单片机全部课程课件

单片机全部课程课件第1页，课件共82页，创作于2023年2月绪论一、单片机的发展历史第一阶段

1971～1976年，属萌芽阶段。发展了各种4位单片机，多用于家用电器、计算器、高级玩具。第二阶段

1976～1980年，为初级8位机阶段，发展了各种中、低档8位单片机，典型的如MCS

－48系列单片机，片内含多个8位并行I/O接口、一个8位定时器/计数器，不带串行I/O接口，其功能可满足一般工业控制和智能化仪器仪表等的需要。第2页，课件共82页，创作于2023年2月第三阶段

1980～1983年，高级8位机阶段，发展了高性能的8位单片机，例如MCS－51系列单片机，它带有串行I/O接口和多个16位定时器

/计数器，具有多级中断功能。这一阶段进一步拓宽了单片机的应用范围，使之能用于终端、局部网络的接口，并挤入了个人计算机领域。第四阶段

1983年以后，16位单片机阶段。发展了MCS－96系列等16位单片机。功能很强，价格却迅速下降。片内有A/D转换器；可快速输入、输出；可用于电机控制；网络通信能力有显著提高。第3页，课件共82页，创作于2023年2月二、单片机的发展趋势单片机的发展趋势主要有以下几点：1、单片机的性能不断提高，主要表现在：CPU的功能增强――主要体现在数据处理的速度和精度的提高；

MCS－51增加布尔处理机

MCS－9616位单片机内部有乘除部件，采用流水线结构内部资源增多――内部程序存储器ROM达几十

KB，数据RAM达几KB,具有并、串I/O

口、C/T电路、监视定时器、DMA、多路A/D、D/A电路。第4页，课件共82页，创作于2023年2月使用多功能引脚―减少引脚,提高应用的灵活性;寻址范围扩大――存储空间达64KB～1.6MB，提高了系统扩展功能。2、单片机的种类不断增多，主要表现在：（1）超微型化――采用模块结构；（2）低功耗和低电压――采用CHMOS制造工艺第5页，课件共82页，创作于2023年2月第一章MCS－51系列单片机的硬件结构一、主要功能：1、8位CPU，片内振荡器（1.2～12MHz)；2、4K字节ROM，128字节片内数据RAM；3、21个特殊功能寄存器；4、32根I/O线，即4个8位并行I/O口：P0～P3；5、可寻址的外部程序、数据存储器各64KB;6、2个16位定时器/计数器；7、一个全双工串行口；8、中断结构：五个中断源，两个优先级；9、有强的位寻址、位处理功能，适于位处理机。1-1总体概况第6页，课件共82页，创作于2023年2月二、内部结构第7页，课件共82页，创作于2023年2月三、外部引脚说明封装形式见下图：第8页，课件共82页，创作于2023年2月引脚分类：1、主电源引脚Vss、Vcc2、外接晶振引脚XTAL1、XTAL23、控制或复位引脚

RST/VPD：

当出现两个机器周期高电平时，单

片机复位。

复位后，P0～P3输出高电平；SP寄存器为07H；其它寄存器全部清0；不影响RAM状态。ALE/PROG：地址锁存控制端

ALE提供1/6fosc振荡频率；

PROG为其内的EPROM输入编程脉冲第9页，课件共82页，创作于2023年2月/PSEN:外部程序存储器的读选通信号端=0时，只访问外部程序存储器,即外ROM=1时，访问内部程序存储器,即内ROM

/Vpp:内\外ROM选择端EAEAEA4、输入/输出引脚P0.0~P0.7；P1.0~P1.7；P2.0~P2.7；P3.0~P3.7四个I/O口，每口八条线，其中：P0.0～P0.7：兼作地址/数据线。P2.0～P2.7：兼作地址高8位第10页，课件共82页，创作于2023年2月P3.0～P3.7的第二功能为：P3.0-RXD：串行数据输入P3.1-TXD：串行数据输出P3.2-INT0：外部中断0输入P3.3-INT1：外部中断1输出P3.4-T0：定时器0外部输入P3.5-T1：定时器1外部输入P3.6-WR：写信号P3.7-RD：读信号第11页，课件共82页，创作于2023年2月四、中央处理器CPU

