單片機入門教材

1、本文來自平凡的單片機單片機入門教程有感于本人自學單片機的痛苦經(jīng)歷，以及對目前單片機教材和教案方法的懷疑，決定做這一版，以幫助那些和我一樣，想入單片機之門身邊卻沒有一個老師可以問的人。本版將分兩大塊：自編教程和為讀者提供盡可能詳盡的教案資料。準備工作在你決定學習單片機之前，請做好如下準備工作：一、硬件準備：計算機一臺。編程器一只、89C51一片，實驗板一塊，再準備一只仿真機，其它常規(guī)工具。如果你想學單片機，而又不愿做這些投資，我勸你最好還是放棄，否則可能只會挫傷你學習的積極性和浪費你的時間。好在這些投資并不算多。計算機：你能上網(wǎng)，計算機當然有了。編程器：商品化的一般至少伍、六百以上。但現(xiàn)在網(wǎng)上有

2、好多朋友都提供編程器的資料，如果你身邊有高手，不妨請他們幫助你做一個吧！不過幾十元的代價。如果沒有這個條件，我推薦你用丁丁工作室的51串行燒寫器，可讀寫WINBOND口ATME0司生產(chǎn)的40腿8位單片機，如w78e51,w78e52,w77e58,89c51,89c52,80f51,80f52,87f51,87f52,89c2051,89c1051等，價格便宜。仿真機：商品化的一般上千，我推薦一種吧，電子設計工具的51ST-32K系列，思路與傳統(tǒng)的仿真機截然不同，用一塊具在線可編程（ISP）的芯片，并提供一段單片機代碼和一個PC機軟件，你可以直接將要輸出的變量在計算機上顯示出來。我們用TC或其

3、它語言編程時，經(jīng)常在不清楚的地方加一條PRINT語句，看一下輸出，什么都清楚了，這個仿真機就是這個思路。價格也很便宜，既可作入門用，也適合于做產(chǎn)品開發(fā)。51ST-32K的說明。教案內(nèi)容：單片機概述1、何謂單片機一臺能夠工作的計算機要有這樣幾個部份構成：CPU（進行運算、控制）、RAM（數(shù)據(jù)存儲）、ROM（程序存儲）、輸入/輸出設備（例如：串行口、并行輸出口等）。在個人計算機上這些部份被分成若干塊芯片，安裝一個稱之為主板的印刷線路板上。而在單片機中，這些部份，全部被做到一塊集成電路芯片中了，所以就稱為單片（單芯片）機，而且有一些單片機中除了上述部份外，還集成了其它部份如A/D,D/A等。天！PC

4、中的CPU一塊就要賣幾千塊錢，這么多東西做在一起，還不得買個天價！再說這塊芯片也得非常大了。不，價格并不高，從幾元人民幣到幾十元人民幣，體積也不大，一般用40腳封裝，當然功能多一些單片機也有引腳比較多的，如68弓|腳，功能少的只有10多個或20多個引腳，有的甚至只8只引腳。為什么會這樣呢？功能有強弱，打個比方，市場上面有的組合音響一套才賣幾百塊錢，可是有的一臺功放機就要賣好幾千。另外這種芯片的生產(chǎn)量很大，技術也很成熟，51系列的單片機已經(jīng)做了十幾年，所以價格就低了。既然如此，單片機的功能肯定不強，干嗎要學它呢？話不能這樣說，實際工作中并不是任何需要計算機的場合都要求計算機有很高的性能，一個控制

5、電冰箱溫度的計算機難道要用PIII?應用的關鍵是看是否夠用，是否有很好的性能價格比。所以8051出來十多年，依然沒有被淘汰，還在不斷的發(fā)展中。2、MCS51單片機和8051、8031、89C51等的關系我們平常老是講8051,又有什么8031,現(xiàn)在又有89C51,它們之間究竟是什么關系？MCS51是指由美國INTEL公司（對了，就是大名鼎鼎的INTEL）生產(chǎn)的一系列單片機的總稱，這一系列單片機包括了好些品種，如8031,8051,8751,8032,8052,8752等，其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機都是在8051的基礎上進行功能的增、減、改變而來的，所以人們習慣于用8051

6、來稱呼MCS51系列單片機，而8031是前些年在我國最流行的單片機，所以很多場合會看到8031的名稱。INTEL公司將MCS51的核心技術授權給了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051為核心的單片機，當然，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求，其中89C51就是這幾年在我國非常流行的單片機，它是由美國ATME0司開發(fā)生產(chǎn)的。以后我們將用89C51來完成一系列的實驗。實驗板：我提供一個吧，電路原理圖和印制板圖壓在一起了，DOS版本，什么軟件都能看的。與我的教材配套。很簡單，一些LED,一些按鈕，數(shù)碼管。特點是單面板，自已制作很方便，下載有關說明。抱歉，前面提供的印制板圖有些小錯誤，LM32

7、4構成的振蕩器不能起振，請得新下載修改后的圖。二、軟件準備：一些常用軟彳是必須具備的。如INTEL的51匯編器，在教案資料中有關于它的說明。軟件仿真器（用來做數(shù)字運算類實驗或進行算法驗證時很好用），我提供偉福的隨機軟件，因為我手邊有偉福的仿真機，提供的是DOS版本軟件，我覺得比WINDOW版本的更穩(wěn)定一些。其它如繪圖用的PROTELFORDOSHEXBIN2（將HEX文件轉為機器碼文件）。學了一段時間之后，有朋友或許覺得不過癮了，老是紙上談兵，用個LED亮亮，有什么意思。oo下面我們就準備讓大家實戰(zhàn)一場了，敬請關注實戰(zhàn)之一：流水燈（這次是用真的電燈了，當心啦，沒接觸過強電的千萬別試，爆了管子可

