单片机原理 单 片 机 单片机接口技术 单片机应用技术

单片机原理 单片机基础知识 MCS-51系列单片机结构 MCS-51单片机指令系统 汇编语言程序设计

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单片机接口技术 单元1 单片机内部结构 单元2 单片机内部并行口 单元3 显示器接口 单元4 键盘接口 单元5 中断系统 单元6 定时计数器 单元7 单片机扩展技术 单元8 A/D和D/A转换接口

学习接口技术的几点要求： 记笔记 重视实验 利用网上资源 www.51c51.com www.51dz.com www.8888c.com 认真完成作业

第一章 接口技术概述 1.1 微机系统的组成 1.2 MCS-51系列单片机

1.1 微机系统的组成 1.1.1 微机系统的硬件组成 1.1.2 单片机系统的硬件组成 1.1.3 微机系统的软件组成

1.1.1 微机系统的硬件组成 任何一个完整的微机系统都由硬件和软件组成。 其基本结构框图如下： DB CPU AB CB 存储器 I/O口 1.1.1 微机系统的硬件组成 任何一个完整的微机系统都由硬件和软件组成。 其基本结构框图如下： DB CPU AB CB 存储器 I/O口 外设 微机的工作过程

1.1.1 微机系统的硬件组成 任何一个完整的微机系统都由硬件和软件组成。 其基本结构框图如下： DB CPU AB CB 存储器 I/O口 1.1.1 微机系统的硬件组成 任何一个完整的微机系统都由硬件和软件组成。 其基本结构框图如下： DB CPU AB CB 存储器 I/O口 数据处理和发送控制信号，指挥CPU内、外各部件协调工作。 外设

1.1.1 微机系统的硬件组成 任何一个完整的微机系统都由硬件和软件组成。 其基本结构框图如下： DB CPU AB CB 存储器 I/O口 1.1.1 微机系统的硬件组成 任何一个完整的微机系统都由硬件和软件组成。 其基本结构框图如下： DB CPU AB CB 存储器 I/O口 存放数据和程序。 外设

1.1.1 微机系统的硬件组成 任何一个完整的微机系统都由硬件和软件组成。 其基本结构框图如下： DB CPU AB CB 存储器 I/O口 1.1.1 微机系统的硬件组成 任何一个完整的微机系统都由硬件和软件组成。 其基本结构框图如下： DB CPU AB CB 存储器 I/O口 外设 协调CPU与外设之间的交换数据。

1.1.1 微机系统的硬件组成 任何一个完整的微机系统都由硬件和软件组成。 其基本结构框图如下： DB CPU AB CB 存储器 I/O口 1.1.1 微机系统的硬件组成 任何一个完整的微机系统都由硬件和软件组成。 其基本结构框图如下： DB CPU AB CB 存储器 I/O口 将外界的数据送给CPU进行处理，将CPU的处理结果送到外界，共人们识别和存储。 外设

1.1.1 微机系统的硬件组成 任何一个完整的微机系统都由硬件和软件组成。 其基本结构框图如下： DB CPU AB CB 1.1.1 微机系统的硬件组成 任何一个完整的微机系统都由硬件和软件组成。 其基本结构框图如下： DB CPU AB CB DB、AB、CB分别传送数据信息、地址信息和控制信息。 存储器 I/O口 外设

微机的工作过程 微机的工作过程就是CPU不断执行指令的过程，CPU在执行指令的过程中要与存储器和外设交换信息。 DB CPU AB CB 1．CPU与存储器的信息交换过程包括：CPU 向存储器写入信息，称之为写操作；CPU从存储器读取信息，称之为读操作。 2．CPU与外设的信息交换过程包括：CPU 向外设输出信息，称之为输出；CPU从外设输入信息，称之为输入。 DB CPU AB CB 存储器 I/O口 外设

CPU从存储器读取信息的过程 DB CPU AB CB I/O口 外设 1 CPU发送存储单元的地址码----AB----存储器 2 CPU发送RD控制信号------------CB----存储器 3 存储器送出选中单元的内容----DB----CPU DB CPU 0000H AB CB RD I/O口 输 入 出 电 路 地 址 译 码 器 02H 02H 01H 50H ： 外设 FFH 读写控制

