biāo)志;位累加器。
AC——輔助進(jìn)/借位標(biāo)志;用于十進(jìn)制調(diào)整。
F0——用戶定義標(biāo)志位;軟件置位/清零。
0V—溢出標(biāo)志;硬件置位/清零。
P—奇偶標(biāo)志;A中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)P=1;否則P=0o
RS1、RSO——寄存器區(qū)選擇控制位。
00:0區(qū)R0"“R7
01:1區(qū)R0"“R7
10:2區(qū)R0,“R7
11:3區(qū)R0"“R7
2、指針寄存器
(1)程序計(jì)數(shù)器PC
指明即將執(zhí)行的下一條指令的地址,16位,尋址64KB范圍,
復(fù)位時(shí)PC=0000H
(2)堆棧指針SP
指明棧頂元素的地址,8位,可軟件設(shè)置初值,復(fù)位時(shí)SP=07H
(3)數(shù)據(jù)指針DPTR
@RO、@R1、@DPTR;指明訪問的數(shù)據(jù)存儲器的單元地址,16位,尋址范圍64KB。DPTR
=DPH+DPL,也可單獨(dú)使用。
3、并行輸入/輸出端口
寄存器PO、Pl、P2、P3實(shí)為相應(yīng)端口鎖存器。
4、串行輸入/輸出端口
(1)串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF
是物理上獨(dú)立的兩個(gè)寄存器,共同使用一個(gè)地址。
(2)串行控制/狀態(tài)寄存器SCON
控制監(jiān)視串行口的工作狀態(tài)
(3)電源控制寄存器PCON
控制單片機(jī)的低功耗工作方式及波特率選擇。
5、中斷系統(tǒng)
(1)中斷優(yōu)先級寄存器IP:2級優(yōu)先,可軟件設(shè)定
(2)中斷允許寄存器IE
6、定時(shí)/計(jì)數(shù)器
(1)定時(shí)器方式寄存器:TMOD
(2)定時(shí)器控制寄存器:TCON
(3)計(jì)數(shù)寄存器:THO、TLO;TH1、TLlo可用于設(shè)定計(jì)數(shù)初值。
7、8052/8032增設(shè)專用寄存器
(1)定時(shí)器2控制寄存器T2coN;控制、設(shè)置工作方式。
(2)計(jì)數(shù)寄存器:TH2、TL2
(3)定時(shí)器2捕獲/重裝載寄存器:RCAP2H,RCAP2L
存放自動(dòng)重裝載到TH2、TL2的數(shù)據(jù)。
三、位地址空間
(1)內(nèi)部RAM20H~2FH共16個(gè)單元可按位尋址128位。
(2)SFR80H~FFHf51子系列,有21個(gè)寄存器,83位;
y52子系列,有26個(gè)寄存器,93位。
四、外部數(shù)據(jù)存儲器
(1)容量最大擴(kuò)展到64KB
(2)尋址范圍:0000H~FFFFH
(3)尋址方式:間接尋址可用RO,R1及DPTR
§1-4時(shí)序
時(shí)鐘的基本概念
啟動(dòng)單片機(jī)后,指令執(zhí)行順序
一?取指令——?分析——?執(zhí)行
結(jié)合時(shí)序圖說明單周期單字節(jié)指令在執(zhí)行過程中ALE脈沖、取指操作、執(zhí)行操作等
在時(shí)間上的先后關(guān)系,從而引出時(shí)序的概念:
單片機(jī)內(nèi)的各種操作都是在一系列脈沖控制下進(jìn)行的,而各脈沖在時(shí)間上是有先
后順序的,這種順序就稱為時(shí)序。
執(zhí)令周期:即從取指到執(zhí)行完,所需時(shí)間。
不同機(jī)器指令周期不一樣;即使相同機(jī)器,不同的指令其指令周期也不一樣
O
機(jī)器周期:機(jī)器的基本操作周期。
一個(gè)指令周期含若干機(jī)器周期(單、雙、四周期)
狀態(tài)周期:一個(gè)機(jī)器周期分6個(gè)狀態(tài)周期Si
每個(gè)狀態(tài)周期含兩個(gè)振蕩周期,即相位Pl、P2o
振蕩周期:由振蕩時(shí)鐘產(chǎn)生。
振蕩周期Tose=1/fosc
一個(gè)機(jī)器周期=12個(gè)振蕩周期=12X1/fosco
例如,若fosc=12MHz,則一個(gè)機(jī)器周期=1USo
時(shí)鐘的產(chǎn)生:
XTAL1(19)、XTAL(18)。
1、內(nèi)部方式
與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器一起組成一個(gè)自激振蕩器。
(內(nèi)振電路圖)(外振電路圖)
2、外部方式
CMOS工藝的8031,其XTAL1接外信號;XTAL2可懸空。
HM0S工藝的8031,其XTAL2接外信號;XTAL1接地。
小結(jié):
MCS—51存儲結(jié)構(gòu)分配是怎樣的?
SFR中各寄存器的名稱?
