单片机原理及应用新

1、单片机原理及应用新第1页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二什么是单片机呢？单片机：就是将整个计算机系统集成到一块芯片中的控制器。在一块硅片上集成了中央处理单元CPU、随机存储器RAM、程序存储器ROM或EPROM、定时器/计数器及串行和并行I/O接口等各种必要功能模块，也就是集成在一块芯片上的微机。第2页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二为适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是相同的，不同的是存储器和外设的配置及封装，这样可以使不同的单片机适合不同的应用。与嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化

2、、体积小，从而使功耗和成本下降，可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系统工业中的主流产品。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此，称为微控制器。 第3页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二 嵌入式微处理器和微控制器的区别在于，嵌入式微处理器不附加内部存储器，它依靠片外存储器通过三总线连接起来。这类芯片有：80188,80186，数字信号处理DSP也属于嵌入式微处理器。第4页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二国防武器设备，如导弹瞄准、雷达识别、电子对抗设备等。 通信信息设备，如路由器程控交换机、移动电话、MODEM等。 过程控制，即对生产过程中

3、各种动作流程的控制，这种控制是在对被控对象和环境进行不断观测的基础上做出及时反应的，如流水线控制、金属加工控制等。 第5页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二智能仪器，如网络分析仪、示波器、医疗仪器等。 消费产品，各式各样的信息家电产品，如数字电视、微波炉等。 生物微电子技术，这是当今嵌入式技术的前沿应用，有着广阔的市场空间。 第6页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二8位中央处理器CPU；4K字节的程序存储器ROM（8031无ROM）；128字节数据存储器RAM；32根I/O线；1个具有5个中断源、2个中断优先级的嵌套中断；两个16位定时器/计数器T0

4、、T1；可寻址的64K字节外部程序存储器空间及可寻址的64K字节外部数据存储器空间。一个由直接寻址位组成的布尔处理机。第7页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二振荡器及 定 时CPU4KROM(EPROM)(8031无)特殊功能寄存器及128B数据存储器中断系统 中断输入 INT0 INT1串行接口 TXD RXD并行I/O接口 P0 P1 P2 P3图1-1定时器/计数器T0、T1 计数脉冲输 T0 T1第8页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二中央处理器CPU：主要由算术逻辑运算部件、布尔处理器、控制器和工作寄存器等组成。 运算器：主要用来实现数据的

5、传送、数据的算术逻辑运算和位变量处理。它主要包括算术运算部件（ALU）、累加器ACC、B寄存器、暂存器、程序状态字PSW、十进制调整电路及布尔处理器等。 控制器：是控制计算机各种操作的部件，包括时钟发生器、定时控制逻辑、复位电路、指令寄存器、指令译码器、程序计数器PC、程序地址寄存器、数据指针DPTP、堆栈指针等。第9页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二单片机存储器分为程序存储器ROM和数据存储器RAM。ROM用来存放指令的机器码、表格、常数等；RAM用来存放运算的中间结果和采集的数据等。第10页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二51系列单片机有五个

6、独立的存储空间： 片内外统一编址0000HFFFFH的64K字节的ROM空间，采用16位地址。 片外64K字节RAM地址空间。地址也从0000HFFFFH，采用16位地址。 片内256字节RAM地址空间，采用8位地址。这256字节被分成两个区域：00H7FH地址是真正的RAM区，CPU可以读、写各种数据。而80HFFH地址是专门用作特殊功能寄存器的区域，共安排了21个8位特殊功能寄存器SFR。第11页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二由图1-2可见，上述三个存储器地址空间有重叠区，为区别这三个不同的逻辑空间，MCS-51的指令系统设计了三种不同的数据传送类指令操作码加以区

7、别：CPU访问片内外64K地址空间ROM用MOVC指令；CPU访问片外64K地址空间RAM用MOVX指令；CPU访问片内RAM的256个字节地址空间用MOV指令。外部ROM 60KMOVCFFFFH1000H外部RAM 64KMOVXFFFFH0000H21个SFR128字节RAMMOVFFH80H7FH00H片内RAM图1-2内部ROM 4K( =1)（8051）（8751）0000H0FFFH外部ROM 4K( = 0)（8031）0FFFH0000H第12页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二51系列单片机有4个双向8位输入/输出口P0-P3，每一个口都由口锁存器（即

8、专用寄存器P0-P3）、输出驱动器和输入缓冲器组成。第13页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二 P0口是三态双向I/O口，有三态输出，一般做地址/数据总线口使用。 在单片机外扩存储器或I/O接口时，作为地址总线低8位A7A0和数据总线D7D0。P0口能驱动8个TTL门电路，但在驱动MOS电路时若作为地址/数据总线使用可以直接驱动而不必外加上拉电阻。 对8031单片机来讲，P0口只能做地址/数据复用总线，而对于有内部ROM的单片机，P0口可作通用I/O端口，此时在驱动NMOS电路时要外接上拉电阻。 第14页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二P1口是准双

