单片机原理及应用 (2)课件

单片机原理及应用8位51及增强型西门子单片机原理编者:教学计划学习intel51系列8位单片机原理及应用，包含以下基本内容：

单片机的基本结构和使用要点：RAM,ROM,SFR以及并行接口I/O，中断系统，定时器，串行接口学习基于51，增强内核的infineon8位XC866单片机主要特点，主要包含以下内容：

I2C总线，SPI总线，AD转换器，定时器中捕获比较单元及PWM输出。课堂教学32学时：24学时讲51单片机，8学时讲XC866。实验16学时：其中51单片机10学时，XC866实验6学时。由于教材限制（没有完整的两者包含的教材），讲课内容不便统一处理，因此计划XC866作为最后讲解。数字电路与计算机二进制8个D触发器可以存放8位2进制数据8位数据就是有序排列的8条导线或者8个触发器按照导线排序，每一条导线分别代表不同的数字“权”值。以4线为基准，分别代表“8，4，2，1”，4线都是高电平，记为“1111”，其代表数字是8＋4＋2＋1＝15。我们采用16进制表达为F。4位2进制可以表达数字0～15或者0～9，A~F的16进制数。每4线代表1位16进制数据。8线就是2位16进制数据，称为“1字节”我们学习计算机知识，一定要掌握2进制－16进制－10进制之间的换算关系。2进制数用B结尾，16进制数用H结尾，10进制不加结尾，或者加D结尾以示区别。单片机是计算机发展的一个分支单片机专用于控制目的，嵌入到被控对象中，具有计算机的特点。PC机专用于多功能、海量运算。单片机与PC机是计算机发展史中的两个不同分支。单片机注重小型化，功能上具有明确目的。发展方向是SOC片上系统。计算机能够按照人所设计的工作步骤进行不厌其烦的重复性工作，并能根据不同的外部条件进行正确处理，使得人力可以从大量的事务性工作中解脱出来，而且计算机的准确性和实时性也是人所不能比拟的。单片机系统就是“嵌入式”系统嵌入式系统分为两个层次：自己编写全部控制程序——底层应用。利用实时多任务操作系统RTOS，在操作系统中添加具有针对性的控制任务（程序）——高层应用。“单片机原理”课程教会我们底层应用uc/OS-II是“微控制器操作系统”，它将教会我们高层应用。单片机也称为：微控制器（MCU）单片机应用举例家用电器：全自动洗衣机；微波炉；电视机控制器；空调控制器；DVD/VCD；数码照相机；摄像机；手机……智能玩具汽车控制：发动机电喷控制；ABS防抱死；ASR/TRC牵引力控制；自动变速；车架控制…….计算机智能接口：硬盘控制器；CD控制器；键盘；打印机；显示器控制器……计算机主要模块CPU、存储器、接口连接三者用“总线”：数据总线DB；地址总线AB；控制总线CB接口连接外部设备：显示器；键盘；鼠标；打印机；以及硬盘；光盘；软盘；U盘、还有互联网等等地址总线AB控制总线CBCPU内存数据总线DB接口I/O显示器LCD，LED/CRT键盘、鼠标软驱、硬盘、光驱音响，麦克风网络及其他控制单片机浓缩了计算机基本模块两种计算机对比对比项目个人计算机PC单片机CPU位数64位8、16、32位内存大小256MB以上128字节～几百KB工作频率1GHZ以上几十兆赫兹接口类型繁多的基本接口和智能接口只有基本接口基本接口并口、串口、定时器、中断系统并口、串口、定时器、中断系统智能接口FDD、IDE、USB、显示器、声卡少量类型单片机有USB、CAN、等接口结构特点多个IC多个电路板结构单片IC结构单片机：麻雀虽小，五脏俱全单片机设计为：专用于控制目的计算机。用于专门目的，为了降低成本，没有必要将不用的功能包含进来。单片机通常只有8位，16位，32位字长，运算速度不是很快，但用于专门的控制足够了。因数据量不大，单片机内存也没有必要做得太大。单片机应用系统功能单一，可见于我们生活中的时时处处：手机、微波炉、洗衣机、电视机、遥控器、电子词典、高档玩具……嵌入式单片机还见于计算机的许多辅助设备：键盘、硬盘、光驱、打印机等等。怎样学好单片机学好单片机，工作不用愁！学习单片机要联系曾经学过的许多数字电路和模拟电路知识。真正学好单片机，还应当学会“电路板设计”；即：学会“Protel”软件的使用方法，能熟练设计相应的电路和电路板。（自学）学习单片机的基本结构和（汇编）编程控制方法，学习C语言对单片机的编程方法。认真作实验，保证能看懂试验电路，看懂实验程序，并能够修改程序，最好能利用实验电路板自己编写程序实现设想的功能。计算机的数据交换接口尽管计算机外部设备多种多样，根本上来说就是数据的传输：外部设备把指令、数据送到计算机内让计算机进行处理计算机把处理情况和处理结果，以及需要保存的数据送到外部设备：显示；打印；保存；交换……单片机还需要读取外部状态信息和输出控制信息。计算机接口就是完成以上数据传输任务的基本电路模块。