51系列单片机经典课件

单片机原理及应用第1章概述学习要点①通过本章的学习，应该建立关于单片机系统的概念，了解单片机与一般微机的区别。②要求掌握ＭＣＳ系统单片机的结构特点，熟悉单片机的应用领域及开发工具。1.1单片机发展概况•主要分为以下３个阶段：•第１阶段（１９７４～１９７８年）为初级单片••第２阶段（１９７８～１９８３年）为高性能单片•第３阶段（１９８３年以后）为８位单片机巩固、1.2单片机硬、软件系统及种类–1.2.1单片机的硬件系统–1.2.2单片机的软件系统–1.2.3单片机的种类1.3单片机应用领域与开发工具•1.3.1应用领域–１.单片机在智能仪器仪表中的应用–2.单片机在工业测控中的应用–3.单片机在计算机网络与通信设备中的应用–4.单片机在日常生活及家电中的应用1.3单片机应用领域与开发工具•1.3.2开发工具单片机开发系统一般应具备以下４方面的基本功能：–系统硬件电路的诊断与检查。–用户程序的输入修改。–程序的运行调试。–程序的固化。第2章单片机的结构原理•本章要点①了解ＭＣＳ-５１单片机的常用术语、内部结构。②熟悉运算器和控制器中的累加器、程序状态字寄存器、程序计数器、堆栈指针和指针的特点及应用。③熟悉ＭＣＳ-５１单片机存储器的特点、ＣＰＵ的时序和引脚功能、输入／输出接口结构特点。④掌握工作寄存器Ｒ０～Ｒ７的分组情况、所占内存空间、位地址空间、程序存储器和数据存储器的结构特点。⑤掌握“漏极开路、准双向、读-改写”的准确含义及编程时应采取的措施。2.1常用术语及内部结构•2.1.1常用术语•本节重点讲解46个单片机常用术语2.1常用术语及内部结构•2.1.2内部结构2.2CPU及存储器单片机最核心的部分是ＣＰＵ，可以说ＣＰＵ是单片机的大脑和心脏。ＣＰＵ的功能是产生控制信号，把数据从存储器或输入接口传送到ＣＰＵ或反向传送，还可对输入数据进行算术、逻辑运算以及位操作处理，故ＣＰＵ内包含了运算器、控制器以及布尔处理器。存储器主要包括程序存储器和数据存储器2.2CPU及存储器•2.2.1运算器1.累加器2.算术逻辑部件3.程序状态寄存器2.2CPU及存储器•2.2.2控制器1.程序计数器2.堆栈指针3.指令译码器4.数据指针DPTR2.2CPU及存储器•2.2.3程序存储器•（８０３１和８０３２除外）而言，有４个物理上相互独立的存储器空间。2.2CPU及存储器•2.2.4数据存储器•数据存储器用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓冲等。它由读写存储器ＲＡＭ组成，片内为２５６Ｂ，片外最大可扩展为６４ＫＢ。2.3引脚功能及CPU的时序•2.3.1引脚功能1.电源引脚ＶＣＣ和ＶＳＳ2.时钟电路引脚ＸＴＡＬ１和ＸＴＡＬ２3.控制信号引脚ＡＬＥ、ＰＳＥＮ、ＥＡ和ＲＳＴ4.输入／输出接口引脚Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２和Ｐ３2.3引脚功能及CPU的时序•2.3.2振荡电路和时钟电路•单片机的振荡电路和时钟电路一起构成了单片机的时钟方式.８０５１单片机有一个高增益反相放大器，反相放大器输入端为ＸＴＡＬ１，输出端为ＸＴＡＬ２，在ＸＴＡＬ１和ＸＴＡＬ２之间跨接石英晶体及两个微调电容就构成了振荡器，如左图所示，Ｃ１和Ｃ２ＭＨｚ。如果需要，单片机也可以使用外部振荡信号，如右图所示。2.3引脚功能及CPU的时序•2.3.3CPU的时序•1.震荡周期•2.时钟周期•3.机器周期•4.指令周期2.4输入、输出接口•2.4.1P0口•P0口的内部结构如下。它由一个锁存器、两个三态输入缓冲器以及控制电路和驱动电路组成。2.4输入、输出接口•2.4.2P1口•Ｐ１口的位内部结构如图下.Ｐ１口是一个准双向口，作通用Ｉ／Ｏ口使用，其内部有上拉电阻与电源相连，故不必再外接上拉电阻。当作输入时，必须先向对应的锁存器写“１”，使ＦＥＴ截止。