單片機(jī)應(yīng)用教程課件項(xiàng)目一 單片機(jī)硬件系統(tǒng)

單片機(jī)應(yīng)用教程項(xiàng)目一單片機(jī)硬件系統(tǒng)

通過(guò)本章學(xué)習(xí)掌握單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)（單片機(jī)組成、存儲(chǔ)組織、輸入輸出口電路結(jié)構(gòu)、單片機(jī)最小系統(tǒng)）。并能編寫(xiě)簡(jiǎn)單程序控制LED發(fā)光二極管閃爍。任務(wù)目標(biāo)任務(wù)要求任務(wù)分析任務(wù)實(shí)施相關(guān)知識(shí)點(diǎn)任務(wù)單片機(jī)控制單個(gè)LED發(fā)光二極管閃爍一、任務(wù)目標(biāo)

1、了解單片機(jī)及單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)2、理解單片機(jī)內(nèi)部組成及信號(hào)引腳3、掌握MCS-51內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及內(nèi)部程序存儲(chǔ)器4、了解并行輸入/輸出口電路結(jié)構(gòu)5、了解單片機(jī)復(fù)位電路6、理解單片機(jī)工作過(guò)程二、任務(wù)要求

通過(guò)單片機(jī)P1.0引腳控制發(fā)光二極管，二極管亮一會(huì)滅一會(huì)，交替閃爍三、任務(wù)分析（硬件電路）

三、任務(wù)分析（軟件設(shè)計(jì)）ORG0000HSTART:SETBP1.0LCALLDELAYCLRP1.0LCALLDELAYLJMPSTARTDELAY:MOVR5,#20D1:MOVR6,#20

D2:MOVR7,#250DJNZR7,$DJNZR6,D2DJNZR5,D1RETEND三、任務(wù)分析（軟件設(shè)計(jì)）#include<reg51.h>sbitP1_0=P1^0voiddelay()voidmain(){while(1){P1_0=1delay()P1_0=0delay()}}voiddelay(){unsignedchari,j,k;for(i=0;i<10;i++) {for(j=0;j<10;j++) for(k=0;k<10;k++); }}四、任務(wù)實(shí)施

1、按照上圖在proteus中連接好電路。2、在KEILC中編寫(xiě)程序，生成HEX文件3、將生成的HEX文件加載到單片機(jī)芯片中4、在proteus中仿真，觀察結(jié)果五、相關(guān)知識(shí)點(diǎn)1、概述

單片微型計(jì)算機(jī)（SingleChipMicrocomputer）簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是指集成在一塊芯片上的計(jì)算機(jī)，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），常用英文字母的縮寫(xiě)MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，在許多行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用。從航天航空、地質(zhì)石油、冶金采礦、機(jī)械電子、輕工紡織到機(jī)電一體化設(shè)備、郵電通信、日用設(shè)備和器械等，單片機(jī)都發(fā)揮了巨大作用。①運(yùn)算器

運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)的運(yùn)算部件用于實(shí)現(xiàn)算術(shù)和邏輯運(yùn)算。計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理都在這里進(jìn)行。②控制器

控制器是計(jì)算機(jī)的指揮控制部件,使計(jì)算機(jī)各部分能自動(dòng)協(xié)調(diào)地工作.運(yùn)算器和控制器是計(jì)算機(jī)的核心部分,常把它們合在一起稱之為中央處理器,簡(jiǎn)稱CPU。③存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的記憶部件，用于存放程序和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器又分為內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器。④輸入設(shè)備

輸入設(shè)備用于將程序和數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中，如鍵盤。⑤輸出設(shè)備

輸出設(shè)備用于把計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)計(jì)算或加工的結(jié)果，以用戶需要的形式顯示或保存，如顯示器、打印機(jī)。單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

