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单片机课程报告

河海大学计算机与信息学院（常州）

单片机原理与应用课程论文

指导老师:

授课班号:

姓名:

学号:

第一章单片机系统结构

一、MCS-51单片机基本特性

1、8位的CPU，片内有振荡器和时钟电路,工作频率为

1～12MHz（Atmel89Cxx为0～24MHz）

2、片内有128/256字节RAM

3、片内有0K/4K/8K等字节程序存储器ROM

4、可寻址片外64K字节数据存储器RAM

5、可寻址片外64K字节程序存储器ROM

6、4个8位的并行I/O口（PIO）

7、1个全双工串行口（SIO/UART）

8、2/3个16位定时器/计数器（TIMER/COUNTER）

9、可处理5/6个中断源，两级中断优先级

10、内置1个布尔处理器和1个布尔累加器（Cy）

11、MCS-51指令集含111条指令

二、单片机的结构

三、单片机的引脚

Vcc,GND，XTAL1,XTAL2（片内振荡电路输入/输出端），RESET，EA/Vpp，ALE/PROG，PSEN，P0.0—P0.7，P1.0—P1.7，P2.0—P2.7，P3.0—P3.7。

RESET:

复位端（正脉冲有效，宽度>2个机器周期），复位使单片机进入某种确定的初始状态：

PC值归零（0000H）；各个SFR被赋予初始值（见P.42）：

P0～P3=0FFH，Acc=0，B=0，TH0=0，TL0=0，TH1=0，TL0=0，SP=7，PSW=0……

退出处于节电工作方式的停顿状态、退出一切程序进程、退出程序的死循环，从头开始。

EA/Vpp:

寻址外部ROM控制端/编程电源输入端。

低有效，片内无ROM时必须接地；

片内有ROM时并应用时应当接高电平

PSEN：

寻址外部程序存储器时选通外部EPROM的

读控制端（OE）低有效。

四、振荡周期/时钟周期：

Tc=晶振频率fosc（或外加频率）的倒数

状态周期：

Ts=2个时钟周期（Tc）（很少用到此概念）

机器周期：

Tm=6个状态周期（Ts）=12个振荡周期（Tc）

指令周期:

Ti:

执行一条指令所需的机器周期（Tm）数

牢牢记住：

振荡周期=晶振频率fosc的倒数；

1个机器周期=12个振荡周期

1个指令周期=1、2、4个机器周期

五、存储器、堆栈、SFR

1、89C51单片机存储器配置

片内RAM128字节（00H—7FH）；

片内RAM前32个单元是工作寄存器区（00H—1FH）

片内RAM有128个可按位寻址的位，占16个单元。

位地址编号为：

00H—7FH，分布在20H—2FH单元

片内21个特殊功能寄存器（SFR）中：

地址号能被8整除的SFR中的各位也可按位寻址（P.33-34）

可寻址片外RAM64K字节（0000H—FFFFH）

可寻址片外ROM64K字节（0000H—FFFFH）

片内FlashROM4K字节（000H—FFFH）

2、存储器配置（片内RAM）

3、堆栈：

在片内RAM中，常常要指定一个专门的区域来存放某些特别的数据,它遵循先进后出和后进先出（LIFO/FILO）的原则,这个RAM区叫堆栈。

功用：

1）子程序调用和中断服务时CPU自动将当前PC

值压栈保存，返回时自动将PC值弹栈。

2）保护现场/恢复现场

3）数据传输

堆栈区由特殊功能寄存器堆栈指针SP管理堆栈区可以安排在RAM区任意位置，一般不安排在工作寄存器区和可按位寻址的RAM区，通常放在RAM区的靠后的位置。

从堆栈取出数据时：

取出的数据是最近放进去的一个数据，也就是当前栈顶的数据。

然后SP再自动减1，仍指着栈顶……

89C51特殊功能寄存器（SFR）

专用于控制、选择、管理、存放单片机内部各部分的工作方式、条件、状态、结果的寄存器。

不同的SFR管理不同的硬件模块，负责不同的功能——各司其职

换言之：

要让单片机实现预订的功能，必须有相应的硬件和软件，而软件中最重要的一项工作就是对SFR写命令（要求）。

4、特殊功能寄存器（PC）

PC不是一个特殊功能寄存器SFR，但其作用又十分重要和特殊

特点：

它是16位的按机器周期自动增1计数器

总指向下一条指令所在首地址（当前PC值）

一切分支/跳转/调用/中断/复位等操作的本质就是:

改变PC值

特殊功能寄存器（PSW）

第二章：

单片机指令系统

一、ASM-51指令的格式

[标号:

]操作码[目的操作数][,源操作数][;注释]

方括符[]表示可选项

标号代表指令所在地址，1-8个字母/数字，“:

”结尾

操作码就是指令功能助记符，指令实体

目的操作数

源操作数

注释，以“;”开头

二、51单片机指令的寻址方式

寻找（或确定）操作数所在单元地址的方式。

寻址方式越多，计算机寻址能力越强，但指令系统也越复杂。

1、寄存器寻址

操作数在寄存器中，如R0-R7，A、B、Cy（位）、DPTR等

例：

MOVA，B；（A）←（B）

MOV30H，R0；（30H）←（R0）

MOVA，R1；（A）←（R1）

2、立即寻址

操作数在指令中直接给出

例：

MOVA，#64H；（A）←立即数64H

ADDA，#05H；（A）←（A）+立即数05H

注意：

符号“#”表明其后跟的是立即数,

立即数——就是数字量本身。

3、直接寻址

指令中直接给出了操作数所在单元的地址或名称

例：

MOVR1，1FH；（R1）←（1FH）

MOV30H，4AH；（30H）←（4AH）

4、寄存器间接寻址

寄存器中的内容是一个地址，该地址单元的内容是所需的操作数。

操作数是通过寄存器间接得到的

例：

[MOVR1，#30H;（R1）←立即数30H]

MOV@R1，#0FH;（30H）←立即数0FH

MOVA，@R1;（A）←（（30H））=#0FH

“间接”表示某寄存器中的“内容”只是一个“单元地址”，这个地址单元中存放的数据才是要找的“操作数”。

5、变址寻址

也称为:

基址寄存器+变址寄存器间接寻址

以16位的地址指针寄存器DPTR或16位的PC寄存器为基址寄存器，以累加器A为变址寄存器，两者中的“内容和”形成一个16位的“地址”，该“地址”所指的存储单元中的内容才是操作数。

6、相对寻址

当前PC值加上指令中规定的偏移量rel，构成实际的操作数地址

例：

SJMPrel

操作：

跳转到的目的地址=当前16位PC值+rel

注意：

1）“当前PC值”指程序中下一条指令所在的首地址，

是一个16位数；

2）符号“rel”表示“偏移量”,是一个带符号的单字

节数,范围是:

-128—+127（80H—7FH）,

7、位寻址

指令中直接给出了操作数所在的位地址或名称。

例：

CLRP1.0；（P1.0）←0

SETBACC.7；（ACC.7）←1

CPLC；（C）←NOT（C）

三、MCS-51指令集

1、数据传送类指令

内部存储器间传送：

（MOV——16条）

外部数据存储器与累加器间传送:

（MOVX——4条）

程序存储器向累加器传送：

（MOVC——2条）

数据交换：

（XCH，XCHD，SWAP——5条）

堆栈操作：

（PUSH，POP——2条）

（1）、内部存储器间传送指令

a.以累加器A为目的操作数的指令

MOVA,＃data；A←＃data

MOVA,Rn；n=0~7，A←（Rn）

MOVA,@Ri；i=0,1，A←（（Ri））

MOVA,direct；A←（Rn）direct为内部RAM或SFR地址

注意以下两组指令的不同点

MOVA,#20H;（A）=20HA的内容为20H

MOVA,20H;（A）=（20H）A的内容为20H中的内容

b.以Rn为目的操作数的指令

MOVRn，A；Rn←（A），n=0~7

MOVRn，direct；Rn←（direct）

MOVRn，＃data；Rn←＃data

c.以直接地址为目的操作数的指令

MOVdirect,A；direct←（A）

MOVdirect,Rn；direct←（Rn），n=0~7

MOVdirect,@Ri；direct←（（Ri）），i=0,1

MOVdirect,direct；direct←（direct）

MOVdirect,#data；direct←＃data

d.以寄存器间接地址为目的操作数指令

MOV@Ri，A；（（Ri））←（A），i=0,1

MOV@Ri，direct；（（Ri））←（direct）

MOV@Ri，＃data；（（Ri））←＃data

（2）、外部数据存储器与累加器间传送（4条）

类指令可在累加器与以@DPTR或@Ri所代表的外部RAM之间进行数据传送。

MOVXA，@DPTR——（A）¬（（DPTR））

MOVXA，@Ri——（A）¬（（Ri））

MOVX@DPTR,A——（（DPTR））¬（A）

MOVX@Ri,A——（（Ri））¬（A）

（3）、程序存储器向累加器传送指令（2条）

MOVCA，@A+DPTR

MOVCA，@A+PC

——通常称为查表指令，寻址方式属:

“基址寄存器+变址寄存器间接寻址”

（4）、数据交换指令（5条）

XCHA，direct（字节互换）

XCHA，@Ri（字节互换）XCHA，Rn（字节互换）

（A）（direct）[或（（Ri）），或（Rn）]

XCHDA，@Ri

累加器Acc的低4位与（（Ri））的低4位互换，各自的高4位不变

SWAPA

累加器Acc的低4位与自身的高4位互换

（5）、堆栈操作指令（2条）

PUSHdirect——压栈指令

POPdirect——弹栈指令

堆栈区由特殊功能寄存器堆栈指针SP管理

堆栈区可以安排在RAM区任意位置，一般不安排在工作寄存器区和可按位寻址的RAM区,而是放在RAM区的靠后的位置

堆栈总是指向栈顶

通常PUSH与POP两条指令成对使用

2、算术运算类指令

加法运算：

（ADD——4条）

带进位加法运算:

（ADDC——4条）

带借位减法运算:

（SUBB——4条）

加1/减1操作：

（INC，DEC——9条）

单字节乘/除法运算:

（MUL，DIV——2条）

十进制调整：

（DAA——1条）

带进位加法运算:

（ADDC——4条）

带借位减法运算：

（SUBB——4条）

3、逻辑运算及移位类指令（5种/24条）

逻辑与运算：

（ANL——6条）

逻辑或运算：

（ORL——6条）

逻辑异或运算：

（XRL——6条）

累加器清零/取反：

（CLR，CPL——2条）

累加器移位操作:

（RL,RLC,RR,RRC—4条）

4、控制转移类指令（4种/17条）

此类指令改变程序的执行顺序——改变当前PC值

无条件转移：

（LJMP,AJMP,SJMP,JMP——4条）

条件转移（判断跳转）:

（JZ,JNZ,CJNE,DJNZ——8条）

子程序调用及返回：

（LCALL,ACALL,RET,RETI——4条）

无条件转移LJMP,AJMP,SJMP,JMP——4条

LJMPaddr16长跳转指令——可在64K范围内跳转

AJMPaddr11绝对跳转指令——可在指令所在的2K范围内跳转

SJMPrel相对跳转指令——可在当前PC-128与+127范围内跳转

JMP@A+DPTR散转指令（间接长跳转指令）——可在以DPTR为基址+A为偏移量之和所指向的64K程序范围内跳转

条件转移

CJNEA,#data,rel

CJNEA,direct,rel

CJNE@Ri,#data,rel

CJNERn,#data,rel

——将A（或@Ri,或Rn）与#data（或direct）相比较，其值不相等就跳转；相等则不跳转,继续往下走。

DJNZdirect，rel

DJNZRn，rel

——将direct（或Rn）里的内容减1，结果不等于0就跳转；等于0则不跳转继续往下走。

子程序调用及返回：

（LCALL,ACALL,RET,RETI——4条）

5、位操作类指令（17条）

位操作类指令以位为单位进行逻辑运算及操作,可分为4种：

位传送：

（MOV——2条）

位清零/置位:

（CLR,SETB——4条）

位逻辑与/或/非运算：

（ANL,ORL,CPL——6条）

位传送指令（2条）：

MOVC，bit；（C）¬（bit）

MOVbit，C；（bit）¬（C）

注：

bit表示位地址

位清零/置位指令（4条）：

CLRbit（或CLRC）；（bit或C）¬“0”

SETBbit（或SETBC）；（bit或C）¬“1”

位逻辑与/或/非指令（6条）：

ANLC，bit（或ANLC，/bit）

ORLC，bit（或ORLC，/bit）

CPLbit（或CPLC）

注:

“/bit”表示对bit位的反参加运算，bit本身不变

空操作:

NOP“耗时”一个机器周期。

donothing!

