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单片机原理及应用总结
单片机原理及应用
第1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16位定时/计数器;
●1个全双工异步串行口;
●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/
:
地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚;
●
/VPP:
内外存储器选择引脚/片内EPROM编程电压输入引脚;
●
:
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,地址范围是00H~FFH。
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个时钟周期。
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。
P0~P3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:
●P0~P3=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些地址被固定地用作特定的入口地址:
Ø0000H:
单片机复位后的入口地址;
Ø0003H:
外部中断0的中断服务程序入口地址;
Ø000BH:
定时/计数器0溢出中断服务程序入口地址;
Ø0013H:
外部中断1的中断服务程序入口地址;
Ø001BH:
定时/计数器1溢出中断服务程序入口地址;
Ø0023H:
串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00H~7FH。
增强型单片机片内除地址范围为00H~7FH的128BRAM外,又增加了80H~FFH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0000H~FFFFH。
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0000H~007FH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00H~1FH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00H~07H;
●寄存器1组:
地址08H~0FH;
●寄存器2组:
地址10H~17H;
●寄存器3组:
地址18H~1FH。
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20H~2FH共16个字节是位寻址区。
其128位的地址范围是00H~7FH。
c.通用RAM区
位寻址区之后的30H~7FH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30H~7FH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.程序状态字寄存器PSW,8位。
含义如下:
ØCY:
进位、借位标志。
有进位、借位时CY=1,否则CY=0;
ØAC:
辅助进位、借位标志
ØF0:
用户标志位,由用户自己定义
ØRS1、RS0:
当前工作寄存器组选择位
ØOV:
溢出标志位。
有溢出时OV=1,否则0V=0
ØP:
奇偶标志位。
存于ACC中的运算结果有奇数个“1”时P=1,否则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。
●P0用作地址/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(串行口输入);
●P3.1:
TXD(串行口输出);
●P3.2:
(外部中断0输入);
●P3.3:
(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:
(片外数据存储器“写”选通控制输出);
●P3.7:
(片外数据存储器“读”选通控制输出)。
第三章80C51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
序号
寻址方式
寄存器或存储空间
1
基本方式
寄存器寻址
寄存器R0~R7,A、AB、DPTR和C(布尔累加器)
2
直接寻址
片内RAM低128字节、SFR
3
寄存器间接寻址
片内RAM(@R0,@R1,SP)
片外RAM(@R0,@R1,@DPTR)
4
立即寻址
ROM
5
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RAM20H~2FH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
1
ROM查表
MOVCA,@A+DPTR
93H
2
2
MOVCA,@A+PC
83H
2
3
读片外RAM
MOVXA,@DPTR
E0H
2
4
MOVXA,@Ri
E2H(~E3H)
2
5
写片外RAM
MOVX@DPTR,A
F0H
2
6
MOVX@Ri,A
F2H(~F3H)
2
7
堆栈操作
PUSHdirect
C0H
2
direct
8
POPdirect
D0H
2
direct
●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07H。
SP的值越小,堆栈深度越深。
PUSHdirect:
POPdirect:
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
ANLdirect,A
2
ANLdirect,#data
3
ANLA,Rn
4
ANLA,direct
5
ANLA,@Ri
6
ANLA,#data
前两条把源操作数与直接地址指示内容相与;
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
ORLdirect,A
2
ORLdirect,#data
3
ORLA,Rn
4
ORLA,direct
5
ORLA,@Ri
6
ORLA,#data
逻辑异或:
编号
指令分类
指令
1
逻辑异或
XRLdirect,A
2
XRLdirect,#data
3
XRLA,Rn
4
XRLA,direct
5
XRLA,@Ri
6
XRLA,#data
累加器清0和取反
CLR
A
清0
CPL
A
取反
累加器循环移位
RR
右移
RRC
RL
左移
RLC
4.控制转移类指令
短跳转:
AJMP;长跳转:
LJMP;相对跳转:
SJMP。
由于LJMP指令提供的是16位地址,因此程序可以转向64KB的程序存储器地址空间的任何单元。
累加器判0转移:
JZrel:
(A)=0,则
;
JNZrel:
(A)
比较不相等转移(目的字节与源字节不相等则转移):
CJNEA,direct,rel
减1不为0转移:
DJNZ
Rn,rel
DJNZ
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00H~05H。
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:
ORG1000H
START:
MOVDPTR,#2000H
MOVA,20H
MOVCA,@A+DPTR
MOV21H,A
SJMP$
ORG2000H
TABLE:
DB00,01,04,09,16,25
END
2.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00H位中,实现此功能的程序段如下:
MOVR0,#50H;被加数的
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