福建专升本电子信息类《单片机原理及应用》

福建专升本电子信息类《单片机原理及应用》•了解MCS-51单片机的CPU的结构，掌握几种地址指针PC、DPTR、SP的功能、运用。单片机的内部结构八大功能部件：（1）微处理器（8位CPU）（2）程序存储器（ROM、EPROM或Flash等）（3）数据存储器（RAM、E2PROM）（4）四个8位并行可编程I/O端口（P0、P1、P2、P3）（5）一个串行口（UART）（6）两个16位定时器/计数器（T0/T1）（7）中断系统（含５～8个中断源、2个优先级）（8）特殊功能寄存器（SFR）单片机核心部分是CPU，可分为运算器、控制器、布尔（位）处理器运算器包括：累加器（ACC）、程序状态字（PSW）、暂存器、B寄存器等部件控制器包括：定时控制逻辑、指令寄存器、数据指针（DPTR）、程序计数器（PC）、堆栈指针（SP）、地址寄存器地址缓冲器1.PC是用于存放下一条要执行指令的地址寄存器，PC内容为将要执行的指令地址。改变PC内容，即改变程序执行的流向。由两个8位计数器PCH、PCL组成。2.堆栈指针（StackPointer，SP）是指在片内RAM的l28B（52子系列为256B）空间中开辟的堆栈区的栈顶地址，并随时跟踪栈顶地址变化。堆栈是按先进后出的原则存取数据的，开机复位后，单片机栈底地址为07H。3.指令寄存器和指令译码器（InstructionRegister，IR）的功能是对将要执行的指令进行存储和译码。当指令送入指令寄存器后，对该指令进行译码，即把指令转变成所需的电平信号，CPU根据译码输出的电平信号，使定时控制电路产生执行该指令所需的各种控制信号，以便计算机能正确地执行指令所要求的操作。4.数据指针由于8051系列单片机可以外接64KB的数据存储器和I/O接口电路，故在单片机内设置了l6位的数据指针寄存器（DataPointer，DPTR）。它可以对64KB的外部数据存储器和I/O进行寻址，DPTR可分为高8位数据指针寄存器（DPH）和低8位数据指针寄存器（DPL），地址分别为83H和82H。•掌握MCS-51单片机的存储器配置、堆栈定义、生成方式和运用操作。8051单片机存储器采用哈佛结构；从物理结构上分四种：片内程序存储器（只读存储器ROM）、片外程序存储器、片内数据存储器（读写存储器RAM）、片外数据存储器；从寻址空间分布上分三种：程序存储器、内部数据存储器外部数据存储器。从功能作用上可五种：程序存储器、内部数据存储器、特殊功能寄存器、位地址空间存储器和外部数据存储器。从逻辑上：片内外统一编址的64KB的程序存储器地址空间；片内数据存储器地址空间，寻址范围：00~FFH；64KB片外数据存储器地址空间。程序存储器：用于存放编好的程序或表格常数。51子系列片内有4KBROM（地址为0000H～0FFFH），52子系列片内有8KBROM，二者片外地址线均为16位，最多可扩展64KBROM，片内片外统一编址。若—EA端保持低电平，则所有取指令操作均在片外程序存储器中进行，0000H地址在片外。若—EA端保持高电平，0000H地址在片内，所有取指令操作均在片内程序存储器中进行。片内数据存储器:数据存储器分为片外数据存储器、片内数据存储器、特殊功能存储器;片内通用数据存储器有工作寄存器区、位寻址区、数据缓冲区堆栈是一种数据项按序排列的数据结构，采用后进先出，这种后进先出操作的缓冲器区称为堆栈。堆栈指针总是指向栈顶。堆栈特点：后进先出;堆栈有3个具体功能：保护断点、现场保护、临时暂存数据堆栈。使用方式两种：自动方式和指令方式。程序存储器空间的7个特殊单元的功能•掌握MCS-51单片机的寻址方式及各种寻址方式可用的存贮空间。寻址方式1.立即寻址是将操作数直接写在指令中，作为指令的一部分存放在代码段里，位置在程序存储器中。立即寻址中的操作数，称为立即数。例如：MOVA,#30H；30H→A2.直接寻址是将操作数的地址直接存放在指令中。这种寻址方式的操作数指的是内部数据存储器中存放数据的地址，或存放数据的一个特殊功能寄存器地址。