第一章認(rèn)識(shí)單片機(jī)

1、教學(xué)要點(diǎn)1.1 項(xiàng)目一單片機(jī)實(shí)驗(yàn)電路制作1.2 知識(shí)鏈接,返回,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),教學(xué)要點(diǎn):單片機(jī)的概念單片機(jī)的功能單片機(jī)的結(jié)構(gòu)單片機(jī)的最小系統(tǒng)單片機(jī)的應(yīng)用,返回,1. 1項(xiàng)目一單片機(jī)實(shí)驗(yàn)電路制作項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求:設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)電路，在單片機(jī)的最小系統(tǒng)下擴(kuò)展顯不電路、輸入調(diào)試電路、AD轉(zhuǎn)換電路、串行通信接口電路，并且?guī)в邢螺d功能，為方便今后調(diào)試、驗(yàn)證程序使用。,第1章

2、 認(rèn)識(shí)單片機(jī),下一頁,返回,1.最小系統(tǒng)單片機(jī)的最小系統(tǒng)包括時(shí)鐘、復(fù)位及電源電路，單片機(jī)的調(diào)試離不開計(jì)算機(jī)，可以采用計(jì)算機(jī)USB端口供電，為了避免實(shí)驗(yàn)電路短路影響計(jì)算機(jī)，在電路中加入保險(xiǎn)，為了避免電源反接損害單片機(jī)，在電源電路中串接二極管，時(shí)鐘電路選擇12MHz，復(fù)位電路采用上電復(fù)位與按鈕復(fù)位。2.顯示電路顯示電路選用8個(gè)LE D發(fā)光二極管和4位LE D數(shù)碼管，發(fā)光二極管用以指示端口狀態(tài)，數(shù)碼管用以顯示單片機(jī)的數(shù)據(jù)。,第1章

3、認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,3.輸入電路選用8個(gè)按鈕開關(guān)用以模擬開關(guān)量輸入，由于單片機(jī)上電復(fù)位后各端口均是高電平，8個(gè)開關(guān)公共端接地，按鈕按下相應(yīng)位為0，否則為14.程序下載電路為了方便學(xué)習(xí)與調(diào)試，實(shí)驗(yàn)電路選用具有在線編程功能的STC89 C51單片機(jī)，在實(shí)驗(yàn)電路板上設(shè)計(jì)RS232接口芯片，通過RS232接口與計(jì)算機(jī)的COM端口連接，利用STC一 ISP軟件進(jìn)行程序下載，該電路同時(shí)具有單片機(jī)與微型計(jì)算機(jī)通信功能。,第1

4、章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,5. AD轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)在控制過程中需要獲得被控設(shè)備的物理參量信息，這些參量由傳感器轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)可能是數(shù)字信號(hào)，也可能是模擬信號(hào)，對(duì)于模擬信號(hào)，必須通過AD轉(zhuǎn)換變換為單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，在本實(shí)驗(yàn)電路中選用TLC0831作為數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，用以讀取外部的模擬參量。6.其他輔助電路單片機(jī)的并行端口驅(qū)動(dòng)能力有限，為了能夠適應(yīng)大電流負(fù)載，選用ULN2803作為驅(qū)動(dòng)擴(kuò)展電路;在STC ISP

5、編程下載時(shí)，需要單片機(jī)斷電，增加一個(gè)電源開關(guān);為了靈活選配端口與負(fù)載，設(shè)計(jì)跳線插件。,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,1 .1 .2電路原理與印刷版電路設(shè)計(jì)按照上述分析，查找相關(guān)器件資料，設(shè)計(jì)的原理電路如圖1. 1. 1，用Protel軟件輸入原理電路圖，在PCB電路導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表，按圖1. 1. 2進(jìn)行元件布局，采用雙面電路板自動(dòng)布線，適當(dāng)調(diào)整后得到PCB印刷電路，焊接電路。,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,

6、1 .1 .3電路調(diào)試本實(shí)驗(yàn)電路焊接后基本能夠正常工作，在SV供電的條件下，MAX232的②腳應(yīng)該能得到近lOV的正電壓，⑥腳能得到近lOV的負(fù)電壓，MAX232的功能與電路參見第5章圖5. 2. 10，對(duì)實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行測(cè)試(1)用Keil C51軟件編輯、編譯以下程序，并生成可執(zhí)行文件//1一1 .c,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返

