单片微型计算机原理及应用.ppt
《单片微型计算机原理及应用.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《单片微型计算机原理及应用.ppt(392页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、单片微型计算机原理及应用,第一章概述 第二章mcs-51单片机结构及原理 第三章 MCS-51单片机指令系统及编程举例 第四章单片机定时功能及应用 第五章单片机的中断系统 第六章单片机串行口及应用 第七章单片机系统扩展 第八章 D/A、A/D转换器接口及应用,目 录,1定义:单片机全称为单片微型机算计(single-chip Microcomputer),它在一块芯片上集成了CPU、 RAM、ROM(EPROM,E2PROM)CTC和多个 I/O口,此外,有的单片机如8096单片机上还集成,第一章 概述,一单片机的定义及特点, 测量与显示:如各种智能仪表,用于提高测试与显示的 自动化程度和准确
2、度。,3. 应用领域:主要应用于以下几方面,2特点:单片机的体积小,可靠性高,价格便宜,功耗低, 它是目前应用最广泛的工业控制微机。,了ADC 和DAC转换芯片。,机电一体化工业:如加工中心,用于提高加工的自动化程度 和精度。,第一代:1976-1978年,典型产品为MCS-48,8位CPU ,并行 I/O口,8位定时计数器,无串行I/O口,RAM、ROM容 量较小,寻址范围小于4KB。,二、 单片机的发展概况,日常生活:如各种家电中,用于提高家电的自动化程度,增强 其功能。, 实时控制系统:对一些实时过程的控制与监测,实现过程中数 据的实时处理与控制,从而保证系统的最佳工 作状态,提高系统的
3、工作效率和产品质量。,第二代:1980年-至今,典型产品为MCS-51,8位CPU,并行 I/O口,增有串行I/O口,16位定时/计数器,可进行 中断处理,具有并行三总线结构,RAM,ROM容量 较大,最大寻址范围为64KB。,典型产品有8051,8751和8031。其三种芯片的主要区别在于: ROM,EPROM和外接EPEOM。8051内部程序要有生产芯片的厂 家写入,适用于低成本大批量生产;8751片内程序可由用户固化,1. MCS-51系列简介:,三、 常用单片机系列介绍,第三代:1982-至今,典型产品为MCS-96,是8位机的进一步完 善,16位CPU,具有串、并行的通信功能,定时、
4、计 数、中断处理的功能更强, RAM、ROM容量更大, 并增加了多通道A/D及 D/A转换器,寻址范围为64KB。,或清除,价格相对较贵,适用于开发样机;8031芯片必须外接 ROM,适用于较方便进行修改和更新程序记忆的场合。,2. 存储器简介:memory是单片机的主要组成部分之一,主要用于 存储信息,它的分类如下:,可擦除可编程的只读ROM,用紫外线可擦 除其内容,用专用设备用户可固化信息。,内存:,随机存储器,其中信息可读可写,断电丢失全 部内容。,只读存储器,用户不可更改其内容,与 EPROM同样,断电仍可保存信息。,外存:,可随时读取信息,容量大,随身携带方便, 也可对其进行写操作并
5、永久保存信息,但必 须配备专门的刻盘机。,有限,随身携带不方便。,软盘可随时读写并永久保存信息,其容量小 但可无限扩充,随身携带方便。,四、数制及其间的转换,1数制:常用的计数方法,有二(B)、八(Q)、十(D)、十 六(H)、十二及六十进制等。,基:指数制所使用数码的个数。 如:B(2),Q(8),D(10)、H(16)。,特点同软盘,但容量较软盘大很多,比硬盘小。,权:指数制的每一位数码所对应的值,几进制数的权就是以几 为底的幂,即权为基的幂。,十进制转换为二,八,十六进制时,原则为整数部分除 基取 余,先出低位,小数部分乘基取整,先出高位。,例1 432D=1000101B (取四位小数
