单片机原理备课笔记万福君Word格式.docx

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1974年12月仙童公司F8系列单片机8位第一个

1976年9月Intel公司MCS-48系列单片机8位低档

1980年Intel公司MCS-51系列单片机8位高档

1983-84年Intel公司MCS-96系列单片机16位

1988年Intel公司MCS-8098单片机准16位

之后Intel公司推出32位单片机MCS-80960系列单片机

1975年Texas公司TMS1000系列单片机4位

1984年仙童公司TMS-9900系列单片机

1977年Mostek公司和仙童公司3870系列单片机

1984年Mostek公司68200系列单片机

1979年Motorola公司6801系列单片机8位

Motorola公司6804系列单片机8位

Motorola公司6805系列单片机8位

1983年Motorola公司68HC05系列单片机8位低档

1985年Motorola公司68HC11系列单片机8位高档

1990年Motorola公司68HC16系列单片机16位

1990年Motorola公司68300系列单片机32位

1978年Zilog公司Z8系列单片机8位

ATMEL公司AT89C系列8位

NS公司COPS-400系列单片机4位

NEC公司uMOS40系列单片机4位

Rockwell公司PPS/1系列单片机4位

松下公司MN1400系列单片机4位

夏普公司SM系列单片机4位

富士通公司MB88系列单片机4位

80--90年代是单片机快速发展的时期，目前根据各种应用环境和要求产生了大量的单片机品种，美国Echelon公司开发出集成了TCP/IP协议的能够上网的单片机，使单片机的应用面更广。

第二节、单片机应用领域：

1、武器装备：

导弹制导、定时引爆等需要体积小、功能较简单、成本低的

2、智能仪表：

工业用数字调节器、记录仪、专用控制器等

3、测量仪器：

便携式测量仪器、

4、家用电器：

洗衣机、冰箱、微波炉、电视机、手机、BP机、助听器、录像机、摄像机、影碟机等等

5、机器人

6、计算机键盘、硬盘、打印机、显示卡等

六、一般用于选择单片机的性能指标：

资源方面：

1、CPU∶位数，指令条数，指令功能等

2、内部存储器:

程序存储器、数据存储器、RAM、EPROM、EEPROM数量

3、寻址范围

4、振荡电路

5、定时器、计数器

6、I/O口:

并行口、串行口（异步串行口、同步串行口、

总线、USB口等）

7、中断源数量

8、看门狗（自由运行计数器）

9、AD数量、位数

10、DA（或PWM）数量、位数

11、高速输入输出口数量

12、其他如：

操作系统（OS）[如可在线编程的单片机、可上网的单片机等]

13、单片机厂家提供的特色功能

电气性能方面：

1、运行速度

2、电源电压适应范围

3、功耗

4、抗干扰能力

5、温度指标

6、信号标准、驱动能力

在此提醒大家一下，单片机的应用，与其功能、应用场合与选择的工作方式紧密相关。

如安全性、保密性等

单片机制造工艺的演变

74LS～TTL标准电平（In∶0.8V/2.0V;

Out:

0.5V/2.7V）

74HC～标准电平（In∶1.0V/3.5V;

0.1V/4.9V）

CMOS～

HMOS～NMOS工艺

C-HMOS～CMOS+HMOS工艺

工艺的演变与芯片的集成度、速度、功耗、抗干扰性能紧密联系

单片机封装工艺

DIP，SIP，PLCC，LCC，PDIP，PQFP，SOIC，TQFP等等

引脚数量越来越多，集成度越来越高，功能越来越强，可靠性越来越好

LQFP44DIP40PLCC44

第三节、单片机工业产品（IGP）概念

1、民用级（或称商级）∶0～70℃

军品和工业级产品筛选过降级使用

2、工业级∶-40～85℃

生产流程要求∶

.采用全密封式封装

.-40～85℃全范围电气测试

.125℃44小时老化处理

.老化处理后100％-40～85℃全范围电气测试及最终质量检验

3、汽车级：

-45～125℃全范围电气测试和工业级其它指标

4、军用级∶-55～125℃全范围电气测试和工业级其它指标

第四节:

