《單片機(jī)原理與應(yīng)用》（金龍國）電子教案

1、21世紀(jì)高職高專規(guī)劃教材《單片機(jī)原理與應(yīng)用》電子教案,制 作：金龍國 陳萌中國水利水電出版社,第1章   單片機(jī)概述,第2章 MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu),第3章 MSC-51指令系統(tǒng),第6章 存儲器與存儲器擴(kuò)展,第4章    MCS-51匯編語言程序設(shè)計,第7章    單片機(jī)接口技術(shù),第5章 

2、   MCS-51定時/計數(shù)器和中斷系統(tǒng),第9章    MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計,單片機(jī)原理及應(yīng)用,第8章    串行口通信技術(shù),第1章  單片機(jī)概述,本章主要介紹單片機(jī)的發(fā)展，基本的結(jié)構(gòu)和特點，單片機(jī)的應(yīng)用模式和領(lǐng)域，單片機(jī)的供應(yīng)狀態(tài)等。單片微型計算機(jī)就是將CPU、RAM、ROM、定時/計數(shù)器和多種

3、接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計算機(jī)。因此，一塊芯片就構(gòu)成了一臺計算機(jī)。它已成為工業(yè)控制領(lǐng)域、智能儀器儀表、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計算機(jī)。,1．1 單片機(jī)的發(fā)展歷史,我們可以把單片機(jī)的發(fā)展歷史劃分為四階段：第一階段（1976~1978年）：低性能單片機(jī)的探索階段。以Intel公司的MCS-48為代表，采用了單片結(jié)構(gòu)，即在一塊芯片內(nèi)含有8位CPU、定時/計數(shù)器、并行I/O口、RAM和ROM等。主要用于工業(yè)領(lǐng)域。第二階

4、段（1978~1982年）：高性能單片機(jī)階段，這一類單片機(jī)帶有串行I/O口，8位數(shù)據(jù)線、16位地址線可以尋址的范圍達(dá)到64K字節(jié)、控制總線、較豐富的指令系統(tǒng)等。這類單片機(jī)的應(yīng)用范圍較廣，并在不斷的改進(jìn)和發(fā)展。第三階段（1982~1990年）：16位單片機(jī)階段。16位單片機(jī)除CPU為16位外，片內(nèi)RAM和ROM容量進(jìn)一步增大，實時處理能力更強(qiáng)，體現(xiàn)了微控制器的特征。例如Intel公司的MCS-96主振頻率為12M，片內(nèi)RAM為232字節(jié)

5、，ROM為8K字節(jié)，中斷處理能力為8級，片內(nèi)帶有10位A/D轉(zhuǎn)換器和高速輸入/輸出部件等。第四階段（1990年~）：微控制器的全面發(fā)展階段，各公司的產(chǎn)品在盡量兼容的同時，向高速、強(qiáng)運(yùn)算能力、尋址范圍大以及小型廉價方面發(fā)展。,硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成微機(jī)系統(tǒng)的實體和裝置，通常由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入接口電路和輸入設(shè)備、輸出接口電路和輸出設(shè)備等組成。 其中，運(yùn)算器和控制器一般做在一個集成芯片上，統(tǒng)稱中央處理單元（Central

6、Processing Unit），簡稱CPU，是微機(jī)的核心部件。CPU配上存放程序和數(shù)據(jù)的存儲器、輸入/輸出（Input/Output，簡稱I/O）接口電路以及外部設(shè)備即構(gòu)成微機(jī)的硬件系統(tǒng)。,1．2 單片機(jī)的軟硬件系統(tǒng),1.2.1 單片機(jī)的硬件系統(tǒng),圖1-1 微型計算機(jī)硬件系統(tǒng)組成示意圖,下面把組成計算機(jī)的5個基本部件作簡單說明。1) 運(yùn)算器 運(yùn)算器是計算機(jī)的運(yùn)算部件，用于實現(xiàn)算術(shù)和邏輯運(yùn)算。計算機(jī)的數(shù)據(jù)運(yùn)算和

7、處理都在這里進(jìn)行。2) 控制器 控制器是計算機(jī)的指揮控制部件，它控制計算機(jī)各部分自動、協(xié)調(diào)地工作。運(yùn)算器和控制器是計算機(jī)的核心部分，常把它們合在一起稱之為中央處理器，簡稱CPU。,3) 存儲器 存儲器是計算機(jī)的記憶部件，用于存放程序和數(shù)據(jù)。存儲器又分為內(nèi)存儲器和外存儲器。實訓(xùn)中使用的EPROM2764便是存貯器。4) 輸入設(shè)備 輸入設(shè)備用于將程序和數(shù)據(jù)輸入到計算機(jī)中，如鍵盤等。5) 輸出設(shè)備

8、 輸出設(shè)備用于把計算機(jī)數(shù)據(jù)計算或加工的結(jié)果，以用戶需要的形式顯示或打印出來，如顯示器、打印機(jī)等。 通常把外存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備合在一起稱之為計算機(jī)的外部設(shè)備，簡稱“外設(shè)”。,單片微型計算機(jī)是指集成在一個芯片上的微型計算機(jī)，也就是把組成微型計算機(jī)的各種功能部件，包括CPU（Central Processing Unit）、隨機(jī)存取存儲器RAM（Random Access Memory）、只讀存儲器ROM（Read

