單片機原理及應(yīng)用新

單片機原理及應(yīng)用新第一頁，共八十五頁，2022年，8月28日什么是單片機呢？單片機：就是將整個計算機系統(tǒng)集成到一塊芯片中的控制器。在一塊硅片上集成了中央處理單元CPU、隨機存儲器RAM、程序存儲器ROM或EPROM、定時器/計數(shù)器及串行和并行I/O接口等各種必要功能模塊，也就是集成在一塊芯片上的微機。第二頁，共八十五頁，2022年，8月28日為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，一般一個系列的單片機具有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核都是相同的，不同的是存儲器和外設(shè)的配置及封裝，這樣可以使不同的單片機適合不同的應(yīng)用。與嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點是單片化、體積小，從而使功耗和成本下降，可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)中的主流產(chǎn)品。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此，稱為微控制器。第三頁，共八十五頁，2022年，8月28日

嵌入式微處理器和微控制器的區(qū)別在于，嵌入式微處理器不附加內(nèi)部存儲器，它依靠片外存儲器通過三總線連接起來。這類芯片有：80188,80186……，數(shù)字信號處理DSP也屬于嵌入式微處理器。第四頁，共八十五頁，2022年，8月28日國防武器設(shè)備，如導(dǎo)彈瞄準、雷達識別、電子對抗設(shè)備等。通信信息設(shè)備，如路由器程控交換機、移動電話、MODEM等。過程控制，即對生產(chǎn)過程中各種動作流程的控制，這種控制是在對被控對象和環(huán)境進行不斷觀測的基礎(chǔ)上做出及時反應(yīng)的，如流水線控制、金屬加工控制等。第五頁，共八十五頁，2022年，8月28日智能儀器，如網(wǎng)絡(luò)分析儀、示波器、醫(yī)療儀器等。消費產(chǎn)品，各式各樣的信息家電產(chǎn)品，如數(shù)字電視、微波爐等。生物微電子技術(shù)，這是當今嵌入式技術(shù)的前沿應(yīng)用，有著廣闊的市場空間。第六頁，共八十五頁，2022年，8月28日8位中央處理器CPU；4K字節(jié)的程序存儲器ROM（8031無ROM）；128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器RAM；32根I/O線；1個具有5個中斷源、2個中斷優(yōu)先級的嵌套中斷；兩個16位定時器/計數(shù)器T0、T1；可尋址的64K字節(jié)外部程序存儲器空間及可尋址的64K字節(jié)外部數(shù)據(jù)存儲器空間。一個由直接尋址位組成的布爾處理機。第七頁，共八十五頁，2022年，8月28日振蕩器及定時CPU4KROM(EPROM)(8031無)特殊功能寄存器及128B數(shù)據(jù)存儲器中斷系統(tǒng)

中斷輸入

INT0INT1串行接口

TXDRXD并行I/O接口

P0P1P2P3圖1-1定時器/計數(shù)器T0、T1

計數(shù)脈沖輸

T0T1第八頁，共八十五頁，2022年，8月28日中央處理器CPU：主要由算術(shù)邏輯運算部件、布爾處理器、控制器和工作寄存器等組成。

運算器：主要用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)的算術(shù)邏輯運算和位變量處理。它主要包括算術(shù)運算部件（ALU）、累加器ACC、B寄存器、暫存器、程序狀態(tài)字PSW、十進制調(diào)整電路及布爾處理器等。

控制器：是控制計算機各種操作的部件，包括時鐘發(fā)生器、定時控制邏輯、復(fù)位電路、指令寄存器、指令譯碼器、程序計數(shù)器PC、程序地址寄存器、數(shù)據(jù)指針DPTP、堆棧指針等。第九頁，共八十五頁，2022年，8月28日單片機存儲器分為程序存儲器ROM和數(shù)據(jù)存儲器RAM。ROM用來存放指令的機器碼、表格、常數(shù)等；RAM用來存放運算的中間結(jié)果和采集的數(shù)據(jù)等。第十頁，共八十五頁，2022年，8月28日51系列單片機有五個獨立的存儲空間：