8、別怪我。）。單片機的內(nèi)部、外部結構（一）一、單片機的外部結構拿到一塊芯片，想要使用它，首先必須要知道怎樣連線，我們用的一塊稱之為89C51的芯片，下面我們就看一下如何給它連線。1 .電源：這當然是必不可少的了。單片機使用的是5V電源，其中正極接40弓|腳，負極（地）接20引腳。2 .振旅電路：單片機是一種時序電路，必須提供脈沖信號才能正常工作，在單片機內(nèi)部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器，接18、19腳。只要買來晶振，電容，連上就可以了，按圖1接上即可。3 .復位引腳：按圖1中畫法連好，至于復位是何含義及為何需要復要復位，在單片機功能中介紹。4 .EA弓|腳：EA引腳接到正電源端。至此，一個單片

9、機就接好，通上電，單片機就開始工作了。二、任務分析我們的第一個任務是要用單片機點亮一只發(fā)光二極管LED,顯然，這個LED必須要和單片機的某個引腳相連，否則單片機就沒法控制它了，那么和哪個引腳相連呢？單片機上除了剛才用掉的5個引腳，還有35個，我們將這個LED和1腳相連。（見圖1,其中R1是限流電阻）按照這個圖的接法，當1腳是高電平時，LED不亮，只有1腳是低電平時，LED才發(fā)亮。因此要1腳我們要能夠控制，也就是說，我們要能夠讓1引腳按要求變?yōu)楦呋虻碗娖?。即然我們要控?腳，就得給它起個名字，總不能就叫它一腳吧？叫它什么名字呢？設計51芯片的INTEL公司已經(jīng)起好了，就叫它P1.0,這是規(guī)定，不

10、可以由我們來更改。名字有了，我們又怎樣讓它變高或變低呢？叫人做事，說一聲就可以，這叫發(fā)布命令，要計算機做事，也得要向計算機發(fā)命令，計算機能聽得懂的命令稱之為計算機的指令。讓一個引腳輸出高電平的指令是SETB,讓一個引腳輸出低電平的指令是CLR。因此，我們要P1.0輸出高電平，只要寫SETBP1.0,要P1.0輸出低電平，只要寫CLRP1.0就可以了?，F(xiàn)在我們已經(jīng)有辦法讓計算機去將P10輸出高或低電平了，但是我們怎樣才能計算機執(zhí)行這條指令呢？總不能也對計算機也說一聲了事吧。要解決這個問題，還得有幾步要走。第一，計算機看不懂SETBCLR之類的指令，我們得把指令翻譯成計算機能懂的方式，再讓計算機去

11、讀。計算機能懂什么呢？它只懂一樣東西一一數(shù)字。因此我們得把SETBP10變?yōu)椋ǎ?，把CLRP10變?yōu)椋ǎ?，至于為什么是這兩個數(shù)字，這也是由51芯片的設計者-INTEL規(guī)定的，我們不去研究。第二步，在得到這兩個數(shù)字后，怎樣讓這兩個數(shù)字進入單片機的內(nèi)部呢？這要借助于一個硬件工具"編程器"。我們將編程器與電腦連好，運行編程器的軟件，然后在編緝區(qū)內(nèi)寫入（），寫入好，拿下片子，把片子插入做好的電路板，接通電源什么？燈不亮？這就對了，因為我們寫進去的指令就是讓P10輸出高電平，燈當然不亮，要是亮就錯了?，F(xiàn)在我們再撥下這塊芯片，重新放回到編程器上，將編緝區(qū)的內(nèi)容改為（），也就是CLRP1

12、.0,寫片，拿下片子，把片子插進電路板，接電，好，燈亮了。因為我們寫入的（）就是讓P10輸出低電平的指令。這樣我們看到，硬件電路的連線沒有做任何改變，只要改變寫入單片機中的內(nèi)容，就可以改變電路的輸出效果。三、單片機內(nèi)部結構分析然后取下單片機，單并且這個地方在單片機我們來思考一個問題，當我們在編程器中把一條指令寫進單片要內(nèi)部,片機就可以執(zhí)行這條指令，那么這條指令一定保存在單片機的某個地方,掉電后依然可以保持這條指令不會丟失，這是個什么地方呢？這個地方就是單片機內(nèi)部的只讀存儲器即ROM（READONLYMEMQRY為什么稱它為只讀存儲器呢？剛才我們不是明明把兩個數(shù)字寫進去了嗎？原來在89C51中的

13、ROM一種電可擦除的ROM稱為FLASHROM剛才我們是用的編程器，在特殊的條件下由外部設備對ROM3行寫的操作，在單片機正常工作條件下，只能從那面讀，不能把數(shù)據(jù)寫進去，所以我們還是把它稱為ROM單片機的內(nèi)外部結構分析（二）程序的完善上一次我們的程序?qū)嵲谑菦]什么用，要燈亮還要重寫一下片子，下面我們要讓燈不斷地閃爍，這就有一定的實用價值了，比如可以把它當成汽車上的一個信號燈用了。怎樣才能讓燈不斷地閃爍呢？實際上就是要燈亮一段時間，再滅一段時間，也就是說要P10不斷地輸出高和低電平。怎樣實現(xiàn)這個要求呢？請考慮用下面的指令是否可行：SETBP10CLRP10這是不行的，有兩個問題，第一，計算機執(zhí)行指

14、令的時間很快，執(zhí)行完SETBP10后，燈是滅了，但在極短時間（微秒級）后，計算機又執(zhí)行了CLRP10指令，燈又亮了，所以根本分辨不出燈曾滅過。第二，在執(zhí)行完CLRP10后，不會再去執(zhí)行SETBP10指令，所以以后再也沒有機會讓滅了。為了解決這兩個問題，我們可以做如下設想，第一，在執(zhí)行完SETBP10后，延時一段時間（幾秒或零點幾秒）再執(zhí)行第二條指令，就可以分辨出燈曾滅過了。第二在執(zhí)行完第二條指令后，讓計算機再去執(zhí)行第一條指令，不斷地在原地兜圈，我們稱之為"循環(huán)"，這樣就可以完成任務了。以下先給出程序（后面括號中的數(shù)字是為了便于講解而寫的，實際不用輸入）：LOOP:SETBP

