单片微机原理及应用 教学课件 ppt 作者 丁元杰 主编 第六章　MCS-96系列单片机 .pptx

一、主要性能特点,1) 16位CPU 2) 总线宽度可控 3) 8KB片内ROM 4) 256个字节寄存器阵列和专用 寄存器 5) 高速输入/输出器 6) 5个8位输入/输出口 7) 全双工串行口8) 10位A/D转换器 9) 脉宽调制输出器 10) 两个16位定时器 11) 4个16位软件定时器 12) 16位监视定时器 13) 8个中断类型 14) 高效的指令系统第一节 概 述,第六章 MCS-96系列单片机,二、型号、封装与引脚定义,图6-1 MCS-96系列DIP封装结构 的引脚安排,表 6-1,三、内部结构框图,图6-2 MCS-96的结构框图,MCS-96系列单片微机的结构框图见图6-2.虚线小框是CPU，其余如图1. CPU总线,,由图6-2可见：有一条16位的D总线和一条8位的A总线通常，D总线用于RALU与寄存器阵列或特殊功能寄存器间传送数据，A总线用作上述传送过程中的地址总线另外，CPU通过D总线还可与片内各部件进行数据交换；而当CPU通过存储器控制器访问片内、外存储器时，A总线可用作分时复用的地址/数据总线CPU的基本操作过程便是：通过存储器控制器和A总线自片内或片外程序存储器把指令取到指令寄存器，由控制器译码后产生与指令相应的信号序列，使RALU完成指令规定的功能。

一、微处理器,第二节 微处理器与时钟信号,图6-3 RALU框图,2.寄存器算术逻辑单元,寄存器算术逻辑单元组成如图图6-4 PSW各位的定义,程序状态字是一个16位的状态触发器，其各位的定义见图6-4.,PSW高位字节各位的含义： (1) 零标志Z 操作结果为零时置位 (2) 负标志N 操作结果为负时置位 (3) 溢出标志V 操作结果溢出时置位 (4) 溢出陷井标志VT 当V标志置位时，VT也置位 (5) 进位标志C 加法操作时最高位有进位时置位，减法操作时最高位没有借位时置位 (6) 总中断允许位I 通过执行EI指令可置位，执行DI指令可复位 (7) 粘附位标志ST 右移操作时，“1”先移入C以后又移出时置位3.寄存器阵列,,实际是232个字节的片内RAM单元，可以按字节、字或双字进行访问要访问寄存器阵列或24个专用寄存器，它们的地址均由CPU分成两个8位，暂存在地址寄存器A和B中(见图6-2)二、时钟信号,图6-5 MCS-96外接晶体的接法,图6-6 内部时钟信号,MCS-96系列单片机内含有一个高增益的反相放大器，通过XTAL1、XTAL2外接作为反馈元件的晶体成为自激振荡器，其振荡脉冲经3分频的三相时钟发生器后，产生3个不同部位的内部时钟A/B/C。

外接晶体的接法见图6-5，内部时钟信号的波形图见图6-6.,第三节 存储器空间,表 6-2,0000H~0017H为24个特殊功能寄存器，其名称及功能见表6-2，其中有部分保留着未定义，有些单元读操作时有一种用途，写操作时有另一种用途表 6-2,表 6-2,一、并行输入输出接口,表 6-3,第四节 I/O接口与定时器,MCS-96 系列单片机有5个8位并行I/O口； P0口 只用于输入也用作8路A/D转换器模拟量信号的输入口线ACHO~ACH7 P1口 准双向口 P2口 多功能双向口各口线的功能详见表6-31.定时器,,MCS-96系列单片机有两个16位定时器 定时器1用作实时时钟，计时信号来自内部时钟发生器，每8个状态周期(且12MHz晶体时为2μs)计数器加1，16位计数器计满时触发中断，并使IOS1.5置1它一直循环计数，系统复位时才停止并复位任何时候都可读它(片内RAM 000AH、000BH单元) 定时器2主要用作外部事件计数器，计数脉冲来自HSI.1或T2CLK(P2.3引脚，48个引脚的芯片无此引脚)，由IOC0.7控制选择计数脉冲跳变时计数器加1，16位计数器计满时触发中断，并使IOS1.4置1。