单片机学习的准备及特点

一、学习特点∶

1、接触一些新的概念及一些名词的适用范围

2、学习内容不连续性

3、学习内容的积累、组合特点

4、学习内容时空概念的理解

5、与其它课程学习方法的不同点，要求其实践性

6、必须预习待讲课程

二、概念知识的准备

1、寄存器、锁存器、缓冲器、累加器

2、触发器（RS、JK、D触发器以及一些变形的特殊用途触发器）

3、译码器

4、驱动器（功率驱动、标准信号转换等）

5、门电路（与门、或门、非门、同或门、异或门等组合门电路以及三态门电路）

6、运算器（ALU）

7、微指令控制器

8、CPU（中央处理器）、MPU（微控制器）

9、内部存储器及编址方法（程序存储器、数据存储器、统一编址、独立编址）

10、扩展外部存储器

11、RAM（SRAM、DRAM）、ROM（PROM、EPROM、EEPROM、OTPROM、闪速存储器等）

12、GAL（可编程逻辑阵列）

13、接口（I/O口）

14、A/D（模数转换器）

15、D/A（数模转换器）

16、滤波器（RC、LC、Л型滤波等；

高通、低通、带通等）

17、中断

18、定时器

19、计数器

20、串行数据、串行通讯（同步方式、异步方式、应答方式）

21、并行数据、并行通讯（同步方式、异步方式、应答方式）

22、传感器

23、变送器

24、执行机构

25、人机接口

26、数制（二进制、八进制、十进制、十六进制、六十进制等）

27、码制（原码、补码、BCD码、ASCII码、电报码、格雷码、循环冗余码、海明码、七段码等）

28、编码与码制转换

29、时序图表示方式

30、程序功能框图、程序结构框图、程序流程图

三、课程及知识的准备

1、电子学

2、数字电路

3、数字逻辑（布尔代数）

4、微机原理

5、汇编语言

6、数学

7、物理

8、自动控制理论

9、微机控制技术

10、测量仪表

11、调节仪表

12、分析仪表

13、电机拖动

14、机械原理

15、机械设计

16、化工原理

17、企业管理

第1章总结……

以上内容介绍了单片机的概念、单片机的产生环境、应用领域和发展过程。

以及学习中的准备知识、相关课程和学习特点

《第3学时∶》

第2章∶MCS单片机系统结构

第一节∶单片机结构

参看P11的图2.1MCS-51结构框图

制作一个简单的CPU结构框图用于讲解CPU工作过程∶

用于简化理解CPU的工作过程，建立CPU工作的时空观念；

着重描述微指令控制器（译码阵列）的工作过程。

包含∶1、ALU

2、微指令控制器（译码阵列）

3、程序计数器PC

4、累加器A

5、累加器B

6、程序存储器

7、数据存储器

8、数据指针寄存器

9、堆栈指针寄存器

10、指令锁存器

11、振荡器电路及分配器

12、八位口输出锁存器/输入缓冲器

《第4学时∶》

第2章∶MCS单片机系统结构

第一节∶单片机结构--模型机CPU结构框图

第二节∶8051引脚功能说明

引脚图及引脚功能分类图见P15图2.2（根据单片机型号不同引脚分布和数量不同）

Vss电源公共端（电源地）

Vcc电源端

RST/VPD复位（振荡器工作时保持2个震荡周期有效）*画复位电路*/后备电源端，保证内部RAM电源（接电池或后备电源正）