9、-only Memory）、基本輸入/輸出(Input/Output)接口電路、定時器/計數(shù)器等部件都制作在一塊集成芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計算機(jī)，從而實現(xiàn)微型計算機(jī)的基本功能。單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-2所示。,圖1-2 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖,軟件系統(tǒng)是微機(jī)系統(tǒng)所使用的各種程序的總稱。人們通過它對整機(jī)進(jìn)行控制并與微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，使微機(jī)按照人的意圖完成預(yù)定的任務(wù)。 軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)共同構(gòu)成完整的微機(jī)系統(tǒng)，兩者輔

10、相成，缺一不可。 微型計算機(jī)系統(tǒng)組成示意圖如圖所示。,1.2.2 單片機(jī)的軟件系統(tǒng),微型計算機(jī)系統(tǒng)組成示意圖,1.3 MCS-51系列單片機(jī),盡管各類單片機(jī)很多，但無論是從世界范圍或是從全國范圍來看，使用最為廣泛的應(yīng)屬M(fèi)CS-51單片機(jī)。 MCS-51單片機(jī)系列共有十幾種芯片，如表1-1所示。,表1-1 MCS-51系列單片機(jī)分類表,MCS-51系列又分為51和52兩個子系列，并以芯片型號的最末位數(shù)字作為標(biāo)

11、志。其中，51子系列是基本型，而52子系列則屬增強(qiáng)型。52子系列功能增強(qiáng)的具體方面，從表1-1所列內(nèi)容中可以看出： (1) 片內(nèi)ROM從4 KB增加到8 KB。 (2) 片內(nèi)RAM從128 B增加到256 B。 (3) 定時/計數(shù)器從2個增加到3個。 (4) 中斷源從5個增加到6個。,1.3.1 51子系列和52子系列,MCS-51系列單片機(jī)采用兩種半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)。一種是HMOS工藝，即高

12、速度、高密度、短溝道MOS工藝。另外一種是CHMOS工藝，即互補(bǔ)金屬氧化物的HMOS工藝。表1.1中，芯片型號中帶有字母“C”的，為CHMOS芯片，其余均為一般的HMOS芯片。 CHMOS是CMOS和HMOS的結(jié)合，除保持了HMOS高速度和高密度的特點之外，還具有CMOS低功耗的特點。在便攜式、手提式或野外作業(yè)儀器設(shè)備上，低功耗是非常有意義的，因此，在這些產(chǎn)品中必須使用CHMOS的單片機(jī)芯片。,1.3.2 單片機(jī)芯片半導(dǎo)體工

13、藝,MCS-51單片機(jī)片內(nèi)程序存儲器有三種配置形式，即掩膜ROM、EPROM和無ROM。這三種配置形式對應(yīng)三種不同的單片機(jī)芯片,它們各有特點，也各有其適用場合，在使用時應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行選擇。一般情況下，片內(nèi)帶掩膜型ROM適用于定型大批量應(yīng)用產(chǎn)品的生產(chǎn)；片內(nèi)帶EPROM適合于研制產(chǎn)品樣機(jī)；外接EPROM的方式適用于研制新產(chǎn)品。最近，Intel公司又推出片內(nèi)帶EEPROM型的單片機(jī)，可以在線寫入程序。,1.3.3 片內(nèi)ROM存儲器配置形式,第

14、2章 MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu),本章主要介紹MCS-51系列的8051的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、存儲器結(jié)構(gòu)、P0、P1、P2、P3四個I/O口的基本工作原理和操作特點。單片機(jī)的各種工作方式、單片機(jī)的時序等。,2.1 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部組成及信號引腳,MCS-51單片機(jī)的典型芯片是8031、8051、8751。8051內(nèi)部有4KB ROM，8751內(nèi)部有4KB EPROM，8031內(nèi)部無ROM；除此之外，三者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳完全相同。因

15、此，以8051為例，說明本系列單片機(jī)的內(nèi)部組成及信號引腳。 8051單片機(jī)的基本組成請參見圖2-1。下面介紹各部分的基本情況。,2.1.1 8051單片機(jī)的基本組成,圖2-1 MCS-51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖,1) 中央處理器（CPU） 中央處理器是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制功能。MCS-51的CPU能處理8位二進(jìn)制數(shù)或代碼。 2) 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部RAM） 8051芯片中共有256個

16、RAM單元，但其中后128單元被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是前128單元，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。因此通常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器就是指前128單元，簡稱內(nèi)部RAM。,3) 內(nèi)部程序存儲器（內(nèi)部ROM） 8051共有4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格，因此，稱之為程序存儲器，簡稱內(nèi)部ROM。 4) 定時/計數(shù)器 8051共有兩個16位的定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能，并以其定

