單片機(jī)教案(第1章 組成原理)

1、第二章是MCS-51單片機(jī)的組成原理(單片機(jī)的第一知識(shí))MCS-51系列單片機(jī)是美國英特爾公司生產(chǎn)的高級(jí)8位機(jī)。在本系列中，通常使用以下三種典型產(chǎn)品：1 .8031單片機(jī)；2.8051單片機(jī)；3.8751單片機(jī)。2-1內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖2-1 MCS-51單片機(jī)：一、中央處理器(8位機(jī))由運(yùn)算單元和控制器組成，是單片機(jī)的核心：(1)算術(shù)邏輯單元：完成二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能；(2)控制器：在時(shí)鐘脈沖的作用下，解碼指令，控制單片機(jī)系統(tǒng)各部件協(xié)調(diào)有序的工作。第二，片上只讀存儲(chǔ)器它主要用于存儲(chǔ)程序、原始數(shù)據(jù)和表格，也稱為程序存儲(chǔ)器或片上只讀存儲(chǔ)器。(MCS-51系列：8031單片機(jī)，無只讀存儲(chǔ)器；在芯

2、片中；8051單片機(jī)，帶4KB屏蔽只讀存儲(chǔ)器；在芯片中；8751單片機(jī)，帶4KB EPROM)。三.片內(nèi)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(256字節(jié)單位)(1)128字節(jié)單元構(gòu)成21個(gè)具有特殊功能的寄存器SFR，它們的功能已被特別指定，因此用戶不能隨意使用；(2)較低的128字節(jié)單元被用作隨機(jī)接入單元供用戶使用。(有時(shí)這意味著片內(nèi)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器是128B。(四.計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器(216位)芯片上有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(T0，T1)，系統(tǒng)可以通過它們的計(jì)時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果來控制。V.并行輸入輸出接口(48位)芯片上有四個(gè)8位并行輸入/輸出接口(P0、P1、P2、P3)。它們可以雙向使用。(1) P0端口通常用于8位數(shù)

3、據(jù)總線或低位8位地址總線的信息傳輸；(2) P1端口一般用作通用數(shù)據(jù)輸入輸出接口；(3) P2端口通常用于高8位地址總線的信息傳輸；(4) P3港經(jīng)常以輸入或輸出的形式使用第二種功能(有8種)。六.串行接口芯片上有兩個(gè)1位串行接口，TXD是輸出端口，RXD是輸入端口。它們也可以被編程為全雙工(雙向同步信息傳輸)通用異步串行接口模式(UART)。七.中斷控制系統(tǒng)MCS-51有五個(gè)中斷源：(1)兩個(gè)外部中斷源；(2)兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷源；(3)一個(gè)串行中斷源。八、重要功能(1) 64KB片外只讀存儲(chǔ)器和64KB片外隨機(jī)存取存儲(chǔ)器；可以解決；(2)具有位操作功能的位尋址功能(邏輯處理)。2-2中

4、央處理器結(jié)構(gòu)中央處理器是單片機(jī)的核心，由運(yùn)算單元和控制器兩部分組成。一、算術(shù)單元1.算術(shù)/邏輯組件：(1)完成算術(shù)運(yùn)算。如：加法、減法、乘法、除運(yùn)算；(2)完成邏輯運(yùn)算。如與、或、非、異或等。(3)將運(yùn)算結(jié)果的特征量作為下一個(gè)運(yùn)算指令的基礎(chǔ)。2.累加器甲：(8位寄存器)(1)用于在算術(shù)/邏輯運(yùn)算中存儲(chǔ)操作數(shù)或結(jié)果(2)通過A與外部存儲(chǔ)器交換信息；(3)當(dāng)與輸入/輸出接口交換信息時(shí)，它也通過3.寄存器B: (8位寄存器)(1)乘法時(shí)，用于記錄乘法器或乘積的高位字節(jié)；(2)除法時(shí)，用來記錄除數(shù)或余數(shù)；(3)當(dāng)不執(zhí)行上述操作時(shí)，它可以用作通用寄存器。4.程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器PSW: (8位寄存器)(1

