单片机原理及应用总结.docx
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单片机原理及应用总结
单片机原理及应用
第1章绪论
1.什么叫单片机？
其主要特点有哪些？
在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机。
特点：
控制性能和可靠性高、体积小、价格低、易于产品化、具有良好的性价比。
第二章80C51的结构和原理
1.80C51的基本结构
a.CPU系统
●8位CPU，含布尔处理器；
●时钟电路；
●总线控制逻辑。
b.存储器系统
●4K字节的程序存储器（ROM/EPROM/FLASH，可外扩至64KB）；
●128字节的数据存储器（RAM，可外扩至64KB）；
●特殊功能寄存器SFR。
c.I/O口和其他功能单元
●4个并行I/O口；
●2个16位定时/计数器；
●1个全双工异步串行口；
●中断系统（5个中断源，2个优先级）
2.80C51的应用模式
a.总线型单片机应用模式
◆总线型应用的“三总线”模式；
◆非总线型应用的“多I/O”模式
3.80C51单片机的封装和引脚
a.总线型DIP40引脚封装
●RST/VPO：
复位信号输入引脚/备用电源输入引脚；
●ALE/
：
地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚；
●
/VPP：
内外存储器选择引脚/片内EPROM编程电压输入引脚；
●
：
外部程序存储器选通信号输出引脚
b.非总线型DIP20封装的引脚
●RST：
复位信号输入引脚
4.80C51的片内存储器
增强型单片机片内数据存储器为256字节，地址范围是00H~FFH。
低128字节的配情况与基本型单片机相同。
高128字节一般为RAM，仅能采用寄存器间接寻址方式询问。
注意：
与该地址范围重叠的特殊功能寄存器SFR空间采用直接寻址方式询问。
5.80C51的时钟信号
晶振周期为最小的时序单位。
一个时钟周期包含2个晶振周期。
晶振信号12分频后形成机器周期。
即一个机器周期包含12个晶振周期或6个时钟周期。
6.80C51单片机的复位
定义：
复位是使单片机或系统中的其他部件处于某种确定的初始状态。
a.复位电路
两种形式：
一种是上电复位；另一种是上电与按键均有效的复位。
b.单片机复位后的状态
单片机的复位操作使单片机进入初始化状态。
初始化后，程序计数器PC=0000H，所以程序从0000H地址单元开始执行。
特殊功能寄存器复位后的状态是确定的。
P0~P3为FFH，SP为07H，SBUF不定，IP、IE和PCON的有效位为0，其余的特殊功能寄存器的状态为00H.相应的意义为：
●P0~P3=FFH，相当于各口锁存器已写入1，此时不但可用于输出，也可以用于输入；
●SP=07H，堆栈指针指向片内RAM的07单元；
●IP、IE和PCON的有效位为0，各中断源处于低优先级且均被关断、串行通讯的波特率不加倍；
●PSW=00H，当前工作寄存器为0组。
7.80C51的存储器组织
功能：
存储信息（程序和数据）
a.程序存储器低端的一些地址被固定地用作特定的入口地址：
Ø0000H：
单片机复位后的入口地址；
Ø0003H：
外部中断0的中断服务程序入口地址；
Ø000BH：
定时/计数器0溢出中断服务程序入口地址；
Ø0013H：
外部中断1的中断服务程序入口地址；
Ø001BH：
定时/计数器1溢出中断服务程序入口地址；
Ø0023H：
串行口的中断服务程序入口地址。
8.80C51单片机的数据存储器配置
80C51单片机数据存储器分为片外RAM和片内RAM两大部分。
80C51片内RAM的128B部分分成工作寄存器区、位寻址区、通用RAM三大部分。
基本型单片机片内RAM的地址范围是00H~7FH。
增强型单片机片内除地址范围为00H~7FH的128BRAM外，又增加了80H~FFH的高128B的RAM。
增加的这部分RAM仅能采用间接寻址方式访问。
片外RAM地址空间为64KB，地址范围是0000H~FFFFH。
与程序存储器地址空间不同的是，片外RAM地址空间与片内RAM地址空间在地址的低端0000H~007FH是重叠的。
访问片外RAM时采用指令MOVX实现，访问片内RAM采用指令MOV，无读写信号产生。
a.工作寄存器区
80C51单片机片内RAM低端的00H~1FH共32B，分成4个工作寄存器组，每组占8个单元。
●寄存器0组：
地址00H~07H；
●寄存器1组：
地址08H~0FH；
●寄存器2组：
地址10H~17H；
●寄存器3组：
地址18H~1FH。
程序运行时，只能有一个工作寄存器组作为当前工作寄存器组；当前工作寄存器组的选择由特殊功能寄存器中得程序状态字寄存器PSW的RS1、RS0来决定。
b.位寻址区
内部RAM的20H~2FH共16个字节是位寻址区。
其128位的地址范围是00H~7FH。
c.通用RAM区
位寻址区之后的30H~7FH共80个字节为通用RAM区。
这些单元可以作为数据缓冲器使用。
实际应用中，常需在RAM区设置堆栈。
80C51的堆栈一般设在30H~7FH的范围内，栈顶的位置由堆栈指针SP指示。
复位时SP的初值为07H，在系统初始化时可以重新设置。
9.80C51单片机的特殊功能寄存器
a.程序状态字寄存器PSW，8位。
含义如下：
ØCY：
进位、借位标志。
有进位、借位时CY=1，否则CY=0；
ØAC：
辅助进位、借位标志
ØF0：
用户标志位，由用户自己定义
ØRS1、RS0：
当前工作寄存器组选择位
