单片机基础知识讲解

按一下以編輯標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,單片機基础知識講解,第一章 單片機定義及特點,1.,什麼叫單片機,把微型计算机的主要功能部件集成在一个芯片上的单芯片微型计算机叫单片机。如果说单片机就是一个电脑你可能不会认可，其实它和我们用的电脑的在本质上没有区别，只是,5,步和,100,步的区别,.,单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲:一块芯片就成了一台计算机,2.單片機的構成,单片机是在一块集成电路芯片上装有,CPU,和程序存储器、数据存储器、输入,/,输出接口电路、定时,/,计数器、中断控制器、模,/,数转换器、数,/,模转换器、调制解调器以及其他部件等的系统。视其型号不同，其组成部分各异。,第一章 單片機定義及特點,3.,單片機和單板機的區別,单片机与单板机最大的不同在于系统组成。,单片机是在一块集成电路芯片上集成有,CPU,、程序存储器、数据存储器、输入,/,输出接口电路、定时,/,计数器、中断控制器、模,/,数转换器、数,/,模转换器、调制解调器等部件。,单板机是把微型计算机的整个功能体系电路（,CPU,、,ROM,、,RAM,、输入,/,输出接口电路以及其他辅助电路）全部组装在一块印制电路板上，再用印制电路将各个功能芯片连接起来。,4.,单片机在性能上比单板机有什么优良特性,在硬件规模方面，单片机相当于将一个基本规模的单板机所具有的资源复合在一块芯片上，因此具有相当的规模；在功能方面，单片机已经超过了单板机的功能；在指令系统方面，如果将单片机的指令系统与,Z80,的指令系统相比较，除单片机的数据传送能力较弱一点之外，单片机的指令系统已大大超过,Z80,；此外，无论在性价比方面，还是在体积、重量方面相比较，单片机都比单板机优越得多。,第一章 單片機定義及特點,5.,單片機的特點,（,1,）片内存储容量越来越大。,（2）抗干扰性好，可靠性高。,（,3,）芯片引线齐全，容易扩展。,（,4,）运行速度高，控制功能强。,（,5,）单片机内部的数据信息保存时间很长，有的芯片可以达到,100,年以上。,6.,单片机应用系统的特点,（,1,）单片机构成的应用系统可靠性高。,（,2,）系统配置规范,（,3,）控制功能具有预想性，变动控制方案容易。,（,4,）具有较高的性价比,第一章 單片機定義及特點,7.,單片機的應用,简单地说，由于单片机本身就是一个计算机系统，因此，只要在单片机的外围适当加一些必要的扩展电路及通道接口，就可以构成各种应用系统，如工业控制系统、数据采集系统、自动控制系统、自动测试系统、检测监视系统、智能仪表、功能模块等。,第二章 單片機主要組成部份介紹,1.中央處理器的構成,单片机的中央处理器是单片机内部的核心部件，它决定了单片机的主要功能,特性。中央处理主要由运算部件和控制部件组成。,2.,单片机的,ALU的,功能,单片机,ALU,功能十分强，它不仅可对,8,位位变量进行逻辑“与”、“或”、“异或”循环、求补、清零等基本操作，还可以进行加、减、乘、除等基本运算.,3.,单片机的,ACC,单片机运算部件中的累加器,ACC,是一个,8,位的累加器，从功能上看，它与一般微机的累加器相比没有什么特别之处，但,ACC,的进位标志,CY,就是布尔处理器进行位操作的一位累加器,.,4.,单片机控制部件的構成,控制部件是单片机的中枢神经，它包括时钟电路、复位电路、指令寄存器、,译码器以及信息传送部件,第二章 單片機主要組成部份介紹,5.,单片机控制部件的基本原理,单片机的控制部件以主振频率为基准，发出,CPU,的时序信号，对指令进行译码，然后发出各种控制信号，完成一系列定时控制的微操作，用来控制单片机各部分的运行。