单片机原理及应用总结

1、页眉内容单片机原理及应用页脚内容第一章绪论1 .什么叫单片机？其主要特点有哪 些？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，即单片机。特点：控制性能和可靠性高、体积小、 价格低、易于产品化、具有良好的性 价比。第二章80C51的结构和原理1.80C51的基本结构a.CPU系统8位CPU,含布尔处理器;时钟电路；总线控制逻辑。b.存储器系统4K字节的程序存储器（ROM/EPROM/FLASH ,可外扩 至 64KB）;128字节的数据存储器（RAM ,可 外扩至64KB）;特殊功能寄存器SFR。c.I/O 口和其他功能单元4个并行I/O 口 ；2个1

2、6位定时/计数器；1个全双工异步用行口；中断系统（5个中断源，2个优先级）2.80C51的应用模式a.总线型单片机应用模式总线型应用的“三总线”模式；非总线型应用的“多I/O”模式3.80C51单片机的封装和引脚a.总线型DIP40引脚封装RST/Vpo:复位信号输入引脚/备用 电源输入引脚；ALE/ PROG :地址锁存允许信号输出弓I脚/编程脉冲输入引脚；EA/Vpp:内外存储器选择引脚/片 内EPROM编程电压输入引脚；PSEN :外部程序存储器选通信号输出引脚b.非总线型DIP20封装的引脚RST:复位信号输入引脚4.80C51的片内存储器增强型单片机片内数据存储器为 256 字节，地

3、址范围是 00HFFH。低128 字节的配情况与基本型单片机相同。高128字节一般为RAM ,仅能采用寄 存器间接寻址方式询问。注意：与该 地址范围重叠的特殊功能寄存器 SFR 空间采用直接寻址方式询问。5.80C51的时钟信号晶振周期为最小的时序单位。一个时 钟周期包含2个晶振周期。晶振信号 12分频后形成机器周期。即一个机器 周期包含12个晶振周期或6个时钟用 期。6.80C51单片机的复位定义：复位是使单片机或系统中的其 他部件处于某种确定的初始状态。a.复位电路两种形式：一种是上电复位；另一种是上电与按键均有效的复位。b.单片机复位后的状态单片机的复位操作使单片机进入初始化状态。初始化

4、后，程序计数器 PC=0000H,所以程序从0000H地址单 元开始执行。特殊功能寄存器复位后的状态是确定的。P0P3为 FFH, SP为 07H, SBUF 不定，IP、IE和PCON的有效位为0, 其余的特殊功能寄存器的状态为 00H. 相应的意义为：P0P3=FFH,相当于各口锁存器已 写入1,此时不但可用于输出，也 可以用于输入；SP=07H,堆栈指针指向片内RAM的07单元；IP、IE和PCON的有效位为0,各 中断源处于低优先级且均被关断、 串行通讯的波特率不加倍； PSW=00H,当前工作寄存器为0 组。7.80C51的存储器组织功能：存储信息（程序和数据） a程序存储器低端的一

5、些地址被固定 地用作特定的入口地址：0000H:单片机复位后的入口地0003H:外部中断0的中断服务程 序入口地址；000BH:定时/计数器0溢出中断 服务程序入口地址；0013H:外部中断1的中断服务程 序入口地址；001BH:定时/计数器1溢出中断 服务程序入口地址；0023H:用行口的中断服务程序入 口地址。8.80C51单片机的数据存储器配置 80C51单片机数据存储器分为片外 RAM 和片内RAM 两大部分。80C51片内RAM的128B部分分成工 作寄存器区、位寻址区、通用RAM三 大部分。基本型单片机片内RAM的地址范围 是 00H7FH。增强型单片机片内除地址范围为 00H7F

6、H 的 128B RAM 外，又增加了 80HFFH的高128B的RAM。增加的 这部分RAM仅能采用间接寻址方式 访问。片外RAM地址空间为64KB ,地址范 围是 0000HFFFFH。与程序存储器地址空间不同的是，片 外RAM地址空间与片内 RAM地址空 间在地址的低端0000H007FH是重叠 的。访问片外RAM时采用指令MOVX 实现，访问片内RAM采用指令MOV, 无读写信号产生。a.工作寄存器区80C51单片机片内RAM低端的 00H1FH共32B,分成4个工作寄存 器组，每组占8个单元。寄存器0组：地址00H07H;寄存器1组：地址08H0FH;寄存器2组：地址10H17H;寄

