单片机教学起步.ppt

生物医学电子所 单片机原理及应用 第二部分 第一部分 第三部分 课程简介 课程构成 总学时56 理论课40学时 实验课16学时成绩评定 平时成绩 10 实验 20 期末考试 70 第二部分 第一部分 第三部分 课程简介 参考教材 单片机原理及接口技术 李朝青主编 北京航空航天大学出版社 2001 MCS 51 96系列单片机原理及应用 修订版 孙涵芳 徐爱卿主编 北京航空航天大学出版社 2002 单片机基础 修订版 李广弟等主编 北京航空航天大学出版社 2001 第二部分 第一部分 第三部分 课程设置 理论基础 14学时 单片机概述MCS 51单片机硬件结构MCS 51单片机指令系统及汇编语言程序设计实例应用 26学时 存储器扩展 中断与定时器 I O接口扩展串行数据通信 A D及D A转换接口 第二部分 第一部分 第三部分 第1章单片机概述 基本概念 第二部分 第一部分 第三部分 微型计算机 PC 组成 定时器 计数器 T C 中央处理器CPU CentralProcessingUnit 只读存储器ROM ReadOnlyMemory 随机存储器RAM RandomAccessMemory 输入输出接口I O Input OutputInterface 定时器 计数器T C Timer Counter 总线 Bus 基本概念 单片机 Single ChipMicrocomputer 将计算机的基本组成部分集成在一个芯片或一个完整的封装器件内 单片机系统 在单片机芯片的基础上扩展其它电路构成的具有一定应用功能的计算机应用系统 单片机应用系统 针对具体的应用需求 将单片机系统与特定开发环境相结合 使其功能化 基本特点 结构简单 体积小巧 性能价格比高 可靠性高 功耗小 应用范围广泛 应用领域 1 构成智能化产品 实现仪器设备的智能化 自动化 智能化仪器仪表 家用电器 计算机外设中的应用 应用领域 2 在工业测控领域中的应用 数据采集与处理 工业过程控制 实际应用举例 1 恒温电冰箱 实际应用举例 2 电磁炉 输入设备 输出设备 实际应用举例 3 MP3 实际应用举例 4 生物医学工程应用举例 数字体温计 腋下的体表皮肤温度由温度传感器采集 温度传感器把体温这个物理量进行某种变换后形成电信号这个电信号是连续的模拟信号 需要转换成数字信号才能显示 于是模数转换和显示处理电路实现转换并输出到液晶屏显示 工业流水线应用举例 装小球生产线 小球被传送带运送并掉入下方的纸箱中 纸箱在另一条传送带上被运送 每个纸箱装满10个小球后就换下一个纸箱装球 现在需要设计一个单片机控制系统 实现以上的小球装箱要求 并实时显示当前装球的纸箱序号和已装的小球数 工业流水线应用举例 装小球生产线系统框图 基本种类 INTEL公司 8位单片机 MCS 48 MCS 5116位单片机 MCS 96 MCS 196MOTOROLA公司 68系列 68HC系列ZILOG公司 Z8系列ATMEL公司 89系列TI公司 MSP系列 MCS 51单片机的部分子系列 共10个 通用异步接收发送器 程序设计与开发软件 程序设计语言 汇编语言 C语言开发软件 Proteus Vision等 本章小结 单片机概述 单片机的基本概念单片机的特点和应用领域单片机的基本种类 MCS 51 单片机的程序设计语言及仿真软件 单片机是什么 单片机能做什么 为什么要学习单片机 第三部分 第二部分 第一部分 第2章单片机芯片的硬件结构 MCS 51单片机的基本逻辑结构 CPU 振荡器和时序OSC 总线扩展控制器 数据存储器128BRAM 2 16位定时器 计数器 I O接口 程序存储器4KBROM 串行口 外中断 内中断 控制 并行口 串行通信 外部时钟源 外部事件计数 P0驱动器 P2驱动器 P0锁存器 P2锁存器 RAM地址寄存器 RAM 4KBROM B寄存器 暂存器1 暂存器2 ACC SP 程序地址寄存器 缓冲器 PC 1 PC DPTR 中断 串行口和定时器 PSW P1锁存器 P1驱动器 P3锁存器 P3驱动器 定时控制 指令寄存器 指令译码器 OSC ALU P0 0 P0 7 P2 0 P2 7 P3 0 P3 7 P1 0 P1 7 XTAL1XTAL2 PSENALEEARESET