单片机原理与应用.doc

单片机原理与应用本文由ruyunshui_rys贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 单片机原理与应用 主 讲：王晓荣 Email： POPO: njwsir TEL : 83587368 要求 1. 2. 3. 4. 课堂上要记笔记 课前提前10分钟进教室 缺课需有请假条 课堂上禁止小声讲话 参考书 李广弟 单片机基础北航出版社 求是科技 单片机典型模块设计实例导航 人民邮电出版社 PROTEL相关书籍 C51相关书籍 1 单片机概述 1.1什么叫单片机 ？ 什么叫单片机 英文解释：SCMC（Single Chip MicroComputer） 中文解释：一个单片的微型计算机 （CPU、内存、硬盘、主板等） 1.2单片机的特点 单片机的特点 体积小，价格低，开发成本低 容量小，速度慢 想想看：为什么8位、12M的单片机20多 年来还没有被淘汰？ 1.3单片机的应用 单片机的应用 1.4单片机的种类 单片机的种类 生产单片机的公司很多： Motorola公司、 Intel公司、Atmel公司、Philips公司等 每个公司生产的单片机又有很多型号 但很多种类的单片机采用相同的内核 内核相同的单片机软硬件设计方法类似 以MCS-51为内核的单片机全球市场占有量 约为54 ；国内市场占有量约为80 ； 1.5单片机系统设计 单片机系统设计 硬件设计 画电路图 PCB板 硬件电路板 软件设计 汇编语言设计（基础；同微机原理中的学的汇编语言不 同；MCS-51的汇编共111条指令P70） C语言设计（常用;同标准C语言类似但不完全相同） 1.6实例：用8051实现发光二极管的闪烁 实例： 实例 实现发光二极管的闪烁 1.6.1硬件 硬件 89c51（引脚数；引脚标号；电源引脚） 时钟电路（通用电路；4M-12M） 复位电路（通用电路；原理；RESET键） EA引脚（为“1”，则从内部ROM开始执行 程序） 发光二极管（驱动能力问题） 1.6.2软件 软件 LOOP： SETB LCALL CLR LCALL AJMP MOV MOV DJNZ DJNZ RET P1.0 DELAY P1.0 DELAY LOOP R7， #50H R6， #0e0H R6， D2 R7， D1 DELAY： D1： D2： END 1.6.3其它 其它 编程环境（如E6000） ROM;EPROM;FLASH （编程器） 仿真器 作业 1. 自学单片机概述 2. 8051、80C51、89C51的区别是？ 3. 如果采用片内ROM，8051中的/E/A引脚 如何接？ 4. 民用级、工业级、军用级的单片机温度范围 是？ 5. 单片机的英文简称 6. 用8051实现两个发光二极管轮流发光（硬 件图及汇编程序） 2 单片机芯片的硬件结构 2.1单片机的结构框图 CPU RAM ROM C/T C/T 2.1.1CPU 读取指令、执行指令 2.1.2 256B的RAM 内部RAM共有256个字节（00H0FFH）。 可分为5个区域 通用寄存器区（00H1FH） 位寻址区（20H2FH、80H 、88H 、90H 、 98H 、0A0H 、0A8H 、0B0H 、0B8H 、 0D0H 、0E0H 、0F0H ） 用户RAM区（通常为20H7FH） 专用寄存器区（80H0FFH;仅使用了其中的23 个单元） 堆栈区（自定7FH) 通用寄存器区(00H-1FH) 通用寄存器区 32个存储单元:R0-R7,共4组 哪些指令与通用寄存器区有关？（举例） 如何改变寄存器的组别？ （后面会讲到） 用户RAM区（通常为 用户 区 通常为20H-7FH） 通常为 哪些指令与用户 用户RAM区有关？ （举例） 用户 区 专用寄存器区（80H-0FFH） 专用寄存器区 共128个单元，但只利用了23个单元，每 个单元都有专门的用途 我们把有专门用途的存储单元叫做专用寄存 器 （参见P21表；共22个） 指令同用户RAM区的指令 介绍几个专用寄存器 程序计数器PC （占2个存储单元） 在专用寄存器区，但没有单元地址 MOV PC，0FFH 1.6例程序代码执行全过程 * MCS-51内核（系列）的单片机只能扩展 64k的ROM 累加器A （0E0H） 哪些指令与A有关？ ADD 20H, 30H MOV A, 20H ADD A, 30H MOV 20H, A 程序状态字PSW （0D0H） 位序 位标志 PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0 CY AC F0 RS1 RS2 OV / P CY: 进位标志（自动变化）；位累加器 RS1、RS2: 寄存器组选择位 问：如何改变寄存器的组别？ 哪些指令与PSW有关？ 位寻址区(20H-2FH、部分专用寄存器) 位寻址区 哪些指令与位寻址区有关？ CLR 20H 如果将2BH.3位置位，用什么指令？ 答：SETB 5BH 如果将3BH.3位置位，用什么指令？ 答：MOV A, 3BH ORL A, #08H MOV 3BH, A 作业 1. 2. 3. 4. 内部RAM可分为哪5个区域？ CPU的作用是？ 单片机复位时，（PC)=? 标出1.6例的每一条语句执行后的PC值。 堆栈区（自定7FH) 堆栈区 堆栈的用途：子程序或中断程序调用时保护 断点（自动）和保护现场 SP工作原理*（举例） 片外RAM（顺便介绍） 片外 （顺便介绍） 如果片内RAM不够，最多可另外扩展64K 的外部RAM 片内RAM和片外RAM地址可重叠（画图） MOV A,30H 是将片内RAM还是片外RAM 中的数据读到A？ MOV、MOVX的区别 如何读取片外RAM的内容？* 2.1.3 4KB的片内ROM及外部ROM 作用：存放程序和原始数据 如何读取程序？（前面已经介绍） 如何存放原始数据？（举例） 读取原始数据的指令是？ ROM空间分配图* 不提倡片内ROM和片外ROM混用。 如何读取原始数据？（举例) EQU #50H ;顺便介绍伪指令 AJMP MAIN ;原因以后讲 ORG 0030H MAIN: MOV SP, #60H MOV A, DATA ORG 1000H TAB: DB 0C0H, 0F9H, 0A4H DB 90H, 39H, 44H ORG 1100H TAB1: DW 0ABCDH, 3333H, 2222H DW 5555H, 5555H, 7777H END TAB2: DB 0ABH, 39H DATA 2.1.4 2个定时 计数器 个定时/计数器 个定时 实现定时有两种：软件定时和硬件定时 1.6例中的延时子程序为软件定时 用片内定时/计数器定时为硬件定时 如何实现硬件定时以后详细讲 2.1.5 并口 4个并口（P0、P1、P2、P3） 4个并口都可以作为通用I/O口使用 P1口作输入口使用时，应先写“1” 如何读取P1.0引脚（或P1口）的数据？ 答： SETB P1.0 MOV C, P1.0 P0口 1.通用I/O口 2.数据线（） 3.低8位地址线（） 第1功能不能同第2、3功能同时使用 P1口 通用I/O口 P2口 通用I/O口 高8位地址线（） 第1功能不能同第2功能同时使用 P3口 通用I/O口 P3.0、P3.1：（串口作通讯用；自学） P3.2 ：外部中断0申请；P3.3 ：外部中断1 申请(5个中断) P3.4：T0计数输入；P3.5 ：T1计数输入(定 时器和计数器) P3.6 (/W/R): 外部RAM写选通（简单介绍） P3.7 (/R/D): 外部RAM读选通（简单介绍） 2.2 时序 时钟电路：通用 晶振可选4M-12M(常用：6M和12M） 执行一条指令要多长时间？ 1-4个机器周期 一个机器周期等于晶振的12个振荡周期 晶振为6M时，执行指令MOV R7, 50H 需多长时间？1.6例中软件延时多长时间？ 2.3 信号引脚 共40个引脚 并口（32）电源（2）晶振（2） RST/E/A ALE+/P/S/E/N ALE：地址锁存信号；接锁存器 /P/S/E/N：取指信号（/W/R、/R/D) 作业1 作业 1. 