片內(nèi)外統(tǒng)一編址0000H~FFFFH的64K字節(jié)的ROM空間，采用16位地址。

片外64K字節(jié)RAM地址空間。地址也從0000H~FFFFH，采用16位地址。

片內(nèi)256字節(jié)RAM地址空間，采用8位地址。這256字節(jié)被分成兩個區(qū)域：00H~7FH地址是真正的RAM區(qū)，CPU可以讀、寫各種數(shù)據(jù)。而80H~FFH地址是專門用作特殊功能寄存器的區(qū)域，共安排了21個8位特殊功能寄存器SFR。第十一頁，共八十五頁，2022年，8月28日由圖1-2可見，上述三個存儲器地址空間有重疊區(qū)，為區(qū)別這三個不同的邏輯空間，MCS-51的指令系統(tǒng)設(shè)計了三種不同的數(shù)據(jù)傳送類指令操作碼加以區(qū)別：CPU訪問片內(nèi)外64K地址空間ROM用MOVC指令；CPU訪問片外64K地址空間RAM用MOVX指令；CPU訪問片內(nèi)RAM的256個字節(jié)地址空間用MOV指令。外部ROM60KMOVCFFFFH1000H外部RAM64KMOVXFFFFH0000H21個SFR128字節(jié)RAMMOVFFH80H7FH00H片內(nèi)RAM圖1-2內(nèi)部ROM4K(=1)（8051）（8751）0000H0FFFH外部ROM4K(=0)（8031）0FFFH0000H第十二頁，共八十五頁，2022年，8月28日51系列單片機有4個雙向8位輸入/輸出口P0---P3，每一個口都由口鎖存器（即專用寄存器P0---P3）、輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器組成。第十三頁，共八十五頁，2022年，8月28日P0口是三態(tài)雙向I/O口，有三態(tài)輸出，一般做地址/數(shù)據(jù)總線口使用。

在單片機外擴存儲器或I/O接口時，作為地址總線低8位A7~A0和數(shù)據(jù)總線D7~D0。P0口能驅(qū)動8個TTL門電路，但在驅(qū)動MOS電路時若作為地址/數(shù)據(jù)總線使用可以直接驅(qū)動而不必外加上拉電阻。

對8031單片機來講，P0口只能做地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線，而對于有內(nèi)部ROM的單片機，P0口可作通用I/O端口，此時在驅(qū)動NMOS電路時要外接上拉電阻。

第十四頁，共八十五頁，2022年，8月28日P1口是準雙向口，它的每一位可以分別定義為輸入/輸出線，用戶可以把P1口作為輸出線使用。P1口能驅(qū)動4個TTL門電路。并且不需外加電阻就能驅(qū)動MOS電路。第十五頁，共八十五頁，2022年，8月28日P2口是準雙向口，它有兩種功能：

作為地址總線高8位A15~A8，與P0一起形成16位地址總線。

做通用I/O端口使用。其驅(qū)動能力同P1。第十六頁，共八十五頁，2022年，8月28日P3口是一個多用途端口，除可作通用I/O端口外，它的每條引腳還有第二功能，這些功能見下表。其驅(qū)動能力同P1。

