微機(jī)原理1-6章(72學(xué)時(shí))20762

1、2024/3/31,微機(jī)原理及應(yīng)用,—— MCS-51單片機(jī),總學(xué)時(shí)：72學(xué)時(shí)授　課：50學(xué)時(shí)　實(shí)驗(yàn)：20學(xué)時(shí)主講教師：趙 明 教授,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,參考資料,1. 《單片微型計(jì)算機(jī)技術(shù)》 ----劉國(guó)榮 機(jī)械工業(yè)出版社2.《AT89系列單片機(jī)原理與接口技術(shù)》 ---- 王幸之 等

2、 北京航空航天大學(xué)出版社3.《MCS-51/96系列單片機(jī)原理及應(yīng)用》 ----孫涵芳 徐愛卿 北京航空航天大學(xué)出版社4 《單片機(jī)原理及其接口技術(shù)》（第2版） ----胡漢才 清華大學(xué)出版社5.《單片微型計(jì)算機(jī)原理及其應(yīng)用》 ----何立民 上海科教出版社6.《單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)》 ----張剛毅 等 哈工大出版社,2024/3/31

3、,本課主要內(nèi)容及課時(shí)安排,理論課課時(shí)50學(xué)時(shí)第一章 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ) （6學(xué)時(shí)）第二章 MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu) （6學(xué)時(shí)）第三章 MCS-51單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) （12學(xué)時(shí)）第四章 MCS-51單片機(jī)的輸入輸出及中斷 （4學(xué)時(shí)）第五章 MCS-51單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器原理及應(yīng)用（4學(xué)時(shí)）第六章 MCS-51單片機(jī)的串行口原理

4、及應(yīng)用 （4學(xué)時(shí)）第七章 MCS-51單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展及應(yīng)用 （10學(xué)時(shí)）第八章 A/D與D/A轉(zhuǎn)換器 （4學(xué)時(shí)） 實(shí)踐課時(shí):20學(xué)時(shí),2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,第一章 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ),1.1 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用,1.2 數(shù)字與碼制,1.3 微型

5、計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,§ 1.1 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用,1.1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成 一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。,為使計(jì)算機(jī)正常工作而設(shè)置的命令,組成計(jì)算機(jī)的物理實(shí)體,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大

6、學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,一、計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng),運(yùn)算器,控制器,將程序和數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)器。常用輸入設(shè)備有鍵盤，鼠標(biāo)器。,實(shí)現(xiàn)算術(shù)和邏輯運(yùn)算，運(yùn)行數(shù)據(jù)處理,用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序 。,對(duì)指令進(jìn)行譯碼后向各部件發(fā)出控制信號(hào)，指揮計(jì)算機(jī)按規(guī)定進(jìn)行工作,將計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果輸出到外，供人們識(shí)別和存儲(chǔ)，常用的輸出設(shè)備有：打印機(jī)，顯示器。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院

7、,二、計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng),1. 軟件系統(tǒng)定義： 軟件系統(tǒng)是指計(jì)算機(jī)所使用的各種程序的集合。2. 軟件系統(tǒng)分類： 從使用的角度看，計(jì)算機(jī)的軟件可分為兩部分:系統(tǒng)軟件 一般由專門的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)人員設(shè)計(jì)和編制，如操作系統(tǒng)，各種語(yǔ)言的編譯程序，監(jiān)控程序。 應(yīng)用軟件 用戶為解決自己的問(wèn)題而編制的程序。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職

8、業(yè)技術(shù)學(xué)院,,,,1.1.2 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成,,算術(shù)邏輯部件,控制部件,內(nèi)部總線,累加器、寄存器,微處理器（CPU）,存儲(chǔ)器（ROM，RAM）,主機(jī),輸入/輸出接口,系統(tǒng)總線,微型計(jì)算機(jī),外圍設(shè)備,系統(tǒng)軟件,微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,微型計(jì)算機(jī) 單片機(jī),微型計(jì)算機(jī)的組成框圖（由多個(gè)

