單片機(jī)知識(shí)要點(diǎn)

1、單片機(jī)知識(shí)要點(diǎn)§1 單片機(jī)概述1. 單片機(jī)：將中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出端口（I/O）等主要計(jì)算機(jī)功能部件 集成在一塊集成電路芯片上，使其具備計(jì)算機(jī)的基本特征單片機(jī)系統(tǒng)：根據(jù)嵌入對(duì)象對(duì)單片機(jī)的資源要求，在基本功能的基礎(chǔ)上擴(kuò)展中斷、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、通信接口、時(shí)鐘振蕩系統(tǒng)等功能模塊，使其能正常運(yùn)行并能滿 足具體嵌入式應(yīng)用的一個(gè)較完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)：滿足嵌入式對(duì)象要求的全部電路系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)代表性的面向?qū)ο蟮慕涌陔娐罚?前向通道接口電路 后向通道接口電路 人機(jī)界面接口電路 串行通信接口2. 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 大容量化：51系列單片機(jī)內(nèi)ROM最大可達(dá)64KB，RAM

2、可達(dá)2KB 高性能化 多功能化 低功耗化 外部總線化：有的單片機(jī)機(jī)型在片內(nèi)增加了SPI、I²C、Microwire、1-Wire等串行總線 方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡(jiǎn)化了外部芯片的擴(kuò)展方式§2 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理1. 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 中央處理器 運(yùn)算器：（1）算術(shù)邏輯單元(ALU) （2）累加器(ACC) （3）暫存寄存器(TMP1、 TMP2) （4）寄存器B （5）程序狀態(tài)字寄存器(PSW) 控制器：（1）程序計(jì)數(shù)器PC （2）數(shù)據(jù)指針DPTR （3）堆棧指針SP （4）指令寄存器IR和指令譯碼器ID存儲(chǔ)器 程序存儲(chǔ)器（ROM）：容量較大，用來(lái)存放程序代碼和一些常

3、數(shù)表格數(shù)據(jù) 片內(nèi)：4KB 片外：64KB 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）：容量較小，用來(lái)存放一些變量和全局?jǐn)?shù)據(jù) 片內(nèi)：128B 片外：64KBI/O接口 并行接口：80C51單片機(jī)有4個(gè)8位并行I/O端口 串行接口特殊功能部件：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、時(shí)鐘振蕩電路、布爾處理器2. 51系列單片機(jī)的引腳及功能 51單片機(jī)的引腳分類（1） 電源及時(shí)鐘引腳（2） 控制信號(hào)引腳RESET/VpD(9腳)：RESET是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效；RESET引腳的第二功能VpD備用 電源的輸入端ALE/PROG(30腳)：地址鎖存控制信號(hào)PSEN(29腳)：程序存儲(chǔ)器允許信號(hào)輸出端EA/Vpp(31腳)：片內(nèi)程序

4、存儲(chǔ)器選通控制端，低電平有效 當(dāng)EA端保持低電平時(shí)，將只訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器 當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，執(zhí)行訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，但在PC值超過(guò)0FFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序（3） 輸入輸出引腳P0-P3P3口每個(gè)引腳的第二功能P3口線第二功能P3.0RXD（串行接收）P3.1TXD（串行發(fā)送）P3.2INT0（外部中斷0輸入，低電平或下降沿有效）P3.3INT1（外部中斷1輸入，低電平或下降沿有效）P3.4T0（定時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（定時(shí)器1外部輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)RAM寫(xiě)使能信號(hào)，低電平有效）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)RAM讀使能信號(hào)，低電平有效） 三總線結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

