单片机精简课件

1、什么叫哈佛结构？哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。哈佛结构是一种并行体系结构，它的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。程序存储器用来存放什么？存储器存储器是用来存放程序、数据、中间结果和最终结果的记忆装置。内部数据存储器分为哪几个部分？包括有工作寄存器组区、可直接位寻址区和数据缓冲区。位寻址区有多少个位？位寻址区共有16个字节,128个位。在51系列单片机里，堆栈指针sp在片内RAM128B中开辟栈区，并随时跟踪栈顶地址。它是按"先进后出"的原则存取数据。开机复位后，单

2、片机栈底地址为07H。主要用来保存临时数据，局部变量和中断/调用子程序程序的返回地址。堆栈指针总是指向栈顶元素。在51系列单片机中，堆栈是向上生长的，所以数据入栈的时候，堆栈指针先加1，再压栈。出栈的时候先弹出数据，堆栈指针再减1。但在AVR单片机中，堆栈是向下生长的，数据入栈时指针将减1，数据出栈时指针将加1。在RST/VPD端持续给出2个机器周期的高电平就可以完成复位操作1、MCS-51单片机有几个定时/计数器？有两个定时/计数器:T1和T0。2、定时/计数器的核心是1个（加1、减1）计数器,它的输入脉冲有两个来源:一个是（ 系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来 ）,另一个是( 是T0

3、或T1引脚输入的外部脉冲源 )。 3、定时/计数器有（4）种工作方式？如何选择和设定？方式0为13位定时计数方式 ；方式1为16位定时计数方式（为最常用方式） ；方式2为8位自动重装初值计数方式 ；方式3只适用T0，把16位的T0分为两个8位定时计数器4、MCS-51单片机定时/计数器在使用之前需要进行初始化，在编程时主要注意两点：第一（要能正确写入控制字）；第二（能进行计数初值的计算）。1、MCS-51单片机的中断源有5个？分别是什么？各中断源所对应的中断服务程序的入口地址是什么？0003H；外部中断0 000BH;定时器0中断 0013H；外部中断1 001BH;定时器1中断 0023H;

4、串口中断2、寄存器IE（中断允许）、IP（终端优先级）和TCON（定时器控制）的全称是什么？作用是什么？51系列单片机主要有哪些部分组成？各自作用是什么？如何将累加器A中的数据高4位清0，低位不变？ ANL A,#0F0H如何将寄存器R2中的数据奇数位取反，偶数位不变？MOV R1,#0FFHXOR R1,#10101010B单片机的概念单片机：将微处理器(CPU)、存储器、I/O接口电路和相应实时控制件集成在一块芯片上，称其为单片微型计算机，简称单片机。应用特点体积小：基本功能部件满足要求可靠性高：BUS大多在内部；易采取电磁屏蔽功能强：实时响应速度；I/O直接操作使用方便：硬件设计简单；提

5、供开发工具资料性能价格比高：电路板小；接插件少易产品化：研制周期短二、单片机应用系统的开发过程系统需求调查；可行性分析；系统方案设计；系统建造；系统调试；系统方案局部修改、再调试；生成正式产品。设计原则： 可靠性高 性能价格比高 操作简便 设计周期短一般设计方法确定系统功能与性能确定系统基本结构硬件设计软件设计1)任务确定2) 软件结构设计MCS - 51单片机的内部结构(8051)中央处理机CPU (8位) 存储器: 片内数据存储器RAM (128个字 节) 片内程序存储器EPROM（4 KB）I/O接口: 4个8位并行口(P0、P1、P2、P3口），1个串行I/O接口，2个16位定时器/计

6、数器，5个中断源二级优先权的中断系统。中央处理器是单片机内部的核心部件, 它决定了单片机的主要功能特性。 它由运算部件和控制部件两大部分组成。运算部件是以算术逻辑单元ALU为核心, 加上累加器A、 寄存器B、 暂存器TMP1和TMP2、 程序状态寄存器PSW及专门用于位操作的布尔处理机组成的, 它能实现数据的算术逻辑运算, 位变量处理和数据传送操作。控制部件是单片机的神经中枢, 它包括定时和控制电路、 指令寄存器、 译码器以及信息传送控制等部件。MCS51单片机程序存储器中有复位和中断源共6个固定的入口地址, 用户不能更改。MCS51单片机复位、 中断入口地址 MCS51 内部数据存储器RAM

