单片机技术一单片机入门

大家好大家好1课程项目课程项目项目名称项目九 中文液晶显示器 认识单片机项目八 带记忆功能的电机控制器项目六 数字电压表项目三 键盘控制器项目四 智能单片机控制器项目五 液晶显示器项目七 走时精准的定时器项目一 花样彩灯项目二 数码管时钟显示器项目十 温度报警器2 认识单片机认识单片机3一一: :什么是单片机？什么是单片机？ 1 1、单板机、单板机 将将CPU芯片、存储器芯片、芯片、存储器芯片、I/O接口芯片和简单的接口芯片和简单的I/O设备（小键盘、设备（小键盘、LED显示器）等装配在一块印刷电路板上，显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序（固化在再配上监控程序（固化在ROM中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。单板机单板机42 2、单片机、单片机 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机片机。数据RAMCPU并行I/O程序ROM定时/计数器串型端口中断控制器扩展I/O端口系统总线（DB、AB、CB）MCS-51单片机5单片机的应用领域 1)单片机在智能仪器仪表中的应用 单片机具有体积小、功耗小、功能强等特点，因此广泛应用于各类仪器仪表中(包电压、频率、温度、湿度、流速、位移、压力等的测定)。引入单片机可使仪器仪表数字化、智能化、微型化，提高测试的自动化程度和精度。例如微机多功能电位分析仪、微机温度测控仪、智能电度表、智能流速仪等。 2)单片机在工业测控中的应用 单片机广泛应用于工业过程监测、过程控制、工业控制器、机电一体化控制系统等。例如 MCS-51 单片机控制电镀生产线、温室的温度自动控制系统、报警系统控制、工业机器人的控制系统等。6 3)单片机在日常生活与家电中的应用 单片机愈来愈广泛地应用于日常生活中的智能电气产品与家电中。例如洗衣机、电冰箱、彩色电视机控制、心率监护仪、空调、微波炉、电饭煲、银行计息计算机、收音机、音响、电风扇、电子秤等。 4)单片机在计算机网络与通信技术中的应用 单片机的通信接口为其在计算机网络与通信设备中的应用提供了良好的条件。例如单片机控制的串行门禁应答系统、列车无线通信系统、单片机无线遥控系统等。 5)单片机在其他方面的应用 除以上各种应用外，单片机还广泛应用于办公自动化领域、汽车自动驾驶系统、计算机外部设备、航空航天器电子系统等。 7 学单片机需要什么基础？学单片机需要什么基础？1.与以前所学的知识关联很少；2.只需要掌握很基本的数电模电知识，如二进制、十进制、十六进制之间的转换，与、或、非逻辑关系等；3.对各种器件的概念基本上是从0开始；4.所有人都站在了同一起跑线上;8单片机外部结构单片机外部结构9MCS-51单片机有两种封装形式： (a) 40脚的双列直插DIP封装； (b) 44脚的PLCC。1，主电源引脚 :Vcc(+5V 40脚)和Vss(GND 20脚);2，外接晶体引脚：XTAL1（19脚）、XTAL2（18脚），只要在这两脚之间接入一个晶体震荡器，单片机就可以以此晶体的频率开始工作。常用的晶体频率有0-24M，频率越高，单片机的工作速度就越快，但单片机的功耗就要增加。 MCS-51内部有一个用于构成震荡器的高增益反相放大器.在单片机引脚的XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入和输出端.与作为反馈元件的晶体或陶瓷谐振器一起构成了一个自激震荡器(见下图).103，复位引脚：RST（9脚），RST即为RESET。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机回复到初始状态。上电时，考虑到振荡器有一定的起振时间，该引脚上高电平必须持续10 ms以上才能保证有效复位。XTAL1XTAL220P20P振荡器的频率主要取决于晶体的振荡频率, 一般晶体可在1.224 MHz之间任选, 电容C1、 C2可在533pF之间选择, 电容的大小对振荡频率有微小的影响, 可起频率微调作用。11MCS-51RST10K1K具有手动复位功能的复位电路Vcc10uFMCS-51RSTR10uFVcc4、ALE/PROG（30脚）：以一个不变的频率（系统时钟 fosc/6 )周期性输出正脉。 当单片机使用外部存储器时，此信号可作为低八位地址的锁存信。 