通讯接口举例并行接口：LPT打印机；内部FDD软驱；IDE光驱/硬盘……串行接口：COM1/COM2串行接口；USB通用串行接口；键盘、鼠标接口；红外线接口；网络接口……串行接口还有更广泛的应用：手机，数字电视，卫星通讯……属串行接口的还有一些其它名称：I2C，SPI，SMBus，通讯协议有些差异。RS485，RS232等，传送的驱动方式和数据电平有些差异。单片机的学习重点CPU＋内存：寄存器应用，指令集和寻址方式接口：各种可编程接口的应用特点及初始化方法。基本接口包含：通用并行接口、串行接口、定时器、中断控制。以上3点是学习的重点单片机的其他接口扩展的其它接口如：A/D；D/A接口；I2C接口，CAN接口；SPI接口；DMA接口等不同厂家的产品具有不同的特点，但基本结构框架类似，一通百通。如果使用C语言编程，只要了解对应接口的初始化代码就可以对不同型号单片机进行编程了！基于51单片机核，英飞凌infeineon，AD，ATMEL，PHILIPS等公司还提供了更多的接口功能，使之应用更广泛和灵活。常见的8位16位单片机Intel8051系列和96系列Motolola的MC68H系列Microchip的PIC系列ATMEL的89系列，ATMEGA系列PHILIPS的P89/P87C5系列SiliconLaborratories的C8051F..系列亿恒C500/166系列（原西门子，infineon）8/16位三菱740族8位，M16C/62系列16位TI的MSP430系列本课程重点因课时所限，主要介绍：Intel8051－8位单片机系列，以8031为核心，配以大量实验。Infineon的亿恒XC8668位单片机内部总线地址寄存器（段寄存器）程序计数器数据寄存器通用寄存器总线缓冲总线缓冲数据总线地址总线累加器ALU暂存器状态寄存器器指令寄存器指令译码时序逻辑控制信号CPU的一般结构存储器数据存储器：RAM程序存储器：ROM两类存储器的编址方法有两种：线性统一编址和分区编址。IntelMCS-51为“分区编址”，ROM和RAM各自占用一个独立地址空间。IntelX86采用线性统一编址。ROM和RAM分布于同一个地址空间的不同地址段。许多计算机都采用线性统一编址，称为“冯·涅曼”体系结构。例如亿恒C164CI系列单片机。地址：就像门牌号或者密码锁，每一个存储单元应当具有独立的唯一的地址代码。单片机的RAM特点单片机的RAM又分为“片内”和“片外”两种。片内RAM包含两种应用类型：①通用寄存器＋片内RAM。②特殊功能寄存器SFR。SFR是特殊功能寄存器（SpecialFunctionRegisters），而且是专用的！它们控制着单片机的各种接口功能，也存放着接口的输入输出数据。这些寄存器都有特定的地址。片外RAM通常指外部扩展的RAM。一些性能较好的单片机片内也集成了“片外”RAM，称为：XRAM，实际上还是集成在片内。片内RAM和片外RAM也分为统一编址和独立编址两种51单片机RAM属于独立编址，而ROM则为统一编址。后续详细解说。单片机的接口单片机的基本接口就是前面讲过的：并行接口；串行接口；定时器和中断控制器。性能好的单片机除了增加接口数量之外，还增加了许多专用接口，例如模数/数模转换器接口，USB接口，CAN接口，I2C接口，PWM接口等等。所有接口的控制寄存器和数据寄存器都安排在SFR区。它们同片内RAM那样都有具体的地址安排，并有相应的寄存器名称。各生产厂家会提供“寄存器名＝地址”的文件或编译器。各接口引脚往往是多功能的，用软件选择它的某一功能。（配合硬件连接）特别值得注意的是：可以直接对一个引脚进行控制！这是其它计算机没有的。一些并行接口常作为外部扩展时的数据线、地址线和控制线使用。（当需要时）51单片机代表型号及资源型号ROM（KB）RAM字节并口引脚数串口定时器中断源8031无1284×81258032无2564×813680514KPROM1284×812589514K1284×812589528K2564×813689C5832K2564×813687C5416K2564×813689C20512K1282×812587C514K1284×8125常见代号分析80C31的C字表示CMOS工艺，通常忽略不讲。第二个字：0，7，9等，表示ROM的工艺，0为PROM，7为EPROM，9为E2PROM或flashROM。第三个字：3：无ROM，5：有ROM第四个字n：n=1：RAM128字节，定时器2个，ROM4Kn=2：RAM256字节，定时器3个，ROM=8Kn>2：RAM256字节，定时器3个，ROM=n*4K注：此方法不完全通用，可以参考。希望大家记住此方法。51单片机引脚和封装封装的英文缩写意义DIP双列直插式封装PDIPPlasticDual-In-LinePackage塑料双列直插式组件TQFPThinQuadFlatPack薄型四方扁平封装