其中ALU由累加器A、寄存器B、暂存器、PSW等部件组成。

功能：完成二进制数的算数运算和布尔代数的逻辑运算。PSW－程序状态字功能介绍格式：进位标志辅助进位标志软件标志寄存器区

选择溢出标志奇偶标志

由ALU、布尔处理器、工作寄存器和控制器等部件组成。第12页，课件共82页，创作于2023年2月1-2MCS-51存储器组织MCS-51单片机存储器的分类为：从物理上分为：5个空间，即片内ROM、片外ROM

片内RAM、SFR、片外RAM一、MCS-51存储器分类及配置

逻辑上分为:

3个空间，即:程序存储器（片内、外）

片内数据存储器

片外数据存储器用不同的传送指令访问：－－MOVC－－MOV－－MOVX第13页，课件共82页，创作于2023年2月MCS-51存储空间分配如下：MCS-51存储空间分布图第14页，课件共82页，创作于2023年2月1、编址与访问寻址范围：0000H~FFFFH容量64KB，

即地址长度：16位

，寻址内部ROM；

当PC值超过片内ROM容量时会自动转向外部存储器空间。

，寻址外部ROM。

8031单片机接低电平。作用：

存放程序及程序运行时不变的常数。二、程序存储器2、7个特殊单元第15页，课件共82页，创作于2023年2月七个具有特殊含义的单元是：0000H——

系统复位，PC指向此处；

0003H——

外部中断0入口；

000BH——T0溢出中断入口

0013H——

外中断1入口

001BH——T1溢出中断入口

0023H——

串口中断入口

002BH——T2溢出中断入口

三、内部数据存储器

物理上分为两大区域：00H~7FH即128B内RAM区

80H~FFH即SFR区。第16页，课件共82页，创作于2023年2月1、内部数据存储器RAM块

内部数据存储器RAM区共128字节(256字节)分为三

个区，即：工作寄存器区、位存储区、数据RAM区。

结构如下：R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7即可位寻址，又可字节寻址数据缓冲区、堆栈区、工作单元第17页，课件共82页，创作于2023年2月2、位寻址区位寻址区（20H—2FH）16个字节。即16*8=128位；

每一位都有一个位地址，范围为：00H—7FH；

位地址区也可作为一般RAM使用。具体结构为：第18页，课件共82页，创作于2023年2月3、特殊功能寄存器

MCS-51单片机内共有22个特殊功能寄存器，包括PC及SFR。

PC为程序计数器。它是一个双字节寄存器

寻址范围为:0000H～FFFFH，即0～64KB。

SFR为特殊功能寄存器。

其寻址空间：80H～FFH

其中，51子系列有18个寄存器，占有21个字节；52子系列有21个寄存器，占有26个字节。51子系列SFR的地址分配及位地址见下页表：第19页，课件共82页，创作于2023年2月

寄存器

位地址/位定义

地址

F7

F6

F5

F4

F3

F2

F1

F0

B

F0H

E7

E6

E5

E4

E3

E2

E1

E0

ACC

E0

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

PSW

CY

AC

F0

RS1

RS0

OV

/

P

D0H

BF

BE

BD

BC

BB

BA

B9

B8

IP

B8H

B7

B6

B5

B4

B3

B2

B1

B0

P3

P3.7

P3.6

P3.5

P3.4

P3.3

P3.2

P3.1

P3.0

B0H

IE

A8H

A7

A6

A5

A4

A3

A2

A1

A0

P2

P2.7

P2.6

P2.5

P2.4

P2.3

P2.2

P2.1

P2.0

A0H

SBUF

99H

第20页，课件共82页，创作于2023年2月

四、外部RAM

可扩展64KB的外部RAM数据区第21页，课件共82页，创作于2023年2月1.3时钟、时钟电路、CPU定时1、时钟电路包括内部时钟和外部时钟第22页，课件共82页，创作于2023年2月2、复位电路包括上电复位和上电/开关复位3、复位状态（见教材P36表2－6）三、CPU时序状态周期：由2个振荡周期组成；机器周期：由6个状态周期组成；指令周期：由1～4个机器周期组成第23页，课件共82页，创作于2023年2月CPU时序图如下：第24页，课件共82页，创作于2023年2月第25页，课件共82页，创作于2023年2月1.4并行输入/输出接口