对于EPROM型的单片机,此脚还是用于写程序时，输入编程脉冲。5、/PSEN（29脚）：外部程序程序存储器的选通信号。当单片机使用外部程序存储器时，此脚在一个机器周期内产生两次负脉冲。注意，访问外部数据存储器时，此信号无效125、/EA / Vpp （31脚）：外部程序存储器的选择端控制端：当此脚加入高电平是，单片机使用内部的程序存储器；当EA加入低电平时，系统只使用外部的程序存储器。6、P0 口(32 脚39 脚)有 3 种使用方法。作为与外部传送数据的 8 位数据总线(D0D7)。作为扩展外部存储器时的低 8 位地址总线(A0A7)。作为一般 I/O 口使用，但内部无上拉电阻，需要外接10k的上拉电阻通常会采用电阻排的形式。如下图137、 P1 口(1 脚8 脚)：作为普通 I/O 口使用，无须外接上拉电阻 8、 P2口(21 脚28 脚) ：作为普通 I/O 口使用，无须外接上拉电阻 9、 P3 口(10 脚17 脚)除作为标准双向I/O口使用外，还可以将每一位用于第二功能，如下表14v MCS-51系列单片机的内部结构组成v 151. CPU(非重点,但需要了解) CPU 也叫中央处理器，是单片机的核心部件，主要用于完成单片机的运算和控制功能。其内部由运算器和控制器组成。 (1)运算器：包括算术逻辑单元(ALU)、布尔处理器、累加(ACC)、寄存器 B、暂存器、程序状态字(PSW)寄存器与十进制调整电路等。(2)控制器：包括定时控制逻辑、指令寄存器、译码器以与信息传送控制部件等，用于实现控制功能。 算术运算单元ALU是一个8位的运算器，它不仅可以完成8位二进制数据加、减、乘、除等基本的算术运算，还可以完成8位二进制数据逻辑“与”、“或”、“异或”、循环移位、求补、清零等逻辑运算，并具有数据传输、程序转移等功能。ALU还有一个一般微型计算机没有的位运算器，它可以对一位二进制数据进行置位、清零、求反、测试转移与位逻辑“与”、“或”等处理。这对于控制方面很有用。 16 累加器ACC（简称为A）为一个8位的寄存器，它是CPU中使用最频繁的寄存器，ALU进行运算时，数据绝大多数时候都来自于累加器ACC，运算结果也通常送回累加器ACC。 2、MCS-51单片机的存储器的配置特点(89C51) （重点、需要掌握）在MCS-51单片机的内部集成了4K的程序存储器和256(128+128)B的数据存储器，同时还可以使用片外的程序存储器和数据存储器，其扩展能力都是64K。从物理结构的角度讲，51单片机的存储系统可以分为四个存储空间：即片内ROM，RAM和片外ROM、RAM。从功能上可分为: 程序存储器、 内部数据存储器、 特殊功能寄存器、 位地址空间和外部数据存储器5大部分17MCS-51单片机片内ROM4K片内RAM256B片外RAM64K片外ROM64K从物理结构上单片机系统的存储器结构图 （四个部分）18程序存储器的作用与特点:1、程序存储器是用来存放编好的程序、常数和表格的。2、在MCS-51单片机中，当引脚EA=1时，系统使用片内的4KROM来存储程序。EA=0时，系统使用片外的ROM。3、无论是使用片内还是使用片外的ROM（即 EA=1或EA=0），其起始地址都是从0000H单元开始。19MCS-51单片机片内、外程序存储器的使用示意图0FFFH0000H0FFFH0000HFFFFH1000HEA=1时，ROM的使用EA=0时ROM的使用片外程序存储器（最大64K）单片机内部程序存储器（4K）重点20程序存储器六个特殊的单元程序存储器六个特殊的单元在程序存储器中，有六个单元是具有特定功能。编程者是不能随便使用的。0000H单元：上电时，程序计数器PC所指向的单元0003H单元：外部中断/INT0的入口地址；000BH单元：定时器T0的溢出中断入口地址；0013H单元：外部中断/INT1的入口地址；001BH单元：定时器T1的溢出中断入口地址；0023H单元：串行口接收、传送的中断入口地址21内部数据存储器RAM数据存储器无论在物理上还是逻辑上都分为两个地址空间，既一个内部和一个外部的数据存储空间。访问内部数据存储单元时，使用 MOV 指令(常用） 而访问外部数据存储器时，使用 MOVX 指令（少用）内部数据存储器从功能上又将256B空间分为二个不同的块： 1, 低128B的RAM块； 2, 高128B的特殊功能寄存器SFR (Special Function Register）块。在低128B的RAM存储单元中又可划分为：工作寄存器区、可位寻址区、通用存储数据的用户区。