9、IC芯片組裝在一個(gè)主電路板上）,,MCS-51單片機(jī),所有單元都組裝在一個(gè)IC芯片上,,數(shù)據(jù)RAM,CPU,并行I/O,程序ROM,定時(shí)/計(jì)數(shù)器,串行端口,中斷控制器,擴(kuò)展I/O端口,系統(tǒng)總線（DB、AB、CB）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,大而全,小而精,1.1.3 微機(jī)及微處理器的發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì),單片微型計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱單片機(jī)） 定義：?jiǎn)纹瑱C(jī)是在一塊芯片上集成了CPU、存儲(chǔ)器和各種輸入/輸出接口。,2024/3/31,《微機(jī)

10、原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,單片機(jī)外型,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,單片機(jī)的發(fā)展,,1.4位單片機(jī)（1971～1974） 2. 低檔8位單片機(jī)（1974～1978） 3. 高檔8位單片機(jī)（1978～1982） 4. 16位單片機(jī)（1982～1990） 5. 新一代單片機(jī)（90年代以

11、來(lái)）,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,具有通用性和靈活性面向控制可靠性高（對(duì)嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)）具有掉電保護(hù)I/O接口功能強(qiáng)，便于系統(tǒng)擴(kuò)展應(yīng)用研制周期短性能價(jià)格比高,單片機(jī)的特點(diǎn),2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,數(shù)值計(jì)算信息處理（包括數(shù)字、文字、語(yǔ)言、符號(hào)和圖象

12、等）實(shí)時(shí)控制輔助設(shè)計(jì)CAD、CAI、CAM等人工智能 “智能”是利用計(jì)算機(jī)模仿人類的智能活動(dòng)、判斷、理解、學(xué)習(xí)、圖象識(shí)別、問(wèn)題求解等。,單片機(jī)的應(yīng)用,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,單片機(jī)產(chǎn)品簡(jiǎn)介,國(guó)際上比較流行的單片機(jī)有以下幾種·Intel系列·Motorola系列.NEC系列·Philip系列

13、.NS系列(美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)〉.Zilog系列(美國(guó)Zilog公司生產(chǎn)〉·ATMEL系列(美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)〉.MSP430系列(TI ).ARM系列,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Intel 單片機(jī),2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,MCS-

14、51系列芯片及制造工藝,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)（嵌入式應(yīng)用 MCU、DSP、FPGA ）,1. 利用8051內(nèi)核為核心發(fā)展出各種型號(hào)系列的8051 MCU。ATMEL AT89CXX WINBOND 51系列 PHILIPS   80C51系列單片機(jī)2. 發(fā)展成為SOC (如：LCD控制, A/D,

15、 D/A ,網(wǎng)絡(luò)接口 等） 3. 低功耗 TI MSP430系列4. 高速 和DSP結(jié)合倍頻，減少機(jī)器周期的時(shí)鐘數(shù),2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,§1.2 數(shù)字與碼制,一、數(shù)制及其互換“數(shù)制”：是計(jì)數(shù)的進(jìn)位制，如：十進(jìn)制，0，1，2，……8，9，這些字符也叫數(shù)碼?！盎鶖?shù)”：數(shù)制所用數(shù)碼的個(gè)數(shù)。“權(quán)”：102、101

16、、100、10.1，稱為相應(yīng)位的“權(quán)”。,任意一個(gè)十進(jìn)制數(shù)N都可以表示成按權(quán)展開的多項(xiàng)式,例如：543.21可表示為543.21=5×102+4×101+3×100+2×10-1+1×10-2,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,二、計(jì)算機(jī)中的數(shù)制及相互轉(zhuǎn)換,1. 二、 八、 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制,

17、例 1：將數(shù)(10.101)2, (46.12)8, (2D.A4)16轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制。 （10.101)2=1×21+0×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=2.625 (46.12)8=4×81+6×80+1×8-1+2×8-2=38.156 25 (2D.A4)16=2×161+13×160+10

18、×16-1+4×16-2=45.640 62,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,2. 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、八、十六進(jìn)制數(shù) 任意十進(jìn)制數(shù) N 轉(zhuǎn)換成 R 進(jìn)制數(shù), 需將整數(shù)部分和小數(shù)部分分開, 采用不同方法分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換, 然后用小數(shù)點(diǎn)將這兩部分連接起來(lái)。 (1) 整數(shù)部分: 除基取余法。

