清华大学单片机原理及应用电子教案课件

清华大学单片机原理及应用电子教案第一章单片微型计算机概述n本章主要介绍单片机的发展，基本的结构和特点，单片机的应用模式和领域，单片机的供应状态等。n单片微型计算机就是将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。因此，一块芯片就构成了一台计算机。它已成为工业控制领域、智能仪器仪表、尖端武器、日常生活中最广泛使用的计算机。11 单片机的发展概况单片机的发展概况n综上所述，我们可以把单片机的发展历史划分为四阶段：n第一阶段（19761978年）：低性能单片机的探索阶段。以Intel公司的MCS-48为代表，采用了单片结构，即在一块芯片内含有8位CPU、定时/计数器、并行I/O口、RAM和ROM等。主要用于工业领域。n第二阶段（19781982年）：高性能单片机阶段，这一类单片机带有串行I/O口，8位数据线、16位地址线可以寻址的范围达到64K字节、控制总线、较丰富的指令系统等。这类单片机的应用范围较广，并在不断的改进和发展。n第三阶段（19821990年）：16位单片机阶段。16位单片机除CPU为16位外，片内RAM和ROM容量进一步增大，实时处理能力更强，体现了微控制器的特征。例如Intel公司的MCS-96主振频率为12M，片内RAM为232字节，ROM为8K字节，中断处理能力为8级，片内带有10位A/D转换器和高速输入/输出部件等。n第四阶段（1990年）：微控制器的全面发展阶段，各公司的产品在尽量兼容的同时，向高速、强运算能力、寻址范围大以及小型廉价方面发展。12 单片机的结构特点单片机的结构特点n（1）片内的RAM采用寄存器结构形式，这样可以提高存取的速度;n（2）在存储器结构上，严格的将程序存储器ROM和数据存储器RAM在空间上分开;n（3）它的引出管脚一般都设计成多功能的;n（4）增加了一个全双工的串行接口，以扩充I/O口和外接同步输入和输出设备;n（5）有21个特殊功能寄存器;n(6)有丰富的指令系统，内部设置了可以位寻址的位地址空间。13 单片机的主要品种及系单片机的主要品种及系列列n一、4位单片机n二、8位单片机表格11MCS-51系列型号型号制造技术片内程序存储器片内数据存储器8051AHHMOSROM(4k)128字节8031AHAHMOS无128字节8751HHMOSEPROM（4K）128字节80C51CHMOSROM（4K）128字节80C31CHMOS无128字节8051HMOSROM（8K）256字节8031HMOS无256字节 14 单片机的应用单片机的应用n一、单片机在仪器仪表中的应用n二、单片机在机电一体化中的应用n三、单片机在智能接口和多机系统中的应用n四、单片机在生活中的应用第二章MCS-51单片机的结构和原理n本章主要介绍MCS-51系列的8051的基本结构、工作原理、存储器结构、P0、P1、P2、P3四个I/O口的基本工作原理和操作特点。单片机的各种工作方式、单片机的时序等。21MCS-51单片机的结构原理n一、8051单片机的结构图21MCS-51单片机的基本结构二、8051单片机的内部结构和工作原理n8051单片机的内部结构框图如图22所示，下面分别进行介绍：图228051的内部结构框图图238051存储器组织结构字节地址位地址2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20HD7D6D5D4D3D2D1D07FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H77H76H75H74H73H72H71H70H6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H67H66H65H64H63H62H61H60H5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H57H56H55H54H53H52H51H50H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H47H46H45H44H43H42H41H40H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H37H36H35H34H33H32H31H30H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H17H16H15H14H13H12H11H10H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H07H06H05H04H03H02H01H00H图248051内部RAM位地址区图248051内部RAM位地址区表格22特殊功能寄存器表符号单元地址名称位地址符号地址*ACCE0H累加器ACC.7ACC.0E7HE0H*BF0H乘法寄存器B.7B.0F7HF0H*PSWD0H程序状态字PSW.7PSW.0D7HD0HSP81H堆栈指针DPL82H数据存储器指针(低8位)DPH83H数据存储器指针(高8位)*IEA8H中断允许控制器IE.7IE.0AFHA8H*IPB8H中断优先控制器IP.7IP.0BFHB8H*P080H通道0P0.7P0.087H80H*P190H通道1P1.7P1.097H90H*P2A0H通道2P2.7P2.0A7HA0H*P3B0H通道3P3.7P3.0B7HB0HPCON87H电源控制及波特率选择*SCON98H串行口控制SCON.7SCON.09FH98HSBUF99H串行数据缓冲器*TCON88H定时控制TCON.7TCON.08FH88HTMOD89H定时器方式选择TL08AH定时器0低8位TL18BH定时器1低8位TH08CH定时器0高8位TH18DH定时器1高8位*:可位寻址的特殊功能寄存器图25P0口的位结构（1）P0口位的结构（2）P1口位的结构图26P1口的位结构图26P1口的位结构图26P1口的位结构图26P1口的位结构图26P1口的位结构（3）P2口的位结构图27P2口的结构图（4）P3口的位结构图28P3口的结构图（4）P3口的位结构 