MCS－51有32根I/O线，组成4个8位的并行输入/输出接口，分别称为P0~P3口。其中P0、P2的第二功能组成地址/数据复用总线，P3口第二功能组成各种控制信号，这四个口可并行地输入/输出8位数据，也可按位使用。作I/O口使用时，该四个口称为准双向口。其中P0口的负载能力为8个TTL负载，其余为4个。一、P0口

它包括一个输出锁存器，两个三态缓冲器，一个输出驱动电路和一个输出控制电路。其中输出驱动电路由一对FET（场效应管）组成，其工作状态受输出控制电路的控制。具体结构图如下：第26页，课件共82页，创作于2023年2月二、P1口

P1口只有一种功能－－通用输入/输出接口。通用I/O接口有输出、输入、端口操作三种工作方式见教材P-61第27页，课件共82页，创作于2023年2月三、P2口四、P3口第28页，课件共82页，创作于2023年2月第二章MCS-51系列单片机的指令系统和汇编语言程序示例2-1单片机的指令格式和寻址方式一、MCS-51的指令格式

二、寻址方式MCS-51单片机有7种寻址方式，主要的有6种：1、立即方式

例：MOVA,#07MOVDPTR,#2000H2、直接方式例：MOVR0,30HANL40H,#0FH说明：立即数必须用‘＃’说明，以便与内部RAM区分。第29页，课件共82页，创作于2023年2月说明：直接寻址可以访问以下三种存储空间：

•

内部RAM128字节(8052内部RAM高128字节(80H~FFH)

只能用间址访问)；

•特殊功能寄存器（唯一的寻址方式）；

•221个位地址。3、寄存器寻址例：DECR2ANLA,R14、寄存器间址例：MOVA,@R0MOVX@DPTR,A说明：•寄存器间址规定用R0、R1寻址内部RAM00～FFH单元,

用R0、R1、DPTR寻址外部数据RAM；•寄存器间址用符号‘@’表示；第30页，课件共82页，创作于2023年2月5、基址加变址间接寻址－－用于查表例：MOVCA,@A+PCMOVCA,@A+DPTR6、相对寻址（7）位寻址2-2MCS-51单片机指令系统

重点掌握指令格式和合法的寻址方式，程序设计方法同8086。MCS-51的操作数形式可为：A－－累加器＃Data－－立即数Ri－－寄存器Direct－－直接寻址@Rj、@DPTR－－间接寻址第31页，课件共82页，创作于2023年2月一、数据传送指令（29条）

包括：以累加器为一方的传送指令(6条)、不以累加器为一方的传送指令(5条)、用立即数置数(5条)、访问外部RAM(4条)、访问程序ROM(2条)、交换指令(5条)、栈操作(条)。以累加器为一方的传送指令（6条）

第32页，课件共82页，创作于2023年2月不以累加器为一方的传送指令（5条）

用立即数置数（5条）

第33页，课件共82页，创作于2023年2月例1：设内部RAM(30H)=40H(40H)=10HP1

作输入口，输入的数据为0CAH

执行下列指令序列，结果＝？

MOVR0,#30HMOVA,@R0MOVR1,AMOVB,@R1MOV@R1,P1MOVP2,P1;R0=30H;A=40H;R1=40H;B=10H;(10H)=CAH;P2=CAH第34页，课件共82页，创作于2023年2月访问外部RAM（4条）

访问程序ROM（2条）

例2：设系统配有2KB外部RAM，设计一程序，将外部

RAM250单元内容送到650H单元。例3：累加器A的内容为0～9的BCD数，用查表法获得相应的七段字形码送P1口。设七段码表存于程序存储器2400H开始的区域。第35页，课件共82页，创作于2023年2月交换指令（5条）

