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单片机原理与实践指导 教学课件 ppt 作者 邓兴成 第1章 内部结构与时序

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    • 1、单片机原理与应用,电子科技大学物理电子学院 电子信息科学与技术教研室 邓兴成,教学要求:严禁旷课,每次上课前点名。实验前需要完成实验预习报告,无此报告者不能进行实验。 成绩构成: 旷课7次成绩为0分。 平时:20%。理论课旷课一次扣3分。 实验:50%。旷课一次扣6分。少交一次实验报告扣2分;其中,实验旷课者不收实验报告,也不扣报告成绩分。 考试:30%。开卷。,答疑时间及地点:科研楼601,周五下午。 教材及参考书 教材:单片机原理及实践指导 邓兴成 姜宝钧 等编著,机械工业出版社 参考书: 1MCS-51单片机应用教程,李叶紫,清华大学出版社,2004 2MCS-51系列单片微型计算机及其应用,孙育才,东南大学出版社,2004 3单片机原理及应用,张毅刚,高等教育出版社,2004 4单片机原理及其接口技术(第2版),胡汉才,清华大学出版社, 2004 5MCS-51、96单片机原理及应用,孙涵芳,徐爱卿,北京航空航天大学出版社,1988.2 6单片微型计算机原理接口应用,徐惠民,安德宁,北京邮电学院出版社,1990年6月,一、单片机的学习,为何要学好单片机原理 如何学习单片机原理

      2、与单片机原理应用的相关知识,为何要学好微控制器 微控制器的主要应用领域: 1、消费电子 家用电器 移动消费电子 2、医疗设备 家用便携式医疗设备 诊断治疗 成像 分析,3、汽车 动力总成控制 车身电子 驾驶员信息系统 底盘 安全 车载网络 4 、工业 工厂自动化 楼宇控制 计量,5、数据链路 控制器局域网(CAN) 工业网络与现场总线协议 本地互连网(LIN) 通用串行总线(USB) 6、电机控制 直流电机 步进电机 开关磁阻电机 交流感应电机 通用电机 永磁同步电机,7、节能 光电能效 智能电网 高能效汽车 高能效照明 延长电池寿命 功率转换与电源,如何学习单片机原理 1、学习前的准备工作: (1)选定学习芯片型号。 (2)实验板一块。 (3)下载线或仿真器一个。 2、学习方法: (1)阅读单片机某一模块资料。 (2)设计对模块知识的验证实验。 (3)完成验证实验。,如何学习单片机原理 3、初学者需要掌握的重点内容: (1)引脚功能。 掌握引脚功能是设计单片机应用系统电路、充分利用单片机内部资源的前提。 (2)汇编指令其程序设计。 汇编指令包含了CPU执行程序的原理,对很好地掌握单片

      3、机原理具有其它语言不可取代的作用。 (3)特殊功能寄存器。 重点掌握那些各位具有特定功能的特殊功能寄存器。,与单片机应用的相关知识 模拟电路 数字电路基础 通信原理 数据通信 移动通信原理 传感器原理 自动控制原理 应用系统外围芯片,几个简单概念,1、串行传输:二进制数据在一根线上分时一位一位地进行传输的通信方式。 例如:10011010在一根线上传输的波形如下图所示。 简单地说:串行传输是发送端分时发送、接收端分时接收的通信方式。,2、并行传输:一个二进制数据按位同时在多根线上进行传输的通信方式。 例如:二进制数据10011010 在8根线上并行传输的波形如右 图所示。 并行传输通常有为8位、16位、 32位和64位等,是计算机CPU与 外设间进行数据传输的主要通信 方式。,3、总线:具有相同或相似功能的多根线构成的一组线称为总线。 在MCS-51单片机中,有数据总线、地址总线和控制总线。 4、ROM:只读存储器,又称为程序存储器。包括EPROM、EEPROM、FLASH等。 5、RAM:随机存取存储器,又称为数据存储器。包括RAM、FLASH、EEPROM等。,6、字节:在计算机中

