单片机原理及应用总结

单片机原理及应用

第一章绪论

•EA/Vp:内外存储器选择引脚/片

1.什么叫单片机？其主要特点有哪内EPROM编程电压输入引脚；

些？

•PSEN:外部程序存储器选通信号

在一片集成电路芯片上集成微处理

器、存储器、I/O接口电路，从而构成输出引脚

了单芯片微型计算机,即单片机。b.非总线型DIP20封装的引脚

特点：控制性能和可靠性高、体积小、•RST:复位信号输入引脚

价格低、易于产品化、具有良好的性4.80C51的片内存储器

价比。增强型单片机片内数据存储器为256

字节,地址范围是00H~FFH。低128

字节的配情况与基本型单片机相同。

第二章80c51的结构和原理

高128字节普通为RAM,仅能采用寄

1.80C51的基本结构存器间接寻址方式问询。注意：与该

a.CPU系统地址范围重叠的特殊功能寄存器SFR

•8位CPU,含布尔处理器;空间采用直接寻址方式问询。

■时钟电路;5.80C51的时钟信号

・总线控制逻辑。晶振周期为最小的时序单位。一个时

b.存储器系统钟周期包含2个晶振周期。晶振信号

・4K字节的程序存储器12分频后形成机器周期。即一个机器

（R0M/EPR0M/FLASH,可外扩周期包含12个晶振周期或者6个时钟周

至64KB）;［期。

•128字节的数据存储器（RAM,可6.80C51单片机的复位

外扩至64KB）;定义：复位是使单片机或者系统中的

・特殊功能寄存器SFRo其他部件处于某种确定的初始状态。

c.I/O口和其他功能单元a.复位电路

•4个并行I/O口；两种形式：一种是上电复位；另一种

・2个16位定时/计数器；是上电与按键均有效的复位。

•1个全双工异步串行口；b.单片机复位后的状态

•中断系统（5个中断源，2个优先单片机的复位操作使单片机进入初始

级）化状态,初始化后，程序计数器

2.80C51的应用模式PC=0000H,所以程序从0000H地址单

a.总线型单片机应用模式元开始执行。

♦总线型应用的“三总线”模式；特殊功能寄存器复位后的状态是确定

♦非总线型应用的“多I/O”模式的。P0~P3为FFH,SP为07H,SBIF

3.80C51单片机的封装和引脚不定，IP、IE和PCON的有效位为0,

a.总线型DIP40引脚封装其余的特殊功能寄存器的状态为03H.

•RST/Vpo：复位信号输入引脚/备用相应的意义为：

电源输入引脚；•P0-P3=FFH,相当于各口锁存器已

写入1,此时非但可用于输出，也

•ALE/PROG:地址锁存允许信号可以用于输入：

输出引脚/编程脉冲输入引脚；•SP=07H,堆栈指针指向片内RAM

的07单元：80c51单片机片内RAM低端的

•IP、IE和PCON的有效位为0,各OOH~1FH共32B,分成4个工作寄存

中断源处于低优先级且均被关断、器组，每组占8个单元。

串行通讯的波特率不加倍；•寄存器0组：地址00H~07H;

•PSW=OOH,当前工作寄存器为0•寄存器1组：地址08H~0FH;

组。•寄存器2组：地址10H〜17H;

7.80C51的存储器组织•寄存器3组：地址18H~1FH。

功能：存储信息（程序和数据）程序运行时，只能有一个工作寄存器

a.程序存储器低端的一些地址被固定组作为当前工作寄存器组；当前二作

地用作特定的入口地址：寄存器组的选择由特殊功能寄存器中

0000H:单片机复位后的入口地得程序状态字寄存器PSW的RSI、RSO

址；来决定c

0003H:外部中断0的中断服务程b.位寻址区

序入口地址；内部RAM的20H〜2FH共16个字节是

000BH:定时/计数器0溢出中断位寻址区。其128位的地址范围是

服务程序入口地址：00H~7FH。

0013H:外部中断1的中断服务程c.通用RAM区

序入口地址；位寻址区之后的301r7FH共80个字

001BH:定时/计数器1溢出中断节为通用RAY区。这些单元可以作为

服务程序入口地址；数据缓冲器使用。

>0023H:串行口的中断服务程序入实际应用中，常需在RAM区设置堆

口地址。栈。80C51的堆栈普通设在30H~7FH

8.80C51单片机的数据存储器配置的范围内，栈顶的位置由堆栈指针SP

80c51单片机数据存储器分为片外指示。复位时SP的初值为07H,在系

RAM和片内RAM两大部份。统初始化时可以重新设置。

80C51片内RAM的128B部份分成工9.80C51单片机的特殊功能寄存器

作寄存器区、位寻址区、通用RAM二a.程序状态字寄存器PSW,8位。含义

大部份。如下：

基本型单片机片内RAM的地址范围CY:进位、借位标志。有进位、

是00H~7FH借位时CY=1,否贝lJCY=O;

