《單片機原理及應用》電子教案.

1、MCS-51單片機原理及應用巢湖職業(yè)技術學院本書主要內容單片機基礎知識單片機的組成與結構分析MCS-51單片機的指令系統(tǒng)單片機的程序設計MCS-51單片機的中斷系統(tǒng)定時/計數(shù)器單片機的串行通信及接口MCS-51單片機的系統(tǒng)擴展微型計算機系統(tǒng)外存儲器輸入設備輸出設備運算器控制器主存儲器第 1 章單片機概述單片機簡介單片機發(fā)展概述單片機應用領域單片機的發(fā)展趨勢AMCS-51 系列單片機簡介學習單片機技術的方法介型計算機的簡稱-操作系統(tǒng)匯編程序裝配程序調試程序單片機可以認為是一種計算機集成芯片,采用超大規(guī)模集成技術,將中央處理器(CPU)、存儲器(ROM、RAM)、輸入、輸出接口集成在一塊芯片上，

2、構成的計算機硬件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)程序設計語言匯編語言BASIC語言FORTRAN語言C語言財務軟件教學軟件管理軟件1.4單片機的發(fā)展趨勢低功耗 CMOS 化微型單片化主流與多品種共存1.5MCS-51系列單片機簡介8051 內部結構內部結構1內部結構8051時鐘時鐘Hn11brq1.12.MCS-51 系列單片機產(chǎn)品型號制造技術片內程序存儲片內數(shù)據(jù)存8051AHHMOSROM(4k)L28字節(jié)8031AHAHMOS無L28宇節(jié)8751HHMOSEPROM4K) )L2E字節(jié)AT896UCKMOSFLASHROML28字節(jié)80C31CHMOS無12B宇節(jié)8051HMOSROM256宇節(jié)8031HM

3、OS無2,6字節(jié)I 程序存儲器程序存儲器 II 斂曙存儲器斂曙存儲器 II 定時計數(shù)器定時計數(shù)器| |I并行時并行時0口口I| |串行串行通信口通信口|中斷系蜿中斷系蜿1.6學習單片機技術的方法1.學習單片機所需的準備工作硬件準備硬件準備軟件準備軟件準備知識準備知識準備初學者推薦的軟件硬件準備初學者推薦的軟件硬件準備2學習過程與考核方法主要課堂學習環(huán)節(jié)主要課堂學習環(huán)節(jié)教學形式與過程教學形式與過程學習要求與考核方法學習要求與考核方法17不同計數(shù)制之間的轉換17.1十進制數(shù)一個十進制數(shù)，它的數(shù)值是由數(shù)碼0,1,2,，8,9來表示的。數(shù)碼所處的位置不同，代表數(shù)的大小也不同。例如：53478=5X10

4、4+3X103+4X102+7X101+8X100,對應于:lOJ53478萬千百十個104103102101101.7.2二進制數(shù)二進制是按“逢二進一”的原則進行計數(shù)的。二進制數(shù)的基為“2”，即其使用的數(shù)碼為0、1,共兩個。二進制數(shù)的權是以2為底的幕。例如：10110100=1X27+0X26+1X25+1X24+0X23+1X22+0X21+0X20,對應于：101I0100272625242322212其各位的權為1,2,4,8,，即以2為底的0次幕、1次幕、2次幕等。(10110100)2=1X27+0X26+1X25+1X24+0X23+1X22+0X21+0X20=1801.7.3

5、十六進制數(shù)十六進制數(shù)的基為16,即基數(shù)碼共有16個:0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,Fo其中A,B,C,D,E,F分別代表值為十進制數(shù)中的10,11,12,13,14,15o十六進制的權為以16為底的幕。例如：4F8E=4X163+FX162+8X161+EX160=20366,對應于：4F8E16316216116常用計數(shù)制表示數(shù)的方法比較1.7.4不同進制數(shù)之間的轉換1.十進制數(shù)轉換成二進制數(shù)的方法除二取余法就是用2去除該十進制數(shù)，得商和余數(shù)，此余數(shù)為二進制代碼的最小有效位(LSB)或最低位的值；再用2除該商數(shù)，又可得商數(shù)和余數(shù)，則此余數(shù)為LSB左鄰的二進制代碼