17、時或計數(shù)結(jié)果對計算機(jī)進(jìn)行控制。 5) 并行I/O口 MCS-51共有4個8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出。,6) 串行口 MCS-51單片機(jī)有一個全雙工的串行口，以實現(xiàn)單片機(jī)和其它設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強(qiáng)，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。 7) 中斷控制系統(tǒng) MCS-51單片機(jī)的中斷功能較強(qiáng)，以滿足控

18、制應(yīng)用的需要。8051共有5個中斷源，即外中斷兩個，定時/計數(shù)中斷兩個，串行中斷一個。全部中斷分為高級和低級共兩個優(yōu)先級別。 8) 時鐘電路 MCS-51芯片的內(nèi)部有時鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。時鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時鐘脈沖序列。系統(tǒng)允許的晶振頻率一般為6 MHz和12 MHz。,MCS-51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳排列請參見圖2-2。1) 信號引腳介紹 P0.0 ～ P

19、0.7： P0口8位雙向口線。 P1.0 ～ P1.7 ：P1口8位雙向口線。 P2.0 ～ P2.7 ：P2口8位雙向口線。 P3.0 ～ P3.7 ：P3口8位雙向口線。,2.1.2 MCS-51的信號引腳,圖2-2 MCS-51引腳圖,表2?1 P3口的第二功能表,2) 信號引腳介紹,2.2 8051的內(nèi)部存儲器,圖2- 3 片內(nèi)RAM的配置,2.2.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128單元,圖

20、2?4 8051內(nèi)部RAM位地址區(qū),表 2?2 片內(nèi)RAM位尋址區(qū)的位地址,表格 2?2 特殊功能寄存器表,*：可位尋址的特殊功能寄存器,2.2.2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器高128單元,表 2?3 MCS-51專用寄存器一覽表,圖 2?5 P0口的口線邏輯電路圖,2.3.1 P0口,2.3 并行輸入/輸出口電路結(jié)構(gòu),2.3.2 P1口,圖 2?6 P1口的口線邏輯電路圖,2.3.3 P2口,圖 2?7 P2口的口線邏輯電

21、路圖,2.3.4 P3口,圖 2?8 P3口的口線邏輯電路圖,2.4.1 時鐘電路與時序,基本定時時序關(guān)系,2．4 MCS-51單片機(jī)的時序,1.時鐘信號的產(chǎn)生,圖2-9 時鐘振蕩電路和圖2-10 外部時鐘源接法,（1）節(jié)拍與狀態(tài),圖 2?11 MCS-51的取指/執(zhí)行時序,（2）機(jī)器周期,4. MCS-51指令時序,（3）指令周期,1．復(fù)位操作,表格 2?4 各專用寄存器的復(fù)位值,2.4.2 單片機(jī)的復(fù)位電路,2．復(fù)

22、位信號及其產(chǎn)生,圖 2?12 復(fù)位電路邏輯圖,3．復(fù)位方式,圖 2?13 各種復(fù)位電路,第3章 MSC-51指令系統(tǒng),3．1 MCS-51指令系統(tǒng)概述,3.1.1 指令格式,匯編語言格式為：[標(biāo)號：] 操作碼助記符 [目的操作數(shù)，] [源操作數(shù)] [；注釋],其中，標(biāo)號是該語句的符號地址，可根據(jù)需要而設(shè)置。當(dāng)匯編程序?qū)R編語言源程序進(jìn)行匯編時，再以該指令所在的地址值來代替標(biāo)號。在編程的過程中，適當(dāng)?shù)氖褂脴?biāo)號，使程

23、序便于查詢、修改以及轉(zhuǎn)移指令的編程。標(biāo)號通常用于轉(zhuǎn)移指令所需的轉(zhuǎn)移地址。標(biāo)號一般由1~6個字符組成，但第一個字符必須是字母，其余的可以是字母也可以是其他符號或數(shù)字。標(biāo)號和操作碼之間用冒號“：”分開。,功能助記符又稱為操作碼。操作碼和操作數(shù)（源操作數(shù)和目的操作數(shù)）是指令的核心部分。操作碼使用MCS-51系列單片機(jī)所規(guī)定的助記符來表示，其功能在于告訴單片機(jī)的CPU做何種操作。操作數(shù)分為目的操作數(shù)和源操作數(shù)，采用符號（如寄存器、標(biāo)號等）或者常

24、量（如立即數(shù)、地址值等）表示。操作碼和目的操作數(shù)之間用空格分隔，而目的操作數(shù)和源操作數(shù)之間用逗號“，”隔開。在某些指令中可以沒有操作數(shù)。 注釋是對指令的功能或作用的說明，但是注釋不是一個指令的必要組成部分，可有可無。注釋的主要作用是對程序段或者某條指令在整個程序中的作用進(jìn)行解釋和說明，以幫助閱讀、理解和使用源程序。有無注釋對源程序并無影響，但是如果使用注釋的話，注釋部分一定要用分號“；”隔開。,3.1.2 尋址方式,1