某程序中出现MOV SP， #60H语句，请 问该语句的作用是？ 2. 简述子程序调用时，堆栈区是如何工作的？ 3. 单片机复位时，（SP)=? 4. 按要求预习第三章和第四章 5. 简述MOV、MOVX、MOVC指令的区别 6. 编程将片内RAM 30H单元开始的15个字节 的数据传送到片外RAM3000H开始的单元 中去。 作业2 作业 1. 4个并口除作为通用I/O口之外，还有什么 其他功能？ 2. 如果使用12M的晶振，请编一个延时子程 序，使延时时间为40ms。 3. /P/S/E/N、/W/R、/R/D这3个引脚的功 能是？ 4. 89C51共有多少个引脚?多少个并口？并口 的位数是? 3 4 指令系统 汇编语言 31 指令 ADD与ADDC 例 MOV A，#0C0H ADD A，#60H （A）=? （CY）=? 答：20H ；1 例 例 SETB MOV ADD ADDC （A）=? C A, 50H A, 50H A, 50H （CY）=? 答：0F0H ；0 INC 例：MOV A，#33H INC A (A) = ? (CY) = ? 例：MOV A，#0FFH INC A (A) = ? (CY) = ? 例：MOV A，#00H DEC A (A) = ? (CY) = ? DA A 什么叫BCD码？什么叫压缩BCD码？ （十 进制） 例：如果30H内容为：10101000B，问A 中值是多少？ 压缩BCD码是多少？ 执行指令MOV 31H, #50H 后，31H的 压缩BCD码是多少？ BCD码的主要用途是为了显示方便 如何进行BCD码的相加呢？ DA A （续1） 问：MOV A, MOV R1, ADD A, （A）=? 问：MOV A, MOV R1, ADD A, DA A （A）=? #50H #50H R1 #50H #50H R1 DA A （续2） 例：将30H、31H中BCD码相加结果存在 30H、31H中。 答: MOV A, 30H ADD A, 31H DA A MOV 31H,#00H ADDC 31H ,#00H AJMP、SLMP、LJMP、JMP的区别 直接转移指令（不返回） AJMP addr11:只能在2K的页面内转移 SJMP rel:只能在该语句位置的128 127个字节范围内转移(P161) LJMP addr16:无条件转移 实际编程中， addr11、 addr16、 rel统 一用标号代替 JMP A+DPTR:无条件转移;这条语句专 门为实现多分支程序 多分支程序设计的(例4.5) 多分支程序 ACALL、 LCALL的区别 子程序调用指令 （必须返回） ACALL addr11:只能在2K的页面内调用 子程序 LCALL addr16:无条件调用子程序 CJNE 、 DJNZ CJNE：用于数值比较；对CY有影响（左边 小，CY=“1”）；P86例题 DJNZ：用于实现循环 作业 将R0中的内容乘以10（积256) 求片外RAM3000H、3001H单元数据的平 均值，并传送给3002H单元 R1中存有一BCD码，请编程将它转换成 ASCII码。 编程注意事项 1. 汇编程序设计必须对硬件结构有详细了解。 2. 主程序末尾必须加死循环语句。（原因） 如：SJMP $ (HERE: SJMP HERE)等 3. 多看，多练 课堂练习1 2000H（ROM）: 3FH,06H,5BH,4FH 执行程序： CLR A INC A MOV DPTR, #2000H MOVC A, A+DPTR CPL A 问：（A）=? 课堂练习2 MOV 60H, #2BH MOV 61H, #61H CLR C MOV A, #91H SUBB A, 60H ADD A, 61H DA A （A）=? 课堂练习3 MOV A, #3BH, ANL A, #9EH, （A）=? （CY）=? 课堂练习4 下面哪条指令在8051单片机的/W/R引脚产生 低电平信号？ (A) MOVX A, DPTR (B) MOVC A, A+PC (C) MOVC A, A+ DPTR (D) MOVX DPTR, A 课堂练习5(判断正误) 将片外RAM中3057单元的内容传送给A 1. MOVX A, 3057H 2. MOVX DPTR, #3057H MOVX A, DPTR 将PSW内容读入A PSW A 3. MOV A, PSW 4. MOV A, 0D0H 5. MOV R0, #0D0H MOV A,R0 6. PUSH PSW POP ACC 课堂练习6 将片内RAM21H、20H单元中的3位压缩 BCD码，转换成二进制数，其结果仍存放 于21H、20H中。 作业 片内RAM50H、51H中有一个2B的二进制 数，高位在前，低位在后，请编程将其求补 并存回原单元中去。 片内RAM30H开始有10个1B的二进制数， 求它们的和，并将结果存于40H、41H中。 5 编程环境介绍 文件和项目 汇编语言的文件名后缀为：*.asm 仿真器设置 项目由仿真器设置、文件和包含文件组成 编译 主要用来检查语法错误 注意： 仿真器设置 中文字符 确保关闭旧项目 执行 全速执行 暂停 复位 执行到光标处 跟踪 单步 设置/取消断点 窗口 项目窗口 信息窗口 数据窗口 DATA 窗口 CODE窗口 XDATA窗口 6 单片机存储器扩展 6.1 RAM扩展 内部RAM空间不够，要外接RAM 例：外接一片UT6264 芯片资料可以访问网站： WWW.21IC.COM 电路图 思考：读写外部RAM时，硬件工作原理 思考：地址范围问题 线选电路和译码电路 例：外接两片UT6264 6.2 ROM扩展 例：外接一片M2764A 例：外接两片M2764A 6.3 ROM、RAM扩展 例：外接一片M2764A 和一片UT6264 作业 课本P135问答题1 课本P135问答题3（其中1片改为2片） 7 单片机的中断与定时系统 7.1 89C51的中断 89C51有5个中断：2个外部中断、2个定 时/计数中断、1个串行中断 7.2 外部中断 7.2.1 举例：按键控制发光二极管的亮灭 硬件：在1.6例子的基础上在P3.2引脚增加一 个按键电路。 软件 软件 LJMP ORG 0003H LJMP ORG 0030H MAIN： INT0 ;?2 ;?3 ;?4 ;?5 MAIN ;?1 INT0: END SETB IT0 SETB EA SETB EX0 SJMP $ CLR P1.0 RET I 7.2.2 外部中断申请信号的引脚 /I/N/T/0(P3.2) /I/N/T/1 (P3.3) 7.2.3 外部中断申请信号的种类 脉冲信号（下降沿有效） 电平信号（低电平有效） ；解释 信号种类需要告知单片机。 如何告知单片机呢？ ；SETB IT0 专用寄存器：TCON 位序 位标志 8FH TF1 8EH TR1 8DH TF0 8CH TR0 8BH IE1 8AH IT1 89H IE0 88H IT0 单元地址：88H ;P22 位地址：88H8FH ;P23 IT0、IT1：”0” 电平触发（低电平有效） ”1” 脉冲触发（下降沿有效） 默认值是”0” IE0、IE1：有中断请求时，自动置”1” 中断响应后， 自动清”0” 专用寄存器：IE 位序 位标志 0AFH EA 0AEH / 0ADH / 0ACH ES 0ABH ET1 0AAH EX1 0A9H ET0 0A8H EX0 单元地址：0A8H ;P22 位地址：0A8H0AFH ;P23 EA：总中断开关 ； SETB EA 其余：分中断开关 ； SETB EX0 7.2.4 外部中断响应 条件1：IE0(IE1)为“1” 条件2：相应中断开关打开 外部中断响应：自动执行语句 LCALL XXXXH XXXXH: 0003H ;外部中断0 0013H ;外部中断1 中断响应后, IE0(IE1)清零 7.2.5 外部中断响应的全过程 7.2.6 电平触发的问题 低电平触发时间过长，结果会怎样？ 如何解决？ 