CPU向存储器写入信息的过程 DB CPU AB CB I/O口 外设 1 CPU发送存储单元的地址码----AB----存储器 2 CPU发送WR控制信号-----------CB----存储器 3 CPU送出欲写入的内容 ---------DB----进入存储器的选中单元 DB CPU 65H 0000H AB CB WR I/O口 输 入 出 电 路 地 址 译 码 器 FFH FFH FFH ： 外设 FFH 读写控制

CPU从输入外设输入信息的过程 DB CPU AB CB 存储器 1 CPU发送端口的地址码-------AB----端口 2 CPU发送RD控制信号---------CB----端口 3 端口送出选中外设的内容----DB----CPU DB CPU 2010H AB CB RD 地址译码器 数据缓冲器 存储器 读写 控制 FFH FFH … FFH 输入 外设 20H 输出 外设

CPU向输出外设输出信息的过程 DB CPU AB CB 存储器 1 CPU发送端口的地址码----AB----端口 2 CPU发送WR控制信号-----CB----端口 3 CPU送出欲写入的内容 ---DB----进入选中端口 DB CPU 43H 2011H AB CB WR 地址译码器 数据缓冲器 存储器 读写 控制 FFH FFH … FFH 输入 外设 输出 外设

1.1.2 单片机系统的硬件组成 单片机是指集成了CPU、存储器、I/O口以及其他辅助电路大规模 集成电路芯片。 单片机最小控制系统 单片机扩展控制系统

单片机最小控制系统的结构图 RAM ROM 定时计数器 CPU 并 行 口 串行口 中断系统 振荡电路 返回 +5V RST 外设 外设 T0 T1 +5V RAM ROM 定时计数器 RST CPU 并 行 口 串行口 中断系统 振荡电路 X1 X2 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1 外设 外设 外设 返回

单片机扩展系统的结构图 DB RAM ROM P0 AB 中断 CPU P2 P3 CB 串口 定时 P1 存储器 I/O口 外设 返回 ALE RAM ROM +5V 锁 存 器 P0 P2 P3 P1 RST P0 AB 中断 CPU P2 P3 CB 串口 定时 P1 存储器 I/O口 X1 X2 外设 返回

1.1.3 微机系统的软件组成 微机系统的软件分成2类：系统软件和应用软件。 (1). 系统软件 1.1.3 微机系统的软件组成 微机系统的软件分成2类：系统软件和应用软件。 (1). 系统软件 一般由专门的计算机软件技术人员设计和编制，如操作系统，各种语言的编译程序，监控程序。 (2). 应用软件 用户为解决自己的问题而编制的程序。 在单片机控制系统中，为实现某一功能而编制的驱动程序属于应用软件的范畴。 在接口技术中我们常常编制外设的驱动程序。

1.2 MCS - 51系列单片机 1.2.1 MCS-51系列单片机的分类 1.2.2 MCS- 51系列单片机的结构 习 题

1.2.1 MCS - 51系列单片机的分类 ① 8051内设有4KB的掩膜ROM。 ② 8751内设有4KB的EPROM。 常用的MCS51系列单片机有2种类型的产品：8051/8751/89C51和8031。它们的结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上的不同： ① 8051内设有4KB的掩膜ROM。 ② 8751内设有4KB的EPROM。 ③ 89C51内设有4KB的E2PROM 。 ④ 8031内没有ROM。

1.2.2 MCS - 51系列单片机的结构 256B RAM 4KB ROM 2个 定时计数器 8位 CPU 4 个 并 行 口 T0 T1 256B RAM 4KB ROM 2个 定时计数器 RST 8位 CPU 4 个 并 行 口 1个串行口 中断系统 振荡电路 X1 X2 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1

