微机控制系统与应用2ppt课件.ppt
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1、微机控制系统与应用2ppt课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望2.1 MCS-51系列单片机概述2微型计算机技术主要形成两大分支微型计算机技术主要形成两大分支 n通用微处理器(通用微处理器(MPUMPU):):用在海量数值计算方面,以满足数字用在海量数值计算方面,以满足数字 模拟、仿真、数字信号处理、图模拟、仿真、数字信号处理、图像分析、人工智能等领域的要求像分析、人工智能等领域的要求 n微控制机(微控制机(MCUMCU):):用来满足快速实时地信
2、号采集、判断、处理、参数控制用来满足快速实时地信号采集、判断、处理、参数控制2.1 MCS-51系列单片机概述什么是单片机?什么是单片机?【计算机构成【计算机构成】:CPUCPU(进行运算、控制)、(进行运算、控制)、RAMRAM(数据存储)、(数据存储)、ROMROM(程序存储)、输入(程序存储)、输入/输出设备(例如:串行口、并行口等)输出设备(例如:串行口、并行口等)【单片机【单片机(Single Chip Micro Computer)(Single Chip Micro Computer)】:】:是在一个芯片上集成了一台是在一个芯片上集成了一台计算机的主要组成部件,如计算机的主要组成
3、部件,如CPUCPU、RAMRAM、ROMROM(EPROMEPROM)、计数)、计数/定定时器、时器、I/OI/O接口等,高档系列中还集成有接口等,高档系列中还集成有A/DA/D、D/AD/A、PWMPWM、高速、高速I/OI/O等扩展部件。等扩展部件。342.1 MCS-51系列单片机概述单片机的历史发展过程:单片机的历史发展过程:第一代单片机(第一代单片机(19761976年):年):实现了单个芯片上的计算机集成实现了单个芯片上的计算机集成 ,以,以IntelIntel的的MCS-48MCS-48为代表,技术特点是采用了专门的结构设计,将为代表,技术特点是采用了专门的结构设计,将CPUC
4、PU以及外围以及外围单元集成在一块芯片上;指令系统设计面向控制功能的要求,具有很强的控单元集成在一块芯片上;指令系统设计面向控制功能的要求,具有很强的控制功能。制功能。第二代单片机:第二代单片机:以以IntelIntel的的MCS-51MCS-51系列为代表,技术特点是完善了外部系列为代表,技术特点是完善了外部总线;在指令系统中增加了位操作指令;并在指令系统中增加了条件和无条总线;在指令系统中增加了位操作指令;并在指令系统中增加了条件和无条件跳转指令。件跳转指令。第三代单片机:第三代单片机:技术特点是全速发展单片机的控制功能。这一时期的综技术特点是全速发展单片机的控制功能。这一时期的综合特点是
5、发展了非总线形单片机,尽可能将外围接口电路做在片内形成单片合特点是发展了非总线形单片机,尽可能将外围接口电路做在片内形成单片机系统;并推出了具有串行扩展总线的产品;以及发展了具有良好控制功能机系统;并推出了具有串行扩展总线的产品;以及发展了具有良好控制功能的控制网络总线。的控制网络总线。2.1 MCS-51系列单片机概述MCS-51MCS-51系列单片机系列单片机:由美国由美国IntelIntel公司在公司在2020世纪世纪7070年代开发,其核心技术公开给年代开发,其核心技术公开给Philips,Siemens,AMD,AtmelPhilips,Siemens,AMD,Atmel等著名等著名
6、ICIC制造厂商,已有制造厂商,已有100100多种型号的多种型号的5151系列单片机问世。系列单片机问世。2020世纪世纪8080年代,年代,5151系列单系列单片机在我国开始使用,目前已成为家用电器、仪器仪表、工片机在我国开始使用,目前已成为家用电器、仪器仪表、工业测控等领域使用的主流单片机。业测控等领域使用的主流单片机。52.1 MCS-51系列单片机概述67指令:指令:由单片机芯片的设计者规定的一种数字,它与我们常用的由单片机芯片的设计者规定的一种数字,它与我们常用的指令助记符有着严格的一一对应关系,不可以由单片机的开发者指令助记符有着严格的一一对应关系,不可以由单片机的开发者更改。例