6、,并非精确) 例2 25473D=37656Q=FEBA,二,八,十六进制转换为十进制时,原则为按权展开相加。 例1FFFFH=15163+15162+15161+15160=65535 例210111100101B=27+25+24+23+22+2-1+2-3=188625D,2数制之间相互转换的原则:,例:1010B的基为2,各位的权分别为:23、22、21和20。, 机器数:数字在机器中的表示方式称为机器数,即将符号 (+,)也作为数字的一部分。具体地说,在存储 数据时,最高一位用来表示数字的符号,当数字为 正时,最高一位的值为0,当数字为负时,最高一 位的为值1。机器数有原码、反码和补
7、码三种形式。,3数在计算机中的表示方法, 真值:一个数的实际大小称为这个数的真值。, 原码:正数的符号位用0表示,负数的符号位用1表示,符号 位之后是数字的真值,此法表示的数字称为数的原码。 正数的原码与其真值相同。,例: 对于8位数据,+35H表示为 +35H原码=00110101 , 35H表示为 -35H原码 =10110101 , +0原码=00000000 ,-0原码=10000000,例: 对于8位数据,+35H表示为 +35H反码=00110101 , 35H表示为 -35H反码=11001010 , +0反码=00000000 -0反码=11111111, 反码:正数的反码与其
8、原码相同,负数的反码则为其对应的 原码按位取反(符号位除外)。, 补码:正数的补码与其原码相同,负数的补码则为其对应的原 码按位取反(符号位除外)加1。, 计算机中所能表示的符号数的范围为:-2n-12n-11, n为数据的位数。, 注 计算机中所有的符号数都是用补码表示的。,例:对于8位数据,+35H表示为: +35补码=00110101 , 35H表示为: -35补码=11001011, +0补码=-0补码=00000000。,当n=8时,所能表示的符号数的范围为: -128127, 当n=16时,所能表示的符号数的范围为:-3276832767。, 已知一个数的补码时,其真值为: 正数真
9、值=正数补码 负数真值=负数补码取反(符号位除外)1,例:Y=11710=117补+10补 =10001011+1110110=110000001=-127,将减数与减号一起变为补码后再与被减数的补码相加, 其和(如有进位则舍弃进位)就是两数之差。, 利用补码可将减法转换为加法以简化硬件电路,具体原理为:,例:x=01001101, 则x真值=01001101=77D x=10110101, 则x真值=11001010+1=11001011=75D,4ASCII码:(又称字符编码),5 BCD码 用四位二进制数表示一位十进制数的编码称为BCD码。,以上这些字符在计算机中都用固定的二进制数表示,
10、国际上 目前采用最常用的美国信息标准代码也称ASCII码来表示。要求 大家记住前两类字符的ASCII码值。, 英文字母AZ及az; 数字字符09: 专用字符:+,/,空格和各种标点符号; 各种非打印字符如:CR(回车),LF(换行), BELL(响铃)等。,计算机处理的信息并不全是数字,有时还要处理字符和字 符串,常见的字符有:,第二章 mcs-51单片机结构及原理,2.1 mcs-51单片机结构 2.2 mcs-51的存储器结构 2.3 单片机的时序,第一节 mcs-51单片机结构 一、mcs-51单片机内部结构简介,二8051 CPU的组成及其功能 三 MCS-51引脚及功能,单片机内部最
11、核心的部分是CPU, CPU的主要功能是产 生各种控制信号,控制存储器及输入/输出端口的数据传送,实 现数据的算术运算、逻辑运算以及位操作处理等功能。,8051 CPU的组成及其功能,指令译码器:将指令RS的指令转换成电信号,再经逻辑控制 电路产生各种控制信号。,指令Register(RS):8位,用于暂存待执行的指令,等待译码。 (译码前指令为0、1代码,译码后指令为电信号),PC程序计数器:16位专用RS,用于存放下一条将要执行的指 令地址,有自动加1的功能,它可保证程序按 一定顺序执行。,8051 CPU由控制器与运算器两部分组成 1控制器:,数据指针DPTR:16位专用地址指针RS,主