第三章单片机中断系统

一、中断概念

1、中断:

是指CPU执行正常程序时，系统中出现特殊请求，CPU暂时中止当前的程序，转去处理更紧急的事件，处理完毕后，CPU返回原程序的过程。

2、中断涉及的几个环节

①中断源②中断申请③开放中断④保护现场⑤中断服务⑥恢复现场⑦中断返回

3、中断响应过程

①、设置中断优先级触发器

②、保护断点：

将断点地址压入堆栈保存，即当前PC值入栈。

③、保护现场：

将ISR中使用到的重要寄存器入栈

④、寻找中断向量：

中断服务程序入口®PC，转入中断服务。

⑤、中断处理：

执行中断源所要求中断服务程序。

⑥、恢复现场：

重要寄存器出栈

⑦、中断返回：

执行中断返回指令，栈顶内容®PC，程序跳转回断点处。

4、单片机的中断源及TCON

2个外部中断请求：

INT0，INT1

2个片内定时器/计数器T0和T1中断请求：

TF0，TF1，（TF2——52子系列有T2）

1个串行口中断请求：

TI/RI

5、CPU识别中断申请的依据

CPU在每个机器周期的S5P2期间，会自动查询各个中断申请标志位，若查到某标志位被置位,将启动中断机制。

TCON：

Timer控制寄存器，是管理定时器工作的SFR（其中低4位管外部中断）

IE0/IE1：

外部中断申请标志位：

=0：

没有外部中断申请；

=1：

有外部中断申请。

IT0/IT1：

外部中断请求的触发方式选择位：

=0：

在INT0/INT1端申请中断的信号低电平有效;

=1：

在INT0/INT1端申请中断的信号负跳变有效.

6、单片机的中断矢量与优先级

（1）、中断矢量：

MCS-51单片机的5个中断源分别对应有各自的中断服务程序入口地址

（2）、中断优先级控制寄存器IP（0B8H）

IP——PT2PSPT1PX1PT0PX0

（3）、中断允许寄存器IE（0A8H）

IEEA—ET2ESET1EX1ET0EX0

二、中断系统硬件结构

第三章并口、定时与串口

一、单片机的I/O引脚结构

1、单片机的引脚（P0口）

P0.0—P0.7:

双向I/O（内置场效应管上拉）

寻址外部程序存储器时分时作为双向8位数据口和输出低8位地址复用口；（可浮空）不接外部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使用。

2、单片机的引脚（P1口）

P1.0—P1.7:

准双向I/O口（内置了上拉电阻）

输出时一切照常，仅在作输入口用时要先对其写“1”。

3、单片机的引脚（P2口）

P2.0—P2.7:

双向I/O（内置了上拉电阻）

寻址外部程序存储器时输出高8位地址；不接外部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使用。

4、单片机的引脚（P3口）

P3.0—P3.7:

双功能口（内置了上拉电阻）

它具有特定的第二功能。

在不使用它的第二功能时它就是普通的通用准双向I/O口。

二、单片机的定时/计数器

1、TIMER的作用：

定时操作：

定时采样，定时扫描，定时中断

测量外部信号：

累加统计，测量周期等

定时输出：

PWM等

监视系统正常工作与否

定时器:

对片内机器时钟（周期方波）进行计数

计数器:

对Tx引脚输入的负脉冲进行计数

与Timer工作有关的特殊功能寄存器：

TCON、TMOD、THx和TLx

2、MCS-51计数/定时器的实质

实质是计数器，脉冲每一次下降沿，计数寄存器数值将加1.

计数的脉冲如果来源于单片机内部的晶振,由于其周期极为准确，这时称为定时器。

计数的脉冲如果来源于单片机外部的引脚，由于其周期一般不确定，可表示事件发生，这时称为计数器。

定时器控制寄存器TCON（88H）

TFx:

Timer0/1计数溢出标志位。

=1计数溢出；=0计数未满

TFx标志位可用于申请中断或供CPU查询。

在进入中断服务程序时会自动清零；但在

查询方式时必须软件清零。

TRx:

Timer0/1运行控制位。

=1启动计数；=0停止计数

3、定时器方式寄存器TMOD（89H）

M1,M0：

工作方式定义位（定义4种方式）:

00：

13位Timer——用它无益,不要记它！

01：

16位Timer——经常用到

10：

可自动重装的8位Timer——经常用到

11：

T0分为2个8位Timer；T1此时不工作

——因为没有带来什么好处，几乎无用

C/T：

计数器/定时器选择位

=1外部事件计数器。

对Tx引脚的负脉冲计数；

=0片内时钟定时器。

对机器周期脉冲计数定时

GATE门控位:

Timer可由软件与硬件两者控制

aGATE=0——普通用法

Timer的启/停由软件对TRx位写“1”/“0”控制

GATE=1——门控用法

Timer的启/停由软件对TRx位写“1”/“0”

