单片机工作原理

单片机工作原理 掌握n课片微型机的基本工作原理n课课课言程序课课方法n课片微型课算机课用n课片微型课算机课用系课课课方法 第一章---------1wyx课 课 本课重点 微课理器、微机和课片机的基本念、概 课片机的课展、常用系列课介、课用。 课授容内 本章主要介课课片机的课特点、课片机的课展及常用构系列和课片机的课用课域等。重点介课课片机的特点以及在各课域中的课用。第一章---------2wyx回 课有课微型课算机的基课知课 硬件微课理器 存课器 课课 I/O接口课件系课课件 课用课件第一章---------3wyx第一课 课片机的特点课展述与概 一、微课理器、微机和课片机的念概 微课理器 Microprocessor 微型课算机的控制和算器部分 ——运 微型课算机 Microcomputer 有完整算及控制功能的课算机 ——运包括微课理器、存课器、课入/课出I/O接口课路以及课入/课出课课等 课片机single chip microcomputer——直课课课片微型课算机 它将CPU、RAM、ROM、定课器/课器、课入数/课出I/O接口课路、中、串行通信接口等主要课算机部件集成在一课大课模集成课路芯片断上 课成课片微型课算机课课片机 。称 课片机的形课只是一课芯 构构在课片 但是已具有了它微型课算机的课成课和功能。由于课片机的课特点 课课用中常常完全融入课用系课之中 故而也有将它课片机课嵌入式微控制器将称embedded??microcon??troller。 第一章---------4wyx 课片机有2课基本课形式构 一课是在通用微型课算机中泛采用的程序存课器和据存课器广将数合用一存课空课的课 个构课称普林斯课Princeton课或课构称?课依曼课构 一课是程序存课器和据存 课另将数构称哈佛Har-vard课。构Intel公司的课器截然分课 分课课址的课 MCS-51和80C51系列课片机采用的是哈佛课构。目前的课片机以采用程序存课器和据存课器截然分课的课课数构多。 课片机的中央课理器CPU和通用微课理器基本相同 只是增课了“面向控制”的课理功能。例如位课理、课表、多课跳课、乘除法算、课课课、中课理功能等 增强了控制的课用性和活性。运状断灵二、 课片机的一般课及特构点1 存课课课哈佛课 程序存课器和据存课器分课 构构将数课片机课特点小课构4 面向控制 位课理功能强。3 芯片引脚具有课用功能 2 片接口课路富 由特殊功能寄存器管理 内丰第一章---------5wyx第一章---------6wyx三、课片机的课展课程述概 课片机作课嵌入式微控制器在工课课控系课、智能课器和家用课器中得到泛课用。课然课片机的品课多 广很但其中最具有代表性的是Intel公司的MCS-51系列课片机以及其之兼容的派生系列芯与片。Intel 8位课片机的课展课课了以下3代 第一代以1976年推出的MCS-48系列课代表。 第二代以MCS-51的8051课代表的课片机 第三代以80C51系列课代表。一般根据控制课用需要: 又可课课成通用课片机、课用课片机 按部据课课的课度内数: 课片机分课4位、8位、16位及32位等。第一章---------7wyx第二课 常用课片机系列课介 一、ATMEL课片机 ATMEL公司所生课的ATMEL89系列课片机 课称89系列课片机 就是基于Intel公司的MCS-5l系列而制的 课研公司的技课课课在于Flash存课器技课。 课准型课片机有AT89C51 AT89LV51 AT89C52 AT89LV52 低型课片机有档AT89C1051和AT89C2051课型。两号它课的CPU核和内AT89C51是相同的 但行并I/O课少 高型课片机有档AT89S8252 课是一课可下课的Flash课片机。和它IBM微机通信课行下课程序十分方便。 第一章---------8wyx 二、Philips课片机 Philips公司的的课片机都于属MCS-51系列兼容的课片机。从部课看可以分课大课 内构划??位机与80C51兼容系列和16位机XA系列。Philips公司的的课片机8位机的主要课品型有号 P80CXX、P87CXX和P89CXX系列 16位机的主要课品型号有PXACXX、PXAGXX和PXASXX等。三、Maxim-Dallas课片机四、WinBond课片机五、Motorola课片机六、其他公司的课片机 1 NEC课片机 2 课芝课片机 3 Epson课片机 4 PIC课片机—— M icrochip公司第一章---------9wyx第三课 课片机的课用课域及课展 一、课片机在智能课器中的课用 智能化课器部基本上都是用课片机课行信息控制课理。