单片机试验讲义(改).doc
《单片机试验讲义(改).doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《单片机试验讲义(改).doc(39页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第一章 单片机结构及工作原理单片微型计算机(Single-chip Microcomputer)或称微控制器(Microcontroller)是为了适应工业现场的实时控制而设计的芯片。具有集成度高、功能强、体积小、应用灵活、可靠性高等特点,在工业自动化、过程控制、智能仪器仪表、通信系统等众多领域得到了广泛的应用。什么是单片机呢?所谓单片机是指:在一块硅片上集成了中央处理单元CPU、随机存储器RAM、程序存储器ROM或EPROM、定时器/计数器及串行和并行I/O接口,也就是集成在一块芯片上的微机。1.1 单片机分类单片机以所处理的数据位数来分,有8位单片机(MCS-51)、16位单片机(MCS-
2、96)、32位单片机等。本实验主要用MCS-51系列8位单片机。MCS-51系列单片机主要有三个基本型号:8051 片内有4KROM;8751 片内有4KEPROM;8031 片内无ROM和EPROM;由此可知,这三种型号的单片机区别仅在于片内程序存储器不同,其他性能结构是一致的。1.2 MCS-51系列单片机内部结构一 硬件结构MCS-51系列单片机的基本结构如图1-1所示。由图可知,MCS-51系列单片机主要由以下几部分组成:(1) 8位中央处理器CPU;(2) 片内4K字节的程序存储器ROM或EPROM(8031无ROM/EPROM);(3) 片内128字节的数据存储器RAM;(4) 2
3、1个特殊功能寄存器SFR;(5) 4个8位并行I/O口;(6) 两个16位定时器/计数器T0、T1;(7) 2个优先级的5个中断源结构;(8) 一个全双工的通过编程工作在异步方式的串行接口;(9) 片内振荡器和时钟电路。(10) 布尔处理器(11) 64KB外部数据存储器地址空间。(12) 64KB外部程序存储器地址空间。振荡器及定时CPU4KROM(EPROM)(8031无)特殊功能寄存器及128B数据存储器定时器/计数器T0、T1计数脉冲输入T0 T1并行I/O接口串行接口中断系统中断输入INT0 INT1TXD RXDP0 P1 P2 P3图1-1 二 硬件结构简介1 中央处理器CPU
4、中央处理器CPU主要由算术逻辑运算部件、布尔处理器、控制器和工作寄存器等组成。 运算器:运算器主要用来实现数据的传送、数据的算术逻辑运算和位变量处理。它主要包括算术运算部件ALU、累加器ACC、B寄存器、暂存器、程序状态字PSW、十进制调整电路及布尔处理器等。 控制器: 控制器是控制计算机系统各种操作的部件,它包括时钟发生器、定时控制逻辑、复位电路、指令寄存器IR、指令译码器、程序计数器PC、程序地址寄存器、数据指针DPTR、堆栈指针等. 2 存储器 单片机存储器分为程序存储器ROM和数据存储器RAM。ROM用来存放指令的机器码、表格、常数等;RAM用来存放运算的中间结果和采集的数据等。 51
5、系列单片机P0、P2口作为16位地址总线,可在片外分别扩展64K8位EPROM和64K8位RAM。共计264K存储器。从逻辑的角度看,存储器地址空间可分为三类: 片内外统一编址0000HFFFFH的64K字节的ROM空间,采用16位地址。 片外64K字节RAM地址空间。地址也从0000HFFFFH,采用16位地址。 片内256字节RAM地址空间,采用8位地址。这256字节被分成两个区域:00H7FH地址是真正的RAM区,CPU可以读、写各种数据。而80HFFH地址是专门用作特殊功能寄存器的区域,共安排了21个8位特殊功能寄存器SFR。MCS-51系列单片机存储器结构如图1-2所示。21个SFR
6、128字节RAMMOV外部RAM 64KMOVX外部ROM 60KMOVC外部ROM 4K(= 0)(8031)内部ROM 4K(=1)(8051)(8751)FFFFH1000H0FFFH0000H0000H0FFFHFFH80H7FH00HFFFFH0000H片内RAM图1-2由图1-2可见,上述三个存储器地址空间有重叠区,为区别这三个不同的逻辑空间,MCS-51的指令系统设计了三种不同的数据传送类指令操作码加以区别:(1) CPU访问片内外64K地址空间ROM用MOVC指令;(2) CPU访问片外64K地址空间RAM用MOVX指令;(3) CPU访问片内RAM的256个字节地址空间用MO