19、 分別用基數(shù) R 不斷地去除 N 的整數(shù), 直到商為零為止, 每次所得的余數(shù)依次排列即為相應(yīng)進(jìn)制的數(shù)碼。最初得到的為最低有效數(shù)字, 最后得到的為最高有效數(shù)字。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,例 2 將（168)10轉(zhuǎn)換成二、 八、 十六進(jìn)制數(shù)。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大

20、學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,(2) 小數(shù)部分: 乘基取整法。 分別用基數(shù) R(R=2、8或16）不斷地去乘N 的小數(shù), 直到積的小數(shù)部分為零（或直到所要求的位數(shù)）為止, 每次乘得的整數(shù)依次排列即為相應(yīng)進(jìn)制的數(shù)碼。 最初得到的為最高有效數(shù)字, 最后得到的為最低有效數(shù)字。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,故： (0.645)10=(0.10100)

21、2=(0.51217)8=(0.A51EB)16,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,例 4 將（168.645)10轉(zhuǎn)換成二、 八、 十六進(jìn)制數(shù)。 根據(jù)例2、例 3 可得  （168.645)10= (10101000.10100)2= (250.51217) 8=(A8.A51EB)16,例 5 將（110101.011)2轉(zhuǎn)換為十

22、六進(jìn)制數(shù)。,,0011 0101 . 0110,3 5 . 6,,,,,即 （110101.011) 2=(35.6)16,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,三、帶符號(hào)數(shù)的表示方法,1.機(jī)器數(shù)及真值 計(jì)算機(jī)在數(shù)的運(yùn)算中, 不可避免地會(huì)遇到正數(shù)和負(fù)數(shù), 那么正負(fù)符號(hào)如何表示呢？由于計(jì)算機(jī)只

23、能識(shí)別0和1, 因此, 我們將一個(gè)二進(jìn)制數(shù)的最高位用作符號(hào)位來(lái)表示這個(gè)數(shù)的正負(fù)。 規(guī)定符號(hào)位用“0”表示正, 用“1”表示負(fù)。例如, X=-1101010B, Y=+1101010B, 則X表示為: 11101010B, Y表示為01101010B。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,（1）. 原碼 當(dāng)正數(shù)的符號(hào)位用0表示, 負(fù)數(shù)的符號(hào)位用1表示

24、, 數(shù)值部分用真值的絕對(duì)值來(lái)表示的二進(jìn)制機(jī)器數(shù)稱為原碼, 用［X］原表示, X為整數(shù)。設(shè)［X］ =x1 x2 x3 … xn [X]原=例［+115］原= 01110011B; ［-115］原= 11110011B,2.數(shù)的碼制,8位二進(jìn)制原碼能表示的范圍是: -127~+127。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,,（ 2）. 反碼

25、 一個(gè)正數(shù)的反碼, 等于該數(shù)的原碼; 一個(gè)負(fù)數(shù)的反碼, 由它的正數(shù)的原碼的最高位不變，其它位按位取反形成。反碼用［X］反表示。 ［X］反=例如: X=+103, 則［X］反=［X］原=01100111B; X=-103, ［X］原=11100111B, 則［X］反=10011000B。,,,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技

26、術(shù)學(xué)院,（ 3）. 補(bǔ)碼（為什么采用補(bǔ)碼，就是為了計(jì)算的方便） 一個(gè)正數(shù)的補(bǔ)碼, 等于該數(shù)的原碼; 一個(gè)負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼, 由它的正數(shù)的原碼的最高位不變，其它位按位取反加1形成。補(bǔ)碼用［X］補(bǔ)表示。［X］補(bǔ)=例如: X=+75, 則［X］補(bǔ)=［X］原= 01001001B; X=-30, 則［X］補(bǔ)= 11100010B。,8位二進(jìn)制補(bǔ)碼能表示的范圍為: -128 ~+127, 若超過(guò)此范圍, 則為溢出