图28P3口的结构图表格23P3口的第二功能表I/O口第二功能注释P3.0RXD串行口数据接收端P3.1TXD串行口数据发送端P3.2INT()0外部中断请求0P3.3INT()1外部中断请求1P3.4T0定时/计数器0P3.5T1定时/计数器1P3.6WR()外部RAM写信号P3.7RD()外部RAM读信号一、时钟周期、机器周期和指令周期图2-9基本定时时序关系22 MCS-51单片机的时序单片机的时序1时钟周期图210MCS-51的取指/执行时序2机器周期3指令周期二、MCS-51单片机指令的取指和执行的时序三、访问外部ROM和RAM的时序图211访问外部ROM的时序1访问外部ROM的时序2访问外部RAM的时序图212访问外部RAM的时序23 MCS-51单片机的时钟和复位电路一、时钟电路图213MCS-51时钟接法1内部振荡器方式2外部时钟方式二、复位电路及复位状态1内部复位电路图2148051复位电路结构2外部复位电路图215复位电路3复位状态表格24各专用寄存器的复位值专用寄存器复位值PC0000HACC00HB00HPSW00HSP07HDPTR0000HP0P3FFHIPXXX00000BIE0XX00000BTMOD00HTCON00HTH000HTL000HTH100HTL100HSCON00HSBUF不定PCON(CHMOS)0XXX0000B24 MCS-51单片机的低功耗工作方式一、电源控制寄存器PCONPCOND7D6D5D4D3D2D1D0SMODGF1GF0FDIDL三、掉电方式二、等待工作方式第三章MSC-51单片机的指令系统 31 指令系统概述指令系统概述一、机器码指令与汇编语言指令机器码指令：机器码指令：汇编语言指令：汇编语言指令：二、指令格式汇编语言格式为：标号：操作码助记符目的操作数，源操作数；注释单字节指令双字节指令三字节指令操作码24H操作数22HINCAADDA，#22HMOV5EH，4FH操作码04H操作码85H源操作数4FH目的操作数5EH图3-1机器码指令格式32寻址方式一、寄存器寻址二、直接寻址三、立即寻址四、寄存器间接寻址五、变址寻址六、相对寻址七、位寻址33 MSC-51单片机的指令系统单片机的指令系统按照指令的功能，可以把MSC-51的111条指令分成五类：l数据传送类指令（数据传送类指令（29条）条）l算术运算类指令（算术运算类指令（24条）条）l逻辑操作类指令（逻辑操作类指令（24条）条）l控制转移类指令（控制转移类指令（17条）条）l位操作类指令位操作类指令（17条）条）图3-2相对寻址过程第四章 MCS-51单片机的应用程序设计图4-1基本程序结构4 41 1 运算程序运算程序一、多字节数加法1多字节无符号数加法CLRCMOVR0，#40H；指向加数最低位MOVR1，#5OH；指向另一加数最低位MOVR2，#04H；字节数作计数初值LOOP1：MOVA，R0；取被加数ADDCA，R1；两数相加，带进位MOVR0，AINCR0；修改地址INCR1DJNZR2，LOOPl；未加完转LOOP1JNCLOOP2；无进位转LOOP2MOVR0，#01HLOOP2：DECR0RET2多字节有符号数加法MOVA，R0；复制保存地址指针MOVR2，AMOVA，RMOVR7，ACLRCLOOP1：MOVA，R0ADDCA，R1；相加MOVR0，AINCR0INCR1；地址指针加1DJNZR7，LOOP1JBOV，ERR；若溢出，转溢出处理DECR0MOVA，R0JNBE7H，LOOP2SETB07H；和值为负,置位标志LOOP2：MOVA，R2；恢复地址指针MOVR0，ARETERR：；溢出处理RETSDADD：CLR07H；标志位清零图4-3多字节有符号数加法程序流程图二、多字节数减法MOVR0，#40H；指向被减数最低位MOVR1，#5OH；指向减数最低位MOVR2，#04H；字节数CLRCLOOP1：MOVA，R0SUBBA，R1；完成一个字节的减法运算MOVR0，AINCR0INCR1DJNZR2，LOOP1RET三、多字节十进制数(BCD码)加法图4-4BCD码多字节加法程序流程图BCDADD：MOV20H，R0MOV23H，RCLRCLOOP0：MOVA，R0；取被加数ADDCA，R1；两数相加DAA；十进制调整MOVR0，AINCR0；指针加1INCR1DJNZR，LOOP0；作完加法否MOVR2.#23HJNCRETURN；有无进位MOVR0，#01HINCRRETURN：MOVR0，#20HRET四、多字节数乘法ZHENFA:MOVA，R0MOVB，R1MULAB；(R1)*(R0)MOVR，A；积的低位送到RMOVR4，B；积的高位送到R4MOVA，R0MOVB，R2MULAB；(R2)*（R0）ADDA，R4；(R1)*(R0)的高位加(R2)*(R0)的低位MOVR4，A；结果送R4，进位在CY中MOVA，BADDCA，#OOH；(R2)*(R0)的高位加低位来的进位MOVR，A；结果送RRET五、多字节数除法DV:MOVR7,#08H；设计数初值DVl:CLRCMOVA，RRLCAMOVR，AMOVA，R6RLCA；将(R6)、(R)左移一位MOV07H，C；将移出的一位送07H位保存CLRC图4-5除法程序流程图SUBBA，R2；余数(高位)减除数JBO7H，GOU；若标志位为1，说明够减JNCGOU；无借位也说明够减ADDA，R2；否则，恢复余数AJMPDV2GOU:INCR；商上1DV2:MOVR6，A；保存余数(高位)DJNZR7，DVlRET一、数据的拼拆4 42 2 数据的拼拆和转换数据的拼拆和转换例4-7设在30H和31H单元中各有一个8位数据:(30H)=x7x6xx4xx2x1x0(3lH)=y7y6yy4yy2y1y0现在要从30H单元中取出低5位，并从31H单元中取出低3位完成拼装，拼装结果送40H单元保存，并且规定:(40H)=y2y1y0 x4xx2x1x0解：利用逻辑指令ANL、ORL来完成数据的拼拆，程序清单如下：MOV4OH，3OH；将x7x0传送到40H单元ANL4OH，#000111llB；将高3位屏蔽掉MOVA，31H；将y7y0传送到累加器中SWAPA；将A的内容左移4次RLA；y2y0移到高3位ANLA，#111000OOB；将低5位屏蔽掉ORL4OH，A；完成拼装任务二、数据的转换1ASCII码与二进制数的互相转换例4-10编程实现十六进制数表示的ASC1I代码转换成4位二进制数（1位十六进制数）。