MCS 51单片机内部结构图 P0驱动器 P2驱动器 P0锁存器 P2锁存器 RAM地址寄存器 RAM 4KBROM B寄存器 暂存器1 暂存器2 ACC SP 程序地址寄存器 缓冲器 PC 1 PC DPTR 中断 串行口和定时器 PSW P1锁存器 P1驱动器 P3锁存器 P3驱动器 定时控制 指令寄存器 指令译码器 OSC ALU P0 0 P0 7 P2 0 P2 7 P3 0 P3 7 P1 0 P1 7 XTAL1XTAL2 PSENALEEARESET MCS 51单片机内部结构图 运算器 P0驱动器 P2驱动器 P0锁存器 P2锁存器 RAM地址寄存器 RAM 4KBROM B寄存器 暂存器1 暂存器2 ACC SP 程序地址寄存器 缓冲器 PC 1 PC DPTR 中断 串行口和定时器 PSW P1锁存器 P1驱动器 P3锁存器 P3驱动器 定时控制 指令寄存器 指令译码器 OSC ALU P0 0 P0 7 P2 0 P2 7 P3 0 P3 7 P1 0 P1 7 XTAL1XTAL2 PSENALEEARESET MCS 51单片机内部结构图 控制器 P0驱动器 P2驱动器 P0锁存器 P2锁存器 RAM地址寄存器 RAM 4KBROM B寄存器 暂存器1 暂存器2 ACC SP 程序地址寄存器 缓冲器 PC 1 PC DPTR 中断 串行口和定时器 PSW P1锁存器 P1驱动器 P3锁存器 P3驱动器 定时控制 指令寄存器 指令译码器 OSC ALU P0 0 P0 7 P2 0 P2 7 P3 0 P3 7 P1 0 P1 7 XTAL1XTAL2 PSENALEEARESET MCS 51单片机内部结构图 存储器 P0驱动器 P2驱动器 P0锁存器 P2锁存器 RAM地址寄存器 RAM 4KBROM B寄存器 暂存器1 暂存器2 ACC SP 程序地址寄存器 缓冲器 PC 1 PC DPTR 中断 串行口和定时器 PSW P1锁存器 P1驱动器 P3锁存器 P3驱动器 定时控制 指令寄存器 指令译码器 OSC ALU P0 0 P0 7 P2 0 P2 7 P3 0 P3 7 P1 0 P1 7 XTAL1XTAL2 PSENALEEARESET MCS 51单片机内部结构图 I O接口 P0驱动器 P2驱动器 P0锁存器 P2锁存器 RAM地址寄存器 RAM 4KBROM B寄存器 暂存器1 暂存器2 ACC SP 程序地址寄存器 缓冲器 PC 1 PC DPTR 中断 串行口和定时器 PSW P1锁存器 P1驱动器 P3锁存器 P3驱动器 定时控制 指令寄存器 指令译码器 OSC ALU P0 0 P0 7 P2 0 P2 7 P3 0 P3 7 P1 0 P1 7 XTAL1XTAL2 PSENALEEARESET MCS 51单片机内部结构图 80C51单片机的引脚功能 电源引脚 Vcc 40脚 电源端 为 5V Vss 20脚 接地端 80C51单片机的引脚功能 时钟电路引脚 XTAL2 18脚 接外部晶体和微调电容的一端XTAL1 19脚 接外部晶体和微调电容的另一端 在片内它是振荡电路反向放大器的输入端 在采用外部时钟时 该引脚接地 80C51单片机的引脚功能 控制信号引脚 RST VPD 9脚 RST 复位信号输入端 高电平有效 当此输入端保持两个机器周期的高电平时 就可以完成复位操作 VPD RST引脚的第二功能 备用电源输入端 当主电源Vcc发生故障 降低到低电平规定值时 将 5V电源自动接入该引脚 为RAM提供备用电源 以保证RAM中的信息不丢失 使得复位后能继续正常运行 80C51单片机的引脚功能 控制信号引脚 ALE PROG 30脚 ALE 地址锁存允许信号端 正常工作时 该引脚以振荡频率的1 6固定输出正脉冲 CPU访问片外存储器时 该引脚输出信号作为锁存低8位地址的控制信号 它的负载能力为8个LS型TTL负载 PROG 是对片内带有4KBROM的编程写入时的编程脉冲输入端 80C51单片机的引脚功能 控制信号引脚 PSEN 29脚 程序存储器允许信号输出端 在访问片外ROM时 定时输出负脉冲作为读片外ROM的选通信号 接片外ROM的OE端 它的负载能力为8个LS型TTL负载 