7、块共分为工作寄存器区、 位寻址区和数据缓冲区3个部分。 MCS51单片机堆栈区不是固定的,且堆栈属向上生长型， 为了避开工作寄存器区和位寻址区, 一般设在30H以后的范围内。访问内部数据存储器与外部数据存储器的区别?1、地址不同：内部数据存储器的地址为8位（00H-7FH）外部数据存储器的地址为16位（0000H-FFFFH）2、 访问内/外部存储器使用的指令不同。访问内部数据存储器 MOV指令访问外部数据存储器 MOVX指令PC： 程序地址寄存器（16位），始终指向下一条指令的内存地址。 访问范围：00000FFFFHACC： 累加器（8位），专门存放操作数或运算结果。B ： 8位，专门为乘

8、除法而设置的寄存器。SP： 堆栈指针（8位），始终指向堆栈的栈顶位置。 遵循“先进后出”的原则。 DPTR： 数据地址指针（16位），存放程序存储器或外部数据存储器的 地址。可分DPH和DPL两个独立8位寄存器。1. 机器周期和指令周期（1） 振荡周期: 也称时钟周期, 是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。（2） 状态周期: 每个状态周期为时钟周期的 2 倍, 是振荡周期经二分频后得到的。 （3） 机器周期: 一个机器周期包含 6 个状态周期S1S6, 也就是 12 个时钟周期。 在一个机器周期内, CPU可以完成一个独立的操作。4） 指令周期: 它是指CPU完成一条操作所需的全部时间

9、。 每条指令执行时间都是有一个或几个机器周期组成。MCS - 51 系统中, 有单周期指令、双周期指令和四周期指令。 一、定时器/计数器T0、T1的结构两个16位定时器/计数器T0、T1定时器/计数器的工作方式及控制由TMOD寄存器和TCON寄存器完成。定时功能时，每个机器周期定时器加1。计数功能时，在外部事件相应输入脚（T0和T1）产生负跳变，计数器加1。1、 定时器/计数器的方式寄存器TMOD C/T=1, 为计数器方式; C/T = 0, 为定时器方式。GATE=1, 外部启动定时器 /计数器； GATE=0, 程序启动定时器 /计数器。 2、 定时器/计数器控制寄存器TCONT0定时器

10、/计数器溢出中断标志位。 当T0计数溢出时，由硬件置位，在允许中断的情况下，向CPU发出中断请求信号，CPU响应中断转向中断服务程序时，由硬件自动将该位清零。T0运行控制位: “1”启动T0; “0”关闭T0。由软件进行设置。定时器/计数器的初始化一般情况下,包括以下几个步骤：(1)确定工作方式，即对TMOD寄存器进行赋值。(2)计算计数初值,并写入寄存器TH0、TL0或TH1、TL1中。(3)根据需要,置位ETx允许T/C中断。(4)置位EA使CPU开中断(需要时)。(5)置位TRx启动计数。1.中断响应的条件 单片机响应中断的条件为中断源有请求(中断允许寄存器IE相应位置1)，且CPU开中

11、断(即EA=1)。2.中断响应过程 单片机一旦响应中断，自动转到各中断源对应的中断服务程序的入口地址执行中断服务程序。3、中断返回中断返回指令： RETI= RET指令 + 通知CPU中断服务已结束。MCS-51在硬件上设置了一个独立的布尔处理器也称为位处理机有自己相应的累加器，即进位标志位CY。有自己的存储器空间，即内部RAM的位寻址区的128位和特殊功能寄存器SFR中的可位寻址的寄存器中93位。MCS-51在硬件上设置了一个独立的布尔处理器也称为位处理机有自己相应的累加器，即进位标志位CY。有自己的存储器空间，即内部RAM的位寻址区的128位和特殊功能寄存器SFR中的可位寻址的寄存器中93

12、位。4.1 伪 指 令 一、 汇编起始指令 ORG 指令格式: ORG nn功能: 指明后面的程序或数据块的起始地址。二、等值指令EQU 指令格式: 字符名称EQU 数字或汇编符号功能: 使指令中的字符名称等价于给定的数字或汇编符号。三、 定义字节指令DB 指令格式:标号: DB 8位二进制数表功能: 把 8 位二进制数表依次存入从标号开始的连续的存储单元中。四、 汇编结束指令END 指令格式标号: END 地址或标号4-4循环结构程序设计 子程序调用中应注意的问题  由于子程序调用过程中，CPU自动使用了堆栈，因此，容易出现以下几种错误：(1) 忘记给堆栈指针SP赋初值，堆栈初始化

13、位置与第1组工作寄存器重合，如果以不同的方式使用了同一个内存区域，会导致程序乱套。 (2) 程序中的PUSH和POP没有配对使用，使RET指令执行时不能弹出正确的断点地址，造成返回错误。(3) 堆栈设置太小，使栈区溢出。 5-1 单片机的用法（重点）一、单片用法（最小应用系统）MCS-51单片机内部带有程序存储器时,就是一个最简单的最小应用系统,许多实际应用系统就是用这种成本低和体积小的单片结构实现了高性能的控制。该系统的特点如下: (1)单片机提供了 P0、 P1、 P2、 P3四个I/O口，32根I/O线。 (2) 内部存储器的容量有限(有限的内部RAM和程序存储器）。2、 单片机的系统用