12、要用于存放16位 地址,作间址RS使用,也可拆成两个8位 RS,DPH和DPL,它们片内RAM中占据 的地址分为83H和82H。,8051 CPU的组成及其功能,定时控制与条件转移逻辑电路:不介绍。,2运算器,累加器ACC:8位专用RS,用于存放操作数或中间结果,是,8051 CPU的组成及其功能,程序状态字RS(PSW):8位专用RS,用于存放程序运行中 的各种状态信息,它可以进行位操 作,PSW的字节地址为D0H,位地 址为D0D7H。各位的含义如下:, 算逻运算部件:此部件实现算数运算与逻辑运算的功能,其 运算结果的状态送PSW中。,CPU中使用最频繁的一个RS,也是21个SFR 中的一
13、个。, CY(PSW.7):进位标志,表示在进行无符号加减时,最,高位有无向更高位进(借)位,当有进位 CY=1,无则CY=0,程序状态字RS(PSW)各位的含义, RS1,RS0(PSW.4,PSW.3):RS组选择标志,用于选择内 部RAM中4 个RS中的一组它 们的关系如下:, F0(PSW.5):用户标志位,由用户通过程序设置1或0,表示 程序处于某种状态,为后续程序执行提供条件。, AC(PSW.6):半进位标志,表示在进行无符号加减时,D3 位有无向D4位进(借)位,当有AC=1,无 则AC=0,主要用于BCD 码的判断位。,RS1 RS0 寄存器组 片内RAM地址 0 0 第0组
14、 00H07H 0 1 第1组 08H0FH 1 0 第2组 10H17H 1 1 第3组 18H1FH,程序状态字RS(PSW), B寄存器:用于乘除法操作,8位RS,是21个SFR中之一,B 用来存放第二操作数,即用于存放乘法的高位字节 或除法的余数部分。, OV(PSW.2):溢出标志,当进行符号数运算时可表示是否 有溢出,则OV=1,无则OV=0,溢出的逻辑 表达式为OV=C6YC7Y, F1(PSW.1):保留位,无定义。, P(PSW.0):奇偶标志位,表示累加器A中含“1”个数的奇 偶性,当A中有奇数个1,则P=1,否则P=0。 (与A内容的奇偶无关)。, 暂存器:暂存数据信息。
15、,MCS-51采用40引脚双列直插式封装(DIP)形式,(看P28图2-6)。 主电源引脚:Vss(地)和Vcc(+5v)。 外接晶振引脚:有两个,三 MCS-51引脚及功能,3控制信号引脚:, XTAL2:片内晶振器输出端,当使用外部晶振器,作为晶振 信号的输入端。, XTAL1:片内晶振器输入端,当使用外部晶振器,此端接地。, RST/VPD:系统复位/备用电源输入引脚,输入信号,有两个 作用:,四个I/O口P1P3锁存器均被初始化为0FFH; 堆栈指针寄存器SP=07H; 而SUBF寄存器的内容不确定; 其它各专用RS 均被写成00H; 内部RAM不受复位影响,上电后RAM内容为随机。,
16、MCS-51引脚及功能, 当电源电压下降时,此引脚可为备用电源输入线,为片内 RAM 提供备用电源。, RST端维持两个机器周期以上的高电平时将使单片机复位。 复位后CPU各寄存器的特点为:,MCS-51引脚及功能,当片内有EPROM时,可作为编程脉冲输入端使用。, 访问外部memory时,ALE端仍以不变的频率周期性的输出正 脉冲信号,且fALE=1/6fosc ,所以可用作对外输出的时钟信号 和定时作用;, 当CPU访问外部memory初时,产生正脉冲ALE信号输出,在 其后沿将P0口输出的低8位地址锁存于外部地址锁存器中;,MCS-51引脚及功能,准双向端口工作特点:只有使端口锁存器事先
17、置“1”,才能使对应口的I/O引脚作为输入线使用,而CPU执行输出操作时,不管端口的状态如何都能直接输出信号。,4输入输出引脚:P0、P1、P2、P3均为准双向端口。, 对于片内有EPROM,编程时,此引脚接21v编程VPP ;,P0P3除作为一般的I/O线使 用外,还有以下功能:,MCS-51引脚及功能, P3口:第二功能见P27表27。复位后P3口的第二功能 可直接使用,但复位前必须先置口内锁存器FFH 才能用。, P2口;当CPU访问外部memory时,P2口可作为外部高 8位地址的输出线。, P1口:在EPROM编程验证程序时输入低8位地址。, P0口:当CPU访问外部memory时,
