單片機(jī)硬件知識點(diǎn)匯總

1、第一章 緒論第一節(jié) 單片機(jī)單片機(jī)即單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)，是將計(jì)算機(jī)主機(jī)(CPU、內(nèi)存和I/O接口)集成在一小塊硅片上的微型機(jī)。第二節(jié) 單片機(jī)的歷史與現(xiàn)狀第一階段（19761978年）：低性能單片機(jī)的探索階段。以Intel公司的MCS-48為代表，采用了單片結(jié)構(gòu)，即在一塊芯片內(nèi)含有8位CPU、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行I/O口、RAM和ROM等。主要用于工業(yè)領(lǐng)域。第二階段（19781982年）：高性能單片機(jī)階段，這一類單片機(jī)帶有串行I/O口，8位數(shù)據(jù)線、16位地址線可以尋址的范圍達(dá)到64K字節(jié)、控制總線、較豐富的指令系統(tǒng)等。這類單片機(jī)的應(yīng)用范圍較廣，并在不斷的改進(jìn)和發(fā)展。第三階段（19821990年）：16

2、位單片機(jī)階段。16位單片機(jī)除CPU為16位外，片內(nèi)RAM和ROM容量進(jìn)一步增大，實(shí)時(shí)處理能力更強(qiáng)，體現(xiàn)了微控制器的特征。例如Intel公司的MCS-96主振頻率為12M，片內(nèi)RAM為232字節(jié)，ROM為8K字節(jié)，中斷處理能力為8級，片內(nèi)帶有10位A/D轉(zhuǎn)換器和高速輸入/輸出部件等。第四階段（1990年）：微控制器的全面發(fā)展階段，各公司的產(chǎn)品在盡量兼容的同時(shí)，向高速、強(qiáng)運(yùn)算能力、尋址范圍大以及小型廉價(jià)方面發(fā)展。第三節(jié) 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域一、 單片機(jī)在儀器儀表中的應(yīng)用二、 單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用三、 單片機(jī)在智能接口和多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用四、 單片機(jī)在生活中的應(yīng)用第二章 硬件結(jié)構(gòu)第一節(jié) MCS-51

3、單片機(jī)及其演變特點(diǎn)（1）一個(gè)8位微處理器CPU。（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM和特殊功能寄存器SFR。（3）內(nèi)部程序存儲(chǔ)器ROM。（4）兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，用以對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可用作定時(shí)器。（5）四個(gè)8位可編程的I/O（輸入/輸出）并行端口，每個(gè)端口既可做輸入，也可做輸出。（6）一個(gè)串行端口，用于數(shù)據(jù)的串行通信。（7）中斷控制系統(tǒng)。（8）內(nèi)部時(shí)鐘電路。第二節(jié) 80C51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1) 中央處理器（CPU）中央處理器是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制功能。MCS-51的CPU能處理8位二進(jìn)制數(shù)或代碼。2) 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部RAM）8051芯片中共有256個(gè)RAM單元，但其中后128單元被專用寄

4、存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是前128單元，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。因此通常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器就是指前128單元，簡稱內(nèi)部RAM。3) 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（內(nèi)部ROM）8051共有4 KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格，因此，稱之為程序存儲(chǔ)器，簡稱內(nèi)部ROM。4) 定時(shí)/計(jì)數(shù)器8051共有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，并以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。5) 并行I/O口MCS-51共有4個(gè)8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出。在實(shí)訓(xùn)中我們已經(jīng)使用了P1口，通過P1口連接8個(gè)發(fā)光二極管。第三節(jié) 80C51單片機(jī)的引腳功能 MCS

5、-51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳排列請參見圖P0.0 P0.7： P0口8位雙向口線。P1.0 P1.7 ：P1口8位雙向口線。P2.0 P2.7 ：P2口8位雙向口線。P3.0 P3.7 ：P3口8位雙向口線。 ALE：地址鎖存控制信號。在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。此外，由于ALE是以晶振1/6的固定頻率輸出的正脈沖，因此,可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號。在讀外部ROM時(shí)，PSEN有效（低電平），以實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。 EA：訪問程序存儲(chǔ)控制信號。當(dāng)信號為低電平時(shí)，

6、對ROM的讀操作限定在外部程序存儲(chǔ)器；當(dāng)信號為高電平時(shí)，對ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開始，并可延至外部程序存儲(chǔ)器。 RST：復(fù)位信號。當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。 XTAL1和XTAL2：外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號。 VSS：地線。 VCC：+5 V電源。 以上是MCS-51單片機(jī)芯片40條引腳的定義及簡單功能說明，讀者可以對照實(shí)訓(xùn)電路找到相應(yīng)引腳，在電路中查看每個(gè)引腳的連接使用。 P3口線的第二功能。P3的8條口線都定義有第二功能第四節(jié)

