单片机应用技术2.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单片机应用技术,*,第一篇 入门篇 项目二,E-mail:hsc424,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,数控技术,*,CPU,CPU,是单片机的核心，它由运算器和控制器组成。运算器以,ALU,位核心，用于完成二进制的算术和逻辑运算。控制器是,CPU,的中枢，功能是在时钟信号的同步作用下对指令进行译码，使单片机系统的各功能部件按时序有序工作,。,存储器相关知识,（,1,）存储器分类,按所处位置分：外部存储器和内部存储器,按读,/,写方式分：只读存储器（,ROM,）和读,/,写存储器,(RAM),（,2,）存储单位,位,(bit),计算机中最小的存储器单位。即,1,位二进制数据。,0,或者,1,字节,(Byte),一个连续的,8,位二进制数码称一个字节。即,1 Byte=8 bit,（,3,）存储器主要参数,存储容量 表示存储二进制数据量的多少。通常用,Q,表,读写周期 表示存储速度快慢的物理量。在单片机中读出,/,写入,1,个字节的周期约为,100,300ns,。,单元：用于存储数据的场所称为单元。,地址：用于存储单元的编号称为地址。,单元和地址是一一对应的。即一个单元必须有一个地址和它对应。于是,Q=2,n,项目二 制作,MCS-51,单片机的最小系统,2026/3/4 周三,1,单片机应用技术,时钟电路,CPU,ROM,RAM,T0 T1,中断系统,串行接口,并行接口,P0 P1 P2 P3,TXD RXD,INT0 INT1,定时计数器,结构框图,中央处理器,CPU,：,8,位，运算和控制功能,内部,RAM,：,共,256,个,RAM,单元，用户使用前,128,个单元，用于存放可读写数据，后,128,个单元被专用寄存器占用。,内部,ROM,：,4KB,掩膜,ROM,，,用于存放程序、原始数据和表格。,定时,/,计数器：,两个,16,位的定时,/,计数器，实现定时或计数功能。,并行,I/O,口：,4,个,8,位的,I/O,口,P0,、,P1,、,P2,、,P3,。,串行口：,一个全双工串行口。,中断控制系统：,5,个中断源（外部中断,2,个，定时,/,计数中断,2,个，串行中断,1,个）,时钟电路：,可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率,6MHZ,和,12MHZ,认知,1,了解,MCS-51,单片机的内部结构,任务一 认识,MCS-51,系列芯片,2026/3/4 周三,2,单片机应用技术,任务一 认识,MCS-51,系列芯片,由单片机的内部结构可知,MCS-51,单片机主要由以下几部分组成：,中央处理器（,CPU,）,振荡电路,内部总线,程序存储器和数据存储器,定时器,/,计数器,I/O,口,串行口,中断系统,2026/3/4 周三,3,单片机应用技术,P3,口线的第二功能,VCC,VSS,XTAL2XTAL1,RST,P0.0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7,P1.0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7,P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0,ALE,P3.0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7,2,、振荡电路：,XTAL1,、,XTAL2,3,、复位引脚：,RST,4,、并行口：,P0,、,P1,、,P2,、,P3,7,、,ALE,：,地址锁存控制信号,1,、电源线：,VCC(+5V)、VSS(,地,),EA,PSEN,5,、,EA,：,访问程序存储控制信号,6,、,PSEN,：,外部,ROM,读选通信号,RXD/TXD/INT0/INT1/T0/T1/WR/RD/,1234567891011121314151617181920,4039383736353433323130292827262524242221,8031,8051,8751,89C51,认知,2 