單片微型計(jì)算機(jī)是指集成在一個(gè)芯片上的微型計(jì)算機(jī)，也就是把組成微型計(jì)算機(jī)的各種功能部件，包括CPU（CentralProcessingUnit）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM（RandomAccessMemory）、只讀存儲(chǔ)器ROM（Read-onlyMemory）、基本輸入/輸出(Input/Output)接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等部件制作在一塊集成芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)的基本功能。

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心，配以輸入、輸出、顯示、控制等外圍電路和軟件，能實(shí)現(xiàn)一種或多種功能的實(shí)用系統(tǒng)。

由此可見(jiàn)，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員必須從硬件和軟件兩個(gè)角度來(lái)深入了解單片機(jī)，并能夠?qū)⒍哂袡C(jī)結(jié)合起來(lái)，才能形成具有特定功能的應(yīng)用系統(tǒng)或整機(jī)產(chǎn)品。五、相關(guān)知識(shí)點(diǎn)2、51單片機(jī)系列

五、相關(guān)知識(shí)點(diǎn)3、8051單片機(jī)的基本組成①中央處理器（CPU）

中央處理器是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制功能。MCS-51的CPU能處理8位二進(jìn)制數(shù)或代碼。②內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部RAM）8051芯片中共有256個(gè)RAM單元，但其中后128單元被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是前128單元，用于暫中間存數(shù)據(jù)，可讀可寫(xiě)，掉電后數(shù)據(jù)會(huì)丟失。因此通常所說(shuō)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器就是指前128單元，簡(jiǎn)稱內(nèi)部RAM。③內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（內(nèi)部ROM）8051共有4KBROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格，因此稱之為程序存儲(chǔ)器，掉電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，簡(jiǎn)稱內(nèi)部ROM。④定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8051共有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，并以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。⑤并行I/O口MCS-51共有四個(gè)8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。⑥串行口MCS-51單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行口，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其它設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強(qiáng)，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。⑦中斷控制系統(tǒng)MCS-51單片機(jī)的中斷功能較強(qiáng)，以滿足控制應(yīng)用的需要。8051共有5個(gè)中斷源，即外中斷2個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷2個(gè)，串行中斷1個(gè)。全部中斷分為高級(jí)和低級(jí)共二個(gè)優(yōu)先級(jí)別。⑧時(shí)鐘電路MCS-51芯片的內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列。晶振頻率通常選擇6MHZ、11.0592MHZ或12MHZ。五、相關(guān)知識(shí)點(diǎn)4、8051單片機(jī)引腳①輸入輸出信號(hào)引腳P0.0～

P0.7：P0口8位雙向口線。P1.0～

P1.7：P1口8位雙向口線。P2.0～

P2.7：P2口8位雙向口線。P3.0～

P3.7：P3口8位雙向口線。②電源引腳VSS：地線。VCC：+5V電源。③時(shí)鐘信號(hào)引腳XTAL1和XTAL2：外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。④復(fù)位引腳RST：復(fù)位信號(hào)。當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上高電平即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。⑤訪問(wèn)程序存儲(chǔ)控制引腳

：訪問(wèn)程序存儲(chǔ)控制信號(hào)。當(dāng)

信號(hào)為低電平時(shí)，對(duì)ROM的讀操作限定在外部程序存儲(chǔ)器；而當(dāng)

信號(hào)為高電平時(shí)，則對(duì)ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開(kāi)始，并可延至外部程序存儲(chǔ)器。⑥外部程序存儲(chǔ)器選通引腳

：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。在讀外部ROM時(shí)有效（低電平），以實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。⑦地址鎖存控制引腳ALE：在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址鎖存器鎖存起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。此外由于ALE是以晶振六分之一的固定頻率輸出的正脈沖，因此可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。五、相關(guān)知識(shí)點(diǎn)5、8051P3口引腳與第二功能引腳第二功能信號(hào)名稱P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送P3.2

外部中斷0申請(qǐng)P3.3

外部中斷1申請(qǐng)P3.4T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的外部輸入P3.5T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的外部輸入P3.6