7、如:更改。例如:MOV A,R0 MOV A,R0 机器码为机器码为1110111101000000地址:地址:是寻找单片机内部、外部的存储单元、输入输出口的依据。是寻找单片机内部、外部的存储单元、输入输出口的依据。内部单元的地址值已由芯片设计者规定好,不可更改,外部的单内部单元的地址值已由芯片设计者规定好,不可更改,外部的单元可以由单片机开发者自行决定,但有一些地址单元是一定要有元可以由单片机开发者自行决定,但有一些地址单元是一定要有的(详见程序的执行过程)。的(详见程序的执行过程)。【指令、地址、数据】【指令、地址、数据】一串一串0和和1组成的序列组成的序列 2.2 硬件结构和引脚功能8数
8、据:数据:这是由微处理机处理的对象。这是由微处理机处理的对象。数据在各种不同的应用场合中表达的含义各不相同,一般而言,数据在各种不同的应用场合中表达的含义各不相同,一般而言,被处理的数据可能有这么几种情况:被处理的数据可能有这么几种情况:1常数(如常数(如MOV TH0,#10H)10H即定时常数。即定时常数。2地址(如地址(如MOV DPTR,#1000H),即地址),即地址1000H送入送入DPTR。3方式字或控制字(如方式字或控制字(如MOV TMOD,#3),),3即是控制字。即是控制字。4实际输出值实际输出值(如(如P1口接彩灯,要灯全亮,则执行指令:口接彩灯,要灯全亮,则执行指令:
9、MOV P1,#0FFH;要灯全暗,则执行指令:;要灯全暗,则执行指令:MOV P1,#00H),这),这里里0FFH和和00H都是实际输出值。又如用于都是实际输出值。又如用于LED的字形码,也是实际输出的字形码,也是实际输出的值。的值。2.2 硬件结构和引脚功能9【总线】【总线】计算机中所有器件共同享用的连线。所有器件的数据线全部接到计算机中所有器件共同享用的连线。所有器件的数据线全部接到公用的线上,即相当于各个器件并联起来,并且分时工作。公用的线上,即相当于各个器件并联起来,并且分时工作。数据总线、控制总线、地址总线数据总线、控制总线、地址总线2.2 硬件结构和引脚功能2.2 硬件结构和引
10、脚功能2.2.1 2.2.1 硬件部分(硬件部分(80518051)10图图2.2 MCS-512.2 MCS-51单片机引脚图单片机引脚图(a a)引脚排列)引脚排列(b b)逻辑符号)逻辑符号2.2.2 2.2.2 引脚功能引脚功能112.2 硬件结构和引脚功能MCS-51MCS-51系列单片机有系列单片机有4040个引脚,按功能分为个引脚,按功能分为4 4类:类:1 1 电源电源 VccVcc:+5V+5V电源电源 VssVss:接地端接地端2 2 晶体振荡晶体振荡 XTAL1XTAL1:晶体震荡电路的反相输入端晶体震荡电路的反相输入端 XTAL2 XTAL2:晶体震荡电路的反相输出端晶
11、体震荡电路的反相输出端3 3 控制信号控制信号 EA/VppEA/Vpp:片内、外程序存储器选择(输入信号)片内、外程序存储器选择(输入信号)/编程电源编程电源(输出信号)(输出信号)。“0”“0”:CPUCPU只访问片外只访问片外ROMROM “1”“1”:根据指令可访问片内、外根据指令可访问片内、外ROMROM 8751 8751编程时,接编程时,接21V21V编程电源编程电源12ALE/PROGALE/PROG:地址锁存允许(输出信号)地址锁存允许(输出信号)/编程脉冲(输入信号)编程脉冲(输入信号)ALEALE输出为脉冲信号,其频率是振荡频率的输出为脉冲信号,其频率是振荡频率的1/61