51,系列单片机,CPU,芯片引脚,任务一 认识,MCS-51,系列芯片,2026/3/4 周三,4,单片机应用技术,认知,2 51,系列单片机,CPU,芯片引脚,MCS-51,的,PLCC,封装类型引脚图,2026/3/4 周三,5,单片机应用技术,认知,2 51,系列单片机,CPU,芯片引脚,RST,Vp,(9,脚,),：,RST,是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持两个机器周期,(24,个时钟振荡周期,),的高电平时，就可以完成复位操作。,RST,引脚的第二功能是,Vp,，即备用电源。,ALE,PROG,(30,脚,),：地址锁存允许信号端。当,8051,上电正常工作后，,ALE,引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率,fosc,的,l,6,。此引脚的第二功能,PROG,是对片内带有可编程的,ROM,的单片机编程写入,(,固化程序,),时，作为编程脉冲的输入端。,PSEN,(29,脚,),：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。,CPU,在从外部,ROM,取指期间，,PSEN,信号在每个机器周期,(12,个时钟周期,),中两次有效。,EA,VPP,（,3l,脚,),：外部程序存储器地址允许输入端,/,固化编程电压输入端。当,EA,引脚接高电平时，,CPU,先访问片内程序存储器并执行内部程序存储器中的指令，然后再访问外部,ROM,的内容。输入信号,EA,引脚接低电平,(,接地,),时，,CPU,只访问外部外部,ROM,并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。,51,系列单片机控制引脚,功能,2026/3/4 周三,6,单片机应用技术,MCS-51,单片机,P3,口的第二功能,RD(,片外数据存储器读选通控制输出,),P3.7,!WR(,片外数据存储器写选通控制输出,),P3.6,T1(,定时器,1,的外部输入,),P3.5,T0(,定时器,0,的外部输入,),P3.4,INT1(,外部中断,1,输入,),P3.3,INT0(,外部中断,0,输入,),P3.2,TXD(,串行口输出,),P3.1,RXD(,串行口输入,),P3.0,第二功能,引脚,认知,2 51,系列单片机,CPU,芯片引脚,2026/3/4 周三,7,单片机应用技术,任务二 掌握,MCS-51,单片机的内部存储器,MCS-51,单片机的存储器有两大类。即所谓,RAM,和,ROM,两类，详细如下图示,2026/3/4 周三,8,单片机应用技术,（,1,）程序存储器,程序,存储器,内部,外部,0000H,0FFFH,(4K),0000H,FFFFH,(64K),0000H,0FFFH,(4K),0000H,0001H,0002H,(PC),0000H,是程序执行的起始单元,在这三个单元存放一条无条件转移指令,中断,5,中断,4,中断,3,中断,2,中断,1,0003H,000BH,0013H,001BH,0023H,002BH,外部中断,0,定时器,0,中断,外部中断,1,定时器,1,中断,串行口中断,8,位,0FFFH,0FFEH,EA=1 EA=0,程序,存储器资源分布,中断入口地址,认知,1,了解,MCS-51,单片机的存储器结构及地址空间,2026/3/4 周三,9,单片机应用技术,0000H,：,系统的启动单元（系统复位后，单片机从此处开始取指令开始执行）,0003H,：,外部中断,0,入口地址,000BH,：,定时器,/,计数器,0,中断入口地址,0013H,：,外部中断,1,入口地址,001BH,：,定时器,/,计数器,1,中断入口地址,0023H,：,串行中断入口地址,程序存储器空间的,6,个特殊功能区域,认知,1,了解,MCS-51,单片机的存储器结构及地址空间,2026/3/4 周三,10,单片机应用技术,认知,1,了解,MCS-51,单片机的存储器结构及地址空间,8051,的内部,RAM,共有,256,个单元，通常把这,256,个单元按其功能划分为两部分：低,128,单元（单元地址,00H,7FH,）和高,128,单元（单元地址,80H,FFH,）。