外部RAM寫(xiě)選通P3.7

外部RAM讀選通五、相關(guān)知識(shí)點(diǎn)6、8051存儲(chǔ)組織MCS-51單片機(jī)的存儲(chǔ)器邏輯結(jié)構(gòu)FFFFH0000H0FFFH

外部

RAM

外部ROM內(nèi)部ROM(EA=1)H0000外部ROM(EA=0）1000HFFFFH

內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

內(nèi)部數(shù)據(jù)

RAM7FH80H00HFFH外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

程序存儲(chǔ)器

內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（低128位）

8051的內(nèi)部RAM共有256個(gè)單元，通常把這256個(gè)單元按其功能劃分為兩部分：低128單元（單元地址00H～7FH）和高128單元（單元地址80H～FFH）。30H~7FH數(shù)據(jù)緩沖區(qū)20H~2FH位尋址區(qū)（00H~7FH）18H~1FH工作寄存器3區(qū)（R7~R0）10H~17H工作寄存器2區(qū)（R7~R0）08H~0FH工作寄存器1區(qū)（R7~R0）00H~07H工作寄存器0區(qū)（R7~R0）片內(nèi)低128單元內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器配置寄存器區(qū)位尋址區(qū)用戶RAM區(qū)①寄存器區(qū)

四組寄存器，每組8個(gè)寄存單元（各為8位），各組都以R0～R7作寄存單元編號(hào)。寄存器常用于存放操作數(shù)及中間結(jié)果等，由于它們的功能及使用不作預(yù)先規(guī)定，因此稱之為通用寄存器，有時(shí)也叫工作寄存器。四組通用寄存器占據(jù)內(nèi)部RAM的00H～1FH單元地址。

在任一時(shí)刻，CPU只能使用其中的一組寄存器，并且把正在使用的那組寄存器稱之為當(dāng)前寄存器組。到底是哪一組，由程序狀態(tài)字寄存器PSW中RS1、RS0位的狀態(tài)組合來(lái)決定。②位尋址區(qū)

內(nèi)部RAM的20H～2FH單元，既可作為一般RAM單元使用，進(jìn)行字節(jié)操作，也可以對(duì)單元中每一位進(jìn)行位操作，因此把該區(qū)稱之為位尋址區(qū)。位尋址區(qū)共有16個(gè)RAM單元，計(jì)128位，位地址為00H～7FH。MCS-51具有布爾處理機(jī)功能，這個(gè)位尋址區(qū)可以構(gòu)成布爾處理機(jī)的存儲(chǔ)空間。單元地址MSB

位地址

LSB2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20H7F776F675F574F473F372F271F170F077E766E665E564E463E362E261E160E067D756D655D554D453D352D251D150D057C746C645C544C443C342C241C140C047B736B635B534B433B332B231B130B037A726A625A524A423A322A221A120A027971696159514941393129211911090178706860585048403830282018100800片內(nèi)RAM位尋址區(qū)的位地址③用戶RAM區(qū)

在內(nèi)部RAM低128單元中，通用寄存器占去32個(gè)單元，位尋址區(qū)占去16個(gè)單元，剩下80個(gè)單元，這就是供用戶使用的一般RAM區(qū)，其單元地址為30H～7FH。

對(duì)用戶RAM區(qū)的使用沒(méi)有任何規(guī)定或限制。但在一般應(yīng)用中常把堆棧開(kāi)辟在此區(qū)中。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（高128位）

內(nèi)部RAM的高128單元是供給專用寄存器使用的，其單元地址為80H～FFH。因這些寄存器的功能已作專門規(guī)定，故而稱之為專用寄存器（SpecialFunctionRegister），也可稱為特殊功能寄存器。8051有21個(gè)專用寄存器。①程序計(jì)數(shù)器（PC）