ØOV：
溢出标志位。
有溢出时OV=1，否则0V=0
ØP：
奇偶标志位。
存于ACC中的运算结果有奇数个“1”时P=1，否则P=0。
10.P0口、P2口的结构
P0口作为分时复用的低8位地址/数据总线，P2口作为高8位地址总线。
a.P0口的结构
●P0用作通用I/O口
输出驱动级工作在需外接上拉电阻的漏极开路方式；
P0口在作为通用I/O口，属于准双向口。
●P0用作地址/数据总线
b.P2口的结构
P2口的输出驱动电路与P0口不同，内部设有上拉电阻。
●P2用作通用I/O口
P2口在作为通用I/O口，属于准双向口。
●P2用作地址总线
11.P3口结构
a.P3用作第一功能的通用I/O口
b.P3用作第二功能使用
●P3.0：
RXD（串行口输入）；
●P3.1：
TXD（串行口输出）；
●P3.2：
（外部中断0输入）；
●P3.3：
（外部中断1输入）；
●P3.4：
T0（定时器0的外部输入）；
●P3.5：
T1（定时器1的外部输入）；
●P3.6：
（片外数据存储器“写”选通控制输出）；
●P3.7：
（片外数据存储器“读”选通控制输出）。
第三章80C51的指令系统
1.80C51的寻址方式
表3.1寻址方式所对应的寄存器和存储空间
序号
寻址方式
寄存器或存储空间
1
基本方式
寄存器寻址
寄存器R0~R7，A、AB、DPTR和C（布尔累加器）
2
直接寻址
片内RAM低128字节、SFR
3
寄存器间接寻址
片内RAM（@R0，@R1，SP）
片外RAM（@R0，@R1，@DPTR）
4
立即寻址
ROM
5
扩展方式
变址寻址
ROM（@A+DPTR，@A+PC）
6
相对寻址
ROM（PC当前值的-128~+127字节）
7
位寻址
可寻址位（内部RAM20H~2FH单元的位和部分SFR的位）
2.特殊传送指令
表3.3特殊传送指令
编号
指令分类
指令
机器码字节
机器周期数
1
ROM查表
MOVCA，@A+DPTR
93H
2
2
MOVCA，@A+PC
83H
2
3
读片外RAM
MOVXA，@DPTR
E0H
2
4
MOVXA，@Ri
E2H（~E3H）
2
5
写片外RAM
MOVX@DPTR，A
F0H
2
6
MOVX@Ri，A
F2H（~F3H）
2
7
堆栈操作
PUSHdirect
C0H
2
direct
8
POPdirect
D0H
2
direct
●堆栈操作
在80C51单片机中，堆栈的生长方向是向上的。
入栈操作时，先将SP+1，然后将指令指定的直接地址单元的内容存入SP指向的单元；出栈操作时，将SP指向的单元内容传送到指令指定的直接地址单元，然后SP-1。
系统复位时，SP的内容位07H。
SP的值越小，堆栈深度越深。
PUSHdirect：
POPdirect：
一般在中断、子程序调用时发生堆栈操作
●MOV、MOVX、MOVC区别
MOV：
单片机内部数据传递；MOVX：
单片机与片外RAM和I/O口电路的数据传递；MOVC：
ROM的查表
3.逻辑运算与循环类指令
逻辑与：
编号
指令分类
指令
1
逻辑与
ANLdirect，A
2
ANLdirect，#data
3
ANLA，Rn
4
ANLA，direct
5
ANLA，@Ri
6
ANLA，#data
前两条把源操作数与直接地址指示内容相与；
后四条是把源操作数与累加器A的内容相与，送入A
逻辑或：
编号
指令分类
指令
1
逻辑或
ORLdirect，A
2
ORLdirect，#data
3
ORLA，Rn
4
ORLA，direct
5
ORLA，@Ri
6
ORLA，#data
逻辑异或：
编号
指令分类
指令
1
逻辑异或
XRLdirect，A
2
XRLdirect，#data
3
XRLA，Rn
4
XRLA，direct
5
XRLA，@Ri
6
XRLA，#data
累加器清0和取反
CLR
A
清0
CPL
A
取反
累加器循环移位
RR
右移
RRC
RL
左移
RLC
4.控制转移类指令
短跳转：
AJMP；长跳转：
LJMP；相对跳转：
SJMP。
由于LJMP指令提供的是16位地址，因此程序可以转向64KB的程序存储器地址空间的任何单元。
累加器判0转移：
JZrel:
（A）=0,则
；
JNZrel:
（A）
比较不相等转移（目的字节与源字节不相等则转移）：
CJNEA，direct，rel
减1不为0转移：
DJNZ
Rn，rel
DJNZ
direct，rel
将操作数的循环控制单元的内容减1，并判断是否为0.若不为0，一直循环。
若为0，程序往下执行。
调用：
ACALL短调用；LCALL长调用
返回：
RET子程序返回指令；RETI中断服务子程序返回指令
CPL取反
第四章
1.查表程序
有一变量存放在片内RAM的20H单元，其取值范围为00H~05H。
要求编制一段程序，根据变量值求平方值，并存入片内RAM的21H单元。
程序如下：
ORG1000H
START：
MOVDPTR，#2000H
MOVA，20H
MOVCA，@A+DPTR
MOV21H，A
SJMP$
ORG2000H
TABLE：
DB00,01,04,09,16,25
END
2.双字节无符号数加法
设被加数存放在内部RAM的51H、50H单元，加数存放在内部RAM的61H、60H单元，相加的结果存放在内部RAM的51H、50H单元，进位存放在位寻址区的00H位中，实现此功能的程序段如下：
MOVR0，#50H；被加数的
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