单片微机原理及应用

2、寄存器寻址 寻址某个工作寄存器，从该寄存器 中读取或存放操作数，以完成指令规定 的操作。
例如： ADD A，R2 ；从R2中读取操作数，和A相加后 将结果存入A
3、寄存器间接寻址
定义： 参见P80 例如：MOV 40H，#20H
;将数20H放入RAM的40H单元 MOV R1，#40H ;将数40H放入R1 MOV A，@R1 ;以R1存放的数40H为地址，将 40H地址单元中的数20H放入A。
4个8位并行 I/O 端口P0～P3
（5）控制线：
ALE：访问外部存储器时，地址锁存允许信号端 PSEN：外部程序存储器读选通信号端 EA/VPP：程序存储器选择信号端/编程电源输入端
微处理器
（1）运算器
ALU A PSW B （算术逻辑单元） （累加器） （程序状态字 或 状态寄存器 F ） （B寄存器）
例如：MOV A，80H（P0） 将地址为80H 的 P0端口内容送入A。
对与 SFR 地址重叠的用户RAM的访问使用间接寻 址的方式 ： 例如：MOV R1，#80H
MOV A，@R1
将地址为80H 的 用户RAM的内容送入A。
3、数据存储器扩展后最大的寻址空间：64K。 （因为数据指针积存器DPTR是16位，最 大可指向的地址是 216 = 64K）
（2）位寻址区
地址：20H~2FH，16个字节。 其中每一位都有各自的“位地址”，如图 2-8。
在位寻址指令中使用。如： SETB 07H ； 将RAM 20H单元的D7位置1，而该单元其它 位不变。
常用于存放 逻辑型变量。
（3）数据缓冲区
地址：30H~7FH，80个字节。 其用途完全有编程人员决定。 由于工作寄存器区、位寻址区和 数据缓冲区统一编 址，因此工作寄存器、位寻址单元也可以当成 数据 缓冲单元 一样使用。 例如： MOV A，30H； ；将数据缓冲区30H单元的内容放入A。 MOV A，20H； ；将位寻址区20H单元的内容放入A。 MOV A，00H； ；将工作寄存器区00H单元的内容放入A。
程序计数器作用：记录下一条将要执行的程序指 令的地址，起着管理程序执行次序的作用。
程序的两种执行方式：顺序、跳转。 程序计数器（ PC ）的复位、计数、直接置数
计算机指令执行过程
复位
取指令 PC+1
执行 指令
存储器
只有将所需要的程序和数据存入存储器，计算机 才能够脱离人的直接干预自动工作。
存储器的分类 ：ROM 程序存储器 RAM 数据存储器 存储器的读和写（访问） P26 图1-16，1-18
用户RAM：其存放内容的意义可由用户自己定义。
SFR（特殊功能寄存器）：存放内容有特殊意义，参见 P50表2-7。
程序存储器
1、片内程序存储器 4K 或 8K。 2、程序存储器扩展后最大的寻址空间：64K。 （因为PC是16位的计数器，最大可指向的 地址是 216 = 64K） EA 3、 外部电路让 EA 引角为高电平时，复位后 先执行片内ROM中的程序。地址超过0FFFH 或 1FFFH后才去自动转去执行片外ROM的 程序。 （参考P46 图2-6） 外部电路让 EA 引角为低电平时，不管有无 片内ROM，复位后都只执行片外的ROM内 的程序。（参考P46 图2-6）
外部设备可以通过并行I/O口、串行口、定 时器/计数器、中断等功能由 SFR 来控制；
用户RAM可以由编程人员决定存放用户自 己的变量；
控制程序实际上就是如何运用各种指令操作 各种SFR和用户RAM以实现各种控制功能。
第3章 指令系统
寻址方式
1、立即寻址
以常数（立即数）作为操作数直接跟在 操作码的后边，不需要存储器存取。 如：MOV A，#30H ；直接将数30H放入A中。 注意：在指令中为区别地址和立即数，应在 立即数前用“#”标出。
5、基址寄存器+变址寄存器 间接寻址
以 PC 指针或 DPTR 作为基地址寄存器，累 加器A作为变址寄存器，把它们的内容之和 作为程序存储器的地址，对这个地址访问。
这种寻址方式用于访问程序存储器。可方便 的用于 列表 的查询。
例如 若访问程序存储器单元0403H地址中
的内容：