PC是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，它的作用是控制程序的執(zhí)行順序。其內(nèi)容為將要執(zhí)行指令的地址，尋址范圍達(dá)64KB。PC有自動(dòng)加1功能，從而實(shí)現(xiàn)程序的順序執(zhí)行。PC沒(méi)有地址，是不可尋址的。因此用戶無(wú)法對(duì)它進(jìn)行讀寫(xiě)。但可以通過(guò)轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令改變其內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)移。因地址不在SFR之內(nèi)，一般不計(jì)作專用寄存器。②累加器（ACC）

累加器為8位寄存器，是最常用的專用寄存器，功能較多，地位重要。它既可用于存放操作數(shù)，也可用來(lái)存放運(yùn)算的中間結(jié)果。MCS-51單片機(jī)中大部分單操作數(shù)指令的操作數(shù)就取自累加器，許多雙操作數(shù)指令中的一個(gè)操作數(shù)也取自累加器。③B寄存器

B寄存器是一個(gè)8位寄存器，主要用于乘除運(yùn)算。乘法運(yùn)算時(shí)，B是乘數(shù)。乘法操作后，乘積的高8位存于B中，除法運(yùn)算時(shí)，B是除數(shù)。除法操作后，余數(shù)存于B中。此外，B寄存器也可作為一般數(shù)據(jù)寄存器使用。④程序狀態(tài)寄存器（PSW）

程序狀態(tài)字是一個(gè)8位寄存器，用于存程序運(yùn)行中的各種狀態(tài)信息。其中有些位狀態(tài)是根據(jù)程序執(zhí)行結(jié)果，由硬件自動(dòng)設(shè)置的，而有些位狀態(tài)則使用軟件方法設(shè)定。PSW的位狀態(tài)可以用專門指令進(jìn)行測(cè)試，也可以用指令讀出。一些條件轉(zhuǎn)移指令將根據(jù)PSW有些位的狀態(tài)，進(jìn)行程序轉(zhuǎn)移。D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0HCYACF0RS1RS0OVF1PPSW各位定義CY（PSW.7）——進(jìn)位標(biāo)志位。CY是PWS中最常用的標(biāo)志位，其功能有二：一是存放算術(shù)運(yùn)算的進(jìn)位標(biāo)志，在進(jìn)行加或減運(yùn)算時(shí)，如果操作結(jié)果最高位有進(jìn)位或借位時(shí)，CY由硬件置“1”，否則清“0”；二是在位操作中，作累加位使用。位傳送、位與位或等位操作，操作位之一固定是進(jìn)位標(biāo)志位。D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0HCYACF0RS1RS0OVF1PPSW各位定義AC（PSW.6）——輔助進(jìn)位標(biāo)志位。在進(jìn)行加減運(yùn)算中，當(dāng)有低4位向高4位進(jìn)位或借位時(shí)，AC由硬件置“1”，否則AC位被清“0”。F0（PSW.5）——用戶標(biāo)志位。這是一個(gè)供用戶定義的標(biāo)志位，需要利用軟件方法置位或復(fù)位，用以控制程序的轉(zhuǎn)向。D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0HCYACF0RS1RS0OVF1PPSW各位定義RS1和RS0（PSW.4，PSW.3）——寄存器組選擇位。用于選擇CPU當(dāng)前工作的通用寄存器組。RS1RS0寄存器組

片內(nèi)RAM地址00第0組00H~07H01第1組08H~0FH10第2組10H~17H11第3組18H~1FHD7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0HCYACF0RS1RS0OVF1PPSW各位定義OV（PSW.2）——溢出標(biāo)志位。在帶符號(hào)數(shù)加減運(yùn)算中，OV=1表示加減運(yùn)算超出了累加器A所能表示的符號(hào)數(shù)有效范圍（-128～