15、10；(1)LCALLDELAY；(2)CLRP10；(3)LCALLDELAY；(4)AJMPLOOP；(5);以下子程序DELAY:MOVR7,#250；(6)D1:MOVR6,#250；(7)D2:DJNZR6,D2；(8)DJNZR7,D1；(9)RET；(10)END；(11)按上面的設想分析一下前面的五條指令。第一條是讓燈滅，第二條應當是延時，第三條是讓燈亮，第四條和第二條一模一樣，也是延時，第五條應當是轉去執(zhí)行第一條指令。第二和第四條實現(xiàn)的原理稍后談，先看第五條，LJMP是一條指令，意思是轉移，往什么地方轉移呢？后面跟的是LOOP看一下，什么地方還有LOOP對了，在第一條指令的前

16、面有一個LOOP所以很直觀地，我們可以認識到，它要轉到第一條指令處。這個第一條指令前面的LOOP!稱之為標號，它的用途就是給這一行起一個名字，便于使用。是否一定要給它起名叫LOO隴？當然不是，起什么名字，完全由編程序的人決定，可以稱它為A,X等等，當然，這時，第五條指令LJMP后面的名字也得跟著改了。第二條和第四條指令的用途是延時，它是怎樣實現(xiàn)的呢？指令的形式是LCALL,這條指令稱為調(diào)用子程序指令，看一下指令后面跟的是什么，DELAY找一下DELAY在第六條指令的前面，顯然，這也是一個標號。這條指令的作用是這樣的：當執(zhí)行LCALL指令時，程序就轉到LCALL后面的標號所標定的程序處執(zhí)行，如果

17、在執(zhí)行指令的過程中遇到RET指令，則程序就返回到LCALL指令的下面的一條指令繼續(xù)執(zhí)行，從第六行開始的指令中，可以看到確實有RET指令。在執(zhí)行第二條指令后，將轉去執(zhí)行第6條指令，而在執(zhí)行完6,7,8,9條指令后將遇到第10條令：RE1執(zhí)行該條指令后，程序?qū)⒒貋韴?zhí)行第三條指令，即將P10清零，使燈亮，然后又是第四條指令，執(zhí)行第四條指令就是轉去執(zhí)行第6,7,8,9,10條指令，然后回來執(zhí)行第5條指令，第5條指令就是讓程序回到第1條開始執(zhí)行，如此周而復始，燈就在不斷地亮、滅了。在標號DELAY標志的這一行到RET這一行中的所有程序，這是一段延時程序，大概延時零點幾秒，至于具體的時間，以后我們再學習如

18、何計算。程序的最后一行是END這不是一條指令，它只是告訴我們程序到此結束，它被稱為“偽指令"。二、單片機內(nèi)部結構分析：為了知道延時程序是如何工作的，我們必需首先了解延時程序中出現(xiàn)的一些符號，就從R1開始，R1被稱之為工作寄存器。什么是工作寄存器呢？讓我們從現(xiàn)實生活中來找找答案。如果出一道數(shù)學題：123+567,讓你回答結果是多少，你會馬上答出是690,再看下面一道題：123+567+562,要讓你要上回答，就不這么容易了吧？我們會怎樣做呢？如果有張紙，就容易了，我們先算出123+567=690,把690寫在紙上，然后再算690+562得到結果是1552。這其中1552是我們想要的結果

19、，而690并非我們所要的結果，但是為了得到最終結果，我們又不得不先算出690,并記下來，這其實是一個中間結果，計算機中做運算和這個類似，為了要得到最終結果，往往要做很多步的中間結果，這些中間結果要有個地方放才行，把它們放哪呢？放在前面提到過的ROK可以嗎？顯然不行，因為計算機要將結果寫進去，而ROM不可以寫的，所以在單片機中另有一個區(qū)域稱為RAM區(qū)（RA限隨機存取存儲器的英文縮寫），它可以將數(shù)據(jù)寫進去。特別地，在MCS-51單片機中，將RAMfr分出一塊區(qū)域，稱為工作寄存器區(qū)。半導體存儲器、幾個基本概念1 .數(shù)的本質(zhì)和物理現(xiàn)象我們知道，計算機可以進行數(shù)學運算，這可令我們非常的難以理解，計算機嗎

20、，我們雖不了解它的組成，但它總只是一些電子元器件，怎么可以進行數(shù)學運算呢？我們做數(shù)學題如37+45是這樣做的，先在紙上寫37,然后在下面寫45,然后大腦運算，最后寫出結果，運算的原材料：37、45和結果：82都是寫在紙上的，計算機中又是放在什么地方呢？為了解決這個問題，先讓我們做一個實驗：這里有一盞燈，我們知道燈要么亮，要么不亮，就有兩種狀態(tài)，我們可以用0和'1'來代替這兩種狀態(tài)，規(guī)定亮為1',不亮為0'。現(xiàn)在放上兩盞燈，一共有幾種狀態(tài)呢？我們列表來看一下：請大家自已寫上3盞燈的情況000001010011100101110111我們來看，這個000,001,1

21、01不就是我們學過的的二進制數(shù)嗎？本來，燈的亮和滅只是一種物理現(xiàn)象，可當我們把它們按一按的順序排更好后，燈的亮和滅就代表了數(shù)字了。讓我們再抽象一步，燈為什么會亮呢？看電路1,是因為輸出電路輸出高電平，給燈通了電。因此，燈亮和滅就可以用電路的輸出是高電平還是低電平來替代了。這樣，數(shù)字就和電平的高、低聯(lián)系上了。（請想一下，我們還看到過什么樣的類似的例子呢？（海軍之）燈語、旗語，電報，甚至紅、綠燈）2 .位的含義：通過上面的實驗我們已經(jīng)知道：一盞燈亮或者說一根線的電平的高低，可以代表兩種狀態(tài)：0和1。實際上這就是一個二進制位，因此我們就把一根線稱之為一“位"，用BIT表示。3 .字節(jié)的含義