作業(yè):
第四講并行I/O端口
教學(xué)目的:
1、了解8031最小系統(tǒng)
2、掌握P0、Pl、P2、P3口的使用
3、P0、Pl、P2、P3口的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn):
P0、Pl、P2、P3口的使用
教學(xué)難點(diǎn):
P0、Pl、P2、P3口的電路結(jié)構(gòu)
教學(xué)環(huán)節(jié):
復(fù)習(xí)舊課:1、MCS-51機(jī)的組成有幾大部分?
2、外部引腳ALE、/PSEN、/EA、RST的功能是什么?
引入新課:§1-5并行I/0端口
四個(gè)端口、雙向、每個(gè)口包含一個(gè)鎖存器、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和二個(gè)輸入緩沖器。
一、pon
1、結(jié)構(gòu)(P0口電路圖)
2、通用I/o口
1)讀(端口外數(shù)據(jù)-----?內(nèi)部寄存器)
方式1(讀鎖存器)0—?G2—?I內(nèi)部總線,適于“讀一修改一寫”
方式2(讀引腳):P0?x—?G1—?D—內(nèi)部總線。
作為通用I/0使用,是一個(gè)準(zhǔn)雙向口:
“在輸入數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)先把口置1,使兩個(gè)FET都截止,引腳處于懸浮狀態(tài),可作高阻抗輸入
,,
2)寫(片內(nèi)數(shù)據(jù)_____>端口)
數(shù)據(jù)-----A鎖存-----?MUX-----^0?X
3)地址/數(shù)據(jù)總線口
控制MUX
寫:地址/數(shù)據(jù)為1,PO-x—高
地址/數(shù)據(jù)為0,P0-x—低
讀:經(jīng)緩沖器G1讀入
4)負(fù)載能力
可帶8個(gè)TTL輸入,驅(qū)動(dòng)NM0S時(shí),接上拉電阻。
總結(jié)特點(diǎn):
(1)P0口可作通用I/0口使用,又可作地址/數(shù)據(jù)總線口;
(2)P0既可按字節(jié)尋址,又可按位尋址;
(3)P0作為輸入口使用時(shí):是準(zhǔn)雙向口;
(4)作通用I/0口輸出時(shí):是開漏輸出;
(5)作地址/數(shù)據(jù)總線口時(shí),P0是一真正雙向口,而作通用I/0口時(shí),只是一個(gè)準(zhǔn)雙
向口
二、Pin
1、結(jié)構(gòu)
(邏輯電路圖)
只能作I/o口用,且是一個(gè)準(zhǔn)雙向口。
內(nèi)部已有上拉電阻,不是開漏輸出口。
2、特點(diǎn)
(1)無地址/數(shù)據(jù)口功能
(2)可按字節(jié)尋址,也可按位尋址
(3)作I/0輸入口時(shí):是一準(zhǔn)雙向口,不是開漏輸出。
三、P2口
1、結(jié)構(gòu)
2、特點(diǎn)
(1)當(dāng)P2口作為通用I/0時(shí),是一準(zhǔn)雙向口。
(2)從P2口輸入數(shù)據(jù)時(shí),先向鎖存器寫“1”。
(3)可位尋址,也可按字節(jié)尋址
(4)可輸出地址高8位。
四、P3口
1、結(jié)構(gòu)圖
2、特點(diǎn)
(1)作通用I/0時(shí),“選擇輸出功能”應(yīng)保持高電平,
(2)工作于第二功能時(shí),該位鎖存器應(yīng)置1,
(3)作輸入口時(shí),輸出鎖存器和選擇輸出功能端都應(yīng)置1
(4)第二功能專用輸入,取自輸入通道第一緩沖器(G1)輸出端,通用輸入信號取自
“讀引腳”。
小結(jié):
1、P0口:地址低8位與數(shù)據(jù)線分時(shí)使用端口,
2、P1口:按位可編址的輸入輸出端口,
3、P2口:地址高8位輸出口
4、P3口:雙功能口。若不用第二功能,也可作通用I/0口。
5、按三總線劃分:
地址線:P0低八位地址,P2高八地址;
數(shù)據(jù)線:P0輸入輸出8位數(shù)據(jù);
控制線:P3口的8位加上/PSEN、ALE共同完成控制總線。
作業(yè):
第五講MCS-51指令系統(tǒng)及匯編語言程序設(shè)計(jì)
教學(xué)目的:
1、了解MCS-51指令的分類
2、掌握MCS-51匯編語言指令格式
3、訓(xùn)練掌握六種尋址方式
教學(xué)重點(diǎn):
六種尋址方式
教學(xué)難點(diǎn):
間接尋址、基址+變址尋址
板書課題:第三章MCS-51指令系統(tǒng)及匯編語言程序設(shè)計(jì)
§3-1匯編語言與指令系統(tǒng)簡介
一、匯編語言程序設(shè)計(jì)的意義
什么是程序?
完成某項(xiàng)特定任務(wù)的指令的集合。
計(jì)算機(jī)按程序一條一條地依次執(zhí)行指令,從而完成指定任務(wù)。
要讓計(jì)算機(jī)完成各項(xiàng)任務(wù),就應(yīng)設(shè)計(jì)各種程序。
程序設(shè)計(jì)語言:
機(jī)器語言
匯編語言
高級語言
匯編語言程序的每一條語句都與計(jì)算機(jī)的某一條指令對應(yīng),所以必需熟悉指令系統(tǒng)。
指令=操作碼+操
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