单片机原理

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单片机原理

随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的 CPU 、 RAM 、 ROM 、定时 / 计数器和多种 I/O 接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机，直译为 单片机 。

8 @: ^* C. s( d: P, z0 \单片机的特点  

# h) ?* ^) S  M5 d6 J1 、具有优异的性能价格比
" j1 E3 w7 H' z! O5 y) g& A
2 、集成度高、体积小、可靠性高
( ?9 K2 t+ r6 C! U$ W! h
3 、控制功能强

; z2 g+ E, b0 h- ~4 、低电压、低功耗

单片机的应用  

1 、在智能仪器仪表中的应用：在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。
* {, f  Y# c: ^
2 、在机电一体化中的应用：机电一体化产品是指集机械、微电子技术、计算机技术于一本，具有智能化特征的电子产品。

3 、在实时过程控制中的应用：用单片机实时进行数据处理和控制，使系统保持最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品的质量。

# s4 E" @7 J/ W9 |, b4 、在人类生活中的应用：目前国外各种家用电器已普通采用单片机代替传统的控制电路。

! T+ K$ {0 A* m& F5 、在其它方面的应用：单片机除以上各方面的应用，它还广泛应用于办公自动化领域、商业营销领域、汽车及通信、计算机外部设备、模糊控制等各领域中。
, g; @) E# ]" ?. H& q
单片机的基本组成 它由 CPU 、存储器（包括 RAM 和 ROM ）、 I/O 接口、定时 / 计数器、中断控制功能等均集成在一块芯片上，片内各功能通过内部总线相互连接起来。
; d& @! K) s* d* w( D: j6 k
. C" _; b  E  j/ a. a输入 / 输出引脚 P0 、 P1 、 P2 、 P3 的功能  

P0.0~P0 。 7  P0 口是一个 8 位漏极开路型双向 I/O 端口。在访问片外存储器时，它分时作低 8 位地址和 8 位双向数据总线用。在 EPROM 编程时，由 P0 输入指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。验证程序时，要求外接上拉电阻。 P0 能以吸收电流的方式驱动 8 个 LSTTL 负载。

0 ?' k- ^& y4 F+ m5 z) l, U0 d% HP1. 0 ~P1. 7 （ 1~8 脚）： P1 是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。在 EPROM 编程和验证程序时，由它输入低 8 位地址。 P1 能驱动 4 个 LSTTL 负载。
) ]& K$ Q8 p4 A( m# ~5 {
在 8032/8052 中， P1. 0 还相当于专用功能端 T2 即定时器的计数触发输入端； P1. 1 还相当于专用功能端 T2EX 即定时器 T2 的外部控制端。
  J( y5 X" R: I5 H  I+ A
$ }7 u7 g+ Q" X7 ]8 q  YP2.0~P2.7 （ 21~28 脚）： P2 也是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。在访问外部存储器时，由它输出高 8 位地址。在对 EPROM 编程和程序验证时，由它输入高 8 位地址。 P2 可以驱动 4 个 LSTTL 负载。
$ K- G( H7 ~/ e' G7 ~1 ?2 G
P3. 0 ~P3. 7 （ 10~17 脚）： P3 也是一上带内部上拉电阻的双向 I/O 口。在 MCS-51 中，这 8 个引脚还用于专门的第二功能。 P3 能驱动 4 个 LSTTL 负载。
; d8 }4 p2 M3 R! l/ x! |
P3. 0 RXD （串行口输入）

P3. 1 TXD （串行口输出）
$ k9 D& E  K4 ?5 j6 h0 q
P3. 2 INT0 （外部中断 0 输入）
8 |/ j  v( _6 t: h. N, x2 Y
- O, ^2 K7 p  p6 M8 X2 V$ YP3. 3 INT1 （外部中断 1 输入）

