机械系统微机控制 总结教材

1、机械系统微机控制王志刚机械系机电教研室2022年5月26日15时09分单片机内容纵览单片机内容纵览 单片机（嵌入式应用）属于专用计算机，主要应用于智能仪表、智能传感器、智能家电、智能办公设备、汽车及军事电子设备等应用系统。 单片机体积小、价格低、可靠性高，其非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。nMCS-51单片机的种类 8051、8751、80318051、8751、8031提供的资源：提供的资源： 它们均具有它们均具有8位位CPU 、4个并行个并行I/O口、口、2个个T/C、1个全双工的串行口、个全双工的串行口、5个中断源、个中断源、21个个SFR、128个字节个字节R

2、AM。 8051内部有内部有4KROM程序存储器；程序存储器； 8751内部有内部有4KEPROM程序存储器；程序存储器； 8031内部内部外接外接EPROM程序存储器。程序存储器。 它们均可以构成一个完整的它们均可以构成一个完整的8位计算机。位计算机。什么是单片机什么是单片机? 在一块芯片体上集成了中央处理器在一块芯片体上集成了中央处理器CPU、随机存储器、随机存储器RAM、程序存储器、程序存储器ROM或或EPROM、定时器计数器、中、定时器计数器、中断控制器以及串行和并行断控制器以及串行和并行IO接口等功能部件，单芯片微接口等功能部件，单芯片微型计算机，即单片机。型计算机，即单片机。MCS

3、-51MCS-51单片机的基本结构单片机的基本结构88微处理器微处理器（运算部件（运算部件）控制部件控制部件 数据存储器数据存储器RAMP0口口P2口口程序存储器程序存储器P1口口P3口口串串行行口口定时定时/计计数器数器中断中断系统系统特 殊 功特 殊 功能 寄 存能 寄 存器（器（SFR）88ROM/EPROMXTAL1XTAL2 PSENALEEARESETCPU时钟电路VCCVSSXTAL2XTAL1RSTP0. 0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7P1. 0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7P2.7 P2.6 P2.5

4、P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0ALEP3. 0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7EAPSENRXD/TXD/INT0/ INT1/ T0/ T1/WR/ RD/1234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222180318051 875189C511.中央处理器中央处理器CPU：8位，运算和控制功能位，运算和控制功能2.内部内部RAM：共共256个个RAM单元，用户使用前单元，用户使用前128个单元，用个单元，用于存放可读写数据，后于存放可读写数据，后1

5、28个单元被专用寄存器占用。个单元被专用寄存器占用。3.内部内部ROM：4KB掩膜掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表，用于存放程序、原始数据和表格。格。4.定时定时/计数器：计数器：两个两个16位的定时位的定时/计数器，实现定时或计数功计数器，实现定时或计数功能。能。5.并行并行I/O口：口：4个个8位的位的I/O口口P0、P1、P2、P3。6.串行口：串行口：一个全双工串行口。一个全双工串行口。7.中断控制系统：中断控制系统：5个中断源（外中断个中断源（外中断2个，定时个，定时/计数中断计数中断2 个，串行中断个，串行中断1个）个）8.时钟电路：时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率

6、可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHZ和和12MHZ9.复位电路：复位电路：上电复位和手动复位上电复位和手动复位1.CPU作用：读入和分析每条指令，根据每条指令的功 能要求，控制各个部件执行相应的操作。组成：运算器和控制器。算术、逻辑运算部件算术、逻辑运算部件ALUALU、累加器累加器ACCACC、寄存器、寄存器B B、暂存器暂存器TMP1TMP1、TMP2TMP2、程序状态寄存器程序状态寄存器PSWPSW、布尔处理器、布尔处理器、十进制调整电路十进制调整电路时钟发生器、定时控制逻辑、时钟发生器、定时控制逻辑、指令寄存器、指令译码器指令寄存器、指令译码器 、程序计数器程序计数器PCPC、程序