5、總線（DB）：寬度為8位，由P0口提供地址總線（AB）：寬度為16位，因此外部存儲(chǔ)器直接尋址范圍為64KB，16為地址總線由P0口經(jīng)地址鎖存器提供低8位地址（A0-A7），P2口直接提供 高8位地址（A8-A15）控制總線（CB）：由P3口的第二功能狀態(tài)和4根獨(dú)立控制線組成3. 單片機(jī)的存儲(chǔ)器配置 在物理上：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、片外程序存儲(chǔ)器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 在邏輯上：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片內(nèi)外統(tǒng)一的64KB程序存儲(chǔ)器 程序存儲(chǔ)器51單片機(jī)復(fù)位、中斷入口地址操作入口地址操作入口地址復(fù)位0000H定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1001BH外部中斷00003H串行口中斷0023H定時(shí)器/計(jì)

6、數(shù)器0000BH定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2002BH外部中斷10013H 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 工作寄存器區(qū)（00H-1FH）：由4個(gè)小區(qū)組成，每個(gè)小區(qū)8個(gè)寄存器 位尋址區(qū)（20H-2FH）：這128位所對(duì)應(yīng)的位地址為00H-7FH 堆?；驍?shù)據(jù)緩沖區(qū)（30H后）：以先入后出原則存取數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 堆棧一般設(shè)在30H以后的區(qū)域。系統(tǒng)初始化，堆棧設(shè)在07H，可以 在07H以上不使用的連續(xù)單元中任意設(shè)置堆棧，棧頂?shù)奈恢糜卸褩?指針SP指出 特殊功能寄存器（80H-FFH） 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 R0、R1（8位）范圍：256B DPTR（16位） 范圍：64KB4. CPU時(shí)序51單片機(jī)的時(shí)序單位有4個(gè)，從小到大

7、：節(jié)拍（振蕩周期）、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期5. 單片機(jī)的工作方式51單片機(jī)的工作方式包括：復(fù)位、程序執(zhí)行、低功耗以及編程和校驗(yàn)復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只要給RESET引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平信號(hào)，就可以使51單片機(jī)復(fù)位復(fù)位后除（SP）=07H，P0-P3為0FFH外，其他寄存器都為0§3 51單片機(jī)的指令系統(tǒng)51單片機(jī)一共111條指令，其中64條指令可在1個(gè)機(jī)器周期內(nèi)執(zhí)行完，45條指令要用兩個(gè)機(jī)器周期，而乘法與除法指令周期最長(zhǎng)也只用4個(gè)機(jī)器周期。因此指令系統(tǒng)具有存儲(chǔ)效率高、執(zhí)行速度快的特點(diǎn)1. 尋址方式尋址方式及相關(guān)的存儲(chǔ)器空間尋址方式尋址范圍直接尋址內(nèi)部RAM低128個(gè)

8、字節(jié)（00H-7FH）特殊功能寄存器（80H-7FH）可尋址位空間立即尋址寄存器尋址R0-R7、A、B、C（CY）、AB（雙字節(jié)）、DPTR（雙字節(jié)）寄存器間接尋址內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM（R0、R1、SP僅PUSH、POP）外部RAM或I/O接口（R0、R1、DPTR）變址尋址程序存儲(chǔ)器（A+PC、A+DPTR）位尋址內(nèi)部RAM位尋址區(qū)的128個(gè)位（00H-7FH）特殊功能寄存器中可尋址的位（80H-FFH）相對(duì)尋址-128-+127B#：為了與直接尋址指令中的直接地址相區(qū)別：為了與寄存器尋址指令中的寄存器地址相區(qū)別2. 51單片機(jī)指令集 數(shù)據(jù)傳送與交換指令（1） 內(nèi)部數(shù)據(jù)的傳送指令以累加器A為

9、目的操作數(shù)的指令 Rn ；寄存器尋址，A（Rn）MOV A， direct ；直接尋址，A（direct） Ri ；寄存器間接尋址，A（Ri） #data ；立即尋址，Adata以寄存器Rn為目的操作數(shù)的指令MOV Rn，A ；寄存器尋址，Rn（A）MOV Rn，direct；直接尋址，Rn（direct）MOV Rn，#data；立即尋址，Rndata以直接地址為目的操作數(shù)的指令MOV direct，A ；寄存器尋址，direct（A）MOV direct，Rn ；寄存器尋址，directRnMOV direct1，direct2；直接尋址，direct1direct2MOV direct，