27、。,,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,（1）采用什么碼制是個(gè)人規(guī)定的；（2）采用補(bǔ)碼，最后的結(jié)果也是補(bǔ)碼。,注意：,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,（4）BCD碼 BCD碼不是二進(jìn)制數(shù)而是十進(jìn)制數(shù),8421BCD編碼表,2024/3/31,《微機(jī)原理》

28、教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,§1.3 微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,一 　微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)　　由CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路和系統(tǒng)總線構(gòu)成。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,1. 中央處理器(CPU): CPU（Central Processing Unit

29、）是計(jì)算機(jī)的核心部件, 它主要由運(yùn)算器和控制器組成, 完成計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和控制功能。還包括寄存器陣列和內(nèi)部總線。運(yùn)算器又稱算術(shù)邏輯部件（ALU, Aithmctieal Logic Unit）, 主要完成對(duì)數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。  控制器（Controller）是整個(gè)計(jì)算機(jī)的指揮中心, 它負(fù)責(zé)從內(nèi)部存儲(chǔ)器中取出指令并對(duì)指令進(jìn)行分析、判斷, 并根據(jù)指令發(fā)出控制信號(hào), 使計(jì)算機(jī)的有關(guān)部件及設(shè)備有條不紊地協(xié)調(diào)工作, 保證計(jì)算機(jī)能自動(dòng)

30、、連續(xù)地運(yùn)行。由指令寄存器、譯碼器、定時(shí)與控制電路等組成。寄存器陣列：運(yùn)算中間結(jié)果、堆棧、程序計(jì)數(shù)器等。內(nèi)部總線：實(shí)現(xiàn)CPU與各個(gè)部件之間的信息傳遞。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,２．存儲(chǔ)器　存儲(chǔ)器（Memory）是具有記憶功能的部件, 用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序。（１）存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)圖（２）存儲(chǔ)器的分類：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁心存儲(chǔ)器　　　　和電耦合存儲(chǔ)

31、器?！“雽?dǎo)體存儲(chǔ)器包括：程序存儲(chǔ)器：掩膜ROM、PROM、EPROM和EEPROM；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：靜態(tài)RAM、動(dòng)態(tài)RAM。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,３． 輸入/輸出接口（I/O接口）　輸入/輸出（I/O）接口由大規(guī)模集成電路組成的I/O器件構(gòu)成, 用來(lái)連接主機(jī)和相應(yīng)的I/O設(shè)備（如: 鍵盤、 鼠標(biāo)、顯示器、 打印機(jī)等）, 使得這些設(shè)備和主

32、機(jī)之間傳送的數(shù)據(jù)、信息在形式上和速度上都能匹配。不同的I/O設(shè)備必須配置與其相適應(yīng)的I/O接口。４． 總線　總線（BUS）是計(jì)算機(jī)各部件之間傳送信息的公共通道。微機(jī)中有內(nèi)部總線和外部總線兩類。內(nèi)部總線是CPU內(nèi)部之間的連線。外部總線是指CPU與其它部件之間的連線。 外部總線有三種: 數(shù)據(jù)總線DB（Data Bus）, 地址總線 AB（Address Bus）和控制總線 CBControl Bus）。,2024/3/31,《微機(jī)

33、原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,二、計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程,（１）時(shí)序（單片機(jī)8031） 振蕩周期: 也稱時(shí)鐘周期, 是指為單片機(jī)提供時(shí)鐘脈沖信號(hào)的振蕩源的周期。 狀態(tài)周期: 每個(gè)狀態(tài)周期為時(shí)鐘周期的 2 倍, 是振蕩周期經(jīng)二分頻后得到的。 機(jī)器周期: 一個(gè)機(jī)器周期包含 6 個(gè)狀態(tài)周期S1~S6, 也就是 12 個(gè)時(shí)鐘周期。 在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi), CPU可以完成一個(gè)獨(dú)立的操作。

34、 指令周期: 它是指CPU完成一條操作所需的全部時(shí)間。 每條指令執(zhí)行時(shí)間都是有一個(gè)或幾個(gè)機(jī)器周期組成。MCS - 51 系統(tǒng)中, 有單周期指令、雙周期指令和四周期指令。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,MCS - 51 指令的取指/執(zhí)行時(shí)序,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)