其中，有一些控制信号线能够简化应用系统的外围控制逻辑.,6.單片機CPU的時序,单片机执行的每一条指令都可以分解为若干基本的微操作，而这些微操作在时间上都有极严格的先后次序，这些次序就是计算机的,CPU,时序.,第三章,单片机的存储器、寄存器及位地址空间,1.單片機存儲器分類,单片机的存储器有程序存储器,ROM,与数据存储器,RAM,两种。,这两种存储器在使用上是严格区分的，不得混用。程序存储器存放程序指令，以及常数，表格等；而数据存储器则存放缓冲数据。,2.常用MCS-51單片機的存儲器結構,MCS-51,单片机存储器的结构共有,3,部分，一是程序存储器，二是内部数据存储器，三是外部数据存储器,3.,MCS-51,单片机的存储器分類,MCS-51,单片机的存储器可分为,5,类：程序存储器、内部数据存储器、特殊功能寄存器、位地址空间、外部数据存储器,4.程序存儲器存儲內容及尋址空間,程序存储器用于存放编号的程序和表格常数。程序存储器以程序计数器,PC,作地址指针。由于,MCS-51,单片机的程序计数器为,16,位，因此可寻址空間为,64KB,第三章,单片机的存储器、寄存器及位地址空间,5.單片機復位,单片机复位后，程序计数器,PC,的内容为,0000H,，所以系统必须从,0000H,单元开始取指令来执行程序。,0000H,单元是系统的起始地址，一般在该单元存放一条绝对跳转指令（,LJMP,），而用户设计的主程序，则从跳转后的地址开始安放.,6.,MCS-51,单片机内部数据存储器的设置,MCS-51,单片机内部有,128,个字节的数据存储器，内部,RAM,编址为,00H7FH,。,MCS-51,对其内部的,RAM,存储器有很丰富的操作指令，方便了程序设计,7.,单片机内部数据存储器的特点,工作寄存器和数据存储器是统一编址的，这是单片机内部存储器的主要特点,8.,什么是堆栈以及,MCS-51,单片机的堆栈的设置,程序设计时，往往需要一个后进先出的,RAM,区，以保存,CPU,的现场。这种后进先出的缓冲区，就称为堆栈。,MCS-51,单片的堆栈原则上设在内部,RAM,的任意区域内，但是，一般设在,31H7FH,的范围之间，栈顶的位置由栈指针,SP,指出.,第三章,单片机的存储器、寄存器及位地址空间,9.特殊功能寄存器,特殊功能寄存器是用来对片内各功能模块进行管理、控制、监视的控制寄存器和状态寄存器，是一个特殊功能的,RAM,区,特殊功能寄存器的作用是对片内各功能模块进行管理、控制和监视,MCS-51,单片机内的,I/O,口锁存器、定时器、串行口缓冲器以及各种控制寄存器和状态寄存器都以特殊功能寄存器的形式出现，它们位于片内数据存储器之上，离散地分布在,80HFFH,的地址空间范围内,MCS-51,单片机特殊功能寄存器的总个数为,26,个，其中有,12,个可以位寻址，用户可以通过位功能标记对这,12,个寄存器的任意一个有效位进行操作,10.,程序计数器,PC,的应用特性,程序计数器,PC,用于安放下一条将要执行的指令地址，是一个,16,位专用寄存器，可寻址范围为,0-65535,（,64KB,），,PC,在物理上是独立的，不属于,SFR,第三章,单片机的存储器、寄存器及位地址空间,11.,堆栈指针,SP,的应用特性,SP,是一个,8,位专用寄存器，它批示出堆栈顶部在内部,RAM,块中的位置。系统复位后，,SP,初始化为,07H,，实际上堆栈是由,08H,单元开始的。考虑,08H1FH,单元分别属于工作寄存器区,13,，若在程序设计中用到这些区，则最好把,SP,值改值为,1FH,或更大的值。