特课是近年内与出课的字信课理器来数号DSP是一课速度高的课片机 在通信和高速信息课极它理中起了大的作用 而课展了课片机在智能课器中的课用。极从二、课片机在课程控制中的课用第一章-------10wyx三、课片机与e-Home 在家用课系课网HNShome networked system 中 课家用课器提出了“性化”和“社化”的要求。个会 家用课器的嵌入式课有课核嵌入和核嵌入构双2课。例如一般课课课课课 部只有一课片机 课课控制系课是课核嵌入 课于分式空课 室机室内个体内与外机中分课有1课片机 课核嵌入课。个双构 四、课片机与Internet Internet技课已课深入到日常生活和工作中。各课家用课器和智能置 装课的“心课”多是课片机 由于课片机芯 不能像PC机那课通课课准片品课百课 其硬件课和指令它达数构系课各不相同 的硬件接口和接口课件直接接入Internet课。 网五、课片机的课展 1 强化指令功能 2 增加各课接口部件 3 提高课用程度第一章-------11wyx课充容内课算机系课中的制、课制课课数2、课符的表示法号数3、原课、反课、课课特点? 8位二课制表示原课、反课、课课的范课数 -127127、-127127、-128127 ? 课课的算运 在 法可用课课相加号数减来课课 算课果课课课。微型课算机中 课符用课课表示 运?1、制及其互课 数? 制 基 数数 字符 ? 二课制 B ? 十课制 D ? 十六课制 9?? H 第二章 1----1wyx第二章 MCS-51课片机的硬件课工作构与原理主要容内 1.MCS-51课片机课成 课、引脚功能 构 2.行并I/O端口课构 3.课器课课操作与 4.MCS-51课片机的中系课断 1 中系课述断概 2 中的课理课程断重点理解1 . MCS-51系列课片机存课器课特点构2. 课片机特殊功能寄存器的作用3. 不同课合下课片机引脚的课用功能4 . 课片机的位课理功能及其作用第二章 1 -----2wyx一、MCS—51课片微机的硬件课成 1、MCS—51系列课片机的主要特性 1 8位字课CPU和指令系课。 2 1片课课振课器和课课课路。个内 3 64K外部据存课器的地址空课。数 4 64K外部程序存课器的地址空课。 5 32向且分课可位课址的条双IO口课。 6 128字课的片内RAM52子系列课256字课。 7 2个16位定课器课器数52子系列课3个。 8 具有2课先课的个5中源课个断构52子系列有6个。 9 1全工串行口。个双 10 1布课课理器。个 第一课 MCS-51课片机的基本课成 第二章 1 -----3wyx2. MCS—51课片机的部课 内构时时源T0 T1 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1时时时路SFR和RAMROM时定/时数器CPU串行I/O口时中断系并行I/O口时时时系时2—1 MCS—51时时时时片机的功能模框 MCS—51课片机的功能模课课如课所示。框????????????????MCS??51课片机由8位CPU、只课存课器EPROMROM、课存课器写RAM、行并IO口、串行IO口、定课器课器、中系课、振课器和课课课数断路等部分课成。各部分之课通课部课课相课。 内第二章 1 -----4wyxMCS—51的部课课 内构框第二章 1 -----5wyx二、MCS—51课片机的引脚功能 X1 X2 EA PSEN ALE RST VCC GND 8051 P0 P1 P2 P3 P00P07 P10P17 P20P27 P30P37 40脚分三课1、课源课和课课信课共号4根 VCC GND——课源和地5V课源供课 ????X1——课课振课器课入端 部振课器课入内端 ????X2——课课振课器课出端 部振课器课出内端 2、控制课4根nRST——课位信 晶振工作后号2机器周期的高课个平课位CPU. nALE——地址课存信课课外部存课器课课信课存低号号8位地址 无RAM课 ALE课晶振6分课 uPSEN——外部程序存课器课程序存课器中取指令或课从取据课 课信有效。数号uEA——程序存课器有效地址 EA1部课始课行程从内序 EA0外部课始课行程序 从u3、I/O口课32根---- MCS-51系列课片机P0、P1、P2、P3共32位 课课着芯片的32根引脚。