解：对于这种转换，只要注意到下述关系便不难编写出转换程序:“字符0”“字符9”的ASCII码值为“30H”“39H”，它们与30H之差恰好为“00H”“09H”，结果均0AH。“字符A”“字符F”的ASCII码值为“41H”“46H”，它们各自减去37H后恰好为“0AH”“0FH”，结果0AH。根据这个关系可以编出转换程序如下，程序以R1作为入口和出口。ASCHIN:MOVA，R1；取操作数CLRC；清进位标志位CSUBBA，#30H；ASCII码减去30H，实现0-9的转换MOVR1，A；暂存结果SUBBA，#0AH；结果是否9?JCLOOP；若9则转换正确XCHA，R1SUBBA，#07H；若9则减37HMOVR1，ALOOP:RET2BCD码与二进制数的转换图4-6BCD码（十进制）转换成二进制数程序流程图程序清单如下：MAIN：MOVA，RMOVR2，A；给子程序入口参数ACALLBCDBIN；调用子程序MOVB，#64HMULABMOVR6，AXCHA，BMOVR，AMOVA，R4MOVR2，AACALLBCDBIN；调用子程序ADDA，R6MOVR4，AMOVA，RADDCA，#00HMOVR，ARET子程序如下：BCDBIN：MOVA，R2ANLA，#0F0H；取高位BCD码，屏蔽低4位SWAPAMOVB，#0AHMULABMOVR，AMOVA，R2ANLA，#0FHADDA，R3；加低位BCD码MOVR2，ARET43查表程序使用MOVCA，A+DPTR指令来查表，程序清单如下：MOVDPTR，#BS；子程序入口地址表首址RLA；键码值乘以MOVR2，A；暂存MOVCA，A+DPTR；取得入口地址低位PUSHA；进栈暂存INCAMOVCA，A+DPTR；取得入口地址高位MOVDPH，APOPDPLCLRAJMPA+DPTR；转向键处理子程序BS：DBRK0L；处理子程序入口地址表DBRK0HDBRK1LDBRK1HDBRK2LDBRK2H4 44 4 散转程序散转程序一、采用转移指令表的散转程序例4-17编出要求根据R的内容转向各个操作程序的程序。即当(R)=0，转向OPRO(R)=1，转向OPRl(R)=n，转向OPRn解：程序清单如下：MOVA，RRLA；分支序号值乘2MOVDPTR，#BRTABL；转移指令表首址JMPA+DPTR；转向形成的散转地址BRTABL：AJMPOPR0；转移指令表AJMPOPR1AJMPOPRn二、采用地址偏移量表的散转程序例4-19编出能按R的内容转向5个操作程序的程序。其对应关系如下：OPRD0：操作程序0OPRD1：操作程序1OPRD2：操作程序2OPRD3：操作程序3OPRD4：操作程序4解：程序清单如下:MOVA，RMOVDPTR，#TAB3；指向地址偏移量表首址MOVCA，A+DPTR；散转点入口地址在A中JMPA+DPTR；转向相应的操作程序入口TAB3:DBOPRDO-TAB3；地址偏移量表DBOPRDl-TAB3DBOPRD2-TAB3DBOPRD3-TAB3DBOPRD4-TAB3三、采用转向地址表的散转程序例4-20编程：要求根据R的内容转向相应的操作程序中去。设备操作程序的转向地址分别为OPRD0，OPRDl，OPRDn。解：程序清单如下:MOVDPTR，#BRTABL；指向转向地址表MOVA，RADDA，R；(A)(R)*2JNCNAND；INCDPH；(R)*2的进位加到DPHNAND：MOVR，A；暂存变址值MOVCA，A+DPTR；取转向地址高8位XCHA，RINCAMOVCA，A+DPTR；取转向地址低8位MOVDPL，A；转向地址在DPTR中MOVDPH，RCLRAJMPA+DPTR；转向相应的操作程序BRTABL：DWOPRDO；转向地址表DWOPRD1DWOPRDn四、采用“RET”指令的散转程序例4-21编出能根据R的内容转向各个操作程序的程序。设该操作程序的转向地址分别为OPRD0，OPRDl，OPRDn。解：程序清单如下：MOVDPTR，#TAB3；指向转移地址表MOVA，RADDA，RJNCNANDINCDPHNAND：MOVR，AMOVCA，A+DPTR；取转向地址高8位XCHA，RINCAMOVCA，A+DPTR；取转向地址低8位PUSHA；转向地址入栈MOVA，RPUSHARET；转向操作程序TAB3：DWOPRD0；转向地址表DWOPRDlDWOPRDn45I/O端口控制程序例4-22试编出能模拟图4-9中电路的程序。ORG0200HDBIT00HEBIT01HGBIT02HLOOP1：ORLP1，#08H；准备P1.3输入LOOP2：MOVC，P1.3；检测K3状态JCLOOP2；若未准备好（K3断），则LOOP2ORLP1，#03H；若准备好，则准备输入P1.0和P1.1状态MOVC，P1.0；输入K0状态MOVD，C；送入DMOVC，P1.1；输入K1状态MOVE，C；送入EANLC，D；DE送CMOVG，C；送入GMOVC，EORLC，D；DE送CANLC，/G；（DE）（DE）MOVP1.2，C；输出结果SJMPLOOP1；准备下次模拟END4 46 6 子程序调用时的参数传递方法子程序调用时的参数传递方法一、通过寄存器或片内RAM传递参数例4-23利用通过寄存器或片内RAM传递参数这种方法编出调用SUBRT子程序的主程序。