,MCS-51,的堆栈是向上生成的，若,SP=60H,，,CPU,执行一和调用指令或者响应中断后，,PC,进栈，,PCL,保护到,61H,，,PCH,保护到,62H,，,SP=62H,12.,数据指针,DPTR,的应用特性,它用于存放即将发送或者已经接收的数据，它在,SFR,块中，只有一个字节地址，但实际上是由发送缓冲器和接收缓冲器组成。这两个缓冲器都是独立的寄存器，当即将发送的数据传送到,SBUF,时，进的是发送缓冲器。当要从,SBUF,取出数据时，则取自接收缓冲器，取走的是刚刚接收的数据.,第四章,单片机的寻址方式及地址译码,1.什麼是尋址方式,指令给出参与运算的数据方式称为寻址方式。换句话说，寻址方式就是寻找确定参与操作的数的真正地址,2,MCS-51,单片机共有哪几种寻址方式,在,MCS-51,系列单片机的指令系统中寻址方式共有,7,种，如表,4-1,所示。,表,4-1 MCS-51,系列单片机指令系统的寻址方式,序号,方式,使用的变量,寻址空间,1,立即寻址,程序存储器,2,直接寻址,内部,RAM,和特殊功能寄存器,3,寄存器寻址,R7-R0,、,A,、,B,、,C DPTR,4,寄存器,R0、R1、SP,内部RAM,间接寻址,R0、R1、DPTR,5,相对寻址,PC+偏移量,程序存储器,6,变址寻址,A+DPTR、A+PC,程序数据存储器,7,位寻址,内部,RAM,和特殊功能寄存器的位地址空间,第四章,单片机的寻址方式及地址译码,3.,MCS-51,单片机的寻址方式的设置,在,MCS-51,单片机的指令系统中总共使用了,7,种寻址方式、,42,助记符，来说明,33,种功能。这些助记符与寻址方式组合起来，形成了,111,条指令，以完成算术逻辑运算、数据传送、位操作以及程序分支转移等方面的工作,4.,直接寻址的含义，指令格式和功能,在直接寻址方式中，指令操作数域给出的是参加运算的操作数地址。在,MCS-51,单片机中，直接地址只能用来表示特殊功能寄存器、内部数据寄存器和位地址空间。其中，特殊功能寄存器和位地址空间只能用直接寻址方式访问,5.,寄存器间接寻址的含义，指令格式和功能,在寄存器间接寻址方式中，指令操作数给出的是存放操作数地址的寄存器。在,MCS-51,指令系统中，可作为寄存器间接寻址的寄存器有工作寄存器,R0R1,、堆栈批示器,SP,和地址寄存器,DPTR,。在指令助记符中，间接寻址用符号,来表示,第四章,单片机的寻址方式及地址译码,6.單片機的片選控制和地址選擇,在单片机应用系统中，所有外围芯片都通过总线与单片机相连。单片机数据总线分时地与外围芯片进行数据传送，为了使这种传送能可靠地进行，帮要进,行片选控制。片内有多个字节单元时，还要进行片内地址选择,7.,地址译码的规则,MCS-51,单片机应用系统中的地址译码规则有,3,条，分别是：,（,1,）.程序存储器与数据存储器地址重迭使用；,（,2,）.外围扩展芯片与数据存储器统一编址。它不仅占用数据存储器地址单元，而且使用数据存储器的读,/,写控制信号与读,/,写指令；,（,3,）.地址总线的宽度为,16,位，片外程序存储器与数据存储器可直接寻址，范围各为,64KB,。,P2,口提供高,8,位地址（,A8A15,），,P0,口经外部锁存后提供低,8,位地址（,A0A7,）,第四章,单片机的寻址方式及地址译码,8, 位寻址的含义，指令格式和功能,它是指对一些内部数据存储器,RAM,和特殊功能寄存器进行位操作时的寻址。在进行位操作时，借助于进位位,C,作为操作累加器，指令操作数域直接给出该位的地址，然后根据操作码的性质对该位进行位操作。