栈操作（2条）

说明：1*

目的地址为A的指令均影响P标志；

2*

栈操作为字节操作(栈向上生成)。第36页，课件共82页，创作于2023年2月二、算术运算指令（24条）第37页，课件共82页，创作于2023年2月说明：对标志位的影响见教材P96表3－3第38页，课件共82页，创作于2023年2月例4：试将两个双字节数5E3AH和36DBH相加后，

存于外部RAM2030H和2031H单元（低位在前，

高位在后）。例5：将累加器A中的二进制数转换为3位BCD数存

于30H、31H、32H（百、十、个位）。例6：双字节BCD数相加。设被加数存于内部

RAM40H和41H单元，加数存于50H和51H单元

(低位在前)，求其十进制和存于40H和41H单元。第39页，课件共82页，创作于2023年2月三、逻辑运算指令（24条）1、双操作数逻辑指令（18条）

第40页，课件共82页，创作于2023年2月2、单操作数逻辑指令（6条）

第41页，课件共82页，创作于2023年2月例7：拆字。将外部RAM2300H单元的BCD码的

十位和个位拆开后，由高到低分别存于2300H

和2301H单元。例8：拼字。设2位用ASCII表示的十进制数分别

存于内部40H和41H单元中，将它们转换成2位

BCD码并以压缩形式存于41H单元。例9：判断累加器A中的值是否为0DH.第42页，课件共82页，创作于2023年2月四、控制转移类指令1、无条件转移指令（4条）

说明：1、LJMP指令中，由于地址码为16位,故转移范围为216＝64KB;2、AJMP指令中，由于地址码为11位,故转移范围为211＝2KB;3、SJMP指令中的rel为相对偏移量，是一个8位带符号数，位移量为－128～＋127（针对当前PC）。第43页，课件共82页，创作于2023年2月2、条件转移指令（8条）

3、调用和返回（5条）

第44页，课件共82页，创作于2023年2月例10：当P1口输入为43H时，程序往下执行，否

则等待。例11：设有100个有符号数，连续存放在以2000H

为首址的外部RAM区，试编程统计其中正数、

负数、零的个数存于内部RAM30H~32H单元中。例12：初始SP＝30H,子程序SUB1入口为2500H,

PC=3000H。

执行指令

3000H：LCALLSUB1后，

SP=?(SP)=?PC=?若将LCALL改为ACALL,结果如何？第45页，课件共82页，创作于2023年2月五、位操作指令第46页，课件共82页，创作于2023年2月说明：位地址表示方式可为：•直接位地址加如：SETB7FH;•字节地址加位号如：SEYB2F.7H•位寄存器名如：SETBTR0•位寻址寄存器加位号如：CLRTCON.5例13：在P1.7引脚上输出一个正脉冲，要求脉宽为200US。（设fosc=6MHz）第47页，课件共82页，创作于2023年2月第三章输入输出、中断、定时与串行通信3.1MCS-51中断系统MCS-51不同型号的单片机的中断源的数量是不同的。但最典型的8051子系统提供5个中断源、两个优先级。中断处理程序可实现两级嵌套,因而具有较强的中断处理能力。MCS-51中断系统结构示意图如下页所示：第48页，课件共82页，创作于2023年2月第49页，课件共82页，创作于2023年2月一、MSC-51中断源中断源外部中断0:INT0定时器0:T0外部中断1:

INT1定时器1:

T1串口中断:优先级(同级)

高低入口0003H000BH0013H001BH023H与中断有关的特殊功能寄存器控制

TCON－－定时器控制寄存器（88H）格式：D7D6D5D4D3D2D1D0TF1TF0

IE1IT1IE0IT0其中IT0、IT1：外部中断的触发方式0：电平1：边沿

IE0、IE1：外部中断的0、1的中断标志

TF0、TF1：定时器0、1的溢出标志第50页，课件共82页，创作于2023年2月二、中断控制1、中断的开放与禁止－－IE（A8H）格式：D7D6D5D4D3D2D1D0EAET2ESET1EX1ET0EX02、中断优先级控制－－IP（B8H）格式：D7D6D5D4D3D2D1D0PT2PSPT1PX1PT0PX01:高优先级0：低优先级1:允许0：禁止SCON－－串口控制寄存器（98H）格式：D7D6D5D4D3D2D1D0TIRI第51页，课件共82页，创作于2023年2月三、中断响应下列三种情况都不存在，则响应中断。三种情况为：1、CPU正在处理同级或更高级别的中断；2、现行的周期不是指令的最后一个机器周期；3、正在执行的指令是RETI或是访问IP、IE指令。CPU响应中断后，转入相应的中断入口。四、中断请求的撤除