5、)進(jìn)位標(biāo)志Cy(D7位):加減時(shí)，如果運(yùn)算結(jié)果在最高位有進(jìn)位或借位，Cy由硬件自動(dòng)設(shè)置為“1”，否則自動(dòng)設(shè)置為“0”。(2)輔助進(jìn)位標(biāo)志位交流：(半標(biāo)記位，D6位)(1)加減時(shí)，如果低4位攜帶或借用高4位，交流由硬件自動(dòng)設(shè)置為“1”，否則自動(dòng)設(shè)置為“0”。中央處理器經(jīng)常根據(jù)交流的狀態(tài)調(diào)整BCD碼的運(yùn)算結(jié)果。(3)用戶標(biāo)志位F0(D5位):用戶可以通過軟件將F0位設(shè)置為“1”或“0”，以確定程序的方向。(4)工作寄存器組選擇標(biāo)志位RS1和RS0(D4和D3位):用戶通過軟件改變RS1和RS0的組合內(nèi)容，在片內(nèi)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中選擇四個(gè)工作寄存器組之一。RS1RS0選擇當(dāng)前使用的工作登記組(區(qū)域)片

6、內(nèi)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器地址普通登記簿姓名00組000H07HR0R701第1組08H0FHR0R710第2組10H17HR0R711第3組18H1FHR0R7(5)溢出標(biāo)志位OV(D2位):當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超過8位二進(jìn)制數(shù)的允許范圍時(shí)，OV由硬件自動(dòng)設(shè)置為“1”，否則設(shè)置為“0”。(6)空缺職位(D1職位):該位未定義。(7)奇偶校驗(yàn)標(biāo)志位P(D0位):MCS-51采用偶數(shù)校驗(yàn)。當(dāng)累加器a中的1個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，硬件將p設(shè)置為“1 ”,反之亦然。第二，控制器控制器主要由時(shí)序控制邏輯電路和各種控制寄存器組成，嚴(yán)格按照時(shí)序電路的各種解碼指令執(zhí)行指定的操作。1.指令寄存器紅外和指令解碼器標(biāo)識(shí)(8位)紅外主要用于指令

7、代碼的注冊(cè)，并通過識(shí)別碼對(duì)指令代碼進(jìn)行翻譯，控制電路產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)。2.程序計(jì)數(shù)器是一個(gè)16位的寄存器，它是專門用來注冊(cè)要由中央處理器執(zhí)行的指令的地址(即下一條指令的地址)，所以電腦會(huì)自動(dòng)加1。個(gè)人電腦可以尋址64KB范圍內(nèi)的只讀存儲(chǔ)器。請(qǐng)注意，個(gè)人電腦本身沒有地址，所以用戶不能讀寫它，但他們可以通過相應(yīng)的指令改變其內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)程序傳輸。3.堆棧指針(寄存器)(8位)堆棧：只有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入/輸出端口的內(nèi)存，按照“先進(jìn)先出”的原則進(jìn)行管理。堆棧底部：堆棧內(nèi)存的底部。此時(shí)，堆棧指針是SP。堆棧頂部：內(nèi)存的數(shù)據(jù)輸入。當(dāng)堆棧為空時(shí)，堆棧頂部的地址等于堆棧底部的地址(兩者一致)。隨著數(shù)據(jù)不斷被推入堆棧