任何时候也能读它(片内RAM 000CH、000DH单元)除系统复位外，在IOC0.1置1，触发HSO14通道，以及IOC0.3为1、T2RST或HSI.0由低变高这3种情况下也可复位二、高速输入输出接口,2.高速输入接口,图6-11 HSI的结构,用于快速记录外部事件发生的时间定时器1提供时间基准，故分辨力为8个状态周期（00触发的方式为16个状态周期）它有4个输入通道（见图6-11），事件的触发方式由HIS方式寄存器（0003H）选定，见图6-12.保持寄存器也可看做队列的一级，使可记录的事件达8次CPU先读HIS状态寄存器（0006H，见图6-13），再读HIS时间寄存器（0004H、0005H）3.高速输出接口,图6-14 HSO的结构,如图6-14，内容寻址存储器CAM是它的核心，由8个23位寄存器组成，按所存内容进行存取其中16位存放触发某一事件的时间，7位存放命令每个状态周期，来自定时器的时间与CAM中的某个时间比较，如相符，说明触发这一事件的时间已到，便产生该事件的触发信号4.软件定时器,,对HSO程，使按预定时间产生中断，便构成立了“软件定时器”对应于HSO输出通道8～11，共4个软件定时器。

预定时间到后，IOS1的相应位置1，如HSO命令寄存器的位4已置1，便产生软件定时器中断测读IOS1，可知是哪一软件定时器造成中断1.A/D转换器,图6-17 A/D结果寄存器,三、模拟量接口,A/D转换结果存于A/D结果寄存器（0002H、0003H），见图6-17.它必须按字节分别读取在启动一次新的A/D转换前先将上次A/D结果读出，否则上次转换结果将丢失2.脉宽调制输出器PWM,图6-18 PWM的结构,脉冲调制输出器可用于模拟量输出，其结构见图6-18.它由P2.5引脚输出，脉冲调制则通过写PWM控制存储器（0017H）来实现图6-19 PWM输出波形示例,起始时：计数器为0，PWM输出1.以后每一个状态周期将计数器加1，直到计数值与PWM控制寄存器的值相等，才输出0.而当计数器溢出后，PWM又恢复为高平根据需要的输出波形占空比，可知PWM控制寄存器（8位）的设定值与输出的波形图图6-19是这三者对照的示例图1.串行接口控制/状态寄存器,图6-20 串行口控制/状态寄存器,四、串行接口,串行接口有4种工作方式，由寄存器的1、0位选定，见图6-20.它的高3位是状态寄存器SP，仅用于读。

发送或接收完成时，发送中断标志TI或接送中断标志RI相应置1，要求CPU继续发送或准备接收下一帧数据，或作其他处理2. 4种工作方式,(1) 方式0 移位寄存器方式，与MCS-51串行口的方式0相同 (2) 方式1 8位方式，第8位可用于奇偶校验 (3) 方式2 9位方式 (4) 方式3 9位方式(9位地址/数据方式)，第9位用于区别地址还是数据3.波特率的决定,,串行接口的波特率决定于波特率寄存器(000EH)的内容它的最高位用于选择输入频率源：为1选用XTAL1频率(振荡器频率)；为0选用T2CLK引脚上的外部频率低15位为B的数值，用于决定波特率： 方式0时： 波特率=XTAL1频率4(B+1) 或 波特率=T2CLK频率B 其他方式时，波特率为上列算式的1/16,五、监视定时器WDT,,用于使系统从瞬时故障中自动恢复它启动后，每个状态周期计数加1，到64K个状态周期(12MHz晶振时为16ms)后计数器溢出，将RESET引脚拉低两个状态周期而使系统复位，重新初始化为不使复位，系统正常工作时，应不到64K个状态周期便清除它一次它起动后，除了系统复位，无法停止它的工作 要清除它，可先对它(000AH)写1EH，再对它写0E1H。

