《单片机实习课题》PPT课件.ppt

单片机实训课题 南京技师学院 电气工程系 电子信息二室 单片机实训授课计划 （四周） n课题一：单片机的软件仿真 n课题二：基于单片机的循环彩灯 n课题三：基于单片机的键盘应用 n课题四：基于单片机的数码显示 单片机理论知识 一、51系列单片机概述 二、MCS-51单片机的结构 一、 MCS-51单片机内部结构框图 二、 MCS-51单片机芯片内部逻辑结构 三、 MCS-51的信号引脚 四、 MCS-51单片机的内部存储器 五、 MCS-51单片机时钟电路与时序 六、 MCS-51单片机复位电路 三、程序讲解 51系列单单片机概述 一、MCS-51系列 （1）MCS-51是Intel公司生产的一个单片机系 列名称。属于这一系列的单片机有多种，如： 8051/8751/8031； 8052/8752/8032； 80C51/87C51/80C31 80C52/87C52/80C32等 。 80C51系列概述 （2）该系列生产工艺有两种： 一是HMOS工艺（高密度短沟道MOS工艺）。 二是CHMOS工艺（互补金属氧化物的HMOS工艺 ）。 CHMOS是CMOS和HMOS的结合，既保持了HMOS 高速度和高密度的特点，还具有CMOS的低功耗 的特点。在产品型号中凡带有字母“C”的即 为CHMOS芯片，CHMOS芯片的电平既与TTL电平 兼容，又与CMOS电平兼容。 80C51系列概述 （3）在功能上，该系列单片机有基本型和增强 型两大类： 基本型： 8051/8751/8031 80C51/87C51/80C31 增强型： 8052/8752/8032 80C52/87C52/80C32 80C51系列概述 4）在片内程序存储器的配置上，该系列单片机 有三种形式，即掩膜ROM、EPROM和ROMLess(无 片内程序存储器)。 如： 80C51有4K字节的掩膜ROM； 87C51有4K字节的EPROM ； 80C31在芯片内无程序存储器。 80C51系列概述 二、 80C51系列 80C51是MCS-51系列中CHMOS工艺的一个典 型品种 ；其它厂商以8051为基核开发出的CMOS工 艺单片机产品统称为80C51系列。当前常用的 80C51系列单片机主要产品有： Intel的：80C31、80C51、87C51，80C32、 80C52、87C52等； ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等； Philips、华邦、Dallas、 Siemens(Infineon)等公司的许多产品 。 80C51系列概述 三、 80C51典型产产品资资源配置 8051单片机的结构 一、 MCS-51单片机内部结构框图 8051单片机的结构 二、 MCS-51单片机芯片内部逻辑结构 1. 中央处理器(CPU) 运算器 控制器 ：ALU(算术逻辑单元) 、ACC(累加器) 、B寄存器 、程序状态字、暂存寄存器 ：PC(程序计数器)、PC加1寄存器 、指令寄存器 、指令译码器 8051单片机的结构 2. 内部数据寄存器 RAM(128*8)、RAM地址寄存器 3. 内部程序寄存器 ROM(4K*8)、程序地址寄存器 4. 定时器/计数器 2个16位的定时器/计数器 5. 并行I/O口 4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3) 8051单片机的结构 6. 串行口 7. 中断控制系统 5个中断源：外中断2个、定时/计数中断2个、 串行中断1个。 8. 时钟电路 9. 位处理器 10. 总线 8051单片机的结构 三、 MCS-51的信号引脚 40引脚双列直插式 8051单片机的结构 1. 信号引脚介绍 输入/输出口线 P0.0P0.7 P0口8位双向口线 P1.0P1.7 P1口8位双向口线 P2.0P2.7 P2口8位双向口线 P3.0P3.7 P3口8位双向口线 ALE 地址锁存控制信号 (1) P0口输出的低8位地址锁存控制信号 (2) 作为外部时钟或外部定时脉冲 8051单片机的结构 PSEN 外部程序存储器读选通信号 EA 访问程序存储器控制信号 0：仅访问外部程序存储器 1：从内部程序存储器开始访问， 并可延续至外部程序存储器。 