單片機課件培訓

單片機課件培訓第一頁，共四十一頁，2022年，8月28日第1章單片微型機概述1.

基本概念

微處理器就是集成在一片大規(guī)模集成電路上的運算器和控制器。

單板微型計算機：把微處理器、存貯器和I/O接口電路等大規(guī)模集成電路芯片及必要的外圍電路組裝在一塊印刷電路板上。

單片微型計算機：把微處理器、內(nèi)存貯器和些I/O接口電路集成在一塊大規(guī)模芯片上。第二頁，共四十一頁，2022年，8月28日2.單片機的發(fā)展歷史單片機發(fā)展的三個階段：20世紀70年代（初期階段）以Intel公司的MCS-48（76年）系列單片機為典型代表，在一塊芯片內(nèi)集成有CPU、并行口（27條I/O接口線）、定時器、RAM（64字節(jié)）和ROM（1K）存貯器。20世紀80年代（高性能單片機的發(fā)展階段）以Intel公司的MCS-51（80年）、MCS-96系列單片機為典型代表。CPU和指令系統(tǒng)功能加強；存貯器容量顯著增加。20世紀90年代至今（單片機的高速發(fā)展階段）單片機向著多品種、多規(guī)格方向發(fā)展。第三頁，共四十一頁，2022年，8月28日第2章MCS-51系列單片機系統(tǒng)結(jié)構1總體結(jié)構1）

8051片上硬件資源●8位CPU●4K字節(jié)掩膜ROM程序存貯器●128字節(jié)內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)存貯器●4個8位I/O口（32線）●2個16位定時器/計數(shù)器●1個全雙工的異步串行口●5個中斷源（2個中斷優(yōu)先級的中斷控制器）●內(nèi)部時鐘電路（時鐘頻率在1.2MHz~12MHz）第四頁，共四十一頁，2022年，8月28日

外部計數(shù)脈沖P1中斷控制CPUOSC··4K字節(jié)

ROM128字節(jié)RAM定時器1定時器2總線控制4×8I/O口串行口ALEPSENTXDRXDP0P3P2外部中斷程序存貯器數(shù)據(jù)存貯器2）

結(jié)構框圖第五頁，共四十一頁，2022年，8月28日3）引腳圖及邏輯框圖XTAL2XTAL1.VSSVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P.0.6P0.7P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.712345.6.78910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221RSTP3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7EAALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.089C5189C51I/OP1I/OI/OI/OP3P2P0RSTXTAL1XTAL2VSSPSENALEEAVCC第六頁，共四十一頁，2022年，8月28日2時鐘和時鐘電路單片微型計算機是一個復雜的時序邏輯電路，時鐘是它的心臟，它控制著單片機工作節(jié)奏。

MCS—51單片機內(nèi)部有一個反相放大器，XTAL1、XTAL2分別為反相放大器的輸入端和輸出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時鐘送至單片機內(nèi)部的各個部件。第七頁，共四十一頁，2022年，8月28日說明：當NMOS型單片機輸入外部時鐘時，從XTAL2端輸入，XTAL1端接地。．．XTAL2XTAL1．．．晶振SYS1）

NMOS型單片機的時鐘電路NMOS型單片機時鐘電路圖第八頁，共四十一頁，2022年，8月28日

說明：CMOS型單片機也可以從外部輸入時鐘，此時XTAL1外接振蕩信號，

XTAL2浮空。2）

CMOS型單片機時鐘電路．XTAL2XTAL1晶振SYSVCCPD至內(nèi)部定時電路．．．．．CMOS型單片機的時鐘電路圖第九頁，共四十一頁，2022年，8月28日單片機復位的實現(xiàn)：

MCS－51單片機有一個復位引腳RST，該引腳上只要保持一定時間的高電平，即可使單片機處于復位狀態(tài)，RST變?yōu)榈碗娖胶?，退出復位，CPU從初始狀態(tài)開始工作。3復位和復位電路復位：使中央處理器（CPU）和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從此狀態(tài)開始工作。第十頁，共四十一頁，2022年，8月28日1）

上電自動復位電路：+5V

。

VSS

VCC

RSTMCS—51

。。VCC

VSS

VCC

RSTMCS—51

。NMOS型單片機CMOS型單片機復位后重要寄存器的狀態(tài)要記?。?！單片機復位電路第十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日2)人工復位說明：人工復位是通過手動開關使器件復位VCC

VSS

VCC

RST

MCS—51。?！?。第十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日說明：一條指令的執(zhí)行需要一定的機器周期個數(shù)，指令中的各個微操作是在機器周期的不同狀態(tài)的不同相為起始的。