EA\/VPP（变异）

ALE/PROG\（变异）允许地址锁存信号P12（访问外部数据存储器时以1/12晶振频率输出，不访问外部数据存储器时以1/6晶振频率输出。

参考P17时序图）/编程脉冲输入端（8751、87CXX等）

PSEN\外部程序存储器选通信号

XTAL1晶振（外部振荡信号时接地）

XTAL2晶振（外部振荡信号时接信号输入）

P0口∶P0.0～P0.7带外部存储器扩展时用于地址低八位和八为数据总线

P1口∶P1.0～P1.7（增减）

P2口∶P2.0～P2.7（增减）带外部存储器扩展时用于地址高八位

P3口∶P3.0～P3.7（增减）

P3.0……RXD（异步串行口数据入）

P3.1……TXD（异步串行口数据出）

P3.2……INT0\（外部中断触发信号）

P3.3……INT1\（外部中断触发信号）

P3.4……T0T0启动信号/T0计数脉冲（由特殊寄存器设定状态后启动）

P3.5……T1T1启动信号/T1计数脉冲（由特殊寄存器设定状态后启动）

P3.6……WR\（读写外部数据和程序信息时自动产生）

P3.7……RD\（读写外部数据和程序信息时自动产生）

第三节∶中央处理器CPU

一、算术/逻辑运算部件ALU

＋－×

÷

运算；

与、或、异或逻辑操作；

移位、置零/清零、取反、加1、减1、求补操作；

以及位操作的与、或、异或逻辑操作、置零/清零、取反操作等。

二、专用寄存器

1、累加器A

2、寄存器B

*3、程序状态字PSW

PSW.7CY进位标志/布尔累加器C

PSW.6AC半进位标志

PSW.5FO用户标志

PSW.4RS1

PSW.3RS0（RS1，RS0用于选择寄存器组）

RS1，RS0组号RAM地址寄存器

00组000H～07HR0～R7

01组108H～0FHR0～R7

10组210H～17HR0～R7

11组318H～1FHR0～R7

PSW.2OV溢出标志∶用于带符号数运算的溢出OV=D7异或D6

PSW.1-空

PSW.0P奇偶校验位∶累加器A中1的个数为偶数时P=0

累加器A中1的个数为奇数时P=1

4、栈指针寄存器SP（8位）∶压栈（PUSH）加一；

出栈（POP）减一（中断、子程序调用、直接栈操作都影响SP值）

5、数据指针DPTR（16位）∶51单片机中唯一可直接访问的16位寄存器

6、程序计数器PC（16位）∶不可直接访问的16位寄存器

三、振荡器、时钟电路及工作时序

震荡器及震荡电路见P16

取指令时序图见P17

12个振荡周期（6个状态组S1～S6）形成一个机器周期。

S1P1～S6P2

ALE信号每一个机器周期出现2次可用于参照

《第5学时∶》

第四节∶并行I/O结构及操作

一、并行I/O口的内部结构

见P18图2.5、P19图2.6、P20图2.7、P21图2.8，在此不作详细讲解

二、读…修改…写操作

指令系统的一大特点，可避免误操作

命令举例∶ANLPx,A

ORLPx,A

XRLPx,A

CPLPx.y

INCPx

DECPx

DJNZPx,LABEL

MOVPx.y,C

CLRPx.y

SETBPx.y

x代表某口;