7、存器3组：地址18H1FH。程序运行时，只能有一个工作寄存器 组作为当前工作寄存器组；当前工作 寄存器组的选择由特殊功能寄存器中 得程序状态字寄存器PSW的RS1、RS0 来决定。b.位寻址区内部RAM的20H2FH共16个字节是 位寻址区。其128位的地址范围是 00H7FH。c通用RAM区位寻址区之后的 30H7FH共80个字 节为通用RAM区。这些单元可以作为 数据缓冲器使用。实际应用中，常需在RAM区设置堆 栈。80C51的堆栈一般设在30H7FH 的范围内，栈顶的位置由堆栈指针 SP 指示。复位时SP的初值为07H,在系 统初始化时可以重新设置。9.80C51单片机的特殊功能寄存器a

8、.程庠状态字寄存器 PSW, 8位。含义 如下：CY:进位、借位标志。有进位、 借位时CY=1 ,否则CY=0;AC:辅助进位、借位标志F0:用户标志位，由用户自己定义 RS1、RS0:当前工作寄存器组选 择位OV:溢出标志位。有溢出时OV=1 , 否则0V=0P:奇偶标志位。存于ACC中的运 算结果有奇数个“ 1”时P=1,否 贝 U P=0。10.P0 口、P2 口的结构P0 口作为分时复用的低 8位地址/数据 总线,P2 口作为高8位地址总线。a.P0 口的结构P0用作通用I/O 口输出驱动级工作在需外接上拉电阻的漏极开路方式；P0 口在作为通用I/O 口，属于准双向 口。一P0用作地址

9、/数据总线b.P2 口的结构P2 口的输出驱动电路与P0 口不同，内 部设有上拉电阻。P2用作通用I/O 口P2 口在作为通用I/O 口，属于准双向 口。P2用作地址总线11.P3 口结构a.P3用作第一功能的通用I/O 口b.P3用作第二功能使用P3.0: RXD （用行口输入）；P3.1: TXD （用行口输出）；P32 INT 0 （外部中断0输入）；P33 IN1 （外部中断1输入）；P3.4: T0 （定时器0的外部输入）；P3.5: T1 （定时器1的外部输入）；P3.6: WR （片外数据存储器“写”选通控制输出）；P3.7: RD （片外数据存储器“读”选通控制输出）。第三章8

10、0C51的指令系统1.80C51的寻址方式表3.1寻址方式所对应的寄存器和存储空间厅P寻址方式寄存器或存储空间1基 不寄存器寻址寄存器 R0R7, A、AB、DPTR 和 C （布尔累加器）2直接寻址片内RAM低128字节、SFR3方寄存器间接寻址片内 RAM (Ro, Ri, SP) 片外 RAM (Ro, Ri, DPTR)4立即寻址ROM5扩展方式变址寻址ROM (A+DPTR, A+PC)6相对寻址ROM (PC当前值的-128+127字节)7位寻址可寻址位（内部 RAM20H2FH单元 的位和部分SFR的位）2.特殊传送指令表3.3特殊传送指令编号指令分类指令机器码字节机器周期数1R

11、OM查表MOVC A, A+DPTR93H22MOVC A, A+PC83H23读片外RAMMOVX A , DPTRE0H24MOVX A , RiE2H(E3H)25写片外RAMMOVXDPTR , AF0H26MOVXRi , AF2H(F3H)27堆栈操作PUSH directC0H2direct8POP directD0H direct2堆栈操作在80C51单片机中，堆栈的生长方向是向上的。入栈操作时，先将 SP+1,然后 将指令指定的直接地址单元的内容存入 SP指向的单元；出栈操作时，将 SP指 向的单元内容传送到指令指定的直接地址单元，然后 SP-1。系统复位时，SP的内容位07

12、H。SP的值越小，堆栈深度越深。PUSH direct: SP,(SP) 1,(SP/(direct)POP direct direct， (SP), SP(SP) -1一般在中断、子程序调用时发生堆栈操作MOV、MOVX、MOVC 区别MOV:单片机内部数据传递；MOVX :单片机与片外RAM和I/O 口电路的数据传递；MOVC : ROM的查表3 .逻辑运算与循环类指令逻辑与：编号指令分类指令1逻辑与ANL direct, A2ANL direct, #data3ANL A , Rn4ANL A , direct5ANL A , Ri6ANL A , #data前两条把源操作数与直接地址指