PQFPPlasticQuadFlatPack塑料四方扁平封装

PLCCPlasticLeadedChipCarrier/PlasticLeadlessChipCarrier塑料式引线芯片载体封装/塑料无引线芯片承载封装BGABallGridArray球栅阵列（封装）

PGAPinGridArray栅格阵列接脚

TSOPThinSmall-OutlinePackage薄型小外型封装

SOTSmall-OutlineTransistor小外型晶体管

DIP40封装的51单片机P1.0~P1.7 并行口P1，其中P1.0和P1.1可能作为定时器T2的功能引脚。P0.1~P0.7 并行口P0，当需要扩展存储器或接口时，可以作为数据/地址（低8位）总线。P2.0~P2.7 并行口P2，当需要扩展存储器或接口时，可以作为地址总线高8位。P3.0~P3.7 并行口P3，通常单独使用它们的第二功能：

P3口特殊功能P3.0 RXD，异步通讯接口的数据输入端。P3.1 TXD，异步通讯接口的数据输出端。P3.2 INT0，外部中断0申请的输入端。P3.3 INT1，外部中断1申请的输入端。P3.4 T0，定时器T0外部时钟输入端。P3.5 T1，定时器T1外部时钟输入端。P3.6 WR，对外部存储器/接口的“写”信号。P3.7 RD，对外部存储器/接口的“读”信号。51单片机的其它引脚VCC 工作电源，常为＋5V,某些型号可以工作在2.7~8V之间。VSS GND，接地端。XTAL1 外接晶体振荡器，当使用外部时钟时，此脚应接地。XTAL2 外接晶体振荡器。也作外部时钟输入。PSEN 读外部ROM信号。RST 复位输入端，高电平复位，低电平时CPU工作。ALE/PROG 地址锁存信号输出（正脉冲）/编程脉冲输入（负脉冲），用户一般不考虑后者。此信号控制外接的74LS373锁存器把P0口的地址分量分离出来作为扩展地址的低8位。EA/VPP 片内片外ROM选择/编程电压输入，用户一般不考虑后者。当接GND时，表示使用外部程序存储器；当接VCC时，使用片内程序存储器。51单片机结构框图结构简介1