9、向口，它的每一位可以分别定义为输入/输出线，用户可以把P1口作为输出线使用。P1口能驱动4个TTL门电路。并且不需外加电阻就能驱动MOS电路。 第15页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二P2口是准双向口，它有两种功能： 作为地址总线高8位A15A8，与P0一起形成16位地址总线。 做通用I/O端口使用。其驱动能力同P1。第16页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二P3口是一个多用途端口，除可作通用I/O端口外，它的每条引脚还有第二功能，这些功能见下表。其驱动能力同P1。 外部数据存储器读选通端 P3.7外部数据存储器写选通端 P3.6 定时器/计数器1

10、的外部输入端 T1 P3.5定时器/计数器0的外部输入端 T0 P3.4外部中断1请求输入端 P3.3外部中断0请求输入端 P3.2串行数据输出端 TXD P3.1串行数据输入端RXD P3.0第二功能注释 第二功能标记 口线 第17页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二51系列单片机有两个16位定时器/计数器T0、T1。它们既可以编程作为定时器，也可以编程作为计数器使用。若计数计的是内部晶振的驱动时钟，它就是定时器；若计数计的是输入引脚的脉冲信号，它就是计数器。与其有关的特殊功能寄存器有：TH0、TL0、TH1、TL1、TMOD、TCON。TH0、TL0为T0的16位计数

11、器的高8位和低8位；TH1、TL1为T1的16位计数器的高8位和底8位；TMOD为T0、T1的方式寄存器，用来控制T0、T1的操作模式；TCON为T0、T1的状态和控制寄存器，存放T0、T1的运行控制位和溢出中断标志。第18页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二TMOD用于控制定时器/计数器0和1的操作模式，其各位定义如图。其中低4 位用于控制定时器0，高4位用于控制定时器1。（MSB）（LSB）GATEM1M0GATEM1M0C/C/定时器/计数器1定时器/计数器0第19页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二GATE 选通门。 GATE=1时，只有 或

12、 引脚为高电平且TR0或TR1置1时，相应的定时器/计数器才被选通。这时可用来测量 上的正脉冲宽度。 GATE=0时，只要TR0和TR1置1，定时器/计数器就被选通，而不管 和 的电平是高还是低。第20页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二 定时/计数方式选择位。 设置成定时器方式，内部计数器的输入是内部脉冲，其周期等于机器周期。 设置成计数器方式，内部计数器的输入来自T0或T1的外部脉冲。 C/C/ =0C/ =1第21页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二M1 M0操 作 模 式0 0模式0。TLX中的低5位与THX中的高8位构成13位计数器，当计数

13、满时，TH向高位进位，并设置TF0/TF1为1，产生中断请求，表示定时或计数次数到。若要进行下一次定时/计数，需软件向TH和TL重新装入计数初值。0 1模式1。 TLX与THX构成全16位计数器。除了位数比模式0多外，其他工作方式与模式0类同。1 0模式2。8位自动重装载的定时器/计数器。TH和TL成为两个8位计数器。TH寄存8位初值不变，TL进行8位计数。计数溢出时，除产生中断请求外，还自动将TH值装载到TL中，以重新进行计数1 1模式3。仅适用于定时器/计数器0。TH0和TL0成为2个8位的独立计数器。此时TH0总是作为定时器使用，TL0可以做为定时器或计数器使用。对定时器1，停止计数。第

14、22页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二控制寄存器各位定义如下图所示： TF1TR1TF0TR0IE1IE0IT1IT0（MSB）（LSB）第23页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二TF1/TF0 (TCON.7)/(TCON.5) 定时器1 / 0溢出标志。 当定时器溢出时，由硬件置位，申请中断，进入中断服务后被硬件自动清除。第24页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二TR1/TR0 (TCON.6)/(TCON.5) 定时器1 / 0运行控制位。 此位靠软件置位或清除。置位时（为1），定时器/计数器工作，清除时（为0）定时器/

15、计数器停止工作。第25页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二IE1/IE0 (TCON.3)/(TCON.1) 外部沿触发中断1 / 0请求标志。 当检测到外部引脚 / 出现外部中断下降沿时，由硬件置位，申请中断，进入中断服务程序后被硬件自动清除。 第26页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二IT1/IT0 （TCON.2)/(TCON.0) 外部中断1 / 0类型控制位。 靠软件来设置或清除，控制外部中断触发类型。 IT1/IT0=1时，是下降沿触发。 IT1/IT0=0时，是低电平触发。第27页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二