14、法（三总线结构） 当单片机最小系统不能满足系统功能的要求时, 就需要进行扩展。 为了使单片机能方便地与各种扩展芯片连接, 常将单片机的外部连线变为一般的微型计算机三总线结构形式。三、单片机系统扩展的内容与方法1、 内容： 外部程序存储器的扩展 外部数据存储器的扩展 输入/输出接口的扩展 管理功能器件的扩展 (如定时器/计数器、键盘/显示器、中断优先级编码器等)。2、 基本方法 使用TTL中小规模集成电路进行扩展。 采用其它一些通用标准芯片来扩展。5-2存储器的扩展存储器扩展的核心问题是存储器的编址问题。扩展注意的问题：读写控制片选控制地址的分配： 地址是一个范围空间 5-3 I/O的扩展 I/

15、O口扩展方法 根据扩展并行I/O口时数据线的连接方式，I/O口扩展可分为： (1) 总线扩展方法 扩展的并行I/O芯片挂接到总线上。 (2) 串行口扩展方法 MCS-51单片机串行口在方式0（移位寄存器工作方式）工作状态下所提供的I/O口扩展功能。MCS-51单片机有一个串行口, 若在串行口外接1个或多个移位寄存器, 则可以扩展多个I/O口。常用的数据采集方法：单片机系统中普遍使用非编码式键盘, 这类键盘主要解决以下几个问题： 键的识别; 如何消除键的抖动; 键的保护。软件上采取的措施：在检测到有按键按下时，执行一个10 ms左右（具体时间应视所使用的按键进行调整）的延时程序后，再确认该键电平

16、是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态。同理，在检测到该键释放后，也应采用相同的步骤进行确认，从而可消除抖动的影响。3、动态显示器接口电路动态显示概念 动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。 动态方式显示时，虽然这些字符是在不同的时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效应，只要每位显示间隔合适就可以给人以同时显示的感觉。 (A)动态扫描方式的确定CPU工作不多、不忙时，可采用采用软件延时的方法。 CPU工作较多、较忙时，可采用定时器中断方式实现。 每隔20 ms扫描一次，每位数码管点亮的时间为1-2 ms，即采用中断一次每位数码

17、管点亮一次的方式，程序较简单。 CPU工作很多、很忙时，可采用定时器中断方式实现。 每隔2-4 ms扫描一位数码管，即采用中断一次点亮一位数码管的方式，程序较复杂。(B) 动态显示程序设计(6位LED为例)MCS-51单片机的中断系统2个外部中断源信号2个定时器T0、T1溢出中断请求1个串行口数据发送、接收结束中断请求说明：1、 MCS-51单片机内部有1个功能很强的全双工串行口。2、发送器：并®串数据格式转换，添加标识位和校验位，一帧数据发送结束，设置发送结束标志，申请中断。3、接收器：串®并数据格式转换，删除标识位和校验位，保存有效数据，设置接收结束标志，申请中断。4、

18、控制器：接收编程命令和控制参数，设置工作方式：同步/异步、字符格式、波特率、校验方式、数据位与同步时钟比例等。5、串行口数据缓冲器SBUF SBUF是两个在物理上独立的接收、发送缓冲器,可同时发送、接收数据。3、 串行接口3种工作方式的差别数据位不同。 波特率可变、固定。 方式1、3波特率：B=(2SMOD/32)×T1溢出率。 方式2波特率： B=(2SMOD /64)×fosc在 MCS -51单片机指令系统中, 有以下7种寻址方式: （1） 立即寻址; （2） 直接寻址; （3） 寄存器寻址; （4） 寄存器间接寻址; （5） 基址寄存器加变址寄存器间接寻址; （6）

19、 相对寻址; （7） 位寻址。按指令的功能, MCS-51 指令系统可分为下列 5 类，共计111条指令: (1) 数据传送;(2) 算术运算;(3) 逻辑运算;(4) 位操作;(5) 控制转移；符号的约定意义Rn： 当前选定的寄存器区中的 8 个工作寄存器R0-R7, n=0-7。 Ri： 当前选定的寄存器区中的 2 个寄存器R0、 R1, i=0、1。Direct： 8位内部RAM单元的地址(00H-7FH)或特殊功能寄存器地址。data：指令中的 8 位常数。 data16：指令中的 16 位常数。 Addr16： 16 位的目的地址, 用于LJMP, LCALL指令。Addr11： 1