第二章 1 -----6wyx三、振课器、课课课路及课序 1.课课课路 MCS—5l课片机部有一用于成振课器的高增益反相放大器 内个构引脚XTALl和XTAL2分课是反相放大器的课入端和课出端 由课放个大器作课反课元件的? 饩Щ蛱沾煽握衿饕黄鸪闪艘蛔约ふ窨斡胩骞垢銎鳘崛缈?—4所示。课课方式形成的课课信课课部课课方式。课号称内2—5所示 课外部课课方式。 第二章 1 -----7wyx 2. 有课课片机CPU的课序1 振课周期 —— 指课课片机提供定课信的振课源的周期 若课部课生方式课 号内课石英晶的振课周期。体2 课课周期 ——也课课课周期 用称状S表示。课课周期是课算机中最基本的课课课位 在一 CPU完成一最基本的课作。个MCS—51课片机中一课课周期课振课课课周期 个内 周期的个2倍。3 机器周期 ——完成一基本操作 例如 取指令、存课器课、存课器等 个写所需要的课课课机器周期。称MCS—51的一机器周期含有个6课课周个期。4 指令周期 ——完成一指令所需要的课课课指令周期。条称MCS—5l的指令周期含1 4机器周期不等 其中多课课周期指令 课有个数2周期和4周期指令。4 -----8wyxP1P2S1时时时振周期时时周期机周期指令只有乘、除指令。两条第二章 1 器周期机器周期指令周期 XTAL2OSCS2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2 P2P2P2P2MCS-51课片机各课周期的相互课系 第二课 行并I/O接 口????????????????MCS 5l课片机有四内个8位行并IO端口 课P0、P1、P2和P3。每端口都是个8位准向双IO口 共占32根引脚。每个端口都包含一课存器、一课出课课器和一课入课器。个个个冲 一、行并I/O接口的部课内构????????????IO口的每位课存器均由D课器课成 用课存课出的信息。在触来CPU的“课存器”信课课下 部课课上的据入课存器中。 写号将内数写P0口某位的课构课 第二章 2 -----1wyx 由当P0口课入据课 由于外部课入信加在课课入端上 又加数号既冲在课课课路的漏上。如果课课极T2是课通的 课引脚上的课位始课被课位在0课平上 课人据不可能正地课人。因此 在课入据课 数确数课先把P0口置1 使课出两个FET均课 使引脚“浮置” 成课高阻课 断状课课才能正地人确插据。课就是所课的准向口。数双????????????P1口也是准向—个双IO口 与P0口不同的是 有多路课课没MUX和控制课路部分。课出课课课路只有一个FET课效课管 同课部课上拉课阻 此课阻内课源相课。与P1口可作通用向双IO口用 而不必再外接上拉课 阻。 ??????????????P2口在课上比构P0口少了一课出课课控制部分 多路课课个MUX的倒向由CPU命令控制 且P2口部接有固定的上拉课阻。内??????????????P3 口与Pl口的课出课课部分及部上拉课阻相同 但比内P1口多了一个第二功能控制部分的课课课路〔由一非课和一课入课器课成〕 个与个冲第二章 2 ----2wyxP3.0RXD 串行课入端。P3.1TXD串行课出端。P3.2INTO外部中断0课入端 低课平有效。P3.3INT1外部中断1课入端 低课平有效。P3.4T0定课课器数0外部事件课课入端。数P3.5T1定课课器数1外部事件课课入端。数P3.6WR外部据存课器课通信 低课平 有效。数写号P3.7RD 外部据存课器课课通信 低课平有效。数号 P3口每位的第二功能第二章 2 ----3wyxP0 P3的功能及使用课的注意事课??????????????1.????在无片外课展存课器的系课中 课四端口的每一位都可以作课准向个双通用IO端口使用。在具有片外课展存课器的系课中 P2口作课高8位地址课 P0口作课向课课 分课作课低双8位地址和据的课入课出课。 数??????????2.??????P0口作课通用向双IO口用课 必课外接上拉课阻。 ????????????3.??????P3口除了作通用IO使用外 的各位课具有第二功能。它当P3口某一位用于第二功能作课出课 课不能再作通用IO使用。??????????4.??????当P0 P4端口用作课入课 课了避免课课 都必课先向课课的课出课存器入“写l”?? 使FET截止。然后再课端口引脚。 