單片機(jī)課件原版

第1章單片機(jī)概述一、微型計(jì)算機(jī)概述二、單片機(jī)的概念

三、單片機(jī)的發(fā)展

四、單片機(jī)的應(yīng)用

五、計(jì)算機(jī)數(shù)制及其轉(zhuǎn)換（補(bǔ)充）六、二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算（補(bǔ)充）七、計(jì)算機(jī)碼制和編碼（補(bǔ)充）

一、微型計(jì)算機(jī)概述1946年，美國賓夕法尼亞大學(xué)制成第一臺(tái)ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndComputer）。經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路、大（超大）規(guī)模集成電路四個(gè)階段。第四代計(jì)算機(jī)可以分為巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)。計(jì)算機(jī)的基本組成原理輸入設(shè)備：將程序和原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)送到存儲(chǔ)器存放。如鍵盤等。CPU（CentralProcessingUnit）：運(yùn)算控制器，運(yùn)算器進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，控制器指揮各部分協(xié)調(diào)工作。存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)各種信息，如數(shù)據(jù)、程序、文件等。分為內(nèi)存儲(chǔ)器（一般為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器）和外存儲(chǔ)器（如磁盤、磁鼓、光盤等）。輸出設(shè)備：輸出計(jì)算機(jī)的中間結(jié)果、最終結(jié)果、實(shí)時(shí)信息。如CRT（CathodeRayTube）顯示器、打印機(jī)、繪圖機(jī)等。CPU和內(nèi)存儲(chǔ)器稱為計(jì)算機(jī)的主機(jī)，輸入/輸出設(shè)備稱為外部設(shè)備或I/O設(shè)備。微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)采用總線結(jié)構(gòu)，各主要部分如下：微處理器MPU：包括運(yùn)算器和控制器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜。ROM（ReadOnlyMemory）：工作時(shí)只能讀不能寫的存儲(chǔ)器，一般存放固定程序和常數(shù)。RAM（RandomAccessMemory）：工作時(shí)能讀能寫的存儲(chǔ)器，用于存放運(yùn)算結(jié)果和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。I/O接口：微處理器和外部設(shè)備間的橋梁，外部設(shè)備通過接口才能與MPU相連。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成：由硬件和軟件兩大部分組成。硬件主要由主機(jī)箱、CRT顯示器、鍵盤、打印機(jī)等，主機(jī)箱內(nèi)裝有主機(jī)板、硬盤驅(qū)動(dòng)器、軟盤驅(qū)動(dòng)器、電源等。主機(jī)板（簡稱主板）上裝有微處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口電路等，還有擴(kuò)展插槽。軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)賴于工作的系列化程序，是應(yīng)用軟件的支撐平臺(tái)。應(yīng)用軟件是專門為解決每個(gè)領(lǐng)域里的具體任務(wù)而編寫的程序。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件軟件二、單片機(jī)的概念單片機(jī)：單片微型計(jì)算機(jī)，是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，它將微型機(jī)的主要部件集成在一塊芯片上。

中央處理器（CPU）：運(yùn)算器＋控制器隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）只讀存儲(chǔ)器（ROM）中斷系統(tǒng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器I/O口電路，等等

單片機(jī)也稱：微控制器（MCU）；嵌入式微控制器（EMCU）單片機(jī)分類：4位、8位、16位、32位單片機(jī)系統(tǒng)：單片機(jī)芯片擴(kuò)展其它應(yīng)用電路。單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)：單片機(jī)開發(fā)調(diào)試的工具，主要有在線仿真器（ICE）、微型機(jī)開發(fā)系統(tǒng)（MDS）。單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)語言：機(jī)器語言、匯編語言、高級(jí)語言（C-51等）

三、單片機(jī)發(fā)展

1976年：IntelMCS-4880年代初：IntelMCS-511983年：IntelMCS-96現(xiàn)在主要生產(chǎn)公司：美國Intel、Motorola、Zilog、NS、Microchip、Atmel、TI；日本NEC（日電）、Toshiba（東芝）、Fujitsu（富士通）、Hitachi（日立）；荷蘭Philips、英國Inmos、德國Siemens（西門子）；等等。

MCS-51系列：HMOS工藝，功耗630mW；80C51系列：CHMOS工藝，功耗120mW。

典型產(chǎn)品系列：四、單片機(jī)應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：體積小、可靠性高、功能強(qiáng)、靈活方便、成本低等。應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)自動(dòng)化、儀器儀表、家用電器、信息通信、軍事裝備等。

