單片機原理與應用-read

1、接口技術(單片機原理與應用),第一章 基礎知識,1.1 數(shù)字電子計算機1.2進位計數(shù)制 1.3 數(shù)制與碼制 1.4數(shù)字電路 1.5程序和軟件,1.1 數(shù)字電子計算機原理,計算機組成的4個基本要素-存儲器 Memory-運算器 Arithmetic-控制器 Controller-輸入輸出設備 Input/Output,計算機基本結構,運算器ALU,存儲器M,控制器 CU,輸入輸出I/O,,,

2、,,,,,,,BUS,圖1.,1.2進位計數(shù)制,Xb=bN-1 bN-2 … b1 b0 ; bi={0..1} ; 權 P=2,⑴ N位二進制數(shù) 1010…1100,Xb=bN-12N-1 + bN-22N-2 + … + b121 + b020 ;,Xb=∑ bi 2i ⑴,i=0,N-1,⑵N位十進制數(shù),Xd=dN-1 dN-2 … d

3、1 d0 ; di={0..9},Xd =…1234567890; P=10,Xd=dN-110N-1 + dN-210N-2 + … + d1101 + d0100 ;,Xd=∑ di10i ⑵,i=0,n-1,⑶N位十六進位制數(shù),Xh=hN-1 hN-2 … h1 h0 ; hi=0…9ABCDEF

4、 P=16,Xh=hN-116N-1 + dN-216N-2 + … + d1161 + d0160 ;,Xd=∑ hi16i ⑶,i=0,n-1,Xr=∑ ri Pi ; ri =0…P-1 ⑷,i=0,N-1,任意進制,不同進位制數(shù)的轉換,二進制→十進制 公式計算十進制→二進制 除2取余 十六進制→二進制 4位分割八進制→二進

5、制 3位分割純小數(shù)轉換 乘2取整,1.3數(shù)制與碼制(編碼),自然二進制碼8421碼2421碼5421碼無權碼(余3碼、 格雷碼）BCD碼 （2-10進制編碼）ASCII碼,1.3數(shù)制與碼制,原碼反碼補碼機器數(shù)浮點數(shù)、定點數(shù),1.4數(shù)字電路,*布爾代數(shù) (邏輯代數(shù)) 與、或、非基本運算，摩根定律*門電路-------------------組合邏輯

6、電路*門電路+觸發(fā)器--------時序邏輯電路 *數(shù)字部件 存儲器、寄存器、鎖存器、譯碼器、計數(shù)器 緩沖器… Memory Register latch encoder counter buffer,基本R-S觸發(fā)器,,,,,,,,,,,,,,,,,R,S,Q,Q,,,,,,,,,,,,1.5程序語言和軟件,計算機語言1.高級語言程序—面向問題 (人) 算法，數(shù)據(jù)庫

7、, 設計 VHDL Fortran， Visual C，C, C++， Java (面向目標) 2.匯編語言程序—面向機器 （機） Assemble language 匯編語言,1.5程序語言和軟件,系統(tǒng)程序、軟件應用程序、軟件,計算機基本工作原理,1. 周期性2. 取指令和執(zhí)行指令,取指令,執(zhí)行指令,,,,,第二章單片機原理2.1概述,單片機與嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)(微控制器)

8、Embedded Micro-controller面向檢測與控制對象,嵌入到應用系統(tǒng)中的計算機系統(tǒng)單片機 Single Chip Micro-computer是典型的嵌入式系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)的主要特點,嵌入式系統(tǒng)的主要特點： 1.實時性強、可靠性高、體積小、性價比好 2.高密度、 高速度、 低電壓 、低功耗,嵌入式系統(tǒng)的常用器件,單片機 (MCU)FPGA Field Programmable Gate

9、 Array    可現(xiàn)場編程門陣列 XILINXPLD Programmable Logic Device   可編程邏輯器件 CPLD，HCPLDDSP Digital Signal Processing/Processor      數(shù)字信號處理,MCU的兩種設計方式,1.哈佛結構(Harvard

10、),程序存儲器(ROM),數(shù)據(jù)存儲器(RAM),CPU,,,2.普林斯頓結構(Princeton),存儲器ROM存儲器RAM,CPU,,2.2 MCS-51單片機原理,2.2.1 51單片機結構(哈佛結構) 1. 封裝與引腳(Package & Pin) DIP Dual In-Line Pin 雙列直插式 TQFP Thin Quad Flat Pack   

