单片机教案(第1章 组成原理)

1、第二章是MCS-51单片机的组成原理(单片机的第一知识)MCS-51系列单片机是美国英特尔公司生产的高级8位机。在本系列中，通常使用以下三种典型产品：1 .8031单片机；2.8051单片机；3.8751单片机。2-1内部结构框图2-1 MCS-51单片机：一、中央处理器(8位机)由运算单元和控制器组成，是单片机的核心：(1)算术逻辑单元：完成二进制算术运算和逻辑运算功能；(2)控制器：在时钟脉冲的作用下，解码指令，控制单片机系统各部件协调有序的工作。第二，片上只读存储器它主要用于存储程序、原始数据和表格，也称为程序存储器或片上只读存储器。(MCS-51系列：8031单片机，无只读存储器；在芯

2、片中；8051单片机，带4KB屏蔽只读存储器；在芯片中；8751单片机，带4KB EPROM)。三.片内随机存取存储器(256字节单位)(1)128字节单元构成21个具有特殊功能的寄存器SFR，它们的功能已被特别指定，因此用户不能随意使用；(2)较低的128字节单元被用作随机接入单元供用户使用。(有时这意味着片内随机存取存储器是128B。(四.计时器/计数器(216位)芯片上有两个16位定时器/计数器(T0，T1)，系统可以通过它们的计时或计数结果来控制。V.并行输入输出接口(48位)芯片上有四个8位并行输入/输出接口(P0、P1、P2、P3)。它们可以双向使用。(1) P0端口通常用于8位数

3、据总线或低位8位地址总线的信息传输；(2) P1端口一般用作通用数据输入输出接口；(3) P2端口通常用于高8位地址总线的信息传输；(4) P3港经常以输入或输出的形式使用第二种功能(有8种)。六.串行接口芯片上有两个1位串行接口，TXD是输出端口，RXD是输入端口。它们也可以被编程为全双工(双向同步信息传输)通用异步串行接口模式(UART)。七.中断控制系统MCS-51有五个中断源：(1)两个外部中断源；(2)两个定时器/计数器中断源；(3)一个串行中断源。八、重要功能(1) 64KB片外只读存储器和64KB片外随机存取存储器；可以解决；(2)具有位操作功能的位寻址功能(逻辑处理)。2-2中

4、央处理器结构中央处理器是单片机的核心，由运算单元和控制器两部分组成。一、算术单元1.算术/逻辑组件：(1)完成算术运算。如：加法、减法、乘法、除运算；(2)完成逻辑运算。如与、或、非、异或等。(3)将运算结果的特征量作为下一个运算指令的基础。2.累加器甲：(8位寄存器)(1)用于在算术/逻辑运算中存储操作数或结果(2)通过A与外部存储器交换信息；(3)当与输入/输出接口交换信息时，它也通过3.寄存器B: (8位寄存器)(1)乘法时，用于记录乘法器或乘积的高位字节；(2)除法时，用来记录除数或余数；(3)当不执行上述操作时，它可以用作通用寄存器。4.程序状态标志寄存器PSW: (8位寄存器)(1

5、)进位标志Cy(D7位):加减时，如果运算结果在最高位有进位或借位，Cy由硬件自动设置为“1”，否则自动设置为“0”。(2)辅助进位标志位交流：(半标记位，D6位)(1)加减时，如果低4位携带或借用高4位，交流由硬件自动设置为“1”，否则自动设置为“0”。中央处理器经常根据交流的状态调整BCD码的运算结果。(3)用户标志位F0(D5位):用户可以通过软件将F0位设置为“1”或“0”，以确定程序的方向。(4)工作寄存器组选择标志位RS1和RS0(D4和D3位):用户通过软件改变RS1和RS0的组合内容，在片内随机存取存储器中选择四个工作寄存器组之一。RS1RS0选择当前使用的工作登记组(区域)片

6、内随机存取存储器地址普通登记簿姓名00组000H07HR0R701第1组08H0FHR0R710第2组10H17HR0R711第3组18H1FHR0R7(5)溢出标志位OV(D2位):当运算结果超过8位二进制数的允许范围时，OV由硬件自动设置为“1”，否则设置为“0”。(6)空缺职位(D1职位):该位未定义。(7)奇偶校验标志位P(D0位):MCS-51采用偶数校验。当累加器a中的1个数为奇数时，硬件将p设置为“1 ”,反之亦然。第二，控制器控制器主要由时序控制逻辑电路和各种控制寄存器组成，严格按照时序电路的各种解码指令执行指定的操作。1.指令寄存器红外和指令解码器标识(8位)红外主要用于指令

7、代码的注册，并通过识别码对指令代码进行翻译，控制电路产生相应的控制信号。2.程序计数器是一个16位的寄存器，它是专门用来注册要由中央处理器执行的指令的地址(即下一条指令的地址)，所以电脑会自动加1。个人电脑可以寻址64KB范围内的只读存储器。请注意，个人电脑本身没有地址，所以用户不能读写它，但他们可以通过相应的指令改变其内容，实现程序传输。3.堆栈指针(寄存器)(8位)堆栈：只有一个数据输入/输出端口的内存，按照“先进先出”的原则进行管理。堆栈底部：堆栈内存的底部。此时，堆栈指针是SP。堆栈顶部：内存的数据输入。当堆栈为空时，堆栈顶部的地址等于堆栈底部的地址(两者一致)。随着数据不断被推入堆栈