7、地址寄存器、程序地址寄存器、数据指针寄存器数据指针寄存器DPTRDPTR、堆栈指针堆栈指针SPSP运算器运算器控制器控制器算术、逻辑运算部件算术、逻辑运算部件ALUALU指令寄存器指令寄存器指令译码器指令译码器 2. 2.存储器存储器 片内程序存储器（4KB） 片外程序存储器（扩展64KB） 片内数据存储器（256B） 片外数据存储器（扩展64KB）51系列单片机在物理上有4个存储空间：SFRRAM位寻址区位寻址区工作工作寄存器寄存器0-3组组外部外部RAMRAM0000FFFF00H20H30H80HFF外部外部ROM内部内部ROMEA=1外部外部ROMEA=000000FFF1000FFF

8、F1FH2FH7FHmovmovxmovc程序程序存储器存储器内部外部0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K)0000H0001H0002H(PC)中断5中断4中断3中断2中断10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中断0定时器0中断外部中断1定时器1中断串行口中断8位位0FFFH0FFEHEA=1 EA=0EA=1 EA=0程序程序存储器资源分布存储器资源分布中断入口地址0000H 系统复位入口地址系统复位入口地址0003H 外部中断外部中断0入口地址入口地址000BH 定时器定时器/计数器计数器T0中断入口地址中断入口地址0013H 外部中断外部

9、中断1入口地址入口地址001BH 定时器定时器/计数器计数器T0中断入口地址中断入口地址0023H 串行口中断地址串行口中断地址P2.5P0ALE8031PP2.42.074LS373GA70CEO70A128A 128O70A7027642764OEOECEPSENEA（8k）（8k）0000HFFFFH(64K)内部外部数据数据存储器存储器00HFFH7FH80HRAM专用寄存器0000H H07H07H0808H H0FH0FH1010H H17H17H1818H H1FH1FH0区区R0R0R7R7R0R0R7R7R0R0R7R7R0R0R7R71区区2区区3区区工作寄存器区工作寄存器

10、区可位寻址区可位寻址区20H2FH7F 7807 0030H7FH数据缓冲区数据缓冲区/堆栈区堆栈区内部内部RAMRAM存储器存储器D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0CY AC F0 RS1 RS0 OV P pswMCS-51的专用指针的专用指针DPTR 外部数据存储器地址外部数据存储器地址指针指针 R0、R1 外外/内部数据存储器地内部数据存储器地址低址低8位指针位指针SP 堆栈地址指针堆栈地址指针PC 程序存储器地址指针程序存储器地址指针离散分布有离散分布有2121个个特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRSFR。 1111个可以进行个可以进行位寻址。位寻址。特别提示：对特别提示

11、：对SFRSFR只能使用直接只能使用直接寻址方式，书写时寻址方式，书写时可使用寄存器符号，可使用寄存器符号，也可用寄存器单元也可用寄存器单元地址。地址。Mov A ，#07HMov E0H，#07H单元地址2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20H7F7F77776F6F67675F5F57574F4F47473F3F37372F2F27271F1F17170F0F0707 MSB 位地址 LSB7E7E76766E6E66665E5E56564E4E46463E3E36362E2E26261E1E16160E0E06067D7D75756

12、D6D65655D5D55554D4D45453D3D35352D2D25251D1D15150D0D05057C7C74746C6C64645C5C54544C4C44443C3C34342C2C24241C1C14140C0C04047B7B73736B6B63635B5B53534B4B43433B3B33332B2B23231B1B13130B0B03037A7A72726A6A62625A5A52524A4A42423A3A32322A2A22221A1A12120A0A020279797171696961615959515149494141393931312929212119191

13、111090901017878707068686060585850504848404038383030282820201818101008080000在MCS-51系列单片机中，位地址有以下几种表示方式：（1）直接使用位地址。（2）用单元地址加位序号表示。如25H.5表示25H单元的D5位（位地址是2DH），而PSW中的D3可表示为D0H.3。这种表示方法可以避免查表或计算，比较方便。（3）用位名称表示。特殊功能寄存器中的可寻址位均有位名称，可以用位名称来表示该位。如可用RS0表示PSW中的D3位：D0H.3（4）对特殊功能寄存器可直接用寄存器符号加位序号表示。如PSW中的D3位，又可表示为P