8、，堆棧頂部的地址也不斷增加(浮動(dòng))。數(shù)據(jù)堆棧操作：先將SP 1發(fā)送給SP，然后將數(shù)據(jù)寫入堆棧內(nèi)存；堆棧外數(shù)據(jù)操作：首先從堆棧內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)，然后是SP-1，將其發(fā)送到SP。堆棧指針(寄存器):它是一個(gè)專門用來注冊(cè)指示堆棧內(nèi)存的地址的寄存器。4.數(shù)據(jù)指針(地址)寄存器DPTR(16位)是一個(gè)16位特殊寄存器，由兩個(gè)8位寄存器DPH(高8位)和DPL(低8位)組成。它專門用于注冊(cè)片外隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的地址和用于數(shù)據(jù)訪問的擴(kuò)展輸入輸出端口。三.寄存器和特殊功能寄存器1.工作寄存器MCS-51有32個(gè)工作寄存器(在00 h 1 FH片上隨機(jī)存儲(chǔ)器地址單元中)，分為四組(區(qū))，每組(區(qū))共有8個(gè)寄存器，分

9、別由R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6和R7表示。(從上表可以看出)每次只有一個(gè)區(qū)域工作，這由程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器RS1和RS0決定。當(dāng)RS1RS0=00時(shí)，所選的當(dāng)前工作組為第0組(區(qū)域)，其地址分別為00H07H，對(duì)應(yīng)的通用寄存器名稱分別為r0 r7。注意：R0和R1不僅用作工作寄存器，還經(jīng)常用作間接尋址的地址指針。2.特殊功能寄存器MCS-51共有21個(gè)特殊功能寄存器(PC機(jī)除外)，它們離散分布在片內(nèi)隨機(jī)存儲(chǔ)器的80H0FFH地址單元中，占用128個(gè)存儲(chǔ)單元，構(gòu)成存儲(chǔ)塊。地址從大到小排列如下(尋址模式將在下一章討論)在地址單元中復(fù)位后，特殊功能寄存器的初始狀態(tài)可以是位可尋址的嗎b寄存

10、器F0H 00H可以蓄電池E0H 00H可以PSW程序狀態(tài)D0H 00H可以標(biāo)志寄存器IP中斷優(yōu)先級(jí)b8hxxx0000b can控制寄存器P3 P3港口數(shù)據(jù)寄存器B0H FFH 5月工業(yè)工程中斷允許A8H 0XX00000B控制寄存器P2 P2港口數(shù)據(jù)寄存器A0H FFH 5月SBUF串口發(fā)送/接收99H不確定數(shù)據(jù)緩沖寄存器SCON串行端口控制寄存器98H 00H可以P1 P1港口數(shù)據(jù)寄存器90H FFH 5月TH1 T1計(jì)數(shù)器8DH 00H不能高位8位寄存器TH0 T0計(jì)數(shù)器8CH 00H不能高位8位寄存器TL1 T1計(jì)數(shù)器8BH 00H不能低8位寄存器TL0 T0計(jì)數(shù)器8AH 00H不能

11、低8位寄存器TMOD計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器89H 00H不能模式控制寄存器TCON定時(shí)器控制寄存器88H 00H可以PCON功率控制寄存器87H 00H不能83H 00H不允許DPH地址寄存器的高8位DPL地址寄存器的低8位不能是82H 00HSP堆棧指針寄存器81H 07H不能P0 P0端口數(shù)據(jù)寄存器80H FFH可以上述21個(gè)特殊功能寄存器，其地址可被8整除，都可以是位可尋址的。b、A、PSW、SP和DPTR已經(jīng)在上面介紹過了，其他的將在后面的章節(jié)中單獨(dú)討論。2-3 MCS-51單片機(jī)存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器1.幾個(gè)基本概念1.數(shù)字的本質(zhì)和物理現(xiàn)象。眾所周知，計(jì)算機(jī)可以做數(shù)學(xué)運(yùn)算，這使得我們很難理解。盡