10、Ri ；寄存器間接尋址，direct（Ri）MOV direct，#data ；立即尋址，directdata以寄存器間接地址為目的操作數(shù)的指令MOV Ri，A ；寄存器尋址，（Ri）（A）MOV Ri，direct；直接尋址，（Ri）directMOV Ri，#data；立即尋址，（Ri）data16位數(shù)據(jù)傳送指令MOV DPTR，#data16 ；立即尋址，（DPTR）data16 ；高8位送DPH，低8位DPL堆棧操作指令PUSH、POP入棧指令 PUSH direct功能：首先將堆棧指針（SP）加1，然后把直接地址指出的內(nèi)容傳送到堆棧指針（SP）尋址的內(nèi)部RAM單元中出棧指令 POP

11、direct功能：把堆棧指針（SP）尋址的內(nèi)部RAM單元的內(nèi)容送入直接地址指出的字節(jié)單元中，堆棧指針（SP）減1字節(jié)交換指令XCH A，Rn ；寄存器尋址，（Rn） （A）XCH A,direct ；直接尋址，（direct） （A）XCH A，Ri ；寄存器間接尋址，（Ri） （A）半字節(jié)交換指令XCHD A，Ri ；寄存器間接尋址，（A3-0） （Ri）3-0）（2） 累加器（A）與片外RAM或I/O接口的數(shù)據(jù)傳送指令MOVX A，Ri ；寄存器間接尋址，（A）（Ri）MOVX A,DPTR ；寄存器間接尋址，（A）（DPTR）MOVX Ri，A ；寄存器間接尋址，（Ri）（A）MOVX

12、DPTR，A；寄存器間接尋址，（DPTR）（A）（3） 查表指令MOVC A,A+PC ；（PC）（PC）+1 ；（A）（A）+（PC）MOVC A，A+DPTR；（A）（A）+（DPTR） 算術(shù)運(yùn)算指令（1） 加法指令不帶進(jìn)位的加法指令A(yù)DD A,Rn ；A（A）+（Rn）ADD A,direct；A（A）+（direct）ADD A，Ri；A（A）+（Ri）ADD A，#data；A（A）+data帶進(jìn)位的加法指令A(yù)DDC A，Rn ；A（A）+（Rn）+（CY）ADDC A，direct ；A（A）+（direct）+（CY）ADDC A，Ri ；A（A）+（Ri）+（CY）ADDC A

13、，#data ；A（A）+data+（CY）加1指令I(lǐng)NC A ；（A）（A）+1INC Rn ；Rn（Rn）+1INC direct ；direct（direct）+1INC Ri ；（Ri）（Ri）+1INC DPTR ；DPTR（DPTR）+1十進(jìn)制調(diào)整指令（2） 減法指令帶借位減法指令SUBB A，Rn ；A（A）（Rn）（CY）SUBB A，direct ；A（A）（direct）（CY）SUBB A，Ri ；A（A）（Ri）（CY）SUBB A，#data ；A（A） #data （CY）減1指令 A ；（A）（A）1DEC Rn ；Rn （Rn）1 direct ；（direct

14、）1 Ri ；（Ri）（Ri）1（3） 乘法指令 MUL AB（4） 除法指令 DIV AB 邏輯運(yùn)算及移位指令（1） 邏輯與ANL （2）邏輯或ORL （3）邏輯異或XRL RnANL/ORL/XRL A direct Ri #dataANL/ORL/XRL direct, A #data（4） 清零和求反 清零：CLR A 求反：CPL A（5） 循環(huán)移位 RL ；累加器A循環(huán)左移 RRA ；累加器A循環(huán)右移 RLC ；帶進(jìn)位的循環(huán)左移 RRC ；帶進(jìn)位的循環(huán)右移 控制轉(zhuǎn)移指令（1） 無(wú)條件轉(zhuǎn)移長(zhǎng)轉(zhuǎn)移 LJMP addr16 ；PCaddr16（2） 條件轉(zhuǎn)移（循環(huán)使用）（3） 子程序調(diào)用