14、SW.3。P2.5P0ALE8031PP2.42.074LS373GA70CEO70A128A 128O70A7062646264OEOECEPSENEAP2.6WRRD&WEWE图9-10 可读写程序存储器电路3. 3. 定时定时/ /计数器计数器微处理器微处理器（CPUCPU）TH1TH1TMODTMODTCONTCONTL0TL0TH0TH0TL1TL1T1T1部分部分T0T0部分部分P3.5(T1)P3.5(T1)P3.4(T0)P3.4(T0)1 1、定时、定时/ /计数器的结构计数器的结构1、模式控制寄存器TMODGATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0控

15、制控制T1T1控制控制T0T0TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT02、控制寄存器TCON计数初值：X=M-计数值=28-200=56D=38H（M-X）T=定时值 即（213-X）10-6=110-389H88H82538253可编程定时可编程定时/ /计数器计数器P0（80H）口有两个用途，第一是作为普通I/O口使用；第二作为地址/数据总线使用。当用作第二个用途时，在这个口上分时送出低8位地址和传送数据P1（90H）口只用作普通I/O口，所以它没转换开关MUXP2（A0H）口也有两种用途，一是作为普通I/

16、O口，二是作为高8位地址线。P3（B0H）口是一个多功能端口，P3口除了有准双向I/O功能外，还具有第二功能4个个8位的位的I/O口口P0、P1、P2、P3。4.4.并行并行I/OI/O口口82558255可编程通用并行接口可编程通用并行接口5.5.串行接口串行接口发送发送SBUFSBUF（99H99H）发送控制器发送控制器接收控制器接收控制器输入移位寄存器输入移位寄存器串串行行控控制制寄寄存存器器（98H98H）门门定定时时器器T1T111接收接收SBUFSBUF（99H99H）串行口中断串行口中断8 88 88 8TXD(P3.1)TXD(P3.1)RXD(P3.0)RXD(P3.0)TI

17、TIRIRI内部总线内部总线图图6-4 6-4 串行口结构框图串行口结构框图SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RISM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RID0D0D2D2D1D1D3D3D4D4D5D5D6D6D7D71串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCON98H2电源控制寄存器PCON（低4位：CHMOS器件的掉电方式控制位）。）。SMOD SMOD GF1 GF0 PD IDL GF1 GF0 PD IDLD7D7D5D5D6D6D4D4D3D3D2D2D1D1D0D087H模式模式0 0的波特率的波特率= =foscfosc/12/12模式模式2

18、2的波特率的波特率=2=2SMODSMODfoscfosc /64 /64模式模式1 1和模式和模式3 3的波特率的波特率= 2= 2SMODSMODT1T1的溢出率的溢出率/32/32fosc12（256-X）（3 3）RS-422ARS-422A、RS-485RS-485电平信号传输电平信号传输 当通信双方距离较远时（大于15 m以上），可采用RS-422或RS-485C串行标准进行数据传输。（2 2） RS-232CRS-232C电平信号传输电平信号传输 当通信双方距离较近时（15 m），可采用RS-232C 电平信号传输。RS-232C通信接口是一种标准的串行接口，在电气特性上RS-2

19、32C采用负逻辑： 它规定 逻辑“1”：-5V-15V 逻辑“0”：+5V+15V（1 1）TTLTTL电平信号直接传输电平信号直接传输 当通信双方传输距离近时（小于5 m），可以采用单片机自身的TTL电平直接传输信息 单片机信号是TTL电平 逻辑“1”：大于+2.4V 逻辑“0”：小于+0.4V6.6.中断系统中断系统TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT08F8F88888A8A8C8C89898B8B8D8D8E8E1、定时器控制寄存器TCON的中断标志(88H)/ / / / / / TI RI/ /