11、;  薄型四方扁平封裝 PLCC Plastic Leaded Chip Carrier,51單片機DIP封裝和引腳分配,,P1.0 | P1.7 RST P3.0 | P3.7 XTAL2 XTAL1

12、 Vss,VccP0.0 |P0.7/EAALE/PSENP2.7 |P2.0,40 398 32 31 3017 2918 28

13、 21,,,,,,,,,,,,,,,,,,MCS-51系列基本型號,8031 無內部 ROM8051 內部4KB （PROM）掩膜技術8751 內部4KB （EPROM）可光擦除,51內部結構,ALU,控制器,ROM程序存儲器,RAM數(shù)據(jù)存儲器,P0P1P2P3,,,,,,,,,,CPU/MCU,,外部,內部總線,引腳功能,1.端口線 4個8位I/O端口, 驅動能力

14、 P0、P1、P2、P32.控制線 ALE、 /EA、/PSEN、RST XTAL1、XTAL23.電源線 Vcc 、Vss,P0端口內部結構,D QCP /Q,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Vcc,,,,,,,,,,,P0.X,,,,,,,地址/數(shù)據(jù),控制,讀鎖存器,讀引腳,MUX,內部總線,寫入,,T1,T2,時

15、鐘頻率的產生,1.內部振蕩電路,XTAL1XTAL2,,,,,,,,,,,,,,,,,,晶體,C1,C2,2.外部振蕩電路,XTAL1XTAL2,,,,,,,,,,,,外部時鐘源,,,復位電路,1.自動上電復位2.人工按鈕復位,Vcc RST Vss,,,,,,,,,+5V,C,R,,,,,,,,,,,,,,,,2.1.2 8051單片機CPU結構,1.控制器 MCU（IR、 OSC、I

16、ER等）2.運算器 ALU （加法器、布爾處理器）3.專用寄存器組SFR 8位：R0~R7，Acc，B，PSW，SP， IP，IE，SCON，P0~P3，TMOD…16位：PC，DPTR,程序狀態(tài)字PSW寄存器,d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0,Cy AC F0 RS1 RS0 OV .. P,,,,,,,,Cy:

17、 8位運算后, D7的進位,AC: 輔助進位, 8位運算后, D3的進位,,F0: 用戶標志位,RS1,RS0: 工作寄存器選擇 00,01,10,11,OV:運算溢出標志, OV= C7⊕C6,P: 奇偶校驗標志, P = a7⊕a6⊕… ⊕a0,堆棧的概念,堆棧是訪問地址有序的存儲器,堆棧指針 SP，總是指向棧頂,,,,,,,,SP,棧底,7FH。。。01H00H,,增加型 數(shù)據(jù)入棧 SP=SP+1,減少型 數(shù)

18、據(jù)入棧 SP=SP-1,有兩種形式：地址增加型和地址減少型,2.1.3存儲器地址分配,4個物理地址空間：1.內部程序ROM(0000H-0FFFH/16位地址)2.內部數(shù)據(jù)RAM(00H-0FFH/8位地址)3.外部程序ROM(16位地址)，4.外部數(shù)據(jù)RAM(16位地址),存儲器地址分配,,3個邏輯地址空間:,1. 程序存儲器ROM(0000H-0FFFFH),2.內部數(shù)據(jù)RAM(00H-0FFH),3.外部數(shù)據(jù)RAM(00

19、00H-0FFFFH),程序存儲器地址分配,,0000H,0FFFH,1000H,0FFFFH,,/EA=1,外部,內部,,0000H,0FFFFH,/EA=0,外部,,,,數(shù)據(jù)存儲器地址分配,,,00H,1FH,SFR,外部RAM,內部RAM,,,,,,20H~2FH,30H,7FH,位尋址區(qū),工作寄存器區(qū) R0~R7,4組,,80H,0FFH,0FFFFH,0000H,51CPU工作時序,1.時鐘周期 T

20、T=1/fOSC2.機器周期 M M=12T 3.狀態(tài)周期 S Si=2T ，i=1~64.指令周期 I I= (1、2或4) M,讀外部ROM指令時序圖,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,ALE,,,,,,,,,,,,,,PSEN,,S1 S2 S3 S4 S5 S6,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