2.4输入、输出接口•2.4.2P1口•Ｐ１口的位内部结构如图下.Ｐ１口是一个准双向口，作通用Ｉ／Ｏ口使用，其内部有上拉电阻与电源相连，故不必再外接上拉电阻。当作输入时，必须先向对应的锁存器写“１”，使ＦＥＴ截止。2.4输入、输出接口•2.4.3P2口•Ｐ２口的每一位内部结构如下。Ｐ２口也是一个准双向口，其位结构与Ｐ０口类似，当系统中有片外存储器时，Ｐ２口用于输出高８位地址。2.4输入、输出接口•2.4.4P3口•可以作通用Ｉ／Ｏ口使用，又具有第二功能。第3章单片机的指令系统与程序设计•本章要点①通过本章的学习，应该了解ＭＣＳ-５１单片机的指令格式、寻址方式、指令类型以及汇编语言程序设计中的顺序结构程序、分支程序、循环结构和子程序的设计方法。②要求掌握指令的基本形态、单字节／双字节／三字节指令的格式，掌握７种寻址方式，熟悉１１１条指令的用途。③掌握ＭＣＳ-５１汇编语言编程的基本方法，熟悉一些常用的程序段，能正确的应用ＭＣＳ-５１指令系统进行编程。3.1指令系统ＭＣＳ-５１单片机的指令系统按功能可划分为５类：–数据传送类指令２８条。–算术运算类指令２４条。–逻辑运算类指令２５条。–位操作类指令１７条。–控制转移类指令１７条。3.1指令系统ＭＣＳ-５１单片机汇编语言指令由操作码助记符和操作数两部分组成。指令格式如下：［标号］：操作码［目的操作数］，［源操作数］；注释【例１】２０００：ＭＯＶＡ，＃００Ｈ；累加器清０【例２】ＲＥＴＩ；机器代码为３２Ｈ【例３】ＭＯＶＡ，＃０ＦＦＨ；机器代码为７４ＦＦＨ3.1.1指令格式3.1指令系统助记符语言一般由操作码和操作数两部分组成，操作码规定了指令的操作功能，操作数代表了指令的操作对象。例如：“ＳＵＢＢＡ，＃２ＢＨ”表示把一个数２ＢＨ与累加器Ａ的内容相减（带借位位），其结果存放在累加器Ａ中。3.1.2助记符语言3.1指令系统１.寻址方式中常用符号注释（共14种）2.寻址方式（1）立即寻址（2）直接寻址（3）寄存器寻址（4）寄存器间接寻址（5）变址寻址（6）相对寻址（7）位寻址3.1.3寻址方式及常用符号注释3.1指令系统数据传送类指令是指令系统中最基本、使用最多的一类指令，主要用于数据的传送、保存以及交换等场合。１.以累加器Ａ为目的操作数的指令（４条）２.以寄存器Ｒｎ为操作数的指令（３条）３.以直接地址为目的操作数的指令（５条）４.以间接地址为目的操作数的指令（３条）５.查表指令（２条）６.累加器Ａ与片外ＲＡＭ传送指令（４条）７.堆栈操作类指令（２条）８.交换指令（４条）９.１６位数据传送类指令（１条）3.1.4数据传送指令功能及应用举例3.1指令系统算术运算指令主要完成加、减、乘、除四则运算，以及加１、减１、ＢＣＤ码的运算和调整等。１.加法指令（４条）２.带进位加法指令（4条）３.带借位减法指令（4条）４.乘法指令（1条）５.除法指令（1条）６.加1指令（5条）７.减1指令（4条）８.十进制调整指令（1条）3.1.5算术运算指令功能及应用举例3.1指令系统逻辑运算类指令共有２５条，有与、或、异或、求反、左右移位、清０等逻辑运算。对应的寻址方式有直接、寄存器和寄存器间接寻址，该类指令的执行一般不影响ＰＳＷ。１.循环移位指令（４条）２.累加器半字节交换指令（１条）３.求反指令（１条）４.清０指令（１条）５.逻辑与指令（６条）６.逻辑或指令（６条）７.逻辑异或指令（６条）3.1.6逻辑运算指令的功能及应用举例3.1指令系统控制转移类指令用于控制程序的走向，共有以下几类：１.无条件转移指令（４条）２.条件转移指令（８条）３.调用子程序及返回指令（４条）４.空操作指令（１条）3.1.7控制转移类指令的功能及应用举例3.1指令系统位操作类指令共有１７条，均以位为操作对象，分别完成位传送、位状态控制、位逻辑运算、位条件转移等功能。１.位数据传送指令（２条）２.位状态控制指令（６条）３.位逻辑运算指令（４条）４.