20、/ / / / TI RI9F9F98989A9A9C9C99999B9B9D9D9E9E2、串行口控制寄存器SCON的中断标志（98H）EA / / ES ET1 EX1 ET0 EX0EA / / ES ET1 EX1 ET0 EX0AFAFA8A8AAAAACACA9A9ABABADADAEAE中断允许控制寄存器中断允许控制寄存器IEIE（A8HA8H）/ / / PS PT1 PX1 PT0 PX0/ / / PS PT1 PX1 PT0 PX0BFBFB8B8BABABCBCB9B9BBBBBDBDBEBE中断优先级控制寄存器中断优先级控制寄存器IPIP（B8HB8H）7.7.时钟电

21、路时钟电路XTAL2XTAL18051C1C2CYS1至内部时钟至内部时钟电路电路外部时信号源外部时信号源XTAL2XTAL18 0 51V CCVSSTTL1图图2-10 2-10 振荡电路振荡电路图图2-11 2-11 外部时钟脉冲源接法外部时钟脉冲源接法1.可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHZ和和12MHZ 一条指令可以分解为若干基本的微操作，而这些微操作所一条指令可以分解为若干基本的微操作，而这些微操作所对应的脉冲信号，在时间上有严格的先后次序，这些次序就对应的脉冲信号，在时间上有严格的先后次序，这些次序就是计算机的时序。时序是非常重要的概念，它指明

22、单片机内是计算机的时序。时序是非常重要的概念，它指明单片机内部以及内部与外部互相联系所遵循的规律部以及内部与外部互相联系所遵循的规律 1、拍（P）：振荡脉冲的周期，用P表示。是晶体的振荡周期，或是外部振荡脉冲的周期，是MCS-51单片机中最小的时序单位。 2、状态或时钟周期（S）：振荡脉冲经二分频后得到的时钟信号，把时钟信号的周期称为状态，用S表示。一个状态包括两个拍P1和P2（前拍和后拍）。是最基本的时间单位。 3、机器周期：CPU完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。由6个状态（12拍）组成。 4、指令周期：是执行一条指令所需要的时间。是MCS-51单片机最大的时序单位。一个指令周期通常

23、含有14个机器周期。 单片机各种周期的相互关系 若外接晶振为若外接晶振为12MH12MHZ Z，MCS-51MCS-51单片机的四个周期的具单片机的四个周期的具体值为：体值为： 振荡周期振荡周期= =1/12s1/12s； 时钟周期时钟周期= =1/6s1/6s； 机器周期机器周期= =1s1s； 指令周期指令周期=1 4s； MCS-51VC CVCCRESETVSS22uF1KMCS-51VC CVCCRESETVSS22uF1KRESETR1R2200复位电路复位电路 寄存器寄存器 复位状态复位状态 寄存器 复位状态PC 0000HPC 0000HACC 00HACC 00HB 00HB

24、 00HPSW 00HPSW 00HSP 07HSP 07HDPTR 0000HDPTR 0000HP P0 0 P P3 3 FFH FFHIP (IP ( 00000)00000)IE (0IE (000000)00000)TMOD 00HTMOD 00HTCON 00HTCON 00HTH0 00HTH0 00HTL0 00HTL0 00HTH1 00HTH1 00HTL1 00HTL1 00HSCON 00HSCON 00HSBUF (SBUF () )IE (0IE (00000)0000) 8051 8051进入复位状态后，除进入复位状态后，除SPSP为为07H07H，P0P0P3

25、P3为为FFHFFH外，其外，其余均为余均为0 0。80C5180C51的掉电保护和低功耗设计的掉电保护和低功耗设计SMODGFI GFOPDIDLD0D1D2D3D4D5D6D7GFI、GFO：通用标志位，由软件置位、复位。PD：掉电方式控制位，PD=1，进入掉电方式。IDL：待机方式控制位，IDL=1，进入待机方式。PCON软件：软件：完整的指令格式如下：标号： 操作码 操作数 ；注释立即寻址： MOV A，#3AH直接寻址： MOV A，3AH寄存器寻址： MOV A，R0寄存器间接寻址：MOV A，R0变址寻址： MOVC A，A+DPTR ； MOVC A，A+PC相对寻址： 200