解：应该是:MAIN:MOVR0，#30H；传送RAM数据区的起始地址MOVR7，#0AH；传送RAM数据区的长度ACALLSUBRT；调用清零子程序SJMP$；结束SUBRT:MOVA，#00H；清零子程序LOOP：MOVR0，AINCR0DJNZR7，LOOPRET二、通过堆栈传递参数例4-25在HEX单元存有两个十六进制数，试编程分别把它们转换成ASCII码存入ASC和ASC+1单元。解：本题子程序采用查表方法完成一个十六进制数的ASCII码转换，主程序完成入口参数的传递和子程序的两次调用，以满足题目要求。程序清单为：ORG1200HPUSHHEX；入口参数压栈ACALLHASC；求低位十六进制数的ASCII码POPASC；出口参数存入ASCMOVA，HEX；十六进制数送ASWAPA；高位十六进制数送低4位PUSHACC；入口参数压栈ACALLHASC；求高位十六进制数的ASCII码POPASC+1；出口参数送ASC+1SJMP$；原地踏步，结束HASC：DECSPDECSP；入口参数地址送SPPOPACC；入口参数送AANLA，#0FH；取出入口参数低4位ADDA，#07H；地址调整MOVCA，A+PC；查相应ASCII码PUSHACC；出口参数压栈INCSPINCSP；SP指向断点地址高8位RET；返回主程序ASCTABL：DB0，1，2，3，4，5，6，7DB8，9，A，B，C，D，E，FEND三、利用指针寄存器传递参数例4-26编出能实现打印THISISANEXAMPLE的程序。解：将要打印的字符及代码不是放在调用指令之前，而是紧跟在调用指令之后。主程序：MAIN：ACALLPRINT；调用打印子程序DBTHISISANEXAMPLE；要打印的字符及代码DBOAH，ODH，OOHNEXT：子程序：PRINT：POPDPH；把调用指令下面字节的地址弹出，作为数据指针POPDPLPPPl：MOVA，#OOHMOVCA，A+DPTR；取出欲打印的字符INCDPTRJZPPPEND；判断是否为结束字符PPP2：；打印程序SJMPPPPl；未完，继续打印PPPEND：JMPA+DPTR；指向主程序NEXT处，取代返回指令第五章 定时/计数器51 定时/计数的结构及工作原理一、定时/计数器的结构和原理1定时/计数器的结构图51TMOD、TCON与T0、T1的结构框图2定时/计数器的原理图52定时/计数器的结构框图二、定时/计数器方式寄存器TMOD表格51方式选择位意义M1M0工作方式功能说明00方式013位计数器01方式116位计数器10方式2自动再装入8位计数器11方式3定时器0：分成两个8位计数器定时器1：停止计数TMOD格式如下：定时器1定时器0TMODD7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/T()M1M0GATEC/T()M1M0三、定时控制寄存器TCON定时器控制字TCON的格式如下：TCON8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT05 52 2 定时定时/计数器的工作方式计数器的工作方式一、方式0当M1M0两位为00时，定时/计数器被选为工作方式0，其逻辑结构如图53所示。图53T0(或T1)方式0结构二、方式1图54T0(或T1)方式1结构三、方式2图55T0(或T1)方式1结构三、方式2图56T0(或T1)方式2结构四、方式3图57T0方式3下和T1结构一、方式0、方式1的应用例5-1选择T1方式0用于定时，在P1。1输出周期为1ms的方波，晶振fosc=6MHZ。根据题意，只要使P1。1每隔500s取反一次即可得到1ms方波，因而T1的定时时间为500s。将T1设为定时方式0：GATE=0，C/T()=0，M1M0=00；T0不用可为任意，只要不使其进入方式3，一般取0即可。故TMOD=00H。系统复位后TMOD为0，所以不必对TMOD置初值。下面计算500s定时T1的初值：机器周期T=12/fosc=12/6106=2s设初值为X则：（213X）2106s=500106sX=7942D=1111100000110B=1F06H因为在作13位计数器用时，TL1高3位未用，应写0，X的低5位装入TL1的低5位，所以TL1=06H；X的高8位应装入TH1，所以TH1=F8H。源程序如下：MOVTL1，#06H；给TL1置初值MOVTH1，#F8H；给TH1置初值SETBTR1；启动T1LP1：JBCTF1，LP2；查询计数溢出否AJMPLP1LP2：MOVTL1，06H；重装初值MOVTH1，F8HCPLP1。1；输出取反AJMPLP1；重复循环二、方式2的应用例5-2用定时器1方式2计数，要求每计满100次，将P1。0取反。根据题意，外部计数信号由T1（P3.5）引脚输入，每跳变一次计数器加1，由程序查询TF1。方式2有自动重装初值的功能，初始化后不必再置初值。初值X=28100=156D=9CHTH1=TL1=9CHTMOD=60H源程序如下：MOVTMOD，#60H；设置T1为方式2MOVTL1，#9CH；置初值MOVTH1，#9CHSETBTR1；启动T1DEL：JBCTF1，REP；查询计数溢出AJMPDELREP：CPLP1。0；输出取反AJMPDEL三、门控位的应用图58外部正脉冲宽度测量例5-3利用T0门控位测试INT0引脚上出现的正脉冲的宽度，并以机器周期数的形式显示在显示器上。根据要求可这样设计程序：将T0设定为方式1，GATE设为1，置TR0为1。一旦INT0（P3。2）引脚上出现高电平即开始计数，直至出现低电平，停止计数，然后读取T0的计数值并显示。