51單片機(jī)基礎(chǔ)培訓(xùn)教學(xué)課件

1、51單片機(jī)基礎(chǔ)培訓(xùn)第一講 預(yù)備知識(shí)單片機(jī)來(lái)自都星的你 將CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及串行通信接口集成在一片芯片上，就構(gòu)成了一個(gè)單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱為單片機(jī)。8051單片機(jī)的基本組成中央處理器CPU：8位，運(yùn)算和控制功能內(nèi)部RAM：共256個(gè)RAM單元，用戶使用前128個(gè)單元，用于存放可讀寫數(shù)據(jù)，后128個(gè)單元被專用寄存器占用。內(nèi)部ROM：用于存放程序、原始數(shù)據(jù)。定時(shí)/計(jì)數(shù)器：兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。并行I/O口：4個(gè)8位的I/O口P0、P1、P2、P3。串行口：一個(gè)全雙工串行口。中斷控制系統(tǒng)：5個(gè)中斷源（外中斷2個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷2 個(gè)，串行中斷1個(gè)）時(shí)

2、鐘電路：可產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，通常由晶振提供。中央處理器CPUCPU主要由由運(yùn)算器和控制器兩部分組成。單片機(jī)的“大腦”運(yùn)算器用于實(shí)現(xiàn)算術(shù)邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等操作?？刂破鲗?duì)來(lái)自存儲(chǔ)器中的指令進(jìn)行譯碼，并通過(guò)定時(shí)和控制電路發(fā)出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)各部分協(xié)調(diào)工作。存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器按照存儲(chǔ)數(shù)據(jù)類型可分為程序存儲(chǔ)器ROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM。“記憶系統(tǒng)”8051單片機(jī)存儲(chǔ)器采用哈佛結(jié)構(gòu)，即程序和數(shù)據(jù)存放在兩個(gè)存儲(chǔ)器內(nèi)，一個(gè)稱為ROM,一個(gè)稱為RAM。程序是由一系列的指令按照一定順序構(gòu)成的，每條指令由操作碼和操作數(shù)組成。程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放程序代碼，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用來(lái)存放運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)的暫存和緩沖等。特殊功能寄存

3、器SFR MCS-51有21個(gè)特殊功能寄存器（也稱為專用寄存器），包括算術(shù)運(yùn)算寄存器、指針寄存器、I/O口鎖存器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口、中斷、狀態(tài)、控制寄存器等，它們被離散地分布在內(nèi)部RAM的80HFFH地址單元中（不包括PC） ，共占據(jù)了128個(gè)存儲(chǔ)單元，構(gòu)成了SFR存儲(chǔ)塊。特殊功能寄存器分布如右表所示。I/O接口I/O接口是51單片機(jī)對(duì)外部實(shí)現(xiàn)控制和信息交換的必經(jīng)之路。 8051內(nèi)部有4個(gè)8位并行接口P0, P1, P2, P3，有1個(gè)全雙工的可編程串行I/O接口。其中，P3口為復(fù)用端口，具有第二功能。單片機(jī)的“四肢”定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8051內(nèi)部有兩個(gè)16位可編程序的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，均為二

4、進(jìn)制加1計(jì)數(shù)器，分別命名為T0和T1。 T0和T1均有定時(shí)器和計(jì)數(shù)器兩種工作模式。在定時(shí)器模式下，T0和T1的計(jì)數(shù)脈沖可以由單片機(jī)時(shí)鐘脈沖經(jīng)12分頻后提供。在計(jì)數(shù)器模式下，T0和T1的計(jì)數(shù)脈沖可以從P3.4和P3.5引腳上輸入。對(duì)T0和T1的控制由定時(shí)器方式選擇寄存器TMOD和定時(shí)器控制寄存器TCON完成。 單片機(jī)的“裝備”中斷系統(tǒng) 中斷：指CPU暫停原程序執(zhí)行，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，并在服務(wù)完后返回到原程序執(zhí)行的過(guò)程。 中斷系統(tǒng)：指能夠處理上述中斷過(guò)程所需要的硬件電路。 中斷源：指能產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)的來(lái)源。 8051可處理5個(gè)中斷源（2個(gè)外部，3個(gè)內(nèi)部）發(fā)出的中斷請(qǐng)求，并可對(duì)其進(jìn)行優(yōu)先權(quán)處理。外