12、/6。“1”“1”:P0P0口传送低口传送低8 8位地址(位地址(A0A0 A7A7)“0”“0”:P0P0口传送数据信息口传送数据信息87518751编程时,输入编程脉冲编程时,输入编程脉冲PSENPSEN:外部程序存储器读选通信号(输出信号)外部程序存储器读选通信号(输出信号),低电平有效。,低电平有效。RST/VPDRST/VPD:复位信号(输入信号)复位信号(输入信号),高电平(持续,高电平(持续2 2个机器周期个机器周期以上)有效。以上)有效。VccVcc掉电时,可外接备用电源。掉电时,可外接备用电源。2.2 硬件结构和引脚功能132.2 硬件结构和引脚功能4 I/O4 I/O端口端
13、口P0P0口口:在当无片外存储器时,在当无片外存储器时,P0P0口做为一个口做为一个8 8位双向位双向I/OI/O端口使用。端口使用。访问片外存储器时,访问片外存储器时,P0P0口做为一个口做为一个8 8位双向位双向I/OI/O端口,在端口,在ALEALE信号配信号配合下,分时传送低合下,分时传送低8 8位地址信息和位地址信息和8 8位数据信息。位数据信息。1415P1P1口口:8 8位准双向位准双向I/OI/O端口。端口。准双向:当端口作为输入口时,要先向锁存器写准双向:当端口作为输入口时,要先向锁存器写1 1,才能够,才能够正确的读入引脚的信息;由于正确的读入引脚的信息;由于5151系列复
14、位后四个锁存器都置系列复位后四个锁存器都置FFFF,所以一般可以直接作为双向口使用,所以一般可以直接作为双向口使用 。P2P2口口:当无片外存储器时,当无片外存储器时,P2P2口可做为一个口可做为一个8 8位准双向位准双向I/OI/O端口使用。端口使用。在访问片外存储器时,在访问片外存储器时,P2P2口传送高口传送高8 8位地址信息。位地址信息。P3P3口口:8 8位准双向位准双向I/OI/O端口。系统扩展时,端口。系统扩展时,P3P3口各引脚具有表口各引脚具有表2.22.2所所示的第二功能。示的第二功能。P0P0口、口、P2P2口和口和P3P3口的第二功能用法:各端口的第二功能完全是自动的,
15、口的第二功能用法:各端口的第二功能完全是自动的,不需要用指令来转换。不需要用指令来转换。读端口读端口:也称为读锁存器,是从锁存器中读数据,进行处理,并把处:也称为读锁存器,是从锁存器中读数据,进行处理,并把处理后的数据重新写入锁存器,这类指令称为理后的数据重新写入锁存器,这类指令称为“读修改写指令读修改写指令”。一。一般当目的操作数为般当目的操作数为I/OI/O口或口或I/OI/O中的一位时,为此类指令。中的一位时,为此类指令。例如:例如:XRL P0,A 读引脚读引脚:一般都是以:一般都是以I/OI/O口作为源操作数。执行指令时,打开三态门,口作为源操作数。执行指令时,打开三态门,输入引脚的
16、状态。在执行指令后,口锁存器的状态与引脚相同。但一旦输入引脚的状态。在执行指令后,口锁存器的状态与引脚相同。但一旦给口锁存器写入某一状态后,锁存器的状态不一定同引脚的状态相一致。给口锁存器写入某一状态后,锁存器的状态不一定同引脚的状态相一致。例如:例如:MOV A,P016图图2.4 MCS-512.4 MCS-51单片机片外三总线结构图单片机片外三总线结构图 图图2.42.4所示为单片所示为单片机系统扩展时的片外机系统扩展时的片外三总线结构图。三总线结构图。地址总线地址总线ABAB:1616位,位,P2P2口传送口传送A8A8 A15A15,P0P0口(锁存后)传送口(锁存后)传送A0A0
17、A7A7。数据总线数据总线DBDB:8 8位,位,由由P0P0口传送口传送D0D0 D7D7。控制总线控制总线CBCB:由由P3P3口的第二功能和口的第二功能和PSENPSEN、EAEA、ALEALE、RSTRST组成。组成。172.3 中央处理器与存储器组织2.3.1 2.3.1 中央处理器中央处理器 MCS-51 MCS-51系列单片机的中央处理器由运算单元、控制单元和时钟电系列单片机的中央处理器由运算单元、控制单元和时钟电路组成。路组成。1 1 运算单元运算单元 由算术由算术/逻辑运算部件逻辑运算部件ALUALU、暂存器、暂存器1 1、暂存器、暂存器2 2、累加器、累加器ACCACC、寄
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