测试过程如下：源程序如下：BEGIN：MOVTMOD，#O9H；T0工作于方式1，GATE置1MOVTL0，#00HMOVTH0；#00HWAIT1：JBP3。2，WAIT1；等待INT0变低SETBTR0；启动T0WAIT2：JNBP3。2，WAIT2；等待正脉冲到WAIT3：JBP3。2，WAIT3；等待INT0变低CLRTR0；停止T0计数MOVR0，#DISBUF；显示缓冲区首地址送R0MOVA，TL0；机器周期的存放格式为低位占低地址，高位占高地址，连续4个显示缓冲单元XCHDA，R0INCR0SWAPAXCHDA，R0INCR0MOVA，TH0XCHDA，R0INCR0SWAPAXCHDA，R0DIS：LCALLDISUP；长调用显示子程序AJMPDIS；重复显示机器周期数由于定时方式1的16位计数长度有限，被测脉冲高电平宽度只能小于65536个机器周期。源程序如下：第六章MCS-51单片机的系统扩展61 MCS-51单片机的引脚定义及最小应用系统单片机的引脚定义及最小应用系统一、8051的引脚定义及功能图61MCS-51的引脚图及功能分类图二、MCS-51单片机最小应用系统图628051/8751最小应用系统6 62 2 MCS-51MCS-51单片机外部存储器的扩展单片机外部存储器的扩展一、外部程序存储器的扩展及取指过程图63外部程序存储器一般连接方法1程序存储器的一般连接方式图6-4扩展8K字节程序存储器的连线图2典型EPROM扩展电路3程序存储器E2PROM的扩展图6-5E2PROM作为程序存储器的扩展图二、数据存储器的扩展图6-6扩展2KB数据存储器的线路图1数据存储器一般的扩展方法2常用数据存储器的扩展电路三、综合扩展实例图6-7扩展16KBRAM和16KBEPROM 6 63 3 并行并行I/OI/O口的扩展口的扩展一、简单I/O口的扩展图6-8简单I/O接口扩展电路二、可编程I/O口的扩展图698155的结构和引脚表格618155口地址分布AD0AD7选选中中寄寄存存器器A7A6A5A4A3A2A1A0000内部命令寄存器内部命令寄存器001通用通用I/O口口A寄存器寄存器010通用通用I/O口口B寄存器寄存器011口口C：通用通用I/O口或控制口口或控制口100定时定时/计数器的低计数器的低8位寄存器位寄存器101定时定时/计数器的高计数器的高8位寄存器位寄存器38155与单片机的连接表格628155的RAM和I/O口地址分配P2.4P2.3选择选择地地址址00RAME700HE7FFH(256B)01I/O口口EF00H命令口命令口/状态口状态口EF01H通用通用I/O口口AEF02H通用通用I/O口口BEF03H口口CEF04H计数值低计数值低8位位EF05H计计数数值值高高8位位和和计计数数方方式式图610扩展一片8155的基本方案48155片内RAM的使用OK：；和为0，读/写正确（1）命令寄存器的用法表格63C口工作方式方方式式位位ALTIALT2ALT3ALT4PC0输入方式输入方式输出方式输出方式AINTR（A口中断）口中断）AINTR（A口中断）口中断）PC1ABF（A口缓冲器满）口缓冲器满）ABF（A口缓冲器满）口缓冲器满）PC2ASTB（A口选通）口选通）ASTB（A口选通）口选通）PC3输出方式输出方式BINTR（B口中断）口中断）PC4BBF（B口缓冲器满）口缓冲器满）PC5BSTB（B口选通）口选通）备注备注A口口B口为口为基本基本I/O口口A口口B口为口为基本基本I/O口口A口为选通输入方口为选通输入方式式B口为基本口为基本I/O口口A口、口、B口为选通口为选通输入输入/输出方式输出方式图6128155方式4的逻辑结构图6作定时/计数器用表6-48155定时器输出方式M2M1方方式式定时器输出方波定时器输出方波00单个方波单个方波01连续方波连续方波10在终止计数时输出单个脉冲在终止计数时输出单个脉冲11连续脉冲连续脉冲第七章MCS-51系统的串行接口71 串行通讯概述一、串行通讯的两种基本方式1异步传送方式 第n个字符(一串行帧)n+1n-1P10D0D1D2D3D4D5D6D7P10D0起始位起始位数数据据位位校验位校验位停止位停止位图7-2异步通讯的帧格式开始开始结束结束同步字符同步字符同步字符同步字符数据段数据段CRC字符字符#1CRC字符字符#2图7-3同步传送方式二、波特率图 7-4 串行通讯的制式 三、数据传送的方向1单工制式(Simplex)2半双工制式(HalfDuplex)3全双工(Full-duplex)制式72 MCS-51单片机的串行接口一、MCS-51串行口结构图 7-5 MCS-51串行口组成示意1串行口数据缓冲器SBUF2串行口控制寄存器SCON见表格7-1SM0位地位地址址9F9E9D9C9B9A9998SCONSM1SM2RENTB8RB8TIRI接收中断标志发送中断标志接收数据第9位发送数据第9位接收控制0：禁止接收1：允许接收多机通信0：单机对单机1：多机通信图7-6串行口控制寄存器SCON图7-6串行口控制寄存器SCON3特殊功能寄存器PCONPCON主要是为CHMOS型单片机的电源控制设置的专用寄存器，单元地址为87H，不能位寻址。其格式如图7-7所示。SMODGF1GF0PDIDL通用标志位空闲控制位0：正常方式1：空闲方式掉电控制位0：正常方式1：掉电方式波特率选择位SMOD=1时，方式1、2和3的波特率加倍图7-7PCON各位定义二、MCS-51串行的工作方式MCS-51的串行口有四种工作方式，它是由SCON中的SM1和SM0来决定的，如表格7-1表格7-1串行口的工作方式SM0SMl工作方式工作方式方式简单描述方式简单描述波特率波特率000移位寄存器移位寄存器I/O主振频率主振频率/120118位位UART可变可变1029位位UART主振频率主振频率/32或主振频率或主振频率/641139位位UART可变可变1方式0图7-8串行口方式0的时序2方式1在方式1时，串行口被设置为波特率可变的8位异步通信接口。