25、. 寄存器尋址,2. 直接尋址,4. 立即尋址,3. 寄存器間接尋址,6. 變址尋址,7. 相對尋址,5. 位尋址,MSC-51單片機(jī)的指令系統(tǒng)按照指令的功能，可以把MSC-51的111條指令分成五類：l      數(shù)據(jù)傳送類指令（29條）l       算術(shù)運(yùn)算類指令（24條）l   

26、;    邏輯操作類指令（24條）l       控制轉(zhuǎn)移類指令（17條）l       位操作類指令 （17條）,第4章 MCS-51匯編語言程序設(shè)計,,基本程序結(jié)構(gòu),4.1 匯編語言及匯編語言程序設(shè)計,機(jī)器語言（Machine Language）是指直接用機(jī)器碼編寫程序、

27、能夠為計算機(jī)直接執(zhí)行的機(jī)器級語言。機(jī)器碼是一串由二進(jìn)制代碼“0”和“1”組成的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其執(zhí)行速度快，但是可讀性極差。機(jī)器語言一般只在簡單的開發(fā)裝置中使用，程序的設(shè)計、輸入、修改和調(diào)試都很麻煩。 匯編語言（Assembly Language）是指用指令助記符代替機(jī)器碼的編程語言。匯編語言程序結(jié)構(gòu)簡單，執(zhí)行速度快，程序易優(yōu)化，編譯后占用存儲空間小，是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中最常用的程序設(shè)計語言。匯編語言的缺點是可讀性比較差，

28、只有熟悉單片機(jī)的指令系統(tǒng)，并具有一定的程序設(shè)計經(jīng)驗，才能研制出功能復(fù)雜的應(yīng)用程序。,高級語言（High-Level Language）是在匯編語言的基礎(chǔ)上用自然語言的語句來編寫程序，例如PL/M-51、Franklin C51、MBASIC 51等，程序可讀性強(qiáng)，通用性好，適用于不熟悉單片機(jī)指令系統(tǒng)的的用戶。 高級語言編寫程序的缺點是實時性不高，結(jié)構(gòu)不緊湊，編譯后占用存儲空間比較大，這一點在存儲器有限的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中

29、沒有優(yōu)勢。,4.1.3 簡單程序設(shè)計,簡單程序也就是順序程序，是最簡單、最基本的程序結(jié)構(gòu)，其特點是按指令的排列順序一條條地執(zhí)行，直到全部指令執(zhí)行完畢為止。不管多么復(fù)雜的程序，總是由若干順序程序段所組成的。 【例4.1】雙字節(jié)二進(jìn)制數(shù)求補(bǔ)。本程序?qū)3（高）、R2（低）中的二進(jìn)制定點數(shù)取反加1，便得到其補(bǔ)碼，程序流程圖如圖4- 1所示。,圖4- 1 雙字節(jié)二進(jìn)制數(shù)求補(bǔ)程序流程圖,程序清單如下：BINPL：MOVA

30、,R2CPLAADDA,#01HMOVR2,A；低位字節(jié)補(bǔ)碼送R2MOVA,R3CPLAADDC A,#00H；高位加進(jìn)位位MOVR3,A；高位字節(jié)補(bǔ)碼送R3RET,4.1.4 分支程序設(shè)計,在一個實際的應(yīng)用程序中，程序不可能始終都是直線執(zhí)行的。要用計算機(jī)解決某個實際問題，往往要求計算機(jī)能夠做出一些判斷，并根據(jù)不同的判斷結(jié)果做出不同的處理，即產(chǎn)生不同的分支結(jié)構(gòu)。分支結(jié)構(gòu)程序可根據(jù)程

31、序要求無條件或有條件地改變程序執(zhí)行的順序，選擇新的程序流向。編寫分支結(jié)構(gòu)程序主要在于正確使用轉(zhuǎn)移指令，即無條件轉(zhuǎn)移和條件轉(zhuǎn)移指令。 【例4.2】設(shè)變量X存在VAR單元之中，函數(shù)值y存放在FUNC中，按以下的表達(dá)式給變量y賦值：,圖4- 2 分支程序流程圖,程序流程圖如圖4- 2所示。,程序清單如下：VAREQU30HFUNCEQU31HSTART：MOVA,VARJZCOMPJNBACC.7

32、,POSIMOVA,#0FFHSJMPCOMPPOSI：MOVA,#01HCOMP：MOVFUNC,A,在程序設(shè)計過程中，常常遇到反復(fù)執(zhí)行某一段程序的情況，這種情況下采用循環(huán)程序結(jié)構(gòu)，構(gòu)，可以縮短程序代碼的長度，提高程序的質(zhì)量和運(yùn)行效率。循環(huán)的這四個部分有兩種情況，如圖4- 3所示。,4.1.5 循環(huán)結(jié)構(gòu)程序,圖4- 3 循環(huán)結(jié)構(gòu)程序流程圖,循環(huán)結(jié)構(gòu)程序一般包括以下幾個部分：（1）置初值。置初值是設(shè)置用于循環(huán)