4CPU定時指令周期：從CPU取出一條指令到執(zhí)行完所需的時間。

指令周期以機器周期為基本單位。時鐘周期（振蕩周期）：振蕩信號的周期。機器周期：12個時鐘周期定義為一個機器周期。每個機器周期分為6個狀態(tài)（S1、S2、S3、S4、S5、D6），每個狀態(tài)分為兩個時相（P1、P2）。第十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日(b)2字節(jié)、1周期指令S1S2S3S4S5S6讀操作碼讀下一操作碼（丟棄）S1S2S3S4S5S6讀操作碼讀第二字節(jié)

S1P1P2ALE

S2P1P2

S3P1P2

S4P1P2

S5P1P2

S6P1P2

S1P1P2(a)1字節(jié)、1周期指令第十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日c)1字節(jié)、2周期指令S1S2S3S4S5S6S1S2S3讀操作碼讀下一操作碼（丟棄）

S1P1P2

S2P1P2

S3P1P2

S4P1P2

S5P1P2

S6P1P2

S1P1P2第十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日

64K字節(jié)外部數(shù)據(jù)存貯存器空間（RAM/IO）空間（0～0FFFFH）。5存貯器MCS-51系列單片機有5個獨立的存貯器空間：64K字節(jié)程序存貯存器空間（0～0FFFFH）；256字節(jié)內(nèi)部RAM空間（0～0FFH）；128字節(jié)內(nèi)部特殊功能寄存器空間（80～FFH）；16個字節(jié)單元的位尋址空間（0～7FH）；第十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日

MCS-51的復位入口和中斷地址PSEN……1）

程序存貯器0000H0003H000BH0013H001BH0023H…復位入口中斷入口（T0）中斷入口（INT1）中斷入口（T1）中斷入口（串行口）中斷入口（INT0）…………002BHFFFFH外部程序存貯器0000HEA=1內(nèi)部EA=0外部0FFFH第十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)存貯器00H7FH80HFFH～～2

內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)存貯器FFFFH0000HWRRD外部數(shù)據(jù)存貯器～第十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日內(nèi)部RAM分為三個區(qū)域：工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、堆棧和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。00H工作寄存器區(qū)1工作寄存器區(qū)2工作寄存器區(qū)3位尋址區(qū)堆棧和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)堆棧和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)工作寄存器區(qū)007H08H0FH10H17H18H1FH20H2FH30H80H7FHFFH第十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日工作寄存器區(qū)1工作寄存器區(qū)2工作寄存器區(qū)3位尋址區(qū)堆棧和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)堆棧和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)工作寄存器區(qū)007H08H0FH10H17H18H1FH20H2FH30H80H3FHFFH00HR7R0R6R5R4R3R2R100H01H07H06H05H04H03H02H08HR0R109H┇0FHR710H工作寄存器區(qū)0工作寄存器區(qū)1第二十頁，共四十一頁，2022年，8月28日PSW程序狀態(tài)字寄存器用于存放ALU運算結(jié)果的各種特征。3）

特殊功能寄存器MCS-51最基本的功能寄存器有21個ACC累加器，用于存放參加運算的操作數(shù)和運算結(jié)果，助記符中用A表示。B寄存器在乘法和除法運算中存放操作數(shù)和運算結(jié)果。SP堆棧指針，數(shù)據(jù)進入堆棧前SP自動加1，數(shù)據(jù)出棧后SP自動減1，復位后SP值為07H。DPTR為16位的數(shù)據(jù)指針寄存器，訪問外部數(shù)據(jù)存貯器時作為地址指針使用，保存一個16位的地址。也可以對高位字節(jié)DPH和低位字節(jié)DPL單獨操作。第二十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日P：奇偶檢驗標志，A中1的個數(shù)為奇數(shù)時P=1，否則P=0

CYACF0RS1RS0OV---PCY：進位標志位AC：輔助進位標志位F0：用戶自定義標志位RS1、RS0：工作寄存器組選擇控制OV：溢出標志。RS1、RS0工作寄存器組0

0

00

1

11

0

21

1

3第二十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日6中斷系統(tǒng)一、

中斷的概念中斷：是指中央處理器CPU正在處理某件事情，外部發(fā)生了某一緊急事件，請求CPU迅速去處理，CPU暫時中斷當前的工作，轉(zhuǎn)入處理所發(fā)生的事件，處理完以后，再回到原來被中斷的地方，繼續(xù)原來的工作。這個過程被稱為中斷。中斷源：引起中斷的原因（能發(fā)出請求的來源）。第二十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日中斷的開放與關閉：是指CPU中斷系統(tǒng)的狀態(tài)，只有當CPU處于開中斷狀態(tài)時，才能接受外部的中斷申請。