7、存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)MCS-51單片機(jī)的芯片內(nèi)部有RAM和ROM兩類存儲(chǔ)器，即所謂的內(nèi)部RAM和內(nèi)部ROMMCS-51內(nèi)部程序存儲(chǔ)器MCS-51的程序存儲(chǔ)器用于存放編好的程序和表格常數(shù)。8051片內(nèi)有4 KB的ROM，8751片內(nèi)有4 KB的EPROM，8031片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器。 MCS-51的片外最多能擴(kuò)展64 KB程序存儲(chǔ)器，片內(nèi)外的ROM是統(tǒng)一編址的。如端保持高電平，8051的程序計(jì)數(shù)器PC在0000H0FFFH地址范圍內(nèi) (即前4 KB地址) 是執(zhí)行片內(nèi)ROM中的程序，當(dāng)PC在1000HFFFFH地址范圍時(shí)，自動(dòng)執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器中的程序；當(dāng)保持低電平時(shí)，只能尋址外部程序存儲(chǔ)器，片外存儲(chǔ)器可以從

8、0000H開始編址。MCS-51的程序存儲(chǔ)器中有些單元具有特殊功能，使用時(shí)應(yīng)予以注意。 其中一組特殊單元是0000H0002H。系統(tǒng)復(fù)位后，(PC)=0000H，單片機(jī)從0000H單元開始取指令執(zhí)行程序。如果程序不從0000H單元開始，應(yīng)在這三個(gè)單元中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便直接轉(zhuǎn)去執(zhí)行指定的程序。 還有一組特殊單元是0003H002AH，共40個(gè)單元。這40個(gè)單元被均勻地分為5段，作為5個(gè)中斷源的中斷地址區(qū)。其中：0003H000AH 外部中斷0中斷地址區(qū)000BH0012H 定時(shí)/計(jì)數(shù)器0中斷地址區(qū)0013H001AH 外部中斷1中斷地址區(qū)001BH0022H 定時(shí)/計(jì)數(shù)器1中斷地址區(qū)

9、0023H002AH 串行中斷地址區(qū)中斷響應(yīng)后，按中斷種類，自動(dòng)轉(zhuǎn)到各中斷區(qū)的首地址去執(zhí)行程序，因此在中斷地址區(qū)中理應(yīng)存放中斷服務(wù)程序。但通常情況下，8個(gè)單元難以存下一個(gè)完整的中斷服務(wù)程序，因此通常也是從中斷地址區(qū)首地址開始存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便中斷響應(yīng)后，通過中斷地址區(qū)，再轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序的實(shí)際入口地址。MCS-51內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128單元 8051的內(nèi)部RAM共有256個(gè)單元，通常把這256個(gè)單元按其功能劃分為兩部分：低128單元（單元地址00H7FH）和高128單元（單元地址80HFFH）。如圖所示為低128單元的配置圖。 寄存器區(qū) 8051共有4組寄存器，每組8個(gè)

10、寄存單元（各為8），各組都以R0R7作寄存單元編號。寄存器常用于存放操作數(shù)中間結(jié)果等。由于它們的功能及使用不作預(yù)先規(guī)定，因此稱之為通用寄存器，有時(shí)也叫工作寄存器。4組通用寄存器占據(jù)內(nèi)部RAM的00H1FH單元地址。 在任一時(shí)刻，CPU只能使用其中的一組寄存器，并且把正在使用的那組寄存器稱之為當(dāng)前寄存器組。到底是哪一組，由程序狀態(tài)字寄存器PSW中RS1、RS0位的狀態(tài)組合來決定。 通用寄存器為CPU提供了就近存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的便利，有利于提高單片機(jī)的運(yùn)算速度。此外，使用通用寄存器還能提高程序編制的靈活性，因此，在單片機(jī)的應(yīng)用編程中應(yīng)充分特殊功能寄存器通用RAM區(qū)位尋址區(qū)00H1FH20H2FH30H7F

11、H80HFFH80H88H90H98HA0HA8HB0HB8HD0HE0HF0H特殊功能寄存器中位尋址外部ROM內(nèi)部ROM(EA=1)外部ROM(EA=0)0000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFH外 部RAM(I/O口地址)0000HFFFFH內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（a）外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（b）程序存儲(chǔ)器（c）工作寄存器區(qū)利用這些寄存器，以簡化程序設(shè)計(jì)，提高程序運(yùn)行速度。 位尋址區(qū) 內(nèi)部RAM的20H2FH單元，既可作為一般RAM單元使用，進(jìn)行字節(jié)操作，也可以對單元中每一位進(jìn)行位操作，因此把該區(qū)稱之為位尋址區(qū)。位尋址區(qū)共有16個(gè)RAM單元，計(jì)128位，地址為00H7FH。MCS-51具

12、有布爾處理機(jī)功能，這個(gè)位尋址區(qū)可以構(gòu)成布爾處理機(jī)的存儲(chǔ)空間。這種位尋址能力是MCS-51的一個(gè)重要特點(diǎn)。 用戶RAM區(qū) 在內(nèi)部RAM低128單元中，通用寄存器占去32個(gè)單元，位尋址區(qū)占去16個(gè)單元，剩下80個(gè)單元，這就是供用戶使用的一般RAM區(qū)，其單元地址為30H7FH。對用戶RAM區(qū)的使用沒有任何規(guī)定或限制，但在一般應(yīng)用中常把堆棧開辟在此區(qū)中。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器高128單元 內(nèi)部RAM的高128單元是供給專用寄存器使用的，其單元地址為80HFFH。因這些寄存器的功能已作專門規(guī)定，故稱之為專用寄存器（Special Function Register），也可稱為特殊功能寄存器。第五節(jié) 特殊功能存