13、示内容相与；后四条是把源操作数与累加器 A的内容相与，送入A逻辑或：编号指令分类指令1逻辑或ORL direct, A2ORL direct, #data3ORLA, Rn4ORL A, direct5ORL A, Ri6ORL A, #data逻辑异或:编号指令分类指令1XRL direct, A2XRL direct, #data3辑XRL A ,Rn4异XRL A ,direct5或XRL A ,Ri6XRL A ,#data累加器清0和取反CLRA清0CPLA取反累加器循环移位RR右移RRCRL左移RLC4 .控制转移类指令短跳转：AJMP;长跳转：LJMP;相对跳转：SJMPo由于L

14、JMP指令提供的是 16位地址、因此程序可以转向 64KB的程序存储器地址有的任何单元。累加器判0转移:JZ rel:(A)=0,则 PC (PC 计 rel ；JNZ rel:(A) =0,则 PC， PC rel比较不相等转移（目的字节与源字节不相等则转移）:CJNE A, direct, relACJNE Rn ,#data,relRi减1不为0转移：DJNZDJNZRn, rel direct, rel将操作数的循环控制单元的内容减1,并判断是否为0.若不为0, 一直循环。若 为0,程序往下执行。调用：ACALL短调用；LCALL长调用返回：RET子程序返回指令；RETI中断服务子程序

15、返回指令CPL取反第四章1 .查表程序有一变量存放在片内RAM的20H单元，其取值范围为00H05H。要求编制一 段程序，根据变量值求平方值，并存入片内RAM的21H单元。程序如下：ORG 1000HSTART: MOV DPTR, #2000HMOV A, 20HMOVC A, A+DPTR MOV 21H, ASJMP $ ORG 2000HTABLE: DB 00,01,04,09,16,25END2 .双字节无符号数加法设被加数存放在内部 RAM的51H、50H单元，加数存放在内部 RAM的61H、60H单元，相加的结果存放在内部 RAM的51H、50H单元，进位存放在位寻址 区的00

16、H位中，实现此功能的程序段如下：MOV R0, #50H ;被加数的低字节地址MOV R1, #60H ;加数的低字节地址MOV A, R0 ;取被加数低字节ADD A, R1 ;加上加数低字节MOV R0, A ;保存低字节相加结果INCR0 ;指向被加数高字节INCR1 ;指向加数高字节MOV A, R0 ;取被加数高字节ADDC A, R1 ;加上加数高字节（带进位加）MOV R0, A ;保存高字节相加结果MOV 00H, C ;保存进位3 .双分支程序设变量x以补码的形式存放在片内RAM的30H单元，变量y与x的关系是：当 x0时，y=x;当x=0时，y=20H;当x0时，y=x+5

17、。编制程序，根据x的大小 求y并返回原单元。程序段如下：判断符号位START: MOV A, 30H JZ NEXT ANL A, #80H JZ LP MOV A, #05H ADD A, 30H MOV 30H, A SJMP LPNEXT: MOV 30H, #20HPP0PPNo程序段如下:LP: SJMP $START: MOVDPTR, #TAB ;置分支入口地址表首址MOVA, R7ADDA, R7MOVR3, AMOVCA, A+DPTR ;取高位地址XCHA, R3INCAMOVCA, A+DPTR ;取低位地址4.多分支程序根据R7的内容转向相应的处理程序设R7的内容为0N

18、,对应的处理程序的入口地址分别为MOV DPL, A ;处理程序入口地址低 8位送DPLMOV DPH, R3 ;处理程序入口地址高 8位送DPHAA+DPTRPP0PP1CLRJMPTAB: DWDWDW PPN5 .循环程序先执行后判断；先判断后执行50ms延时程序若晶振频率为12MHZ ,则一个机器周期为1的，执行一条DJNZ指令需要2个 机器周期，即2肉。采用循环计数法延时，循环次数可通过计算获得，并选择先 执行后判断的循环结构。程序段如下：DEL: : MOV R7, #200 ; 1 sDEL1 : MOV R6, #123 ; 1 sNOP ; 1 够DEL2: DJNZ R6,

19、 DEL2 ; 2 的共(2*123) sDJNZ R7, DEL1 ; 2 的共(2*123+2+2)*200+1 g即 50.001ms RET6 .子程序及其调用a.现场保护与恢复的结构在主程序实现在子程序中实现b.子程序调用时，参数的传递方法利用累加器或寄存器利用存储器利用堆栈操作7 .常用程序举例a.多字节无符号数的加法设两个N字节的无符号数分别存放在内部 RAM中以DATA1和DATA2开始的单元中。相加后的结果要求存放在 DATA2数据区中。程序段如下：MOV R0, #DATA1MOV R1 , #DATA2MOV R7, #N ;置字节数CLR CLOOP : MOV A,