15、與返回子程序返回 RET ；（PC）15-8（SP），（SP）(SP)1 ；（PC）7-0（SP），（SP）(SP)1中斷返回 RET I ；（PC）15-8（SP），（SP）(SP)1 ；（PC）7-0（SP），（SP）(SP)1 位操作類指令位清零 CLR C ；CY0 CLR bit ；bit0位置1 SETB C ；CY1 SETB bit ；bit1位取反 CPL C ；CY（CY） CPL bit ；bit（bit） 偽指令§6 51單片機(jī)內(nèi)部功能單元及應(yīng)用1. 并行I/O端口 P0口P0口是一個(gè)多功能的三態(tài)雙向口，能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。其字節(jié)訪問(wèn)地址為80H，位訪問(wèn)地址

16、為80H-87H功能：（1）P0口作為通用I/O口 輸出時(shí)，CPU發(fā)出控制電平”0”封鎖”與”門(mén)，將輸出上拉場(chǎng)效應(yīng)管T1截止，可驅(qū)動(dòng) 8個(gè)LSTTL負(fù)載 輸入時(shí)分讀引腳和讀鎖存器（2）P0作為地址/數(shù)據(jù)總線 P0引腳輸出地址/數(shù)據(jù)信息：CPU發(fā)出控制電平”1”，打開(kāi)”與”門(mén) P0引腳輸出地址/輸入數(shù)據(jù) P1口P1口是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，功能與P0口的功能（1）相同，能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載 其字節(jié)訪問(wèn)地址為90H，位訪問(wèn)地址為90H-97H功能：P1口作為通用I/O口 輸出時(shí)，當(dāng)CPU對(duì)P1.x鎖存器寫(xiě)入高電平”1”時(shí)，Q=”0”，場(chǎng)效應(yīng)管V1截止，P1.x 引腳輸出高電平；當(dāng)CPU對(duì)P1.x鎖存器寫(xiě)入

17、低電平”0”時(shí)，Q=”1”，場(chǎng)效應(yīng)管V1導(dǎo)通，P1.x引腳輸出低電平； 輸入時(shí)，對(duì)P1.x鎖存器寫(xiě)高電平”1”，使場(chǎng)效應(yīng)管V1截止 P1.0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部輸入端T2； P1.1：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部控制端T2EX。 P2口P2口是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，能驅(qū)動(dòng)3-4個(gè)TTL負(fù)載 其字節(jié)訪問(wèn)地址為A0H，位訪問(wèn)地址為A0H-A7H功能：（1）P2口作為通用的I/O口，功能與P0口的功能（1）相同（2）P2口作為地址總線，輸出高8位的地址A15-A7，與P0口功能（2）輸出的低 8位地址相配合，共同訪問(wèn)外部程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（64KB） P3口P3口是一個(gè)多功能準(zhǔn)雙向口，能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載 其字

18、節(jié)訪問(wèn)地址為B0H，位訪問(wèn)地址為B0H-B7H功能：（1）P3口作為通用的I/O口，功能與P1口相同（2）P3口作為控制和特殊功能口使用2.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作原理（1） 定時(shí)器模式 若晶振頻率為12MHz，則機(jī)器周期是1µs，每接收一個(gè)輸入脈沖的時(shí)間為1µs 若晶振頻率為6MHz，則機(jī)器周期是2µs，每接收一個(gè)輸入脈沖的時(shí)間為2µs（2） 計(jì)數(shù)器模式 當(dāng)晶振頻率為12MHz時(shí)，最高計(jì)數(shù)頻率不超過(guò)500kHz，即計(jì)數(shù)脈沖的周期大于2µs 當(dāng)晶振頻率為6MHz時(shí)，最高計(jì)數(shù)頻率不超過(guò)250kHz，即計(jì)數(shù)脈沖的周期大于4µs定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控

