第一章 单片微型计算机及其应用概述

1单片微型计算机及其应用2单片微型计算机及其应用第一章绪论第二章MCS—51单片机的结构和原理第三章MCS51指令系统第四章汇编语言程序设计第五章MCS-51单片机内部定时/计数器及其应用第六章单片机系统扩展第七章MCS-51系统的串行接口第八章MCS-51单片机的中断系统第九章单片机应用系统的组成3第章绪论本章内容SingleChipMicrocomputer什么是单片机单片机特点及应用单片机的结构特点一、什么是单片机1、微型计算机硬件结构——常见的微机外形台式微机便携式微机立式微机5微型计算机硬件结构——微机硬件组成显示器主机键盘鼠标6微型计算机硬件结构——运算器控制器CPU存储器输入接口电路输入设备输出设备输出接口电路硬件系统内部结构7硬件系统——构成微机的实体和装置软件系统——微机系统所使用的各种程序的总称软件系统与硬件系统共同构成实用的微机系统，两者是相辅相成、缺一不可的。软件系统+微型计算机系统运算器控制器CPU存储器输入接口电路输入设备输出设备输出接口电路硬件系统微型计算机系统8CPU输入设备输出设备软件系统+微型计算机系统硬件系统输入接口设备输出接口设备运算器控制器存储器单片微型计算机是指集成在一个芯片上的微型计算机，简称单片机——单片机实质上就是一个芯片2、单片微型计算机9几种单片机封装形式10单片机内部结构示意图CPU存储器定时器/计数器中断系统P0-P3TxDRxDTINT并行I/O口串行I/O口11单片机应用系统单片机应用系统单片机＋接口电路及外设等＋软件硬件单片机应用系统由硬件和软件组成硬件是应用系统的基础软件是在硬件的基础上对其资源进行合理调配和使用，从而完成应用系统所要求的任务，二者相互依赖，缺一不可注：本课程的重点1.掌握单片机应用系统硬件原理的分析方法。2.掌握软件设计与调试的基本技能。12二、单片机的结构特点2、引脚采用分时复用技术。由于芯片集成度高，而引脚又不宜过多，因此将部分引脚设计为多功能的，例如，地址总线和数据总线采用分时复用等。1、存储结构。采用ROM和RAM严格分开的哈佛结构，可分为：内部ROM、RAM，外部ROM、RAM。133、特殊功能寄存器(21个)采用特殊功能寄存器来控制单片机的功能状态，如定时/计数器、串行口和中断逻辑等。4、全双工串行接口内部具有全双工串行接口，可实现单机或多机通讯，为实现分布式控制系统提供了可能。5、布尔处理器内部具有布尔处理器，可十分方便的进行二进制位逻辑运算，进行组合逻辑设计。14三、单片机的特点及应用1.单片机的特点体积小，重量轻电源单一，功耗低功能强，价格低运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高。可以嵌入到电子产品中——嵌入式应用系统152.单片机应用工业方面民用方面仪表方面电讯方面数据处理方面汽车方面16Ａ、单片机应用模式1、单机应用即在一个应用系统中仅使用了一个单片机，其主要应用领域有：智能产品、智能仪表、测控系统、数控控制机智能接口。2、多机应用多机应用是单片机在高科技领域中应用的主要模式，其高可靠性、高控制功能及高运行速度的“三高”技术，在未来的高科技工程系统中采用单片机多机系统作为主要的发展方向。其应用模式可分为功能弥散系统、并行多机处理系统和局部网络系统。17Ｂ、单片机的供应状态单片机通过执行指令流来完成预先设定的功能，其指令的存放方式取决于片内ROM的配置情况：1、片内ROM配置即单片机片内带有掩模ROM，其内容由厂家出厂时设定，因而其生产周期长、经济风险大但成本较低。征对以上特点，已有厂家推出了一次性（即OTP型）用户可编程的单片机，因而兼具成本低、周期短、低风险等优点。182、片内EPROM配置适用于样机开发，可多次重写。3、片内E2PROM配置适用于样机开发，可多次重写，其重写比EPROM更方便，目前使用最为广泛。4、片内无ROM配置由于片内无ROM，因而需在片外扩展ROM，其电路复杂，灵活性差，已逐渐被淘汰。19Ｃ、单片机的等级集成电路依据其使用环境可分为三个等级1、商用级温度范围为0~70OC，限用于机房及办公环境2、工业级温度范围为-45~85OC3、军用级温度范围为-50~125OC不同级别之间价格相差很大，如军用级为商用级的10倍乃至上百倍。单片机为工业级产品。203.单片机种类◆生产厂商：美国微芯片公司:PIC16C××系列、PIC17C××系列、PIC1400系列，美国英特尔公司的MCS-48和MCS-51系列，美国摩托罗拉公司的MC68HC05系列和MC68HC11系列，美国齐洛格公司的Z8系列，日本电气公司的μPD78××系列，美国莫斯特克公司和仙童公司合作生产的F8（3870）系列等。21Ａ、单片机的分类（按用途）（1）通用型单片机它可向开发者提供较多资源，具有较强的通用性，适应性较强，应用较为广泛，便于普及和推广，但有时会造成大量资源的浪费。（2）专用型单片机专门征对特殊使用场合的具体要求而设计，通常是微控制系统的集成产品，因而其抗干扰能力比通用型强，适用于各种恶劣环境，但由于其专用性强，其应用范围受到了很大的限制。22B、按字长分类（1）4位机主产于日本，如SM系列，UPD系列等，其特点是价格便宜，其数值运算能力差。（2）8位机目前市面上的主导机型，如Intel，Motorola，Zilog等厂家的产品，由于其功能强大，价格低廉，品种繁多，数值处理能力一般，应用范围较广。23（3）16位机、32位机具有强大的数值处理能力，且具有并行功能，适用于有大量数据处理的应用系统，由于其字长较长，运行速度较高，因而数据处理速度高。它的发展壮大直接推动了信息化时代的到来。如TMS320C50，进行一次乘法运算仅需60ns。