RST 复位信号：连续2个周期以上的高电平。 XTAL1、XTAL2 外接晶体引线端 VSS 地线 VCC +5V电源 8051单片机的结构 2. 信号引脚的第二功能 P3口线的第二功能 外部RAM读选通RDP3.7 外部RAM写选通WRP3.6 定时器/计数器1计数输入T1P3.5 定时器/计数器0计数输入T0P3.4 外部中断1申请INT1P3.3 外部中断0申请INT0P3.2 串行数据发送TXDP3.1 串行数据接受RXDP3.0 信号名称第二功能口线 8051单片机的结构 四、 MCS-51单片机的内部存储器 以80C51为例 数据存储器 程序存储器 低128单元(单元地址00H-7FH) 高128单元(单元地址80H-FFH) 8051单片机的结构 （一） 内部数据存储器低128单元 1. 通用寄存器区 (00H-1FH) (1) 分成四组0,1,2,3，每组8个寄存器(R7-R0),每个寄存器为8位。 (2) 任意时刻，CPU只能使用其中的一组寄存器。 (3) 运用通用寄存器，可以简化程序设计，提高运行速度。 2. 位寻址区 (20H-2FH) 3. 用户RAM区 (30H-7FH) 8051单片机的结构 （二）内部数据存储器高128单元 专用寄存器(SFR)、特殊功能寄存器 1. 专用寄存器简介：22个，可寻址21个。 (1) 程序计数器(PC）：16位，不可寻址。 (2) 累加器A(或ACC）：8位，寻址地址0E0H。 (3) B寄存器：8位，寻址地址0F0H。 8051单片机的结构 (4) 程序状态字(PSW）：8位，寻址地址0D0H。 位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0 位标志CYACF0RS1RS0OV/P CY: 进位标志位。AC: 辅助进位标志位。 F0: 用户标志位。 RS1和RS0 :寄存器组选择位 。 OV: 溢出标志位。 P: 奇偶标志位。 (5) 数据指针(DPTR）：16位 寻址地址： 82H(DPL)， 83H(DPH)。 8051单片机的结构 2. 专用寄存器的字节寻址（21个） 3. 专用寄存器的位寻址 (1) 21个专用寄存器不连续分布在内部RAM的高128个单元 ，空余单元不能使用。 (2) 程序计数器(PC)不可寻址。 (3) 对专用寄存器采用直接寻址方式，指令中使用寄存 器符号或寄存器地址。 (1) 11个专用寄存器可位寻址（83个寻址位）。 (2) 与内部数据存储器低128单元中的位寻址区(20H-2FH), 共同组成数据位存储区。 8051单片机的结构 （三） MCS-51的堆栈操作 术语：出栈、入栈、栈底、栈顶、后入先出 1、堆栈的功能：保护断点、保护现场 2、堆栈的开辟：内部数据存储器 3、堆栈指示器：SP（复位后为07H, 初始化为30H） 4、堆栈类型：向上生长型 入栈 SP30H或4AH或78H (1) SPSP+1 8051单片机的结构 （三） MCS-51的堆栈操作 术语：出栈、入栈、栈底、栈顶、后入先出 1、堆栈的功能：保护断点、保护现场 2、堆栈的开辟：内部数据存储器 3、堆栈指示器：SP（复位后为07H, 初始化为30H） 4、堆栈类型：向上生长型 入栈 30H或4AH或78H (1) SPSP+1 SP (2) 写入数据 出栈 (1) 读出数据 (2) SPSP-1 8051单片机的结构 （三） MCS-51的堆栈操作 术语：出栈、入栈、栈底、栈顶、后入先出 1、堆栈的功能：保护断点、保护现场 2、堆栈的开辟：内部数据存储器 3、堆栈指示器：SP（复位后为07H, 初始化为30H） 4、堆栈类型：向上生长型 入栈 30H或4AH或78H (1) SPSP+1 SP (2) 写入数据 出栈 (1) 读出数据 (2) SPSP-1 、向下生长型 （8086） 8051单片机的结构 （四） 内部程序存储器 80C51：4K ROM程序存储器，地址0000H-0FFFH 80C52：8K ROM程序存储器，地址0000H- 1FFFH 启动单元： 0000H-0002H 中断地址区：0003H-002AH 8051单片机的结构 （五） MCS-51单片机系统的存储器结构特点 1. 