22、：一根線可以表于0和1,兩根線可以表達00,01,10,11四種狀態(tài)，也就是可以表于0到3,而三根可以表達0-7,計算機中通常用8根線放在一起，同時計數(shù)，就可以表過到0-255一共256種狀態(tài)。這8根線或者8位就稱之為一個字節(jié)（BYTE）。不要問我為什么是8根而不是其它數(shù)，因為我也不知道。（計算機世界是一個人造的世界，不是自然界，很多事情你無法問為什么，只能說：它是一種規(guī)定，大家在以后的學習過程中也要注意這個問題）二、存儲器的工作原理：1、存儲器構造存儲器就是用來存放數(shù)據(jù)的地方。它是利用電平的高低來存放數(shù)據(jù)的，也就是說，它存放的實際上是電平的高、低，而不是我們所習慣認為的1234這樣的數(shù)字，這

23、樣，我們的一個謎團就解開了，計算機也沒什么神秘的嗎。讓我們看圖2。這是一個存儲器的示意圖：一個存儲器就象一個個的小抽屜，一個小抽屜里有八個小格子，每個小格子就是用來存放“電荷”的，電荷通過與它相連的電線傳進來或釋放掉，至于電荷在小格子里是怎樣存的，就不用我們操心了，你可以把電線想象成水管，小格子里的電荷就象是水，那就好理解了。存儲器中的每個小抽屜就是一個放數(shù)據(jù)的地方，我們稱之為一個“單二，）Lo有了這么一個構造，我們就可以開始存放數(shù)據(jù)了，想要放進一個數(shù)據(jù)12,也就是00001100,我們只要把第二號和第三號小格子里存滿電荷，而其它小格子里的電荷給放掉就行了（看圖3）o可是問題出來了，看圖2,一

24、個存儲器有好多單元，線是并聯(lián)的，在放入電荷的時候，會將電荷放入所有的單元中，而釋放電荷的時候，會把每個單元中的電荷都放掉，這樣的話，不管存儲器有多少個單元，都只能放同一個數(shù)，這當然不是我們所希望的，因此，要在結構上稍作變化，看圖2,在每個單元上有個控制線，我想要把數(shù)據(jù)放進哪個單元，就給一個信號這個單元的控制線，這個控制線就把開關打開，這樣電荷就可以自由流動了，而其它單元控制線上沒有信號，所以開關不打開，不會受到影響，這樣，只要控制不同單元的控制線，就可以向各單元寫入不同的數(shù)據(jù)了，同樣，如果要某個單元中取數(shù)據(jù)，也只要打開相應的控制開關就行了。2 .存儲器譯碼那么，我們怎樣來控制各個單元的控制線呢

25、？這個還不簡單，把每個單元元的控制線都引到集成電路的外面不就行了嗎？事情可沒那么簡單，一片27512存儲器中有65536個單元，把每根線都引出來，這個集成電路就得有6萬多個腳？不行，怎么辦？要想法減少線的數(shù)量。我們有一種方法稱這為譯碼，簡單介紹一下：一根線可以代表2種狀態(tài)，2根線可以代表4種狀態(tài)，3根線可以代表幾種，256種狀態(tài)又需要幾根線代表？8種，8根線，所以65536種狀態(tài)我們只需要16根線就可以代表了。圖43 .存儲器的選片及總線的概念至此，譯碼的問題解決了，讓我們再來關注另外一個問題。送入每個單元的八根線是用從什么地方來的呢？它就是從計算機上接過來的，一般地，這八根線除了接一個存儲器

26、之外，還要接其它的器件，如圖4所示。這樣問題就出來了，這八根線既然不是存儲器和計算機之間專用的，如果總是將某個單元接在這八根線上，就不好了，比如這個存儲器單元中的數(shù)值是0FFH另一個存儲器的單元是00H,那么這根線到底是處于高電平，還是低電平？豈非要打架看誰歷害了？所以我們要讓它們分離。辦法當然很簡單，當外面的線接到集成電路的引腳進來后，不直接接到各單元去，中間再加一組開關（參考圖4）就行了。平時我們讓開關打開著，如果確實是要向這個存儲器中寫入數(shù)據(jù)，或要從存儲器中讀出數(shù)據(jù)，再讓開關接通就行了。這組開關由三根引線選擇：讀控制端、寫控制端和片選端。要將數(shù)據(jù)寫入片中，先選中該片，然后發(fā)出寫信號，開關

27、就合上了，并將傳過來的數(shù)據(jù)（電荷）寫入片中。如果要讀，先選中該片，然后發(fā)出讀信號，開關合上,數(shù)據(jù)就被送出去了。注意圖4,讀和寫信號同時還接入到另一個存儲器，但是由于片選端不同,所以雖有讀或?qū)懶盘枺珱]有片選信號，所以另一個存儲器不會“誤會”而開門，造成沖突。么會不同時選中兩片芯片呢？只要是設計好的系統(tǒng)就不會，因為它是由計算控制的，而不是我們?nèi)藖砜刂频?，如果真的出現(xiàn)同時出現(xiàn)選中兩片的情況，那就是電路出了故障了，這不在我們的討論之列。從上面的介紹中我們已經(jīng)看到，用來傳遞數(shù)據(jù)的八根線并不是專用的，而是很多器件大家共用的，所以我們稱之為數(shù)據(jù)總線，總線英文名為BUS總即公交車道，誰者可以走。而十六根地址

28、線也是連在一起的，稱之為地址總線。4 .半導體存儲器的分類按功能可以分為只讀和隨機存取存儲器兩大類:所謂只讀，從字面上理解就是只可以從里面讀，不能寫進去，它類似于我們的書本，發(fā)到我們手回之后，我們只能讀里面的內(nèi)容，不可以隨意更改書本上的內(nèi)容。只讀存儲器的英文縮寫為ROM(READONLYMEMORY所謂隨機存取存儲器，即隨時可以改寫，也可以讀出里面的數(shù)據(jù)，它類似于我們的黑板，我可以隨時寫東西上去，也可以用黑板擦擦掉重寫。隨機存儲器的英文縮寫為RAM(READRANDOMMEMORY這兩種存儲器的英文縮寫一定要記牢。注意：所謂的只讀和隨機存取都是指在正常工作情況下而言，也就是在使用這塊存儲器的時