13、儲(chǔ)器SFR8051共有21個(gè)專用寄存器，現(xiàn)把其中部分寄存器簡單介紹如下：程序計(jì)數(shù)器（PCProgram Counter）。在實(shí)訓(xùn)中，我們已經(jīng)知道PC是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，它的作用是控制程序的執(zhí)行順序。其內(nèi)容為將要執(zhí)行指令的地址，尋址范圍達(dá)64 KB。PC有自動(dòng)加1功能，從而實(shí)現(xiàn)程序的順序執(zhí)行。PC沒有地址，是不可尋址的，因此用戶無法對它進(jìn)行讀寫，但可以通過轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令改變其內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)移。因地址不在SFR（專用寄存器）之內(nèi)，一般不計(jì)作專用寄存器。累加器（ACCAccumulator）。累加器為8位寄存器，是最常用的專用寄存器，功能較多，地位重要。它既可用于存放操作數(shù)，也可用來

14、存放運(yùn)算的中間結(jié)果。MCS-51單片機(jī)中大部分單操作數(shù)指令的操作數(shù)就取自累加器，許多雙操作數(shù)指令中的一個(gè)操作數(shù)也取自累加器。B寄存器。B寄存器是一個(gè)8位寄存器，主要用于乘除運(yùn)算。乘法運(yùn)算時(shí)，B存乘數(shù)。乘法操作后，乘積的高8位存于B中，除法運(yùn)算時(shí)，B存除數(shù)。除法操作后，余數(shù)存于B中。此外，B寄存器也可作為一般數(shù)據(jù)寄存器使用。 程序狀態(tài)字（PSWProgram Status Word）。程序狀態(tài)字是一個(gè)8位寄存器，用于存放程序運(yùn)行中的各種狀態(tài)信息。其中有些位的狀態(tài)是根據(jù)程序執(zhí)行結(jié)果，由硬件自動(dòng)設(shè)置的，而有些位的狀態(tài)則使用軟件方法設(shè)定。PSW的位狀態(tài)可以用專門指令進(jìn)行測試，也可以用指令讀出。一些條件

15、轉(zhuǎn)移指令將根據(jù)PSW有些位的狀態(tài)，進(jìn)行程序轉(zhuǎn)移。PSW的各位定義如下：PSW位地址D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0H字節(jié)地址 CY ACF0RS1RS0OVF1P除PSW.1位保留未用外，其余各位的定義及使用如下：CY（PSW.7）進(jìn)位標(biāo)志位。CY是PSW中最常用的標(biāo)志位。其功能有二：一是存放算術(shù)運(yùn)算的進(jìn)位標(biāo)志，在進(jìn)行加或減運(yùn)算時(shí)，如果操作結(jié)果的最高位有進(jìn)位或借位時(shí)，CY由硬件置“1”，否則清“0”；二是在位操作中，作累加位使用。位傳送、位與位或等位操作，操作位之一固定是進(jìn)位標(biāo)志位。AC（PSW.6）輔助進(jìn)位標(biāo)志位。在進(jìn)行加減運(yùn)算中，當(dāng)?shù)?位向高4位進(jìn)位或借位時(shí)，AC由硬件置“1

16、”，否則AC位被清“0”。在BCD碼調(diào)整中也要用到AC位狀態(tài)。F0（PSW.5）用戶標(biāo)志位。這是一個(gè)供用戶定義的標(biāo)志位，需要利用軟件方法置位或復(fù)位，用以控制程序的轉(zhuǎn)向。RS1和RS0（PSW.4，PSW.3）寄存器組選擇位。它們被用于選擇CPU當(dāng)前使用的通用寄存器組。通用寄存器共有4組，其對應(yīng)關(guān)系如下：00：0組 01：1組 10：2組 11：3組這兩個(gè)選擇位的狀態(tài)是由軟件設(shè)置的，被選中的寄存器組即為當(dāng)前通用寄存器組。但當(dāng)單片機(jī)上電或復(fù)位后，RS1 RS0=00。OV（PSW.2）溢出標(biāo)志位。在帶符號數(shù)加減運(yùn)算中，OV=1表示加減運(yùn)算超出了累加器A所能表示的符號數(shù)有效范圍（-128 +127）

17、，即產(chǎn)生了溢出，因此運(yùn)算結(jié)果是錯(cuò)誤的，否則，OV=0表示運(yùn)算正確，即無溢出產(chǎn)生。P（PSW.0）奇偶標(biāo)志位。表明累加器A中內(nèi)容的奇偶性。如果A中有奇數(shù)個(gè)“1”，則P置“1”，否則置“0”。凡是改變累加器A中內(nèi)容的指令均會(huì)影響P標(biāo)志位。此標(biāo)志位對串行通信中的數(shù)據(jù)傳輸有重要的意義。在串行通信中常采用奇偶校驗(yàn)的辦法來校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。?shù)據(jù)指針（DPTR）。數(shù)據(jù)指針為16位寄存器。編程時(shí)，DPTR既可以按16位寄存器使用，也可以按兩個(gè)8位寄存器分開使用，即：DPH DPTR高位字節(jié)，DPL DPTR低位字節(jié)。DPTR通常在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)作地址指針使用。由于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址范圍為64 KB