20、R0ADDC A, R1 ;求和MOV R1 , A ;存结果INC R0 ;修改指针INC R1DJNZ R7, LOOPb.多字节无符号数的减法设两个N字节的无符号数分别存放在内部 RAM中以DATA1和DATA2开始的单元中。相减后的结果要求存放在 DATA2数据区中。程序段如下:MOV R0, #DATA1MOV R1 , #DATA2MOV R7, #N ;置字节数CLR CLOOP:MOV A , R0SUBB A, R1 ;求差MOV R1 , A ;存结果INC R0 ;修改指针INC R1DJNZ R7, LOOPc.十六进制数与ASCII码间的转换当十六进制数在09之间时，

21、其对应的ASCII码值为该十六进制数加30H;当 十六进制数在AF之间时，其对应的ASCII码值为该十六进制数加37H d.BCD码与二进制数之间的转换双字节二进制数转换成BCD码设(R2R3)为双字节二进制数，(R4R5R6)为转换完的压缩型BCD码。程序段如 下：DCDTH: CLR AMOV R4, A ; R4 清 0MOV R5, A ; R5 清 0MOV R6, A ; R6 清 0MOV R7, #16 ;计数初值LOOP: CLR MOV RLC MOV MOV RLC MOV MOVADDC DA MOV MOVADDC DA MOV MOVADDC DA MOV DJNZ

22、C A, R3AR3, A ; R3左移一位并送回A, R2AR2, A ; R2左移一位并送回A, R6A, R6 AR6, A ; (R6)乘2并调整后送回A, R5A, R5 AR5, A ; (R5)乘2并调整后送回A, R4A, R4 AR4, A ; (R4)乘2并调整后送回R7, LOOP第五章80C51的中断系统及定时/计数器中断源中断标志中断服务程序入口优先级顺序外部中断0( INT 0)IE00003H高定时/计数器0 (T0)TF0P000BH外部中断1( INT 1)IE10013H定时/计数器1 (T1)TF1001BH用行口RI 或 T10023H低1.80C51的

23、结构80C51系列单片机的中断系统有5个中断源，2个优先级，可实现二级服务中断 嵌套。表5.1各中断源响应优先级及中断服务程序入口表注：R1、T1必须由软件清除。另外，所有能产生中断的标志位均可由软件置1或清0,由此可以获得与硬件使之置1或清0同样的效果。一个周期采样到为低电平，则在 IE0或IE1中将所存一个逻辑1。 边沿触发方式适合于以负脉冲形 式输入的外部中断请求。4.80C51的定时/计数器80C51单片机片内集成有两个可编程 的定时/计数器：T0和T1,它们既可 以工作于定时模式，也可以工作于外 部事件计数模式，止匕外，T1还可以作 为一行口的波特率发生器。5 .定时/计数器的控制T

24、MOD用干设置其工作方式：TCON 用于控制其启动和中断申请。定时,K式C/T=0;计数模式C/T=16 .定时/计数器的定时方式和计数方式 的区别定时方式的计数脉冲源自内部的 时钟脉冲，每个机器周期寄存器的 值+1,计数频率为震荡频率的 1/12;计数方式的计数脉冲源自相应的 外部输入引脚T0或T1,每个下降 沿寄存器值+1,最高计数频率为振 荡频率的1/24.7 .定时/计数器的工作方式2 .中断响应条件CPU响应中断的条件是：第一，中断 源有中断请求；第二，此中断源的中 断允许位为1;第三是CPU开中断(即 EA=1)。同时满足这3个条件时，CPU 才可能响应中断。3 .中断返回(使用R

25、ETI指令)RETI指令能使CPU结束中断服务程 序的执行，返回到曾经被中断过的程 序处，继续执行主程序。功能：将中断响应时压入堆栈保存的断点地址从栈顶弹出送回PC, CPU 从原来中断的地方继续执行程序； 将相应中断优先级状态触发器清 0,通知中断系统，中断服务程序 已执行完毕。注：外部中断定义为电平触发方式，中 断标志位的状态随CPU在每个机 器周期采样到的外部中断输入引 脚的电平变化而变化。电平触发方 式适合于外部中断输入以低电平 输入且在中断服务程序中能清除 外部中断的情况。外部中断定义为边沿触发方式，在 相继连续的两次采样中，一个周期 采样到外部中断输入为高电平，下80C51单片机定