19、制與實(shí)現(xiàn)（1） 工作方式寄存器TMOD位D7D6D5D4D3D2D1D0字節(jié)地址TMODGATEC/TM1M0GATEC/TM1M089HGATE:門(mén)控位 GATE=0時(shí)，只要軟件使TR0或TR1置1就可啟動(dòng)定時(shí)器，與INT0或INT1引腳狀態(tài)無(wú)關(guān) GATE=1時(shí)，只有INT0或INT1引腳為高電平且TR0或TR1由軟件置1后，才能啟動(dòng)定時(shí)器C/T：定時(shí)或計(jì)數(shù)功能選擇位 C/T=0時(shí)，用于定時(shí)； C/T=1時(shí)，用于計(jì)數(shù)M1和M0位：T1和T2工作方式選擇位（2） 控制寄存器TCON位D7D6D5D4D3D2D1D0字節(jié)地址TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT088H位地址8F

20、H8EH8DH8CH8BH8AH89H88HTF1和TF0：T0和T1的溢出標(biāo)志位。當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出時(shí)，由硬件位置1，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。中斷響應(yīng)后，由硬件自動(dòng)清零 在查詢方式下，這兩位作為程序的查詢標(biāo)志位；中斷方式下，作為中斷請(qǐng)求標(biāo)志位TR1和TR0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器運(yùn)行控制位 TR1（TR0）=0時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器停止工作； TR1（TR0）=1時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器啟動(dòng)工作 工作方式（1） 方式0（M1M0=00）（2） 方式1（M1M0=01）定時(shí)模式：定時(shí)時(shí)間t：_ （其中,X為計(jì)數(shù)初值，N為計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)） 計(jì)數(shù)初值X：_若晶振頻率為12MHz，則Tcy=1µs,定時(shí)范

21、圍為1µs-65.536ms。計(jì)數(shù)模式：計(jì)數(shù)值N：_計(jì)數(shù)初值X范圍為0-65535，計(jì)數(shù)范圍為1-65536。（3） 方式2（M1M0=10）定時(shí)模式：定時(shí)時(shí)間t：_ （其中,X為計(jì)數(shù)初值，N為計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)） 計(jì)數(shù)初值X：_若晶振頻率為12MHz，則Tcy=1µs,定時(shí)范圍為1µs-256µs。計(jì)數(shù)模式：計(jì)數(shù)初值X：_計(jì)數(shù)初值X范圍為0-255，計(jì)數(shù)范圍為1-256。（4） 方式3（M1M0=11）（5） 初始化步驟 對(duì)TMOD賦初值，以確定T0和T1的工作方式 計(jì)算定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初值，并填充定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（THx和TLx） 當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于中斷方式時(shí)

22、，則進(jìn)行中斷初始化 置位TR0或TR1，啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器開(kāi)始定時(shí)或計(jì)數(shù)3.中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)的概述功能：實(shí)現(xiàn)中斷與返回、實(shí)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)排隊(duì)、高級(jí)中斷能中斷低級(jí)中斷優(yōu)點(diǎn)：分時(shí)操作、實(shí)時(shí)處理、故障處理中斷源中斷源的入口地址及優(yōu)先順序中斷源請(qǐng)求標(biāo)志入口地址優(yōu)先級(jí)外部中斷0IE00003H最高級(jí)最低級(jí)定時(shí)器中斷0TF0000BH外部中斷1IE10013H定時(shí)器中斷1TF1001BH串行口發(fā)送/接收中斷TI/RI002BH中斷的控制與實(shí)現(xiàn)（1） 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON（88H）（2） 串行口控制寄存器SCON（98H）位D7D6D5D4D3D2D1D0字節(jié)地址SCONTIRI98H位地址99H98HTI：串行口發(fā)送中斷標(biāo)志位RI：串行口接收中斷請(qǐng)