CPU响应中断后，在中断返回前，必须撤除请求，否则会错误地再次引起中断五、中断程序举例

例1：若规定外部中断0为电平触发，高优先级，编写初始化程序。

例2：若规定外部中断1为边沿触发方式，低优先级，在中断服务程序中将寄存器B中的内容左移一位。B的内容初始为01，编写初始化及中断服务程序程序。第52页，课件共82页，创作于2023年2月3.2定时器/计数器一、主要特征1、有两个十六位的可编程的定时器/计数器（0、1），可由程序选择作为定时器或计数器，定时时间或计数值也可由程序设定；2、每个定时器/计数器都有四种工作方式，可由程序选择；3、任一定时器/计数器在定时时间到或计数到时，可由程序安排产生中断或不产生中断信号；4、52子系列有3个可编程定时器/计数器，增加了定时器/计数器2，定时器/计数器2有3种工作方式，可由程序选择。第53页，课件共82页，创作于2023年2月二、定时器/计数器（0、1）的结构1、内部结构第54页，课件共82页，创作于2023年2月2、工作原理3、定时器/计数器的方式和控制寄存器1）、方式寄存器－－TMOD格式：其中M1M0：工作方式选择

00：方式0，十三位定时器/计数器

01：方式1，十六位定时器/计数器

10：方式2，自动再装入的8位定时器/计数器

11：方式3，T0分为两个8位定时器/计数器C/T：计数/定时选择GATR：门控信号第55页，课件共82页，创作于2023年2月2）、控制寄存器－－TCON格式：其中IT1IT0：外部中断1、0的触发方式

IE1IE0：外部中断1、0的触发方式

TF1TF0：定时器1、0的溢出标志

上述几位用于中断控制

TR1：定时器T1的运行控制位TR0：定时器T1的运行控制位第56页，课件共82页，创作于2023年2月三、定时器/计数器（0、1）的工作方式1、方式0----13位定时器/计数器

当M1M0两位为00时，定时/计数器被选为工作方式0，其逻辑结构如下图所示：方式0计数初值计算的公式为：X=213-a例1：计数器1方式0计数2000个数。X的值为0～8191，计数范围为1～8192第57页，课件共82页，创作于2023年2月2、方式1----16位定时器/计数器

当M1M0两位为01时，定时/计数器被选为工作方式1，其逻辑结构如下图所示：方式1计数初值计算的公式为：X=216-a例2：计数器0方式1定时20ms,允许中断(设fosc=6MHz)。X的值为0～65535，计数范围为1～65536第58页，课件共82页，创作于2023年2月2、方式2----8位自动再装入定时器/计数器

当M1M0两位为10时，定时/计数器被选为工作方式2，其逻辑结构如下图所示：方式2计数初值计算的公式为：X=28-a例3：计数器0方式2计数100。X的值为0～255，计数范围为1～256第59页，课件共82页，创作于2023年2月2、方式3----T0分为2个8位定时器/计数器

当

M1M0两位为11时，定时/计数器0被选为工作方式2，其逻辑结构如下图所示：第60页，课件共82页，创作于2023年2月四、定时器/计数器（0、1）的应用例4：选择T1方式1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500µs取反一次即可得到1ms方波，因而T1的定时时间为500µs。

初值为a：（216－a）×2×10－6s=500×10－6sa＝216－(500×10－6÷2×10－6)=65285=FF50H例5：选择T0方式1用于定时，每隔1秒钟使累加器A的内容左移一位，从P1口输出，晶振fosc=6MHZ。第61页，课件共82页，创作于2023年2月3.3