7、V指令。3定时器/计数器51系列弹片机有两个定时器/计数器,即定时器/计数器0和1。它们既可以编程作为定时器,也可以编程作为计数器使用。若计数计的是内部晶振的驱动时钟,它就是定时器;若计数计的是输入引脚的脉冲信号,它就是计数器。定时器和计数器都是加1计数的,定时器实际上也是以计数方式工作,只是它对固定频率的脉冲计数,由于脉冲周期固定,由计数值可以计算出时间。用于控制和确定各定时器/计数器的功能与操作模式的寄存器有:模式控制寄存器TMOD;控制寄存器TCON。4中断中断是指当计算机执行正常程序时,由于系统中出现某些需要紧急处理的情况或特殊请求时,计算机打断当前正在运行的程序,转而对这些紧急情况进
8、行处理,处理完毕后,计算机返回原来被打断的运行程序继续执行。终端控制方式使CPU在平时可以利用充分的时间去处理主要事件,而当外界有特殊情况需要处理时CPU也不会错过,以次提高工作效率。在编制实时性要求较高的程序时,采用中断方式是非常必要的。51系列单片机有5个中断源,可分为2个优先级,每个中断源的优先级都是可编程的。51系列单片机的5个中断源是: 外部中断请求0,由输入; 外部中断请求1,由输入; 片内定时器/计数器0溢出中断请求; 片内定时器/计数器1溢出中断请求; 片内串行口发送/接受中断请求。控制中断的寄存器主要有:中断允许寄存器IE;中断优先级寄存器IP。关于这两个寄存器的用法请同学们
9、参考有关的书籍1.3 MCS-51系列单片机指令系统MCS-51系列单片机指令系统共有111条指令,其中单字节指令49条,双字节指令45条,三字节指令17条。从指令执行的时间看,单机器周期(12个震荡周期)指令64条,双机器周期(24个震荡周期)指令45条,只有乘、除2条指令的执行时间为4个机器周期(48个震荡周期)。若晶振为12MHZ,则指令功能的执行时间分别为1s,2s,4s。MCS-51的硬件结构中有一个布尔处理机,指令系统中相应地设计了一个处理布尔变量的指令子集。在这一指令子集中,有丰富的位操作指令,这些指令与位操作部件结合在一起,构成了一个比较完整的位处理器,即布尔处理机。有了位处理
10、器就可以把大量的硬件组合逻辑用软件来代替,方便地用于各种逻辑控制。具体的指令助记符及含义请同学们参考有关的书籍。1.4 MCS-51系列单片机的引脚及功能在MCS-51系列单片机中,各种型号芯片的引脚功能是互相兼容的,其封装形式一般是采用双列直插式的,也有采用方形的封装方式的。图1-3是双列直插式芯片的引脚图。P3.0/RXDP2.7P0.0P0.1P0.3P3.1/TXDP3.4/T0P3.5/T1P3.6/P3.7/P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDP3.2/P3.3/XTAL2XTAL1VSSVCCP0.2P0.4P0.5P0.6P0.7/VP
11、P ALE/P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.012345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221805187518031图1-3这40条引脚按功能分可分成三大部分:1 电源及时钟VSS(20) 电源地线,工作时接地;VCC (40) 电源,外接+5V;XTAL1 (19) 和XTAL2 (18) 外接晶体引脚。在使用单片机内部振荡电路时,用来外接石英晶振和微调电容,在使用外部脉冲时,用来输入时钟脉冲。2 控制或与其它电源复用引脚RST/VPD (9) 此脚有两个功能:第一功能是上电
12、复位信号输入线。当RST引脚上出现两个机器周期的高电平时将使单片机复位。第二功能是备用电源输入端。当主电源发生故障时,VPD将为RAM提供备用电源,保证RAM信息不丢。(29) 外部程序存储器ROM的读选通信号。在CPU访问外部程序存储器时, = 0 的有效信号自动生成。 ALE/(30) 此引脚有两个功能:第一功能是外部地址低8位锁存有效信号输出端。在CPU访问外部存储器时,ALE的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器,ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号,此频率为震荡频率的1/6。因此,它可作为对外输出的脉冲,或用于定时的目的。第二功能是对8751片内EPROM编程时的
13、编程脉冲输入端。/VPP(31) 此引脚也是双功能脚。第一功能是片外ROM选择信号输入端。当= 0时,CPU从片外ROM读取指令;当= 1时,CPU从片内ROM读取指令。第二功能VPP是对片内有EPROM的8751来说,此引脚接21V的编程电源VPP。3 I/O口线P0口 8位三态双向口。在单片机外扩存储器或I/O接口时,作为地址总线低8位A7A0和数据总线D7D0。P0口能驱动8个TTL门电路,但在驱动MOS电路时若作为地址/数据总线使用可以直接驱动而不必外加上拉电阻。对8031单片机来讲,P0口只能做地址/数据复用总线,而对于有内部ROM的单片机,P0口可作通用I/O端口,此时在驱动NMO