18、，故把DPTR設(shè)計(jì)為16位。堆棧指針（SPStack Pointer）。堆棧是一個(gè)特殊的存儲(chǔ)區(qū)，用來暫存數(shù)據(jù)和地址，它是按“先進(jìn)后出”的原則存取數(shù)據(jù)的。堆棧共有兩種操作：進(jìn)棧和出棧。由于MCS-51單片機(jī)的堆棧設(shè)在內(nèi)部RAM中，因此SP是一個(gè)8位寄存器。系統(tǒng)復(fù)位后，SP的內(nèi)容為07H，從而復(fù)位后堆棧實(shí)際上是從08H單元開始的。但08H1FH單元分別屬于工作寄存器13區(qū)，如程序要用到這些區(qū)，最好把SP值改為1FH或更大的值。對專用寄存器的字節(jié)尋址問題作如下幾點(diǎn)說明： (1)21個(gè)可字節(jié)尋址的專用寄存器是不連續(xù)地分散在內(nèi)部RAM高128單元之中，盡管還余有許多空閑地址，但用戶并不能使用。 (2)

19、程序計(jì)數(shù)器PC不占據(jù)RAM單元，它在物理上是獨(dú)立的，因此是不可尋址的寄存器。 (3) 對專用寄存器只能使用直接尋址方式，書寫時(shí)既可使用寄存器符號，也可使用寄存器。第六節(jié) 輸入輸出端口單片機(jī)芯片內(nèi)還有一項(xiàng)主要內(nèi)容就是并行I/O口。MCS-51共有4個(gè)8位的并行I/O口，分別記作P0、P1、P2、P3。每個(gè)口都包含一個(gè)鎖存器、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。實(shí)際上，它們已被歸入專用寄存器之列，并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。 在訪問片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，低8位地址和數(shù)據(jù)由P0口分時(shí)傳送，高8位地址由P2口傳送。在無片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，這4個(gè)口的每一位均可作為雙向的I/O端口使用。第七節(jié) 時(shí)鐘電路在MCS

20、-51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2 。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機(jī)的時(shí)鐘電路。XTAL2XTAL1MCS-51C1C2CYSXTAL2XTAL1MCS-51+5VVSSTTL外部時(shí)鐘源1振蕩周期：為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號的振蕩源的周期。2時(shí)鐘周期：是振蕩源信號經(jīng)二分頻后形成的時(shí)鐘脈沖信號。 3機(jī)器周期：通常將完成一個(gè)基本操作所需的時(shí)間稱為機(jī)器周期。4指令周期：是指CPU執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間。一個(gè)指令周期通常含有14個(gè)機(jī)器周期。 P1P2S1P2振蕩周期時(shí)鐘

21、周期機(jī)器周期機(jī)器周期指令周期XTAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2第八節(jié) 復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后PC=0000H，使單片機(jī)從第一個(gè)單元取指令。實(shí)訓(xùn)中已經(jīng)看出，無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位，所以我們必須弄清楚MCS-51型單片機(jī)復(fù)位的條件、復(fù)位電路和復(fù)位后狀態(tài)。 第三章 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器第一節(jié) 概述實(shí)質(zhì)是計(jì)數(shù)器，脈沖每一次下降沿，計(jì)數(shù)寄存器數(shù)值將加1。計(jì)數(shù)的脈沖如果

22、來源于單片機(jī)內(nèi)部的晶振,由于其周期極為準(zhǔn)確，這時(shí)稱為定時(shí)器。計(jì)數(shù)的脈沖如果來源于單片機(jī)外部的引腳，由于其周期一般不準(zhǔn)確，這時(shí)稱為計(jì)數(shù)器。第二節(jié) 結(jié)構(gòu)和工作原理定時(shí)/計(jì)數(shù)器方式寄存器TMOD(1) M1和M0：方式選擇位。(2) c/T ：功能選擇位。時(shí)，設(shè)置為定時(shí)器工作方式；時(shí)，設(shè)置為計(jì)數(shù)器工作方式。(3) GATE：門控位。當(dāng)GATE=0時(shí)，軟件控制位TR0或TR1置1即可啟動(dòng)定時(shí)器；當(dāng)GATE=1時(shí)，軟件控制位TR0或TR1須置1，同時(shí)還須（P3.2）或（P3.3）為高電平方可啟動(dòng)定時(shí)器，即允許外中斷、啟動(dòng)定時(shí)器。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON(1) TCON.7 TF1：定時(shí)器1溢出標(biāo)