硬件： 加D触发器 ；P145 D触发器原理: 当CP有正跳变时，Q=D 其余，Q不变 当SD(直接置位端)有负跳变时，Q=1 软件:在中断程序开头加：SETB P1.1 CPL P1.1 7.3 中断优先级 如果INT0和/INT1同时有申请信号，怎么办？ 自动将IE0、IE1都置“1” 如果两个外部中断开关都打开，如何响应中断？ 必须考虑中断优先级 专用寄存器：IP 位序 位标志 0BFH / 0BEH / 0BDH / 0BCH PS 0BBH PT1 0BAH PX1 0B9H PT0 0B8H PX0 单元地址：0B8H ;P22 位地址：0B8H0BFH ;P23 优先顺序：从右到左 如果IP相应位置“1”: 则优先响应 作业 描述外部中断响应的全过程 利用8个发光二极管记录按键按下次数。（忽 略按键抖动问题；实验四） 7.3 定时计数中断 7.3.1 举例：发光二极管的每隔0.1秒定时 亮灭 硬件：同1.6例 软件: 见7.3.1例 7.3.2 定时计数器的工作方式 定时器和计数器 4种工作方式（0、1、2、3） 如何设定定时计数器及其工作方式？ 专用寄存器：TMOD 位序 位标志 7 GATE 6 C/T 5 M1 4 M0 3 GATE 2 C/T 1 M1 0 M0 单元地址：89H ;P22 不能进行位寻址 ;P23 C/T ：定时计数选择 M0、M1：工作方式选择 GATE：启动方式设定（”1”：外部中断启 动；”0”：软件启动；软件启动比较常见， TCON中的TR1、TR0 ） 7.3.3 工作方式1 再学几个专用寄存器：TL0(8AH)、 TL1(8BH)、TH0(8CH)、TH1(8DH) TL0、TH0 （TL1、TH1）组成一个16位 的大存储单元 如果定时计数器被启动，该存储单元内容自 动加1（定时器每隔1个机器周期；计数器 每数1个脉冲） 该存储单元可以赋初值 7.3.3 工作方式1 （续） 如果该存储单元发生溢出，自动改变TCON中 的TF0（TF1 ） 如果满足 条件1 TF0(TF1)为“1” 条件2：相应中断开关 则响应中断（自动执行语句 LCALL XXXXH） XXXXH: 000BH;定时计数中断0 001BH;定时计数中断1 响应中断后，硬件自动将TCON中的TF0 （TF1 ）清零 定时时间确定 设机器周期为Tp, 定时时间为T, 定时初值 为n T=Tp(216-n) 问题 存储单元溢出后的值是多少？ 解决 工作方式1的解决办法是：在中断程序中再 次赋初值 定时计数器工作方式1的工作过程 作业 定时中断用到哪些专用寄存器？ 描述定时计数器工作方式1中断响应全过程 利用计数器实现：每当按键按下10次时，发 光二极管亮灭变化。（忽略按键抖动问题;实 验五） 7.3.4 工作方式2 具有自动重新加载功能 TL0（TL1）作计数器 TH0（TH1）作预置寄存器 溢出后， TH0（TH1）自动加载TL0（TL1） 缺点：8位 问: 当晶振为6M时，方式1和方式2最大定 时时间分别是？ 例题 如果将7.3.1例题中的定时器改用方式2， 程序应如何修改？ 7.4 查询方式程序设计 将7.3.1例改为查询方式 缺点：占用主程序 7.5 综合举例 课本P158例 改为查询方式，如何改？ 缺点：定时不准确 作业 编程实现（6M）：P1.0口输出矩形波，其 中高电平宽0.2s，低电平宽0.8us 8 单片机 单片机I/O口的扩展及应用 口的扩展及应用 8.1 I/O口为什么需要扩展 口为什么需要扩展 I/O口数量不够 增加驱动能力 8.2 常用I/O口扩展芯片种类 输入口扩展芯片 输出口扩展芯片 可编程I/O口扩展芯片 8.2 常用I/O口扩展芯片 74LS244、 74LS245 、74LS373、74LS377、 8155、8255、8279等 8.2.1 74LS244 输入口扩展芯片（接P0口） P175图7.9 16个引脚（8822） 八三态（3S）缓冲器 MCS51采用统一编址方式 举例 很多芯片内部集成有74LS244，如 ADC0809(P250