14、S电路时要外接上拉电阻。 P1口 8位准双向并行I/O口。P1口能驱动4个TTL门电路。并且不需外加电阻就能驱动MOS电路。P2口 8位准双向口。作为地址总线高8位A15A8,与P0一起形成16位地址总线。驱动能力同P1、P2口也能做通用I/O端口使用。P3口 8位准双向口。P3口是一个多用途端口,除可作通用I/O端口外,它的每条引脚还有第二功能,这些功能见表1-1。其驱动能力同P1。P3口的第二功能 表1-1口线第二功能标记第二功能注释P3.0RXD串行数据输入端P3.1TXD串行数据输出端P3.2 外部中断0请求输入端 P3.3 外部中断1请求输入端P3.4T0 定时器/计数器0的外部输入
15、端P3.5T1 定时器/计数器1的外部输入端P3.6 外部数据存储器写选通端P3.7 外部数据存储器读选通端第二章 伟福仿真器简介2.1 功能简介伟福仿真器是南京伟福实业有限公司推出的单片机开发装置,所谓单片机开发装置是指能够承担单片机开发(调试、测试、软件编写等)工作的仪器或系统。伟福仿真器的主要功能如下:1主机+仿真头组合通过更换不同的仿真头可对不同类型的单片机进行仿真。2双平台仿真器支持DOS和WINDOWS版本。其中WINDOWS版本功能强大,支持ASM、C、PLM语言混合编程;有项目管理功能,为用户的资源共享、课题重组提供方便;有丰富的窗口显示方式,多方位、动态地显示仿真的各种过程。
16、3双工作模式可工作于软件模拟仿真(不要仿真器也能模拟仿真)和硬件仿真两种状态下。4双CPU结构,100%不占用户资源。全空间硬件断点,不受任何条件限制。5双集成环境编辑、编译、下载、调试全集中在一个环境下,统一的界面,包含一个项目管理器、一个编辑器,为编译和调试提供了方便。2.2 操作步骤如上所述,伟福仿真软件可对文件进行编辑、编译、仿真等,在编译中可提示编译中的错误;有单步运行功能,可及时观察指令的执行情况;在调试界面的窗口可看到地址数据、总线状态及I/O端口数据传送情况等。可在无仿真器的情况下进行软件仿真,使用较为方便。使用伟福仿真器的操作步骤如下:1在开始菜单的程序中或桌面上双击“WAV
17、E”,出现如图2-1所示窗口:2单击“好”。图2-13在菜单栏中单击“文件”并选择下拉菜单中的“新建文件”选项,或用快捷键 ,如图2-2所示。图2-2 4在右边空白处编写程序,编写完后,再在“文件”的下拉菜单中选择“保存文件”,此时要注意,在输入文件名时必须写入后缀asm、c或plm,分别对应汇编文件、C文件或PLM/51文件。注意:用C编写的文件,文件名不能用中文,也不能存在中文名的子目录中,且字长不能超过个字符。 5程序编写完并保存后,首先单击菜单栏中的“仿真器”,在下拉菜单中选择“仿真器设置”,出现如图2-3所示的窗口,单击“仿真器”选项,选择K51/T或K51/S (由仿真器的型号决定
18、),然后单击“语言”选项,在“编译器选择”中,选择“伟福汇编器”,若使用C编写的文件,则要选择“Keil c (V4或更低),英特尔PL/M51,英特尔汇编器”,然后单击“好”。图2-36单击“项目”,选择“编译”,或用快捷键 ,编译后的程序如图2-4上面右边窗口所示。同时观察信息窗口,若无错误,信息窗口显示如图2-4下面窗口所示信息,若有错误,按信息窗口中的信息提示改正错误,直至正确为止。图2-47合上伟福仿真器电源,单击“仿真器”,在下拉菜单中选择“仿真器设置”,出现如图2-5所示窗口,单击“通信设置”,将“使用伟福软件模拟器”前面的“”去掉,再在端口选择中选择仿真器与计算机连接的串口号,
19、单击“好”。图2-5 8将仿真器与计算机连接好,外部电路连接好,在图2-6所示的窗口中单击“执行”,在下拉菜单中选择“全速执行”,或使用快捷键 ,便可在硬件电路中看到程序运行的结果。图2-6 以上是使用伟福仿真器进行软、硬件仿真的大致过程,伟福仿真器还有许多功能,在使用中也还有许多的快捷键,详情请同学们参阅伟福仿真器的说明书。注:伟福仿真器的说明书及应用可登陆其网站下载,网址为: www.wave-第三章 单片机基本系统试验实验一 P1口作为输出口实验一 实验目的 了解P1口作为输出方式使用时,CPU对P1口的操作方式。二 实验设备1 计算机一台;2 AY-USB-51F开发板一套;三 实验原
- 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:
- 单片机 试验 讲义
限制150内