第一章認識單片機

1、教學要點1.1 項目一單片機實驗電路制作1.2 知識鏈接,返回,第1章 認識單片機,第1章 認識單片機,教學要點:單片機的概念單片機的功能單片機的結構單片機的最小系統單片機的應用,返回,1. 1項目一單片機實驗電路制作項目設計要求:設計一個單片機實驗電路，在單片機的最小系統下擴展顯不電路、輸入調試電路、AD轉換電路、串行通信接口電路，并且?guī)в邢螺d功能，為方便今后調試、驗證程序使用。,第1章

2、 認識單片機,下一頁,返回,1.最小系統單片機的最小系統包括時鐘、復位及電源電路，單片機的調試離不開計算機，可以采用計算機USB端口供電，為了避免實驗電路短路影響計算機，在電路中加入保險，為了避免電源反接損害單片機，在電源電路中串接二極管，時鐘電路選擇12MHz，復位電路采用上電復位與按鈕復位。2.顯示電路顯示電路選用8個LE D發(fā)光二極管和4位LE D數碼管，發(fā)光二極管用以指示端口狀態(tài)，數碼管用以顯示單片機的數據。,第1章

3、認識單片機,上一頁,下一頁,返回,3.輸入電路選用8個按鈕開關用以模擬開關量輸入，由于單片機上電復位后各端口均是高電平，8個開關公共端接地，按鈕按下相應位為0，否則為14.程序下載電路為了方便學習與調試，實驗電路選用具有在線編程功能的STC89 C51單片機，在實驗電路板上設計RS232接口芯片，通過RS232接口與計算機的COM端口連接，利用STC一 ISP軟件進行程序下載，該電路同時具有單片機與微型計算機通信功能。,第1

4、章 認識單片機,上一頁,下一頁,返回,5. AD轉換電路單片機在控制過程中需要獲得被控設備的物理參量信息，這些參量由傳感器轉換后的電信號可能是數字信號，也可能是模擬信號，對于模擬信號，必須通過AD轉換變換為單片機可以識別的數字信號，在本實驗電路中選用TLC0831作為數模轉換電路，用以讀取外部的模擬參量。6.其他輔助電路單片機的并行端口驅動能力有限，為了能夠適應大電流負載，選用ULN2803作為驅動擴展電路;在STC ISP

5、編程下載時，需要單片機斷電，增加一個電源開關;為了靈活選配端口與負載，設計跳線插件。,第1章 認識單片機,上一頁,下一頁,返回,1 .1 .2電路原理與印刷版電路設計按照上述分析，查找相關器件資料，設計的原理電路如圖1. 1. 1，用Protel軟件輸入原理電路圖，在PCB電路導入網絡表，按圖1. 1. 2進行元件布局，采用雙面電路板自動布線，適當調整后得到PCB印刷電路，焊接電路。,第1章 認識單片機,上一頁,下一頁,返回,

6、1 .1 .3電路調試本實驗電路焊接后基本能夠正常工作，在SV供電的條件下，MAX232的②腳應該能得到近lOV的正電壓，⑥腳能得到近lOV的負電壓，MAX232的功能與電路參見第5章圖5. 2. 10，對實驗電路進行測試(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 認識單片機,上一頁,下一頁,返回,第1章 認識單片機,上一頁,下一頁,返回,第1章 認識單片機,上一頁,下一頁,返

7、回,第1章 認識單片機,上一頁,下一頁,返回,第1章 認識單片機,上一頁,下一頁,返回,第1章 認識單片機,上一頁,下一頁,返回,,第1章 認識單片機,上一頁,下一頁,返回,第1章 認識單片機,上一頁,下一頁,返回,(2)用STC ISP軟件下載程序到實驗電路板打開STC ISP軟件，在MCU Type欄選擇單片機型號，在打開程序文件欄選擇要下載的二進制或十六進制文件，操作界面如圖1. 1. 3,第1章

