东大单片机备课.docx

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东大单片机备课

第一章绪论

单片微型计算机（简称单片机，又称微控制器）是微型计算机的一个分支。

国内开发、应用20年，广泛应用于自动控制、智能仪表、军事装备以及家用电器，无处不在、应用广泛。

各大专院校选用MCS-51系列单片微型计算机作为应用技术主课。

20世纪70年代中期是8位微型计算机发展的极盛时期，实时应用促进了单片微型计算机的诞生和发展，体积小、价格低、功能全、面向实时测控为特征；打破了按逻辑功能划分单晶芯片结构的传统，以小而全为特征，包括：

CPU、ALU、RAM/ROM、I/0等。

这样，一块单晶芯片就构成了一台具有一定功能的计算机，就称为单晶芯片微型计算机，简称单片机。

1976年9月，美国Intel公司推出MCS-48系列单片机，单片微型计算机跨时代的里程碑。

标志大规模集成技术和计算机技术的成就：

在一块单晶芯片集成一台计算机。

各个公司纷纷推出自己的单片机：

Mostek和仙童公司：

3870系列；Motorola：

MC6801系列等。

本阶段单片机特点：

片内存储器容量小，寻址空间小（ROM<2K,RAM<128,寻址空间〈4K，有I/0，运算指令功能弱。

〉，性能上属中抵挡产品。

HMOS、CHMOS技术成熟推动高性能单片机产生。

1980年，美国Intel公司推出MCS-51系列单片机。

与MCS-48系列相比：

硅片面积大1.4倍，片内ROM/EPROM大4倍，RAM大1倍，工作寄存器大1倍，2个16位定时/计数器，4个32位I/O，全双工串行通信口，寻址空间64K，可单片应用，可扩展应用。