29、候，而不是指制造這塊芯片的時候。否則，只讀存儲器中的數(shù)據(jù)是怎么來的呢？其實這個道理也很好理解，書本拿到我們手里是不能改了，可以當它還是原材料一一白紙的時候，當然可以由印刷廠印上去了。順便解釋一下其它幾個常見的概念oPROM,稱之為可編程存儲器。這就象我們的練習本，買來的時候是空白的，可以寫東西上去,可一旦寫上去，就擦不掉了，所以它只能用寫一次，要是寫錯了，就報銷了。EPROM,稱之為紫外線擦除的可編程只讀存儲器。它里面的內(nèi)容寫上去之后，如果覺得不滿意，可以用一種特殊的方法去掉后重寫，這就是用紫外線照射，紫外線就象梢字靈”，可以把字去掉，然后再重寫。當然消的次數(shù)多了，也就不靈光了，所以這種芯片可

30、以擦除的次數(shù)也是有限的一一幾百次吧。FLASH,稱之為閃速存儲器，它和EPROM類似，寫上去的東西也可以擦掉重寫，但它要方便一些，不需要光照了，只要用電學方法就可以擦除，所以就方便許多，而且壽面也很長（幾萬到幾十萬次不等）。再次強調(diào)，這里的所有的寫都不是指在正常工作條件下。不管是PROIMEPROME是FLASHROIM它們的寫都要有特殊的條件，一般我們用一種稱之為“編程器”的設備來做這項工作，一旦把它裝到它的工作位置，就不能隨便改寫了。單片機第五課：單片機的內(nèi)外部結構分析（三）一、延時程序分析上一次課中，我們已經(jīng)知道，程序中的符號R7、R6是代表了一個個的RAMS元，是用來放一些數(shù)據(jù)的，下面

31、我們再來看一下其它符號的含義。DELAY:MOVR7,#250；(6)D1:MOVR6,#250；(7)D2:DJNZR6,D2；(8)DJNZR7,D1；(9)RET；(10)1. MOV:這是一條指令，意思是傳遞數(shù)據(jù)。說到傳遞，我們都很清楚，傳東西要從一個人的手上傳到另一個人的手上，也就是說要有一個接受者，一個傳遞者和一樣東西。從指令MOVR7,#250中來分析，R7是一個接受者，250是被傳遞的數(shù)，傳遞者在這條指令中被省略了（注意：并不是每一條傳遞指令都會省的，事實上大部份數(shù)據(jù)傳遞指令都會有傳遞者）。它的意義也很明顯：將數(shù)據(jù)250送到R7中去，因此執(zhí)行完這條指令后，R7單元中的值就應當是

32、250。在250前面有個#,這又是什么意思呢？這個#就是用來說明250就是一個被傳遞的東西本身，而不是傳遞者。那么MOVR6,#250是什么意思，應當不用分析了吧。2. DJNZ:這是另一條指令，我們來看一下這條指令后面跟著的兩個東西，一個是R6,一個是D2,R6我們當然已知是什么了，查一下D2是什么。D2在本行的前面，我們已學過，這稱之為標號。標號的用途是什么呢？就是給本行起一個名字。DJNZ指令的執(zhí)行過程是這樣的，它將其后面的第一個參數(shù)中的值減1,然后看一下，這個值是否等于0,如果等于0,就往下執(zhí)行，如果不等于0,就轉移，轉到什么地方去呢？可能大家已猜到了，轉到第二個參數(shù)所指定的地方去（請

33、大家用自已的話講一下這條語句是怎樣執(zhí)行的）o本條指令的最終執(zhí)行結果就是，在原地轉圈250次。3. 執(zhí)行完了DJNZR6,D2之后（也就是R6的值等于0之后），就會去執(zhí)行下面一行，也就是DJNZR7,D1,請大家自行分析一下這句話執(zhí)行的結果。（轉去執(zhí)行MOVR6,#250,同時R7中的值減1）,最終DJNZR6,D2這句話將被執(zhí)行250*250=62500次，執(zhí)行這么多次同一條指令干嗎？就是為了延時。4. 一個問題：如果在R6中放入0,會有什么樣的結果。二、時序分析：前面我們介紹了延時程序，但這還不完善，因為，我們只知道DJNZR6,D2這句話會被執(zhí)行62500次，但是執(zhí)行這么多次需要多長時間呢

34、？是否滿足我們的要求呢？我們還不知道，所以下面要來解決這個問題。先提一個問題：我們學校里什么是最重要的。（鈴聲）校長可以出差，老師可以休息，但學校一日無鈴聲必定大亂。整個學校就是在鈴聲的統(tǒng)一指揮下，步調(diào)一致，統(tǒng)一協(xié)調(diào)地工作著。這個鈴是按一定的時間安排來響的，我們可以稱之為“時序時間的順序”。一個由人組成的單位尚且要有一定的時序，計算機當然更要有嚴格的時序。事實上，計算機更象一個大鐘，什么時候分針動，什么時候秒針動，什么時候時針動，都有嚴格的規(guī)定，一點也不能亂。計算機要完成的事更復雜，所以它的時序也更復雜我們已知，計算機工作時，是一條一條地從ROMfr取指令，然后一步一步地執(zhí)行，我們規(guī)定：計算機

35、訪問一次存儲器的時間，稱之為一個機器周期。這是一個時間基準，好象我們?nèi)擞谩懊搿弊鳛槲覀兊臅r間基準一樣，為什么不干脆用“秒”，多好，很習慣，學下去我們就會知道用“秒”反而不習慣。一個機器周期包括12個時鐘周期。下面讓我們算一下一個機器周期是多長時間吧。設一個單片機工作于12M晶振，它的時鐘周期是1/12（微秒）。它的一個機器周期是12*（1/12）也就是1微秒。（請計算一個工作于6M晶振的單片機，它的機器周期是多少）。MCS-51單片機的所有指令中，有一些完成得比較快，只要一個機器周期就行了，有一些完成得比較慢，得要2個機器周期，還有兩條指令要4個機器周期才行。這也不難再解，不是嗎？我讓你掃地的