33、過程工作單元的初始值，例如設(shè)置循環(huán)次數(shù)計數(shù)器、地址指針初值、存放變量的單元的初值。（2）循環(huán)體。重復(fù)執(zhí)行的程序段。（3）循環(huán)修改。在單片機(jī)中，一般用一個工作寄存器Rn作為計數(shù)器，并給這個計數(shù)器賦初值作為循環(huán)的次數(shù)，運(yùn)行程序時，每循環(huán)一次，則對該計數(shù)器進(jìn)行修改。（4）循環(huán)控制。判斷循環(huán)控制變量（保存循環(huán)次數(shù)的變量）是否滿足終止值的條件，如果滿足則結(jié)束循環(huán)，順序執(zhí)行循環(huán)短一些的程序；如果不滿足，則繼續(xù)重復(fù)執(zhí)行循環(huán)的工作部分，直到達(dá)到循

34、環(huán)結(jié)束條件（死循環(huán)除外）。,【例4.3】求1、2、3…N之和（N＜256）。 這是一個簡單的重復(fù)相加的問題。設(shè)R2為加數(shù)指針，R5為循環(huán)次數(shù)計數(shù)器，R6為加數(shù)總和的高位字節(jié)寄存器，N保存在內(nèi)部RAM的23H當(dāng)中，加數(shù)總和的高位字節(jié)和低位字節(jié)分別存入23H和24H中。程序流程圖如圖4- 4所示。,圖4- 4 例4.3程序流程圖,程序清單如下：ORG 0100HMOV R5,23H;R5←NCLR

35、A;A清零MOV R6,#00H;R6清零MOV R4,#01H;R4賦值LOOP：ADD A,@R4;求和JNCNEXT;CY=0即總和小于256，則轉(zhuǎn)移INCR6;總和高位加工NEXT：INCR4;修改指針DJNZR5,LOOP;未完，重復(fù)加MOV23H,R6;保存總和的高位MOV24H,A;保存總和的低位END,【

36、例4.4】延時10ms子程序（設(shè)晶振的頻率為6MHz）。在知道系統(tǒng)的晶振頻率之后，延時時間主要與兩個因素有關(guān)：一是內(nèi)循環(huán)中指令的執(zhí)行時間；二是外循環(huán)時間常數(shù)（內(nèi)循環(huán)的循環(huán)次數(shù)）的設(shè)置。在本例中，已知晶振頻率為6MHz，則可得一個機(jī)器周期為0.5μs，執(zhí)行一條 DJNZ Rn，rel的指令的時間為兩個機(jī)器周期即1μs，10ms的延時子程序設(shè)計如下：DELAY：MOVR5,#100DELAY0：MOVR4,#100DEL

37、AY1：DJNZR4,DELAY1DJNZR5,DELAY0RET,第5章 MCS-51定時/計數(shù)器和中斷系統(tǒng),5．1 MCS-51定時/計數(shù)器,5.1.1 8051單片機(jī)定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)與工作原理,定時/計數(shù)器邏輯結(jié)構(gòu),圖 5?1 8051定時/計數(shù)器邏輯結(jié)構(gòu),5.1.2 定時/計數(shù)器方式寄存器和控制寄存器,表 5?1 方式選擇位意義,TMOD格式如下：,TCON的格式如下,5.1.3

38、 定時/計數(shù)器的4種工作方式,1.方式0 當(dāng)M1M0兩位為00時，定時/計數(shù)器被選為工作方式0，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖 5?2 所示。,圖 5?2 T0(或T1)方式0的邏輯電路結(jié)構(gòu),2.方式1,T0(或T1)方式1的邏輯電路結(jié)構(gòu),3. 方式2,圖 5?3 T0(或T1)方式2的邏輯電路結(jié)構(gòu),4.方式3,圖 5?4 T0方式3的邏輯電路結(jié)構(gòu)和T1結(jié)構(gòu),由于定時/計數(shù)器是可編程的，因此在定時或計數(shù)之前要用程序初始化，初始化一般有以下

39、幾個步驟：（1）確定工作方式—對方式寄存器TMOD賦值。（2）預(yù)置定時或計數(shù)初值，直接將初值寫入TL0、TH0或TL1、TH1中。（3）根據(jù)需要對中斷允許寄存器有關(guān)位賦值，以開放或禁止定時/計數(shù)器中斷。（4）啟動定時/計數(shù)器，使TCON中的TR1或TR0置“1”，計數(shù)器計按既定的工作方式和初值技術(shù)或定時。,5.定時/計數(shù)器的初始化,在初始化過程中，要置入定時或計數(shù)的初值，要做一點計算。由于計數(shù)器是加“1”計數(shù)器，并在溢出時產(chǎn)生中

40、斷請求，因此不能直接將計數(shù)初值置入計數(shù)器，而應(yīng)送計數(shù)初值的補(bǔ)碼數(shù)。,設(shè)計數(shù)器最大計數(shù)值為M，選擇不同的工作方式最大計數(shù)值不同。方式0：M=213=8192方式1：M=216=65536方式2：M=28=256方式3：M=28=256置入計數(shù)初值X可這樣計算：計數(shù)方式時：X=M-計數(shù)值（X即為計數(shù)值的補(bǔ)碼）定時方式時：（M-X）*T=定時值，故X=M-定時值/T其中T為計數(shù)周期，是單片機(jī)時鐘的12分頻，即單片機(jī)機(jī)器周期。當(dāng)