中斷的分類：A、屏蔽中斷：通過指令可以使微機的中斷系統(tǒng)與外界隔離開，使中斷請求不發(fā)生作用，不引起中斷。B、非屏蔽中斷：不可以用軟件加以屏蔽。C、

軟件中斷：指令系統(tǒng)中有專門的中斷指令。第二十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日中斷嵌套：

當CPU正在處理一個中斷源請求的時候，又發(fā)生了另一個優(yōu)先級比它高的中斷源請求，如果CPU能夠暫時中止執(zhí)行對原來中斷源的處理程序，轉(zhuǎn)而去處理優(yōu)先級更高的中斷請求，待處理完以后，再繼續(xù)執(zhí)原來的低級中斷處理程序，這個過程稱為中斷嵌套。中斷的開放與關閉的實現(xiàn)：A、

通過指令。B、

在CPU響應中斷請求后，往往會自動實現(xiàn)關中斷，通常是通過硬件操作完成的。C、

一般在系統(tǒng)復位時，自動實現(xiàn)中斷的關閉。中斷源的判別：

A、單線中斷，軟件查詢。只須在查詢時按照優(yōu)先級的高低依次查詢。

B、

多線中斷。應對不同的中斷申請輸入線，規(guī)定以不同的級別。

C、

矢量中斷。也是一種單線中斷，外設請求中斷后，通過接口電路向CPU發(fā)出一個稱為中斷向量的8位代碼。第二十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日

最典型的8051單片機有5個中斷源，具有2個中斷優(yōu)先級，可以實現(xiàn)兩級中斷服務程序嵌套。每一個中斷源可以編程為高優(yōu)先級和低優(yōu)先級中斷。二、

MCS-51中斷系統(tǒng)

在MCS-51中斷系統(tǒng)中，與其有關的特殊功能寄存器有中斷允許寄存器IE、中斷優(yōu)先級控制寄存器IP、中斷源的寄存器（TCON、SCON）等。第二十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日8051中斷系統(tǒng)結(jié)構圖

INT0IT0IE0

INT1IT1IE100TITF0TF1RIET0EX1EX0ET0ESEAPX0PT0PX1PT1PS11IE寄存器IP寄存器第二十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日A中斷源①外部中斷源特殊功能寄存器TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0D7D6D5D4D3D2D1D0外部中斷0IT0：外部中斷0觸發(fā)方式控制位（0為電平觸發(fā)，1為邊沿觸發(fā)）。當采用電平觸發(fā)方式時，CPU在每個機器周期的S5P2采樣（P3.2）的輸入電平，當采樣到低電平時，置“1”IE0，采樣到高電平時清“0”IE0。當采用邊沿觸發(fā)方式時，CPU在每個機器周期的S5P2采樣

P3.2）的輸入電平，如果相繼的兩次采樣，一個周期采樣值為高電平，接著的下一個周期中采樣值為低電平，則置“1”IE0，表示外部中斷0正在向CPU申請中斷，直到該中斷被CPU響應時才由硬件清“0”。INT0INT0第二十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日

IE0：外部中斷0請求源（，P3.2）標志。IE0=1有外部中斷0向CPU請求中斷，當CPU響應外部中斷時，由硬件清“0”IE0。INT0外部中斷1IT1：外部中斷1觸發(fā)方式控制位（0為電平觸發(fā)，1為邊沿觸發(fā)）。當采用電平觸發(fā)方式時，CPU在每個機器周期的S5P2采樣（P3.3）的輸入電平，當采樣到低電平時，置“1”IE1，采樣到高電平時清“0”IE1。當采用邊沿觸發(fā)方式時，CPU在每個機器周期的S5P2采樣

P3.3）的輸入電平，如果相繼的兩次采樣，一個周期采樣值為高電平，接著的下一個周期中采樣值為低電平，則置“1”IE1，表示外部中斷1正在向CPU申請中斷，直到該中斷被CPU響應時才由硬件清“0”。INT1INT1

IE1：外部中斷1請求源（，P3.3）標志。IE1=1外部中斷1向CPU請求中斷，當CPU響應外部中斷時，由硬件清“0”IE1。INT1第二十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日