串行输入/输出接口

计算机与外界的信息交换称为通信，基本的通信方式有两种：并行通信和串行通信一、串行通信的一般概念1、数据传送方向第62页，课件共82页，创作于2023年2月

在串行通信中按照同一时刻数据流的方向分为三种基本传送形式，即：单工传送半双工传送全双工传送----仅能进行一个方向传送----能交替进行两个方向传送，不能同时进行----能在两个方向同时进行传送

如：如：单工传送半双工传送全双工传送如：第63页，课件共82页，创作于2023年2月2、通信格式二、MCS－51串行接口的功能与结构1、功能

（见教材P-65）2、结构与组成MSC-51的串口由发送器、发送控制电路、接收器、接收控制电路及特殊功能寄存器SCON、PCON组成

方便地实现单机、多机通信；

具有4种工作方式－－即移位寄存器（方式0）和通信（方

式1、2、3）MCS－51串行口的原理结构如下所示：串行通信按信息格式的约定分为两种：异步通信方式同步通信方式第64页，课件共82页，创作于2023年2月第65页，课件共82页，创作于2023年2月3、串行接口的特殊功能寄存器－SCON、PCON

串口控制寄存器－SCON格式(地址为98H)：SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRID7D6D5D4D3D2D1D0复位时(SCON)=0，可用MOVSCON,#XX进行初始化其中

SM0SM1：工作方式选择

00：方式0，移位寄存器方式

01：方式1，8位UART

10：方式2，9位UART

01：方式3，9位UART

SM2：多机通信控制位

REN：接受允许

TB8、RB8：发送、接收的第九位数据

TI、RI

：发送、接收中断标志第66页，课件共82页，创作于2023年2月

电源控制寄存器－PCON格式(地址为97H)：SMODD7D6D5D4D3D2D1D0SMOD:波特率系数控制位SMOD=1波特率加倍三、MCS-51串口的工作方式1、方式0－－移位寄存器方式作I/O扩展口，波特率为fosc/12方式0输出：与CD4094连接的电路为：第67页，课件共82页，创作于2023年2月方式0输入：与CD4014连接的电路为：2、方式1－－8位异步通信接口波特率为（2SMOD/32

）×T1溢出率3、方式2、3－－9位异步通信口

方式2波特率固定为:（2SMOD/64）×fosc

方式3波特率可变为:（2SMOD/32）×T1溢出率第68页，课件共82页，创作于2023年2月举例：方式2发送中断服务程序如下：

SEND： PUSH PSW PUSH A CLR TI MOV A，@R0 MOV C,P MOV TB8,C MOV SBUF,A INC R0 POP A POP PSW RETI;保护现场;清除发送中断标志;A取一个数;TB8P;数据发送;修改指针;恢复现场;中断返回第69页，课件共82页，创作于2023年2月例：方式2接收服务程序如下：

REVE: PUSH PSWPUSH A

CLRRI MOV A,SBUF MOV C,P JNC L1 JNB RB8,ERR SJMP L2L1: JB RB8,ERRL2: MOV @R0,A INC R0 POP A POP PSW RETI;保护现场;清除接收中断标志;A接收一个数;P=0？是，转L1;P=1，RB8=0，出错;P=0，RB8=1，出错;正确,将数据存入内存;修改指针;恢复现场;中断返回第70页，课件共82页，创作于2023年2月四、波特率设定五、应用举例例：某系统要求以串行方式1传送,波特率为2400bps,试编写初始化程序（设fosc=11.0592MHz）例1：设计一个发送程序，8031串口工作在方式2，要求将内部50H~5FH的数据快从串口输出，TB8作奇偶校验位。例2：设计一个程序，8031串口以方式3接收16个数据，存于以50H为首址的内部RAM中。设波特率为1200bps

（fosc=6MHz）第71页，课件共82页，创作于2023年2月第四章MCS－51系列单片机的扩展

本章重点介绍单片机系统的硬件扩展方法及硬件的应用。

系统扩展扩展一般有下列几方面的内容：*

外部程序存储器的扩展－－ROM/EPROM/EEPR