五、計(jì)算機(jī)數(shù)制及其轉(zhuǎn)換（補(bǔ)充）十進(jìn)制數(shù)有0~9十個(gè)不同的數(shù)碼，逢十進(jìn)一二進(jìn)制數(shù)有0、1二個(gè)數(shù)碼，逢二進(jìn)一十六進(jìn)制數(shù)有0~9、A、B、C、D、E、F共16個(gè)不同的數(shù)碼，逢十六進(jìn)一數(shù)制轉(zhuǎn)換方法例例例例例六、二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算（補(bǔ)充）算術(shù)加法：0+0=0，1+0=0+1=1，1+1=0（進(jìn)位），1+1+1=1（進(jìn)位）例算術(shù)減法：0－0=0，1－1=0，1－0=1，0－1=1（借位）例邏輯與運(yùn)算：0^0=0，1^0=0^1＝0，1^1=1例邏輯或運(yùn)算：00=0，10=01＝1，11=1例邏輯非運(yùn)算：/0

=1，/1=0例例邏輯異或運(yùn)算：00=11=0，10=01=1七、計(jì)算機(jī)碼制和編碼（補(bǔ)充）二進(jìn)制數(shù)的原碼二進(jìn)制數(shù)的反碼二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼最高位為符號(hào)位，其余為數(shù)值位，符號(hào)位0表示正數(shù)，符號(hào)位1表示負(fù)數(shù)。例-1010B的原碼為10001010B。正數(shù)的反碼和原碼相同，負(fù)數(shù)反碼的符號(hào)位和負(fù)數(shù)原碼的符號(hào)位相同，數(shù)值位按位取反。例-0110110B的反碼為11001001B。正數(shù)的補(bǔ)碼和原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是反碼加1。例-01010B的補(bǔ)碼為11110110B。BCD碼（十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼）BinaryCodedDecimal，十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼。常用的有8421碼。如下表。ASCII碼（字符編碼）AmericanStandardCodedforInformationInterchange，美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼。ASCII碼有7位二進(jìn)制數(shù)碼構(gòu)成，共128個(gè)字符。第2章單片機(jī)芯片的硬件結(jié)構(gòu)2.1 MCS-51單片機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)及信號(hào)引腳

2.2MCS-51單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器

2.3 MCS-51單片機(jī)并行I/O電路結(jié)構(gòu)

2.4MCS-51單片機(jī)時(shí)鐘電路與時(shí)序

2.5MCS-51單片機(jī)工作方式

2.1MCS-51單片機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)及信號(hào)引腳

一、MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖

二、MCS-51的信號(hào)引腳

一、MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖

中央處理器：

8位

內(nèi)部RAM：

128單元

內(nèi)部ROM：

4kB定時(shí)/計(jì)數(shù)器：

2個(gè)16位

并行I/O口：

4個(gè)8位I/O口

串行口：

1個(gè)

中斷控制器：

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)鐘電路

二、MCS-51的信號(hào)引腳

1、引腳

P0.0～P0.7 P0雙向口線，8位P1.0～P1.7 P1雙向口線，8位P2.0～P2.7 P2雙向口線，8位P3.0～P3.7 P1雙向口線，8位

ALE

地址鎖存信號(hào)，作用：①鎖存P0口低8位地址；②外部時(shí)鐘。/PSEN外部程序存儲(chǔ)器讀信號(hào)，作用：讀外部ROM/EA訪問程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)，低：讀外部ROM；高：讀內(nèi)部ROM并延伸至外部ROMRST

復(fù)位信號(hào)，高電平延續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上

XTAL1、XTAL2

外接晶振

Vss

地線Vcc

＋5V電源

2、引腳第二功能P3口第二功能：RXD（P3.0）：串行數(shù)據(jù)接收TXD（P3.1）：串行數(shù)據(jù)發(fā)送/INT0（P3.2）：外部中斷0/INT1（P3.3）：外部中斷1T0（P3.4）：定時(shí)/計(jì)數(shù)0T1（P3.5）：定時(shí)/計(jì)數(shù)1/WR（P3.6）：外部RAM寫選通/RD（P3.7）：外部RAM讀選通

編程信號(hào)

/PROG（30腳ALE）：編程脈沖

Vpp（31腳/EA）：編程電壓備用電源

Vpp，9腳RST2.2MCS-51單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器一、內(nèi)部RAM低128單元二、內(nèi)部RAM高128單元（專業(yè)寄存器區(qū)，SFR）三、MCS-51的堆棧操作四、內(nèi)部ROM一、內(nèi)部RAM低128單元:00H～7FH寄存器區(qū)：共4組×8個(gè)，哪一組由程序狀態(tài)字PSW中RS1、RS0決定，8個(gè)通用寄存器名稱R0～R8。位尋址區(qū)：可以進(jìn)行位操作，當(dāng)然也可以作一般RAM使用,共16個(gè)×8位。用戶RAM區(qū)：30H～7FH共80個(gè)。二、內(nèi)部RAM高128單元

（專用寄存器區(qū)，SFR）1、專用寄存器（SFR）的字節(jié)尋址

2、專用寄存器簡介

3、專用寄存器的位尋址

1、專用寄存器的字節(jié)尋址專用寄存器（SFR）共22個(gè)，其中21個(gè)可尋址，1個(gè)不可尋址。21個(gè)可尋址SFR如下：2、專用寄存器簡介