21、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,P2,P0,,,,,,,,,,,,,,,,,,A7-A0,A15 ------ A8,12,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,指令,A7-A0,數(shù)據(jù),S1,,,A15 ------ A8,,,,,,,,A7 ------ A0,,,,,,,,,A7 ------ A0,外接鎖存器,,,,,P1 P2,51單片機最小系統(tǒng)

22、,,P0,,,,,,,,,,,,,,,,,,C1,C2,,,,,,,,,,+5V,C,R,,,,,,,,,,,,,,,,XTAL1,XTAL2,VCC,VSS,,,,,,,,P1,P2,P3,RST,外設,51單片機擴展系統(tǒng),P0,,G,ALE,D7~D0,PSEN,,,,,P1,P2,最小系統(tǒng),地址鎖存器,A7~A0,,WR,A15~A8,,,,Vcc,EA,,,,,,,,,RD,,,,,,,DBus,CBus

23、,ABus,外部存儲器或I/O,第三章 51指令系統(tǒng),3.1指令的表示形式指令的周期和長度指令的構成 操作碼 + [操作數(shù)]操作碼的助記符表示保留標識符和用戶標識符,3.2 七種尋址方式,1.立即尋址 MOV R0 , #0F0H 2.直接尋址 MOV 40H , 30H 3.寄存器尋址 MOV A , R7 4.寄存器間接尋址

24、 MOV A , @R0 5.變址尋址 MOVC A , @A+PC 6.相對尋址 SJMP rel 7.位尋址 MOV C , 20H,3.3 五類操作功能,數(shù)據(jù)傳送類 MOV、MOVX、MOVC算術運算類 ADD、SUB、MUL、DIV邏輯運算類 ANL、ORL 、CPL、RL控制轉移類 SJMP、LJMP、JC、LCALL位操

25、作類 SETB bit、ANL C，bit,例題,11，12，13，17，20，22，25JMP @A+DPTR ； 散轉指令子程序調用和返回指令位邏輯條件轉移,第四章 匯編語言程序設計,4.1 匯編語言格式[標號:] 指令 [; 注釋] 行編輯, 一條指令占一行 執(zhí)行指令和偽指令 偽指令 ORG, END, DB, DW,DS,EQU, BIT 源程序的匯編 人

26、工匯編和機器匯編,4.2匯編語言程序的設計方法,順序、分支、循環(huán)、調用流程圖,第五章 單片機基本系統(tǒng)與擴展,1.三總線方法擴展 DB,AB,CB2.地址譯碼方式 .全地址譯碼方式 .部分地址譯碼方式 .線選方式,5.1 存儲器的擴展,存儲器容量 = 2N，N為地址線數(shù)常用存儲器27系列，28系列,擴展電路的基本連接方法,,,振蕩和復位電路,8031,,,373,,ALE,,,P0,8,,,

27、,A0~A7,D0~D7,A8~A15,,P2,,,,/EA,,,,,/PSEN,/RD,/WR,,,（ROM）,（RAM）,/OE,m,譯碼電路,,,,/CE,存儲器或I/O口,CPU,地址鎖存器,/WE,/RE,G,5.2 并行I/O口的擴展,與外存儲器地址統(tǒng)一編址簡單I/O口 用中小規(guī)模集成電路構成可編程I/O口 大規(guī)模IC智能I/O口 含CPU,簡單I/O口的擴展電路,,,振蕩和復位電路,803

28、1,,,373,,ALE,,,P0,8,,,273,D0~D7,P2.7,/EA,,,,,/RD,/WR,,,CPU,G,,,輸出設備,輸入設備,,,D0~D7,+,+,,,,,,,,,244,/G,CLK,口地址=7FFFH;,口地址=7FFFH;,第六章 8051中斷系統(tǒng),中斷源外部中斷和內部中斷中斷入口地址中斷響應和屏蔽中斷程序的調用和返回中斷源的擴展,6.1中斷系統(tǒng)的組成,1. 8051有5個基本的中斷源

29、 兩個外部中斷: INT0, INT1 三個內部中斷: T0,T1, SIO2. 中斷入口地址 INT0 0003H; T0 000BH; INT1 0013H; T1 001BH; SIO 0023H;,,,,,6.2有關的中斷寄存器,IE 中斷允許寄存器 EA __