DPTR RAM PC ROM P0 SP A TMP B P1 P2 ALU PSW P3 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 作用：PC存放CPU将要执行的指令所在的ROM单元的地址。 特点：① 具有自动加1功能。 ② CPU复位时PC=0000H，当8051脱离复位状态时，开始从0000H 处执行程序，因此，用户程序应该从0000H ROM单元存放。 ③ PC的值可以用转移和调用/返回指令修改。 无条件 转移指令 ： ALMP/LJMP/SJMP 标号 JMP @A+DPTR 条件转移指令 ： JZ/JNZ 标号 JC/JNC 标号 JB/JNB BIT，标号 DJNZ Rn/direct/A/@Ri ,标号 CJNE A/Rn/@Ri,#DATA8, 标号 CJNE A, direct, 标号 调用指令: LCALL/ACALL 标号 返回指令： RET SP A TMP B P1 P2 ALU PSW P3 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 定时

DPTR RAM PC ROM P0 SP A TMP B P1 P2 ALU PSW P3 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 89C51内有256B的RAM单元，其地址范围为00H—FFH，分为两大部分: 低 128 字节（00H~7FH）为真正的RAM区; 高 128 字节（80H~FFH）为特殊功能寄存器区SFR。 SP A TMP B P1 P2 ALU PSW 21个SFG分散在高128B的地址空间内，分别是：A，B，PSW，SP，DPH， DPL， P0，P1，P2，P3，IP，IE，TCON， TMOD，TH0，TL0，TH1，TL1， SCON，SBUF，PCON。 P3 FFH SFR区 80H 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 定时 7FH RAM区 00H 低128B的RAM应用最为灵活，可用于暂存用户的数据，它分为独立的且性质不同的3部分：① 工作寄存器区（00H---1FH） ② 位寻址区 （20H---2FH） ③ 普通RAM 区 （30H---7FH）

1、工作寄存器区 是指00H～1FH区, 共分4个组, 每组有8个单元, 共32个内部RAM单元。 2、每次只能有1组作为工作寄存器使用, 其它各组可以作为一般的数据缓冲区使用。 3、作为工作寄存器使用的8个单元，又称为R0—R7 4、程序状态字PSW中的PSW.3（RS0）和PSW.4（RS1）两位来选择哪一组作为工作寄存器使用。CPU通过软件修改PSW中RS0和RS1两位的状态, 就可任选一个工作寄存器工作。 1FH 3组 18H 7FH 普通RAM区 30H FFH SFR区 80H 17H 2组 10H 2FH 位寻址区 20H 0FH 1组 08H 7FH 真正RAM区 00H 1FH 工作寄存器区 00H 07H 0组 00H MCS-51 单片机片内RAM的配置图 返回

RS1、 RS0与片内工作寄存器组的对应关系 返回 RS1 RS0 寄存器组 片内PAM地址 通用寄存器名称 0组 00H~07H 0组 00H~07H R0~R7 1 1组 08H~0FH 2组 10H~17H 3组 18H~1FH 返回

工作寄存器和RAM地址对照表 返回

MCS-51 单片机片内RAM的配置下图 所示： 1、位寻址区是指 20H～2FH单元，共16个单元。 2、 位寻址区的 16个单元（共计128位）的每1位都有一个8位表示的位地址, 位地址范围为00H～1FH。 如表所示。 3、其位地址的表示方法有2种：①直接位地址（用8位二进制数表示）和 ②单元地址.位号。 对于这些位有专门的位操作指令，如 SETB ，CLR ，CPL ， JB ，JNB等。 4、 同样, 位寻址的RAM单元也可以按字节操作作为一般的数据缓冲 区。 2FH 7FH 普通RAM区 30H FFH SFR区 80H 2FH 位寻址区 20H 27H 7FH 真正RAM区 00H 26H 25H 1FH 工作寄存器区 00H 24H 23H 22H 21H 20H 返回

内部RAM中位地址表 返回

返回 7FH 普通RAM区 30H 用于存储一般的8位数据，这部分单元只能按字节操 FFH SFR区 2FH 80H 作。通常，堆栈都置于这部分空间。 FFH SFR区 80H 2FH 位寻址区 20H 7FH 真正RAM区 00H 1FH 工作寄存器区 00H 返回