26、时/计数器T0有4种工 作方式(方式 0、1、2、3)： T1有3种工作方式(方式。1、2)。a.方式 0 (M1M0=00)13位计数器，由T0的低5位(高3 位未用)和TH0的8位组成。TL0的 低5位溢出时向TH0进位，TH0溢出 时，置位TCON中的TF0标志，向CPU 发出中断请求。计数初值公式：X=213Nb.方式 1 (M1M0=01 )16位计数器，由TL0作为低8位、TH0 作为高8位，组成了 16位加1计数器。 计数个数与计数初值的关系：X=216Nc.方式 2(M1M0=10)方式2为自动重装初值的8位计数方 式。TH0为8位初值寄存器。当TL0 计数溢出时，由硬件使TF

27、0置1,向CPU发出中断请求，并将TH0中的计 数初值自动送入TL0o TL0从初值重 新进行加1计数。周而复始，直至 TR0=0才会停止。计数个数与计数初值的关系：X=28 N d.方式 3(M1M0=11)只适用于定时/计数器T0,定时器T1 处于方式3时相当于TR1=0,停止计 数。方式3时，T0分为两个独立的8位计 数器TL0和TH0 ,TL0使用T0的所有控制位：C/T、GATE、TR0、TF0 和INTO。当TL0计数溢出时，由硬件使TF0置1,向CPU发出中断请求。8.定时/计数器的应用举例a.利用定时/计数器T0方式1,产生10ms的定时，并使P1.0引脚上输出周期为20ms的

28、方波，采用中断方式，设系统时钟频率为12MHZ。解：(1)计算计数初值X:由于晶振为12MHZ,所以机器周期Tcy为1日。所以：N=t/Tcy=10*10 3/1*10 6=10000X=216 N=65536 10000=55536=D8F0H即应将D8H送入TH0中，F0H送入TL0中。(2)求T0的方式控制字TMOD :M1M0=01 , GATE=0, C/T=0,可取方式控制字为 01H。(3)程序清单如下ORG0000HLJMPMAIN ;跳转到主程序ORG000BH ; T0的中断入口地址LJMPDVT0 ;转向中断服务程序ORG0100HMAIN : MOVTMOD , #01

29、H ;置T0工作于方式1MOVTH0, #0D8H ;装入计数初值MOVTL0, #0F0HSETBET0 ; T0开中断SETBEA ; CPU开中断SETBTR0 ;启动T0SJMP$;等待中断DVT0: CPLP1.0 ; P1.0取反输出MOVTH0, #0D8H ;重新装入计数值MOV TL0, #0F0HRETI ;中断返回ENDb.利用定时/计数器T0从P1.0输出周期为1s,脉宽为20ms的正脉冲信号，品振 频率为12MHZ。试设计程序。解：采用定时20ms,然后再计数1、49次的方法实现。a. T0工作在定时方式1时，控制字TMOD配置：M1M0=01 , GATE=0, C

30、/T =0,可取方式控制字为 01H。b.计算计数初值X :晶振为12MHZ,所以机器周期Tcy为1陷。所以：N=t/Tcy=20*10 3/1*10 6=20000X=216 N=65536 20000=45536=4E20H即应将4EH送入TH1中，20H送入TL1中。c.实现程序如下ORG0000HAJMPMAIN ;跳转到主程序ORG0030HMAIN : MOVTMOD, #01H ;置T0工作于方式1MOVTH0, #4EH ;装入循环计数初值MOVTL0, #20H ;首次计数值LP0: SETBP1.0ACALLNT0CLRP1.0MOVR7, #49 ;计数49次LP1: ACALLNT0DJNZR7, LP1AJMPLP0NT0: MOVTH0, #4EHMOVTL0, #20HSETBTR0JNBTF0, $CLRTR0CLRTF0RETENDc.要求从P1.1引脚输出1000Hz方波，晶振频率为12MHZ。试设计程序。解：采用T0实现。 T0工作在定时方式1时，控制字TMOD配置：M1M0=01, GATE=0, C/T=0,可取方式控制字为 01H。计算计数初值：晶振为12MHZ,所以机器周期Tcy为1肉。1/1000=1*10 一3。所以:N=t/Tcy=0.5*10 3/1*10 6=500X=216N=65536500=65036=FE0C