6、(次低位)。依此類推，從低位到高位逐次進行，直到商是0為止，就可得到該十進制數(shù)的二進制代碼。1.7.4不同進制數(shù)之間的轉換例如：將(67)10轉換成二進制數(shù)，過程如下:2672331216128024022021001即：(67)10=(1000011)2o1.7.4不同進制數(shù)之間的轉換1.十進制數(shù)轉換成二進制數(shù)的方法乘二取整法將已知十進制的小數(shù)乘以2之后，可能有進位，使整數(shù)位為1(當該小數(shù)大于0.5時)，也可能沒有進位，其整數(shù)位仍為零。該整數(shù)位的值為二進制小數(shù)的最高伎。再將乘積的小數(shù)部分乘以2,所得整數(shù)位的值為二進制小數(shù)的次高位。 依此類推， 直到滿足精度要求或乘2后的小數(shù)部分為0為止。例如

7、：將(0.625)10轉換成二進制數(shù)，其過程如下：0.625X21.250整數(shù)部分為1就是二進制小數(shù)的第一位為10.250X20300-整數(shù)部分為o就是二進制小數(shù)的第二位為o0.500X21.000整數(shù)部分為1就是二進制小數(shù)的第二位為1即：(0.625)10=(0.101)21.7.4不同進制數(shù)之間的轉換2.二進制數(shù)轉換為十進制數(shù)的方法將二進制數(shù)轉換成十進制數(shù)時，只要將二進制數(shù)各位的權乘以各位的數(shù)碼(0或1)再相加即可。例如：將(1101.1001)2制轉換成十進制數(shù)：(1101.1001)2=1X23+1X22+0X21+1X20+1X2-1+0X2-2+0X2-3+1X2-4=8+4+0+

8、1+0.5+0+0+0.0625=(13.5625)10抽9十7、謎削1.7.4不同進制數(shù)之間的轉換3.二進制與十六進制凌攵之間的轉換方法1)二進制數(shù)轉換成十六進制數(shù)例如：把(101101101.1100101)2轉換成十六進制數(shù)。101101101.1100101000101101101.1100101016DCA即：(101101101.1100101)2=(16D.CA)16o1.7.4不同進制數(shù)之間的轉換2)十六進制數(shù)轉換成二進制數(shù)將十六進制數(shù)轉換成二進制數(shù)時，只要將每1位十六進制數(shù)用4位相應的二進制數(shù)表示即可完成轉換。例如：將(ECA16)16轉換成二進制數(shù)。邈g1110110010

9、1000010110即:(ECA16)16=(11101100101000010110)2o1. 7.5BCD碼1.7.6ASCII碼ASCII碼是一利呢位代碼， 最高位一般用于奇偶校驗， 用其余的 7位代碼來對 128 個字符編碼， 其中 32 個是控制字符，96個是圖形字符。1.8 思考練習題(1)微型計算機由哪幾部分組成？(2)什么是單片機？它與一般微型計算機在結構上有什么區(qū)別？(3)單片機主要應用在哪些方面？(4)將下面的一組十進制數(shù)轉換成二進制數(shù)：56742319896814276.870.3759.32583.625134.0625(5)將下面的二進制數(shù)轉換成十進制數(shù)和十六進制數(shù)：

10、101100111010010111101001100111101000010111000101111011101000110011011.11101.01101第 2 章單片機的組成與結構分析 MCS-51 單片機的內部結構 CPU 的結構和功能存儲器的組織結構AMCS-51 單片機的并行輸入輸出端口AMCS-51 單片機的外部引腳及功能單片機指令時序思考練習題P3P1.O-P1.7P3.0P3.7P2.0-P2.7PO.O-P0.7；RAM地址驅動器:寄存器!RAM奇存器B累加器A程序狀態(tài)PlP2PO驅動器驅動器PO7V緩沖器暫存器2暫存器17PC+12.1MCS-51 單片機的內部結構數(shù)

11、據(jù)指針DPTR中斷定時器串行口P2鎖存黠鎖存器驅動器n31P3鎖存器7其基本特性如下：8 位 CPU,含片內振蕩器；4KB 的程序存儲器 ROM;128B 的數(shù)據(jù)存儲器 RAM;64KB 的外部程序存儲器尋址能力;64KB 的外部數(shù)據(jù)存儲器尋址能力;32根輸入輸出（I/O）線；2 個 16位定時/計數(shù)器；1 個全雙工異步串行口；21個特殊功能寄存器；5 個中斷源，2個優(yōu)先級；具有位尋址功能。2.2CPU 的結構和功能2.2.1運算器8051單片機的運算器由算術/邏輯運算單元ALU、累加器A、寄存器B、暫存器1、暫存器2以及程序狀態(tài)字寄存器PSW組成。CY|AC|FO|RS1|RSOOVIIP|