DPTR RAM PC ROM P0 SP A TMP B P1 P2 PSW ALU P3 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 ADD A， Rn/direct/@Ri/#DATA ADDC A，Rn/direct/@Ri/#DATA SUBB A，Rn/direct/@Ri/#DATA MUL AB DIV AB RL/RLC/RR/RLC A ANL A， Rn/direct/@Ri/#DATA ORL A， Rn/direct/@Ri/#DATA XRL A，Rn/direct/@Ri/#DATA CPL/CLR A MOVX A, @DPTR/@Ri MOVX @DPTR/@Ri, A MOVC A, @A+DPTR/@A+PC DPTR RAM PC ROM P0 P0 P1 P2 P3 SP A TMP B P1 P2 PSW ALU P3 X1 X2 X1 X2 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 定时 PSEN RST ALE EA PSEN RST ALE EA 返回

89C51单片机的内部结构 DPTR RAM PC ROM P0 SP A TMP B P1 P2 PSW ALU P3 振 荡 P L A 1、在进行乘除法运算时，存放参与运算的一个操作数。 MUL AB；将累加器A的内容与寄存器B的内容相乘, 乘积 的低 8 位存放在累加器A中, 高 8 位存放于寄存 器B中。 DIV AB；将累加器 A中的内容除以寄存器 B中的8位无 符号整数, 所得商的整数部分存放在累加器A中, 余数部分存放在寄存器 B中。 2、除此之外，作为一般REG使用 。 X1 X2 X1 X2 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 定时 PSEN RST ALE EA PSEN RST ALE EA 返回

1、PSW称为程序状态字寄存器，是一个8位寄存器。存放运算结果的一些特征，也用于指定工作寄存器组。 DPTR RAM PC ROM P0 P0 P1 P2 P3 SP A TMP B P1 P2 PSW ALU P3 1、PSW称为程序状态字寄存器，是一个8位寄存器。存放运算结果的一些特征，也用于指定工作寄存器组。 2、D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Cy Ac F1 RS1 RS0 Ov - P X1 X2 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 定时 PSEN RST ALE EA 返回

DPTR RAM PC ROM P0 SP A TMP B P1 P2 PSW P3 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 定时 返回 1、SP称为堆栈指针，SP用来存放堆栈栈顶的地址。 2、CPU复位时SP=08H，可以用MOV SP，#DATA8修改SP的值。 X1 X2 X1 X2 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 定时 PSEN RST ALE EA 返回

89C51单片机的内部结构 DPTR RAM PC ROM P0 SP A TMP B P1 P2 PSW P3 振 荡 P L A ID 1、数据指针DPTR是一个 16 位的专用寄存器,主要用来存放 16位地址，其高位字节寄存器用DPH表示,低位字节寄存器用DPL表示。 2、既可作为一个 16 位寄存器DPTR来处理, 也可作为两个独立的 8 位寄存器DPH和DPL来处理。 3、 CPU复位时DPTR=0000H，可以用 MOV DPTR，#DATA16或 MOV DPH，#DATA8，MOV DPL，#DATA8修改DPTR的值。 当CPU与外RAM或外设交换信息时，外RAM单元的地址或外设的地址由DPTR给出。 P2 PSW P3 X1 X2 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 定时 PSEN RST ALE EA PSEN RST ALE EA 返回

1.3.3 MCS-51单片机的引脚 习 题 P2 P1 P0 ALE P3 PSEN EA RST VCC GND X1 X2 习 题 1.3.3 MCS-51单片机的引脚 P2 P0 ALE PSEN EA RST VCC GND P1 P3 X1 X2 (a) 管脚图； (b) 引脚功能分类 (a) 管脚图； (b) 引脚功能分类 MCS51单片机形成三总线的电路图