◆单片机的发展经历了由4位机到8位机,再到16位机的发展过程◆目前8位单片机仍是单片机的主流机型；242-1关于MCS-51系列2-2MCS-51系列单片机的结构原理2-3MCS-51单片机的引脚及其片外总线结构2-4MCS-51单片机的工作方式2-5MCS-51单片机的时序第二章MCS—51单片机的结构和原理25一、MCS-51系列型号型号片内程序存储器片内数据存储器8031NO128Bytes80514KROM128Bytes87514KEPROM128Bytes8032NO256Bytes89C514KE2PROM128Bytes89C528KE2PROM256Bytes89C20512KE2PROM128Bytes2-1关于MCS-51系列26二、MCS-51的主要特点1、单+5V供电，40引脚封装2、8位字长CPU3、片内有振荡电路和时钟电路4、32根I/O线5、64K外部RAM（不含内部RAM）276、64K外部ROM（含内部ROM）7、2个16位定时/计数器（8X52有3个）8、具有2个优先级别的5个中断源（8X52有6个）9、可编程的全双工串行口，如工作方式、波特率等10、布尔处理器11、128个用户可寻址位单元12、128字节内部RAM（8X52有256个字节）28时钟电路CPUROMRAMT0T1中断系统串行接口并行接口P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1定时计数器结构框图•中央处理器CPU：8位，运算和控制功能•内部RAM：共256个RAM单元，用户使用前128个单元，用于存放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。•内部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表格。•定时/计数器：两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功能。•并行I/O口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。•串行口：一个全双工串行口。•中断控制系统：5个中断源（外中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个）•时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHZ和12MHZ2-2MCS-51系列单片机的结构原理一、基本组成291、8051单片机的基本组成1.中央处理器CPU：8位，运算和控制功能2.内部RAM：共256个RAM单元，用户使用前128个单元，用于存放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。3.内部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表格。4.定时/计数器：两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功能。5.并行I/O口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。6.串行口：一个全双工串行口。7.中断控制系统：5个中断源（外中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个）8.时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHZ和12MHZ3012345678910111213142827262524232221201918171615EPROM276412345678910111213142827262524232221201918171615EPROM27641234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222112345678910111213142827262524232221201918171615RAM626412345678910111213142827262524232221201918171615RAM6264２.存储器80318751805189C51片内RAM片内ROM256B（字节）4K64K64K31(1)程序存储器程序存储器内部外部0000H0FFFH(4K)0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K)0000H0001H0002H(PC)0000H是程序执行的起始单元,在这三个单元存放一条无条件转移指令中断5中断4中断3中断2中断10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中断0定时器0中断外部中断1定时器1中断串行口中断8位．．．0FFFH0FFEHEA=1EA=0程序存储器资源分布中断入口地址org0000hljmpmainorg002bhMain:movsp,#60h……..320000HFFFFH(64K)内部外部(2)数据存储器数据存储器00HFFH7FH80H(高128B)(低128B)RAM专用寄存器00H07H08H0FH10H17H18H1FH0区R0R7R0R7R0R7R0R71区2区3区工作寄存器区可作一般RAM读写也可位寻址区20H2FH7F78070030H7FH数据缓冲区/堆栈区内部RAM存储器11第3区18H~1FH01第1区08H~0FHRS1RS0寄存器区片内RAM地址00第0区00H~07H10第2区10H~17H工作寄存器区选择位RS0、RS133注意:一个单元地址对应有8个位地址MSB——MostSignificantBit（最高有效位）LSB——LeastSignificantBit（最低有效位）单元地址2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20H7F776F675F574F473F372F271F170F07MSB位地址LSB7E766E665E564E463E362E261E160E067D756D655D554D453D352D251D150D057C746C645C544C443C342C241C140C047B736B635B534B433B332B231B130B037A726A625A524A423A322A221A120A027971696159514941393129211911090178706860585048403830282018100800RAM位寻址区位地址表(P11)34（3）特殊功能寄存器（高128个单元）MCS-51内部安排有21个特殊功能寄存器各特殊功能寄存器的符号及地址见表2-2。分别由于以下各个功能单元：CPU：ACC、B、PSW、SP、DPTR（由两个8位寄存器DPL、DPH组成）并行口：P0、P1、P2、P3中断系统：IE、IP定时/计数器：TMOD、TCON、TH1、TL1、TH0、TL0串行口：SCON，SBUF，PCO