41、晶振為6MHz時，t=2μs；當(dāng)晶振12MHz時，T=1μs。,【例5.1】若單片機(jī)晶振為12MHz，要求產(chǎn)生500μs的定時，試計算X的初值。解：由于T=1μs，產(chǎn)生500μs定時，則需要“+1”500次，定時器方能產(chǎn)生溢出。采用方式0：X=213-（500*10-6/10-6）=7692=1E0CH但方式0的TL0高3位是不用的，都設(shè)為“0”，這1E0CH應(yīng)寫成：F00CH=1111000001100B實際上，我們可以看

42、出F00CH去掉了3個不用的位后，就是1E0CH，即將F0H裝入TH0，0CH裝入TL0。采用方式1：X=216-(500*10-6/10-6)=65536=FE0CH即將FEH裝入TH1，0CH裝入TL1。,【例5.2】用定時器1，方式0實現(xiàn)1s的延時。解：因方式0采用13位計數(shù)器，其最大定時時間為：8192*1μs=8192μs，因此，定時時間可選擇為8ms，再循環(huán)125次；或者定時時間選擇為5ms，再循環(huán)200次。本例我們

43、選擇前者。定時時間選定后，再確定計數(shù)值為5000，則定時器1的初值為X=M-計數(shù)值=8192-5000=3192=C78H=0110001111000B因13位計數(shù)器中TL1的高3位未用，應(yīng)填寫0，TH1占高8位，所以，X的實際填寫值應(yīng)為X=0110001100011000B=6318H即TH1=63H，TL1=18H，又因采用方式0定時，故TMOD=00H。,1s延時子程序如下：DELAY：MOVR0,#200;置5ms

44、計數(shù)循環(huán)初值MOV TMOD,#00H;設(shè)定時器1為方式0MOV TH1,#63H;置定時器初值MOV TL1,#18HSETB TR1 ;啟動T1LP1：JBC TF1,LP2 ;查詢計數(shù)溢出SJMP LP1 ;未到5ms繼續(xù)計數(shù)LP2：MOV TH1,#63H

45、;重新置定時器初值MOV TL1,#18HDJNZ R0,LP1 ;未到1s繼續(xù)循環(huán)RET ;返回主程序,【例5.3】用定時器1，方式1實現(xiàn)1s的延時。DELAY：MOV R0,#20;置50ms計數(shù)循環(huán)初值MOV TMOD,#10H;設(shè)定時器1為方式1MOV TH1,#3CH;置定時器初值MOV

46、 TL1,#0B0HSETB TR1;啟動T1LP1：JBC TF1,LP2;查詢計數(shù)溢出SJMP LP1;未到50ms繼續(xù)計數(shù)LP2：MOV TH1,#3CH;重新置定時器初值MOV TL1,#0B0HDJNZ R0,LP1;未到1s繼續(xù)循環(huán)RET;返回主程序,【例5.4】用定時器1，方式2實現(xiàn)1s的延時。解：因方式2是8位計數(shù)器，其

47、最大定時時間為：256*1μs=256μs，為實現(xiàn)1s的延時，可選擇定時時間為250μs，再循環(huán)4000次。定時時間選定后，可確定計數(shù)值為250，則定時器1的初值為：X=M-計數(shù)值=256-250=6=6H。采用定時器1，方式2工作，因此，TMOD=20H。DELAY：MOV R7，#40;置25ms計數(shù)循環(huán)初值MOV R6，#100;置250μs計數(shù)循環(huán)初值MOV TMOD，#20H;設(shè)定

48、時器1為方式2MOV TH1，#06H;置定時器初值MOV TL1，#06HSETB TR1;啟動T1LP1：JBC TF1，LP2;查詢計數(shù)溢出SJMP LP1;無溢出則繼續(xù)計數(shù)LP2：DJNZ R6，LP1;未到25ms繼續(xù)循環(huán)MOV R6，#100DJNZ R7，LP1;未到1s繼續(xù)循環(huán)RET;返回主程序,5

49、.2 MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng),圖 5-5 MCS-51中斷系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖,1、中斷源及中斷入口,2、外部中斷請求標(biāo)志,2．SCON的中斷標(biāo)志,1．TCON中的中斷標(biāo)志,3、中斷允許控制,4、中斷源優(yōu)先級的設(shè)定,5、中斷響應(yīng)處理過程,2．中斷處理,1．中斷響應(yīng)的過程,3．中斷返回,4．外部中斷響應(yīng)時間,5.2.4 外部中斷源的擴(kuò)展,1.用定時器作外部中斷源,,MCS-51單片機(jī)有兩個定時器，具有兩個內(nèi)中斷標(biāo)志和外計數(shù)引腳，