35、學(xué)院,２．計(jì)算機(jī)的基本工作過(guò)程,根據(jù)馮·諾依曼原理構(gòu)成的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的工作原理可概括為: 存儲(chǔ)程序和程序控制。存儲(chǔ)程序是指人們必須事先把計(jì)算機(jī)的執(zhí)行步驟序列（即程序）及運(yùn)行中所需的數(shù)據(jù), 通過(guò)一定的方式輸入并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中。程序控制是指計(jì)算機(jī)能自動(dòng)地逐一取出程序中的一條條指令, 加以分析并執(zhí)行規(guī)定的操作。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,

36、作業(yè):1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成。2.什么是單片機(jī)，特點(diǎn)及應(yīng)用。3.微型計(jì)算機(jī)的組成。4.半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類。5.說(shuō)明MOX A，#30H指令的執(zhí)行過(guò)程。6.什么是振蕩周期、機(jī)器周期、指令周期和狀態(tài)周期。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,第二章 MCS-51單片微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu),2.1 MCS-51基本組成 2.2 MCS-51內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.

37、3 MCS-51單片機(jī)引腳功能及片外三總線結(jié)構(gòu),2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,§2.1 MCS-51單片機(jī)的基本組成,單片機(jī)的硬件資源,8 位的 CPU， 片內(nèi)有振蕩器和時(shí)鐘電路,工作頻率為 1.2～12MHz（Atmel 89Cxx為0～24MHz）片內(nèi)有 128/256字節(jié) RAM片內(nèi)有 0K/4K/8K字節(jié) 程序存儲(chǔ)器ROM

38、可尋址片外 64K字節(jié) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM可尋址片外 64K字節(jié) 程序存儲(chǔ)器ROM片內(nèi) 21/26個(gè) 特殊功能寄存器（SFR）4個(gè)8位 的并行I/O口（PO ～ P3）1個(gè) 全雙工串行口（RXD/TXD）2/3個(gè)16位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（TIMER/COUNTER）可處理 5/6個(gè)中斷源，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)內(nèi)置1個(gè)布爾處理器和1個(gè)布爾累加器（Cy）MCS-51指令集含 111條指令,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件

39、 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,MCS-51單片機(jī)組成框圖,控 制,并行口,串行通信,內(nèi)中斷,外中斷,頻率基準(zhǔn)源,外部事件計(jì)數(shù) 脈沖輸入,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,§2.2 MCS-51內(nèi)部結(jié)構(gòu),2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高

40、等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,一、CPU：,CPU由運(yùn)算器和控制器等部件組成,1、運(yùn)算器 包括：ALU、ACC、B、TMP1、TMP2、PSW等,程序狀態(tài)字PSW：8位寄存器，表征程序執(zhí)行的狀態(tài)信息。,CY（PSW.7）進(jìn)位標(biāo)志：在加減法運(yùn)算中,累加器A的最高位D7有進(jìn)位,則CY=1,否則CY=0.同理,在減法運(yùn)算中,如果A7有借位,則CY=1。AC（PSW.6）:輔助進(jìn)位位：用來(lái)判斷加減法運(yùn)算時(shí)，低四位是否向高四位進(jìn)位或借位(即A3的進(jìn)位或借位

41、) F0（PSW.5） 用戶標(biāo)志位：完全由用戶來(lái)定義和使用。RS1,RS0工作寄存器區(qū)選擇位：確定工作寄存器R0-R7在4個(gè)區(qū)中的位置?？梢酝ㄟ^(guò)修改RS1,RS0的值來(lái)改變工作寄存器區(qū)的選擇。,OV（PSW.2）溢出標(biāo)志位: 判斷有符號(hào)數(shù)運(yùn)算時(shí)是否有溢出。P(PSW.0)奇偶標(biāo)志位: 用來(lái)標(biāo)志累加器A中運(yùn)算后1的個(gè)數(shù)。 當(dāng)P=1時(shí),表明A中 1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè),反之為偶數(shù)個(gè)。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課