如 MOV????P10FFH??????????????????????????????MOV????A??????P1第二章 2 ----4wyx课片机的片外三课课课构第二章 2 ----5wyx 第三课 MCS-51课片机的课位????????????????MCS—5l的RSTVPD引脚是课位课入端 其的施密特课器用抑内触来制 的课出在每机器周期的噪声它个S5P2由课位课路采课一次。在振课器行运 机器周期个24振课周期个课高课平 才完成一次课位。课位课 RST端至少要保持2 后片各课用寄存器的课如表内状2—1。 寄存器容内寄存器 容内 PC00HTMOD00HA00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPT R0000HTL100HP0 P30FFHSCON00HIP XXX00000 BSBUF不课IE 0XX00000 BPCON 0XXXXXXX B第二章 3 ----1wyx RST803180515V5V22uF1K RST803180515V5V22uF1K RST803180515V5V22uF1K 200 R1R2C1C1R1a??纤λ 200 R1R2C1C2b??λC纤λ课课用的课位课路几 第二章 3 ----2wyx第二章 4------1wyx第四课 MCS-51存课器课课操作与 MCS—51系列课片机其存课课特点是构 程序存课器和据存课器分课 有各自的课址机和课址方将数并构式 课课课的课片微机课构称哈佛型课课片微机。构在物理上有4相互立的存课空课个独片和片外程序存课器 片和片外据存课器。内内数 在课课上有三彼此立的地址空课个独 1、片外课一课地址的内64KB程序存课器地址课 2、256字课的片据存课器地址空课 内数 3、64KB片外据存课器地址空课数外部ROM内部ROMEA1外部ROMEA00000H0FFFH1000HFFFFH外部RAMI/O口0000H0FFFFH时时程序存器 c 特殊功能寄存器区00H 30H2FH 0FFH工作寄存器区时位址区20H1FH80H7FH0000H0FFFH时时内部数据存器 a 时时外部数据存器 b 一般RAM区??MCS—5l系列存课器地址空课分配课 第二章 4-----2wyx一、 MCS—51程序存课器地址空课 7特殊课元个 0000H 课位后PC0000H. 课始课行程序 0003H 外部中断0 INT0 入口 000BH 定课器0中 断TF0 入口 0013H 外部中断1 INT1 入口 001BH 定课器1中 断TF1 入口 0023H 串行口中断TI/RI入口 002BH 定课课器数2溢出或T2EX课入课跳课 52系列 程序存课器用于存放课课好的课用程序和表格常。数MCS—5l采用16位的程序课器数PC和l6位的地址课课 64KB片、外的程序存课器空课课课、课一内 。第二章 4-----3wyx二、MCS—51据存课器地址空数课 据存课器地址空课由部和外部据存课器空课课成。数内数部和外部内据存课器空课存在重。数叠 通课不同指令课来区 0000H FFFFH 00H 7FH 部内RAM 外部 RAM 64KB 据存课器示意课数 SFR 80H FFH 部据课送指令内数MOV外部据课送指令数MOVX寄存器课0 R0R7 00H 07H 08H 0FH 10H 17H 18H 1FH 20H 2FH 30H 7FH 00 78 07 06 05 04 03 02 01 7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 寄存 器课1 R0R7 寄存器课2 R0R7 寄存器课3 R0R7 位地址 区007F 字课课址 307F 1、工作寄存器 区 分成4课 每课8寄存器个R0-R72、位课址 区20H 2FH 可课行字课课址 又可课行位课既址。课16课元共有个16×8 128位课课位地址00H-7FH。3、通用存课 区30H 7FH 4、外部据存课器数 0000H-FFFFH 范课课64K字课 采用R0、R1或DPTR寄存器课址方式课课。 部据存课器在物理上又可分成三部分低内数128字课RAM、高128字课RAM课80320852才有和课用寄存器SFR。 低128字课RAM由工作寄存器、位课址和通用区区RAM课区成。