23、志位。當(dāng)定時(shí)器1計(jì)滿數(shù)產(chǎn)生溢出時(shí)，由硬件自動(dòng)置TF1=1。在中斷允許時(shí)，向CPU發(fā)出定時(shí)器1的中斷請求，進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，由硬件自動(dòng)清0。在中斷屏蔽時(shí)，TF1可作查詢測試用，此時(shí)只能由軟件清0。(2) TCON.6 TR1：定時(shí)器1運(yùn)行控制位。由軟件置1或清0來啟動(dòng)或關(guān)閉定時(shí)器1。當(dāng)GATE=1，且為高電平時(shí)，TR1置1啟動(dòng)定時(shí)器1；當(dāng)GATE=0時(shí)，TR1置1即可啟動(dòng)定時(shí)器1。(3) TCON.5 TF0：定時(shí)器0溢出標(biāo)志位。其功能及操作情況同TF1。(4) TCON.4 TR0：定時(shí)器0運(yùn)行控制位。其功能及操作情況同TR1。(5) TCON.3 IE1：外部中斷1（ ）請求標(biāo)志位。(6)

24、TCON.2 IT1：外部中斷1觸發(fā)方式選擇位。(7)TCON.1 IE0：外部中斷0 （ ）請求標(biāo)志位。 (8) TCON.0 IT0：外部中斷0觸發(fā)方式選擇位。 第三節(jié) 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式1方式0方式0構(gòu)成一個(gè)13位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。圖是定時(shí)器0在方式0時(shí)的邏輯電路結(jié)構(gòu)，定時(shí)器1的結(jié)構(gòu)和操作與定時(shí)器0完全相同。2方式1定時(shí)器工作于方式1時(shí)。由圖可知，方式1構(gòu)成一個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，其結(jié)構(gòu)與操作幾乎完全與方式0相同，惟一差別是二者計(jì)數(shù)位數(shù)不同。3方式2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于方式2時(shí)，。由圖可知，方式2中，16位加法計(jì)數(shù)器的TH0和TL0具有不同功能，其中，TL0是8位計(jì)數(shù)器，TH0是重置初值

25、的8位緩沖器。4方式3定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于方式3時(shí)，其邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖所示。第四節(jié) 編程和使用1計(jì)數(shù)器初值的計(jì)算把計(jì)數(shù)器計(jì)滿為零所需要的計(jì)數(shù)值設(shè)定為C，計(jì)數(shù)初值設(shè)定為TC，由此可得到公式：TC=M-C式中，M為計(jì)數(shù)器模值，該值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式0時(shí)M為213；在方式1時(shí)M為216；在方式2和方式3時(shí)M為28。2定時(shí)器初值的計(jì)算在定時(shí)器模式下，計(jì)數(shù)器由單片機(jī)主脈沖經(jīng)12分頻后計(jì)數(shù)。因此，定時(shí)器定時(shí)時(shí)間T的公式：T=（M-TC）T計(jì)數(shù)，上式也可寫成：TC=M-T/ T計(jì)數(shù)。式中，M為模值，和定時(shí)器的工作方式有關(guān)；T計(jì)數(shù)是單片機(jī)振蕩周期TCLK的12倍；TC為定時(shí)器的定時(shí)初值。 第六章 中斷系

26、統(tǒng)第一節(jié) 概述中斷是通過硬件來改變CPU的運(yùn)行方向的。計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序的過程中，當(dāng)出現(xiàn)CPU以外的某種情況時(shí)，由服務(wù)對象向CPU發(fā)出中斷請求信號，要求CPU暫時(shí)中斷當(dāng)前程序的執(zhí)行而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，待處理程序執(zhí)行完畢后，再繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。這種程序在執(zhí)行過程中由于外界的原因而被中間打斷的情況稱為“中斷”。與中斷有關(guān)的寄存器有4個(gè)，分別為中斷源寄存器TCON和SCON、中斷允許控制寄存器IE和中斷優(yōu)先級控制寄存器IP；中斷源有5個(gè)，分別為外部中斷0請求 、外部中斷1請求、定時(shí)器0溢出中斷請求TF0、定時(shí)器1溢出中斷請求TF1和串行中斷請求RI或TI。5個(gè)中斷源的排列順序由中斷優(yōu)先級

27、控制寄存器IP和順序查詢邏輯電路共同決定，5個(gè)中斷源分別對應(yīng)5個(gè)固定的中斷入口地址。 第二節(jié) 中斷源與中斷申請標(biāo)志中斷源(1)外部中斷0請求，由P3.2腳輸入。通過IT0腳（TCON.0）來決定是低電平有效還是下跳變有效。一旦輸入信號有效，就向CPU申請中斷，并建立IE0標(biāo)志。(2)外部中斷1請求，由P3.3腳輸入。通過IT1腳TCON.2）來決定是低電平有效還是下跳變有效。一旦輸入信號有效，就向CPU申請中斷，并建立IE1標(biāo)志。 (3)TF0：定時(shí)器T0溢出中斷請求。當(dāng)定時(shí)器0產(chǎn)生溢出時(shí)，定時(shí)器0中斷請求標(biāo)志位（TCON.5）置位（由硬件自動(dòng)執(zhí)行），請求中斷處理。(4)TF1：定時(shí)器1溢出中