外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通端

P3.7外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通端

P3.6

定時器/計數(shù)器1的外部輸入端

T1

P3.5定時器/計數(shù)器0的外部輸入端

T0

P3.4外部中斷1請求輸入端

P3.3外部中斷0請求輸入端

P3.2串行數(shù)據(jù)輸出端

TXD

P3.1串行數(shù)據(jù)輸入端RXD

P3.0第二功能注釋

第二功能標記

口線

第十七頁，共八十五頁，2022年，8月28日51系列單片機有兩個16位定時器/計數(shù)器T0、T1。它們既可以編程作為定時器，也可以編程作為計數(shù)器使用。若計數(shù)計的是內(nèi)部晶振的驅(qū)動時鐘，它就是定時器；若計數(shù)計的是輸入引腳的脈沖信號，它就是計數(shù)器。與其有關(guān)的特殊功能寄存器有：TH0、TL0、TH1、TL1、TMOD、TCON。TH0、TL0為T0的16位計數(shù)器的高8位和低8位；TH1、TL1為T1的16位計數(shù)器的高8位和底8位；TMOD為T0、T1的方式寄存器，用來控制T0、T1的操作模式；TCON為T0、T1的狀態(tài)和控制寄存器，存放T0、T1的運行控制位和溢出中斷標志。第十八頁，共八十五頁，2022年，8月28日TMOD用于控制定時器/計數(shù)器0和1的操作模式，其各位定義如圖。其中低4位用于控制定時器0，高4位用于控制定時器1。（MSB）（LSB）GATEM1M0GATEM1M0C/C/定時器/計數(shù)器1定時器/計數(shù)器0第十九頁，共八十五頁，2022年，8月28日GATE選通門。

GATE=1時，只有或引腳為高電平且TR0或TR1置1時，相應(yīng)的定時器/計數(shù)器才被選通。這時可用來測量上的正脈沖寬度。

GATE=0時，只要TR0和TR1置1，定時器/計數(shù)器就被選通，而不管和的電平是高還是低。第二十頁，共八十五頁，2022年，8月28日

定時/計數(shù)方式選擇位。

設(shè)置成定時器方式，內(nèi)部計數(shù)器的輸入是內(nèi)部脈沖，其周期等于機器周期。

設(shè)置成計數(shù)器方式，內(nèi)部計數(shù)器的輸入來自T0或T1的外部脈沖。

C/C/=0C/=1第二十一頁，共八十五頁，2022年，8月28日M1M0操作模式00模式0。TLX中的低5位與THX中的高8位構(gòu)成13位計數(shù)器，當計數(shù)滿時，TH向高位進位，并設(shè)置TF0/TF1為1，產(chǎn)生中斷請求，表示定時或計數(shù)次數(shù)到。若要進行下一次定時/計數(shù)，需軟件向TH和TL重新裝入計數(shù)初值。01模式1。TLX與THX構(gòu)成全16位計數(shù)器。除了位數(shù)比模式0多外，其他工作方式與模式0類同。10模式2。8位自動重裝載的定時器/計數(shù)器。TH和TL成為兩個8位計數(shù)器。TH寄存8位初值不變，TL進行8位計數(shù)。計數(shù)溢出時，除產(chǎn)生中斷請求外，還自動將TH值裝載到TL中，以重新進行計數(shù)11模式3。僅適用于定時器/計數(shù)器0。TH0和TL0成為2個8位的獨立計數(shù)器。此時TH0總是作為定時器使用，TL0可以做為定時器或計數(shù)器使用。對定時器1，停止計數(shù)。第二十二頁，共八十五頁，2022年，8月28日控制寄存器各位定義如下圖所示：

TF1TR1TF0TR0IE1IE0IT1IT0（MSB）（LSB）第二十三頁，共八十五頁，2022年，8月28日TF1/TF0(TCON.7)/(TCON.5)

定時器1/0溢出標志。

當定時器溢出時，由硬件置位，申請中斷，進入中斷服務(wù)后被硬件自動清除。第二十四頁，共八十五頁，2022年，8月28日TR1/TR0(TCON.6)/(TCON.5)

定時器1/0運行控制位。

此位靠軟件置位或清除。置位時（為1），定時器/計數(shù)器工作，清除時（為0）定時器/計數(shù)器停止工作。第二十五頁，共八十五頁，2022年，8月28日IE1/IE0(TCON.3)/(TCON.1)

外部沿觸發(fā)中斷1/0請求標志。

當檢測到外部引腳/

出現(xiàn)外部中斷下降沿時，由硬件置位，申請中斷，進入中斷服務(wù)程序后被硬件自動清除。

第二十六頁，共八十五頁，2022年，8月28日IT1/IT0（TCON.2)/(TCON.0)