42、件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,2、控制器 包括：PC、指令寄存器IR、指令譯碼器ID、定時(shí)控制電路等。,程序計(jì)數(shù)器PC（Program Counter）：PC用于存放CPU下一條要執(zhí)行的指令地址, 是一個(gè) 16 位的專用寄存器, 可尋址范圍是0000H~0FFFFH共 64 KB。 堆棧指針SP（Stack Pointer）：堆棧操作是在內(nèi)存RAM區(qū)專門開辟出來(lái)的按照“先進(jìn)后出

43、”原則進(jìn)行數(shù)據(jù)存取的一種工作方式, 主要用于子程序調(diào)用及返回和中斷處理斷點(diǎn)的保護(hù)及返回, 它在完成子程序嵌套和多重中斷處理中是必不可少的。（將在第三章詳細(xì)介紹）數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR：數(shù)據(jù)指針DPTR是一個(gè) 16 位的專用寄存器, 其高位字節(jié)寄存器用DPH表示,低位字節(jié)寄存器用DPL表示。既可作為一個(gè) 16 位寄存器DPTR來(lái)處理, 也可作為兩個(gè)獨(dú)立的 8 位寄存器DPH和DPL來(lái)處理。DPTR 主要用來(lái)存放 16 位地址, 當(dāng)對(duì) 6

44、4 KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間尋址時(shí), 作為間址寄存器用。在訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器時(shí), 用作基址寄存器。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,二、存儲(chǔ)器：,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,1、程序存儲(chǔ)器,程序存儲(chǔ)器（ROM）是存放程序、常數(shù)和表格的。在MCS-51單片機(jī)中：

45、 /EA=1時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行片內(nèi)的4KROM中的程序；在PC中的內(nèi)容增加到超過(guò)0FFFH時(shí)，CPU將自動(dòng)開始訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,/EA=0時(shí)，系統(tǒng)使用片外ROM中的程序。無(wú)論是使用片內(nèi)還是使用片外的ROM（即 EA

46、=1或EA=0），其起始地址都是從0000H單元開始。盡管系統(tǒng)具備片內(nèi)ROM和外部ROM，但是在一般正常使用情況下，只能通過(guò)/EA的設(shè)定來(lái)選擇其中之一。所以，在物理上的兩個(gè)存儲(chǔ)空間在邏輯上卻只是一個(gè)（或者使用內(nèi)部ROM；或者使用外部ROM）。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,程序存儲(chǔ)器保留的特定單元：,0000－0002H　初始化程序入口。CPU在復(fù)位

47、后，總是從0000H單元開始執(zhí)行程序，所以，此處一般設(shè)置一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令。0003H　外部中斷!INT0的處理程序入口。000BH　計(jì)數(shù)器/定時(shí)器T0的溢出中斷處理程序入口。0013H　外部中斷!INT1的處理程序入口。001BH　計(jì)數(shù)器/定時(shí)器T1的溢出中斷處理程序入口。0023H　串行口中斷處理程序入口。,0000H,0013H,000BH,0003H,001BH,0023H,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件

48、 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器無(wú)論在物理上還是邏輯上都分為兩個(gè)地址空間即一個(gè)內(nèi)部和一個(gè)外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，因?yàn)椋?、訪問(wèn)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元（128/256B）時(shí)，使用 MOV 指令； 2、訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（64KB）時(shí)，使用 MOVX 指令。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器從功能上又將256B空間分為

49、二個(gè)不同的塊：1、低128B的RAM塊； 在低128B的RAM存儲(chǔ)單元中又可劃分為：工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、通用存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的“數(shù)據(jù)緩沖區(qū)”。2、高128B的SFR（Special Function Register ）塊。高128B的專用寄存器區(qū)SFR中僅僅使用了21寄存器（51系列），其它單元不能使用。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,MCS-5

50、1 片內(nèi) 、片外 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器示意圖,,特殊功能寄存器SFR,通用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,80H7FH,00H,FFH,片內(nèi)RAM 片外RAM256B個(gè)字節(jié) 64KB個(gè)字節(jié),片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器64KB,0000H,FFFFH,,,注意：1、訪問(wèn)片內(nèi)RAM20H單元MOV A,20H2、訪問(wèn)片外RAM20H單元 MOV R0, #20hMOVX A,@R0,202