12、圖2.2PSW寄存器各位的標志符號指令寄存器IR指令譯碼器ID定時與控制程序地址寄存器；表2.1寄存器PSW各位的功能、標志符號與相應的位地址功能標志符號位地址進位標志（乂是C寄存器）CYPSW.7輔助進位標志ACPSW.6用戶標志FOPSW.5工作寄存器組選擇RS1PSW.4工作寄存器組選擇RS0PSW.3溢出標志OVPSW.2保留PSW.1奇偶標志PPSW.02.2.2控制器8051單片機的控制器由指令寄存器、指令譯碼器、堆棧指針SP、程序計數(shù)器PC、數(shù)據(jù)指針DPTR、RAM地址寄存器以及16位地址緩沖器等組成。存儲器的功能是存儲信息(即程序與數(shù)據(jù))。存儲器是組成計算機的主要部件，目前所使

13、用的存儲器以半導體存儲器為主。從功能上來劃分，半導體存儲器可分為兩大類：即只讀存儲器(ROM),和隨機存儲器(RAM)O2.3 存儲器的組織結構FFFFH片外64KBROM4KBROMOFFFH片內EA=10000HEA=O專用FFH寄槻80H內部7FHRAM00H64KB2.3.2程序存儲器程序是控制計算機運行的一系列命令。 計算機能夠識別并執(zhí)行的命令是由代碼“（T 和“廠組成的一組機器指令。2. 3.3數(shù)據(jù)存儲器單片機的數(shù)據(jù)存儲器由可讀可寫的存儲器 RAM 組成，最多可擴展到 64KB,用于存儲數(shù)據(jù)。2.3.4MCS-51單片機的內部數(shù)據(jù)存儲器MCS-51單片機的內部數(shù)據(jù)存儲器由地址00H

14、FFH共有256個字節(jié)的地址空間組成，這256個字節(jié)的地址空間被分為兩部分，其中內部數(shù)據(jù)RAM地址為OOH7FH（即0127）。圖圖2.4內部數(shù)據(jù)存儲器地址空間內部數(shù)據(jù)存儲器地址空間寄行器128-255內咅轍RAM0-127專用怖器（93位）節(jié)尋腑RAM區(qū)既口嘟也町按鄧加勺16字找128位）4組侮彳了器幽1為WR7（也昭囲節(jié)32字節(jié)1.內部數(shù)據(jù) RAM 單元MSB內部數(shù)據(jù)RAM分為工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、通用RAM區(qū)三個部分。2FH2EH2DH2CH2BK2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21HHHHHHHHHHHHHoFoF8787OFOF212111O11O(a)系統(tǒng)復

15、位后,LSB1丿尺刪乍：PUSHASP(08H)0000100(圖2.5RAM位地址(低128位在00H7FH)曲WH：POPA未改變SP初值時的堆棧操作(設(A)二0ABH)執(zhí)1行指令MOVSP,#6OHA364H64HSP(63H)63H63H|0110001iA362HSP(61H)62HA261H0110000Al6IHAl60H60H5FH5FH丿SP(60H)()11000064H63H62H61H60H5FH64H64H63HSP(61H)63HA262H62HSP(60H)Al61H0110000Al61H60H60H|01100005FH5FH艸觀職3彈山峽2IlWMSP(6

16、2H)0110001(64H63H62H61H60H5FH(b)系統(tǒng)復位后，改變SP初值為60H時的堆棧操作圖2.6堆棧操作示例2.特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFR的地址簾間是80HFFH。特殊功能寄存器名稱符號位地址與位名稱字節(jié)地址D7D6D5D4D3D2DiDOB 寄存器BF7F6F5F4F3F2FlF0FOH累加器AE7E6E5E4E3E2ElE0EOH程序狀態(tài)字PSWD7D6D5D4D3D2DIDODOHCACF0RS1RS0OVP中斷優(yōu)先級控制IPBFBEBDBCBBBAB9B8B8HPSPT1PX1PTOPXOD7D6D5D4D3D2DIDOP3口P3B7B6B5B4B3B2Bl

17、B0BOHP3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0表23特殊功能寄存器的名稱、符號與地址2.特殊功能寄存器中斷允許控制IEAFAEADACABAAA9A8A8HEAESET1EXIETOEXOP2I1P2A7A6A5A4A3A2AlAOAOHP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF99H串行控制SCON9F9E9D9C9B9A999898HSMOSM1SM2RENTBSRB8T1RIPlIIPl979695949392919090HPl.7Pl.6Pl.5Pl.4Pl.3Pl.2Pl.lP1.0定時/計數(shù)器1髙字節(jié)TH18D