36、執(zhí)行要完成總得比要你完成擦黑板的指令時間要長。為了恒量指令執(zhí)行時間的長短，又引入一個新的概念：指令周期。所謂指令周期就是指執(zhí)行一條指令的時間。INTEL對每一條指令都給出了它的指令周期數(shù)，這些數(shù)據(jù)，大部份不需要我們?nèi)ビ洃?，但是有一些指令是需要記住的，如DJNZ指令是雙周期指令。下面讓我們來計算剛才的延時。首先必須要知道晶振的頻率，我們設所用晶振為12M,則一個機器周期就是1微秒。而DJNZ指令是雙周期指令，所以執(zhí)行一次要2個微秒。一共執(zhí)行62500次，正好125000微秒，也就是125毫秒。練習：設計一個延時100毫秒的延時程序。要點分析：1、一個單元中的數(shù)是否可以超過255。2、如何分配兩個

37、數(shù)。三、復位電路任何單片機在工作之前都要有個復位的過程，復位是什么意思呢？它就象是我們上課之前打的預備鈴。預備鈴一響，大家就自動地從操場、其它地方進入教室了，在這一段時間里，是沒有老師干預的，對單片機來說，是程序還沒有開始執(zhí)行，是在做準備工作。顯然，準備工作不需要太長的時間，復位只需要5ms的時間就可以了。如何進行復位呢？只要在單片機的RST引腳上加上高電平，就可以了，按上面所說，時間不少于5ms。為了達到這個要求，可以用很多種方法，這里提供一種供參考，見圖1。實際上，我們在上一次實驗的圖中已見到過了圖1:復位電路這種復位電路的工作原理是：通電時，電容兩端相當于是短路，于是RST引腳上為高電平

38、，然后電源通過電阻對電容充電，RST端電壓慢慢下降，降到一定程序，即為低電平，單片機開始正常工作。單片機的內(nèi)外部結構分析（四）1.第三個實驗上兩次我們做過兩個實驗，都是讓P1.0這個引腳使燈亮，我們可以設想：既然P1.0可以讓燈亮，那么其它的引腳可不可以呢？看一下圖1,它是8031單片機引腳的說明，在P1.0旁邊有P1.1,P1.2.P1.7,它們是否都可以讓燈亮呢？除了以P1開頭的外，還有以P0,P2,P3開頭的，數(shù)一下，一共是32個引腳，前面我們以學過7個引腳，力口上這32個這39個了。它們都以P字開頭，只是后面的數(shù)字不一樣，它們是否有什么聯(lián)系呢？它們能不能都讓燈亮呢？在我們的實驗板上，除

39、了P10之外，還有P11P17都與LED相連，下面讓我們來做一個實驗，程序如下：;實驗程序MAIN:MOVP1,#0FFHLCALLDELAYMOVP1,#00HLCALLDELAYLJMPMAINDELAYMOVR7,#250D1:MOVR6,#250D2:DJNZR6,D2DJNZR7,D1RETEND將這段程序轉為機器碼，用編程器寫入芯片中，結果如何？通電以后我們可以看到8只LED全部在閃動。因此，P10P17是全部可以點亮燈的。事實上，凡以P開頭的這32個引腳都是可以點亮燈的，也就是說：這32個引腳都可以作為輸出使用，如果不用來點亮LED,可以用來控制繼電器，可以用來控制其它的執(zhí)行機構

40、。程序分析：這段程序和前面做過的程序比較，只有兩處不一樣：第一句：原來是SETBP1.0,現(xiàn)在改為MOVP1,#0FFH,第三句：原來是CLRP1.0,現(xiàn)在改為MOVP1.0,#00H。從中可以看出，P1是P1.0P1.7的全體的代表，一個P1就表示了所有的這八個管腳了。當然用的指令也不一樣了，是用MOV旨令。為什么用這條指令？看圖2,我們把P1作為一個整體，就把它當作是一個存儲器的單元，對一個單元送進一個數(shù)可以用MOV旨令。二、第四個實驗除了可以作為輸出外，這32個引腳還可以做什么呢？下面再來做一個實驗，程序如下：實驗程序MAIN:MOVP3,#0FFHLOOPMOVA,P3MOVP1,AL

41、JMPLOOP先看一下實驗的結果：所有燈全部不亮，然后我按下一個按鈕，第（）個燈亮了，再按下另一個按鈕，第（）個燈亮了，松開按鈕燈就滅了。從這個實驗現(xiàn)象結合電路來分析一下程序。從硬件電路的連線可以看出，有四個按鈕被接入到P3口的P32,P33,P34,P35。第一條指令的用途我們可以猜到：使P3口全部為高電平。第二條指令是MOVAP3,其中MOV已經(jīng)見，是送數(shù)的意思，這條指令的意思就是將P3口的數(shù)送到A中去，我們可以把A當成是一個中間單元（看圖3）,第三句話是將A中的數(shù)又送到P1口去，第四句話是循環(huán)，就是不斷地重復這個過程，這我們已見過。當我們按下第一個按鈕時，第（3）只燈亮了，所以P12口應

42、當輸出是低電平，為什么P12口會輸出低電平呢？我們看一下有什么被送到了P1口，只有從P3口進來的數(shù)送到A,又被送到了P1口，所以，肯定是P3口進來的數(shù)使得P12位輸出電平的。P3口的P32位的按鈕被按下，使得P32位的電平為低，通過程序，又使P12口輸出低電平，所以P3口起來了一個輸入的作用。驗證：按第二、三、四個按鈕，同時按下2個、3個、4個按鈕都可以得到同樣的結論，所以P3口確實起到了輸入作用，這樣，我們可以看到，以P字開頭的管腳，不僅可以用作輸出，還可以用作輸入，其它的管腳是否可以呢？是的，都可以。這32個引腳就稱之為并行口，下面我們就對并行口的結構作一個分析，看一下它是怎樣實現(xiàn)輸入和輸

