MCU教程專業(yè)知識(shí)講座

單片機(jī)原理及應(yīng)用北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院主講教師：林偉國E-mail:linwg@,cn第1頁第二章MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造

第2頁第一節(jié)

MCS-51單片機(jī)硬件構(gòu)造第3頁主要功能部件8位CPU片內(nèi)4KB程序存放器片內(nèi)128B數(shù)據(jù)存放器二十多種SFR四個(gè)可編程并行I/O口全雙工串行I/O口2個(gè)16位定期/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)第4頁第二節(jié)8051單片微機(jī)引腳功能第5頁第6頁1、主電源引腳VCC

—（40腳）：電源，+5VVSS

—（20腳）：電路地電平2、外接晶振或外部振蕩器引腳XTAL2—（18腳）：接內(nèi)部反向放大器輸出端。采取外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接外部振蕩信號(hào)輸入。XTAL1—（19腳）：接內(nèi)部反向放大器輸入端。采取外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。第7頁3、控制、選通或電源復(fù)用引腳RST/VPD（9腳）：RST為Reset（復(fù)位）信號(hào)輸入端。VPD是備用電源輸入端。ALE/PROG（30腳）：ALE，允許地址鎖存信號(hào)輸出。PROG，編程脈沖輸入端。2個(gè)機(jī)器周期以上高電平負(fù)跳變鎖存P0口低8位地址1/6振蕩頻率第8頁

PSEN（29腳）：訪問外部程序存放器選通信號(hào)，低電平有效。EA/VPP（31腳）：EA，訪問內(nèi)部或外部程序存放器選擇信號(hào)。高電平，訪問內(nèi)部程序存放器。VPP，片內(nèi)EPROM（8751）編程電壓輸入端。第9頁4、多功能I/O口引腳P0口（32~39腳）：8位雙向并行I/O端口。低8位地址總線和數(shù)據(jù)總線復(fù)用?？蓭?個(gè)LSTTL負(fù)載P1口（1~8腳）：8位準(zhǔn)雙向并行I/O端口可帶4個(gè)LSTTL負(fù)載P2口（21~28腳）：8位準(zhǔn)雙向并行I/O端口高8位地址總線可帶4個(gè)LSTTL負(fù)載第10頁P(yáng)3口（10~17腳）：8位準(zhǔn)雙向并行I/O端口特殊第二功能P3.0----RXD：串行數(shù)據(jù)接收端P3.1----TXD：串行數(shù)據(jù)發(fā)送端P3.2----INT0：外部中斷0祈求端P3.3----INT1：外部中斷1祈求端P3.4----T0：定期/計(jì)數(shù)器0外部事件計(jì)數(shù)輸入端P3.5----T1：定期/計(jì)數(shù)器1外部事件計(jì)數(shù)輸入端P3.6----WR：外部數(shù)據(jù)存放器寫選通P3.7----RD：外部數(shù)據(jù)存放器讀選通第11頁復(fù)習(xí)思考題應(yīng)用單片機(jī)P1口監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備開關(guān)狀態(tài)，假設(shè)電氣設(shè)備開狀態(tài)為高電平，關(guān)狀態(tài)為低電平，輸入電平為0—12V，設(shè)計(jì)接口電路，畫電氣原理圖，并轉(zhuǎn)成JPG圖；應(yīng)用單片機(jī)P1口，設(shè)計(jì)I/O輸出控制電路，能夠控制220交流供電電機(jī)設(shè)備啟停。假如增加一種限位功能如何實(shí)現(xiàn)？8051單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)，需要考慮什么原因？8051單片機(jī)機(jī)器周期如何確定？假如單片機(jī)外接晶體振蕩器為12MHz，其機(jī)器周期是多少？第12頁復(fù)習(xí)思考題INOUT.JPG圖中，P1口工作在輸入還是輸出狀態(tài)？P2口工作在在輸入還是輸出狀態(tài)？你分析根據(jù)是什么？INTO.BMP圖中，/INT0管腳是處于輸入還是輸出狀態(tài)？把外部狀態(tài)引入到該管腳，有什么長處？IO.BMP圖中，P1.0,P1.1各是什么狀態(tài)（輸入輸出）？RS232.bmp圖中，RXD，TXD各是什么狀態(tài)？BUS.BMP圖中，/RD，/WR各是什么狀態(tài)？P0口，P2口各工作于IO方式還是總線方式？第13頁第三節(jié)中央處理器CPU由運(yùn)算部件和控制部件組成作用是讀入及分析指令，控制各個(gè)部件進(jìn)行指定操作主要部件：算術(shù)/邏輯運(yùn)算部件ALU布爾處理器定期/控制部件寄存器第14頁一、算術(shù)/邏輯運(yùn)算部件ALU功能：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)算術(shù)/邏輯運(yùn)算、位變量處理和數(shù)據(jù)傳送等操作第15頁二、專用寄存器累加器A：運(yùn)算時(shí)暫存寄存器寄存器B：一般用于乘、除指令，與A配合使用，寄存第二操作數(shù)程序狀態(tài)字寄存器PSW：8位寄存器，相稱于8086FLAGS。用于寄存目前指令執(zhí)行后狀態(tài)。格式：76543210CyACF0RS1RS0OV—P