51、4/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,片內(nèi)RAM低 128B 字節(jié)功能分配圖,,位尋址區(qū),3區(qū),2區(qū),1區(qū),0區(qū),便箋區(qū),08H07H00H,7FH,30H2FH,20H1FH,18H17H,10H0FH,四個(gè)工作寄存器區(qū)每個(gè)區(qū)中有R0-R7八個(gè)工作寄存器,,位尋址區(qū)16個(gè)單元20H-2FH，共有128 可尋址位個(gè)位。位地址：00H-7FH

52、注意：位地址與字節(jié)地址的區(qū)別,,通用的RAM區(qū)地址：30H-7FH,,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,0區(qū)工作寄存器區(qū)結(jié)構(gòu)圖,RAM地址07H06H05H04H03H02H01H00H,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,片內(nèi) RAM（20H-2FH）中的位

53、尋址區(qū)結(jié)構(gòu)圖,,2FH,20H,字節(jié)地址,,,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,位尋址區(qū)內(nèi)的地址是位地址。共有00-7FH（共128個(gè)位）；要區(qū)分字節(jié)地址和位地址這兩個(gè)不同的地址概念： 從物理的角度，每一個(gè)字節(jié)地址內(nèi)包含了8個(gè)位，即： D7，D6，D5，D4，D3，D2，D1，D0 在一般情況，我們提到的RAM地址都是字節(jié)

54、地址。從邏輯的角度講，字節(jié)地址和位地址是靠不同類型的指令來(lái)區(qū)分的。如： MOV A， 20h ；將RAM的20單元內(nèi)容送累加器A； MOV C ，20h ；將RAM位尋址區(qū)中20H位送CY中。 在這二個(gè)例子中，第一條指令為字節(jié)傳送指令，所以20H為字節(jié)地址；第二個(gè)例子中的指令為位操作指令，所以20H為位地址。有關(guān)詳細(xì)內(nèi)容將在第二章中描述。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件

55、 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,特殊功能寄存器SFR,特殊功能寄存器SFR （Special Function Register）用來(lái)設(shè)定單片機(jī)內(nèi)部各模塊的工作方式，存放相關(guān)模塊的狀態(tài)與標(biāo)志，如定時(shí)器、串行口，并行端口的鎖存器等等。 盡管特殊功能寄存器與RAM在同一個(gè)單元中，但不能作為普通的RAM存儲(chǔ)單元來(lái)使用。 （只有在編程中根據(jù)需要，進(jìn)行一些特定功能的設(shè)定，或者是

56、從中查尋相關(guān)部件的狀態(tài)時(shí)，才能進(jìn)行讀、寫操作。如中斷方式的設(shè)定、定時(shí)器工作模式的設(shè)定，查詢串行口發(fā)送或接收是否結(jié)束等等）,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,,特殊功能寄存器 SFR(表一),2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,SFR(表二),,注:表中黃色的單元為可按位尋址的

57、字節(jié)（字節(jié)地址可以被8整除）,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,三、并行輸入/輸出口電路結(jié)構(gòu),MCS－51單片機(jī)設(shè)有四個(gè)8位雙向I/O端口（P0，P1，P2，P3）。每一條I/O線都能獨(dú)立地用作輸入或輸出。P0口為三態(tài)雙向口，能帶8個(gè)TTL電路。P1、P2、P3口為準(zhǔn)雙向口，能帶4個(gè)TTL電路。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件

58、 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,1.　端口功能,P0口－－常用作地址/數(shù)據(jù)總線口，即低8位地址與數(shù)據(jù)線分時(shí)使用P0口。P1口－－其中每一位都能作為可編程的輸入或輸出線。P2口－－常輸出高8位地址，與P0口一起組成16位地址總線。P3口－－雙功能口。作為第一功能使用時(shí)，其功能與P1口相同。作第二功能使用時(shí)，每一位的定義如下表。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件

59、 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,附表　P3口的第二功能,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,2.　端口操作,首先介紹端口的結(jié)構(gòu)。（1）P0口（口地址80H）,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,（2）P1口（口地址90H）,P1口是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，作通用的I/O口使用。