MOV DPL，#00H； MOV DPH，#04H； MOV A，#03H; MOVC A, @A+DPTR
Βιβλιοθήκη Baidu
访问片内的RAM 使用MOV指令； 访问片外的RAM 使用MOVX指令； 访问ROM中的常量和常量表格使用MOVC指令。
4、片内数据存储器
（1）工作寄存器 地址：00H~1FH，32个字节。 分为4组，每组8个字节，分别为：R0, …… ,R7。 任一时刻只有一组工作寄存器工作，可通过 PSW 中的 RS0、RS1选择当前工作的寄存器组。
存储器
MCS-51的程序与数据分为两个独立存储器逻 辑空间，分开编址。（称为哈佛结构）
51子系列和52子系列的存储器容量区别：
51子系列：4K的ROM 128 字节的用户RAM + 128 字节的SFR（特殊功能寄存器） 52子系列：8K的ROM
256 字节的用户RAM + 128 字节的SFR（特殊功能寄存器）
单片机程序烧写器（编程器）
堆栈
（1）概念
（2）作用 （3）概念：断点地址、现场、现场保护和恢复
（4）入栈、出栈、堆栈指针
输入输出接口
（1）作用：1、2、3、4、5、6
（2）分组后的I/O接口称为端口（PORT） （3）端口的地址
（4）数据传送的方式：
1）无条件传送
2）查询传送 3）中断传送
（5）中断系统
专门用于控制并行、串行I/O，定时器/计数器， 中断等功能模块，不能移做它用。 与用户RAM统一编址，既可以直接寻址，也 可位寻址。 MOV 8AH，A ；将A的内容放入 TL0 中。 SETB 8CH ；将TR0置1。
单片机能够控制外部设备（电机的开关、速度等； 电磁阀、液压阀），或者将外界的信息（速度， 压力）采集单片机内。这些功能除了需要有I/O接 口电路，还依赖于单片机内部的一些功能模块。
6、相对寻址
专门用于程序转移指令中。用法请参见 “程序转移指令”章节
数据传送类 指令
这类指令用于在存储单元间传送数据，有29条。 是数量最多，也是使用最频繁的一类指令。 （1）以累加器为一方 （2）不以累加器为一方 （3）用立即数置数 （4）访问片外RAM （5）基址寄存器+变址寄存器 间接寻址 （6）交换指令 （7）进出栈指令
1）用途：数据传送、故障紧急处理、人机交互
2） 特点： 3）中断的过程
4）中断的优先级
5）CPU对中断的响应后的自动执行工作
第2章 MCS-51硬件结构
MCS-51的主要功能
（1）主要功能 参考P39 （2）内部结构框图 参考P40
外部引脚说明
（1）工作电源：VCC、VSS （2）复位信号/后备电源输入端：RST/VPD
二进制代码表示的十进制数。
例：求十进制数876的BCD码
[876]BCD = 1000 0111 0110
运算器
由ALU、A、TR、F组成 参考P22 图1-14
其中 ALU、A是主要部件，各自作用是 ……
控制器
工作寄存器
程序计数器 PC
（Program Counter）
概念：复位
//单片机复位后，PC=0。
输入10ms以上高电平脉冲，单片机复位。 VPD使用后备电源，可实现掉电保护。
复位方法： 1）上电复位 2）外部信号复位
+5V
单片机
30μF K 200Ω 1K
RST
（3）外接晶体振荡器：XTAL1，XTAL2
晶体振荡器频率范围要求在1.2MHz～12MHz之间。
XTAL1
单片机
XTAL2
（4）I/O端口功能：
指令、程序的概念
语言：一种操作人员与计算机交流的方式。 机器语言、汇编语言、高级语言
8952单片机的C 程序
程序地址
机器语言
汇编程序
计算机中的数
（ 1 ）进制、各进制数之间的转换 （ 2 ）代符号的数的表示 （ 3 ）定点数、浮点数
（4 ）ASCII 码 参考P365 附录A
BCD码
BCD码 (Binary Coded Decimal)
（2）控制器 （3）振荡器 （频率中：K= 103 ，M= 106 ）
（4）CPU时序
(参见P45 图2-5)
时钟周期 （振荡器2分频） 机器周期 （6个时钟周期） 指令周期 （一条指令所需的机器周期数）
X字节Y周期指令：表示这个指令占用ROM的长度 是X字节；所耗执行时间是Y个机器周期。 1 s = 103 ms = 106 us = 109 ns