5、部中斷的請(qǐng)求信號(hào)可以從P3.2, P3.3引腳上輸入，有電平或邊沿兩種觸發(fā)方式；內(nèi)部中斷源有3個(gè)，2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷源和1個(gè)串行口中斷源。 8051的中斷系統(tǒng)主要由中斷允許控制器IE和中斷優(yōu)先級(jí)控制器IP等電路組成?！靶蕛?yōu)化專家”時(shí)鐘電路 XTAL1腳為片內(nèi)振蕩電路的輸入端，XTAL2腳為片內(nèi)振蕩電路的輸出端。 8051的時(shí)鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在XTAL1和XTAL2腳外接石英晶體（頻率為1.212MHz）和振蕩電容，振蕩電容的值一般取1030pF，典型值為30pF；另外一種是外部時(shí)鐘方式，即將XTAL1接地，外部時(shí)鐘信號(hào)從XTAL2腳輸入，如下圖所示。單片機(jī)的“心

6、臟”振蕩周期、時(shí)鐘周期、機(jī)器周期和指令周期振蕩周期：為單片機(jī)提供時(shí)鐘的振蕩源的周期。時(shí)鐘周期：振蕩源進(jìn)行二分頻后，得到時(shí)鐘脈沖信號(hào)。機(jī)器周期：通常將完成一個(gè)基本操作所需的時(shí)間稱為機(jī)器周期。指令周期：?jiǎn)纹瑱C(jī)完成一條指令需要的時(shí)間，稱為指令周期，一個(gè)指令周期包括14個(gè)機(jī)器周期。P1P2S1P2振蕩周期時(shí)鐘周期機(jī)器周期機(jī)器周期指令周期XTAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P28051單片機(jī)各種周期的相互關(guān)系 若51單片機(jī)外接晶振為12MHz時(shí)，則單片機(jī)的四個(gè)周期的具體值為：振蕩周期1/12MHz

7、1/12s0.0833s時(shí)鐘周期1/6s0.167s機(jī)器周期1s指令周期14s若單片機(jī)外接晶振（主頻）為6MHz時(shí)，則單片機(jī)的四個(gè)周期的具體值為多少？復(fù)位電路 系統(tǒng)開始運(yùn)行和重新啟動(dòng)靠復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種工作方式為復(fù)位方式。 單片機(jī)在開機(jī)時(shí)都需要復(fù)位，以便CPU及其他功能部件都處于一種確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。 51單片機(jī)在RST引腳產(chǎn)生兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。單片機(jī)的“開始” 復(fù)位電路有兩種：上電自動(dòng)復(fù)位和上電/按鍵手動(dòng)復(fù)位，如下圖所示。 單片機(jī)復(fù)位條件: 必須使RST引腳持續(xù)2微秒高電平(外部時(shí)鐘12MHz) 51單片機(jī)中斷2022/7/10一、中斷概念 CPU在

8、處理某一事件A時(shí)，發(fā)生了另一事件B請(qǐng)求CPU迅速去處理（中斷發(fā)生）；CPU暫時(shí)中斷當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)去處理事件B（中斷響應(yīng)和中斷服務(wù)）；待CPU將事件B處理完畢后，再回到原來(lái)事件A被中斷的地方繼續(xù)處理事件A（中斷返回），這一過(guò)程稱為中斷。 中斷是CPU等待外部設(shè)備請(qǐng)求服務(wù)的一種I/O方式。對(duì)于外部設(shè)備何時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU預(yù)先是不知道的，因此中斷就有隨機(jī)性。2022/7/10二、中斷源 中斷號(hào) 中斷源 中斷入口地址0外部中斷0 0003H1定時(shí)器0 000BH2外部中斷1 0013H3定時(shí)器10018H4串口中斷0023H在51單片機(jī)里一共有5個(gè)中斷源。2022/7/10三、中斷寄存器單片機(jī)有1

9、0個(gè)寄存器主要與中斷程序的書寫控制有關(guān)1.中斷允許控制寄存器IE2.定時(shí)器控制寄存器TCON3.串口控制寄存器SCON4.中斷優(yōu)先控制寄存器IP5.定時(shí)器工作方式控制寄存器TMOD6.定時(shí)器初值賦予寄存器（TH0/TH1，TL0/TL1）7.電源控制寄存器PCON2022/7/101.中斷允許控制寄存器IE 注：在用到中斷時(shí)，必須要開總中斷EA,即EA=1。/開總中斷EX0(EX1):外部中斷允許控制位EX0=1 外部中斷0開關(guān)閉合/開外部0中斷EX0=0 外部中斷0開關(guān)斷開ET0(ET1):定時(shí)中斷允許控制位ET0=1定時(shí)器中斷0開關(guān)閉合/開內(nèi)部中斷0ET0=0 定時(shí)器中斷0開關(guān)斷開ES:

10、串口中斷允許控制位ES=1 串口中斷開關(guān)閉合/開串口中斷 ES=0 串口中斷開關(guān)斷開四、中斷寄存器功能及賦值2022/7/10 （1）外部中斷： IE0(IE1)：外部中斷請(qǐng)求標(biāo)志位 當(dāng)INT0(INT1)引腳出現(xiàn)有效的請(qǐng)求信號(hào)，此位由單片機(jī)自動(dòng)置1，cpu開始響應(yīng)，而當(dāng)入中斷程序后由單片機(jī)自動(dòng)置0./外部中斷，即外部中斷相應(yīng)的引腳接入低電平或下降沿信號(hào)時(shí)，中斷開始響應(yīng)。 IT0(IT1):外部中斷觸發(fā)方式控制位/選擇有效信號(hào) IT0(IT1)=1:脈沖觸發(fā)方式,下降沿有效。 IT0(IT1)=0:電平觸發(fā)方式,低電平有效。2.定時(shí)器控制寄存器 TCON/控制外部中斷和定時(shí)器中斷（2）內(nèi)部中斷

11、： TF0(TF1):內(nèi)部定時(shí)器/計(jì)數(shù)器溢出中斷標(biāo)志位當(dāng)定時(shí)器、計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)溢出的時(shí)候，此位由單片機(jī)自動(dòng)置1，cup開始響應(yīng)，處理中斷，而當(dāng)進(jìn)入中斷程序后由單片機(jī)自動(dòng)置0./內(nèi)部中斷實(shí)際上就是利用內(nèi)部的計(jì)數(shù)器，只不過(guò)提供計(jì)數(shù)的脈沖來(lái)自單片機(jī)自身。TR0(TR1)：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器啟動(dòng)位/啟動(dòng)定時(shí)器TR0(TR1)=1; 啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0 TR0(TR1)=0; 關(guān)閉定時(shí)器/計(jì)數(shù)器02022/7/10外部中斷設(shè)置及編寫外部中斷服務(wù)函數(shù)3.中斷總允許位EA=1,即CPU開總中斷1.設(shè)置中斷觸發(fā)方式，即低電平或下降沿觸發(fā)（IT0/IT1=0或IT0/IT1=1）2.開啟中斷源的中斷允許位，即EX0/

12、EX1=1外部中斷設(shè)置2022/7/10定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1.計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)是指對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，實(shí)質(zhì)就是對(duì)外來(lái)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，在單片機(jī)中對(duì)應(yīng)引腳T0(P3.4)和T1(P3.5)。外部輸入的脈沖在負(fù)跳變時(shí)有效（即外部脈沖由1變化到0），計(jì)數(shù)器加1.2.定時(shí)器：定時(shí)器是通過(guò)計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不過(guò)此時(shí)的計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自單片機(jī)的內(nèi)部，實(shí)質(zhì)是對(duì)內(nèi)部脈沖的計(jì)數(shù)。 在單片機(jī)中，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一次計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器加1(單片機(jī)16位計(jì)數(shù)，065535 （216-1）2022/7/10工作方式控制寄存器TMODTMOD的低半字節(jié)用來(lái)控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0 （T:timer 計(jì)數(shù)器 C：conter計(jì)數(shù)器）TMOD的高半字

13、節(jié)用來(lái)控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1對(duì)TMOD中的內(nèi)容說(shuō)明：GATE門控制。 GATE=1時(shí)，由外部中斷引腳INT0、INT1來(lái)啟動(dòng)定時(shí)器T0、T1。 當(dāng)INT0引腳為高電平時(shí)TR0置位，啟動(dòng)定時(shí)器T0； 當(dāng)INT1引腳為高電平時(shí)TR1置位，啟動(dòng)定時(shí)器T1。 GATE=0時(shí)，僅由TR0,TR1置位分別啟動(dòng)定時(shí)器T0、T1。 C/T功能選擇位 C/T=0時(shí)為定時(shí)功能,C/T=1時(shí)為計(jì)數(shù)功能。 2022/7/10M0、M1方式選擇功能 由于有2位，因此有4種工作方式 2022/7/10定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的設(shè)置1.設(shè)置TMOD （整體賦值：TOMD=0 x01;）T0/T1功能選擇，是定時(shí)器還是計(jì)數(shù)器工作方式選擇2.設(shè)置初值寄存器TH0(TH1)、TL0(TL1) (二進(jìn)制前、后八位)TH0(TH1)與TL0(TL1)是對(duì)16位計(jì)數(shù)器T0/T1進(jìn)行設(shè)置初值所有，其中THi為高8位初值、TLi為低8位初值。初值的計(jì)算要結(jié)合工作方式、單片機(jī)的晶振。3.如果用到中斷，則開啟中