28、斷請求。當(dāng)定時(shí)器1產(chǎn)生溢出時(shí)，定時(shí)器1中斷請求標(biāo)志位（TCON.7）置位（由硬件自動(dòng)執(zhí)行），請求中斷處理。(5) RI或TI：串行中斷請求。當(dāng)接收或發(fā)送完一串行幀時(shí)，內(nèi)部串行口中斷請求標(biāo)志位RI（SCON.0）或TI（SCON.1）置位（由硬件自動(dòng)執(zhí)行），請求中斷。 中斷標(biāo)志TCON寄存器中的中斷標(biāo)志TCON為定時(shí)器0和定時(shí)器1的控制寄存器，同時(shí)也鎖存定時(shí)器0和定時(shí)器1的溢出中斷標(biāo)志及外部中斷和的中斷標(biāo)志等。與中斷有關(guān)位如下：(1) TCON.7 TF1：定時(shí)器1的溢出中斷標(biāo)志。T1被啟動(dòng)計(jì)數(shù)后，從初值做加1計(jì)數(shù)，計(jì)滿溢出后由硬件置位TF1，同時(shí)向CPU發(fā)出中斷請求，此標(biāo)志一直保持到CPU響應(yīng)

29、中斷后才由硬件自動(dòng)清0。也可由軟件查詢該標(biāo)志，并由軟件清0。(2) TCON.5 TF0：定時(shí)器0溢出中斷標(biāo)志。其操作功能與TF1相同。(3) TCON.3 IE1：中斷標(biāo)志。IE1 = 1，外部中斷1向CPU申請中斷。(4) TCON.2 IT1：中斷觸發(fā)方式控制位。當(dāng)IT1 = 0時(shí)，外部中斷1控制為電平觸發(fā)方式。(5) TCON.1 IE0：中斷標(biāo)志。其操作功能與IE1相同。(6) TCON.0 IT0：中斷觸發(fā)方式控制位。其操作功能與IT1相同。SCON寄存器中的中斷標(biāo)志SCON是串行口控制寄存器，其低兩位TI和RI鎖存串行口的發(fā)送中斷標(biāo)志和接收中斷標(biāo)志。(1) SCON.1 TI：串

30、行發(fā)送中斷標(biāo)志。CPU將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF時(shí)，就啟動(dòng)發(fā)送，每發(fā)送完一個(gè)串行幀，硬件將使TI置位。但CPU響應(yīng)中斷時(shí)并不清除TI，必須由軟件清除。第三節(jié) 中斷控制IE寄存器中斷的開放和禁止標(biāo)志(1) IE.7 EA：總中斷允許控制位。EA = 1，開放所有中斷，各中斷源的允許和禁止可通過相應(yīng)的中斷允許位單獨(dú)加以控制；EA = 0，禁止所有中斷。(2) IE.4 ES：串行口中斷允許位。ES = 1，允許串行口中斷；ES = 0，禁止串行口中斷。(3) IE.3 ET1：定時(shí)器1中斷允許位。ET1 = 1，允許定時(shí)器1中斷；ET1 = 0，禁止定時(shí)器1中斷。(4) IE.2 EX1：外部中

31、斷1（）中斷允許位。EX1 = 1，允許外部中斷1中斷；EX1 = 0，禁止外部中斷1中斷。(5) IE.1 ET0：定時(shí)器0中斷允許位。ET0 = 1，允許定時(shí)器0中斷；ET0 = 0，禁止定時(shí)器0中斷。(6) IE.0 EX0: 外部中斷0（）中斷允許位。EX0 = 1，允許外部中斷0中斷；EX0 = 0，禁止外部中斷0中斷。 8051單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位后，IE中各中斷允許位均被清0，即禁止所有中斷。IP寄存器中斷優(yōu)先級標(biāo)志8051單片機(jī)有兩個(gè)中斷優(yōu)先級，每個(gè)中斷源都可以通過編程確定為高優(yōu)先級中斷或低 （1）IP.4 PS：串行口中斷優(yōu)先控制位。PS = 1，設(shè)定串行口為高優(yōu)先級中斷；PS =

32、 0，設(shè)定串行口為低優(yōu)先級中斷。（2）IP.3 PT1：定時(shí)器T1中斷優(yōu)先控制位。PT1 = 1，設(shè)定定時(shí)器T1中斷為高優(yōu)先級中斷；PT1 = 0，設(shè)定定時(shí)器T1中斷為低優(yōu)先級中斷。（3）IP.2 PX1：外部中斷1中斷優(yōu)先控制位。PX1 = 1，設(shè)定外部中斷1為高優(yōu)先級中斷；PX1 = 0，設(shè)定外部中斷1為低優(yōu)先級中斷。 （4）IP.1 PT0：定時(shí)器T0中斷優(yōu)先控制位。PT0 = 1，設(shè)定定時(shí)器T0中斷為高優(yōu)先級中斷；PT0 = 0，設(shè)定定時(shí)器T0中斷為低優(yōu)先級中斷。（5）IP.0 PX0：外部中斷0中斷優(yōu)先控制位。PX0 = 1，設(shè)定外部中斷0為高優(yōu)先級中斷；PX0 = 0，設(shè)定外部中斷