8、，堆栈顶部的地址也不断增加(浮动)。数据堆栈操作：先将SP 1发送给SP，然后将数据写入堆栈内存；堆栈外数据操作：首先从堆栈内存中读取数据，然后是SP-1，将其发送到SP。堆栈指针(寄存器):它是一个专门用来注册指示堆栈内存的地址的寄存器。4.数据指针(地址)寄存器DPTR(16位)是一个16位特殊寄存器，由两个8位寄存器DPH(高8位)和DPL(低8位)组成。它专门用于注册片外随机存取存储器的地址和用于数据访问的扩展输入输出端口。三.寄存器和特殊功能寄存器1.工作寄存器MCS-51有32个工作寄存器(在00 h 1 FH片上随机存储器地址单元中)，分为四组(区)，每组(区)共有8个寄存器，分

9、别由R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6和R7表示。(从上表可以看出)每次只有一个区域工作，这由程序状态标志寄存器RS1和RS0决定。当RS1RS0=00时，所选的当前工作组为第0组(区域)，其地址分别为00H07H，对应的通用寄存器名称分别为r0 r7。注意：R0和R1不仅用作工作寄存器，还经常用作间接寻址的地址指针。2.特殊功能寄存器MCS-51共有21个特殊功能寄存器(PC机除外)，它们离散分布在片内随机存储器的80H0FFH地址单元中，占用128个存储单元，构成存储块。地址从大到小排列如下(寻址模式将在下一章讨论)在地址单元中复位后，特殊功能寄存器的初始状态可以是位可寻址的吗b寄存

10、器F0H 00H可以蓄电池E0H 00H可以PSW程序状态D0H 00H可以标志寄存器IP中断优先级b8hxxx0000b can控制寄存器P3 P3港口数据寄存器B0H FFH 5月工业工程中断允许A8H 0XX00000B控制寄存器P2 P2港口数据寄存器A0H FFH 5月SBUF串口发送/接收99H不确定数据缓冲寄存器SCON串行端口控制寄存器98H 00H可以P1 P1港口数据寄存器90H FFH 5月TH1 T1计数器8DH 00H不能高位8位寄存器TH0 T0计数器8CH 00H不能高位8位寄存器TL1 T1计数器8BH 00H不能低8位寄存器TL0 T0计数器8AH 00H不能

11、低8位寄存器TMOD计时器/计数器89H 00H不能模式控制寄存器TCON定时器控制寄存器88H 00H可以PCON功率控制寄存器87H 00H不能83H 00H不允许DPH地址寄存器的高8位DPL地址寄存器的低8位不能是82H 00HSP堆栈指针寄存器81H 07H不能P0 P0端口数据寄存器80H FFH可以上述21个特殊功能寄存器，其地址可被8整除，都可以是位可寻址的。b、A、PSW、SP和DPTR已经在上面介绍过了，其他的将在后面的章节中单独讨论。2-3 MCS-51单片机存储器半导体存储器1.几个基本概念1.数字的本质和物理现象。众所周知，计算机可以做数学运算，这使得我们很难理解。尽

12、管我们不知道计算机的组成，但它总是一些电子元件。我们如何做数学运算？我们通过在纸上写37，然后在底部写45，然后做大脑运算，最后写结果来做数学问题，比如37，45。手术的原料：37、45和结果：82都写在纸上。它放在电脑的什么地方？为了解决这个问题，让我们先做一个实验：这里有一盏灯。我们知道灯不是亮着就是关着，有两种状态。我们可以用“0”和“1”替换这两个状态，并规定它作为“1”打开，作为“0”关闭。现在打开两盏灯，有多少个州？让我们看看这个列表：国家表示0 00 11 01 1请自己写下三盏灯的情况000 001 010 011 100 101 110 111让我们看看，这不是我们学的二进制

13、数000，001，101吗？最初，灯的开和关只是一种物理现象，但当我们把它们放在一个更好的顺序，灯的开和关代表数字。让我们采取另一个抽象的步骤。为什么灯亮着？查看电路1，因为输出电路输出高电平，使灯通电。因此，灯的打开和关闭可以由电路的输出是高还是低来代替。这样，这些数字就与高低水平相关联了。请考虑一下。我们还看到过其他类似的例子吗？(海军)灯、信号灯、电报，甚至红灯和绿灯2.比特的意思是：通过以上实验，我们已经知道一盏灯亮着或者一条线的水平可以代表两种状态：0和1。事实上，这是一个二进制位，所以我们称一行为“位”，用位来表示。3.字节的含义：一行可以表示0和1，两行可以表示00、01、10和

14、11，也就是说，它们可以表示0到3，三行可以表示0到7。在计算机中，八条线通常放在一起并同时计数，因此256个状态可以从0到255表示。这8行或8位称为一个字节。不要问我为什么是8而不是其他数字，因为我也不知道。(计算机世界是一个人造的世界，而不是自然。你不能问为什么很多事情，但你只能说这是一种规定，每个人都应该在今后的学习过程中注意这个问题。(1.记忆的工作原理：1.记忆结构内存是存储数据的地方。它使用高和低级别来存储数据，也就是说，它实际上存储高和低级别，而不是像我们习惯于思考的1234这样的数字，这样我们的一个谜团就被解开了，计算机也没有什么神秘之处。图2图3让我们看看图2。这是一个记忆的示意图：记忆就像小抽屉。一个小抽屉里有八个小格子。每个小电网都用来储存“电荷”。电荷通过与之相连的电线传输或释放。至于电荷是如何储存在小电网中的，我们不必担心。你可以把电线想象成水管，小格子里的电荷就像水一样，所以很容易理解。内存中的每个小抽屉都是存放数据的地方，我们称之为“单元”。有了这样的结构，我们就可以开始存储数据了。如果我们想输入数据12，也就是说，我们只需要在第二个和第三个网格中填充电荷，并在其他网格中