y代表某位

三、并行I/O口的写操作P22

介绍对口写入的时序

四、并行I/O口的负载能力

根据单片机的设计指标各有不同，一般应能驱动8—20mA。

五、总线

根据总线所在位置分为：

内部总线和外部总线；

相对参照物不同，其内涵也不同。

通讯总线

根据总线功能分为：

数据总线、地址总线、控制总线

总线方式要求三态条件，高阻抗状态保证总线通路的选通与关闭

通过总线缓冲器讲解总线

第五节∶RST/VPD引脚功能

作为一个特殊的功能引脚，在单片机应用设计中，有着不可忽视的作用

一、复位功能∶

复位信号必须保持2个机器周期，以防干扰和初始化内部寄存器，终止冻结运行方式和掉电保护运行方式。

上电复位应保证晶振的启动时间和内部复位时序的要求（>

15毫秒）

内部寄存器初始化状态见P24

二、节电运行方式

51单片机有两种节电方式：

1、冻结运行方式（PCOM中D0位IDL=1）

CPU冻结运行；

RAM、振荡器、中断系统、串行口、定时器、计数器、输出口保持供电工作。

中断和复位可解除冻结状态

2、掉电保护运行方式（PCOM中D1位PD=1）

RAM供电由VPD保持；

CPU、振荡器、中断系统、串行口、定时器、计数器、输出口停止供电。

只能用复位解除掉电保护状态

三、CMOS芯片的节电运行应用

在一些便携式仪器仪表中应用广泛，（计算器、摄像机、自动照相机等）

第六节∶8751H单片机（简介）

现在的单片机设计中，市售的单片机开发系统都具备以下功能

一、片内EPROM、EEPROM、OTPROM编程

二、内部程序校验

三、内部程序存储器保密位

四、片内EEPROM擦除特性

五、仿真功能（软件、硬件）

以上单片机的具体时序，一般开发者不必对其详细了解，因为通常会使用购买的单片机开发系统，以上功能又开发系统自动完成。

第七节∶片内振荡器在各个单片机应用手册中都有典型电路

一、HMOS型

二、C-HMOS型

各种电路可根据单片机用户手册中的典型电路设计，内部电路不必深究。

第3章∶MCS-51存储器和布尔处理器

第一节∶概述

存储器结构是研究计算机系统必须的内容，决定了其编程和数据处理的方法。

存储器类型：

SRAM、DRAM、掩膜ROM、EPROM、OTPROM、EEPROM、闪速存储器等

不同类型存储器的应用场合：

（举例、讲解）

第二节∶MCS-51存储器结构

一、程序存储器地址空间

P38图3.3标明51和52单片机的存储器映象

程序启动地址和中断矢量表地址分配P39表3.1

功能名称地址命令

启动地址0000HLJMPSTART（复位时PC=0，即从地址0000H开始执行）

INT0中断0003HLJMPP0INT

T0中断000BHLJMPT0INT

INT1中断0013HLJMPP1INT

T1中断001BHLJMPT1INT

串行口中断0023HLJMPRTINT

T2中断002BHLJMPT2INT

二、数据存储器地址空间

P39图3.4标明51和52单片机的内部数据存储器地址空间

P40图3.5标明51和52单片机的内部数据存储器位地址寻址空间

三、特殊功能寄存器地址空间

P41图3.6标明51和52单片机的内部特殊功能存储器地址空间

第三节∶MCS-51外部扩展存储器的访问

一、外部扩展的数据总线和地址总线（P0，P2）

二、外部扩展程序存储器的访问（PSEN；

RD；

ALE）

访问内部程序存储器和外部扩展程序存储器的程序时自动区分，并由EA信号指定是否使用内部程序存储器。

访问程序存储器中的数据时使用MOVC（16位地址）指令:

如（16位地址）指令MOVCA,@A+PC

MOVCA,@A+DPTR

三、外部扩展数据存储器的读写（RD；

WR；

ALE）

访问内部RAM使用MOV（8位地址）指令:

如MOVA,@R0

访问外部RAM使用MOVX指令:

如（8位地址）指令MOVXA,@R1MOVX@R1,A

（16位地址）指令MOVXA,@DPTRMOVX@DPTR,A

第四节∶MCS-51的寻址方式

一、寄存器寻址方式

例：

MOVA，R0

二、直接寻址方式

MOV20H，33H

三、寄存器间接寻址方式

MOVA，@R0

四、立即寻址方式

MOVR1，#33H（数据放在程序存储器中）

五、变址间接寻址方式

MOVCA，@A+DPTR

六、相对寻址方式

JCLOOP

七、位寻址方式

MOV20H，C

第五节∶布尔处理器

20H—2FH的128个位地址和地址80H—FFH中的可被8整除的特殊功能存储器地址单元都可进行位寻址

第4章∶MCS-51指令系统

各指令的使用举例；

用法和用途∶

第一节∶指令系统概述

一、指令是计算机能直接识别，并用于控制计算机执行一定操作的命令代码，一种计算机的指令的集合称为该计算机的指令系统。

在计算机的存储器中的指令是以二进制形式存放的，称为机器语言或机器码

每种计算机的指令系统各有不同，但指令的功能和类型基本相同。

一般都有几种类型的指令：

1、传送类指令

2、算术运算类指令

3、逻辑运算类指令

4、控制转移类指令

另外根据指令系统的不同，为提高执行速度和方便编程而增加一些复合指令

二、程序与程序设计

程序是为完成一定功能，按一定要求编排的指令序列；

编制程序的过程叫程序设计

程序设计的过程就是根据任务要求，选择一定的算法，并将指令有机的、按一定顺序排列形成可完成预定功能的程序的过程

三、汇编语言

汇编语言：

将指令系统中的指令和必要的信息用具有一定规则的助记符方式表达出来，形成汇编语言

[标号：

]操作码助记符[目的操作数][，源操作数][；

注释]

或：

]操作码助记符[操作数1][，操作数2][；

反汇编

汇编语言与机器语言的关系

汇编语言种的指令和伪指令及常用符号

指令是指可以编译成机器码并可执行的指令

伪指令指为支持汇编过程，仅在汇编过程中起控制作用，并不产生机器码的汇编指令

如：

ORG、END、DB、DW、DS、EQU、DATA、BIT等（P57-58）

在51指令系统使用的符号：

Rn:

n=0～7八个通用寄存器名

Ri:

i=0～1两个间址寄存器名

Direct:

8位内部数据存储器地址

#data:

8位立即数数据

#data16:

16位立即数数据

addr16:

16位地址

addr11:

11位地址

rel:

8位带符号偏移量

bit:

位地址

@:

间接寻址前缀

/：

位操作取反

第二节∶51指令的寻址方式

一、寄存器寻址方式例：

二、直接寻址方式例：

三、寄存器间接寻址方式例：

四、立即寻址方式例：

MOVR1，#33H

（数据在程序存储器中跟在指令码后面）

五、变址间接寻址方式例：

六、相对寻址方式例：

七、位寻址方式例：

第三节∶指令系统介绍

MCS-51系列单片机指令系统由111条指令组成

一、数据传送类指令

数据传送类操作：

MOV/MOVX/MOVC/PUSH/POP/XCH/XCHD/SWAP

数据传送类指令P67—75

指令符号（助记符）　　　　　　　说明

ＭＯＶＡ，Ｒｎ　寄存器内容送到累加器

ＭＯＶＡ，ｉｒｅｃｔ直接地址中内容送到累加器

ＭＯＶＡ，＠Ｒｉ　间接ＲＡＭ内容送到累加器

ＭＯＶＡ，＃ｄａａ立即数送到累加器

ＭＯＶＲｎ，Ａ　累加器内容送到寄存器

ＭＯＶＲｎ，ｄｉｒｅｃｔ直接地址中内容送到寄存器

ＭＯＶＲｎ，＃ｄａｔａ立即数送到寄存器

ＭＯＶＤｉｒｅｃｔ，Ａ累加器内容送人直接地址

ＭＯＶＤｉｒｅｃｔ，Ｒｎ寄存器内容送入直接地址

ＭＯＶＤｉｒｅｃｔ，ｄｉｒｅｃｔ

一个直接地址内容送入另一个直接地址

ＭＯＶＤｉｒｅｃｔ，＠Ｒｉ间接ＲＡＭ送入直接地址

ＭＯＶＤｉｒｅｃｔ，＃ｄａｔａ　立即数送入直接地址

ＭＯＶ＠Ｒｉ，Ａ　　　累加器送入间接ＲＡＭ

ＭＯＶ＠Ｒｉ，ｄｉｒｅｃｔ直接地址中内容送入间接ＲＡＭ

ＭＯＶ＠Ｒｉ，＃ｄａｔａ立即数送入间接ＲＡＭ

ＭＯＶＤＰＴＲ，＃ｄａｔａ１６十六位常数装入ＤＰＴＲ

ＭＯＶＣＡ，＠Ａ＋ＤＰＴＲ以ＤＰＴＲ的内容为基地址传送

ＭＯＶＣＡ，＠Ａ＋ＰＣ以ＰＣ为基地址传送

ＭＯＶＸＡ，＠Ｒｉ从外部ＲＡＭ（８位地址）送入累加器

ＭＯＶＸＡ，＠ＤＰＴＲ　　从外部ＲＡＭ（１６位地址）送入累加器

ＭＯＶＸ　＠Ｒｉ，Ａ从累加器送入外部ＲＡＭ（８位地址）

ＭＯＶＸ　＠ＤＰＴＲ，Ａ从累加器送入外部Ｗ（１６位地址）

ＸＣＨＡ，Ｒｎ　　寄存器和累加器交换

ＸＣＨＡ，ｄｉｒｅｃｔ直接地址内容和累加器交换

ＸＣＨＡ，＠Ｒｉ　间接ＲＡＭ与累加器交换

ＸＣＨＤＡ，＠Ｒｉ间接低半字节ＲＡＭ与累加器交换

ＳＷＡＰＡ　　　在累加器内进行半字节交换

ＰＵＳＨｄｉｒｅｃｔ把直接地址内容推入堆栈

ＰＯＰｄｉｒｅｃｔ从堆栈中弹入直接地址

二、算术运算类指令

算术运算操作:

ADD/ADDC/INC/DA/SUBB/DEC/MUL/DIV

算术运算类指令P76—83

指令符号（助记符）说明

ＡＤＤＡ，Ｒｎ寄存器内容加到累加器

ＡＤＤＡ，ｄｉｒｅｃｔ直接地址中内容加到累加器

ＡＤＤＡ，＠Ｒｉ间接ＲＡ－Ｍ内容加到累加器

ＡＤＤＡ，＃ｄａｔａ　　立即数加到累加器

ＡＤＤＣＡ，Ｒ