增强型单片机片内除地址范围为AC:辅助进位、借位标志

OOlfTFIl的128BRAM外，又增加了F0:用户标志位，由用户自己定义

80H~FFH的高128B的RAM。增加的>RSI、RSO;当前工作寄存器组选

这部份RAM仅能采用间接寻址方式择位

访问。>0V:溢出标志位。有溢出时0V=l,

片外RAM地址空间为64KB,地址范否则ov=o

围是OOOOH~FFFFH。P：奇偶标志位。存于ACC中的运

与程序存储器地址空间不同的是，片算结果仃奇数个“1”时P=l,否

外RAM地址空间与片内RAM地址空则甩

间在地址的低端0000FT007FH是重叠10.P0口、P2口的结构

的。访问片外RAM时采用指令VOVXP0口作为分时复用的低8位地址/数据

实现，访问片内RAM采用指令MOV,总线,P2口作为高8位地址总线。

无读写信号产生。a.P0口的结构

a.工作寄存器区•PO用作通用I/O口

输出驱动级工作在需外接上拉电阻的•P3.0:RXD（串行口输入）；

漏极开路方式：

•P3,1:TXD（串行口输出）；

POU在作为通用I/O口，属于准双向

口。•P32INT0（外部中断。输入）；

•P0用作地址/数据总线•P33INTI（外部中断1输入）；

b.P2口的结构

P2口的输出驱动电路与P0口不同，内•P3.4:TO（定时器。的外部输入）；

部设有上拉电阻。•P35T1（定时器1的外部输入）；

•P2用作通用I/O口

P2口在作为通用I/O口，属于准双向•P3.6:WR（片外数据存储器“写”

口。选通控制输出）；

•P2用作地址总线

•P37RD（片外数据存储器“读”

11.P3口结构

a.P3用作第一功能的通用I/O口选通控制输出）。

b.P3用作第二功能使用

第三章80c51的指令系统

1.80C51的寻址方式博学求真惟恒创新

表3.1寻址方式所对应的寄存器和存储空间

序号寻址方式寄存器或者存储空间

寄存器R0~R7,A、AB、DPTR和C

寄存器寻址

基（布尔累加器）

本直接寻址片内RAM低128字节、SFR

方

式

3寄存器间接寻址片内RAM(@R,@R,,SP)

片夕卜RAM(@R0,@R,@DPTR)

4即将寻址ROM

5扩变址寻址ROM(@A+DPTR,@A+PC)

展

6方相对寻址ROM（PC当前值的-128~+127字节）

式可寻址位（内部RAM20H'2FH单元

位寻址

7的位和部份SFR的位）

2.特殊传送指令

表3.3特殊传送指令

编号指令分类指令机器码字节机器周期数

1MOVCA,©A+DPTR93H2

ROM查表

2MOVCA,©A+PC83H2

3MOVXA,@DPTREOH2

读片外RAM

4MOVXA,@RiE2HCE3H)2

5MOVX@DPTR,AFOH2

写片外RAM

6MOVX@Ri,AF2H(~F3H)2

7堆栈操作PUSHdirectCOH2

direct

POPdirectDOH

82

direct

在80C51单片机中，堆栈的生长方向是向上的。入栈操作时，先将SP+1,然后

将指令指定的直接地址单元的内容存入SP指向的单元；出栈操作时，将SP指

向的单元内容传送到指令指定的直接地址单元，然后SPT。

系统复位时，SP的内容位07H。SP的值越小，娃栈深度越深。

PUSHdirect:SP-(SP)+l,(SP)<-(direct)

POPdirect:direct<((SP)),SP(SP)-1

普通在中断、子程序调用时发生堆栈操作

・MOV、MOVX、MOVC区另U

MOV:单片机内部数据传递；MOVX:单片机与片外RAM和I/O口电路的数据

传递；MOVC:ROM的查表

3.逻辑运算与循环类指令

逻辑与：

编号指令分类指令

ANLdirect,A

ANLdirect,#data

ANLA,Rn

ANLA,direct

ANLA,@Ri

ANLA,#data

前两条把源摭作数与直接地址指示内容相与।

后四条是把源操作数与累加器A的内容相与，送入A

逻辑或者：

编号指令分类指令

1ORLdirect,A

2莓ORLdirect,#data

3ORLA,Rn

或

4ORLA,direct

5者ORLA,©Ri

6_ORLA,ftdata

逻辑异或者:

编号指令分类指令

1XRLdirect,A

2者逻XRLdirect,#data

3

4

1-5-A.@Ri------------------

XRLA,#data

累加器清0和取反

CLRA清。

CPLA取反

累加器循环移位

RR右移

RRC

RL左移

RLC

4.控制转移类指令

短跳转：AJMP：长跳转：IJMP：相对跳转；SJAP0由于LJMP指令提供的是

16位地址，因此程序可以转向64KB的程序存储器地址空间的任何单元。

累加器判0转移：

JZrel:(A)=0,则PC<(pc)+rel;

JNZrel:(A)^0,则PC〈(pc)+rel

比较不相等转移(目的字节与源字节不相等则转移)：

CJNEA,direct,rel

，A博学求真惟恒创新

CJNE'Rn,#data,rel

..|@Ri|y._二一.

减1不为o转移：

DJNZ一|丽，⑹

DJNZdirect,rel

将操作数的循环控制电元的内容减L并判断是否为0.若不为0,向来循环。若

为0,程序往下执行。

调用：

ACALL短调用；LCALL长调用

返回：

RET子程序返回指令；RETI中断服务子程序返回指令

CPL取反

第四章

1.查表程序

有一变量存放在片内RAM的20H单元，其取值范围为00FT05H。要求编制一

段程序，根据变量值求平方值，并存入片内RAM的21H单元。

程序如下：

ORG1000H

START:MOVDPTR,#2000H

MOVA,20H

MOVCA,@A+DPTR

MOV21H.A

SJMP$

ORG2000H

TABLE:DB00,01,04,09,16,25

END

2.双字节无符号数加法

设被加数存放在内部RAM的51H、50H单元，加数存放在内部RAM的61H、

60H单元，相加的结果存放在内部RAM的51H、50H单元，进位存放在位寻址

区的00H位中，实现此功能的程序段如下:

MOVR0,#50H:被加数的低字节地址

MOVRI,#60H;加数的低字节地址

MOVA,@R0;取被加数低字节

ADDA,@R1；加之加数低字节

MOV@RO,A；保存低字节相加结果

INCR0;指向被加数高字节

INCR1;指向加数高字节

MOVA,@R0;取被加数高字节

ADDCA,@R1;加之加数高字节（带进位加）

MOV@R0.A;保存高字节相加结果

MOVOOH,C;保存进位博学求真唯恒创新

3.双分支程序

设变量x以补码的形式存放在片内RAM的30H单元，变量y与x的关系是：当

x〉0时，y=x;当x=0时，y=20H;当x<0时，尸/。编制程序，根据x的大小

求y返回原单元。程段如下：

START:MOVA,30H

_JZNEXT

ANLA,#80H;判断符号位

MOVA,机）5H

ADDA,30H

MOV30H,A

SJMPLP

NEXT:MOV30H,#20H

LP:SJMP$

4.多分支程序

根据R7的内容转向相应的处理程序。

设R7的内容为0~N,对应的处理程序的入口地址分别为PPO~PPN。程序段如下:

START:MOVDPTR,#TAB;置分支入口地址表首址

MOVA.R7

ADDA.R7

MOVR3,A

MOVCA,刨+DPTR;取高位地址

XCHA,R3

INCA

MOVCA,©A+DPTR取低位地址

MOVDPL,A;处理程序入口地址低8位送DPL

MOVDPH,R3;处理程序入口地址高8位送DPH

CLRA

JMP@A+DPTR

TAB:DWPPO

DWPPI

DWPPN

5.循环程序

先执行后判断；先判断后执行

50ms延时程序

若晶振频率为12MHZ,则一个机器周期为1Us,执行一条DJNZ指令需要2个

机器周期，即2uso采用循环计数法延时，循环次数可通过计算获得，并选择先

执行后判断的循环结构，程序段如下：

DEL::MOVR7,#200;1MS

DEL1:MOVR6,#123;1ps

NOP;1ps

DEL2:DJNZR6,DEL2;2|is共(2*123)\is

DJNZR7,DEL1;2us共[(2*123+2+2)*200+1]us,即50.001ms

RET

6.子程序及其调用

a.现场保护与恢复的结构.-

•在主程序实现

•在子程序中实现

b.子程序调用时，参数的传递方法—————士

•利用累加器或者寄存器

•利用存储器

・利用堆栈操作

7.常用程序举例

a.多字节无符号数的加法

设两个N字节的无符号数分别存放在内部RAM中以DATA1和DATA2开始的

单元中。相加后的结果要求存放在DATA2数据区中。程序段如下:

MOVR0,#DATA1

MOVR1,#DATA2

MOVR7,#N置字节数

CLRC

LOOP:MOVA,@RO

ADDCA,@R1;求和

MOV­@R1,A；存结果

INGRO;修改指针

INCR1

DJNZR7,LOOP

b.多字节无符号数的减法

设两个N字节的无符号数分别存放在内部RAM中以DATA1和DATA2开始的单

元中。相减后的结果要求存放在DATA2数据区中。程序段如下:

MOVR0,#DATA1

MOVR1,#DATA2

MOVR7,#N;置字节数

CLRC

LOOP:MOVA,@RO

SUBBA,@R1;求差

MOV@R1,A;存结果

INCRO；修改指针

INCRI1

DJNZ：R7,LOOP

c.十六进制数与ASCII码间的转换

当十六进制数在0~9之间时，其对应的ASCII码值为该十六进制数加30H;当

十六进制数在A~F之间时，其对应的ASCI码值为该十六进制数加37H

d.BCD码与二进制数之间的转换

双字节二进制数转换成BCD码

设(R2R3)为双字节二进制数，(R4R5R6)为转换完的压缩型BCD码。程序段如

下：

DCDTH:CLRA博学求真惟恒创新

MOVR4,A;R4清0

MOVR5,A;R5清0.

MO)/R6,A;R6清。

MOVR7,#16;计数初值

LOOP:CLRC

MOVA,R3

RLCA

MOVK3,A；R3左移一位并送回

MOVA,R2

RLCA

MOVR2,A;R2左移一位并送回

MOVA,R6

ADDCA.R6

DAA

MOVE6,A;(R6)乘2并调整后送回

MOVA.R5

ADDCA.R5

DAA

MOVR5,A;(R5)乘2并调整后送回

MOVA.R4

ADDCA,R4

DAA

MOVR4,A;(R4)乘2并调整后送回

DJNZR7.LOOP

第五章80C51的中断系统及定时/计数器

1.80C51的结构

80C51系列单片机的中断系统有5个中断源，2个优先级，可实现二级服务中断

嵌套。

表5.1各中断源响应］优先级及中断服务程序入口表

中断源中断标志中断服务程序入口优先级顺序

外部中断0(INTO)TEO0003H高

定时/计数器0(TO)TFOOOOBH1

外部中断1(INTI)IE10013H

定时/计数器1(T1)TF1001BH1

串行口R1或者T1002311低

注：Rl、T1必须由软件清除。此外，所有能产生中断的标志位均可由软件置1

或者清0,由此可以获得与硬件使之置1或者清0同样的效果。

2.中断响应条件一个周期采样到为低电平，则在

CPU响应中断的条件是：第一，中断IE0或者IE1中将所存一个逻辑1。

源有中断请求；第二，此中断源的中边沿触发方式适合于以负脉冲形

断允许位为1；第三是CPU开中断(即式输入的外部中断请求。

EA=1)o同时满足这3个条件时，CPU4.80C51的定时/计数器

才可能响应中断。80C51单片机片内集成有两个可编程

3.中断返回(使用RETI指令)的定时/计数器：TO和T1,它们既可

RETI指令能使CPU结束中断服务程以工作于定时模式，也可以工作于外

序的执行，返回到曾经被中断过的程部事件计数模式，此外，口还可以作

序处，继续执行主程序。为串行口的波特率发生器。

功能：5.定时/计数器的控制

・将中断响应时压入堆栈保存的断TMOD用于设置其工作方式：TCON

点地址从栈顶弹出送回PC,CPU用于控制其后动和中断申请。

从原来中断的地方继续执行程序；

定时模式C/T=O;计数模式C/T=1

・将相应中断优先级状态触发器清

0,通知中断系统，中断服务程序6.定时/计数器的定时方式和计数方式

已执行完毕。的区别

注：定时方式的计数脉冲源自内部的

・外部中断定义为电平触发方式，中时钟脉冲，每一个机器周期寄存器

断标志位的状态随CPU在每一个的值+1,计数频率为震荡频率的

机器周期采样到的外部中断输入1/12;

引脚的电平变化而变化。电平触计数方式的计数脉冲源自相应的

发方式适合于外部中断输入以低外部输入引脚TO或者T1,每一个

电平输入且在中断服务程序中下降沿寄存器值+1,最高计数频

能清除外部中断的情况。率为振荡频率的1/24.