26、0H：SJMP 54H位寻址： MOV C，30H数据传送类指令（数据传送类指令（29条）条）算术运算指令（算术运算指令（24条）条）逻辑运算指令（逻辑运算指令（24条）条） 控控 制制 转转 移移 指指 令（令（1717条）条） 位位 操操 作作 指指 令（令（1717条）条） 使用算术、逻辑、控制等指令需注意对PSW寄存器的影响。汇编语言程序程序设计共有四种结构形式，即：顺序结构、分支结构、循环结构和子程序结构掌握汇编伪指令、流程图。为什么要用地址锁存器？为什么要用地址锁存器？ 由于由于MCS-51MCS-51单片机的单片机的P0P0口是分时复用的口是分时复用的地址地址/ /数据总线数据总

27、线，因此在进行程序存储存，因此在进行程序存储存扩展时，又须利用地址锁存器将地址信号从地址扩展时，又须利用地址锁存器将地址信号从地址/ /数据总线中分离出来数据总线中分离出来 。常用的地址锁存器常用的地址锁存器 通常用作单片机地址锁存的芯片如通常用作单片机地址锁存的芯片如74LS273、741S373、8282等。等。 MCS-51单片机应用系统中的地址译码的规则单片机应用系统中的地址译码的规则 1 1程序存储器与数据存储器程序存储器与数据存储器地址重叠使用地址重叠使用； 2 2外围扩展芯片与数据存储器外围扩展芯片与数据存储器统一编址。它不仅统一编址。它不仅占用数据存储器地址单元，而且使用数据存

28、储器的占用数据存储器地址单元，而且使用数据存储器的读写控制信号与读写指令；读写控制信号与读写指令； 3 3地址总线宽度为地址总线宽度为1616位，片外程序存储器与位，片外程序存储器与数据数据存储器可直按寻址范围各为存储器可直按寻址范围各为64k64k字节。字节。P2P2口提供高口提供高8 8位地址（位地址（A8A8A15A15），），P0P0口经外部锁存后提供低八口经外部锁存后提供低八位地址（位地址（A0A0A7A7）。）。地址译码方式地址译码方式 由于外围芯片与数据存储器统一编码，因此，单片机的由于外围芯片与数据存储器统一编码，因此，单片机的硬件设计中，数据存储器与外围芯片的地址译码较为复杂

29、。硬件设计中，数据存储器与外围芯片的地址译码较为复杂。通常采用线选法和全地址译码方法。通常采用线选法和全地址译码方法。地址的书写原则地址的书写原则地址选择译码中未用到的地址位均设成地址选择译码中未用到的地址位均设成“1”1”状态。状态。MCS-51单片机的片外总线结构电路 思 考 题1. 8051单片机内部RAM包括( ) 。 A.程序存储区 B堆栈区 C工作寄存器及特殊功能区 D位寻址区 E. 中断入口地址区2.单片机能够直接运行的程序是（ ）。 A. 汇编源程序 B. C语言源程序 C. 高级语言程序 D. 机器语言源程序3. -3的补码是( )。 A 10000011 B. 11111100 C11111110 D 111111014.十进制数89.75其对应的二进制可表示为( ). A.10001001.01110101 B1001001.10 C.1011001.11 D.1001001.115.CPU主要的组成部部分为( )。 A运算器，控制器 B加法器，寄存器 C. 运算器,寄存器 D. 运算器，指令译码器6. INTEL 8051 CPU是( )位的单片机。 A 16 B4 C8 D.准16位7. 对于INTEL 8031来说，/EA脚总是( ) A.接地 B.接电源 C. 悬空 D.不用8.8051复位后，PC与SP的值为( )。 A0000H