單片機(jī)原理及應(yīng)用(C51版)第5章MCS-51單片機(jī)

單片機(jī)原理及應(yīng)用(C51版)第5章MCS-51單片機(jī)MCS-51單片機(jī)的概述MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)MCS-51單片機(jī)的指令系統(tǒng)MCS-51單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)MCS-51單片機(jī)的應(yīng)用實(shí)例contents目錄01MCS-51單片機(jī)的概述010405060302定義：MCS-51單片機(jī)，也稱(chēng)為Intel8051單片機(jī)，是一種基于CISC（復(fù)雜指令集）架構(gòu)的微控制器。特點(diǎn)8位處理器，適用于小型系統(tǒng)控制。豐富的指令集，支持多種運(yùn)算和控制功能。靈活的外部擴(kuò)展能力，可連接多種外設(shè)。低功耗設(shè)計(jì)，適用于電池供電系統(tǒng)。MCS-51單片機(jī)的定義與特點(diǎn)1976年，Intel公司發(fā)布了一系列具有影響力的產(chǎn)品，其中最著名的就是MCS-48系列單片機(jī)。在此基礎(chǔ)上，1980年，Intel推出了MCS-51系列單片機(jī)，成為當(dāng)時(shí)應(yīng)用最廣泛的微控制器之一。歷史隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，MCS-51單片機(jī)也在不斷升級(jí)和改進(jìn)。目前，市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了許多兼容MCS-51指令集的新型單片機(jī)，它們?cè)诠δ芎托阅苌隙加辛撕艽蟮奶嵘?。發(fā)展MCS-51單片機(jī)的歷史與發(fā)展作為控制中心，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各種家電設(shè)備的工作。智能家居用于生產(chǎn)線的控制、監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集。工業(yè)自動(dòng)化如水表、電表、燃?xì)獗淼?，?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表和數(shù)據(jù)管理。智能儀表用于控制和監(jiān)測(cè)醫(yī)療器械設(shè)備，提高醫(yī)療效率和安全性。醫(yī)療器械MCS-51單片機(jī)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用02MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)主要功能負(fù)責(zé)執(zhí)行指令和控制外圍設(shè)備，是單片機(jī)的核心部分。運(yùn)算器進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算。控制器控制指令執(zhí)行順序。內(nèi)部寄存器存儲(chǔ)運(yùn)算結(jié)果和中間變量。中央處理器(CPU)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)01程序存儲(chǔ)器：用于存儲(chǔ)程序代碼。02數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和堆棧。特殊功能寄存器(SFR)：控制單片機(jī)內(nèi)部特定功能。03通用輸入/輸出端口用于連接外部設(shè)備和傳感器。特殊功能端口如定時(shí)器、串行通信等。輸入/輸出端口中斷系統(tǒng)010203中斷控制：控制中斷的優(yōu)先級(jí)和使能。中斷處理程序：執(zhí)行中斷服務(wù)。中斷請(qǐng)求源：產(chǎn)生中斷的外部或內(nèi)部事件。時(shí)鐘源提供單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘分頻器對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻以獲得不同的時(shí)鐘頻率。時(shí)鐘電路03MCS-51單片機(jī)的指令系統(tǒng)指令指單片機(jī)識(shí)別和執(zhí)行的命令，由操作碼和操作數(shù)組成。指令系統(tǒng)單片機(jī)所能執(zhí)行的全部指令的集合。指令的格式操作碼和操作數(shù)的組合，操作碼表示指令的操作類(lèi)型，操作數(shù)表示參與操作的數(shù)據(jù)。指令系統(tǒng)的基本概念數(shù)據(jù)傳送類(lèi)指令傳送指令包括MOV、MOVX、MOVC等。MOVX指令用于將外部存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)傳送至累加器或寄存器中。數(shù)據(jù)傳送指令用于在單片機(jī)內(nèi)部或外部存儲(chǔ)器之間傳送數(shù)據(jù)。MOV指令用于在寄存器之間或寄存器與累加器之間傳送數(shù)據(jù)。MOVC指令用于將程序存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)傳送至累加器或寄存器中。算術(shù)運(yùn)算指令包括ADD、SUB、MUL、DIV等。SUB指令用于將兩個(gè)操作數(shù)相減，并將結(jié)果存放在目標(biāo)寄存器中。DIV指令用于將兩個(gè)操作數(shù)相除，并將商存放在目標(biāo)寄存器中。算術(shù)運(yùn)算指令用于執(zhí)行加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算。ADD指令用于將兩個(gè)操作數(shù)相加，并將結(jié)果存放在目標(biāo)寄存器中。MUL指令用于將兩個(gè)操作數(shù)相乘，并將結(jié)果存放在目標(biāo)寄存器中。010203040506算術(shù)運(yùn)算類(lèi)指令01邏輯運(yùn)算指令用于執(zhí)行邏輯與、或、非等邏輯運(yùn)算。02邏輯運(yùn)算指令包括AND、OR、XOR、NOT等。03AND指令用于將兩個(gè)操作數(shù)進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，并將結(jié)果存放在目標(biāo)寄存器中。