43、出的。3.并行口結構分析：1、輸出結構先看P1口的一位的結構示意圖（只畫出了輸出部份）：從圖中可以看出，開關的打開和合上代表了引腳輸出的高和低，如果開關合上了，則引腳輸出就是低，如果開關打開了，則輸出高電平，這個開關是由一根線來控制的，這根數(shù)據(jù)總線是出自于CPU讓我們回想一下，數(shù)據(jù)總線是一根大家公用的線，很多的器件和它連在一起，在不同的時候，不同的器件當然需要不同的信號，如某一時刻我們讓這個引腳輸出高電平，并要求保持若干時間，在這段時間里，計算機當然在忙個不停，在與其它器件進行聯(lián)絡，這根控制線上的電平未必能保持原來的值不變，輸出就會發(fā)生變化了。怎么解決這個問題呢？我們在存儲器一節(jié)中學過，存儲器

44、中是可以存放電荷的，我們不妨也加一個小的存儲器的單元，并在它的前面加一個開關，要讓這一位輸出時，就把開關打開，信號就進入存儲器的單元，然后馬上關閉開關，這樣這一位的狀態(tài)就被保存下來，直到下一次命令讓它把開關再打開為止。這樣就能使這一位的狀態(tài)與別的器件無關了，這么一個小單元，我們給它一個很形象的名字，稱之為“鎖存器”。2、輸入結構這是并行口的一位的輸出結構示意圖，再看，除了輸出之外，還有兩根線，一根從外部引腳接入，另一根從鎖存器的輸出接出，分別標明讀引腳和讀鎖存器。這兩根線是用于從外部接收信號的，為什么要兩根呢？原來，在51單片機中輸入有兩種方式，分別稱為讀引腳和讀鎖存器，第一種方式是將引腳作為

45、輸入，那是真正地從外部引腳讀進輸入的值，第二種方式是該引腳處于輸出狀態(tài)時，有時需要改變這一位的狀態(tài)，則并不需要真正地讀引腳狀態(tài)，而只是讀入鎖存器的狀態(tài)，然后作某種變換后再輸出。請注意輸入結構圖，如果將這一根引線作為輸入口使用，我們并不能保證在任何時刻都能得到正確的結果（為什么？）參考圖2輸入示意圖。接在外部的開關如果打開，則應當是輸入1,而如果閉合開關，則輸入0,但是，如果單片機內(nèi)部的開關是閉合的，那么不管外部的開關是開還是閉，單片機接受到的數(shù)據(jù)都是0?？梢?，要讓這一端口作為輸入使用，要先做一個準備工作，就是先讓內(nèi)部的開關斷開，也就是讓端口輸出1'才行。正因為要先做這么一個準備工作，所

46、以我們稱之為“準雙向I/O口”。以上是P1口的一位的結構，P1口其它各位的結構與之相同，而其它三個口：P0、P2、P3則除入作為輸入輸出口之外還有其它用途，所以結構要稍復雜一些，但其用于輸入、輸出的結構是相同的?？磮D（）。對我們來說，這些附加的功能不必由我們來控制，所以我們就不去關心它了。單片機內(nèi)部結構分析（五）通過前面的學習，我們已知單片機的內(nèi)部有ROM有RAM有并行I/O口，那么，除了這些東西之外，單片機內(nèi)部究竟還有些什么，這些個零碎的東西怎么連在一起的，讓我們來對單片機內(nèi)部作一個完整的分析吧！看圖（1）（本圖太大，請大家找本書看吧，一般講單片機的書，隨便哪本都有）。從圖中我們可以看出：在

47、51單片機內(nèi)部有一個CPU用來運算、控制,有四個并行I/O口，分別是P0、P1、P2、P3,有ROM,用來存放程序,有RAM,用來存放中間結果,此外還有定時/計數(shù)器，串行I/O口，中斷系統(tǒng)，以及一個內(nèi)部的時鐘電路在一個51單片機的內(nèi)部包含了這么多的東西。對上面的圖進行進一步的分析，我們已知，對并行I/O口的讀寫只要將數(shù)據(jù)送入到相應I/O口的鎖存器就可以了，那么對于定時/計數(shù)器，串行I/O口等怎么用呢？在單片機中有一些獨立的存儲單元是用來控制這些器件的，被稱之為特殊功能寄存器（SFRo事實上，我們已接觸過P1這個特殊功能寄存器了，還有哪些呢？看表1:表1:特殊功能寄存器符號地址功能介紹BF0HB

48、寄存器ACCE0H累加器PSWD0H程序狀態(tài)字IPB8H中斷優(yōu)先級控制寄存器P3B0HP3口鎖存器IEA8H中斷允許控制寄存器P2A0HP2口鎖存器SBUF99H串行口鎖存器SCON98H串行口控制寄存器P190HP1口鎖存器TH18DH定時器/計數(shù)器1（高8位）TH08CH定時器/計數(shù)器1（低8位）TL18BH定時器/計數(shù)器0（高8位）TL08AH定時器/計數(shù)器0（低8位）TMOD89A定時器/計數(shù)器方式控制寄存器TCON88H定時器/計數(shù)器控制寄存器DPH83H數(shù)據(jù)地址指針（高8位）DPL82H數(shù)據(jù)地址指針（低8位）SP81H堆棧指針P080HP0口鎖存器PCON87H電源控制寄存器表1下

49、面，我們介紹一下幾個常用的SFR,看圖2。1. ACC:累加器，通常用A表示。這是個什么東西，可不能從名字上理解，它是一個寄存器，而不是一個做加法的東西，為什么給它這么一個名字呢？或許是因為在運算器做運算時其中一個數(shù)一定是在ACC中的緣故吧。它的名字特殊，身份也特殊，稍后我們將學到指令，可以發(fā)現(xiàn)，所有的運算類指令都離不開它。2. B:一個寄存器。在做乘、除法時放乘數(shù)或除數(shù)，不做乘除法時，隨你怎么用。3. PSW:程序狀態(tài)字。這是一個很重要的東西，里面放了CPU工作時的很多狀態(tài)，借此,我們可以了解CPU的當前狀態(tài)，并作出相應的處理。它的各位功能請看表2表2:PSW各位功能D7D6D5D4D3D2