DPTR RAM PC ROM P0 P0.0---P0.7 SP A TMP B P1 P2 ALU PSW P3 振 荡 P L A 1、没有外扩芯片时，作为一般的IN\OUT线 ,直接与外设通信。 2、有外扩Mem时 ,先送出外Mem的地址码的低八位,然后传送数据信息。 外ROM: PC的低8位由P0.0--- P0.7送出。 外RAM: DPL由P0.0---P0.7送出。 SP A TMP B P1 P2 ALU PSW P3 X1 X2 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 定时 PSEN RST ALE EA 返回

DPTR RAM PC ROM P0 SP A TMP B P1 P2 ALU PSW P3 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 1、没有外扩芯片时，作为一般的IN\OUT线 ,直接与外设通信 2、有外扩Mem时 ,送出外Mem的地址码的高八位 外ROM: PC的高8位由P2.0--- P2.7送出 外RAM: DPH由P2.0---P2.7送出 P2 ALU PSW P3 X1 X2 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 定时 PSEN RST ALE EA 返回

DPTR RAM PC ROM P0 SP A TMP B P1 P1.0---P1.7 P2 ALU PSW P3 振 荡 P L A 1、作为一般的IN\OUT线 ,与外设通信。 2、可以接外设。 P2 ALU PSW P3 X1 X2 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 定时 PSEN RST ALE EA 返回

89C51单片机的内部结构 DPTR RAM PC ROM P0 SP A TMP B P1 P2 ALU PSW P3 振 荡 P L A X1 X2 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 定时 1、作为一般的IN\OUT线 ,与外设通信 2、还有第二功能。P3口的第二功能如下： P3.7 P3.6 P3.5 P3.4 P3.3 P3.2 P3.1 P3.0 RD WR T1 T0 INT1 INT0 TXD RXD 外RAM的R/W 记数脉冲输入端 中请输入端 串出 串入 PSEN RST ALE EA 返回

DPTR RAM PC ROM P0 SP A TMP B P1 P2 ALU PSW P3 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 ALE 地址锁存允许 1、当8051由P0口送出低8位地址码时,8051由ALE送出一高电平信号,作为外部锁存器的触发信号。 在单片机(CPU)与外界交换信息的过程中,地址信息必须维持不变,而P0口不能维持低8位地址的不变,所以应该外接锁存器,将低8位地址锁住。当8051 送出低8位地址的时候,锁存器应该处于送数状态;在低8位地址消失之前,锁存器应该处于锁存状态。 2、当片外存储器存取数据时，ALE为低8位地址输出锁存信号；当片外存储器不存取数据时，ALE输出固定频率的脉冲信号，频率为1/6的fosc DPTR RAM PC ROM P0 P0 P1 P2 P3 SP A TMP B P1 P2 ALU PSW P3 X1 X2 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 定时 PSEN RST ALE EA 返回

PSEN 外ROM的读选通信号，在从片外ROM中读取指令时，PSEN送出片外ROM的读信号（低电平），一般接到外ROM的读控制端 DPTR RAM PC ROM P0 P0 P1 P2 P3 SP A TMP B P1 P2 ALU PSW P3 PSEN 外ROM的读选通信号，在从片外ROM中读取指令时，PSEN送出片外ROM的读信号（低电平），一般接到外ROM的读控制端 X1 X2 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 定时 PSEN RST ALE EA 返回

EA 访问外ROM控制信号，当EA为高电平时，加电后8051从片内ROM的0000H单元开始取指令，即从片内ROM的0000H开始执行程序；若EA为的低电平，则加电后8051从片外ROM的0000H单元开始取指令，故此时片外ROM的编制应该从0000H开始；对于8031来说，由于其内部无ROM，程序必须放在片外ROM中，所以EA应接地。 DPTR RAM PC ROM P0 P0 P1 P2 P3 SP A TMP B P1 P2 ALU PSW P3 X1 X2 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 定时 PSEN RST ALE EA 返回

DPTR RAM PC ROM P0 SP A TMP B P1 P2 ALU PSW P3 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 RST 复位信号输入端 该引脚得到高电平,并维持一段时间后,8051复位,进入复位状态(初始化状态),复位状态下,各REG取值如下: PC=0000H，PSW=00H，SP=07H P0=FFH,P1=FFH,P2=FFH,P3=FFH,其余都为0 DPTR RAM PC ROM P0 P0 P1 P2 P3 SP A TMP B P1 P2 ALU PSW P3 X1 X2 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 定时 PSEN RST ALE EA 返回

