单片机原理及应用复习资料.doc
《单片机原理及应用复习资料.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《单片机原理及应用复习资料.doc(22页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、单片机原理、接口及应用 51系列单片机内部结构如图1-1所示。1.1.2 CPU CPU是单片机的核心部件。它由运算器和控制器等部件组成。 1. 运算器 运算器的功能是进行算术运算:加、减、乘、除、加1、减1、比较、BCD码十进制调整等逻辑运算:与、或、异或、求反、循环等逻辑操作位操作:内部有布尔处理器,它以进位标志位C为位累加器,用来处理位操作。可对位置 “1”、对位清零 、位判断等。 操作结果的状态信息送至状态寄存PSW。2.程序计数器PC 程序计数器PC是16位的寄存器,用来存放即将要执行的指令地址,可对64KB程序存储器直接寻址。执行指令时,PC内容的低8位经P0口输出,高8位经P2口
2、输出。3.指令寄存器 指令寄存器中存放指令代码。CPU执行指令时,由程序存储器中读取的指令代码送入指令存储器,经指令译码器译码后由定时与控制电路发出相应的控制信号,完成指令功能。1.2 存 储 器 MCS-51的储存器结构与常见的微型计算机的配置方法不同,它将程序存储器和数据存储器分开,各有自己的寻址方式、控制信号和功能。 程序存储器用来存放程序和始终要保留的常数。 数据存储器存放程序运行中所需要的常数和变量。 从物理空间看,MCS-51有四个存储器地址空间: 片内数据存储器、片外数据存储器片内程序存储器、片外程序存储器MCS-51存储器物理结构见下图所示: 引脚 EA 的接法决定了程序储存器
3、的00000FFFH 4KB地址范围是在单片机片内还是片外。 1.2.1 程序储存器 程序存储器用来存放编制好的始终保留的固定程序和表格常数。程序储存器以程序计数器 PC 作为地址指针,通过16位地址总线,可寻址的地址空间为64KB。 在8051/8751/89C51 片内,分别内置最低地址空间的4KB ROM/EPROM程序储存器(内部程序储存器),而在8031片内,则无内部程序储存器,必须外部扩展EPROM。MCS-51单片机中64KB内、外程序储存器的地址是统一编排的。8031单片机无内部程序存储器,地址从0000HFFFFH都是外部程序存储空间。 应始终接地,对于内部有ROM的单片机(
4、51、52系列) , 引脚接高电平,使程序从内部ROM开始执行。当PC值超出内部ROM的容量时,会自动转向外部程序存储器空间。外部程序存储器地址空间为1000HFFFFH。 访问程序存储器使用MOVC指令。 程序存储器中的几个特殊地址的使用: 地址 用途 0000H 复位操作后的程序入口 0003H 外部中断0服务程序入口 000BH 定时器0中断服务程序入口 0013H 外部中断1服务程序入口 001BH 定时器1中断服务程序入口 0023H 串行口中断服务程序入口 由于两入口地址之间的存储空间有限,因此在编程时,通常在这些入口地址开始的两三个地址单元中,放入一条转移类指令,已使相应的程序转
5、到指定的程序存储器区域中执行。1.2.2 外部数据存储器 用于存放随机读写的数据。 外部I/O口地址影像区。 MCS-51单片机的外部数据存储器和外部I/O口实行统一编址 ,并使用相同的 作选通控制信号,均使用 MOVX 指令访问。 MCS-51 单片机最多可扩展64KB外部数据存储器1.2.3 内部数据储存器 内部数据存储器是使用最多的地址空间,存放随机读写的数据 通用寄存器区堆栈区运算操作数存放区 指令(算术运算、逻辑运算、位操作运算等)的操作数只能在此地址空间或功能寄存器地址空间。内部数据存储器的地址分配 51 系列单片机内部数据存储器地址范围为007FH。各区域地址见下表。(1)地址
6、01FH的前32个单元称为寄存器区用途: 作通用寄存器R0R7。 R0与R1可作间址寄存器使用。使用时应注意: 32个单元的寄存器区分为四组,使用时只能选其中一组寄存器。寄存器的选组由程序状态字PSW的RS1和RS0位定。 RS1 RS0 选寄存器组 0 0 0组 0 1 1组 1 0 2组 1 1 3组 初始化时或复位时,自动选中0组。 一旦选中一组,其它三组只能作为数据存储器使用,而不能作为寄存器使用。 设置多组寄存器可以方便保护现场。 (2)20H2FH为位地址区 共16个单元,每单元有八个位,每位有一个位地址,共128位,位地址范围为00H7FH,该区既可位寻址,又可字节寻址。 如 M