50、如在某些應(yīng)用中不 被使用，則它們定時器中斷可作為外部中斷請求使用。此時，可將定時器設(shè)置成計數(shù)方式，計數(shù)初值可設(shè)為滿量程，則它們的計數(shù)輸入端T0（P3.4）或T1（P3.5）引腳上發(fā)生負(fù)跳變時，計數(shù)器加1產(chǎn)生溢出甲斷。利用此特性，可把T0腳或T1腳作為外部中斷請求輸入線，而計數(shù)器的溢出中斷作為外部中斷請求標(biāo)志。 【例5.5】將定時器0擴(kuò)展為外部中斷源n解：將定時器0設(shè)定為方式2（自動恢復(fù)計數(shù)初值），TH0和TFO的初值均設(shè)

51、置為FFH，允許定時器0中斷，CPU開放中斷。源程序如下：,MOVTMOD,#06H MOVTH0,#0FFH MOVTL0,#0FFH SETBTR0 SETBET0 SETBEA … 當(dāng)連接在T0（P3.4）引腳上的外部中斷請求輸入線發(fā)生負(fù)跳變時，TL0加1溢出，TF0置1，向CPU發(fā)出中斷申請，同時，TH0的內(nèi)容自動送至TL0使TL0恢復(fù)初值。這樣，T0引腳每輸入一個負(fù)

52、跳變，TF0都會置1，向CPU請求中斷。此時，T0腳相當(dāng)于邊沿觸發(fā)的外部中斷源輸入線。 同樣，也可將定時器1擴(kuò)展為外部中斷源。,2.中斷和查詢相結(jié)合,圖5- 8 一個外中斷擴(kuò)展成多個外中斷的原理圖,由圖可知，4個外部擴(kuò)展中斷源通過 4個OC門電路組成線或取非后再與 （P3.2）相連；4個外部擴(kuò)展中斷源EXINT0～EXINT3中有一個或幾個出現(xiàn)高電平則輸出為0，使 腳為低電平，從而發(fā)出中斷

53、請求。因此，這些擴(kuò)充的外部中斷源都是電平觸發(fā)方式（高電平有效）。CPU執(zhí)行中斷服務(wù)程序時，先依次查詢P1口的中斷源輸入狀態(tài)，然后，轉(zhuǎn)入到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，4個擴(kuò)展中斷源的優(yōu)先級順序由軟件查詢順序決定，即最先查詢的優(yōu)先級最高，最后查詢的優(yōu)先級最低。,中斷服務(wù)程序如下：ORG0003H;外部中斷0入口AJMPINT0;轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序入口…INT0:PUSHPSW;保護(hù)現(xiàn)場PUSHACCJBP1.0,EX

54、T0;中斷源查詢并轉(zhuǎn)相應(yīng)中斷服務(wù)程序JBP1.1,EXT1JBP1.2,EXT2JBP1.3,EXT3EXIT:POPACC;恢復(fù)現(xiàn)場POPPSWRETI…EXT0:…;EXINT0中斷服務(wù)程序AJMPEXITEXT1:…;EXINT1中斷服務(wù)程序AJMPEXITEXT2:…;EXINT2中斷服務(wù)程序AJMPEXITEXT3:…;EXINT3中斷服務(wù)程序AJMP

55、EXIT同樣，外部中斷1也可作相應(yīng)的擴(kuò)展。,第6章    存儲器與存儲器擴(kuò)展,6．1 單片機(jī)存儲器概述,8051的引腳定義及功能,MCS-51的引腳圖及功能分類圖,圖6- 1 單片機(jī)擴(kuò)展構(gòu)造總線結(jié)構(gòu)框圖,6．2 程序存儲器擴(kuò)展技術(shù),外部程序存儲器的擴(kuò)展及取指過程,外部程序存儲器一般連接方法,EPROM程序存儲器擴(kuò)展實例,圖6- 8 單片程序存儲器擴(kuò)展連接,用譯碼法擴(kuò)展多片E2PROM,

56、圖6- 10 E2PROM程序存儲器擴(kuò)展電路連接圖,,擴(kuò)展2KB數(shù)據(jù)存儲器的線路圖,6．3 數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展技術(shù),圖6- 12 線選法擴(kuò)展1片6264電路圖,綜合擴(kuò)展實例,擴(kuò)展16KB RAM和16KB EPROM,7．2 并行I/O口擴(kuò)展,7.2.1 并行I/O口的簡單擴(kuò)展,第7章    單片機(jī)接口技術(shù),圖7- 2 簡單I/O口擴(kuò)展,7.2.2 采用8255擴(kuò)展I/O口,圖7- 3

57、 8255內(nèi)部結(jié)構(gòu),1.8255的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能。,圖7- 4 8255A引腳圖,2.MCS-51與8255A的連接方法,圖7- 5 8031與8255A的連接方法,3.8255的方式控制字,圖7- 6 8255A方式選擇控制字,（1）方式選擇控制字,圖7- 7 C口 按位復(fù)位/置位控制寄存器,（2）C口按位復(fù)位/置位控制字,7.2.3 可編程RAM I/O接口芯片8155及其擴(kuò)展I/O口技術(shù),1.8155內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳,