P3. 4 T0 （定时器 0 的外部输入）
4 D- m9 k% y) u3 ?/ x6 x  p( {
/ d; W  S- |, JP3. 5 T1 （定时器 1 的外部输入）
/ w& j2 k3 k( p
) g0 [7 p0 p( F8 MP3. 6 WR （片外数据存储器写选通）

1 Z4 q1 D  l  U4 U7 eP3. 7 RD （片外数据存储器读选通）
  X2 @6 e; [: v6 g# s
MCS-51 的寻址方式：
. n( o5 o1 m& @( x
1 、立即寻址 如： MOV A  #40H

0 Q) o- e( o- c; P4 g6 r2 、直接寻址 如： MOV A  3AH
" W4 T8 O! A/ F' l. H( P# M6 M
4 o2 Z  B( V) h, U, H3 、寄存器寻址 如： MOV A  Rn

3 Z& V+ d5 [- O, g; \4 、寄存器间接寻址 如： MOV A  @Rn
6 ?3 C1 i3 N$ v" F$ {; H) H. d
5 、基址加变址寻址 如： MOVC A  @A+DPTR
) d, p  l; O# \3 Q, A( d) c
# }0 M$ S5 G' K  E6 、相对寻址 如： SJMP 08H
% d  r$ m5 d! _. |# v& `
3 o; J) a( r) W2 Y7 a7 、位寻址 MOV 20H  C
) G- D3 e% j( T2 W5 C% N+ p3 Z5 a
指令：
7 F9 E4 a) J# t4 D" w
! d4 d% S- Q$ H. yMOV  片内 RAM 传送

MOVX 片外 RAM 传送

MOVC  ROM 传送
1 K2 j9 x8 O* H' J1 q  o, T) v
+ r" C' J7 G1 M& ^. Z* xXCH 交换（和 A 交换）
4 h4 i: R3 [- y( ?4 W5 r. k
4 J* ?& L( w' Z0 VSWAP  A 内半字节交换
& S- _* v# i; i, d% ~8 d
ADD 不带进位加

4 k" i# [; n1 q: X, P" x3 z6 W# h/ KADDC 带进位加

SUBB 带进位减

INC 加 1
4 E) I3 t3 f: ^
% k' z5 J3 J8 `( k4 N- WDEC 减 1
0 A7 K6 l# Q/ w, a1 B  }
- ^+ |: Q# Z  V& eMUL 乘法
3 B0 A' e$ g" |5 i
/ B0 B) D& S6 N' a( `  BDIV 除法
, ~4 C; B3 o/ z1 O' y6 J5 i) X0 X% T
DAA 调整
, p4 J- x& c/ y6 e7 y3 M/ b' t& p
计数初值的计算
$ i/ w1 {2 A) D( y* S/ \
1 ~7 [( n, P) ^% k) e定时或计数方式下计数初值如何确定，定时器选择不同的工作方式，不同的操作模式其计数值均不相同。若设最大计数值为 M 各操作模式下的 M 值为：

* ~. v! S/ F8 R4 [. t( J8 R. Q模式 0  M=2 13 =8192
% T. X% N* r3 f, N& H$ ?  |1 t
模式 1  M=2 16 =65536
) @; _: }3 g' O& @3 `
2 `/ Q% k/ y& M3 R' F. c9 F8 o模式 2  M=2 8 =256

6 Q( a6 f; v, Z3 o. C( |' `  S! ?% q5 v模式 3  M=256 定时器 T0 分成 2 个独立的 8 位计数器，所以 TH0 、 TL0 的 M 均为 256 。
( e3 s0 }' H+ O' y; H3 o
因为 MCS-51 的两个定时器均为加 1 计数器，当初到最大值（ 00H 或 0000H ）时产生溢出，将 TF 位置 1 可发出溢出中断，因此计数器初值 X 的计算式为： X=M- 计数值

+ `/ l, T5 O- y; y+ x8 _; |式中的 M 由操作模式确定，不同的操作模式计数器的长不相同，故 M 值也不相同。而式中的计数值与定时器的工作方式有关。