如下表所示为低,128,单元的配置图。,30H 7FH,数据缓冲区,20H 2FH,位寻址区（,00H7FH,）,18H 1FH,工作寄存器,3,区（,R7R0,）,10H 17H,工作寄存器,2,区（,R7R0,）,08H 0FH,工作寄存器,1,区（,R7R0,）,00H 07H,工作寄存器,0,区（,R7R0,）,（,1,）数据存储器,2026/3/4 周三,11,单片机应用技术,MCS-51,单片机的内部数据存储器有以下几个部分：,1,、,工作寄存器区（,00H1FH,）,2,、,位寻址区（,20H2FH,）,该区域的,16,个字节单元可以用于位寻址,(,共,128,个位单元，位地址为：,00H7FH),；,另外也可以作为一般的,RAM,使用。,3,、用户区（,30H7FH,）,该区域的,80,个字节单元，主要用于用户的数据存储，在该区域的单元只能以地址单元的形式进行操作。,128B,的片内数据存储器（,00H-7FH,）一般称用户,RAM,区,认知,1,了解,MCS-51,单片机的存储器结构及地址空间,2026/3/4 周三,12,单片机应用技术,0000H,FFFFH,(64K),内部,外部,片内数据存储器,SRAM,数据,存储器,00H,FFH,7FH,80H,(,高,128B),(,低,128B),RAM,专用寄存器,00H,07H,08H,0FH,10H,17H,18H,1FH,0,区,R0,R7,R0,R7,R0,R7,R0,R7,1,区,2,区,3,区,工作寄存器区,可位寻址区,20H,2FH,7F 78,07 00,30H,7FH,数据缓冲区,/,堆栈区,内部,RAM,存储器,1 1,第,3,区,18H1FH,0 1,第,1,区,08H0FH,RS1 RS0,寄存器区,片内,RAM,地址,0 0,第,0,区,00H07H,1 0,第,2,区,10H17H,工作寄存器区,选择位,RS0,、,RS1,PSW,位地址,CY,AC,F0,RS1,RS0,OV,F1,P,认知,1,了解,MCS-51,单片机的存储器结构及地址空间,2026/3/4 周三,13,单片机应用技术,注意,:,一个单元地址对应有,8,个位地址,MSB,（最高有效位）,LSB,（最低有效位）,单元地址,2FH,2EH,2DH,2CH,2BH,2AH,29H,28H,27H,26H,25H,24H,23H,22H,21H,20H,7F,77,6F,67,5F,57,4F,47,3F,37,2F,27,1F,17,0F,07,MSB,位地址,LSB,7E,76,6E,66,5E,56,4E,46,3E,36,2E,26,1E,16,0E,06,7D,75,6D,65,5D,55,4D,45,3D,35,2D,25,1D,15,0D,05,7C,74,6C,64,5C,54,4C,44,3C,34,2C,24,1C,14,0C,04,7B,73,6B,63,5B,53,4B,43,3B,33,2B,23,1B,13,0B,03,7A,72,6A,62,5A,52,4A,42,3A,32,2A,22,1A,12,0A,02,79,71,69,61,59,51,49,41,39,31,29,21,19,11,09,01,78,70,68,60,58,50,48,40,38,30,28,20,18,10,08,00,RAM,位寻址区位地址表,认知,1,了解,MCS-51,单片机的存储器结构及地址空间,2026/3/4 周三,14,单片机应用技术,内部,RAM,的,00H-1FH,分为,4,个区（由,RS0,和,RS1,的,状态决定当前的工作寄存器组别）,，每个区有,8,个单元，分别用,R0,-,R7,来表示。,第,0,组工作寄存器：地址范围为,00H-07H,；,第,1,组工作寄存器：地址范围为,08H-0FH,；,第,2,组工作寄存器：地址范围为,10H-17H,；,第,3组工作寄存器：地址范围为,18H-1FH,。