7、OV 20H,C (这里C是Cy进位标志位),该指令是将Cy内容送20H位,如果Cy1,位20H值为“1”。 (3)除选中的寄存组以外的存储器均可以作为通用RAM区。 (4)堆栈区 8XX51单片机的堆栈设在内部RAM区,深度不大于128字节,初始化时SP指向07H。 注: 对51基本型单片机只有00H-7FH单元128字节的RAM区。对52增强型的单片机还有80H-FFH组成的高128字节RAM区(共256字节RAM )。 1.3特殊功能寄存器 MCS-51单片机共有21个字节的特殊功能寄存器用英文缩写SFR (Special Fuction Register)表示。1.用途:A 累加器、状
8、态标志寄存器单片机内部各部件专用的控制、状态寄存器并行口、串行口影射寄存器2.地址空间:21个特殊功能器不连续的分布在80HFFH 128个字节地址空间,见表1-2。地址为X0H和X8H是可位寻址的寄存器,表1-2中用“*”表示。 表1-2中还标注了各SFR的名称、字节地址、可寻址位的位地址和位名称。 21个特殊功能寄存器的名称及主要功能介绍如下,详细的用法见后面各节的内容。 A累加器,自带有全零标志Z,A=0则Z=1;A0则Z=0。该标志常用于程序分支转移的判断条件。 B寄存器,常用于乘除法运算(见第2章)。 PSW程序状态字。主要起着标志寄存器的作用,其8位定义见表1-3。 其中 CY:进
9、/借位标志 反映最高位的进位借位情况,加法为进位、减 法为借位。 CY=1,有进/借位 ; CY=0,无进/借位。 AC:辅助进/借位标志 反映高半字节与低半字节之间的进/借位, AC=1有进/借位; AC=0无进/借位 。 FO:用户标志位。可由用户设定其含义。 RS1,RS0:工作寄存器组选择位。 OV:溢出标志 反映补码运算的运算结果有无溢出 有溢出 OV=1,无溢出OV=0。 -:无效位。 P:奇偶标志 运算结果有奇个“1”,P=1;运算结果有偶个“1”,P=0。 影响标志位的指令及其影响方式见第2章。SP堆栈指针。8XX51单片机的堆栈设在片内RAM, 对堆栈的操作包括压入(PUSH
10、)和弹出(POP)两种方式,并且遵循后进先出的原则,但在堆栈生成的方向上,与8086正好相反8XX51单片机的堆栈操作遵循先加后压,先弹后减的顺序,按字节进行操作。 此外还有如下寄存器,它们将在后面章节介绍:IP中断优先级控制寄存器。IE中断允许控制寄存器。 TMOD定时器/计数器方式控制寄存器。TCON定时器/计数器控制寄存器。TH0,TL0定时器/计数器0。TH1,TH1定时器/计数器1。SCON串行端口控制寄存器。SBUF串行数据缓冲器。PCON电源控制寄存器。 注: 在52子系列中,高128字节RAM和SFR的地址是重叠的,究竟访问哪一块可通过不同的寻址方式加以区分,访问高128字节R
11、AM采用寄存器间址,访问SFR则只能采用直接寻址,访问低128字节RAM时,两种寻址均可采用。 1.4 时钟电路与复位电路内部振荡方式: 在引脚 XTAL1和 XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)如图1-3所示。 由于单片机内部有一个高增益运算放大器,当外接晶振后,就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。1.4.2 基本时序单位单片机的时序单位有:。状态周期:振荡频率经单片机内的二分频器分频后提供给片内CPU的时钟周期。因此,一个状态周期包含2个振荡周期。机器周期(MC):1个机器周期由6个状态周期及12个振荡周期组成。是计算机执行一种基本操作的时间单位。 4种时序单位中,振荡周期和机器周期是单
12、片机内计算其他时间值(例如,波特率、定时器的定时时间等)的基本时序单位。 例:单片机外接晶振频率12MHZ时的各种时序单位: 振荡周期=1/fosc=1/12MHZ=0.0833us 状态周期=2/fosc=2/12MHZ=0.167us 机器周期=12/fosc=12/12MHZ=1us 指令周期=(14)机器周期=14us 上电后,由于电容充电,使 RST持续一段高电平时间。当单片 机已在运行过程中时,按下复位键 也能使 RST持续一段时间的高电平,从而实现上电且开关复位的操作。通常选择 C=10mf ,R=10KW。 单片机的复位操作是使SFR寄存器进入初始化,不改变片内RAM区中的内容