数据存储器和程序存储器分开 3. 存储器扩展 16位地址线-寻址范围 64KB 地址 0000H-FFFFH 2. 内部存储器和外部存储器分开 8051单片机的结构 五、 MCS-51单片机时钟电路与时序 1. 时钟信号的产生 XTAL2 XTAL1 C2 C1 组成：晶体振荡器、电容（2个） 1.2MHz-12MHz 一般取12M 取30pF，起微 调作用 内部时钟电路 2. 引入外部脉冲信号 （一）时钟信号 8051单片机的结构 五、 MCS-51单片机时钟电路与时序 （二）时序定时单位 振荡脉冲 例:12M、6M 2分频 时钟脉冲 6M、3M 3分频 ALE 6分频 机器周期 1M、0.5M 1. 节拍与状态 一个时钟脉冲一个拍节(S) 两个节拍(S) 一个状态(P) 2. 机器周期 1M-1us 0.5M -2us 3. 指令周期 一个指令周期包含若干个机器周期 8051单片机的结构 n节拍：指振荡脉冲的周期（有P表示）； n每二个节拍定义为一个状态（用S表示）； n规定一个机器周期的宽度为6个状态，即12个节拍； 即，一个机器周期就由12个振荡周期组成。 （当振荡频率为12MHz时，一个机器周期为1us；当振荡频率 为6MHz时，一个机器周期为2us）； n指令周期：指执行一条指令所需的时间。根据指令的不同 ，MCS-51的指令周期可分别包含有一、二、四个机器周期 。 五、 MCS-51单片机时钟电路与时序 （二）时序定时单位 8051单片机的结构 六、 MCS-51单片机复位电路 1、复位后，PC初始化作为0000H，使单片机从0000H 单元开始执行程序。所以单片机除了正常的初始化外， 当程序运行出错或操作错误使系统处于死循环时，也需 要按复位键以重新启动机器。复位不影响片内RAM存放的 内容，而ALE和PSEN在复位期间将输入高电平。 2、RST引脚是复位信号输入端，复位信号为高电平 有效。当高电平持续24个振荡脉冲周期（即二个机器周 期）以上时，单片机完成复位。假如使用晶振频率为 6MHz，则复位信号持续时间应不小于4us。 8051单片机的结构 六、 MCS-51单片机复位电路 3、复位分为上点自动复位和按键手动复位两种方式 。复位电路中的电阻，电容数值是为了保证在RST端能够 保持2个机器周期以上的高电平以完成复位而设定的。 程序讲解 例1: 51单片机延时时间的设计 例2：广告灯的左移右移 例3:广告灯(利用取表方式) 例4:定时器与计数器的应用 程序讲解 例1：51单片机延时时间的设计（晶振为12MHz，即 1个机器周期为1us） 注： （1）MOV Rn,#data 和 nop 指令的执行时间都为1 个机器周期。 （2）DJNZ Rn,rel 指令的执行时间为2个机器周期 。 程序讲解 例1：51单片机延时时间的设计（晶振为12MHz，即 1个机器周期为1us） DELAY:MOV R3,#20 D1:MOV R4,#20 D2: MOV R5,#248 DJNZ R5,$ DJNZ R4,D2 DJNZ R3,D1 RET 1+2248 =497 程序讲解 例1：51单片机延时时间的设计（晶振为12MHz，即 1个机器周期为1us） DELAY:MOV R3,#20 D1:MOV R4,#20 D2: MOV R5,#248 DJNZ R5,$ DJNZ R4,D2 DJNZ R3,D1 RET 1+2248 =497 1+(497+2 ) 20 =9981 程序讲解 例1：51单片机延时时间的设计（晶振为12MHz，即 1个机器周期为1us） DELAY:MOV R3,#20 D1:MOV R4,#20 D2: MOV R5,#248 DJNZ R5,$ DJNZ R4,D2 DJNZ R3,D1 RET 1+2248 =497 1+(497+2 ) 20 =9981 1+(9981+2 ) 20 =199661 程序讲解 例1：51单片机延时时间的设计（晶振为12MHz，即 1个机器周期为1us） DELAY:MOV R3,#20 D1:MOV R4,#20 D2: MOV R5,#248 DJNZ R5,$ DJNZ R4,D2 DJNZ R3,D1 