7、回,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,(2)用STC ISP軟件下載程序到實(shí)驗(yàn)電路板打開STC ISP軟件，在MCU Type欄選擇單片機(jī)型號(hào)，在打開程序文件欄選擇要下載的二進(jìn)制或十六進(jìn)制文件，操作界面如圖1. 1. 3,第1章

8、認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,(3)點(diǎn)擊Download，開始與單片機(jī)嘗試通信，如果實(shí)驗(yàn)電路板RS232正常，會(huì)出現(xiàn)握手正常，給MCU上電的提示，斷開電源開關(guān)，重新閉合電源開關(guān)即可完成程序下載，下載完成后的界面如圖1. 1. 4下載完成后實(shí)驗(yàn)板即開始工作。,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,返回,1. 2知識(shí)鏈接1 .2. 1單片機(jī)的基本概念1.單片機(jī)的概念單片機(jī)(Single Chip Microcomputer)是將CPU、

9、存儲(chǔ)器、控制器、I/ 0接口電路等計(jì)算機(jī)主要構(gòu)成部件集成在一塊集成電路毖片上的微型計(jì)算機(jī)，通常也稱為微控制器(MCU)單片機(jī)主要用于控制領(lǐng)域2.單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)單片機(jī)具有功能強(qiáng)、集成度高、體積小、價(jià)格低、功耗小等優(yōu)點(diǎn)3.單片機(jī)的種類(1)通用單片機(jī):通用單片機(jī)的指令系統(tǒng)對(duì)用戶開放，帶有仿真調(diào)試接口用戶可以修改程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容，給用戶留有開發(fā)空間。,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),下一頁,返回,Intel公司的MCS一51、MCS一96系列;

10、M otorola公司的68 HCS/08系列;Microchip公司的PIC系列單片機(jī);Atmel公司的AVR系列單片機(jī);Freescal公司的ARM系列單片機(jī);凌陽公司的凌陽系列單片機(jī);宏晶科技公司的STC系列單片機(jī)(2)專用單片機(jī):具有特定功能與用途的微處理器，用戶不能改變專用單片掃L的功能,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,1 .2. 2MCS一51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與功能1.MCS - 51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)

11、構(gòu)MCS - 51單片機(jī)由中央處理器(CPU)、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、輸入輸出接口電路、串行通信接口等匕個(gè)部分組成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1. 2. 1所示。(1) CPU是單片機(jī)的核心，CPU能夠按照程序存儲(chǔ)器的程序要求指揮單片機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作，具有邏輯運(yùn)算功能和邏輯判斷功能，MCS一51單片機(jī)具有一個(gè)8位的CPU和一個(gè)16位的程序計(jì)數(shù)器(PC),第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,(2)程序存儲(chǔ)器是

12、存放用戶程序的存儲(chǔ)器，單片機(jī)在運(yùn)行過程中只能讀取程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容(ReadOx街)，MCS -51單片機(jī)內(nèi)部有4KB的程序存儲(chǔ)器空間，用戶可以擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器，但MCS一51系列單片機(jī)最多只能訪問64 KB的程序存儲(chǔ)器。(3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是用來存放臨時(shí)數(shù)據(jù)的，是計(jì)算機(jī)的演算紙，單片機(jī)在運(yùn)行過程中可以修改數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，當(dāng)單片機(jī)掉電或復(fù)位時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)將丟失MCS -51單片機(jī)內(nèi)部有128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用戶可以擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

13、器，但MCS一51系列單片機(jī)最多只能訪問64 KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,(4)輸入輸出端口是單片機(jī)與外界交流的通道，與外部電路進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，單片機(jī)通過輸入輸出端口讀取外部電路的狀態(tài)，控制外部電路的工作MCS -51單片機(jī)有四個(gè)8位的輸入輸出端口(PO一P3 )2. MCS -51系列單片機(jī)的系統(tǒng)資源MCS一51系列單片機(jī)屬于8位單片機(jī)，即每次操作的操作數(shù)為一個(gè)字節(jié)MCS -51系列單片機(jī)以80