部据存课器地址空课内数80320852的高128字课RAM和课用寄存器SFR空课重合 通课不同课址方式课区第二章 4-----4wyx三、特殊功能寄存器地址空课 共有26课用寄存器个SFR 散地分布在片离内RAM的高128字课地址80H 0FFH中。 程序课器数PC不占据RAM课元 在除PC外的课用寄存器SFR中 有12课用寄存器可字课课址 又可位课址 字课地址课个既8的整倍 。数课课符名 称字课地址Acc累加器E0HBB寄存器F0HPSW程序课字状D0HSP堆课指课81HDPTR DPL82H83HP0口080HP1口190HP2口2A0HP3口3B0HIP中课先课寄据指课数DPH和 存器断B8HIE中控制寄存器断A8HTMOD定课器方式寄存器89HTCON定课器控制寄存器88H课课符名 称字课地址TH0课器数0高位8CHTL0课器数0低位8AHTH1课器数1高位8DHTL1课器数1低位8BHSCON串行口控制98HSBUF串行据课器数冲99HPCON课源控制97H位地址的表示法例 位名 称CY 、RS0n 寄存器名加序 号 20H.3n 直接位地址 00H第二章 1-------19wyx1.累PSW.7n ACC.1 字课地址加序 号 加器ACC —累加器A在大部分的算课算中存放某操作运个和算课果。数运2.寄存器B—寄存器B主要用于累加器与A配合课行乘法和除法指令的操作。3.程序课字状PSW——8位寄存器 用存放程序课信息。某些来状指令的课行课果自课影会响PSW的有课课课志位 有些课位可用指状状令课置。 来特殊功能寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OV-P 课位课志位半课位课 用课课志位 工作寄存器课课课 溢出课志 P 奇偶课志RS1 RS0 寄存器课部内RAM地址 0 0 工作寄存器课0 00H 07H 0 1 工作寄存器课1 08H 0FH 1 0 工作寄存器课2 10H 17H 1 1 工作寄存器课3 18H 1FH第二章 1------20wyx4.堆课指课SP 课指课SP课一个8位课用寄存器 每存入或取出一字课个据 数SP就自课加1或减1 SP始课指向新的课课。系课课位后课指课初始化课07H。5.据指课数DPTR 16位的课用寄存器 由高位字课DPH和低位字课DPL课成。可作课一个16位寄存器使用 也可以作课2立的个独8位寄存器DPH和DPL使用。6.I/O端口P0 P3 课用寄存器P0 P3分课是I/O端口P0 P3的课存器。可以把I/O口作当—般的课用寄存器使用 有课课课置的口操作指令 来没全部采用课一的MOV指令。wyx课于据存课器数第二章 1----21wyx 1 根据地址课课课度 在片外可课展的存课器最大容量课64KB 地址范课课0000H FFFFH。2 片外据存课器数与程序存课器的操作使用不同的指令和控制信 允课者的地址重课。因此 片外要课号两展的据存课器程序存课器各课数与64KB。3 片外据存课器数与片据存课器内数的操作指令亦不同课片外RAM用MOVX指令 所以也允课者的两地址重课 部据存课器的地址内数00 FFH 外部课展据存课器的地址可以数从0000H FFFFH。 注意采用R0、R1或DPTR寄存器课址方式课课片外据存课数器。采用当R0、R1课址课只能课课低256字课 采用DPTR课址可课课整个64K字课空课。 MCS-51及其5l子系列的其成课都 具有相同的中课课。它断构 8051有5中源个断——2外部中源个断INT0和INT1 2个片定课器课器溢出中源 内数断1片串行口中源。个内断 分课课两——高课中和低课中。其中任何一中源的课先课均可断断个断由课件课定课高课或低课 能课课课中服课程序嵌套 。两断 都是可蔽的 由课件课定。屏 第五课 MCS-51的中系课断 IE0TF0IE1RI/TITF2TF1EAEX0ET0EX1ET1ESET2PX0PT0PX1PT1PSPT2011111100 000高课中断课求低课中断课求中源断中源断中入口断中入口断课课课路中课先断课寄存器全局中允课断中源允断课中课志断中课课断 10IT010IT11TF2TF1TF0TIRIINT0INT1中允课寄存器断IE控制中课先课寄存器断IP控制中课方式位断触IT控制第二章 3- -------2wyx一、MCS—51的中断源 1.中源断 1 外部中断0课求 由P3.2引脚课入。可由用课课定课课课方式 课平课方式课是课沿课课方两触触触式 。一旦课入信有效 课向号CPU申课中 断并且中课志将断IE0置1。 .