      4、,8位二进制数构成的数称为一个字节。 7、原码:原始二进制数称为原码。 8、反码:原码按位取反。 9、补码:正数的补码是其本身。负数的补码是其反码加1。,第1章 MCS-51单片机的内部结构与时序,AT89S52的主要资源说明 1、32条输入/输入引脚; 2、256B(字节)片内RAM; 3、8kB Flash程序存储器; 4、3个16位定时/计数器; 5、2个外部中断源; 6、1个全双功串行通信端口; 7、1个13位看门狗定时器; 8、在系统(ISP)编程。,1.1 MCS-51引脚功能说明,1.1 MCS-51引脚功能说明 P1口(18脚): 可作为通用输入/输出 口。 作为通用输出口使用 时,P1口每个引脚可驱动 4个LS型TTL门电路。 作为通用输入口使用 时,需要预先将P3口写为 1,即引脚为高电平。,P1口具有第二功能(即特定功能)的引脚有P1.0、P1.1、P1.5、P1.6和P1.7。各引脚功能如表1-1所示。,1.1 MCS-51引脚功能说明 P3口(1017脚): 可作为通用输入/输出 口。 作为通用输出口使用 时,P3口每个引脚可驱动 4个LS型TTL门电路。 作

      5、为通用输入口使用 时,需要预先将P3口写为 1,即引脚为高电平。,在单片机应用系统中,P3口主要使用其第二功能。P3口的第二功能如表1-2所示。,1.1 MCS-51引脚功能说明 P2口(2128脚): 可作为通用输入/输出口。 作为通用输出口使用时, P2口每个引脚可驱动4个LS 型TTL门电路。 作为通用输入口使用时, 需要预先将P2口写为1,即 引脚为高电平。 当应用系统扩展外部存储 器时,P2口可作为地址总线 的高8位。,1.1 MCS-51引脚功能说明 P0口(3239脚): P0口可作为通用输入 /输出口使用。作为通用I/O 口使用时,P0口需要外接上 拉电阻。 作为输出口使用时, P0每个引脚最多能驱动8个 LS型TTL门电路。 在访问外部程序存储 器和数据存储器时,P0口被 用作地址总线(低8位地址) /数据总线复用。,1.1 MCS-51引脚功能说明 其它引脚: 1. 电源(40脚)和地(20脚)引脚 2. RESET(第9脚):复位信号输入引脚。 RESET引脚上至少持续出现2个机器周期(晶振的12个振荡周期为一个机器周期)的高电平就会使单片机复位 。 复位是使数字

      6、系统处于确定的初始状态的过程。 3. XTAL1(18脚)和XTAL2(19脚):片内振荡器输入/输出引脚 。,1.1 MCS-51引脚功能说明 其它引脚: 4. /PSEN(29脚) 片外程序存储器(ROM)读选通信号输出引脚。 5. ALE(30脚) 地址锁存允许/编程引脚。在未访问外部数据存储器期间,该引脚输出晶振频率的6分频信号,可作为某些外部器件的时钟信号。 6. /EA(31脚): 片外程序存储器访问允许/编程器电源引脚 。该引脚接高电平时,CPU从片内程序存储器的0000H单元开始执行指令;该引脚接低电平时, CPU从片外程序存储器的0000H单元开始执行指令.,1.1.1 MCS-51系列单片机的引脚功能及最小应用系统,1. 电源引脚 2. 输入/输出(I/O)口 P0口(3239脚) 作为输出口使用时,P0每个引脚能驱动8个TTL门电路。 在访问外部程序存储器和数据存储器时,P0口被用作地址总线(低8位地址)/数据总线复用,对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。当P0口作为输出口使用时,必须外接上拉电阻。 P1口(18脚) 作为输出口使用时,P1口每个引脚可驱动4