12、管我們不知道計(jì)算機(jī)的組成，但它總是一些電子元件。我們?nèi)绾巫鰯?shù)學(xué)運(yùn)算？我們通過在紙上寫37，然后在底部寫45，然后做大腦運(yùn)算，最后寫結(jié)果來做數(shù)學(xué)問題，比如37，45。手術(shù)的原料：37、45和結(jié)果：82都寫在紙上。它放在電腦的什么地方？為了解決這個(gè)問題，讓我們先做一個(gè)實(shí)驗(yàn)：這里有一盞燈。我們知道燈不是亮著就是關(guān)著，有兩種狀態(tài)。我們可以用“0”和“1”替換這兩個(gè)狀態(tài)，并規(guī)定它作為“1”打開，作為“0”關(guān)閉?，F(xiàn)在打開兩盞燈，有多少個(gè)州？讓我們看看這個(gè)列表：國家表示0 00 11 01 1請(qǐng)自己寫下三盞燈的情況000 001 010 011 100 101 110 111讓我們看看，這不是我們學(xué)的二進(jìn)制

13、數(shù)000，001，101嗎？最初，燈的開和關(guān)只是一種物理現(xiàn)象，但當(dāng)我們把它們放在一個(gè)更好的順序，燈的開和關(guān)代表數(shù)字。讓我們采取另一個(gè)抽象的步驟。為什么燈亮著？查看電路1，因?yàn)檩敵鲭娐份敵龈唠娖?，使燈通電。因此，燈的打開和關(guān)閉可以由電路的輸出是高還是低來代替。這樣，這些數(shù)字就與高低水平相關(guān)聯(lián)了。請(qǐng)考慮一下。我們還看到過其他類似的例子嗎？(海軍)燈、信號(hào)燈、電報(bào)，甚至紅燈和綠燈2.比特的意思是：通過以上實(shí)驗(yàn)，我們已經(jīng)知道一盞燈亮著或者一條線的水平可以代表兩種狀態(tài)：0和1。事實(shí)上，這是一個(gè)二進(jìn)制位，所以我們稱一行為“位”，用位來表示。3.字節(jié)的含義：一行可以表示0和1，兩行可以表示00、01、10和

14、11，也就是說，它們可以表示0到3，三行可以表示0到7。在計(jì)算機(jī)中，八條線通常放在一起并同時(shí)計(jì)數(shù)，因此256個(gè)狀態(tài)可以從0到255表示。這8行或8位稱為一個(gè)字節(jié)。不要問我為什么是8而不是其他數(shù)字，因?yàn)槲乙膊恢馈?計(jì)算機(jī)世界是一個(gè)人造的世界，而不是自然。你不能問為什么很多事情，但你只能說這是一種規(guī)定，每個(gè)人都應(yīng)該在今后的學(xué)習(xí)過程中注意這個(gè)問題。(1.記憶的工作原理：1.記憶結(jié)構(gòu)內(nèi)存是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的地方。它使用高和低級(jí)別來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，也就是說，它實(shí)際上存儲(chǔ)高和低級(jí)別，而不是像我們習(xí)慣于思考的1234這樣的數(shù)字，這樣我們的一個(gè)謎團(tuán)就被解開了，計(jì)算機(jī)也沒有什么神秘之處。圖2圖3讓我們看看圖2。這是一個(gè)記憶的示意圖：記憶就像小抽屜。一個(gè)小抽屜里有八個(gè)小格子。每個(gè)小電網(wǎng)都用來儲(chǔ)存“電荷”。電荷通過與之相連的電線傳輸或釋放。至于電荷是如何儲(chǔ)存在小電網(wǎng)中的，我們不必?fù)?dān)心。你可以把電線想象成水管，小格子里的電荷就像水一樣，所以很容易理解。內(nèi)存中的每個(gè)小抽屜都是存放數(shù)據(jù)的地方，我們稱之為“單元”。有了這樣的結(jié)構(gòu)，我們就可以開始存儲(chǔ)數(shù)據(jù)了。如果我們想輸入數(shù)據(jù)12，也就是說，我們只需要在第二個(gè)和第三個(gè)網(wǎng)格中填充電荷，并在其他網(wǎng)格中