1、结构如图P5 图1-1，四部分： （1）CPU （2）存储器 （3）外围设备
（4）接口 2、概念：主机，外围设备，CPU，字长
微型计算机硬件结构
1、结构如图P5 图1-2，由以下组成：
微处理芯片
存储器芯片
I/O接口电路
2、芯片之间用总线连接
微处理器由以下组成：
算术逻辑部件，工作寄存器，控制部件。
（ 4 ）堆栈存放
用户RAM中有一部分区域可用做堆栈。但 堆栈的栈底地址和大小并不固定。 SFR 中的 SP 用于存放栈顶的地址。称为栈 顶指针。单片机复位后，SP 默认为 07H， 将从08H单元开始存放堆栈信息。 复位后初始化程序中可以将 SP 设置为 2FH 之后，以避免和工作寄存器冲突。
（5）特殊功能寄存器 SFR
存储器有许多存储单元组成，如图P6 图1-3。
在访问（读或写）存储器时，为明确所要访问的 存储器单元，需要给每个存储器单元一个编号，即为地 址。
输入输出（I/O）接口电路
接口的作用： P6
总线
概念；P6 图1-4 总线冲突； 三态门缓冲器 图1-5，1-6 地址，数据，控制 总线
微型计算机软件
计算机要实现自动控制，除了硬件外，还需将 控制 想法、逻辑、算法，以软件的形式送入微型计算机。 软件由各种程序组成，而程序是由一条条指令组成。
单片微机原理及应用
机械工程系 机电一体化实验室 授课教师： 电话：
绪论
单片机的概念： 发展：
三类单片机实物
微芯公司的3类单片机
玩具小车的单片机系统
直流伺服电机的单片机控制
第1章 基本概念
电子计算机广泛应用的原因
（1）高速度
（2）具有记忆功能
（3）具有逻辑判断功能
（4）高精度，高可靠性
计算机基本结构
各指令所占用的ROM空间和指令周期参见P87 表3-1
算术操作指令
进行算术运算操作，共24条。
需要注意这累指令与PSW中各标志位之间的相 互影响。 C位：判断两操作数做 无符加/减 法运算时是 存在进位/借位 （即结果溢出 >256 或 < 0）。 OV位：判断两操作数做 有符加/减 法运算时是 存在结果溢出 >127 或 < -128
128 字节的用户RAM + 128 字节的SFR
它们的地址不重叠。（参见P46 图2-6）
2、52子系列的片内数据存储器具有
256 字节的用户RAM + 128 字节的SFR
它们的部分地址重叠。（参见P47 图2-7）
对重叠部分地址的访问由于使用的指令
不同，不会引起混乱。
对SFR的访问使用直接寻址：
4、 7个特殊地址单元
地址：0000H：复位后PC=0000H，即：计算机系 统复位后将从 地址0000H处开始 执行程序。 6个中断入口地址（或称：中断向量） 参见P47 表2-4
5、 ROM除了可以存放程序，还可以用来 存储程序中用到的常量或常量表格。
数据存储器
1、51子系列的片内数据存储器具有
例如：使用并行I/O口显示两位BCD编码的数字； 串行口完成与其它设备之间的通讯； 定时器/计数器对风扇、洗衣机的定时； 中断响应紧急事故。
端口P0
RXD（10） TXD（11）
并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断功能 的使用实际上就是在程序中使用各种指令对各自 对应的 SFR 进行操作。 例如： MOV P0，#0110 1000B ；让上图中的数码管显示“68”； MOV SBUF，A ；将A中的内容通过串口向外发送； MOV TL0，#55H MOV TH0，#0AAH ；设定定时器0的时长 SETB TR0 ；定时器0开始计时
注意：只有R0和R1可以间接寻址；且MOV 用于
访问片内RAM，MOVX访问片外RAM。
4、直接寻址
指令中直接给出操作数所在的存储单元地址， 以供寻址取数或存放。 对于51子系列，片内的128字节的用户RAM + 128字节的SFR都是可以直接寻址的。 对于52子系列，片内的前128字节的用户 RAM （00H~7FH）+ 128字节的SFR都是可 以直接寻址的。 后128字节的用户RAM （80H~0FFH）只有寄存器间接寻址才可访 问。