80C51单片机的引脚功能 控制信号引脚 EA Vpp 31脚 EA 外部程序存储器地址允许输入端 当该引脚接高电平时 CPU访问片内ROM并执行片内程序存储器中的指令 但当PC值超过0FFFH 片内ROM为4KB 时 将自动转向执行片外ROM中的程序 当该引脚接低电平时 CPU只访问片外ROM并执行外部程序存储器中的程序 控制信号引脚 EA Vpp 31脚 Vpp 对片内ROM固化编程时的编程电压输入端 12 21V 80C51单片机的引脚功能 I O端口引脚 P0 32 39脚 漏极开路的8位准双向I O口 每位能驱动8个LS型TTL负载 P0口可作为一个数据输入 输出口 在CPU访问片外存储器时 P0口为分时复用的低8位地址总线和8位数据总线 当I O口作为输入时 应先向此口锁存器写入全1 此时该口引脚浮空 可作高阻抗输入 80C51单片机的引脚功能 I O端口引脚 P1 1 8脚 带内部上拉电阻的8位准双向I O端口 每位能驱动4个LS型TTL负载 80C51单片机的引脚功能 I O端口引脚 P2 21 28脚 带内部上拉电阻的8位准双向I O端口 每位能驱动4个LS型TTL负载 在CPU访问片外存储器时 它输出高8位地址 80C51单片机的引脚功能 I O端口引脚 P3 10 17脚 带内部上拉电阻的8位准双向I O端口 每位能驱动4个LS型TTL负载 P3口除作为一般I O口外 每个引脚都有第二功能 I O端口引脚 第二功能列表 MCS 51单片机的内部存储器 256个数据存储器单元 低128字节单元 单元地址 00H 7FH 高128字节单元 单元地址 80H FFH MCS 51单片机的内部数据存储器 专用寄存器区 高128单元 7FH 30H 20H 18H 10H 08H 00H FFH 80H 低128字节单元 内部RAM 第一区 第二区 第三区 低128字节单元 内部RAM 寄存器区 内部RAM的前32个单元作为寄存器使用共分为4组 每组含8个寄存器 在组中按R0 R7编号地址 00H 1FH 低128字节单元 内部RAM 寄存器区 同一时刻 仅选择一组寄存器组工作由PSW中的RS0 RS1决定当前工作的寄存器组通用寄存器有两种使用方法 e g MOVA R0MOVA 00H 低128字节单元 内部RAM 寄存器区 低128字节单元 内部RAM 位寻址区 片内地址 20H 2FH位地址 00H 7FH 低128字节单元 内部RAM 位寻址区 低128字节单元 内部RAM 位寻址区 e g 清除位地址00H单元CLR00HMOV00H 00H或ANL00H 00H 低128字节单元 内部RAM 用户RAM区 供用户使用的一般RAM区 其单元地址为30H 7FH对于用户RAM区 只能以存储单元 字节地址 的形式来使用 在一般应用中常把堆栈开辟在此区中 高128字节单元 内部RAM 专用寄存器区 MCS 51中专门规定的寄存器共有22个其中 有21个可寻址地址 80H FFH 高128字节单元 内部RAM 程序计数器 PC PC中的数据为将要执行的指令地址 16位的计数器 有自动加1的功能没有地址 不可寻址 用户不可对其进行读写e g 执行LCALLAddr16 高128字节单元 内部RAM 累加器A ACC 8位寄存器 地址为 E0H用于存放操作数 是ALU输入的一个重要来源是ALU运算结果的暂存单元 用于存放运算的中间结果 高128字节单元 内部RAM 累加器A ACC 是数据传送的中转站 单片机中的大部分数据传送都要通过累加器进行在变址寻址方式中把累加器作为变址寄存器使用 高128字节单元 内部RAM B寄存器8位寄存器 主要用于乘除运算乘法运算 乘积的高8位存于B中 低8位存于A中除法运算 B中为除数 A中为商值 高128字节单元 内部RAM B寄存器e g MULAB A B BA B中存放高8位 A中存放低8位DIVAB A B A 商 B 余数 高128字节单元 内部RAM 程序状态字寄存器 PSW 8位寄存器 主要用于寄存指令执行的状态信息PSW的各位定义如下 AC CY P OV RS0 RS1 F0 PSW D0H D7D6D5D4D3D2D1D0 高128字节单元 内部RAM 程序状态字寄存器 PSW CY位 PSW 7