,举例：,如果,RS0,：,RS1=00,时；则,(R0)=00H(,使用第,0,组）,如果,RS0,：,RS1=01,时；则,(R0)=08H(,使用第,1,组）,如果,RS0,：,RS1=10,时；则,(R0)=10H(,使用第,2,组）,如果,RS0,：,RS1=11,时；则,(R0)=18H(,使用第,3,组）,工作寄存器区（,00H1FH,）,认知,1,了解,MCS-51,单片机的存储器结构及地址空间,2026/3/4 周三,15,单片机应用技术,认知,2,特殊功能寄存器简介,单片机内部,RAM,高,128,单元是供给专用寄存器使用的，因此称之为专用寄存器区（也称为特殊功能寄存器区（,SFR,）区），单元地址为,80H0FFH,。,有,22,个具有特殊功能的寄存器，它主要是用来存放单片机的相应功能部件的控制命令、状态或数据。其中常用的有以下几个：,累加器,ACC,（累加器，,8,位）：特殊用途的寄存器，专门存放操作数或运算结果。,例如：,MOV A,，,30H,（把,30H,单元的数据传送给,A,）,ADD A,，,30H,（,30H,的数据和,A,的内容相加，并保存在,A,中）,寄存器,B,（,8,位）：专门为乘除法而设置的寄存器。,例如：,MUL A,，,B,；,A,和,B,相乘，结果的高低字节分别放入,A,和,B,中,DIV A,，,B,；（,A,）,/,（,B,），商存,A,，余数存,B,2026/3/4 周三,16,单片机应用技术,离散分布有,21,个特殊功能寄存器,SFR,。,(,Specific Function register,）,11,个可以进行位寻址。,特别提示：对,SFR,只能使用直接寻址方式，书写时可使用寄存器符号，也可用寄存器单元地址。,认知,2,特殊功能寄存器简介,2026/3/4 周三,17,单片机应用技术,CY,（,C,）,：,进位和借位标志，当指令执行中有进位和借位产生时，,CY,为,1,，反之为,0,。,AC,：,辅助进位、借位标志（低半字节对高半字节的进位和借位），有进位和借位产生时，,AC,为,1,，反之为,0,。,F0,:,用户标志位，由用户自定义。,RS1,和,RS0,：,工作寄存器选择标志位。,OV,：,溢出标志位。,P,：,奇偶校验位，当,A,中,1,的个数为偶数时,P=0,，,反之为,1,。,位序,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,位,标志,CY,AC,F0,RS1,RS0,OV,/,P,PSW,（,程序状态字，,8,位）：存放指令执行后的有关状态,认知,2,特殊功能寄存器简介,2026/3/4 周三,18,单片机应用技术,DPTR,(,数据地址指针，,16,位）,:,存放程序存储器的地址或外部数据存储器的地址。可分,DPH,和,DPL,两个独立,8,位寄存器使用。,PC,（,程序地址寄存器，,16,位）：执行指令后自动加一，常将,PC,值设置成程序第一条指令的内存地址。,访问范围：,0000-0FFFFH,。、,SP,（堆栈指针，,8,位）：专门存放堆栈的栈顶位置。遵循,“,先进后出,”,的原则。注意：禁止用传送指令存放数据。,认知,2,特殊功能寄存器简介,2026/3/4 周三,19,单片机应用技术,认知,2,特殊功能寄存器简介,标准,51,系列单片机的内部,RAM,堆栈,堆栈,是在,RAM,区中划定的一个区域，它是一种数据结构，是只允许一段进出的一段存储空间。对该区域,RAM,单元的读写操作必须遵守特定的顺序。比如先入先出，或先入后出原则。,堆栈的作用,主要保护现场和断点地址。具体使用在子程序的调用过程中或作为特殊的数据交换区。,堆栈的设置,栈顶的位置由,SP,（,堆栈指针）寄存器指示。,复位时,SP,的初值为,07H,，,在系统初始化时可以根据用户的需要重新设置。,标准,8051,的堆栈一般设在,30H7FH,的高端区域内。