其时序如图7-9所示。图7-9串行口方式1的时序3方式2串行口工作为方式2时，被定义为9位异步通信接口。其时序如图7-10所示。4方式3图7-10串行口方式2、3的时序三、MCS-51串行通信的波特率1方式0的波特率2方式2的波特率3方式1或方式3的波特率表格7-2常用波特率和定时器T1初值关系表波特率(方式1、3)fosc=6Mfosc=12Mfosc=11.059MSMODT1方式初值SMODT1方式初值SMODT1方式初值62.5k12FFH19.2k12FDH9.6k02FDH4.8k12F3H02FAH2.4k12F3H12F3H02F4H1.2k12E6H02E6H02E8H60012CCH02CCH02D0H30002CCH0298H02A0H137.5121DH021DH022EH1100272H01FEEBH01FEFFH表格7-2常用波特率和定时器T1初值关系表73 MCS-51单片机串行口的应用 一、串行口方式0用作扩展并行I/O口图7-11串行口方式0扩展并行输出口MOVSCON，#00H；串行口方式；串行口方式0初始化初始化MOVA，#80H；最左一位发光二极管先亮；最左一位发光二极管先亮CLRP1.0；关闭并行输出；关闭并行输出START1：MOVSBUF，A；开始串行输出；开始串行输出LOOP：JNBTI，LOOP；查询；查询TISETBP1.0；启动并行输出；启动并行输出ACALLDELAY；显示延时；显示延时CLRTI；清发送中断标志；清发送中断标志RRA；准备右边一位显示；准备右边一位显示CLRP1.0；关闭并行输出；关闭并行输出SJMPSTART1；再一次串行输出；再一次串行输出二、方式1与点对点的异步通讯在下面给出的实现指定功能的通讯程序中，发送和接收都通过调用子程序来完成，并设发送数据区的首地址为20H，接收数据区的首地址为40H。主程序：MOVTMOD，#20H；定时器；定时器1设为方式设为方式2MOVTL，#0F3H；定时器初值；定时器初值MOVTH1，#0F3H；8位重装值位重装值SETBTR1；启动定时器；启动定时器1MOVSCON，#50H；串行口设为方式；串行口设为方式1，REN1MOVR0，#20H；发送数据区首址；发送数据区首址MOVR1，#40H；接收数据区首址；接收数据区首址ACALLSOUT；输出一个字符；输出一个字符$：SJMP$；等待中断；等待中断中断服务程序：ORG0023H；串行口中断入口；串行口中断入口AJMPSBRl；转至中断服务程序；转至中断服务程序SBRl：JNBRI，SEND；TI1，为发送中断为发送中断ACALLSIN；RI1，为接收中断为接收中断SJMPNEXT；转至统一的出口；转至统一的出口SEND：ACALLSOUT；调用发送子程序；调用发送子程序NEXT：RETI；中断返回；中断返回发送子程序：SOUT：MOVA，Ro；取发送数据到；取发送数据到AMOVC，P；加上奇校验位；加上奇校验位CPLCMOVACC.7，CINCR0；修改发送数据指针；修改发送数据指针MOVSBUF，A；发送；发送ASCII码码CLRTI；清发送中断标志；清发送中断标志RET接收子程序：SIN：MOVA，SBUF；读出接收缓冲区内容；读出接收缓冲区内容MOVC，P；取出校验位；取出校验位CPLC；奇校验；奇校验ANLA，#7FH；删除校验位；删除校验位MOVR1，A；读入接收缓冲区；读入接收缓冲区INCR1；修改接收数据指针；修改接收数据指针CLRRI；清接收中断标志；清接收中断标志RET三、方式2、方式3与多机通讯图7-12多机通讯连接示意图1多机通信原理2多机通信实现四、微机与单片机之间的通讯图 7-13 微机与单片机串行通信接口74 相互通道接口标准及其选择一、相互通道的典型结构 二、关于RS-232C、RS-449、RS-422、RS-423和RS-485接口图7-14多机系统的相互通道2 2抗干扰能力抗干扰能力1RS-232C接口图7-15通过电话网实现远程连接表格7-3微机中常用的RS-232C接口信号引脚号引脚号符号符号名称名称说明说明1PGND保护地保护地为了安全和大地相连，有时可不接为了安全和大地相连，有时可不接2TXD发送数据发送数据从从DTE到到DCE的数据线的数据线3RXD接收数据接收数据从从DCE到到DTE的数据线的数据线4RTS请求发送请求发送当当DTE希希望望在在数数据据线线上上传传递递数数据据时时由由DTE发发出出，DCE通通过过所所得得到的控制信号决定是否响应到的控制信号决定是否响应5CTS允许发送允许发送允许计算机发送数据时，则由允许计算机发送数据时，则由DCE发出发出6DSR数字置位就绪数字置位就绪当数据线已被接好后由当数据线已被接好后由DCE发出发出7SGND信号地信号地作为信号地的公共回路作为信号地的公共回路8DCD数据载波检测数据载波检测当当DCE已经从数据线上接收到信号时发出此信号已经从数据线上接收到信号时发出此信号20DTR数字终端就绪数字终端就绪当当DTE已已准准备备好好和和调调制制解解调调器器交交换换数数据据时时，由由DTE发发出出，使使用用公共通信网时才需要公共通信网时才需要22RI振铃指示振铃指示当正在进行通信时，由当正在进行通信时，由DCE发出，使用公共通信网时才需要发出，使用公共通信网时才需要表格7-3微机中常用的RS-232C接口信号图7-16简单的RS-232C数据通讯2RS-449、RS-422、RS-423和RS-485接口表格7-4几种串行接口标准的比较特性参数RS-232CRS-423RS-422RS-485工作模式单端发单端收单端发双端收双端发双端收双端发双端收在传输线上允许的驱动器和接收器数目1个驱动器1个接收器1个驱动器10个接收器1个驱动器10个接收器32个驱动器32个接收器最大电缆长度15m1200m(1kb/s)1200m(90kb/s)1200m(100kb/s)最大速率20kb/s100kb/s(12m)10Mb/s(12m)10Mb/s(15m)驱动器输出(最大电压)25V6V6V-7V+12V驱动器输出(信号电平)5V(带负载)15V(未带负载)3.6V(带负载)6V(未带负载)2V(带负载)6V(未带负载)1.5V(带负载)5V(末带负载)驱动器负载阻抗3k7k45010054驱动器电源开路电流(高阻抗态)Vmax/300(开路)100A(开路)100A(开路)100A(开路)接收器输入电压范围15V10V12V-7V+12V接收器输入灵敏度3V200mV200mV200mV接收器输入阻抗2k7k4kmin4kmin12kmin第八章 