T0被允許計數(shù)后，從初值開始計數(shù)，當產(chǎn)生溢出時置“1”TF0，向CPU請求中斷，一直保持到CPU響應該中斷時才由硬件清“0”（也可以由查詢程序清“0”）。TF0（TCON.5）定時器/計數(shù)器T0的溢出中斷標志：TF1（TCON.7）定時器/計數(shù)器T1的溢出中斷標志：

T1被允許計數(shù)后，從初值開始計數(shù)，當產(chǎn)生溢出時置“1”TF1，向CPU請求中斷，一直保持到CPU響應該中斷時才由硬件清“0”（也可以由查詢程序清“0”）。②內(nèi)部中斷源第三十頁，共四十一頁，2022年，8月28日D7D6D5D4D3D2D1D0串行口中斷串行口的接收中斷RI（SCON.0）和發(fā)送中斷TI（SCON.1）邏輯或后作為內(nèi)部的一個中斷源稱為串行口中斷。注意：CPU響應串行口的中斷時，并不清“0”TI和RI中斷標志，必需由軟件清“0”（中斷服務程序中必有清“0”TI和RI的指令。B中斷控制①中斷允許寄存器IE決定每一個中斷源是否被允許中斷第三十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日EA：CPU中斷開放標志位（總開關）。ES：串行口中斷允許標志位。ET1：定時器/計數(shù)器T1的溢出中斷允許標志位。EX1：外部中斷1中斷允許標志位。ET0：定時器/計數(shù)器T0的溢出中斷允許標志位。EX0：外部中斷0中斷允許標志位。注意：當某一位為“1”時，該位相應的中斷源被允許；其為“0”時，該位相應的中斷源被禁止。②中斷優(yōu)先級控制寄存器IPMCS-51的中斷系統(tǒng)有兩個不可尋址的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器，一個指出CPU是否正在執(zhí)行高優(yōu)先級中斷服務程序，它的“1”狀態(tài)屏蔽所有的中斷源申請；另一個指出CPU是否正在執(zhí)行低級中斷服務程序，它的“1”狀態(tài)屏蔽同一優(yōu)先級的所有其它中斷源申請。第三十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日注意：當某一位為“1”時，該位相應的中斷被定義為高優(yōu)先級中斷；其為“0”時，該位相應的中斷被定義為低優(yōu)先級中斷。中斷優(yōu)先級控制寄存器IPD7D6D5D4D3

D2D1

D0PS：串行口中斷優(yōu)先級控制位。PT1：定時器T1中斷優(yōu)先級控制位。PX1：外部中斷1中斷優(yōu)先級控制位。PT0：定時器T0中斷優(yōu)先級控制位。PX0：外部中斷0中斷優(yōu)先級控制位。第三十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日

在CPU同時接收到幾個同等優(yōu)先級的中斷時，一個內(nèi)部的硬件查詢序列確定優(yōu)先服務于哪一個中斷源的申請。其優(yōu)先級別排列如下：中斷源中斷優(yōu)先級外部中斷0最高定時器T0中斷外部中斷1定時器T1中斷串行口中斷最低第三十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日C中斷響應過程

MCS-51在每一個機器周期的S6采樣并按優(yōu)先級處理所有被激活的中斷請求。但是如果出現(xiàn)下列情況，將在下一個機器周期的狀態(tài)S1響應激活了的最高級中斷請求。①CPU正在處理相同的或更高優(yōu)先級的中斷；②現(xiàn)行的機器周期不是所執(zhí)行指令的最后一個機器周期；③正在執(zhí)行的指令是中斷返回指令（RETI）或者是對IE、IP的寫操作指令（執(zhí)行這些指令后至少再執(zhí)行一條指令后才會響應中斷）。第三十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日Ⅲ清“0”中斷源申請標志（RI和TI除外），確定中斷服務程序的入口地址。中斷響應過程：①中斷請求：中斷請求是中斷源向CPU表示要求其中斷原來執(zhí)行的程序并為它服務。②中斷響應：當滿足中斷響應條件時，CPU響應中斷的操作應包括識別中斷源且轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應的中斷服務程序。一般CPU要完成以下操作：Ⅰ先置位相應的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器（該觸發(fā)器指出CPU

開始處理的中斷優(yōu)先級別）。Ⅱ中斷正在執(zhí)行的程序，并對斷點實行保護，即將斷點的地址（PC值）推入堆棧保護起來，以便在中斷結(jié)束時，從堆棧中彈出斷點地址，返回主程序。第三十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日各中斷源服務程序的入口地址為：中斷源入口地址外部中斷00003H

定時器T0中斷