+127），即產(chǎn)生了溢出，因此運(yùn)算結(jié)果是錯(cuò)誤；否則，OV=0表示運(yùn)算正確，即無(wú)溢出產(chǎn)生。在乘法運(yùn)算中，OV=1表示乘積超過(guò)255，即乘積分別在B與A中；否則，OV=0，表示乘積只在A中。在除法運(yùn)算中，OV=1表示除數(shù)為0，除法不能進(jìn)行；否則，OV=0，除數(shù)不為0，除法可正常進(jìn)行。D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0HCYACF0RS1RS0OVF1PPSW各位定義P（PSW.0）——奇偶標(biāo)志位。表明累加器A內(nèi)容的奇偶性，如果A中有奇數(shù)個(gè)“1”，則P置“1”，否則置“0”。凡是改變累加器A中內(nèi)容的指令均會(huì)影響P標(biāo)志位。⑤數(shù)據(jù)指針寄存器（DPTR）

數(shù)據(jù)指針為16位寄存器，它是MCS-51中一個(gè)16位寄存器。編程時(shí)，DPTR既可以按16位寄存器使用，也可以按兩個(gè)8位寄存器分開(kāi)使用，即：DPHDPTR高位字節(jié)DPLDPTR低位字節(jié)DPTR通常在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)作地址指針使用，由于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址范圍為64KB，故把DPTR設(shè)計(jì)為16位。⑥堆棧指針寄存器（SP）

堆棧是一個(gè)特殊的存儲(chǔ)區(qū)，用來(lái)暫存數(shù)據(jù)和地址，它是按“先進(jìn)后出”的原則存取數(shù)據(jù)的。堆棧共有兩種操作：進(jìn)棧和出棧。

MCS-51單片機(jī)由于堆棧設(shè)在內(nèi)部RAM中,因此SP是一個(gè)8位寄存器.系統(tǒng)復(fù)位后,SP的內(nèi)容為07H,使得堆棧實(shí)際上從08H單元開(kāi)始。但08H～1FH單元分別屬于工作寄存器1～3區(qū),如程序中要用到這些區(qū),則最好把SP值改為1FH或更大的值.一般地,堆棧最好在內(nèi)部RAM的30H～7FH單元中開(kāi)辟.SP的內(nèi)容一經(jīng)確定,堆棧的位置也就跟著確定下來(lái)，由于SP可初始化為不同值，因此堆棧位置是浮動(dòng)的。SFRMSB位地址/位定義

LSB字節(jié)地址BF7F6F5F4F3F2F1F0F0HACCE7E6E5E4E3E2E1E0E0HPSWD7D6D5D4D3D2D1D0D0HCYACF0RS1RS0OVF1PIPBFBEBDBCBBBAB9B8B8H///PSPT1PX1PT0PX0P3B7B6B5B4B3B2B1B0B0HP3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0IEAFAEADACABAAA9A8A8HEA//ESET1EX1ET0EX0P2A7A6A5A4A3A2A1A0A0HP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0SBUF(99H)SCON9E9D9B999898HSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRIP1979695949392919090HP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0TH1(8DH)TH0(8CH)TL1(8BH)TL0(8AH)TMODGATC/TM1M0GATC/TM1M0(89H)TCON8E8D8B898888HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0PCONSMOD///GF1GF0PDWNIDLE(87H)DPH(83H)DPL(82H)SP(81H)P0878685848382818080HP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0專用寄存器幾點(diǎn)說(shuō)明①21個(gè)可字節(jié)尋址的專用寄存器是不連續(xù)地分散在內(nèi)部RAM高128單元之中，盡管還余有許多空閑地址，但用戶并不能使用。②程序計(jì)數(shù)器PC不占據(jù)RAM單元，它在物理上是獨(dú)立的，因此是不可尋址的寄存器。③對(duì)專用寄存器只能使用直接尋址方式，書(shū)寫(xiě)時(shí)既可使用寄存器符號(hào)，也可使用寄存器單元地址。④凡字節(jié)地址不帶括號(hào)的寄存器都是可進(jìn)行位尋址的寄存器，全部專用寄存器可尋址的位共83位。8051內(nèi)部程序存儲(chǔ)器①內(nèi)部程序存