MCS-51单片机的中断系统图8-18051的中断系统81 中断系统及其管理中断系统及其管理一、中断源及中断入口中断源中断源入口地址入口地址外部中断外部中断00003H定时器定时器T0中断中断000BH外部中断外部中断10013H定时器定时器T1中断中断001BH串行口中断串行口中断0023H二、外部中断请求标志2SCON的中断标志1TCON中的中断标志三、中断允许控制四、中断源优先级的设定五、中断响应处理过程2中断处理1中断响应的过程3中断返回4外部中断响应时间82 扩充外部中断源扩充外部中断源一、利用定时器进行扩充图8-2多外部中断源连接方法二、采用中断和查询相结合的方法扩充外部中断源EXINT：PUSHPSWPUSHACCJBP10，SAV1JBP11，SAV2JBP12，SAV3JBP13，SAV4DISUB：POPACCPOPPSWRETISAV1：；XI1中断服务程序AJMPDISUBSAV2：；XI2中断服务程序AJMPDISUBSAV3：；XI3中断服务程序AJMPDISUBSAV4：；XI1中断服务程序AJMPDISUB83 中断系统的应用中断系统的应用图8-3外部中断实验第九章单片机应用系统的设计方法及实例91 显示器、键盘与单片机的连接一、LED数码管与单片机的连接图9-1共阴极和共阳极数码管1静态显示图9-2静态显示原理DISP：MOVR0，#50H；R0指向第一个显示单元MOVR2，#4；循环计数器赋初值MOVR3，#0；显示位指针赋初值LOOP：MOVA，R0ANLA，#0FH；取第i个显示单元的低4位SWAPAORLA，R3；第i个显示单元的低4位送R3的高4位MOVP1，A；第i个显示单元的低4位送R3指出的数码管去显示MOVA，R0ANLA，#0F0H；取第i个显示单元的高4位INCR3；指向下一个数码管ORLA，R3；第i个显示单元的高4位送R3指出的数码管去显示MOVP1，A；将第i个显示单元的高4位送到相应的数码管去显示INCR0；指向下一个显示单元INCR3；指向下一个LED数码管DJNER2，LOOP；未显示完4单元的8个BCD码，返回继续显示RET图9-3采用译码器的静态显示接口电路2串行显示接口图9-5串行显示接口DISP：SETBP1.0；选通显示器MOVSCON，#00H；置串口方式0MOVR0，#50H；R0指向第一个显示单元MOVR2，#4；循环计数器置初值MOVDPTR，#TAB；DPTR指向第一个显示单元LOOP：MOVA，R0ANLA，#0FH；取第i个显示单元的低4位MOVCA，ADPTR；查译码表MOCSBUF，A；第i个显示单元的低4位的显示码送串口缓冲器WAIT1：JNBTI，$；未发送完，等待CLRTI；清发送中断标志MOVA，R0ANLA，#0F0H；取第i个显示单元的高4位SWAPAMOVCA，ADPTR；查译码表MOCSBUF，A；第i个显示单元的高4位的显示码送串口缓冲器WAIT2：JNBTI，$；未发送完，等待CLRTI；清发送中断标志INCR0DJNZR2，LOOP；未发送完4个单元的8个字符，返回继续RETTAB：DB03H，9FH，25H，0DH，99H，DB49H，41H，1FH，01H，19H3动态扫描显示接口图9-6动态扫描显示接口电路；-主程序-STAR:LOOP:ACALL S00EF；将显示缓冲区内容送去显示SJMPLOOP；-送显示子程序-DISP:CLRAORLA,P3；取P3口内容ANLA,#0F0HMOVR3,A；保护P3口高4位MOVA,43H；取位选信号ANLA,#0FH；位选信号送A的低4位ORLA,R3；P3口高4位送A的高4位MOVR0,34H；取段选指针MOVP1,#0FFH；关显MOVP3,A；输出位选信号MOVA，R0；显示内容送AMOVDPTR,#TAB；译码表首址送DPTRMOVCA,A+DPTR；查表译显示码MOVP1,A；输出段选信号1MOVA,43H；RLA；MOV43H,A；位选指针指向下一位INC34H；段选指针指向下一位JB ACC.0,DONE；不到最后一位，转MOV34H,#50H；段选指针复位MOV43H,#0EEH；位选指针复位DONE:RET；-显示译码表-TAB:DB 0C0H；显示字符0，相对地址00HDB 0F9H；1DB 0A4H；2DB 0B0H；3DB 99H；4DB 92H；5DB 82H；6DB 0F8H；7DB 80H；8DB 90H；9图9-7按键与单片机直接连接图9-8带锁存器的按键与单片机的接口电路图9-9按键接口程序流程图程序如下：KSCAN：MOVDPTR，#7FFFH；指向244MOVXA，DPTR；读244ANLA，#0FH；取4个按键的值CJNEA，#0FH，LOOS；无键按下，转去判断是否键放开JB11H，L0475；键有效标志等于1，等待键放开，返回JC10H，SETSYN；第一次发现键按下，转去置标志，存键值CJNEA，R4，CLRSYN；两次读得的按键值不同，键无效，清第一次发现键按下标志SETB11H；置键有效标志RETLOOS：JNB11H，RETUR；键有效标志等于0，未按过键，返回SJMPKEYDO；键放开，转键处理SETSYN：SETB10H；置第一次发现键按下标志MOVR4，A；保存键值SJMPRETUR；返回CLRK：CLR11H；清键有效标志CLRSYN：CLR10H；清第一次发现键按下标志MOVR4，#00H；清键值暂存单元RETKEYDO：RRCAJCJUS2；没按S1，再判断S2ALMPDOS1；转键S1处理程序JUS2：JCJUS3；没按S2，再判断S3ALMPDOS2；转键S2处理程序JUS3：JCJUS4；没按S3，再判断S4ALMPDOS3；转键S3处理程序JUS4：JCRETUR；没按S4，误判断，退出ALMPDOS4；转键S4处理程序DOS1：；键S1处理程序SJMPRETURDOS2：；键S2处理程序SJMPRETURDOS3：；键S3处理程序SJMPRETURDOS4：；键S4处理程序SJMPRETUR三、键盘与单片机的接口图9-10键盘与单片机的接口电路图9-11键盘接口程序流程图二、A/D转换器与单片机的接口图9-12ADC0801ADC0805图9-13ADC08010805与单片机的接口93 D/A转换器与单片机的连接转换器与单片机的连接一、D/A转换器的基本原理图9-14T型网络D/A转换器二、D/A转换器与单片机的接口1内部结构图9-15DAC0832的引脚排列图9-16DAC0832结构图3接口电路（1）单缓冲器方式图9-17DAC0832与单片机的接口（2）双缓冲器方式图9-18多路DAC0832同步转换的接口电路程序如下：MOVDPTR，#0DFFFH；指向0832（1）MOVA，#data1MOVXDPTR，A；data1送0832（1）锁存器MOVXDPTR，#0BFFFH；指向0832（2）MOVA，#data2MOVXDPTR，A；data2送0832（2）锁存器MOVDPTR，#7FFFH；指向0832（1）和0832（2）的数据传送端MOVXDPTR，A；data1和data2同时送D/A转换器进行转换94 MCS-51单片机应用系统设计举例单片机应用系统设计举例一、系统构成及控制原理图9-19糖果包装机的结构图图920走纸轮的顶视图图9-21相位误差与速度误差图9-22控制流程图二、硬件电路1主程序图9-23硬件电路图9-24主程序流程图-初始化-ORG0000HAJMPADR00ORG0003HCLREX0；关外部中断0，以防止脉冲抖动造成中断重复响应AJMPINT0ORG000BHAJMPT0ORG0013HCLREX1；关外部中断1AJMPINT1ORG001BHAJMPT1ORG0030HADR00:MOVR0,#20H；20H70H单元清0MOVR1,#50HCLRAADR10:MOVR0,AINCR0DJNZR1,ADR10ACALLSUB1；清显示器MOVSP,#5FH；堆栈从60H开始MOVSCON,#00H；串行口置为方式0MOV A,43H ；相位滞后误差送A ACALL SUB2 ；将A中绝对误差转为相对误差放在R7中 MOV A,R7 CLR C SUBB A,#2JNC ADR20 ；相位滞后小于2%，返回JB P1.0，ADR75；电磁离合齿轮有电，转MOV R5，43H ；保存本次测量的相位误差SETB P1.0 ；电磁离合齿轮通电，提速2%AJMP ADR20 ；返回ADR75：MOV A，R5 ；取回上次测量的相位误差CLR CSUBB A，43H ；减本次测量的相位误差进行比较JNC ADR20 ；本次测量的相位误差小，返回SETB P1.1 ；否则，胀紧电机正转，提速MOV R2,#06H ；设置最小提速量ACALL SUB3 ；延时0.6秒CLR P1.1 ；停止胀紧电机正转AJMP ADR20；-相位超前误差调整-ADR80：MOV A,42H ；相位超前误差送A ACALL SUB2 ；将A中绝对误差转为相对误差放在R7中 MOV A,R7 CLR C SUBB A,#2 JC ADR20 ；相位超前误差小于2%，返回JNB P1.0，ADR85；电磁离合齿轮未通电，转取比较两次测量的误差MOV R6，42H ；保存本次测量的误差CLR P1.0 ；电磁离合齿轮断电，减速2%AJMP ADR20 ；返回ADR85：MOV A，R6 ；取回上次测量的误差CLR CSUBB A，42H ；减本次测量的误差JNC ADR20 ；本次测量的误差小，返回SETB P1.2 ；否则，胀紧电机反转，减速MOV R2,#06H ；设置最小减速量ACALL SUB3 ；延时0.6秒CLR P1.2 ；停止胀紧电机反转AJMP ADR202子程序1）绝对误差转换为相对误差子程序SUB2:MOVB,#64HMULABMOVR7,#00HADR90:CLRCSUBBA,41；误差的百分数减切纸周期JCADR0A0；不够减，转INCR7；够减，商加1AJMPADR90；返回再减ADR0A0:MOVR6,BCJNER6,#00H,ADR0B0AJMPADR0C0；无位可借，除法结束ADR0B0:DECB；借位INCR7；商加1AJMPADR90；返回再减ADR0C0:RET（2）R20.1秒延时子程序R20.1秒延时子程序，用于控制P1.1和P1.2输出的脉冲宽度。程序如下：SUB3:MOVR3,#64HADR0D0:MOVR4,#0F9HADR0E0:NOPNOPDJNZR4,ADR0E0DJNZR3,ADR0D0DJNZR2,SUB3RET3中断服务程序T0、T1、INT0和INT1中断服务程序的流程图如图9-25图9-28。9-图25T0中断服务程序图9-26T1中断服务程序图9-27INT0中断服务程序图9-28INT1中断服务程序（4）INT1中断服务程序INT1:PUSHPSWMOV41H,37H；取走纸周期MOV37H,#00H；为下一次记数做准备MOV43H,36H；取走纸滞后切纸的时间MOVR5,#00H；清监视计数器SETB11H；置检测到走纸周期标志SETBRS0；选中1区工作寄存器MOVR1,#30H；R1个位ADR0F0:INCR1；显示缓冲区某位加1CJNER1,#0AH,ADR180；加1后不到10，退出MOVR