RET 1+2248 =497 1+(497+2 ) 20 =9981 1+(9981+2 ) 20 =199661 199661+2 =199663 程序讲解 例2：广告灯的左移右移（电路图） 程序讲解 例2：广告灯的左移右移（程序） ORG 00H START： MOV A，#0FFH CLR C MOV R2，#08H LOOP： RLC A MOV P2，A CALL DELAY DJNZ R2，LOOP MOV R2，#07H LOOP1： RRC A MOV P2，A CALL DELAY DJNZ R2，LOOP1 JMP START DELAY：MOV R3，#20 D1： MOV R4，#20 D2： MOV R5，#248 DJNZ R5，$ DJNZ R4,D2 DJNZ R3,D1 RET END 程序讲解 例2：广告灯的左移右移（程序） ORG 00H ;起始地址 START： MOV A，#0FFH ；ACC=FFH左移初值 CLR C ；C=0 MOV R2，#08H ；设左移8次 LOOP： RLC A ；左移一位 MOV P2，A ；输出至P2 CALL DELAY ；延时0。2秒 DJNZ R2，LOOP ；左移8次？ MOV R2，#07H ；设右移7次 LOOP1： RRC A ；右移一位 MOV P2，A ；输出至P2 CALL DELAY ；延时0。2秒 DJNZ R2，LOOP1 ；右移7次？ JMP START ；返回 程序流程图讲解 开始和结束框：表示程序的开始和结束 处理框：表示某种处理工程或完成一定的功能 判断框：根据不同的判断结果，执行不同的分支程序 、流向线：表示程序执行的前进方向 程序流程图讲解 二极管左移流程图 开始 赋值P1=FFH 熄来所有灯 赋初值P1=FEH 延时1S 左移一位 程序流程图讲解 分支程序设计： 条件成立？ N Y 程序流程图讲解 分支程序设计： 例题：求符号函数的值求符号函数的值 1 1 当当X0X0 Y= Y= 0 0 当当X=0 X=0 的值。的值。 -1 -1 当当X0 X0 编程说明：设变量编程说明：设变量X X存放在存放在40H40H单元中，函数单元中，函数Y Y存放在存放在41H41H单元单元 中。此程序为三分支程序。中。此程序为三分支程序。 程序流程图讲解 程序流程图如图所示程序流程图如图所示 程序流程图讲解 循环程序的结构 程序讲解 例3:广告灯(利用取表方式) 功能说明： 1、利用取表的方法，使端口P2做单一灯的变化：左移2次 ，右移2次，闪烁2次。（延时时间0.2秒） 2、利用MOV DPTR，#data16指令来使数据指针寄存器指到 表的开头。 3、利用MOVC A,A+DPTR的指令，根据累加器的值再加上 DPTR的值，就可以使程序计算器PC指到表格内所要取出 的数据。 程序讲解 例3:广告灯(利用取表方式) 电路图 程序讲解 例3:广告灯(利用取表方式) 流程图：开始 数据指针DPTR指到TABLE表的开头 根据DPTR到表内取码 取出的码是结束码01H？ 将取出的码输出至P2口 将数据之中指针加1 延时0.2秒 Y N 程序讲解 知识点： MOV DPTR，#data16 MOVC A,A+DPTR 程序讲解 例3:广告灯(利用取表方式) 程序 ORG 00H START: MOV DPTR，#TABLE LOOP: CLR A MOVC A，A+DPTR CJNE A，#01，LOOP1 JMP START LOOP1:MOV P2，A MOV R3，#20 CALL DELAY INC DPTR JMP LOOP DELAY:MOV R4，#20 D1:MOV R5，#248 DJNZ R5，$ DJNZ R4，D1 DJNZ R3，DELAY RET TABLE:DB 0FEH,0FDH,0FBH,0F7H;左移 DB 0EFH,0DFH,0BFH,7FH DB 0FEH,0FDH,0FBH,0F7H;左移 DB 0EFH,0DFH,0BFH,7FH DB 7FH,0BFH,0DFH,0EFH;右移 DB 0F7H,0FBH,0FDH,0FEH DB 7FH,0BFH,0DFH,0EFH;右移 DB 0F7H,0FBH,0FDH,0FEH DB 00H,0FFH,00H,0FFH;闪烁2次 DB 01H;结束码 END 程序讲解 例3:广告灯(利用取表方式) 程序+注释 ORG 00H START: MOV DPTR，#TABLE;TABLE表的地址存入数据指针 LOOP: CLR A;清除ACC MOVC A，A+DPTR;到数据指针所指的地址取码 CJNE A，#01，LOOP1;取出的码是否为01H?