58、8155內(nèi)部結(jié)構(gòu)(b) 8155引腳配置圖圖7- 12 8155內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖,表 7?3 8155口地址分布,2.8155的RAM和I/O口地址編碼,3.8155的工作方式與基本操作,,,圖7- 13 8155命令狀態(tài)寄存器格式,表7- 4 8155定時器編程方式及相應(yīng)的輸出波形,圖 7?15 8155和8031單片機(jī)接口,7．3 MCS-51單片機(jī)鍵盤接口技術(shù),7.3.2 獨(dú)立式按鍵,1.獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu),圖

59、7- 17 獨(dú)立式鍵盤,圖7- 18 獨(dú)立鍵盤與單片機(jī)接口,7.3.3 矩陣鍵盤接口技術(shù),1.矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)及工作原理,圖7- 19 矩陣鍵盤結(jié)構(gòu),2.矩陣鍵盤工作方式,圖7- 20 定時鍵盤掃描程序框圖,7.4.1 LED顯示器的接口技術(shù),7.4 MCS-51單片機(jī)顯示器接口技術(shù),(a)管腳圖(b)共陰極(c) 共陽極圖7- 21 LED顯示器與通用I/O口的連線,1.LED數(shù)碼顯示器結(jié)構(gòu)和工作原理,圖

60、7- 22 通過8255A連接的3位LED靜態(tài)顯示器,3.靜態(tài)LED顯示器接口,4.動態(tài)LED顯示器接口,圖7- 23 通過8155連接的6位LED動態(tài)顯示電路,圖7- 24 動態(tài)顯示子程序流程圖,7.4.2 可編程鍵盤/顯示器接口芯片Intel8279,1.8279的內(nèi)部結(jié)構(gòu),圖7- 27 8279內(nèi)部結(jié)構(gòu),2.8279引腳功能,圖7- 28 8279管腳及引線功能,5.8279與單片機(jī)的接口,圖7- 29 8279鍵盤、

61、顯示器接口電路,圖7- 30 8×8鍵盤的鍵值與鍵號,7.5 模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口及應(yīng)用,7.5.2 常用A/D轉(zhuǎn)換器及其接口設(shè)計,圖7- 32 ADC0809的邏輯框圖,圖7- 33 ADC0809引腳圖,圖7- 34 8031與ADC0809的接口,7.6.2 常用D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832及其接口技術(shù),7.6 數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口及應(yīng)用,圖7- 37 DAC0832引腳圖,D

62、AC0832的引腳排列DAC0832結(jié)構(gòu)圖,3.DAC0832與MCS-51的接口設(shè)計,（1）單緩沖工作方式,圖7- 38 單極性單緩沖器電路接口圖,（2） 雙緩沖工作方式,圖7- 40 工作于雙緩沖方式時DAC0832與8031的連接,第8章    串行口通信技術(shù),8．1 串行通信基礎(chǔ),8.1.1 串行通信的分類,1.同步通信,圖8- 2 同步通信的格式,2.異步通信,圖8- 3

63、 異步通信的格式,8.1.2 串行通信的制式,圖8- 4 串行通信的數(shù)據(jù)傳送方向,8.2 串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)及其接口,8.2.1 RS-232C接口,圖8- 5 PC與外設(shè)的RS-232直接連接,表8- 1 PC常用的RS-232C接口信號定義（9針）,表8- 2 PC常用的RS-232C接口信號定義（25針）,8.2.2 RS-449、RS-422、RS-423及RS-485接口,表格 7-4 幾種串行接口標(biāo)準(zhǔn)的比較,

64、,8.3 MCS-51的串行口,8.3.1 MCS-51串行口的結(jié)構(gòu),圖8- 11 MCS-51串行口發(fā)送和接收電路框圖,1.串行口控制寄存器SCON,圖8- 12 SCON各位定義,表8- 3 串行口工作方式,2.電源控制寄存器PCON,圖8- 13 PCON各位定義,1．方式0,串行口方式0的時序,8.3.2 MCS-51串行口的工作方式 MCS-51的串行口有四種工作方式，它是由SCON中的SM1和

65、SM0來決定的。,2．方式1 在方式1時，串行口被設(shè)置為波特率可變的8位異步通信接口。其時序如圖所示。,串行口方式1的時序,3．方式2串行口工作為方式2時，被定義為9位異步通信接口。其時序如圖所示。,8.3.3 MCS-51串行口的波特率,1.方式0和方式2,當(dāng)采用方式0和方式2時，波特率僅僅與晶振頻率有關(guān)。 在方式0中，波特率為時鐘頻率的1/12，即fosc/12，固定不變。 在方式2中，波

66、特率取決于PCON中的SMOD值，當(dāng)SMOD=0時，波特率為fosc/64；當(dāng)SMOD=1時，波特率為fosc/32。,2.方式1和方式3,在方式1和方式3時，波特率不僅僅與晶振頻率和SMOD位有關(guān)，還與定時器T1的設(shè)置有關(guān)。波特率的計算公式為： 波特率=2SMOD/32×定時器T1溢出率,表8- 4 常用波特率,8.4 MCS-51單片機(jī)之間的通信,8.4.1 雙機(jī)通信硬件電路,圖8- 20 雙機(jī)通信接口,8