13、。 几个主要特殊功能寄存器复位状态归纳如下: PC=0000H 程序计数器为零表明单片机复位后程序从0000H地址单元开始执行。 A=00H 表明累加器已被清零。 PSW=00H 表明选寄存器0组为工作寄存器组。 SP=07H 表明堆栈指针指向片内RAM 07H单元,根据堆栈操作的先加后压法则,第一个被压入的数据被写入08H单元中。 P0P3=FFH 表明已向各端口线写入,各端口既可 用于输入又可用于输出。 记住一些特殊功能寄存器复位后的主要状态,对于熟悉单片机操作,减短应用程序中的初始化部分是十分必要的。 其它的特殊功能寄存器复位后的状态见教材表1-4。1.5 引脚功能各个引脚的功能说明如下
14、:Vss:接地端。Vcc:电源端,接+5V。XTAL1,XTAL2: 接外部晶体或外部时钟。RST/VPD:复位信号输入。接备用电源,当VCC掉电后,在低功耗条件下保持内部RAM中的数据。ALE/PROG: ALE 地址锁存允许。 ALE输出脉冲的频率为振荡频率的1/6。 PROG 对8751单片机片内 EPROM 编程时,编程脉冲由该引脚引入。PSEN:程序存储器允许。输出读外部程序存储器的选通信号。EA/VPP: EA =0,单片机只访问外部程序存储器。 EA =1,单片机访问内部程序存储器。 在8751单片机片内EPROM编程期间,此引脚引入21V编程电源VPP。 在增强型的52系列单片
15、机中,P1.0、P1.1除为端口线外,还为定时/计数器2的外部引脚 T2和T2EX。 P0.0P0.7:P0口,数据/低八位地址复用总线端口。 P1.0P1.7:P1口,静态通用端口。 P2.0P2.7:P2口,高八位地址总线端口。 P3.0P3.7:P3口,双功能静态端口。1.6 小单片机是集CPU、存储器、I/O接口于一体的大规模集成电路芯片。MCS-51系列单片机是目前市场上应用最广泛的单片机机型。 本章重点是单片机的内部结构和存储器结构 51系列单片机内部包含: 一个8位的CPU。 4KB程序存储器ROM(视不同产品型号不同:8031内部无ROM;8051内部为掩模式ROM;8751为
16、EPROM;89C51内部为FLASH EEPROM)。 128字节RAM数据存储器。两个16位定时器/计数器。可寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存 储器空间的控制电路。32条可编程的I/O线(四个8位并行I/O端口)。 一个可编程全双工串行口。具有两个优先级嵌套中断结构的五个中断源。 掌握51系列单片机各存储空间的地址分配,使用特点及数据操作方法。现将此内容归纳于教材表1-5中,此表是编程和硬件扩展的基础,相当重要,务必要熟记和掌握。MCS-51单片机的编程语言可以是汇编语言也可以是高级语言(如C语言),高级语言编程快捷,但程序长,占用存储空间大,执行慢;汇编语言产生的目标程序简
17、短,占用存储空间小,执行快,能充分发挥计算机的硬件功能。无论是高级语言还是汇编语言,源程序都要转换成目标程序(机器语言)单片机才能执行。 目前很多公司将编辑器、汇编器、编译器、连接/定位器、符号转换程序做成集成软件包,用户进入该集成环境,编辑好程序后,只需点击相应菜单就可以完成上述的各步,如WAVE、 KEIL ,WAVE集成软件的使用见附录。汇编的方法:汇编的方法有两种1.手工汇编: 人工查指令表,查出程序中每条指令对应的机器代码。早期的计算机使用。2.机器汇编: 用计算机中的汇编程序对用户源程序进行汇编。 用机器汇编要提供给汇编一些信息,遵循汇编程序的一些约定。这些由伪指令指定。1)确定程
18、序中每条汇编语言指令的指令机器码2)确定每条指令在存储器中的存放地址3)提供错误信息4)提供目标执行文件(*.OBJ/*.HEX)和列表文件(*.LST)二伪指令 常用伪指令及功能:1.起始指令 ORG nn功能:定义程序或数据块的起始地址。指示此语句后面的程序或数据块以nn为起始地址,连续存放在程序存储器中。 指令地址 机器码源程序 ORG 2000H 2000H 78 30 MAIN:MOV R0,#30H 2002H E6 MOV A,R0 3. 字定义 标号:DW (字常数或表达式)作用: 指示在程序存储器中以标号为起始地址的单元里存放的数为字数据(即16位的二进制数),例如:GH :
- 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 原理 应用 复习资料
限制150内