高128B的专用寄存器区中仅仅使用了21寄存器（51系列），其它单元未定义不能使用。22特殊功能寄存器SFR通用数据存储器80H7FH00HFFH片内数据存储器 片外数据存储器256B个字节 64KB个字节片外数据存储器64KB0000HFFFFH注意：1,访问片内RAM20H存储单元；MOV A,20H2,访问片外RAM存储单元； MOV R0,#20hMOVX A,R03,尽管片内与片外的RAM单元 的00H-FFH地址相重叠但由于指令的不同不会发生地址混乱。23位寻址区3区2区1区0区用户区08H07H00H7FH30H2FH20H1FH18H17H10H0FH四个工作寄存器区每个区中有R0-R7八个工作寄存器位寻址区16个单元20H-2FH，共有128 可寻址位个位。位地址：00H-7FH注意：位地址与字节地址的区别通用的RAM区地址：30H-7FH项目一:LED广告灯电路设计24v2） 位寻址区 20H2FH单元为位寻址区, 这16个单元（共计128位）的每1位都有一个8位表示的位地址, 位地址范围为00H7FH, 如表27所示。 位寻址区的每1位都可当作软件触发器, 由程序直接进行位处理。 通常可以把各种程序状态标志, 位控制变量存于位寻址区内。 同样, 位寻址的RAM单元也可以按字节操作作为一般的数据缓冲 25v 4）特殊功能寄存器SFR 特殊用途寄存器的集合。用来设定单片机内部各个部件的工作方式，存放相关部件的状态，定时器初值寄存器，并行端口的锁存器等等。 尽管特殊功能寄存器与RAM在同一个单元中，但不能作为普通的RAM存储单元来使用。只有在编程中根据需要，进行一些特定功能的设定，或者是从中查寻相关部件的状态时，才能进行读、写操作。如中断方式的设定、定时器工作模式的设定，查询串行口发送或接收是否结束等等。26标识符名 称地 址ACCBPSWSPDPTRP0P1P2P3IPIETMODTCON累加器B寄存器程序状态字堆栈指针数据指针(包括DPH,DPL)口0口1口2口3中断优先级控制寄存器中断允许控制寄存器定时/计数器方式控制寄存器定时/计数器控制寄存器0E0H0F0H0D0H81H83H,82H80H90H0A0H0B0H0B8H0A8H89H88H特殊功能寄存器 SFR(表一)27SFR(表二) 标识符名 称地 址TH0TL0TH1TL1SCONSBUFPCON定时/计数器0初值寄存器高8位定时/计数器0初值寄存器低8位定时/计数器1初值寄存器高8位定时/计数器1初值寄存器低8位串行口控制寄存器串行口数据缓冲器(接收,发送)电源控制寄存器8CH8AH8DH8BH98H99H97HSFR高128B低128B0FFH80H7FH00H特殊功能寄存器SFR在片内RAM中的位置注:表中红色的单元为可按位寻址的字节28CPU时序 计算机在执行指令时, 通常将一条指令分解为若干基本的微操作, 这些微操作所对应的脉冲信号在时间上的先后次序称为计算机的时序。 为便于理解时序, 先介绍几个常用名词。 振荡周期: 为单片机提供定时信号的振荡源的周期（晶振周期或外加振荡源周期）。 状态周期: 2个振荡周期为1个状态周期, 用S表示。 29 机器周期: 1个机器周期含6个状态周期, 用S1、 S2、 、 S6表示, 共有12个节拍。 例如: 外接晶振为12 MHz时, MCS51单片机的4个时间周期的具体值为: 振荡周期=1/12 s; 状态周期=1/6 s; 机器周期=1 s; 指令周期=14 s。 MCS51单片机的CPU取指令和执行指令的时序如图211所示。 30图211 MCS51单片机CPU取指/执行时序 313.2.4 位寻址位寻址v在位寻址指令（位操作指令）中使用的位地址。 在一般的情况下，系统的数据都是按字节（8位）来存放、处理。 单片机在控制、检测的应用中，系统的输入、输出数据有很多属于开关量信号。这些开关量信号以 bit - “位”的形式进行各种运算、处理和存储的。项目一:LED广告灯电路设计32v在MCS-51单片机的硬件设计上充分考虑了这种“布尔”变量的处理，不仅在指令系统中设计了“位操作”指令，而且在片内RAM区中还专门开辟了一个 “位寻址区”。这样，布尔变量可以向字节数据一样进行存储、寻址。v除了位寻址区外，RAM中的大多数SFR都可以按位寻址（不是全部）项目一:LED广告灯电路设计33LOGO谢谢！谢谢！广州白云工商高级技工学校电子信息系广州白云工商高级技工学校电子信息系34