外部中斷1/0類型控制位。

靠軟件來設(shè)置或清除，控制外部中斷觸發(fā)類型。

IT1/IT0=1時，是下降沿觸發(fā)。

IT1/IT0=0時，是低電平觸發(fā)。第二十七頁，共八十五頁，2022年，8月28日定時器和計數(shù)器都是加1計數(shù)的，定時器實際上也是以計數(shù)方式工作，只是它對固定頻率的脈沖計數(shù)，由于脈沖周期固定，由計數(shù)值可以計算出時間。第二十八頁，共八十五頁，2022年，8月28日設(shè)系統(tǒng)晶振頻率為12MHZ，則計數(shù)頻率為1MHZ，對于不同的工作模式，定時器最大時間間隔不同，現(xiàn)以模式0為例，說明定時器/計數(shù)器的計算方法。模式0為13位定時器，它的最大時間間隔為213×1μs=8.192ms，當需要定時時間為yms時，計數(shù)寄存器的初值x按下面的公式計算：(213-x)×1μs=y×1000μs例：在模式0下，要求用定時器/計數(shù)器0產(chǎn)生定時0.5ms，求計數(shù)寄存器的初值x。解：帶入公式得：(213-x)×1μs=0.5×1000μs求得。高8位賦給TH0，低5位賦給TL0。則計數(shù)寄存器的初值為：TH0=F0H，TL0=0CH。第二十九頁，共八十五頁，2022年，8月28日當中央處理器CPU正在處理某件事情時，外部發(fā)生了某一事（如定時器溢出），請求CPU迅速去處理，此時，CPU可暫時中斷當前的工作，轉(zhuǎn)入處理所發(fā)生的事情，處理完后，再回到原來被中斷的地方，繼續(xù)原來的工作，這樣的工作稱為中斷。第三十頁，共八十五頁，2022年，8月28日51系列單片機有5個中斷源，可分為2個優(yōu)先級，每個中斷源的優(yōu)先級都是可編程的。51系列單片機的5個中斷源是：★

外部中斷請求0，由輸入；★

外部中斷請求1，由輸入；★

片內(nèi)定時器/計數(shù)器0溢出中斷請求；★

片內(nèi)定時器/計數(shù)器1溢出中斷請求；★

片內(nèi)串行口發(fā)送/接受中斷請求。第三十一頁，共八十五頁，2022年，8月28日中斷允許寄存器IE控制中斷請求是否會得到響應(yīng)，各位的功能如下圖所示：（MSB）（LSB）EAET2ESET1ET0EX1EX0第三十二頁，共八十五頁，2022年，8月28日

EA(IE.7)總允許位。

EA=0，禁止一切中斷。

EA=1，每個中斷源是允許還是禁止，分別由各自的允許位確定。保留位。第三十三頁，共八十五頁，2022年，8月28日ET2(IE.5)定時器2中斷允許位。

ET2=0，禁止定時器2中斷。ET1(IE.3)定時器1中斷允許位。

ET1=0，禁止定時器1中斷。ET0(IE.0)定時器0中斷允許位。

ET0=0，禁止定時器0中斷。第三十四頁，共八十五頁，2022年，8月28日ES(IE.4)串行口中斷允許位。

ES=0，禁止串行口中斷。第三十五頁，共八十五頁，2022年，8月28日EX1(IE.2)外部中斷1允許位。

EX1=0，禁止外部中斷1。EX0(IE.0)外部中斷0允許位。

EX0=0，禁止外部中斷0。第三十六頁，共八十五頁，2022年，8月28日中斷優(yōu)先寄存器IP來確定中斷的優(yōu)先級別。每個中斷源都可以編程為高優(yōu)先級或低優(yōu)先級，各位的功能如下圖所示。