30、 __ EX0 ET0 EX1 ET1 ES 2. IP 中斷優(yōu)先權寄存器 __ __ __ PS PT1 PX1 PT0 PX0TCON 定時器控制寄存器 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IF0 IT1,6.3 8051內部定時器,由兩個獨立的16位計數(shù)器組成采用增量計數(shù)方式可以定時也可以計數(shù) C / T4種工作方式有關寄存器

31、 TMOD, TCON, TH0,TL0 TH1,TL1,,定時器的基本結構,TLx,THx,fosc,1/12,,,,,,,,,TFx,中斷,,,,,,,,,,TRx,+,,,,,,,,,,,,,GATEx,INTx,,,Tx,C/ T,,EA,ETx,,,,,,,,,,,0,1,TRx 軟件啟動, Tx 外部計數(shù)輸入,GATEx 門控, INTx 硬件啟動,,定時器的4種工作方式,,,Ta =,12

32、* ( 2 M – a ),fosc,Ta 定時時間 a 時間常數(shù)(初值),M = 8/13/16 (方式),2. TMOD 方式寄存器,GATE1 C/T M1 M0 GATE0 C/T M1 M0,,,1. 定時時間的計算公式,1.方式0 13位計數(shù)器 M = 132.方式1 16位計數(shù)器 M= 163.方式2 8位計數(shù)器 M = 8 自動重裝初值4.方式3 兩個獨立的8位

33、計數(shù)器 TL ,TH,t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7,,Tp,t8 t9 t10 t11 t12 t13 t14 t15,TL,TH,,,,,,,,溢出,方式1,方式0,t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7,,Tp,t8 t9 t10 t11 t12 t13 t14 t15,,,溢出,方式2,方式3,,TLx,THx,,TFx,,,,,Tp,方式2 8位自動重裝初值,TL0,TH0,,TF0,,,,Tp,,,

34、TF1,方式3 僅T0,定時器編程,查詢方式中斷方式例題: 使用8051定時器T0, 定時1ms, 在P1.0位輸出周期為2ms的方波信號, 已知系統(tǒng)時鐘頻率fosc= 12MHz.,查詢方式編程,ORG 0H; MOV TMOD, #01H; 使用T0,方式1，定時 MOV TL0， #XL；裝入時間常數(shù)低位 XL=18H; MOV TH0， #XH；裝入時間常

35、數(shù)高位 XH=FCH; SETB TR0；啟動T0開始計數(shù) WAIT：JNB TF0， WAIT； CLR TF0；清溢出標志 MOV TL0, #XL;MOV TH0, #XH;重裝時間常數(shù) CPL P1.0; P1口0位取反輸出 SJMP WAIT; END;,6.4 8155可編程并行接口芯片

36、,8155內部有3個邏輯部件: 1. 3個I/O接口, PA, PB, PC和一個控制口 2. RAM 256字節(jié) 3. 14位的減量計數(shù)器, 帶輸出端, 4種工作 方式,8155與8031的典型連接電路,,,8031,,8155,,P0,AD0~AD7,ALE,,ALE,/WR,/WR,/RD,/RD,,,RST,,RST,P2.0,,IO/M,,P2.7,,/CE,,,,PA,PB,PC(6),,

37、,TIMER IN,TIMER OUT,8155端口地址分配,與/CE端和IO/M端的連接方式有關， 前圖連接為線選方式，各端口地址為：控制口 0xxxxxx1-xxxxx000 7FF8H；A口 0xxxxxx1-xxxxx001 7FF9H；B口 0xxxxxx1-xxxxx010 7FFAH；C口 0xxxxxx1-xxxxx011 7

38、FFBH；TL 0xxxxxx1-xxxxx100 7FFCH；TH 0xxxxxx1-xxxxx101 7FFDH；存儲器 0xxxxxx0-（00~FF） 7E00H~7EFFH；,8155控制字,TM2 TM1 IEB IEA PC2 PC1 PB PAPC2 PC1 0 0 ALT1；AB口均為基本I/O，C口為輸入

39、 1 1 ALT2；AB口均為基本I/O，C口為輸出 0 1 ALT3；A為選通，B基本，PC0~2為A口服 務，提供聯(lián)絡（握手）線 1 0 ALT4；AB均為選通， PC0~2 為A口服務 PC0~2為B口服務,8155AB口選通聯(lián)絡線方式,PC0 A INTR A口中斷請求