外部中断定义为边沿触发方式，在7.定时/计数器的工作方式

相继连续的两次采样中，一个周期80c51单片机定时/计数器TO有4种工

采样到外部中断输入为高电平，下作方式(方式0、1、2、3),门有3

种工作方式(方式0、1、2)。CPU发出中断请求,并将THO中的计

a.方式0(MlM0=00)数初值自动送入TLO。TLO从初值重

13位计数器，由TO的低5位(高3新进行加1计数。周而复始，直至

位未用)和THO的8位组成。TLO的TRO=O才会住手。

低5位溢出时向THO进位，TII0溢出计数个数与计数初值的关系：X=28-N

时，置位TCON中的TF0标志，向CPUd.方式;3(M1MO=11)

发出中断请求。只合用于定时/计数器TO,定时器T1

计数初值公式：X=213-N处于方式3时相当于TR1=O,住手计

b.方式1(M1MO=O1)数

16位计数器，由TLO作为低8位、THO方式3时，T0分为两个独立的8位计

作为高8位，组成为了16位加1计数器。数器TLO和THO,TLO使用TO的所有

计数个数与计数初值的关系：X=216-

控制位：C/T、GATE、TRO、TFO和

N

c.方式2(MIMO=10)

INTOo当TLO计数溢出时，由硬件使

方式2为自动重装初值的8位计数方

式。THO为8位初值寄存器。当TLOTFO置1,向CPU发出中断请求。

计数溢出时，由硬件使TFO置1,1句

8.定时/计数器的应用举例】

a.利用定时/计数器T0方式1,产生10nls的定时,并使P1.0引脚上输出周期为

20ms的方波，采用中断方式，设系统时钟频率为12MHZ。，

解：(1)计算计数初值X:-二.

由于晶振为12MHZ,所机器周期T。，为lus。所以：

N=t/T=10*10-3/1*10-6=10000

X=216^N=65536-10000=55536=D8F0H

即应将D8H送入THO中，FOH送入TLO中。

(2)兼TO商方式控制字TMOD:

MlMO=Ol,GATE=O,C/T=O,可取方式控制字为01H。

(3)程序清单如下

ORGOOOOH

LJMPMAIN;跳转到主程序

ORGOOOBHjTO的中断入口地址

LJMPDVTO;转向中断服务程序

ORG0100H

MAIN：MOVTMOD,置TO工作于方式1

MOVTHO,ttOD8H;装入计数初值

MOVTLO.#0F0H

SETBETO;TO开中断

SETBEA;CPU开中断

SETBTRO;启动TO

SJMP$；等待中断

DVTO:CPLP1.0;P1.0取反输出

MOVTHO,#0D8H;重新装入计数值

MOVTLO,#()F()H

RETI;中断返回

END

b.利用定时/计数器TO从PL0输出周期为Is,脉宽为20nls的正脉冲信号，晶振

频率为12MHz。试设计程序。

解：采用定时20ms,然后再计数1、49次的方法实现。

a.TO工作在定时方式1时，控制字TMOD配置：

M1MO=O1,GATE=O,C/T=O,可取方式控制字为01H。

b.计算计数初值X:

晶振为12MHZ,所以机器周期T.为1uso所以：

N=t/Tey=20*10-3/1*10-6=20000

X=216-N=65536-2()0()0=45536=4E20H

即应将4EH送入TH1中，20H送入TU中。

c.实现程序如下：

ORG()()(X)H

AJMPMAIN;跳转到主程序

ORG0030H

MAIN:MOVTMOD.#0111;置TO工作于方式1末真惟恒创新

MOVTHO,#4EH;装入循环计数初值

MOVTLO,#20H;首次计数值

LPO:SETBP1.0

ACALLNTO

CLRPl.O

LP1:ACALLNTO

DJNZR7,LP1

AJMPLPO

NTO:MOVTH0,#4EH

MOVTL0,#20H

SETBTRO

JNBTFO,$

CLRTRO

CLRTFO

RET

END

c.要求从Pl.1引脚输出1000HZ方波，晶振频率为12M11Z。试设计程序。

解：采用T0实现。

①TO工作在定时方式1时，控制字TMOD配置：

M1MO=O1,GATE=O,C/T=O,可取方式控制字为01H。

②计算计数初值：

晶振为12MHZ,所以机器周期T,为lus。1/1000=1*10-3。所以:

N=t/Tcy=().5*[()-3/1*10-6=50()

X=216-N=65536—500=65036=FE0CH

即应将FEH送入THO中，OCH送入TLO中。

③实现程序如下：

ORG(XXJOH

AJMPMAIN;跳转到主程序

ORGOOOBH;TO的中断入口地址

LJMPDV