,2026/3/4 周三,20,单片机应用技术,X,Y,Z,65H,64H,63H,62H,61H,栈底,60H,59H,内部,RAM,PUSH,PUSH,PUSH,X,Y,Z,入栈过程,65H,64H,63H,62H,61H,栈底,60H,59H,内部,RAM,X,Y,Z,出栈过程,先入后出,后入先出,POP Z,POP Y,POP X,认知,2,特殊功能寄存器简介,堆栈操作过程,2026/3/4 周三,21,单片机应用技术,认知,2,特殊功能寄存器简介,电源控制寄存器,PCON,PCON,为,8,位寄存器，主要用于控制单片机工作于低功耗方式。,MCS,51,系列单片机的低功耗方式有待机方式和掉电保护方式两种。待机方式和掉电保护方式都由专用寄存器,PCON,的有关位来控制。,PCON,寄存器不可位寻址，只能字节寻址。其各位名称及功能如下表,SMOD,：波特率倍增位，在串行通信中使用。,GF0,，,GF1,：通用标志位，供用户使用。,PD,：掉电保护位，（,PD,）,=1,，进入掉电保护方式。,IDL,：待机方式位，（,IDL,）,=1,，进入待机方式。,位,序,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,位符号,SMOD,GF1,GF0,PD,IDL,SMOD,：波特率倍增位，在串行通信中使用。,GF0,、,GF1,：通用标志位，供用户使用。,PD,：掉电保护位，（,PD,）,=1,，进入掉电保护方。,IDL,：待机方式位，（,IDL,）,=1,，进入待机方式。,2026/3/4 周三,22,单片机应用技术,MCS-51,有,4,组,8,位,I/O,口：,P0,、,P1,、,P2,和,P3,口，其中,P1,、,P2,和,P3,为准双向口，,P0,口则为双向三态输入输出口。,双向三态输入输出端口。,功能：,低,8,位地址总线（,AB0-AB7,）数据总线（,DB0-DB7,）复用口。,作为通用,I/O,时，是一个漏极开路电路。需外接上拉电阻。,作为地址,/,数据总线使用时，不需处接上拉电阻。,使用：,字节地址,80H,，管脚,39,32,，可位寻址，,P0,可驱动,8,个,LSTTL,。,并行输入和输出端口,P0,任务三,掌握,MCS-51,单片机的输入,/,输出口的使用,2026/3/4 周三,23,单片机应用技术,并行输入和输出端口,P1,P1,口为,8,位准双向输入输出端口。,功能：,作为一般输出,/,输入口使用,使用：,字节地址为,90H,管脚,1,8,可位寻址，能驱动,4,个,LSTTL,电路,任务三,掌握,MCS-51,单片机的输入,/,输出口的使用,2026/3/4 周三,24,单片机应用技术,并行输入和输出端口,P2,P2,口作为通用,I/O,时，准双向输入输出端口。,功能：,P2,口作为高,8,位地址总线，,AB8-AB15,。,P2,口与,P0,一起构成单片机与外电路相连接的扩展端口。通常可以用来扩展存储器、及与其它总线型连接方式的外设。,使用：,字节地址为,A0H,，管脚,21,28,可位寻址，能驱动,4,个,LSTTL,电路,任务三,掌握,MCS-51,单片机的输入,/,输出口的使用,2026/3/4 周三,25,单片机应用技术,并行输入和输出端口,P3,P3,口作为通用,I/O,时，准双向输入输出端口。,功能：,一般,I/O,口，先定义后使用。,使用：,字节地址为,B0H,，管脚,10,17,可位寻址，能驱动,4,个,LSTTL,电路,通常情况下只要使用,P3,口，优先考虑是否是第二功能。,任务三,掌握,MCS-51,单片机的输入,/,输出口的使用,P3,口的第二功能,P3.0,串行输入口,(RXD),P3.1,串行输出口,(TXD),P3.2,外中断,0(INT0)P3.3,外中断,1(INT1),P3.4,定时,/,计数器,0,的外部输入口,(T0)P3.5,定时,/,计数器,1,的外部输入口T1)P3.6,外部数据存储器写选通,(WR)P3.7,外部数据存储器读选通,(RD),2026/3/4 周三,26,单片机应用技术,任务四,掌握,MCS-51,单片机外围电路构成及时序单位,单片机要想正常工作，仅仅有,CPU,是不行的，还需要一些外部电路作为支撑。系统才能工作。单片机工作的基本条件：包括电源、时钟信号以及复位电路的支持。三者缺一不可。