40、線 PC1 A BF A口數(shù)據(jù)緩沖器滿 PC2 A STB A口選通線 PC3 B INTR B口中斷請求線 PC4 B BF B口數(shù)據(jù)緩沖器滿 PC5 B STB B口選通線,8155選通連接原理和時序,,,8031,,8155,,P0,AD0~AD7,/WR,/RD,/RD,/INT0,PC0（AINTR）,,PA,,輸出

41、入設備,,PC1（BF）,,PC2（STB）,/WR,,,,,,,,,8155選通輸入時序,BF,/STB,INTR,/RD,PDB,,,,,,,,,,,,,,,口數(shù)據(jù)輸入,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,8155選通輸出時序,BF,/STB,INTR,/WR,DB,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,PDB,,,,,,,口數(shù)據(jù)輸出,,,,,,,,,申請中斷,8155定時器工作方式,方式0 單方

42、波,,,,,,,方式1 連續(xù)方波,方式2 單脈沖,方式3 連續(xù)脈沖,定時時間,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Tw = Tin,,,T,第七章 單片機串行通信,串行通信基本知識8051 UART 結構工作方式串行通信編程,串行通信基本知識,異步傳送和同步傳送波特率 bps異步傳送幀格式UART Universal Asynchronous Receiver and Transmit,805

43、1 UART 內部結構,Acc,,SCON,SBUF,S.R,SBUF,T1,S.R,,,,,,,,,,,,,,,,,SCON, SBUF寄存器,SCON 串口控制器 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SBUF 數(shù)據(jù)緩沖器,工作方式與波特率計算,工作方式: 波特率bps方式0: 擴展并口 fb0 =

44、 fosc /12方式1: 8位數(shù)據(jù) ( T1為方式2) fb1= 2SMOD fosc /12/32/(28 –TH1 )方式2: 9位數(shù)據(jù) fb2= 2SMODfosc/64方式3: 9位數(shù)據(jù) fb3= fb1,8051串行通信編程舉例,發(fā)送程序試編寫51單片機UART發(fā)送子程序, 查詢方式. 發(fā)送數(shù)據(jù)在內存30H-5FH中, 已知系統(tǒng)

45、時鐘fosc=11.059MHz, 采用奇校驗發(fā)送, UART工作模式為3(9位), 波特率為9600bps,SMOD=0.,TPRG: MOV SCON, #11000000b; UART為方式3MOV TMOD, #00100000b; T1為方式2MOV TL1, #XL; 波特率為9600bpsMOV TH1,#XH; (XL=XH)SETB TR1; 啟動T1工作;MOV R0, #30H;

46、發(fā)送數(shù)據(jù)首地址NEXT: MOV A , @R0;取一個數(shù)據(jù); MOV C, P; 奇校驗CPL C; MOV TB8, C; 裝入校驗位; MOV SBUF, A; 發(fā)送; JNB TI , $; 等待字節(jié)發(fā)送結束; CLR TI; 清除發(fā)送中斷標志;

47、 INT R0;下一個數(shù)據(jù); CJNE R0, # 60H, NEXT; 是否全部發(fā)完 RET; 返回主程;,按鍵與LED顯示器,一、按鍵工作原理 解決抖動問題 二、鍵盤的組成1. 獨立式鍵盤和行列式鍵盤2. 編碼鍵盤和非編碼鍵盤,KEY & Keyboard,,,,Vcc,,,,,,,,R,VK,K,,,,,

48、,,,,,,,,,,,,,,VK,Vcc,,t,0,10 ms,,,,,,,,,,,,,R,K0,,P1.0,,,,,,,,,,R,K1,,…,P1.7,,,,Vcc,,,,,,,R,K7,,,8051,獨立式鍵盤,…,,,,,,,,/INT0,,,,,,,P1.0,P1.7,,,,Vcc+5V,,,,,,8051,,,,,,,,,,P1.1,P1.2,P1.3,P1.4,P1.5,P1.6,,,,,,,中斷方式行列式鍵盤,輸入,輸出

49、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,LED發(fā)光二極管原理,電流型器件 工作電流一般從幾個mA到幾十mA,,,,,,,,,,,,,,,…,a,b,h,,,,,,,,,,,,,,…,a,b,h,共陰極,共陽極,Vcc,,,,a,b,8段數(shù)碼管,h,,,,,,,,,g,靜態(tài)顯示器接口,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,段碼,8位I/O口,,8位I/O口,,8位I/O口,,8位I/O口