04OR指令用于將兩個(gè)操作數(shù)進(jìn)行邏輯或運(yùn)算，并將結(jié)果存放在目標(biāo)寄存器中。05XOR指令用于將兩個(gè)操作數(shù)進(jìn)行邏輯異或運(yùn)算，并將結(jié)果存放在目標(biāo)寄存器中。06NOT指令用于對(duì)一個(gè)操作數(shù)進(jìn)行邏輯非運(yùn)算，并將結(jié)果存放在目標(biāo)寄存器中。邏輯運(yùn)算類(lèi)指令控制轉(zhuǎn)移指令用于改變程序的執(zhí)行流程。無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令通過(guò)直接給出目標(biāo)地址實(shí)現(xiàn)程序的跳轉(zhuǎn)，如JMP指令?？刂妻D(zhuǎn)移類(lèi)指令控制轉(zhuǎn)移指令包括無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令和條件轉(zhuǎn)移指令。條件轉(zhuǎn)移指令根據(jù)某些條件決定是否跳轉(zhuǎn)，如JC、JZ等指令。04MCS-51單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)匯編語(yǔ)言是一種低級(jí)語(yǔ)言，與硬件緊密相關(guān)，可以直接控制硬件操作。匯編語(yǔ)言概述MCS-51單片機(jī)的匯編指令系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)傳輸指令、算術(shù)指令、邏輯指令、控制指令等。匯編指令系統(tǒng)包括匯編語(yǔ)言源程序的編寫(xiě)、匯編、鏈接和調(diào)試等步驟。匯編程序設(shè)計(jì)流程匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)C語(yǔ)言是一種高級(jí)語(yǔ)言，具有可移植性好、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。C語(yǔ)言概述針對(duì)MCS-51單片機(jī)的C語(yǔ)言編譯器，可以將C語(yǔ)言源代碼編譯成可在單片機(jī)上運(yùn)行的機(jī)器碼。C51編譯器包括C語(yǔ)言源程序的編寫(xiě)、編譯、鏈接和調(diào)試等步驟。C程序設(shè)計(jì)流程C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)混合編程方法可以使用C語(yǔ)言調(diào)用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的函數(shù)，或者在匯編語(yǔ)言中嵌入C語(yǔ)言的代碼片段?；旌暇幊套⒁馐马?xiàng)需要注意數(shù)據(jù)類(lèi)型匹配、寄存器使用等問(wèn)題，以確保程序正確運(yùn)行?；旌暇幊痰谋匾栽趩纹瑱C(jī)應(yīng)用中，有時(shí)需要同時(shí)使用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言，以充分利用兩者優(yōu)點(diǎn)。匯編語(yǔ)言與C語(yǔ)言的混合編程05MCS-51單片機(jī)的應(yīng)用實(shí)例3.調(diào)試與測(cè)試下載程序到單片機(jī)中，觀察LED燈的閃爍效果。2.程序編寫(xiě)編寫(xiě)程序使單片機(jī)輸出高低電平，控制LED燈的亮滅。1.硬件連接將LED燈的正極連接到單片機(jī)的I/O口，負(fù)極接地。目的通過(guò)LED閃爍燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，掌握單片機(jī)的基本控制功能。原理利用單片機(jī)的I/O口輸出高低電平，控制LED燈的亮滅。LED閃爍燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)通過(guò)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，掌握單片機(jī)與溫度傳感器的接口技術(shù)。目的下載程序到單片機(jī)中，觀察溫度檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際效果。3.調(diào)試與測(cè)試?yán)脺囟葌鞲衅鳈z測(cè)環(huán)境溫度，將溫度值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再傳輸給單片機(jī)進(jìn)行處理。原理將溫度傳感器與單片機(jī)的I/O口連接，并將電源和地線連接好。1.硬件連接編寫(xiě)程序讀取溫度傳感器的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理和顯示。2.程序編寫(xiě)0201030405溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1.硬件連接將電機(jī)與單片機(jī)的PWM口連接，并將電源和地線連接好。目的通過(guò)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，掌握單片機(jī)對(duì)電機(jī)的控制技術(shù)。原理利用單片機(jī)的I/O口輸出PWM信號(hào)，控制電機(jī)的工作狀態(tài)。2.程序編寫(xiě)編寫(xiě)程序輸出PWM信號(hào)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。3.調(diào)試與測(cè)試下載程序到單片機(jī)中，觀察電機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際效果。電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)智能小車(chē)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1.硬件連接將電機(jī)、傳感器等器件與單片機(jī)的相應(yīng)口連接，并將電源和地線連接好。原理利用單片機(jī)的I/O口輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳感器等器件工作，實(shí)現(xiàn)智能小車(chē)的自主移動(dòng)、避