不是则跳到LOOP1 JMP START LOOP1:MOV P2，A;将A输出至P2口 MOV R3，#20;延时0.2秒 CALL DELAY INC DPTR;数据指针加1,取下一个码 JMP LOOP DELAY:MOV R4，#20;10毫秒 D1:MOV R5，#248 DJNZ R5，$ DJNZ R4，D1 DJNZ R3，DELAY RET 程序讲解 例4:定时器与计数器的应用 知识点: 一、8051有两个16位的定时器/计数器，即定时器0（ TIMER0）和定时器1（TIMER1）。8052则有3个定时器， 除8051具有的两个外，再加上一个定时器2（TIMER2） 。以上3个都可以当成定时器或计数器使用。 二、定时器0和定时器1 其使用定时或计数器的功能是由特殊功能寄存器内 TMOD的C/T位所决定的。这两个定时器/计数器共有4种 工作方式，它是由TMOD内的两个位M1和M0加以选择。 程序讲解 例4:定时器与计数器的应用 TMOD说明如下： TMOD：定时器模式控制寄存器（地址：89H） GATEM0C/TM1GATEM0C/TM1 TIMER1TIMER0 GATE：当TRX（在TCON内）=1且GATE=1时，定时器只在/INTX引脚 为高电平时才会计时；当GATE=0时，则定时器只在TRX=1时会计时。 C/T：C/T=0时为定时器，C/T=1时为计数器。 M1、M0：工作方式。 程序讲解 例4:定时器与计数器的应用 M1、M0工作方式的功能 M1M0工作方 式 功 能 00MODE013位的定时/计数器 01MODE116位的定时/计数器 10MODE28位定时/计数 自动载入 11MODE3 （TIMER0）TL0为8位定时/计数器，由T0控制 ；TH0为另一个8位定时器，由T1控制。 11MODE3（TIMER1）定时/计数器1停止定时/计数 程序讲解 例4:定时器与计数器的应用 三、TCON：定时器控制寄存器 TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0 TR0：TIMER0的启动位，TR0=1时为启动，TR0=0时停止。 TR1：TIMER1的启动位，TR1=1时为启动，TR1=0时停止。 TF0：TIMER0的溢出标志位，当TIMER0溢出时，会设定为1； 当执行中断子程序时，会清除为0。 TF1：TIMER1的溢出标志位，当TIMER1溢出时，会设定为1； 当执行中断子程序时，会清除为0。 程序讲解 例4:定时器与计数器的应用 三、TCON：定时器控制寄存器 (1)MODE0模式下的定时器 MODE0是一个13位（高8位+低5位）的计算器，其最长 的计数为213=8192个脉冲。若脉冲由内部提供（C/T=0） 且石英晶体为12MHZ时，进入定时器时一个脉冲的时间为 1us，其最长计时时间为8192us=8.192ms，最短时间则为 1us。 程序讲解 MODE0模式下的定时器结构 程序讲解 例4:定时器与计数器的应用 三、TCON：定时器控制寄存器 MODE0的定时设定：因为TLX（5位）的值应为计数值 COUNT除以32的余数，而THX的设定值为计数值COUNT除以 32的商，即 TLX=COUNT MOD 32 THX=COUNT/32 例：以设计时间为8000微秒为例，每个计数脉冲1us，须计 数8000个 TLX=（8192-8000） MOD 32=00 THX=（8192-8000）/32=06 注：X=0表示TIMER0，X=1表示TIMER1。 