16、定时器和计数器都是加1计数的，定时器实际上也是以计数方式工作，只是它对固定频率的脉冲计数，由于脉冲周期固定，由计数值可以计算出时间。第28页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二设系统晶振频率为12MHZ，则计数频率为1MHZ，对于不同的工作模式，定时器最大时间间隔不同，现以模式0为例，说明定时器/计数器的计算方法。模式0为13位定时器，它的最大时间间隔为2131s =8.192ms，当需要定时时间为yms时，计数寄存器的初值x按下面的公式计算：(213-x)1s = y1000s 例：在模式0下，要求用定时器/计数器0产生定时0.5ms，求计数寄存器的初值x。解：带入公式得

17、：(213-x)1s = 0.51000s 求得。高8位赋给TH0，低5位赋给TL0。则计数寄存器的初值为：TH0 = F0H，TL0 = 0CH。第29页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二当中央处理器CPU正在处理某件事情时，外部发生了某一事（如定时器溢出），请求CPU迅速去处理，此时，CPU可暂时中断当前的工作，转入处理所发生的事情，处理完后，再回到原来被中断的地方，继续原来的工作，这样的工作称为中断。第30页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二51系列单片机有5个中断源，可分为2个优先级，每个中断源的优先级都是可编程的。51系列单片机的5个中断源

18、是： 外部中断请求0，由 输入； 外部中断请求1，由 输入； 片内定时器/计数器0溢出中断请求； 片内定时器/计数器1溢出中断请求； 片内串行口发送/接受中断请求。第31页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二中断允许寄存器IE控制中断请求是否会得到响应，各位的功能如下图所示：（MSB）（LSB）EAET2ESET1ET0EX1EX0第32页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二 EA (IE.7) 总允许位。 EA=0，禁止一切中断。 EA=1，每个中断源是允许还是禁止，分别 由各自的允许位确定。 保留位。第33页，共85页，2022年，5月20日，17点

19、56分，星期二ET2 (IE.5) 定时器2中断允许位。 ET2=0，禁止定时器2中断。ET1 (IE.3) 定时器1中断允许位。 ET1=0，禁止定时器1中断。ET0 (IE.0) 定时器0中断允许位。 ET0=0，禁止定时器0中断。第34页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二ES (IE.4) 串行口中断允许位。 ES=0，禁止串行口中断。 第35页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二EX1 (IE.2) 外部中断1允许位。 EX1=0，禁止外部中断1。EX0 (IE.0) 外部中断0允许位。 EX0=0，禁止外部中断0。第36页，共85页，2022

20、年，5月20日，17点56分，星期二中断优先寄存器IP来确定中断的优先级别。每个中断源都可以编程为高优先级或低优先级，各位的功能如下图所示。 PT2PSPT1PT0PX1PX0（MSB）（LSB）第37页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二 (IP.7) 保留位 (IP.6) 保留位 第38页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二PT2 （IP.5） 定时器2中断优先级设定位。 若PT2=1，设为高优先级。PT1（IP.3） 定时器1中断优先级设定位。 若PT1=1，设为高优先级。 PT0（IP.1） 定时器0中断优先级设定位。 若PT0=1，设为高优先级

21、。 第39页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二PS (IP.4) 串行口中断优先级设定位。 PS=1，设定为高优先级。第40页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二PX1 (IP.2) 外部中断1优先级设定位。 若PX=1，设定为高优先级。PX0 (IP.0) 外部中断0优先级设定位。 若PX=0，设定为高优先级。第41页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二MCS-51的指令可分为下面5种：数据传送类 算数操作类逻辑操作类控制程序转移类 布尔变量操作类第42页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二数据传送类指令一共有

22、29条，除了可通过累加器进行数据传送，还有不通过累加器的数据存储器之间或工作寄存器与数据存储器之间直接进行数据传送的指令。数据传送类指令用到的助记符有MOV、MOVX、MOVC、XCH、XCHD、SWAP、POP、PUSH八种。如： MOV A，Rn （n=07） （内部数据存储器中的内容送到累加器中）第43页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二算数操作类指令共有24条，包括4种基本的算数操作指令，即加、减、乘、除。算数操作类指令用到的助记符有： ADD、ADDC、INC、DA、SUBB、DEC、MUL、DIV八种。如： ADD A，Rn (累加器内容加寄存器内容）第44页