例如：MOVA,30H；(30H)→A直接寻址方式可访问的范围1)特殊功能寄存器这部分存储单元既可以用单元地址给出，也可以用寄存器符号的形式给出。如：MOVA,90H或MOVA,P1为同一条指令的两种写法（特殊功能寄存器只能用直接寻址方式访问）。2)内部数据存储器的低128个字节单元直接以单元地址的形式给出[对于8032/8052等单片机，其内部高128字节RAM（80H～FFH）不能用直接寻址方式访问]。直接寻址方式可访问的范围3)位地址空间片内RAM中20H～2FH中的128个位地址，以及SFR中的11个可进行位寻址的寄存器中的位地址（可位寻址的特殊功能寄存器有B、ACC、PSW、IP、IE、SCON、TCON、P0~P3）。4)在一些程序控制指令中，可采用直接寻址方式提供程序转移的目标地址。3.寄存器寻址是指操作数存放在寄存器中，并且寻址时的寄存器已隐含在指令的操作码中。例如：MOVA,R5寄存器寻址方式的寻址范围：(1)4个工作寄存器组共32个通用寄存器（在指令中只能使用当前寄存器组）(2)部分特殊功能寄存器。如A，B，DPTR。4.寄存器间接寻址的寻址范围：1)内部低128字节单元（只能使用R0、R1作间址寄存器）。2)外部数据存储器（64KB字节，使用DPTR作间址寄存器。另外，外部低128B单元也可用R0、R1作间址寄存器寻址）。3)在堆栈操作指令（PUSH、POP）中，以堆栈指针SP作间址寄存器，寻址空间为片内RAM。5.基址变址寻址是指操作数存放在以变址寄存器和基址寄存器的内容相加形成的数为地址的单元中。其中累加器A作变址寄存器、程序计数器PC或寄存器DPTR作基址寄存器。基址加变址寻址方式常用于查表操作。如：MOVCA,@A+PC;PC+1→PC，((A+PC))→AMOVCA,@A+DPTR;((A+DPTR))→A6.相对寻址是将程序计数器PC的当前值与指令第二字节给出的偏移量相加，从而形成转移的目标地址。例如：JC80H；C=1则跳转7.位寻址是指对片内RAM中20H～2FH中的128个位地址，以及SFR中的11个可进行位寻址的寄存器中的位地址寻址（可位寻址的特殊功能寄存器有B、ACC、PSW、IP、IE、SCON、TCON、P0~P3）。例如：MOVC,20H此指令是将RAM中位寻址区20H位地址中的内容，送给位累加器Cy。位寻址指令不同于字节地址寻址指令，例如：MOVA,20H•掌握MCS-51单片机的特殊功能寄存器及其用法。（1）程序状态字寄存器（PSW）是8位寄存器，存放程序运行状态的标志，字节地址为D0H。可以进行位寻址。CY：进位标志。AC：辅助进位标志。当低4位数向高4位数进位或借位时，AC将被硬件置1，否则就被清除。RS0，RS1：用软件置位或清除来确定工作寄存器区。OV：溢出标志。P：奇偶标志。每个指令周期都由硬件来置位或清零。A中值为1的位数为奇数，则P置位，否则清零。（2）累加器（ACC）是8位寄存器，用于算术或逻辑操作的输入和运算结果的输出。在指令系统中累加器的助记符为A，作为直接地址时助记符为ACC。（3）数据指针寄存器（DPTR）16位的专用地址指针寄存器。可对外部存储器和I/O口进行寻址，也可拆成高字节DPH和低字节DPL两个独立的8位寄存器，在CPU内分别占据83H和82H两个地址。当对64KB外部数据存储器寻址时，DPTR可作为间接寻址寄存器使用：从外部数据存储器取数MOVXA,@DPTR送数到外部数据存储器MOVX@DPTR,A（4）B寄存器在乘、除法运算中用B寄存器暂存数据。乘法指令的两个操作数分别取自A和B，结果再存于B和A中，即A存低字节，B存高字节。除法指令中被除数取自A，除数取自B，结果商存于A中，余数存放在B中。在其他指令中，B寄存器可作为RAM中的一个单元使用。B寄存器的地址为B0H。（5）堆栈指针（SP）是个特殊的存储区，主要功能是暂时存放数据和地址，通常用来保护断点和现场。它的特点是按照先进后出的原则存取数据，这里的进与出是指进栈与出栈操作。（7）定时器/计数器TL0、TH0、TL1、TH1M。