程序讲解 例4:定时器与计数器的应用 三、TCON：定时器控制寄存器 设定MODE0的步聚 1、MOV TMOD，#00000000B ；TIMER0设定计时工作方式（内部输入） MOV TMOD，#00000000B ；TIMER1设定计时工作方式（内部输入） 1、MOV TMOD，#00000100B ；TIMER0设定计数工作方式（TO输入） MOV TMOD，#01000000B ；TIMER1设定计数工作方式（T1输入） 2、SETB TRX ；启动定时器 3、MOV TLX，#（8192-COUNT）MOD 32 MOV THX，#（8192-COUNT）/32 4、JBC TFX ；检查TFX是否溢出 程序讲解 例4:定时器与计数器的应用 三、TCON：定时器控制寄存器 （2）MODE1模式下的定时器 MODE1为一个16位的计数器，其最大的计数脉冲数为 65536。若脉冲周期为1us时，则其最长的计时时间为 655361us =65536us=65.536ms，最短为1us。 程序讲解 MODE1模式下的定时器结构 程序讲解 例4:定时器与计数器的应用 三、TCON：定时器控制寄存器 设定MODE1的步骤 1、MOV TMOD，#00000001B ；TIMER0设定计时工作方式（内部输入） MOV TMOD，#00010000B ；TIMER1设定计时工作方式（内部输入） 1、MOV TMOD，#00000101B ；TIMER0设定计数工作方式（T0输入） MOV TMOD，#01010000B ；TIMER1设定计数工作方式（T1输入） 2、SETB TRX ；启动定时器 3、MOV TLX，#LOW（65536-COUNT）或#（65536-COUNT）MOD 256 MOV THX，#HIGH（65536-COUNT）或#（65536-COUNT）/256 4、JBC TFX ；检查TFX是否溢出 程序讲解 例4:定时器与计数器的应用 三、TCON：定时器控制寄存器 （3）MODE2模式下的定时器 TIMER0、TIMER1工作在MODE2时，是一个具有自动重 新载入设定值功能的8位定时器。TLX为真正计数脉冲的 计数器，而THX则为存放重新载入的缓冲器。当TLX计数 溢出时，除了TFX=1外，也会将存放在THX的值载入TLX内 ，且不会改变THX的内容。 注：X=0表示TIMER0；X=1表示TIMER1。 程序讲解 MODE2模式下的定时器结构 程序讲解 例4:定时器与计数器的应用 三、TCON：定时器控制寄存器 设定MODE2的步骤 1、MOV TMOD，#00000010B ；TIMER0设定计时工作方式（内部输入） MOV TMOD，#00100000B ；TIMER1设定计时工作方式（内部输入） 1、MOV TMOD，#00000110B ；TIMER0设定计数工作方式（T0输入） MOV TMOD，#01100000B ；TIMER1设定计数工作方式（T1输入） 2、SETB TRX ；启动定时器 3、MOV TLX，#（256-COUNT） MOV THX，#（256-COUNT） 4、JBC TFX ；检查TFX是否溢出 程序讲解 例4:定时器与计数器的应用 三、TCON：定时器控制寄存器 （4）MODE3模式下的定时器 TIMER0和TIMER1工作在MODE3时的动作不同，TIMER0 工作在MODE3时会分成两个独立的8位定时器，TL0为一个 独立的8位的定时器，由TIMER0所控制。而TH0则为另一 个8位的定时器，由TIMER1的TR1所控制，且TH0控制了 TIMER1的中断TF1。若TIMER1工作在MODE3时，会使 TIMER1停止计时。 程序讲解 程序讲解 例4:定时器与计数器的应用 三、TCON：定时器控制寄存器 设定MODE3的步骤 设定MODE3的步骤（TL0）设定MODE3的步骤（TH0） 1、MOV TMOD，#00000011B 设定计时工作方式（内部输入） 1、MOV TMOD，#00000111B 设定计数工作方式（T0输入） 1、MOV TMOD，#00000011B 设定计时工作方式（内部输入） 2、SETB TR0 ；启动定时器TIMER02、SETB TR1 ；启动定时器TIMER1 3、MOV TL0，#（256-COUNT）3、MOV TH0，#（256-COUNT） 4、JBC TF0 ；检查TF0是否溢出4、JBC TF