第一次清除实质上是启动 要不用它，就不要启动或使RESET引脚保持2.0～2.5V(高于RESET拉低的阈值)，但高于2.5V会毁坏芯片，而且此法只适用于只几秒钟的调试过程一、中断源,表 6-4,第五节 中断系统,MCS-96系列单片机用户可用的中断类型有8种，表6-4列出了它们的中断矢量地址和优先权次序另有一种是软件（陷阱）中断，用TRAP指令产生，只用于Intel开发系统，用户不能使用有些中断类型可有多种中断源，由软件编程决定起作用的是哪一中断源，见图6-21.,图6-21 MCS-96系列单片机的中断类型与中断源,1.中断系统结构,MCS-96系列单片机中断系统的结构框图见图6-22当跳变检测器检测到某种中断请求由低到高的跳变时，便对中断悬挂寄存器中的对应位置位，以待CPU响应中断屏蔽寄存器则可对每一种中断类型分别进行允中和禁中如这一申请中断的中断类型该时是允中的，而总的中断允许又开放(PSW.9=1)，中断申请信号再通过优先级编码电路进入到中断发生器，于是主程序中断，PC转向中断矢量所指的入口地址，从而执行相应的中断服务程序 应用指令EI和DI可以分别对程序状态字的PSW.9进行置位和复位，从而控制总的中断允许和禁止。

二、中断控制,图6-22 MCS-96中断系统的结构框图,2.中断悬挂寄存器和中断屏蔽寄存器,中断悬挂寄存器（0009H）用来对各种中断类型的中断请求信号进行锁存，各位的对应关系与表6-4所列的优先权级别相一致，见图6-23.有中断请求信号时相应位置1，中断响应后该位便清零，以撤除中断请求，避免重复中断 所谓“悬挂”是指有中断请求而尚未得到响应的状态一、操作数类型,(1) 位BIT 片内RAM的任一位均可位测试 (2) 字节BYTE 8位无符号数 (3) 字WORD 16位无符号数 (4) 双字DOUBLE-WORD 32位无符号数 (5) 短整数SHORT-INTEGER 8位带符号数 (6) 整数INTEGER 16位带符号数 (7) 长整数LONG-INTEGER 32位带符号数第六节 指令系统,1.符号寄存器,,MCS-96系列单片机没有固定的工作寄存器，常把片内RAM的某些单元定义为工作寄存器例如，定名AX、BX、CX、DX为字寄存器与这相应，定名AL、BL、CL、DL分别是它们的低位字节，AH、BH、CH、DH分别是它们的高位字节，都是字节寄存器这些寄存器没有特定的地址，仅仅是符号名，故又称符号寄存器。

它们在寄存器阵列中的真正位置由编程决定，定名的个数则无限制，这样处理给用户编程带来了方便二、寻址方式,2.5种寻址方式,(1) 立即寻址 操作数在指令中，无须访问可立即参与操作 (2) 寄存器直接寻址 直接访问片内RAM的256个字节 (3) 间接寻址 可访问整个存储器空间 (4) 地址自动增量间接寻址 与间接寻址基本相同，但寻址后地址自动增量：操作数为字节(或短整数)增1，为字(或整数)增2 (5) 变址寻址 可访问整个存储器空间1.指令示例,(1) breg 片内RAM中的一个字节寄存器 (2) wreg 片内RAM中的一个字寄存器 (3)baop 可按任一寻址方式寻址的字节操作数 (4) waop 可按任一寻址方式寻址的字操作数 (5) bitno 一个字节中的某一位，用操作码的三位来表示 (6) lreg 片内RAM中的一个双字寄存器 (7) cadd 程序代码中的地址 (8) CEA 指令执行时根据不同寻址方式附加的状态周期数 (9) BEA 指令存放时根据不同寻址方式附加的字节数四、指令与程序示例,通过示例对几种典型指令加以说明：,1) ADD(三操作数)——算术运算大类，字加法指令 2) ANDB(三操作数)——逻辑运算大类，字节逻辑与指令 3) LDB——数据传送大类，字节传送指令 4) LDBZE——数据传送大类，数据类型变换小类，字节变字指令 5) EXT——单寄存器操作大类，整数扩展至长整数指令 6) JGT——条件转移大类，带符号数大于0转移指令。

7) JBS——位测试转移大类，测试位为1转移指令 8) SHRAB——移位大类，。