PT2PSPT1PT0PX1PX0（MSB）（LSB）第三十七頁，共八十五頁，2022年，8月28日(IP.7)保留位

(IP.6)保留位第三十八頁，共八十五頁，2022年，8月28日PT2（IP.5）定時器2中斷優(yōu)先級設(shè)定位。

若PT2=1，設(shè)為高優(yōu)先級。PT1（IP.3）定時器1中斷優(yōu)先級設(shè)定位。

若PT1=1，設(shè)為高優(yōu)先級。

PT0（IP.1）定時器0中斷優(yōu)先級設(shè)定位。

若PT0=1，設(shè)為高優(yōu)先級。

第三十九頁，共八十五頁，2022年，8月28日PS(IP.4)串行口中斷優(yōu)先級設(shè)定位。

PS=1，設(shè)定為高優(yōu)先級。第四十頁，共八十五頁，2022年，8月28日PX1(IP.2)外部中斷1優(yōu)先級設(shè)定位。若PX=1，設(shè)定為高優(yōu)先級。PX0(IP.0)外部中斷0優(yōu)先級設(shè)定位。若PX=0，設(shè)定為高優(yōu)先級。第四十一頁，共八十五頁，2022年，8月28日MCS-51的指令可分為下面5種：數(shù)據(jù)傳送類算數(shù)操作類邏輯操作類控制程序轉(zhuǎn)移類布爾變量操作類第四十二頁，共八十五頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)傳送類指令一共有29條，除了可通過累加器進行數(shù)據(jù)傳送，還有不通過累加器的數(shù)據(jù)存儲器之間或工作寄存器與數(shù)據(jù)存儲器之間直接進行數(shù)據(jù)傳送的指令。數(shù)據(jù)傳送類指令用到的助記符有MOV、MOVX、MOVC、XCH、XCHD、SWAP、POP、PUSH八種。如：

MOVA，Rn（n=0~7）（內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器中的內(nèi)容送到累加器中）第四十三頁，共八十五頁，2022年，8月28日算數(shù)操作類指令共有24條，包括4種基本的算數(shù)操作指令，即加、減、乘、除。算數(shù)操作類指令用到的助記符有：

ADD、ADDC、INC、DA、SUBB、DEC、MUL、DIV八種。如：

ADDA，Rn(累加器內(nèi)容加寄存器內(nèi)容）第四十四頁，共八十五頁，2022年，8月28日邏輯操作類指令共有24條，包括與、或、異或、清除、求反、左右移位等邏輯操作。邏輯操作類指令用到的助記符有ANL、ORL、XRL、RL、RLC、RR、RRC、CLR、CPL。如：

RLA

（累加器內(nèi)容循環(huán)左移）第四十五頁，共八十五頁，2022年，8月28日控制轉(zhuǎn)移類指令共有17條，包括全存儲空間的長調(diào)用、長轉(zhuǎn)移和按2KB分塊的程序空間內(nèi)的絕對調(diào)用和絕對轉(zhuǎn)移及條件轉(zhuǎn)移指令等。控制轉(zhuǎn)移類指令用到的助記符有ACALL、AJMP、LCALL、LJMP、SJMP、JMP、JZ、JNZ、CJNE、DJNZ。如：從P1.7輸出5個方波