18、P0口可分时作为低 8位地址线和8位双向数据线用。,第二节 MCS-51的存储器结构 MCS-51单片机物理上有4个存储空间:片内程序存储器, 片外程序存储器,片内数据存储器,片外数据存储器。这些存 储器结构的物理特点是:程序存储器和数据存储器空间是相互 独立的,片内数据存储器和片外数据存储器空间也是相互独立 的,所以从逻辑上又可分为3个存储空间:片、外统一编址的 程序存储器,片内数据存储器和片外数据存储器。, CPU通过P0,P2口送出要访问存储单元的地址A0A15 。 CPU发出ALE信号把P0口地址信号A0A7锁入锁存器 存储器按A0A15地址进行译码,找到要访问的单元。,如下页图,MC
19、S-51访问外部存储器,粗略的讲可分为以 下四步:, CPU发出PSEN信号,把外部EPROM中A0A15指向单 元中的数据信息经P0口送入CPU;或CPU发出RD信号 将外部RAM中 A0A15所指向单元的data经P0口读入; 或CPU发出WR信号将data经P0口写入外部RAM A0A15 所指向单元。,一、 MCS-51单片机内、外存储器系统简介,二、MCS-51各存储器具体说明:, 外部程序存储器用于存放程序、程序执行时必要常数和表格。, 外部程序存储器EPROM: MCS-51可以扩展64K字节的EPROM,其中:, 外部程序存储器的容量为64K字节,地址为0000HFFFFH,
20、当EA=1时:CPU可以访问内部程序存储器0000H0FFFH单 元和外部程序存储器1000HFFFFH之间的各存储器单元; 当EA=0时CPU可访问0000HFFFFH全部64K的片外程序存 储器。, 外部程序存储器受PC管理,PC的内容始终指向下一条将 要执行的指令所在的地址,PC具有自动加1的功能,保证 程序按顺序执行。, 外部程序存储器由PSEN信号选通,正常运行时其内 容只能读出,不能写入,掉电时其内容不消失。, 程序存储器由movc类指令访问,CPU在执行这类指令 时,可以使PSEN信号有效,从而选中EPROM.。, 内部程序存储器EPROM:, 外部数据存储器主要存放运行程序的过
21、程中所需的 数据,中间结果和最终结果。, 外部数据存储器由movx类指令访问。, 外部数据存储器由WR或RD信号选通,可以写入, 也可以读出,掉电时内容消失。, 外部数据存储器的容量为64K字节,地址为 0000HFFFFH。, 外部数据存储器受data point(数据指针)DPTR和 工作寄存器管理。, 外部数据存储器RAM:, 位寻址空间:内部RAM中,地址20H2FH共16个字节单元 共128个位)具有位寻址的功能,即CPU可对这16个字节中的 每一位单独进行操作,所以 20H2FH区域是MCS-51单片机,MCS-51芯片内部有128个字节(BYTE)的内部数据存储器 RAM(称片内
22、RAM),地址为00H7FH,有128B的特殊功能 Register(SFR),地址为80HFFH,也称高地址区,共256个字 节的存储空间。, 工作寄存器R:内部RAM中00H1FH单元(共32B)为通 用工作Register区,分为4组,每组8个字节,均可用作R0R7, 用户可根据PSW中的RS1和RS0的值选择相应的工作R组。,4. MCS-51内部RAM,布尔处理机的一个存储空间,其中:20H2FH对应此存储区 中16个字节每一个字节的地址,因为每个字节有8位,所以此 存储区共有168=128位供单独操作,这128个位的地址规定 为00H7FH(RAM的低区地址也是00H7FH),在使
23、用中由 软件加以区分。如:,MCS-51内部RAM,且有: 对应的字节地址=20H+位地址/8, (位地址/8的余数为该位在该字节中所处的具体位置)。,mov 20H, A (字节操作) ; 20H单元 A的内容 mov 20H, C (位操作) ; 布尔处理机存储空间第20位 (即24H单元中的第0位)中 PSW中进位位CY内容 。, 30H7FH空间:用户RAM区,共80个字节,此部分空间可 以作为buffer、堆栈区等存储单元用,但不能作为工作寄存 器用,不能进行位寻址。,例:位地址7AH对应的字节地址的计算方法是: 7AH/8,商为F,余数为2, 表示该位处于片内RAM2FH(20H+
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 单片 微型计算机 原理 应用
链接地址:https://www.31doc.com/p-2309016.html