现在，Intel公司内核技术产权转让：

美国Atmel,荷兰的PHILIPS,韩国LG，中国无锡微电子科研中心、华邦电子等。

8位单片机能够满足功能要求，全兼容品种多，市场大，使用广泛，所以要学MCS-51。

1983年，MCS-96产生，90年代中期停产。

8X196产生，应用CHMOS技术。

MCS251：

24线性寻址能力；寄存器化CPU，可按字节、字、双字进行寄存器访问；外部指令页面方式；流水作业；16位指令；64K堆栈空间；C语言代码效率高。

Motorola的MC68HC16Z1,是16位单片机中功能最强的一种。

32位单片机出现。

单片机趋势：

1、不断推出高档、高性能单片机

32位机、Intel推出主频33KHZ，峰值可达66KHZ

2、高新技术下移，重点提高8位单片机性能。

以Motorala公司的MC68HC11为代表，可以完成16位运算功能。

3、不断采用新工艺，实现低功耗、宽电压、高速度、高可靠性。

存储容量增加，主频加大等。

4、日趋单片应用。

5、SOC（systemonchip）嵌入式系统。

6、单片机应用网络化。

1.2IntelMCS系列单片机

1、MCS-48见教材P5表。

C表示CHMOS，L表示具有掉电处理。

2、MCS-51见教材P6表。

出现与HMOS有关，扩大了存储器容量和寻址空间，并行口、串口、中断功能提高、增加乘除法指令。

HMOS是高性能NMOS，两者结合产生CHMOS：

保持HMOS高速、高封装密度的特点，同时具有CMOS低功耗的特点。

CHMOS单片机具有掉电、冻结运行方式。

掉电：

只保存RAM内容，电流10uA。

冻结：

CPU停止工作，其余部件正常工作，降低功耗。

8044单片机串行接口单元SIU，符合HDLC/SDLC通信，速度达2.4Mb/s，距离达13.2km，节点达250个。

1.3工业产品（IGP）概念

民用：

0~70℃，室内工作环境。

工业级：

-40~85℃，工业应用场合。

军用：

-65~125℃，工作环境要求高。

工业级产品流程：

密封式封装；规定温度范围内电气特性测试；125℃下44小时老化处理；全部进行电气测试及质量检测。

由于采用封装，单片机稳定性高于微型计算机。

第二章MCS-51单片机系统结构

2.1计算机、微型计算机、单片机的硬件组成结构

2.1.1电子计算机的硬件组成结构

1946年诞生，经历4代，向5代过渡，三个分支：

巨型机、微型机、单片机。

组成：

主机：

控制器、运算器、主存

外部设备：

输入、输出、外存

总之，计算机由控制器、运算器、存储器、输入和输出设备5大部件组成。

2.2.2微型计算机

微型计算机以微电子、大规模集成技术为基础。

按逻辑功能形成芯片：

CPU、存储器芯片、接口芯片，组合在一起形成微机。

集成技术推动计算机发展，体积变小，功能提高。

现我国已普及。

2.2.3单片机

MCS-51从制造工艺分HMOS和CHMOS。

功能上分多种型号系列。

结构如P11页图所示。

2.28051单片机引脚功能

HMOS的51单片机采用DIP40封装，CHMOS除DIP封装外，还有方形封装。

1、电源。

2、晶振19脚接内部反相器输入端，18脚接内部反相器输出端和内部时钟发生器输入端。

当采用外部振荡器时，19脚接地，18脚接外部时钟。

3、9脚，复位RST，与电源之间接10uf电容，与地之间接8.2K欧电阻，可以实现上电复位。

备用电源保证RAM内容。

4、ALE负跳变将P0口地址送锁存器。

非访问外部存储器期间，输出频率为1/6fosc的时钟；访问外部数据存储器时，以1/12fosc频率输出。

/PROG接编程器时，为编程脉冲输入端。

5、/PSEN外部程序存储器选通信号。

6、Vpp//EA，内部和外部程序存储器选择信号。

内部EPROM编程时，为编程电压21V。

7、P0，I/O口；数据/地址复用总线；片内程序校验期间，输出代码，负载能力8个LSTTL负载。

8、P1，I/O口；片内编程、校验作低8位地址使用。

、负载能力4个LSTTL负载。

9、P2，I/O口；片外扩展时、片内编程、校验作高8位地址使用。

、负载能力4个LSTTL负载。

10、P3，I/O口；第二功能。

、负载能力4个LSTTL负载。

P3.0~P3.7分别为RXD、TXD、/INT0、/INT1、T0、T1、/WR、/RD。

2.3CPU

组成：

8位ALU、BULL处理器、定时/控制部件、若干寄存器。

2.3.1ALU

控制器和运算器组成，包括：

运算器、布尔处理器、A、B、暂存器、PSW等。

功能：

算术/逻辑运算、位处理、数据传送。

三字节指令13条，4周期指令2条。

2.3.2专用寄存器

CPU寄存器堆分为专用和通用两类。

8051设有工作寄存器、专用寄存器、特殊功能寄存器。

专用寄存器介绍：

1）A，结构上直接与内部总线相连。

指令以A为核心，但部分指令旁路A，如MOVR0，20H

2）B，乘除指令，可作一般寄存器。

3）PSW，

CY-AC-F0-RS1-RS0-OV-X-P

OV有符号数运算，仅当D6、D7只有一位产生进位时，OV置位。

4）SP

3个概念：

堆栈顶（栈顶指针SP）、堆栈元素、堆栈深度。

2个操作：

压入、弹出。

2种方式：

向下、向上增长

1个重点：

加压弹减四字方针。

5）DPTR，可以分为DPH、DPL，可以寻址64K的程序存储器和64K的数据存储器。

2.3.3振荡器、时钟电路、时序

8051单片机19（XTAL1）、18（XTAL2）分别接反相器输入输出端，频率范围1.2~12MHZ，P16T2.3皮尔斯（pierce）振荡器，石英晶体振荡器C=30±10PF。