20、1位的目的地址, 用于AJMP, ACALL指令。Rel： 8 位带符号的偏移量字节, 用于所有条件转移指令中。 Bit： 内部数据RAM或特殊功能寄存器中的可直接寻址位。例：若在外部程序存储器中TAB单元开始依次存放0-9的平方值，数据指针DPTR=3A00H，用查表指令取得2003H单元的数据后，要求保持DPTR中的内容不变。 ORG 2000HTAB:DB 00，01，04，09，81H；平方表MOV A，#03H ；A03HPUSH DPH ；保护DPTR高8位入栈PUSH DPL ；保护DPTR低8位入栈MOV DPTR，#TAB；确定表首地址（基地址）MOVC A，A+DPTR；A

21、(TAB+03H)POP DPL ；弹出DPTR低位POP DPH ；弹出DPTR高位执行结果：A09H，DPTR=3A00H。例：内部RAM 2AH和2BH单元中存放的ASCII码, 转换为压缩的BCD码存放在20H单元中。 MOV A，#0;A=0MOV R1， #2BH; R1=2BHMOV R0，#2AH ; R0=2AHXCHD A， R1;A=05HSWAP A ;A=50HXCHD A， R0;A=58HXCH A， 20H ;(20H)=58H例：设双字节数 X 存在片内RAM 41H、40H单元，Y存在42H、43H单元，编程求 Z=X+Y，并存入片内RAM单元44H、45H

22、、46H。例: 利用除法指令把累加器A中的8位二进制数转换为BCD数, 并以压缩形式存放在内部RAM区M1、 M2单元中。例： A=01××××××B，×表示随机状态，为1或0，执行下述一组指令执行后A的值如何? XRL A，#0C0H；将累加器A的内容D7、D6取反ORL A，#03H；将累加器A的内容D1、D0置1ANL A，#0E7H；将累加器A的内容D4、D3清0解 ：执行上述指令后，A=10×00×11B。例: 将片外RAM首地址为DATA1的一个数据块传送到片内RAM首地址为DATA2的存储区

23、中，当数据块中有0时停止传送。MOV R0，#DATA1 ；R0作为外部数据块的地址指针MOV R1，#DATA2 ；R1作为内部数据块的地址指针LOOP： MOVX A，R0 ；取外部RAM数据送入AJZ HERE ；数据为零则终止传送MOV R1，A ；数据传送至内部RAM 单元INC R0 ；修改指针，指向下一数据地址INC R1SJMP LOOP ；循环取数HERE： MOV R7，#0例： 当从P1口输入数据为01H 时，程序继续执行，否则等待，直到P1口出现01H。 MOV A，#01H ；立即数01H送AWAIT： CJNE A，P1，WAIT ；P101H，则等待 MOV R0

24、，#2 .例 : 将内部RAM中从DATA单元开始的 10 个无符号数相加, 相加结果送SUM 单元保存。设相加结果不超过8位二进制数, 则相应的程序如下: 解: MOV R0, 0AH ; 给 R0 置计数器初值MOV R1, DATA ; 数据块首址送R1CLR A ; A清零LOOP: ADD A, R1 ; 加一个数INC R1 ; 修改地址, 指向下一个数DJNZ R0, LOOP ; R0 减 1, 不为零循环MOV SUM, A ; 存 10 个数相加和初值X的计算方法: 计数功能: X=2计数值 定时功能: X=2定时时间/T 其中：方式0：n=13；方式1：n=16；方式2、

25、3 n=8 T=12÷晶振频率=机器周期 例 ：计算定时1 ms对应的初值, 设单片机晶振频率为 12 MHz，方式1。解: X = M定时时间/T 机器周期=12÷12 MHz= 1 s 所以： X = 2161ms/1 s =FC17H例：若晶振频率为6MHz,试计算MCS-51单片机定时/计数器的最小定时时间和最大定时时间。解：先确定机器周期：机器周期 T=12÷6 MHz= 2 s 计算最小定时时间： 对于定时器的几种工作方式来说,最小定时时间都是一样的，即：X = M定时时间/T Tmin=（M-X）T =1×2s=2s 计算最大定时时间： 在

26、方式1下的定时时间最长,则最大定时时间为 Tmax= （M-X）T=（216- 0）×2s =131ms思考：外接晶振为12 MHz时, MCS51单片机的4个时间周期的具体值为多少？答： 振荡周期=1/12 s; 状态周期=1/6 s; 机器周期=1 s; 指令周期=1-4 s。例：将位地址20H的一位数传送到位地址30H中： MOV C，20H MOV 30H，C例：使仪表蜂鸣器间断发声的程序。 N1: CLR P2.3;BEEP响 CALL DELAY1 ；延时 SETB P2.3;BEEP不响 CALL DELAY2；延时 SJMPN1ORG伪指令说明其后面程序的目标代码在存储器中