33、0為低優(yōu)先級中斷。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位后，IP低5位全部清0，所有中斷源均設(shè)定為低優(yōu)先級中斷。如果幾個(gè)同一優(yōu)先級的中斷源同時(shí)向CPU申請中斷，CPU 通過內(nèi)部硬件查詢邏輯，按自然優(yōu)先級順序確定先響應(yīng)哪個(gè)中斷請求。自然優(yōu)先級由硬件形成，排列如下：中斷源 同級自然優(yōu)先級外部中斷0 最高級定時(shí)器T0中斷外部中斷1定時(shí)器T1中斷串行口中斷 最低級第四節(jié) 中斷響應(yīng)中斷處理過程可分為中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回三個(gè)階段。中斷響應(yīng) 中斷響應(yīng)是CPU對中斷源中斷請求的響應(yīng)，包括保護(hù)斷點(diǎn)和將程序轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序的入口地址（通常稱矢量地址）。中斷響應(yīng)過程 中斷響應(yīng)過程包括保護(hù)斷點(diǎn)和將程序轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序的入口地址。首先，中

34、斷系統(tǒng)通過硬件自動(dòng)生成長調(diào)用指令（LACLL），該指令將自動(dòng)把斷點(diǎn)地址壓入堆棧保護(hù)（不保護(hù)累加器A、狀態(tài)寄存器PSW和其它寄存器的內(nèi)容），然后，將對應(yīng)的中斷入口地址裝入程序計(jì)數(shù)器PC（由硬件自動(dòng)執(zhí)行），使程序轉(zhuǎn)向該中斷入口地址，執(zhí)行中斷服務(wù)程序。MCS-51系列單片機(jī)各中斷源的入口地址由硬件事先設(shè)定，分配如下：中斷源 入口地址外部中斷0 0003H定時(shí)器T0中斷 000BH外部中斷1 0013H定時(shí)器T1中斷 001BH串行口中斷 0023H 使用時(shí)，通常在這些中斷入口地址處存放一條絕對跳轉(zhuǎn)指令，使程序跳轉(zhuǎn)到用戶安排的中斷服務(wù)程序的起始地址上去。中斷返回 中斷返回是指中斷服務(wù)完后，計(jì)算機(jī)返回原

35、來斷開的位置（即斷點(diǎn)），繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。中斷返回由中斷返回指令RETI來實(shí)現(xiàn)。該指令的功能是把斷點(diǎn)地址從堆棧中彈出，送回到程序計(jì)數(shù)器PC，此外，還通知中斷系統(tǒng)已完成中斷處理，并同時(shí)清除優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器。特別要注意不能用“RET”指令代替“RETI”指令。中斷請求的撤除CPU響應(yīng)中斷請求后即進(jìn)入中斷服務(wù)程序，在中斷返回前，應(yīng)撤除該中斷請求，否則，會(huì)重復(fù)引起中斷而導(dǎo)致錯(cuò)誤。MCS-51各中斷源中斷請求撤消的方法各不相同，分別為：1）定時(shí)器中斷請求的撤除 對于定時(shí)器0或1溢出中斷，CPU在響應(yīng)中斷后即由硬件自動(dòng)清除其中斷標(biāo)志位TF0或TF1，無需采取其它措施。2）串行口中斷請求的撤除 對于串行口

36、中斷，CPU在響應(yīng)中斷后，硬件不能自動(dòng)清除中斷請求標(biāo)志位TI、RI，必須在中斷服務(wù)程序中用軟件將其清除。3）外部中斷請求的撤除 外部中斷可分為邊沿觸發(fā)型和電平觸發(fā)型。 對于邊沿觸發(fā)的外部中斷0或1，CPU在響應(yīng)中斷后由硬件自動(dòng)清除其中斷標(biāo)志位IE0或IE1，無需采取其它措施。第四章 MCS_51與鍵盤、顯示器的接口設(shè)計(jì)第一節(jié) LED接口原理常用的LED顯示器有LED狀態(tài)顯示器（俗稱發(fā)光二極管）、LED七段顯示器（俗稱數(shù)碼管）和LED十六段顯示器。發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài)，用于系統(tǒng)狀態(tài)顯示；數(shù)碼管用于數(shù)字顯示；LED十六段顯示器用于字符顯示。1. 數(shù)碼管簡介2. 1) 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光

37、二極管（以下簡稱字段）構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字0 9、字符A F、H、L、P、R、U、Y、符號“-”及小數(shù)點(diǎn)“.”。數(shù)碼管的外形結(jié)構(gòu)如下圖所示。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)。2) 數(shù)碼管工作原理 共陽極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連接在一起。通常，公共陽極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為低電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮。根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻。共陰極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)端）連接在