23、，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二逻辑操作类指令共有24条，包括与、或、异或、清除、求反、左右移位等逻辑操作。逻辑操作类指令用到的助记符有ANL、ORL、XRL、RL、RLC、RR、RRC、CLR、CPL。如： RL A （累加器内容循环左移）第45页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二控制转移类指令共有17条，包括全存储空间的长调用、长转移和按2KB分块的程序空间内的绝对调用和绝对转移及条件转移指令等。控制转移类指令用到的助记符有ACALL、AJMP、LCALL、LJMP、SJMP、JMP、JZ、JNZ、CJNE、DJNZ。如：从P1.7输出5个方波

24、 MOV R2，#10 L1: CPL P1.7 P1.7取反 DJNZ R2，L1 R2内容不为零转移第46页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二51中有一个布尔处理器，因而有一个专门处理布尔变量的指令子集，包括布尔变量的传送、逻辑运算、控制程序转移等指 令。子集共有17条指令。所用的助记符有MOV、CLR、CPL、SETB、ANL、ORL、JC、JNC、JB、JNB、JBC。第47页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二C语言是一种编译型程序设计语言。它有较高的可移植性，提供了种类丰富的运算符和数据类型，同时，它有功能丰富的库函数，运算速度快、编译效率

25、高，且可以直接实现对系统硬件的控制。因此，在程序的开发上，使用C语言比汇编语言更为方便。在实际编程中，常常以C语言为主，汇编语言为辅，充分发挥各自的优势。第48页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二C51程序的编程要点：（1）C程序是由函数构成的，一个C源程序至少包含一个函数，也可以包含一个函数和若干其它函数。第49页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二（2）一个函数可以由两部分组成： 函数说明部分，包括函数名、函数类型、函数属性、函数参数（形参）名、形式参数类型。一个函数名后面必须跟一个圆括号，形式参数可以没有。 函数体，即函数说明部分下面用大括号括起

26、的部分。如果在一个函数体内包含有多个大括号，则最外面一对大括号括起来的部分为函数体的的范围。第50页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二（3）一个C程序总是从main（）函数开始执行。（4）C程序书写格式自由，一行可以写几个语句，用分号隔开；一个语句也可以分开写在几行上，而不需要分行符。（5）可以用/*/对C程序的任何部分进行注释，还可用/做单行注释。第51页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二运算符：C51中运算符特别丰富。如同代数运算一样，C51的运算符在表达式中也有运算次序的先后，运算次序是根据运算符的优先级来确定的。运算符与操作数后同级运算符之间

27、的结合关系，有从左到右结合和从右到左结合两种。 左移位，右移位； 从左到右= 小于等于； 从左到右= 恒等于； 从左到右第52页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二 求反；从右到左。如a=F0H=11110000a=0FH=00001111 左移位，右移位； 从左到右= 小于等于； 从左到右= 恒等于； 从左到右第53页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二！= 不等于；从左到右 字位与；从左到右 字位或；从左到右 字位异或；从左到右 逻辑与；从左到右+= 加运算并赋值；从右到左= 左移并赋值；从右到左。如：a = b相当于a=ab第54页，共85页，20

28、22年，5月20日，17点56分，星期二1.伟福软件（详见实验指导书）网站：或 下载软件第55页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二（1）软件下载 先不用接硬件，在光盘中打开下载软件，下载完成后，再接硬件电路，下载步骤： （a）安装USB驱动程序 第56页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二打开光盘，双击文件夹。第57页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二打开如下文件夹第58页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二点击如下图标第59页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二双击此文件夹第60页，共85

29、页，2022年，5月20日，17点56分，星期二双击此图标开始安装，安装过程有英文提示，按提示操作即可。第61页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二安装完后，打开如下文件夹（一般在 C盘根目录下）第62页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二打开文件夹第63页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二再点击如下图标第64页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二打开文件夹第65页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二打开图中“WIN-PREINSTALL”文件夹第66页，共85页，2022年，5月20日，17

30、点56分，星期二运行可执行文件第67页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二安装完成后，右击“我的电脑”，点击“属性” “硬件” “设备管理”，找到端口，此时右键单击“端口”，单击“扫描检测硬件改动”，此时会自动检测硬件，上述操作成功后，生成新的COM口。如下图所示：第68页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二将新生成的端口设置成“COM4”口： 右击图中的端口“CP210 x USB”,点击“属性”，再点“端口设置”，再点选项“高级（A）”，选择端口号为“COM4”。 端口选择在COM1-COM4之间。第69页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二打开光盘找到文件夹“usb-s51下载软件”第70页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二双击此图标开始安装第71页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二安装完成后，点击“开始” “所有程序” “USB-S51序列单片机下载软件” “Easy51Pro Application”，可把此图标放到桌面上。第72页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二打开“Easy51Pro”图标，出现如下界面：第73页，共85页，2022年，5月20日，17点56分，星期二在此界面中单