60、,輸入時(shí)需預(yù)先置1,應(yīng)為：mov p1,#0FFH mov A, P1,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,（2）P2口（口地址A0H）,P2口是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，作通用的I/O口使用。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,（2）P3口（口地址B0H）,P3口是

61、一個(gè)雙功能口。作為第二功能口使用時(shí)，見附表。,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,§ 2.3 MCS-51單片機(jī)引腳功能及片外三總線結(jié)構(gòu),MCS－51單片機(jī)屬總線型結(jié)構(gòu)。訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器：P2口輸出高8位地址，P0口輸出低8位地址。訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器：!PSEN信號(hào)有效。訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：由P3口自動(dòng)產(chǎn)生讀(RD)/寫(WR)信號(hào)。,20

62、24/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,復(fù)位和復(fù)位電路,MCS－51單片機(jī)的復(fù)位電路如下：,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,寄存器　　　　　 內(nèi)容,PC0000HACC00HB00HPSW00HSP07HDPTR0000HP3~P

63、0 0FFHIP×××00000BIE 0××00000BTMOD00HTCON00HTH000HTL000HTH100HTL100HSCON00HSBUF不定PCON 0××××××××B,2024/3/31,《微

64、機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,MCS-51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器.在單片機(jī)引腳的XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入和輸出端.與作為反饋元件的晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成了一個(gè)自激振蕩器. 內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸出信號(hào)是單片機(jī)所需的時(shí)鐘信號(hào),振蕩器與時(shí)鐘電路,如果使用外部振蕩器信號(hào),其外來(lái)的信號(hào)加在XTAL1的引腳上(見右圖).,2024/3/31

65、,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,8051引腳,1.主電源引腳Vss和Vcc2.外接晶體引腳XTAL1和XTAL23.控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/ VPD，ALE//PROG，/PSEN和/EA/ VPP4.輸入輸出引腳P0.0~P0.7，P1.0~P1.7，P2.0~P2.7，P3.0~P3.7,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件

66、 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,邏輯符號(hào),2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,作業(yè)：1.寫出PSW各位的含義.2.MCS-51的CPU都包含哪些功能模塊.3.MCS-51存儲(chǔ)器的功能劃分.4.MCS-51SFR有多少個(gè)？分布的地址空間？尋址方式?5.說(shuō)明MCS-51內(nèi)外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組織及地址范圍.6.說(shuō)明MCS-51的EA引腳的功

67、能.7.MCS-51存在的地址混疊現(xiàn)象及解決方法.8.P0、P1、P2、P3口的功能.9.P0、P1、P2、P3口的負(fù)載能力.10.準(zhǔn)雙向口的概念.11.畫出P1口的結(jié)構(gòu)圖，并說(shuō)明工作原理.12.寫出單片機(jī)復(fù)位后，主要SFR的狀態(tài).,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,3.1 MCS-51指令系統(tǒng) 3.2 MCS-51程序設(shè)計(jì),第二章 MC

68、S-51指令系統(tǒng)及程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ),2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,§3.1 MCS-51指令系統(tǒng),指令概述 MCS-51單片機(jī)指令系統(tǒng)共有33種功能，42種助記符，111條指令。,每條指令在程序存儲(chǔ)器ROM中占據(jù)一定的空間，以字節(jié)為單位。按指令所占字節(jié)數(shù)分類：?jiǎn)巫止?jié)(49條);雙字節(jié)(46條);3字節(jié)(16條),每條指令在執(zhí)行時(shí)要花去

69、一定的時(shí)間，以機(jī)器周期為單位。按指令執(zhí)行時(shí)間分類：?jiǎn)沃芷?64條);雙周期(45條);4周期(2條),按指令的功能分類，可分為5大類：數(shù)據(jù)傳送類（29條）；算術(shù)運(yùn)算類（24條）邏輯運(yùn)算及移位類（24）；控制轉(zhuǎn)移類（17條）位操作類（17條）,2024/3/31,《微機(jī)原理》教學(xué)課件 遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院,指令的格式,[標(biāo)號(hào):]操作碼 [目的操作數(shù)][,源操作數(shù)][;注釋],方括