8、認識單片機,上一頁,下一頁,返回,(3)點擊Download，開始與單片機嘗試通信，如果實驗電路板RS232正常，會出現握手正常，給MCU上電的提示，斷開電源開關，重新閉合電源開關即可完成程序下載，下載完成后的界面如圖1. 1. 4下載完成后實驗板即開始工作。,第1章 認識單片機,上一頁,返回,1. 2知識鏈接1 .2. 1單片機的基本概念1.單片機的概念單片機(Single Chip Microcomputer)是將CPU、

9、存儲器、控制器、I/ 0接口電路等計算機主要構成部件集成在一塊集成電路毖片上的微型計算機，通常也稱為微控制器(MCU)單片機主要用于控制領域2.單片機的優(yōu)點單片機具有功能強、集成度高、體積小、價格低、功耗小等優(yōu)點3.單片機的種類(1)通用單片機:通用單片機的指令系統對用戶開放，帶有仿真調試接口用戶可以修改程序存儲器的內容，給用戶留有開發(fā)空間。,第1章 認識單片機,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;Atmel公司的AVR系列單片機;Freescal公司的ARM系列單片機;凌陽公司的凌陽系列單片機;宏晶科技公司的STC系列單片機(2)專用單片機: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 認識單片機,上一頁,下一頁,返回,1 .2. 2MCS一51單片機的結構與功能1.MCS - 51單片機的內部結

11、構MCS - 51單片機由中央處理器(CPU)、程序存儲器、數據存儲器、定時/計數器、中斷系統、輸入輸出接口電路、串行通信接口等匕個部分組成，內部結構框圖如圖1. 2. 1所示。(1) CPU是單片機的核心，CPU能夠按照程序存儲器的程序要求指揮單片機各部件協調工作，具有邏輯運算功能和邏輯判斷功能，MCS一51單片機具有一個8位的CPU和一個16位的程序計數器(PC),第1章 認識單片機,上一頁,下一頁,返回,(2)程序存儲器是

12、存放用戶程序的存儲器，單片機在運行過程中只能讀取程序存儲器的內容(ReadOx街)，MCS -51單片機內部有4KB的程序存儲器空間，用戶可以擴展外部程序存儲器，但MCS一51系列單片機最多只能訪問64 KB的程序存儲器。(3)數據存儲器是用來存放臨時數據的，是計算機的演算紙，單片機在運行過程中可以修改數據存儲器的數據，當單片機掉電或復位時數據存儲器的數據將丟失MCS -51單片機內部有128字節(jié)的數據存儲器，用戶可以擴展外部數據存儲

13、器，但MCS一51系列單片機最多只能訪問64 KB的數據存儲器。,第1章 認識單片機,上一頁,下一頁,返回,(4)輸入輸出端口是單片機與外界交流的通道，與外部電路進行數據交換，單片機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單片機有四個8位的輸入輸出端口(PO一P3 )2. MCS -51系列單片機的系統資源MCS一51系列單片機屬于8位單片機，即每次操作的操作數為一個字節(jié)MCS -51系列單片機以80

14、31為基礎，設有并行輸入輸出端口、串行通信端口、定時計數器，兩級中斷優(yōu)先級，各種常見型號的MCS - 51單片機的內部資源如表1.2. 1所示3. MCS8051單片機的封裝與引腳定義38051單片機有三種封裝形式，其外形如圖1.2.2所示,第1章 認識單片機,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)內部程序存儲器，再執(zhí)行地址為1000 H一EEEEH (60 KB)的外部程序存儲器(3)時鐘引腳xTAL1 ~9 ) , xTAL2 ~s ):外接時鐘或時鐘振蕩器件(4)外部擴展存儲器控制引腳A LE和PSEN(5)并行I/0端口引腳:四個并行端口32位引腳(6)復位引腳RST (9),第1章 認識單片機,上一頁,

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

17、蕩頻率就是單片機工作的時鐘頻率。機器周期:MCS -51單片機執(zhí)行指令所用的時間以機器周期為單位，12個時鐘周期構成1個機器周期。,第1章 認識單片機,上一頁,下一頁,返回,所以，當外接時鐘電路的晶振頻率為12MHz時機器周期為1μs，時鐘為6MHz時機器周期為2 μs。2.復位與復位電路復位的目的是使單片機及其他功能電路具有一個確定的初始狀態(tài)，以便單片機能在這個確定的狀態(tài)下開始工作。當單片機上電或程序跑飛等情況下都需要復位