38、一起。通常，公共陰極接低電平（一般接地），其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為高電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能提供額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻。3) 數(shù)碼管字形編碼 要使數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的數(shù)字或字符，必須使段數(shù)據(jù)口輸出相應(yīng)的字形編碼。對照圖7.10（a），字型碼各位定義為：數(shù)據(jù)線D0與a字段對應(yīng)，D1與b字段對應(yīng)，依此類推。如使用共陽極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)為1表示對應(yīng)字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對應(yīng)字段暗，數(shù)據(jù)為1表示對應(yīng)字段亮。如要

39、顯示“0”，共陽極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：11000000B（即C0H）；共陰極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：00111111B（即3FH）。依此類推。2靜態(tài)顯示接口3. 靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或恒定截止。這種顯示方式的各位數(shù)碼管相互獨(dú)立，公共端恒定接地（共陰極）或接正電源（共陽極）。每個(gè)數(shù)碼管的8個(gè)字段分別與一個(gè)8位I/O口地址相連，I/O口只要有段碼輸出，相應(yīng)字符即顯示出來，并保持不變，直到I/O口輸出新的段碼。采用靜態(tài)顯示方式，較小的電流即可獲得較高的亮度，且占用CPU時(shí)間少，編程簡單，顯示便于監(jiān)測和控制，但其占用的口線多，硬件電路復(fù)雜，成本高，只適合于顯示位數(shù)

40、較少的場合。3動(dòng)態(tài)顯示接口 動(dòng)態(tài)顯示是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管，這種逐位點(diǎn)亮顯示器的方式稱為位掃描。通常，各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位的I/O口控制；各位的位選線（公共陰極或陽極）由另外的I/O口線控制。動(dòng)態(tài)方式顯示時(shí)，各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，即在某一時(shí)刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，在另一時(shí)刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼。依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同的時(shí)刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人以同時(shí)顯示的感覺。采用動(dòng)態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路也較

41、靜態(tài)顯示方式簡單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，而且在顯示位數(shù)較多時(shí)，CPU要依次掃描，占用CPU較多的時(shí)間。第二節(jié) 鍵盤接口原理1 鍵的分類1 按鍵按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類，一類是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如機(jī)械式開關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開關(guān)等；另一類是無觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。前者造價(jià)低，后者壽命長。目前，微機(jī)系統(tǒng)中最常見的是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵。 2輸入原理2 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路及專一的復(fù)位功能外，其它按鍵都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)的。當(dāng)所設(shè)置的功能鍵或數(shù)字鍵按下時(shí)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)完成該按鍵所設(shè)定的功能，鍵信息輸入是與軟件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的過程。 對于一組鍵

42、或一個(gè)鍵盤，總有一個(gè)接口電路與CPU相連。CPU可以采用查詢或中斷方式了解有無將鍵輸入，并檢查是哪一個(gè)鍵按下，將該鍵號送入累加器ACC，然后通過跳轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)入執(zhí)行該鍵的功能程序，執(zhí)行完后再返回主程序3按鍵結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 微機(jī)鍵盤通常使用機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)，其主要功能是把機(jī)械上的通斷轉(zhuǎn)換成為電氣上的邏輯關(guān)系。也就是說，它能提供標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平，以便與通用數(shù)字系統(tǒng)的邏輯電平相容。 機(jī)械式按鍵再按下或釋放時(shí)，由于機(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)，然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來。其抖動(dòng)過程如下圖所示，抖動(dòng)時(shí)間的長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為510 ms。在觸點(diǎn)抖動(dòng)期間檢測按鍵的通與斷狀態(tài)，可

43、能導(dǎo)致判斷出錯(cuò)，即按鍵一次按下或釋放被錯(cuò)誤地認(rèn)為是多次操作，這種情況是不允許出現(xiàn)的。為了克服按鍵觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)所致的檢測誤判，必須采取去抖動(dòng)措施。這一點(diǎn)可從硬件、軟件兩方面予以考慮。在鍵數(shù)較少時(shí)，可采用硬件去抖，而當(dāng)鍵數(shù)較多時(shí)，采用軟件去抖。4. 按鍵編碼5. 一組按鍵或鍵盤都要通過I/O口線查詢按鍵的開關(guān)狀態(tài)。根據(jù)鍵盤結(jié)構(gòu)的不同，采用不同的編碼。無論有無編碼，以及采用什么編碼，最后都要轉(zhuǎn)換成為與累加器中數(shù)值相對應(yīng)的鍵值，以實(shí)現(xiàn)按鍵功能程序的跳轉(zhuǎn)。5 制鍵盤程序6. 一個(gè)完善的鍵盤控制程序應(yīng)具備以下功能： (1) 檢測有無按鍵按下，并采取硬件或軟件措施，消除鍵盤按鍵機(jī)械觸點(diǎn)抖動(dòng)的影響。 (2) 有可靠的邏輯處理辦法。每次只處理一個(gè)按鍵，其間對任何按鍵的操作對系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，且無論一次按鍵時(shí)間有多長，系統(tǒng)僅執(zhí)行一次按鍵功能程序。 (3) 準(zhǔn)確輸出按鍵值（或鍵號），以滿足跳轉(zhuǎn)指令要求。獨(dú)立式按鍵 單片機(jī)控制系統(tǒng)中，往往只