陶瓷谐振振荡器C=40±10PF。

内部时钟发生器为二分频触发器，对脉宽无特殊要求，但要保证最小宽度。

由于二分频，所以一个时钟周期分为两个分频周期P1和P2。

1个机器周期包含12个分频周期的6个状态。

算术/逻辑运算发生在相位1（P1），内部寄存器之间的传送操作发生在相位2（P2）。

时序概念：

分频周期、时钟周期、机器周期、指令周期

ALE每个机器周期出现2次：

S2P1~S3P1、S4P2~S5P1，读指令开始于S2P1、S4P2，同时ALE有效。

64条单周期指令、45条双周期指令、2条4周期指令。

一般情况下，1个机器周期2次读取操作码。

如MOVX等部分单字节双周期指令例外，第二机器周期不取址。

2.4并行I/O口结构

没有标出明显的总线结构，但可以实现，有限的引脚多种功能。

P0-P3典型I/O口；P0、P2可实现总线；P1用作I/O口；P3多功能。

每位结构都有锁存器、输出驱动器、输入缓冲器。

数据输出可以锁存，即输出新的数据之前，口上的原数据保持不变。

输入信息不锁存。

2.4.1I/O内部结构

1）P0口

外部存储器扩展，用作地址/数据分时复用时，P0是真正的双向输入/输出口，同时输出低8位地址。

结构如P18T2.5所示。

包括一个输出锁存器、2个三态缓冲器、1个输出驱动电路（1对场效应管）、1个输出控制电路。

图4-1P0口位结构

四种操作：

A、地址/数据分时复用时，控制信号为1，与门打开，输出的地址/数据通过与门控制上拉FET管，通过反相器驱动下拉FET管。

B、读引脚时，写“1”，使下拉FET截至；控制端为“0”，使上拉FET截至；P0口高阻，保证输入。

C、作一般I/O口使用时，控制端为“0”，使上拉FET截至，输出级漏极开路，需外接上拉电阻（4.7K-5.1K）。

读引脚分2种情况：

（1）复位后，P0口为FFH，读正常。

（2）操作后，先写‘1’再读。

所以是准双向口。

D、读锁存器-修改-写。

复位后自动置为地址/数据复用总线方式。

2）P2口

外部存储器扩展，输出高8位地址；作一般I/O口使用时，是准双向口。

图4-3P2口位结构

位结构如P19T2.6所示。

包括一个模拟转换器受控制信号控制，内部有上拉电阻。

外部存储器扩展，输出高8位地址时，即使有空余线也不能用作通用I/O口。

3种操作：

A、输出高8位地址。

B、作一般I/O口使用时，读引脚分2种情况：

复位后，P0口为FFH，读正常。

操作后，先写‘1’再读。

所以是准双向口。

C、读锁存器-修改-写。

3）P1口

一般I/O口，是准双向口。

52单片机P1.0用作外部输入T2，P1.1用作外部控制输入T2EX。

位结构如P20T2.8所示。

图4-2P1口位结构

2种操作：

A、作一般I/O口使用时，读引脚分2种情况：

复位后，P0口为FFH，读正常。

操作后，先写‘1’再读。

所以是准双向口。

B、读锁存器-修改-写。

4）P3口

作一般I/O口使用时，是准双向口；第二功能，P3.0~P3.7分别为RXD、TXD、/INT0、/INT1、T0、T1、/WR、/RD。

位结构如P19T2.6所示。

图4-4P3口位结构

3种操作：

A、变异功能。

B、作一般I/O口使用时，读引脚分2种情况：

复位后，P0口为FFH，读正常。

操作后，先写‘1’再读。

所以是准双向口。

C、读锁存器-修改-写。

使用一个功能时，另外功能位置“1”。

保证与门打开。

总结：

P0、P2组成总线，用于扩展；P1作I/O口；P3常作第二功能。

系统采用CMOS输入时，P0口外加上拉电阻。

2.4.2读-修改-写操作

每个I/O口2种读：

读引脚、读锁存器。

读锁存器内容，修改后再写入锁存器，称读-修改-写操作。

目的操作单元为I/O口，或其中某位时，该指令所读的是锁存器内容。

如：

ANLP1，A

MOVPX.Y，C;读写PX8位锁存器内容，只改变1位。

读-修改-写操作读锁存器，不读引脚。

读引脚容易引起混乱，如：

I/O口接三极管基极情况。

2.4.3I/O口写操作

写锁存器时，在该指令的最后周期S6P2写入锁存器，口缓冲器P1期间（下1机器周期）采样锁存器，延时2个振荡周期。

0-1跳变时，用场效应三极管