18、，上電時的復位是自動復位有故障時的復位可能是手動復位，可能是通過外加電路自動復位在MCS -51單片機中，當RST引腳持續(xù)兩個機器周期的高電平就會復位典型的復位電路如圖1.2.4所示。,第1章 認識單片機,上一頁,下一頁,返回,當MCS一51單片機復位后，MCS一51單片機的部分特殊功能寄存器及復位后的狀態(tài)如表1.2.2所示1 .2. 4MCS一51單片機的指令系統指令是計算機CPU能夠識別并且控制CPU的功能部件完成某一特定

19、動作的命令一種計算機的所有指令的集合稱為該計算機的指令系統對每一條計算機指令，必須明確指令的三個內容:動作(操作)、參與操作的數據來源(源操作數)、指令執(zhí)行后數據的去向(目的操作數)，對于特定的指令，源操作數、目的操作數在指令中不一定出現相應的指令格式如下:單字節(jié)指令:操作碼雙字節(jié)指令:操作碼 操作數1三字節(jié)指令:操作碼 操作數1 操作數2,第1章 認識單片機,上一頁,下一頁,返回,MCS - 51單片機的尋址方式在單

20、片機的指令中，操作數多存放在單片機的存儲器中，尋找操作數的方式稱為尋址方式MCS一51單片機使用了七種尋址方式:(1)立即數尋址:參與操作的具體數直接出現在指令中，在指令中立即數前面必須加“#用“#<lata”表示。(2)寄存器尋址:參與操作的數據存放在寄存器中，在指令中出現的是寄存器的名字在51單片機中，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標示，其他寄

21、存器直接用寄存器名字。,第1章 認識單片機,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的內存單兀地址，直接尋址包括內部RAM區(qū)和特殊功能寄存器(SFR)區(qū)。(4)寄存器間接尋址:將操作數所在單兀的地址存放在寄存器中的尋址方式，指令中出現的是寄存器名字，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”標示寄存器間接尋址，51單片機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:存放操作數的存儲器地址是基址寄存器和變址寄存器內容之和51單片機的變址寄存器是A，基址寄存器是PC或DPTR。(6)相對尋址:以程序計數器PC的當前值與指令中的立即數之和作為跳轉轉移地址，跳轉范圍為127~128。,第1章 認識單片機,上一頁,下一頁,返回,(7)位尋址:位尋址是操作的對象是單片機存儲器中的1位，指令中出現的是操作位的直接地址。2. MCS -51單片機的指令表MCS一51單片機共有數據傳送、算術運算、邏

23、輯運算、控制轉移、位操作五類111條指令，用單片機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單片機程序的方法，在這里僅列出51單片機的指令表，指令格式、指令功能等見表1.2.3表1.2.3中的符號標記意義如下:#data 8位立即數;#data16 16位立即數;Rn工作寄存器RO一R7;,第1章 認識單片機,上一頁,下一頁,返回,Ri工作寄存器RO一R1;direct直接尋址方式;() 存儲器中的

24、內容，如果是目的操作數就是以()內內容作為目的地址;AO一4A的低4位，即A0, A1、A2, A3。Rel 相對短跳轉，g位帶符號數相對尋址的范圍，256字節(jié)尋址范圍。,第1章 認識單片機,上一頁,下一頁,返回,Addrll 絕對短跳轉或調用，11位二進制絕對尋址范圍，2kB尋址范圍。addrl6絕對長跳轉或調用，16位二進制絕對尋址范圍，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 認識單片機,上一頁,返回,表1. 2. 3 MCS -51單片機的指令表（1）,返回,下一頁,表1. 2. 3 MCS -51單片機的指令表（2）,下一頁,返回,表1. 2. 3 MCS -51單片機的指令表（3）,上一頁,返回,表1.2.2 MCS-51單片機的部分特殊功能寄存器及復位后的準狀態(tài),返回,圖1. 2. 4 MCS -51單片機的復位電路,返回,圖1. 2. 3 51單片機的最小硬件系統,返回,圖