和在INTx引脚上出现的信号的高/低共同控制

（INTx引脚高电平允许定时/计数）

4、定时器结构与工作方式

（1）、工作方式1：

——16位的定时/计数器

工作方式1的编程要点：

THx/TLx赋初值：

THx赋高8位，TLx赋低8位

TMOD选方式：

写“M1,M0”=01b选方式1

若不用门控位,直接用软件写TRx控制启/停

a若使用门控位，先置位TRx，然后由INTx端的高/低电平来控制其启/停

若要允许中断，还须先置位ETx、EA等中断允许控制位，并编写中断服务程序

a若不用中断，可查询“计数溢出标志TFx”的方式工作，但溢出标志TFx须软件清0

方式1：

定时初值/定时时间计算

定时器的计数单元每个机器周期自动加1直到溢出（0）

T=（12/fosc）*（2^16-a）us

（2）、工作方式2的编程

TMOD寄存器选方式：

写“M1，M0”=10b选中方式2

THx/TLx赋相同初值

在TLx计数达到0FFH再加“1”时，TL0将溢出,“TFx”置1去申请中断,同时THx中的值自动重装（Copy）进TLx其他用法与各种方式1完全相同

方式2：

定时初值/定时时间计算

定时器的计数单元每个机器周期自动加1直到溢出（0）

T=（12/fosc）*（2^8-a）us（最大计数值：

256）

Timer工作方式3——几乎无用

（3）、定时器小结：

（2个16位加法计数器）

工作方式由TMOD决定;

计数/定时由C/T位决定

工作方式0（13位）永远不用

工作方式3（T0拆为双8位）几乎无用

工作方式1（16位）经常用到

工作方式2（8位自动重装）经常用到

运行/停止由TRx位控制，（当GATE=1时：

由TRx位和Tx引脚上的信号共同控制）

从初值按机器周期或外部脉冲递加，溢出位

TFx申请中断；中断允许由ETx位和EA位控制，特别注意：

不管定时时间到了与否，只要不控制TRx位，定时器就不会停止。

注意：

定时初值

三、串行通信与并行通讯

并行通讯:

数据的各位同时传送。

传输线的根数与数据位数相等。

串行通讯：

数据逐位顺序传送。

传输线仅需1-2根。

串行通信的基本特征是数据逐位顺序进行传送

串行通信的格式及约定（如：

同步方式、通讯速率、数据块格式、信号电平……等）不同，形成了多种串行通信的协议与接口标准。

全双工串行接口（UART）

全双工:

（串行通信）收/发可同时进行

半双工:

（串行通信）收/发不可同时进行

单工：

数据单向传送

异步串行通信:

以字符为单位进行传送

同步串行通信:

以数据块为单位进行传送

波特率（bps.）:

每秒钟传输的数据位数

1、异步串行通信数据格式

2、串行口的结构

两个同名的接收/发送缓冲寄存器SBUF（99H）

指令MOVSBUF，A启动一次数据发送,可向SBUF

再发送下一个数

指令MOVA，SBUF完成一次数据接收,SBUF可再

接收下一个数

接收/发送数据,无论是否采用中断方式工作,每接收/发送一个数据都必须用指

令对RI/TI清0，以备下一次收/发。

3、串行口相关的SFR（SCON,PCON）

SM0，SM1：

串行口4种工作方式的选择位。

00方式0：

8位移位寄存器I/O,波特率固定为fosc/12

01方式1：

8位UART（1+8+1位），波特率可变,按公式计算

10方式2：

9位UART（1+8+1+1位），波特率固定=foscx1/32或1/64

11方式3：

9位UART（1+8+1+1位），波特率可变，按公式计算

SM2：

串行口多机通信控制位（作为方式2、方式3的附加控制位）

RI,TI：

串行口收/发数据申请中断标志位

＝1申请中断；＝0不申请中断

RB8：

在方式2、3中，是收到的第9位数据。

在多机通信中,用作区别地址帧/数据帧的

标志。

（奇偶校验）

TB8：

方式2、3中，是要发送的第9位数据。

多机通信中,TB8=0表示发送的是数据；

TB8=1表示发送的是地址。

（奇偶校验）

REN：

串行口接收允许控制位

=1表示允许接收；=0禁止接收。

4、串行口工作方式

（1）、工作方式0：

8位移位寄存器I/O方式

发送：

SBUF中的串行数据由RxD逐位移出；

TxD输出移位时钟，波特率=fosc/12；

a每送出8位数据TI就自动置1；