①PC程序計(jì)數(shù)器：將要執(zhí)行的指令地址，16位計(jì)數(shù)器，尋址范圍64K，PC本身不可尋址②ACC累加器：8位，有累加功能，使用最頻繁

③B寄存器：8位，用于乘法、除法運(yùn)算，也可作一般數(shù)據(jù)寄存器使用

④PSW程序狀態(tài)字：8位，寄存程序運(yùn)行狀態(tài)

CY：進(jìn)位標(biāo)志位，功能：算術(shù)運(yùn)算進(jìn)位標(biāo)志、位操作；AC：輔助進(jìn)位標(biāo)志位，功能：低四位向高四位進(jìn)位或借位時(shí)置1；

F0：用戶標(biāo)志位，用戶自定義；

RS1、RS0：寄存器組選擇

OV：溢出標(biāo)志位，運(yùn)算結(jié)果溢出時(shí)置1

P：奇偶標(biāo)志位，累加器A中1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)P=0，1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)P=1

⑤DPTR數(shù)據(jù)指針，16位，尋址范圍64K，用于訪問外部RAM；也可以作為2個(gè)8位寄存器使用（DPH、DPL）

3、專用寄存器的位尋址

21個(gè)可尋址SFR中，有11個(gè)SFR可以位尋址，如下表。三、MCS-51的堆棧操作1、堆棧功用：①保護(hù)斷點(diǎn)；②保護(hù)現(xiàn)場。

2、堆棧指示器SP：指向堆棧棧頂?shù)拇鎯?chǔ)單元地址。進(jìn)棧操作：先SP加1，后寫數(shù)據(jù)；出棧操作：先讀出數(shù)據(jù)，后SP減1；復(fù)位時(shí)：SP=07H，要將其初始化為30H～（7FH）。SP可以初始化為不同值，因此堆棧位置是浮動(dòng)的。3、

堆棧使用方式：①自動(dòng)方式：程序轉(zhuǎn)移時(shí)，斷點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)棧，程序返回時(shí)，斷點(diǎn)自動(dòng)彈回PC；②指令方式：保護(hù)現(xiàn)場用PUSH，恢復(fù)現(xiàn)場用POP。

MCS－51堆棧的操作四、內(nèi)部ROM80C51芯片內(nèi)有4KROM，0000H～0FFFH。其中0000H～002AH是有特殊用途的保留單元。一般在每個(gè)入口地址中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)到相應(yīng)的實(shí)際入口地址，執(zhí)行程序。

0000H～0002H 復(fù)位時(shí)(PC)=0000H0003H～000AH /INT0中斷地址區(qū)

000BH～0012H 定時(shí)/計(jì)數(shù)0中斷地址區(qū)

0013H～001AH /INT1中斷地址區(qū)

001BH～0022H 定時(shí)/計(jì)數(shù)1中斷地址區(qū)

0023H～002AH 串行中斷地址區(qū)

80C51單片機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器空間2.3MCS-51單片機(jī)并行I/O電路結(jié)構(gòu)一、P0口：

①通用I/O口；②系統(tǒng)的地址數(shù)據(jù)線。

I/O輸出時(shí)需外接上拉電阻，I/O輸入時(shí)需預(yù)先置1P1口：通用I/O口。

內(nèi)帶上拉電阻，I/O輸出時(shí)不需外接上拉電阻，I/O輸入時(shí)需預(yù)先置1P2口：①通用I/O口；②高位地址線。

內(nèi)帶上拉電阻，I/O輸出時(shí)不需外接上拉電阻，I/O輸入時(shí)需預(yù)先置1P3口：①通用I/O口；②第二功能信號(hào)。

內(nèi)帶上拉電阻，I/O輸出時(shí)不需外接上拉電阻，I/O輸入或第二功能輸入時(shí)需預(yù)先置12.4MCS-51單片機(jī)時(shí)鐘電路與時(shí)序一、時(shí)鐘電路

二、時(shí)序定時(shí)單位

三、MCS-51指令時(shí)序

一、時(shí)鐘電路①時(shí)鐘信號(hào)內(nèi)部產(chǎn)生：

②時(shí)鐘信號(hào)外部引入：

二、時(shí)序定時(shí)單位①拍節(jié)(P)：振蕩脈沖的周期。②狀態(tài)(S)：時(shí)鐘信號(hào)的周期（時(shí)鐘信號(hào)為振蕩周期的二分頻）。即：1個(gè)狀態(tài)＝2個(gè)拍節(jié)

③機(jī)器周期：6個(gè)狀態(tài)為一個(gè)機(jī)器周期。即：

1個(gè)機(jī)器周期＝6個(gè)狀態(tài)（S1～S6）＝12個(gè)拍節(jié)（S1P1、S1P2、……、S6P1、S6P2）例如：晶振6MHz，則振蕩周期