14、31為基礎(chǔ)，設(shè)有并行輸入輸出端口、串行通信端口、定時(shí)計(jì)數(shù)器，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，各種常見型號(hào)的MCS - 51單片機(jī)的內(nèi)部資源如表1.2. 1所示3. MCS8051單片機(jī)的封裝與引腳定義38051單片機(jī)有三種封裝形式，其外形如圖1.2.2所示,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,各引腳的功能如下(1)電源引腳:VCC (40) CND (20)(2)程序存儲(chǔ)器選擇引腳EA X31 ):如果EA引腳接地(CND)，

15、全部程序均執(zhí)行外部存儲(chǔ)器如果EA接至VCC(電源+)，程序首先執(zhí)行地址從0000 H一OFFFH (4KB)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，再執(zhí)行地址為1000 H一EEEEH (60 KB)的外部程序存儲(chǔ)器(3)時(shí)鐘引腳xTAL1 ~9 ) , xTAL2 ~s ):外接時(shí)鐘或時(shí)鐘振蕩器件(4)外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器控制引腳A LE和PSEN(5)并行I/0端口引腳:四個(gè)并行端口32位引腳(6)復(fù)位引腳RST (9),第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,

16、下一頁,返回,1 .2. 3 51單片機(jī)的最小系統(tǒng)電源、時(shí)鐘電路與復(fù)位電路是單片機(jī)正常工作所必需的外圍電路，單片機(jī)芯片和時(shí)鐘、復(fù)位電路、電源構(gòu)成了單片機(jī)的最小系統(tǒng)51單片機(jī)的最小系統(tǒng)硬件電路如圖1.2.3所示。1.時(shí)鐘與時(shí)鐘電路時(shí)鐘是用來控制單片機(jī)的各個(gè)組成部件按照一定的節(jié)拍同步工作，時(shí)鐘頻率越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度越快51系列單片機(jī)的時(shí)鐘頻率一般用6MHz或12MHz，單片機(jī)時(shí)鐘頻率的倒數(shù)叫時(shí)鐘周期，外接時(shí)鐘或時(shí)鐘電路的晶體振

17、蕩頻率就是單片機(jī)工作的時(shí)鐘頻率。機(jī)器周期:MCS -51單片機(jī)執(zhí)行指令所用的時(shí)間以機(jī)器周期為單位，12個(gè)時(shí)鐘周期構(gòu)成1個(gè)機(jī)器周期。,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,所以，當(dāng)外接時(shí)鐘電路的晶振頻率為12MHz時(shí)機(jī)器周期為1μs，時(shí)鐘為6MHz時(shí)機(jī)器周期為2 μs。2.復(fù)位與復(fù)位電路復(fù)位的目的是使單片機(jī)及其他功能電路具有一個(gè)確定的初始狀態(tài)，以便單片機(jī)能在這個(gè)確定的狀態(tài)下開始工作。當(dāng)單片機(jī)上電或程序跑飛等情況下都需要復(fù)位

18、，上電時(shí)的復(fù)位是自動(dòng)復(fù)位有故障時(shí)的復(fù)位可能是手動(dòng)復(fù)位，可能是通過外加電路自動(dòng)復(fù)位在MCS -51單片機(jī)中，當(dāng)RST引腳持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平就會(huì)復(fù)位典型的復(fù)位電路如圖1.2.4所示。,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,當(dāng)MCS一51單片機(jī)復(fù)位后，MCS一51單片機(jī)的部分特殊功能寄存器及復(fù)位后的狀態(tài)如表1.2.2所示1 .2. 4MCS一51單片機(jī)的指令系統(tǒng)指令是計(jì)算機(jī)CPU能夠識(shí)別并且控制CPU的功能部件完成某一特定

19、動(dòng)作的命令一種計(jì)算機(jī)的所有指令的集合稱為該計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)對(duì)每一條計(jì)算機(jī)指令，必須明確指令的三個(gè)內(nèi)容:動(dòng)作(操作)、參與操作的數(shù)據(jù)來源(源操作數(shù))、指令執(zhí)行后數(shù)據(jù)的去向(目的操作數(shù))，對(duì)于特定的指令，源操作數(shù)、目的操作數(shù)在指令中不一定出現(xiàn)相應(yīng)的指令格式如下:單字節(jié)指令:操作碼雙字節(jié)指令:操作碼 操作數(shù)1三字節(jié)指令:操作碼 操作數(shù)1 操作數(shù)2,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,MCS - 51單片機(jī)的尋址方式在單