SC-51单片机中有两个16位的定时器/计数器T0和T1，它们由4个8位寄存器（TH0、TL0、TH1和TL1）组成。两个16位定时器/计数器是完全独立的，可以单独对这4个寄存器寻址。（8）串行数据缓冲器（SBUF）功能：存放需要发送和接收的数据。组成：由两个独立的寄存器构成，一个是发送缓冲器，一个是接收缓冲器，但寄存器名称统一为SUBF。（9）控制寄存器有5种。中断优先级控制寄存器（IP）；中断允许控制寄存器（IE）；定时器/计数器控制寄存器（TCON）；串行口控制寄存器（SCON）；电源控制寄存器（PCON）•了解MCS-51单片机的工作寄存器的分区结构及选择方法。•掌握MCS-51单片机的引脚功能，尤其注意引脚复用的特点。芯片引脚按功能分成3类：数据总线、地址总线、控制总线单片机芯片引脚功能1．主电源引脚：GND接地；VCC正常操作时为十5V电源。2．时钟电路引脚：XTAL1；XTAL23．控制线与电源复用引脚（1）RST/VPD：RST是复位信号，高电平有效。VPD为第二功能，即备用电源输入端。（2）ALE/PROG————：ALE为地址锁存允许信号输出引脚。PROG为编程信号，第二功能，低电平有效。（3）———PSEN：片外ROM选通信号输出端，低电平有效。（4）——EA／VPP：—EA为内部和外部ROM控制端（当—EA＝1时，从内ROM开始访问；当—EA＝0时，只访问外部ROM;VPP是编程电源输入端4．并行输入/输出引脚P0端口（P0.0～P0.7）第一功能：是一个8位漏极开路型的双向I/O口，这时P0口可看成用户数据总线；第二功能：是在访问外部存储器时，分时提供低8位地址和8位双向数据总线，这时先用做地址总线再用做数据总线。P1口（P1.0～P1.7）：内部带上拉电阻的8位准双向I/O口。P2口（P2.0～P2.7）第一功能：一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口。第二功能：在访问外部存储器时，输出高8位地址。P3口（P3.0～P3.7）第一功能：内部带上拉电阻的8位准双向I/O口。在系统中，这8个引脚都有各自的第二功能。•了解MCS-51单片机的振荡电路，以及一般工作时序概念。时序时钟周期:也称为振荡周期，定义为时钟脉冲频率（fosc）的倒数，它是单片机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。为方便描述，振荡周期用P表示。状态周期:时钟周期经2分频后成为内部的时钟信号，用作单片机内部各功能部件按序协调工作的控制信号，称为状态周期，用S表示。这样，一个状态周期就有两个时钟周期，前半状态周期相应的时钟周期定义为P1，后半状态周期相应的时钟周期定义为P2。机器周期:执行一条指令分为几个机器周期。每个机器周期完成一个基本操作。MCS-51单片机每12个时钟周期为一个机器周期。如果使用6MHz的时钟频率，一个机器周期就是2μs，而如果使用12MHz的时钟频率，一个机器周期就是1μs。指令周期:指令周期是执行一条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期组成，指令不同，所需要的机器周期数也不同。•掌握MCS-51单片机的复位条件、复位电路和复位状态。复位是单片机的初始化操作。单片机系统在上电启动运行时，都需要先复位。其作用是使CPU和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。复位方式：单片机的外部复位电路有上电自动复位和按键手动复位两种。复位条件：RST引脚为复位信号输入端。当RST引脚为高电平，且有效时间持续24个振荡周期以上，才能复位。若外接晶振为12MHz时，则单片机的四个周期的具体值为：时钟周期＝1/12MHz＝1/12μs＝0.0833μs状态周期＝1/6μs＝0.167μs机器周期＝1μs指令周期＝1～4μs（1）上电复位上电复位利用电容器的充电