50、D1D0CYACF0RS1RS0OVPF面我們逐一介紹各位的用途(1) CY:進位標志。8051中的運算器是一種8位的運算器，我們知道，8位運算器只能表示到0-255,如果做加法的話，兩數(shù)相加可能會超過255,這樣最高位就會丟失，造成運算的錯誤，怎么辦？最高位就進到這里來。這樣就沒事了。例：78H+97HI(01111000+10010111)(2) AC:半進位標志。例：57H+3AH(01010111+00111010)(3) F0:用戶標志位，由我們(編程人員)決定什么時候用，什么時候不用(4) RS1、RS0工作寄存器組選擇位。這個我們已知了。(5) 0V:溢出標志位。什么是溢出我們稍

51、后再談吧。(6) P:奇偶校驗位：它用來表示ALU運算結果中二進制數(shù)位“1”的個數(shù)的奇偶性若為奇數(shù)，則P=1,否則為0。例：某運算結果是78H(01111000),顯然1的個數(shù)為偶數(shù)，所以P=0o4、DPTR(DPHDPL):數(shù)據(jù)指針，可以用它來訪問外部數(shù)據(jù)存儲器中的任一單元，如果不用，也可以作為通用寄存器來用，由我們自已決定如何使用。5、P0、P1、P2、P3:這個我們已經(jīng)知道，是四個并行輸入/輸出口的寄存器。它里面的內(nèi)容對應著管腳的輸出。6、SP:堆棧指針。堆棧介紹：日常生活中，我們都注意到過這樣的現(xiàn)象，家里洗的碗，一只一只摞起來，最晚放上去的放在最上面，而最早放上去的則放在最下面，在取的

52、時候正好相反，先從最上面取，這種現(xiàn)象我們用一句話來概括：“先進后出，后進先出”。請大家想想，還有什么地方有這種現(xiàn)象？其實比比皆是，建筑工地上堆放的磚頭、材料，倉庫里放的貨物，都是“先進后出，后進先出”，這實際是一種存取物品的規(guī)則，我們稱之為“堆?！?。在單片機中，我們也可以在RAM構造這樣一個區(qū)域，用來存放數(shù)據(jù)，這個區(qū)域存放數(shù)據(jù)的規(guī)則就是“先進后出，后進先出"，我們稱之為“堆?！?。為什么需要這樣來存放數(shù)據(jù)呢？存儲器本身不是可以按地址來存放數(shù)據(jù)嗎？對，知道了地址的確就可以知道里面的內(nèi)容，但如果我們需要存放的是一批數(shù)據(jù)，每一個數(shù)據(jù)都需要知道地址那不是麻煩嗎？如果我們讓數(shù)據(jù)一個接一個地放置，

53、那么我們只要知道第一個數(shù)據(jù)所在地址單元就可以了(看圖2)如果第一個數(shù)據(jù)在27H,那么第二、三個就在28H、29H了。所以利用堆棧這種方法來放數(shù)據(jù)可以簡化操作那么51中堆棧什么地方呢？單片機中能存放數(shù)據(jù)的區(qū)域有限，我們不能夠?qū)ｉT分配一塊地方做堆棧，所以就在內(nèi)存（RAM中開辟一塊地方，用于堆棧，但是用內(nèi)存的哪一塊呢？還是不好定，因為51是一種通用的單片機，各人的實際需求各不相同，有人需要多一些堆棧，而有人則不需要那么多，所以怎么分配都不合適，怎樣來解決這個問題？分不好干脆就不分了，把分的權利給用戶（編程者），根據(jù)自已的需要去定吧，所以51單片機中堆棧的位置是可以變化的。而這種變化就體現(xiàn)在SP中值的

54、變化，看圖2,SP中的值等于27H不就相當于是一個指針指向27H單元嗎？當然在真正的51機中，開始指針所指的位置并非就是數(shù)據(jù)存放的位置，而是數(shù)據(jù)存放的前一個位置，比如一開始指針是指向27H單元的，那么第一個數(shù)據(jù)的位置是28H單元，而不是27H單元，為什么會這樣，我們在學堆棧命令時再說明。其它的SFR,我們在用到時再介紹。（尋址方式與指令系統(tǒng)）通過前面的學習，我們已經(jīng)了解了單片機內(nèi)部的結構，并且也已經(jīng)知道，要控制單片機，讓它為我們干學，要用指令，我們已學了幾條指令，但很零散，從現(xiàn)在開始，我們將要系統(tǒng)地學習8051的指令部份。、概述1、指令的格式我們已知，要讓計算機做事，就得給計算機以指令，并且我

55、們已知，計算機很“笨”，只能懂得數(shù)字，如前面我們寫進機器的75H,90H,00H等等，所以指令的第一種格式就是機器碼格式，也說是數(shù)字的形式。但這種形式實在是為難我們?nèi)肆?，太難記了，于是有另一種格式，助記符格式，如MOVP1,#0FFH,這樣就好記了。這兩種格式之間的關系呢，我們不難理解，本質(zhì)上它們完全等價，只是形式不一樣而已。2、匯編我們寫指令使用匯編格式，而計算機只懂機器碼格式，所以要將我們寫的匯編格式的指令轉換為機器碼格式，這種轉換有兩種方法：手工匯編和機器匯編。手工匯編實際上就是查表，因為這兩種格式純粹是格式不同，所以是一一對應的，查一張表格就行了。不過手工查表總是嫌麻煩，所以就有了計算機軟件，用計算機軟件來替代手工查表，這就是機器匯編。二、尋址讓我們先來復習一下我們學過的一些指令：MOVP1,#0FFH,MOVR7#0FFH這些指令都是將一些數(shù)據(jù)送到相應的位置中去，為什么要送數(shù)據(jù)呢？第一個因為送入的數(shù)可以讓燈全滅掉，第二個是為了要實現(xiàn)延時，從這里我們