1 、计数工作方式时

3 X7 I/ }( r1 c计数工作方式时，计数脉冲由外部引入，是对外部冲进行计数，因此计数值根据要求确定。其计数初值： X=M- 计数值
$ a$ W2 K$ p4 R8 D
, n0 O5 ~5 I% f* N7 S0 |例如：某工序要求对外部脉冲信号计 100 次， X=M-100

6 d- B/ O& T8 ]8 i- ?( n2 、定时工作方式时

定时工作方式时，因为计数脉冲由内部供给，是对机器周期进行计数，故计数脉冲频率为 f cont =f osc × 1/12 、计数周期 T=1/f cont =12/f osc 定时工作方式的计数初值 X 等于：
6 j" ?7 w8 [8 F+ j7 v6 J2 G- L. d
% F: |7 p+ n, D6 P/ YX=M- 计数值 =M-t/T=M- （ f osc × t ） /12

6 @/ T. t4 P: \* w6 w5 o式中： f osc 为振荡器的振荡频率， t 为要求定时的时间。

定时器有两种工作方式 即定时和计数工作方式。由 TMOD 的 D6 位和 D2 位选择，其中 D6 位选择 T1 的工作方式， D2 位选择 T0 的工作方式。 =0 工作在定时方式， =1 工作在计数方式。并有四种操作模式：
$ L* f7 I2 Q6 ^
1 、模式 0  13 位计数器， TLi 只用低 5 位。
8 e1 O- y/ {9 J0 \
$ j- a1 Q5 ]5 i& Y2 、模式 1  16 位计数器。

3 、模式 2  8 位自动重装计数器， THi 的值在计数中不变， TLi 溢出时， THi 中的值自动装入 TLi 中。

4 、模式 3  T0 分成 2 个独立的 8 位计数器， T1 停止计数。
* `& Y3 }8 Z2 a8 J: }! P- S& L1 i' g
MCS-51 有 5 个中断源，可分为 2 个中断优先级，即高优先级和低优先级，
) B; k! {" D" m" T: t' e% b* D. h9 w* }
中断自然优先级：
, c  r6 ^0 ^8 O' o  m& }
4 L7 N) c2 G/ y( G- C, _/ |* A外部中断 0
+ G: y5 f9 i2 d! |9 P
定时器 0 中断
/ U. s# |5 w" S; P
& ]6 d( T8 ?* T: l0 f1 r外部中断 1

4 |) y7 [9 Q! `& L* l$ N+ u定时器 1 中断

串行口中断
6 m# Q8 a2 K3 [2 E# g. f
定时器 2 中断

（ 1 ）同级或高优先级的中断正在进行中；
( B/ Y: u5 K* t' D, L$ o
（ 2 ）现在的机器周期还不是执行指令的最后一上机器周期，即正在执行的指令还没完成前不响应任何中断；
( {; J9 ^& P, N$ {/ v/ c, X
（ 3 ）正在执行的是中断返回指令 RET1 或是访问专用寄存器 IE 或 IP 的指令，换而言之，在 RETI 或者读写 IE 或 IP 之后，不会马上响应中断请求，至少要在执行其它一要指令之扣才会响应。
1 l# z" E" L2 V% P0 C
; x- G! v0 I0 F. r) k（一）中断响应条件

CPU 响应中断的条件有：

. f7 H* [' x- r7 n1 A% W  A（ 1 ）有中断源发出中断请求；
1 ]+ {# k  }8 W5 f
（ 2 ）中断总允许位 EA=1 即 CPU 开中断；
8 y0 q, O9 W0 }" K
* q0 [5 W$ ~! j2 p（ 3 ）申请中断的中断源的中断允许位为 1 即没有被屏蔽。

2 X  O% }4 z: t$ c: y串行口工作方式及帧格式

MCS-51 单片机串行口可以通过软件设置四种工作方式：
2 ?/ W5 }6 O; q8 u" i2 I3 I5 [
方式 0