,1,、电源,MCS-51,单片机的工作电压是,+5V,，电压过高或者过低，都会引起,CPU,不正常工作。,MCS-51,单片芯片,40,脚接电源正极，,20,脚接地。,2,、时钟信号,MCS-51,单片机执行指令是在时钟信号的控制下进行的，因此时钟信号是单片机工作的基础。,MCS-51,单片机内部具有一个时钟振荡电路，只需要外接振荡器，即可为各部分提供时钟信号。,典型的时钟电路,在电路中，电容通常取,30pF,，晶振的取值通常为：,1MHZ-33MHZ,（不同型号的单片机的上限频率可能有差别）。,2026/3/4 周三,27,单片机应用技术,单片机型号,最高时钟频率,8031,12MHz,8051,12MHz,8751,12MHz,AT89C2051,24MHz,AT89C51,33MHz,AT89C52,33MHz,AT89S53,24MHz,常用单片机的最高时钟频率,任务四,掌握,MCS-51,单片机外围电路构成及时序单位,2026/3/4 周三,28,单片机应用技术,3,、复位电路,单片机在重新启动时都需要复位，,MCS-51,系列单片机有一个复位引脚输入端,RST,，即第,9,脚。,MCS-51,系列的单片机复位方法为：在,RST,上加一个维持两个机器周期以上的高电平，则单片机被复位。,复位时单片机各部分将处于一个固定的状态,。,常用的,MCS-51,单片机复位电路,上电自动复位电路,手动复位电路,“,看门狗”复位电路,任务四,掌握,MCS-51,单片机外围电路构成及时序单位,2026/3/4 周三,29,单片机应用技术,寄存器,初始状态值,寄存器,初始状态值,PC,0000H,TMOD,00H,ACC,00H,TCON,00H,B,00H,TH0,00H,PSW,00H,TL0,00H,SP,07H,TH1,00H,DPTR,0000H,TL1,00H,P1,、,P2P3,、,P4,0FFH,SCON,00H,IP,XXX00000B,PCON,0XX00000B,IE,0XX00000B,SBUF,不定,复位后单片机各单元的初始状态,任务四,掌握,MCS-51,单片机外围电路构成及时序单位,2026/3/4 周三,30,单片机应用技术,1,、阻容上电自动复位电路,单片机复位条件,:,必须使,RST,引脚持续,10 ms,以上,高电平,(,外部时钟,12MHz),Va,这种电路利用电容上电压不能突变而是按指数规律上升或下降的特性,产生所需的复位脉冲,优点：使用最为普遍且成本低廉的复位电路,缺点：在电源出现瞬时跌落的情况下，将无法获得参数符合要求的复位脉冲或根本无法产生复位脉冲。,任务四,掌握,MCS-51,单片机外围电路构成及时序单位,2026/3/4 周三,31,单片机应用技术,2,、手动复位电路,在系统运行过程中，有时可能需要对系统进行复位，以避免对硬件经常加电或断电而造成的伤害，我们可以采用手动复位的方式。具体的电路如图所示。,按键复位是通过按压键使复位端经电阻与,VCC,接通得到短时的高电平。,任务四,掌握,MCS-51,单片机外围电路构成及时序单位,2026/3/4 周三,32,单片机应用技术,3,、“看门狗”复位电路,RST,MCS-51,R2,R1,MAX813L,PFI,MR,RESET,WDO,WDI,未稳压电源,P1.0,任务四,掌握,MCS-51,单片机外围电路构成及时序单位,2026/3/4 周三,33,单片机应用技术,时序定时单位,时钟周期,单片机在工作时，由内部振荡器产生或由外部直接输入的送到内部控制逻辑单元的时间信号的周期。其大小是时钟信号频率（,fosc,）,的倒数。,例如：时钟信号频率,fosc,为,6MHz,，,则时钟周期为,1/6us,。,状态周期,由,2,个时钟周期组成（,1,个状态周期,=2,个时钟周期）,机器周期,由,12,个时钟周期或,6,个状态周期组成（,1,个机器周期,=12,个时钟,例如：有一个单片机系统，它的,fosc,=12MHz,，,则时钟周期为,1/12us,，,状态周期为,1/6us,，,机器周期为,1us,。,任务四,掌握,MCS-51,单片机外围电路构成及时序单位,2026/3/4 周三,34,单片机应用技术,