第16頁P(yáng)SW各位定義Cy：高位進(jìn)位標(biāo)志位有進(jìn)位或借位時(shí)，Cy=1；不然，Cy=0用作位累加器，用“C”表達(dá)AC：輔助進(jìn)位標(biāo)志低4位向高4位有進(jìn)位或借位時(shí)，AC=1；不然，AC=0常用于BCD碼調(diào)整F0：顧客標(biāo)志位第17頁RS1、RS0：選擇工作寄存器組位用于選擇內(nèi)部數(shù)據(jù)存放器區(qū)內(nèi)4組工作寄存器中某一組OV：溢出標(biāo)志位P：奇偶校驗(yàn)標(biāo)志位根據(jù)累加器A中1個(gè)數(shù)由硬件置位或清除奇數(shù)個(gè)1，P=1；不然，P=0PSW?1：保存位，無定義第18頁三、時(shí)鐘電路及時(shí)序脈沖時(shí)鐘電路作用：產(chǎn)生時(shí)序電位和時(shí)序脈沖產(chǎn)生方式：內(nèi)部方式，利用片內(nèi)振蕩器電路外部方式第19頁1）內(nèi)部時(shí)鐘方式片內(nèi)振蕩器等效電路外部諧振電路晶體或陶瓷諧振器1.2M~12MHZ賠償電容30PF或47PF第20頁2）外部時(shí)鐘方式212121第21頁3）CPU時(shí)序振蕩周期即時(shí)鐘周期，由晶振主頻率決定，為其倒數(shù)機(jī)器周期單片機(jī)完成一種基本操作時(shí)間一種機(jī)器周期包括12個(gè)振蕩周期，分為6個(gè)狀態(tài)，S1~S6；每個(gè)狀態(tài)包括兩個(gè)振蕩周期，P1和P2。因此，MCS-51時(shí)序可表達(dá)為S1P1，S1P2，……，S6P1，S6P2第22頁指令周期一條指令執(zhí)行時(shí)間一般為1~2個(gè)機(jī)器周期，乘除指令為4個(gè)機(jī)器周期設(shè)晶振主頻率為12MHZ振蕩周期為1/12μs，機(jī)器周期為1μs，指令周期為1μs、2μs、4μs第23頁第四節(jié)復(fù)位電路一、復(fù)位操作

引腳9RST/VPD：復(fù)位引腳第24頁復(fù)位信號(hào)第25頁二、復(fù)位電路

1、上電復(fù)位電路第26頁復(fù)位引腳電壓曲線第27頁2、開關(guān)自動(dòng)復(fù)位電路第28頁第五節(jié)MCS-51存放器

第29頁一、概述MCS-51存放器為哈佛構(gòu)造，即程序存放器與數(shù)據(jù)存放器分開編址4個(gè)物理空間：內(nèi)、外程序存放器，內(nèi)、外數(shù)據(jù)存放器3個(gè)邏輯空間：64KB程序存放器，編址為0000H~FFFFH64KB外部數(shù)據(jù)存放器，編址為0000~FFFFH256B內(nèi)部數(shù)據(jù)存放器，編址為00H~FFH第30頁二、MCS-51存放器構(gòu)造1、程序存放器第31頁保存單元，用于特定程序段0000H~0002H：程序起始，一般寄存一條絕對(duì)跳轉(zhuǎn)指令例：LJMP0050H0003H~002AH：5個(gè)中斷服務(wù)程序0003H外部中斷0000BH定期器0溢出中斷0013H外部中斷1001BH定期器1溢出中斷0023H串行口中斷第32頁2、內(nèi)部數(shù)據(jù)存放器256字節(jié)，編址為00H~FFH分為兩部分00H~7FH：內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM80H~FFH：特殊功能寄存器區(qū)第33頁內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM地址空間第34頁第35頁

組成布爾處理器存放器空間

位地址為00H~7FH（0~127）例：MOVA，40H；將字節(jié)地址為40H8位數(shù)據(jù)送入累加器AMOVC，40H；將位地址為40H（字節(jié)地址為28H第0位）一位數(shù)據(jù)送入位累加器C2、20H~2FH可位尋址RAM區(qū)第36頁3、30H~7FH內(nèi)部RAM區(qū)只可字節(jié)尋址第37頁3、特殊功能寄存器區(qū)（SFR）地址范圍80H~FFH21個(gè)特殊功能寄存器占用26個(gè)字節(jié)，其他單元無定義8032/8052：內(nèi)部RAM與特殊功能寄存器地址重合空間，依靠不一樣尋址方式實(shí)現(xiàn)區(qū)分訪問RAM：間接尋址SFR：直接尋址第38頁1）、程序計(jì)數(shù)器PC用于寄存下一條要執(zhí)行指令地址可尋址范圍為0~65535（64K）2）、累加器A（E0H）

可位尋址3）、寄存器B（F0H）

可位尋址第39頁4）、程序狀態(tài)字寄存器PSW（DOH）可位尋址5）、I/O端口P0~P3

P0：80H P1：90HP2：A0H P3：B0H均可位尋址第40頁6）、堆棧指針SP（81H）8位專用寄存器，批示堆棧頂部在內(nèi)部RAM塊中位置，不可位尋址MCS-51堆棧為向上生長型如執(zhí)行PUSHA操作復(fù)位后，SP=07H第41頁7）、數(shù)據(jù)指針DPTRDPH：83HDPL：82H不可位尋址特點(diǎn)：既可做16位，也可做兩個(gè)8位寄存器使用例：MOVDPTR，#2023HMOVDPH，#20HMOVDPL，#00H第42頁8）、其他SFR略，見課本P42、P43地址能被8整除SFR，可位尋址可位尋址地址單元X最高有效位用X·7表達(dá)最低有效位用X·0表達(dá)例：P3·7、P3·0第43頁4、外部數(shù)據(jù)存放器最大擴(kuò)展范圍：64KB編址為：0000H~FFFFH訪問指令：MOVX訪問地址：由DPTR或R0、R1提供16位數(shù)據(jù)指針，尋址范圍64K8位寄存器，提供低8位地址，高8位由P2口提供第44頁第六節(jié)布爾（位）處理器組成：位累加器Cy（PSW·7）位尋址寄存器（SFR可尋