20、片機(jī)的指令中，操作數(shù)多存放在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，尋找操作數(shù)的方式稱為尋址方式MCS一51單片機(jī)使用了七種尋址方式:(1)立即數(shù)尋址:參與操作的具體數(shù)直接出現(xiàn)在指令中，在指令中立即數(shù)前面必須加“#用“#<lata”表示。(2)寄存器尋址:參與操作的數(shù)據(jù)存放在寄存器中，在指令中出現(xiàn)的是寄存器的名字在51單片機(jī)中，寄存器指工作寄存器RO ~R7 ,累加器A、通用寄存器B、地址寄存器DPTR等，在指令格式中，寄存器尋址用Rn標(biāo)示，其他寄

21、存器直接用寄存器名字。,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,(3)直接尋址:在指令中直接給出存放操作數(shù)的內(nèi)存單兀地址，直接尋址包括內(nèi)部RAM區(qū)和特殊功能寄存器(SFR)區(qū)。(4)寄存器間接尋址:將操作數(shù)所在單兀的地址存放在寄存器中的尋址方式，指令中出現(xiàn)的是寄存器名字，為了與寄存器尋址區(qū)分，在寄存器間接尋址指令中，用“@寄存器名”標(biāo)示寄存器間接尋址，51單片機(jī)可用于寄存器間接尋址的寄存器包括R0, R1和DPTR。(5)變址

22、尋址:存放操作數(shù)的存儲(chǔ)器地址是基址寄存器和變址寄存器內(nèi)容之和51單片機(jī)的變址寄存器是A，基址寄存器是PC或DPTR。(6)相對(duì)尋址:以程序計(jì)數(shù)器PC的當(dāng)前值與指令中的立即數(shù)之和作為跳轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移地址，跳轉(zhuǎn)范圍為127~128。,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,(7)位尋址:位尋址是操作的對(duì)象是單片機(jī)存儲(chǔ)器中的1位，指令中出現(xiàn)的是操作位的直接地址。2. MCS -51單片機(jī)的指令表MCS一51單片機(jī)共有數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)運(yùn)算、邏

23、輯運(yùn)算、控制轉(zhuǎn)移、位操作五類111條指令，用單片機(jī)指令編寫的程序叫匯編語言本書主要介紹用C語言編寫51單片機(jī)程序的方法，在這里僅列出51單片機(jī)的指令表，指令格式、指令功能等見表1.2.3表1.2.3中的符號(hào)標(biāo)記意義如下:#data 8位立即數(shù);#data16 16位立即數(shù);Rn工作寄存器RO一R7;,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,Ri工作寄存器RO一R1;direct直接尋址方式;() 存儲(chǔ)器中的

24、內(nèi)容，如果是目的操作數(shù)就是以()內(nèi)內(nèi)容作為目的地址;AO一4A的低4位，即A0, A1、A2, A3。Rel 相對(duì)短跳轉(zhuǎn)，g位帶符號(hào)數(shù)相對(duì)尋址的范圍，256字節(jié)尋址范圍。,第1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,下一頁,返回,Addrll 絕對(duì)短跳轉(zhuǎn)或調(diào)用，11位二進(jìn)制絕對(duì)尋址范圍，2kB尋址范圍。addrl6絕對(duì)長跳轉(zhuǎn)或調(diào)用，16位二進(jìn)制絕對(duì)尋址范圍，64 KB尋址范圍。bit位直接尋址;/bit bit位的非參與操作。,第

25、1章 認(rèn)識(shí)單片機(jī),上一頁,返回,表1. 2. 3 MCS -51單片機(jī)的指令表（1）,返回,下一頁,表1. 2. 3 MCS -51單片機(jī)的指令表（2）,下一頁,返回,表1. 2. 3 MCS -51單片機(jī)的指令表（3）,上一頁,返回,表1.2.2 MCS-51單片機(jī)的部分特殊功能寄存器及復(fù)位后的準(zhǔn)狀態(tài),返回,圖1. 2. 4 MCS -51單片機(jī)的復(fù)位電路,返回,圖1. 2. 3 51單片機(jī)的最小硬件系統(tǒng),返回,圖