18、H定時/計數(shù)THO8CH2.特殊功能寄存器2.特殊功能寄存器定時/計數(shù)器 1 低字節(jié)TL18BH定時/計數(shù)器 0 低字節(jié)TLO8AH定時/計數(shù)方式控制TMODGATEC/TMlMOGATEC/TMlMO89H2.特殊功能寄存器特殊功能寄存器名稱符號位地址與位名稱sD7D6D5D4D3D2DIDO定時器控制寄存器TCON8F8E8D8C8B8A898888HTF1TR1TFOTR0IE1IT1IE0ITO電源控制PCONSMOD87H數(shù)據(jù)指針冋子 RDPH83H數(shù)據(jù)指針低字節(jié)DPL82H堆棧指針SP81HPODP0878685848382818080HP0.7P0.P0.5P0.P0.3P0.2

19、P0.IPO.O4MCS-51 單片機的并行輸入輸出端口讀引腳1.P0 用作通用 I/O 口2.P0 用作地址/數(shù)據(jù)總線分時復用方式2.4.1P0 口結構內部總線寫鎖存器DQPO.XCLQIMUXPO.X引腳1.TR T2.4.2P2 口結構讀引腳第輸入功軸腳亍讀引腳一2.P2口用作通用 I/O口2.4.3P3 口結構P2 口用作地址總線寫昭苦VCCVCC2.4.4P1 口結構內部總線DQP1.XCLQ控社內部總線寫昭菩P2.X引腳DQp7X鎖俺-CLQoT 占MUX-內部總線第序出概DQP3.X幽臘-CLQP1.X引腳P3.X引腳（a）內部振蕩器方式（b）外部振蕩器方式圖2.128051單片

20、機的振蕩器方式表24按不同工藝制造的單片機芯片外接振蕩器時的接法芯片類型接法XTAL1XTAL2CHMOS接外部振蕩器脈沖輸入端（帶上拉電阻）懸浮HMOS接地接外部振蕩器脈沖輸入端（帶上拉電阻）2.5MCS-51 單片機的外部引腳及功能2.5.電源引腳i?CJ)懇0)=!nON0L口二Ld口dI.d口InYLd口(RXD)(TXD)(INTO)(INT1)(TO)(T1)匚6475324442401434139匚838匚937匚1036匚11803135匚12W)5134匚1333匚1432匚1531二1630匚1719218201232527?9_|P0.4(AD4) PD.5(AD5) P

21、0.6(AD6)ZIPD.7(AD7) EA/VPP NCT1ALEPROG PSEN P2.7(A15)二IP26(A14) P2.5(A13)P1.0匚匚P1.1匚匚P1.2匚匚P1.3匚匚P1.4匚匚P1.5匚匚P1.6匸匸P1.7匚匚RSTC(RXD)P3.0匸匸(TXD)P3.1匚匚(INTO)P3.2匚匚(INT1)P3.3r(TO)P3.4匚匚(T1)P3.5匚匚(WK)P3.6匚匚(RD-)P3.7匚匚XTAL2匚匚XTAL1匸匸GND匚匚140239338437536vccPO.O(ADO)P0,1(AD1)P0.2(AD2)P0.3(AD3)P0.4(AD4)P0.5(AD

22、5)P0.6(AD6)PO.7(AD7)2.5.2upcla(E:ue0Q(二zuzdo;ULdr-(6uozd(g)UQNUQ2ZJLIVLXudldLXmed(QllrugEd(IXAA外接晶振或外部時鐘信號輸入端XTAL2KTAL110311130122913281427152616251724182319222021PSEP2,7(A15)P2.6(A14)P2.5(A13)P2.4(A12)1P2.3(A11)P2.2(A=0)P2.1(A9)P2.0(A8)雙列直插式封裝XTAL2X7AL1NCP3.1P3.3P1.5P16P1.7RSTP3.0nnnnnnnnnE/VPPALE/PROG2.5.3輸入輸出引腳P0.0P0.7：通道0是一個8位漏極開路的雙向輸入輸出通道。在外接存儲器或者擴展I/O接口吋，P0口作為復用的低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。在不擴展存儲器或者I/O接口時，作為準雙向輸入輸出接口。P1.0P1.7：只有一種功能，即準雙向I/O口。P2.0P2.7：可作為準雙向I/O口使用；但在接有片外存儲器或擴展I/O接口范圍超過256B時，則該口一般只能作為