DPTR RAM PC ROM P0 SP A TMP B P1 P2 ALU PSW P3 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 外接晶振,产生时钟信号,控制CPU的工作速度。 1个机器周期=12个时钟周期 P2 ALU PSW P3 X1 X2 振 荡 P L A ID IR 串口 中断 定时 PSEN RST ALE EA 返回

+5V +5V 返回 P2 P0 ALE PSEN EA RST VCC GND P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 X1 X2 +5V 返回

返回 1 定时 RAM PC ROM AB0-7 P0 中断 34H A 34H AB8-15 SP TMP B P2 P3 串口 PSW 单片机 返回 DPTR 0003H 00H 0003H DPTR 03H 1 定时 ALE RAM PC ROM 锁 存 器 P0 P2 P3 P1 AB0-7 P0 中断 34H A 34H AB8-15 SP TMP B P2 P3 WR 串口 PSW ALU P1 RAM 芯片 输 入 出 电 路 地 址 译 码 器 DB 0003H CB 读写控制

返回 1 定时 RAM ROM AB0-7 P0 中断 34H A AB8-15 SP TMP B P2 P3 串口 PSW ALU P1 单片机 返回 DPTR 0003H 00H PC 0003H 03H 1 定时 DPTR ALE RAM ROM 锁 存 器 P0 P2 P3 P1 AB0-7 P0 中断 34H A AB8-15 SP TMP B P2 P3 串口 PSW ALU P1 RD PSEN ROM 芯片 输 入 出 电 路 地 址 译 码 器 DB 0003H 34H CB 读写控制

单片机三总线形成示意图 DB ALE 锁 存 器 P0 AB P2 CB PSEN RD WR 存储器 I/O口 P1 外设 返回

习题与思考： 返 回 1、画出单片机的内部结构框图，简要说明各部分作用。 2、8031单片机上有哪些资源？ 3、一个完整的微机系统由 和 两大部分组成。4、8051内部硬件结构包括了 、 、 、 串行口、 、 和时钟电路等部件。 5、MCS51单片机的P0口既可以做 使用，又可以做 复用口。 6、MCS—51单片机的P0—P3口均是 I／O口，其中的P0口和P2口除了可以进行数据的输入、输出外，通常还用来构建系统的 和 。 7、8051有 A）4个并行口，1个串行口 B）2个并行口，1个串行口 C) 1个并行口，2个串行口 D) 2个并行口，2个串行口 8、8051CPU具有（     ）      A、8K字节的程序存储器      B、32线并行I／0□      C、全双工串行I／0□2个      D、1个16位定时器／计数器   9、8051CPU在访问外部存储器时，地址的输出是（    ）      A、P1口输出高8位地址      B、P2口输出低8位地址      C、P1口输出低8位地址      D、P0口输出低8位地址   10、判断正误，若错，则改正。 ① 8031内部有CPU、RAM、ROM、I/O口 、定时计数器和中断系统等部件。 ②P2口既可以作为I/O使用，又可以作地址/数据复用口使用。 ③8051内部有CPU、RAM、ROM、I/O口 、定时计数器和中断系统等部件。 返 回

习题与思考： 返 回 1、8051 的引脚RST是 （IN脚还是OUT脚），当其端出现2个机器周期的 电平时8051复位。 2、8031 的引脚EA脚是 （IN脚还是OUT脚），其应该接 电平。 3、8051 的引脚ALE脚是 （IN脚还是OUT脚），当8051的ALE引脚有效时，既ALE引脚上为 电平时，表示从P0口稳定地送出了 信号。 4、MCS51单片机扩展ROM时所用的控制信号为 。 5、MCS51单片机在什么条件下进入复位状态？在复位状态下， PC的值是多少？如果主程序欲从0500H单元开始存放，如何处理？试写出有关指令。 返 回