      7、个LS型TTL门电路。,3. 控制线 RESET(第9脚):复位信号输入引脚。 RESET引脚上至少持续出现2个机器周期(晶振的12个振荡周期为一个机器周期)的高电平就会使单片机复位 。 复位是使数字系统处于确定的初始状态的过程。 XTAL1(18脚)和XTAL2(19脚):片内振荡器输入/输出引脚 。,/PSEN(29脚):外部程序存储器(ROM)选通引脚。 ALE(30脚):地址锁存允许/编程引脚。 /EA(31脚):片外程序存储器访问允许/编程器电源引脚 。,1.1.2 MCS-51的三总线结构 MCS-51单片 机应用系统通常 按照三总线结构 进行设计。三总 线是指数据总线 (DB)、地址 总线(AB)和 控制总线(CB)。,1.1.3 AT89S51单片机的最小应用系统 单片机最小系统由振荡电路和复位电路构成。,1.1.3 AT89S51单片机的最小应用系统,1.2 MCS-51单片机内核结构,1.2.1 中央处理器CPU,1算术逻辑单元ALU 算术逻辑单元ALU由加法器、两个8位暂存器(TMP1、TMP2)和一个布尔处理器组成。 2专用寄存器 专用寄存器是用来存储当前要执行

      8、的指令的存储地址、操作数和指令执行后的状态等信息的寄存器。其特点是存取速度快、方便。,(l)累加器A(Accumulator) 累加器A是专门用于存放操作数或运算结果的8位可位寻址的特殊功能寄存器,其物理地址为E0H,符号为ACC。 例: MOV A,#50 ADD A,#100 MOV A,#32H ADD A,#64H,累加器A是可位寻址的特殊功能寄存器。即可以通过指令对A中的每一位进行清“0”或置“1”(通常称为置位) 例: SETB ACC.0 SETB ACC.3 CLR ACC.7,(2) B寄存器 B寄存器是一个8位可位寻址的特殊功能寄存器,一般用于乘、除法运算 ,也可以作为通用寄存器,用来存放临时数据。 乘法运算中,B寄存器存储乘积的高8位;除法运算中,B寄存器存储余数。 例如:求两个操作数50与100之积。 MOV A,#32H MOV B,#64H MUL AB 例如:求两个操作数101与50之商。 MOV A,#64H MOV B,#32H DIV AB,(3)程序计数器PC 程序计数器PC(Program Counter)是一个二进制16位特殊功能寄存器,专门用

      9、于存放CPU将要执行的下一条指令第一字节的存储地址。 系统复位后,PC中的值为0000H,表示CPU将从程序存储器中的0000H单元开始执行程序。 CPU每执行指令的一个字节,PC的值自动加1。 单片机系统的程序存储器(ROM)最多为64kB,其地址范围是0000HFFFFH。,(4)程序状态字寄存器PSW 程序状态字(PSW)寄存器是一个8位可位寻址特殊功能寄存器。 其功能是存储当前指令执行后的某些状态,这些状态可作为执行下一条指令的条件。 其结构及各位的定义如下:, 进位标志位Cy(Carry) 在加法或减法运算中,若累加器A中最高位ACC.7有进位或借位时,Cy=1;否则Cy=0。 Cy在位操作中,又是布尔处理器的位累加器,常用C表示。 辅助进位标志位AC 若AC=0,则表示加减运算过程中ACC.3没有向ACC.4进位或借位;若AC=1,则表示加减运算过程中ACC.3向AC.4有进位或借位。, 用户标志位F0(Flag zero) 工作寄存器组选择位RS1和RS0 程序状态字寄存器PSW中的RS1和RS0用来选择当前使用的工作寄存器组。,例如,复位后默认的工作寄存器组是第0组,程序中主要使用第0组,但在某段程序中要使用第3组,执行完这段程序后需要继续使用第0组,则可使用下面的程序指令。 SETB PSW.4 SETB PSW.3 MOV R0,#00H CLR PSW.3 CLR PSW.4 MOV R0,#0FFH, 溢出标志位OV(OVerflow) 溢出标志位PSW.2用于指示在带符号数的算术运算过程中是否发生溢出。 当累加器A中的运算结果超过8位二进制数允许表示的范围,即-128+127时,就产生溢出。 PSW.1 保留位,无定义。 奇偶校验标志位P(Parity) 当累加器A中的数有偶数个“1”时,P=0,若有奇数个“1”,则P=1。,(5)堆栈及堆栈指针SP(Stack Pointor) 堆栈是内部数据存储器(RAM)中的一个区域,用于顺序存储程序执行过程中某些寄存器内需要保护的数据。 数据进入与退出堆栈遵循后进先出的原则 。 在系统复位后,堆栈指针SP的初始值为07H。 堆栈操作指令:PUSH(压栈),POP(

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