从外部来看，共有4组8位并行接口，占用32个引脚，另：两个引脚作晶振接入，电源，地各一个脚及4个控制脚共计40个引脚。

4组并行接口分别称为：P0;P1;P2和P3，每一个单独引脚由小数点后的数字确定。例如：P1.0;P3.2等。

4组并口，除P1为专门的并口外，其它3个并口还有第二功能：P0可以作为外部的数据总线和地址低8位；P2作为地址高8位。P3的每一个引脚都有不同的第2功能：串行接口的输入输出；外部中断输入；定时器外部钟输入以及外部接口存储器的读写信号。单片机内部除CPU的主要结构外，还有128B（256B）的RAM，一定数量的ROM。RAM和ROM的多少随芯片型号不同而不同。ALU：算术逻辑单元。所有的运算都通过ALU进行。PSW:：（ProgramStateWord）程序状态字，8位。其中存放着当前ALU的一些操作状态特征。其字节地址是D0H。结构简介2PC：（ProgramCounter）程序计数器，16位。它与8086CPU的IP（InstructionPointer）意义类似。PC中存放着CPU要执行的下一条指令地址，CPU通过它产生ROM地址从而读取指令。每执行一条指令，它都会自动增加。增加的数值依照已读指令的长短而变化。只有中断、跳转和调用指令才能使其作其它变化。每当开机或者复位时，它的起始值为0000H。ACC：累加器，8位。51单片机大多数指令都必须使用ACC，它是使用最频繁的寄存器。它与ALU直接相连，加、减、乘、除、移位以及其它逻辑运算都要使用ACC，特别是：外部数据的读写也都必须使用ACC。ACC有两个名字：A和ACC。A表示寄存器，ACC表示用地址表达的寄存器（存储器）。除入栈出栈指令使用ACC这个名字外，其它指令中都用A。DPTR：数据指针16位，主要用于指出外部RAM的数据地址或ROM数据表的基地址。内存中将其分为两个8位寄存器，分别叫DPL和DPH，DPH存放地址的高8位，DPL存放低8位。SP：stackPointer堆栈指针，8位。用于指出当前堆栈的顶部地址，当有入栈操作时，SP自动+1，出栈时SP=SP-1。结构简介3P0口和P2口可以作为外部扩展的数据总线和地址总线使用。P0口分时作为数据线（8位）和地址线低8位使用，通过外部地址分离电路将其分离。分离信号就是ALEP2口作为地址线高8位使用P0和P2可以组合成16位地址，因而可以对外部的64KB空间进行寻址访问。他们可以同时连接ROM和RAM（访问操作各自不同）程序状态字PSWC：也叫CY，进位标志或借位标志。当运算产生进位或借位时：C=1，否则C=0。C位还有一个特殊意义：它是1位计算机的“累加器”，CPU作布尔运算时，需要C的介入。同时C还可以读取一个引脚的数据或者把C的数据从引脚送出。AC：半进位。当AC=1时，表明运算使低4位向高4位产生了进位。F0：用户标志位。用户可以用于存1位数据。RS1和RS0：（RegistersSelection）寄存器选择位。用于选择寄存器组。参看2.1.4节。OV：溢出标志。对符号数的运算，当结果超出-128~+127时，产生溢出，此时OV=1。F1：用户标志位。用户可以用于存1位数据。（有些品种不支持）P：奇偶标志，反映ACC中数据的奇偶性。若ACC中有奇数个1，则P=1。位地址D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0H位符号CACF0RS1RS0OVF1PSFR简介

地址：80H~FFH并口数据寄存器：P0;P1;P2;P3累加器ACC和寄存器B定时器T0（TH0;TL0),T1(TH1;TL1)定时器控制寄存器：TMOD;TCON串行口控制SCON和数据SBUF中断控制：IE,IP电源控制：PCON程序状态字：PSW堆栈指针：SP数据指针：DPTR(DPH和DPL)51单片机内部RAM地址名称/用途PSW/说明00~07R0R1R2R3R4R5R6R70组RS1=0,RS0=008~0FR0R1R2R3R4R5R6R71组RS1=0,RS0=110~17R0R1R2R3R4R5R6R72组RS1=1,RS0=018~1FR0R1R2R3R4R5R6R73组RS1=1,RS0=120~2F位寻址区，地址00～7FH共128位，占16字节不用的字节作RAM30~7F用户RAM区，存变量、缓冲、堆栈等80~FF51、52单片机为SFR特殊功能寄存器采用直接地址（名称）80~FF52单片机作RAM采用寄存器间接寻址内部RAM的读写采用“MOV”指令，操作数分为：字节或位，其操作对象随之不同。R0-R7通用寄存器部分，不用的字节也做RAM。通用寄存器的使用51单片机留了4组寄存器，它们都叫做：R0,R1～R7。它们在各种运算中起着参与运算的作用。主程序只用0组寄存器。其它组用于不同的中断服务程序。目的是互不破坏数据。如何切换到另一组呢？用程序改变PSW中的RS1和RS0就可。记住：主程序默认使用：寄存器组0。中断服务程序开始时，先保存PSW，然后改写RS1和RS0。退出服务时恢复原来的PSW。一般只要使用两组就可以了。单片机的“位”单片机特色之一是使用“位”变量并可以直接操作。“位”存在于各个并口（引脚），累加器，PSW以及若干寄存器中；同时在RAM中也预留了“可位寻址”的空间：20H~2FH。位空间占用16字节，每个字