位地址与字节直接寻址中的字节地址形式完全一样，主要由操作码加以区分,第五章,单片机的输入,/,输出（,I/O,）口,1.MCS-51,单片机的,I/O,口,MCS-51,单片机有,4,个双向的,8,位,I/O,口的,P0P3,口为三态双向口；,P1,，,P2,，,P3,口为准双向口（用作输入时，口线被拉成高电平，所以称为准双向口）,2.MCS-51,单片机,P0,口的应用功能,P0,口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读,/,写操作。,P0,口还可以用来输出外部存储器的第,8,位地址。由于是分时输出，故应在外部加锁存器将此地址数据锁存，地址锁存信号用,ALE.,3,MCS-51,单片机,P1,口的应用功能,MCS-51,单片机的,P1,口是专门供用户使用的,I/O,口，用户可以利用它作为,I/O,口线使用。,P1,口是准双向口.,4.,I/O,口的组成特点,每一位均由锁存器（,SFR,）、输出驱动器和输入缓冲器组成。它们的上拉电阻实际上不是线性电阻，而是由场效应管构成；每位锁存器均由,D,触发器组成.,第五章,单片机的输入,/,输出（,I/O,）口,5.I/O,口的读入方法,每个,I/O,口都有两种读入方法：读锁存器和读引脚。每种读入方法都有.,6,读指令,读锁存指令，即从锁存器中读取数据，进行处理，并把处理后的数据重新写入锁存器中，能够用来读锁存器的指令，就称为读,/,改,/,写指令,7.,读引脚指令的執行,读引脚指令一般都是以,I/O,端口为原操作数的指令。执行读引脚指令时，要打开三态门输入口状态。例如，读,P1,口的输入状态时，读引脚指令为：,MOV A.P1,第五章,单片机的输入,/,输出（,I/O,）口,8.,执行读引脚操作后，I/O口锁存器的状态,根据,I/O,口的结构及,CPU,的控制方式，当执行读引脚操作后，口锁存器状态与引脚状态应当是相同的。但当给口锁器写某一状态后，相应的口引脚是否呈现锁存器状态，就与外电路的连接有关。例如：用,I/O,口线驱动三极管的基极时，该口线的位锁存器的写入,1,后，将使三极管导通，而三极管一旦导通后，基极电平为“,0”,。如果該口线无读引脚操作时，口锁存器与引脚状态不一致,9,改写锁存器数据的指令时，锁存器中的新数据能否出现在输出线上，为什么？,执行改写锁存器数据的指令时，在该指令的最后一个时钟周期,S6P2,里将数据写入锁存器。由于输出缓冲器仅仅在每一个状态周期的相位,1,（,P1,）期间来对口锁存器采样，因而锁存器中的新数据在下一个状态周期的相位出现之前是不会出现在输出线上的,第六章,单片机的串行接口、定时,/,计数器及中断系统,1,MCS-51,单片机内部串行接口的设置和应用特性,MCS-51,单片机内部有一个全双工的串行接口，有两个独立的接收、发送缓冲器,SBUF,（属于特殊功能寄存器）可同时发送、接收数据,2.MCS-51,单片机内部串行接口工作模式,MCS-51,单片机内部串行接口有,4,种工作模式,这,4,种模式分别是模式,0,、模式,1,、模式,2,、模式,3,3,中断和中断系统,当中央处理器,CPU,正在处理某个信息的时候，如果这时外界突然发生紧急事件，且请求,CPU,暂停止当前工作，转而去处理这个紧急事件。,CPU,处理完这个紧急事件之后，再回到原来被中断的地方，继续原来的工作。单片机中的这个暂停止处理信息的过程，就称为中断;能实现中断功能的所有程序软件的组合称为中断系统,第六章,单片机的串行接口、定时,/,计数器及中断系统,4,为什么要设置中断系统,设置中断系统的目的，是为了使处理机具有对外界异步事件的处理能力,5,各中断服务程序的入口地址,以下是各中断服务程序的入口地址：,外部中断,0,：,0003H,定时,/,计数器,T0,：,000BH,外部中断,1,：,0013H,定时,/,计数器,T1,：,001BH,串行口中断： 0023H,