MOVR2，#10L1:CPLP1.7P1.7取反

DJNZR2，L1R2內(nèi)容不為零轉(zhuǎn)移第四十六頁，共八十五頁，2022年，8月28日51中有一個布爾處理器，因而有一個專門處理布爾變量的指令子集，包括布爾變量的傳送、邏輯運算、控制程序轉(zhuǎn)移等指令。子集共有17條指令。所用的助記符有MOV、CLR、CPL、SETB、ANL、ORL、JC、JNC、JB、JNB、JBC。第四十七頁，共八十五頁，2022年，8月28日C語言是一種編譯型程序設(shè)計語言。它有較高的可移植性，提供了種類豐富的運算符和數(shù)據(jù)類型，同時，它有功能豐富的庫函數(shù)，運算速度快、編譯效率高，且可以直接實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制。因此，在程序的開發(fā)上，使用C語言比匯編語言更為方便。在實際編程中，常常以C語言為主，匯編語言為輔，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢。第四十八頁，共八十五頁，2022年，8月28日C51程序的編程要點：（1）C程序是由函數(shù)構(gòu)成的，一個C源程序至少包含一個函數(shù)，也可以包含一個函數(shù)和若干其它函數(shù)。第四十九頁，共八十五頁，2022年，8月28日（2）一個函數(shù)可以由兩部分組成：★函數(shù)說明部分，包括函數(shù)名、函數(shù)類型、函數(shù)屬性、函數(shù)參數(shù)（形參）名、形式參數(shù)類型。一個函數(shù)名后面必須跟一個圓括號，形式參數(shù)可以沒有?！锖瘮?shù)體，即函數(shù)說明部分下面用大括號括起的部分。如果在一個函數(shù)體內(nèi)包含有多個大括號，則最外面一對大括號括起來的部分為函數(shù)體的的范圍。第五十頁，共八十五頁，2022年，8月28日（3）一個C程序總是從main（）函數(shù)開始執(zhí)行。（4）C程序書寫格式自由，一行可以寫幾個語句，用分號隔開；一個語句也可以分開寫在幾行上，而不需要分行符。（5）可以用/*……*/對C程序的任何部分進行注釋，還可用//做單行注釋。第五十一頁，共八十五頁，2022年，8月28日運算符：C51中運算符特別豐富。如同代數(shù)運算一樣，C51的運算符在表達式中也有運算次序的先后，運算次序是根據(jù)運算符的優(yōu)先級來確定的。運算符與操作數(shù)后同級運算符之間的結(jié)合關(guān)系，有從左到右結(jié)合和從右到左結(jié)合兩種。<<>>左移位，右移位；從左到右<=小于等于；從左到右==恒等于；從左到右第五十二頁，共八十五頁，2022年，8月28日～求反；從右到左。如a=F0H=11110000～a=0FH=00001111<<>>左移位，右移位；從左到右<=小于等于；從左到右==恒等于；從左到右第五十三頁，共八十五頁，2022年，8月28日！=不等于；從左到右＆字位與；從左到右∣字位或；從左到右∧字位異或；從左到右＆＆邏輯與；從左到右+=加運算并賦值；從右到左<<=左移并賦值；從右到左。如：a<<=b相當于a=a<<b第五十四頁，共八十五頁，2022年，8月28日1.偉福軟件（詳見實驗指導(dǎo)書）網(wǎng)站：或

下載軟件第五十五頁，共八十五頁，2022年，8月28日（1）軟件下載先不用接硬件，在光盤中打開下載軟件，下載完成后，再接硬件電路，下載步驟：（a）安裝USB驅(qū)動程序

第五十六頁，共八十五頁，2022年，8月28日打開光盤，雙擊文件夾。第五十七頁，共八十五頁，2022年，8月28日打開如下文件夾第五十八頁，共八十五頁，2022年，8月28日點擊如下圖標第五十九頁，共八十五頁，2022年，8月28日雙擊此文件夾第六十頁，共八十五頁，2022年，8月28日雙擊此圖標開始安裝，安裝過程有英文提示，按提示操作即可。第六十一頁，共八十五頁，2022年，8月28日安裝完后，打開如下文件夾（一般在C盤根目錄下）第六十二頁，共八十五頁，2022年，8月28日打開文件夾第六十三頁，共八十五頁，2022年，8月28日再點擊如下圖標第六十四頁，共八十五頁，2022年，8月28日打開文件夾第六十五頁，共八十五頁，2022年，8月28日打開圖中“WIN-PREINSTALL”文件夾第六十六頁，共八十五頁，2022年，8月28日運行可執(zhí)行文件第六十七頁，共八十五頁，2022年，8月28日安裝完成后，右擊“我的電腦”，點擊“屬性”“硬件”

“設(shè)備管理”，找到端口，此時右鍵單擊“端口”，單擊“掃描檢測硬件改動”，此時會自動檢測硬件，上述操作成功后，生成新的COM口。如下圖所示：第六十八頁，共八十五頁，2022年，8月28日將新生成的端口設(shè)置成“COM4”口：

右擊圖中的端口“CP210xUSB…”,點擊“屬性”，再點“端口設(shè)置”，再點選項“高級（A）”，選擇端口號為“COM4”。

★端口選擇在COM1-----COM4之間。第六十九頁，共八十五頁，2022年，8月28日打開光盤找到文件夾“usb-s51下載軟件”第七十頁，共八十五頁，2022年，8月28日雙擊此圖標開始安裝第七十一頁，共八十五頁，2022年，8月28日安裝完成后，點擊“開始”“所有程序”

“USB-S51序列單片機下載軟件”“E