位条件转移指令（５条）3.1.8位操作类指令的功能及应用举例3.1指令系统ＭＣＳ-５１单片机具有极丰富的数据传送指令（２８条），能够实现多种数据的传送。本实验的目的是着重练习这些指令的使用和编程方法。（1）片内ＲＡＭ（低１２８Ｂ）的数据传送（2）外部ＲＡＭ的数据传送（3）片内特殊功能寄存器（ＳＦＲ）的数据传送（4）从程序寄存器中取数据（5）不同传送空间之间的数据传送上机实验1：数据传送指令的使用及编码方法3.1指令系统ＭＣＳ-５１单片机具有较强的加、减、乘、除４种基本数学运算功能，这些运算均是直接对８位无符号二进制数而言，利用溢出标志，还可以把加、减法运算用于有符号数的运算；利用十进制调整指令，又可使运算直接用十进制数（ＢＣＤ码）来进行。本实验的目的是着重练习各种数学运算指令的使用及编程方法。（1）加法指令（2）减法指令（3）乘法指令上机实验2：算术运算指令的使用及编码方法3.1指令系统ＭＣＳ-５１单片机具有对字节操作进行的基本逻辑运算功能。本实验的目的是着重练习按字节寻址的逻辑运算指令（２５条）的使用及编程方法。【实验原理】可分成单字节寻址和双字节寻址逻辑运算。（1）单字节寻址（2）双字节寻址上机实验3：逻辑运算指令的使用及编程方法3.1指令系统ＭＣＳ-５１单片机具有对位操作进行的基本逻辑运算功能。本实验的目的是着重练习按位寻址的逻辑运算指令（１７条）的使用及编程方法。【实验原理】ＭＣＳ-５１单片机有独立的按位操作的位处理器（又称为布尔处理器），使ＣＰＵ能执行按位操作。它将原ＰＳＷ中的进位标志ＣＹ作为布尔处理器的位累加器使用。上机实验4：位操作指令的使用及编程方法3.1指令系统本实验的目的是着重练习控制转移指令的使用及编程方法。【实验原理】控制转移指令大体分为３类：第一类为无条件转移指令。无论什么情况，只要碰到该指令，都要转移到由指令提供的地址去执行。第二类为条件转移指令。根据给出的条件进行测试。若条件满足，则程序转向指定的地址去执行；若条件不满足，则继续按顺序执行下一条指令。第三类是中断。当中断发生时会改变程序的执行顺序，使程序转去执行中断服务子程序。在子程序结束后又返回到原程序去继续执行。上机实验5：控制转移指令的使用及编程方法3.2汇编语言程序设计举例•本节主要介绍ＭＣＳ-５１单片机的汇编语言与一些常用的汇编语言程序设计方法，最后列举一些具有代表性的汇编语言程序实例。3.2汇编语言程序设计举例•3.2.1汇编语言程序的格式1.伪指令（8种）–设置起始地址：ＯＲＧｎｎ–定义字节DB：〈标号：〉ＤＢ〈项或项表〉–定义字节DW：〈标号：〉ＤW〈项或项表〉–预留存储区DS：〈标号：〉ＤS〈项或项表〉–为标号赋值EQU：〈标号：〉EQU数或汇编符号–数据地址赋值DATA：〈标号：〉DATA数或表达式–位地址符号BIT：符号名BIT位地址–源程序结束END：〈标号：〉END〈表达式〉3.2汇编语言程序设计举例•3.2.1汇编语言程序的格式2.汇编语言的格式汇编语言源程序是由汇编语句（指令语句）构成的。汇编语句由４个部分构成，每一部分称为一个字段，汇编程序能够识别它们。其语句格式如下：•［标号：］［操作码］［操作数］；［注释］每个字段之间要用分隔符分离，而每个字段内部不能使用分隔符。可以作为分隔符的符号有空格、冒号、逗号、分号等。3.2汇编语言程序设计举例•3.2.2汇编语言程序设计——步骤用汇编语言编写一个程序的过程大致可分为３步：①确定计算方法，定出运算步骤和顺序，把运算过程画成框图。②确定数据，包括工作单元的数量、分配存放单元。③按所使用计算机的指令系统，把确定的运算顺序（框图）写成汇编语言程序。3.2汇编语言程序设计举例•3.2.2汇编语言程序设计方法——方法用汇编语言编写一个程序的方法有下面4种：①顺序结构程序。②分支结构程序③循环结构程序。④子程序设计3.2汇编语言程序设计举例•3.2.2汇编语言程序设计方法——顺序结构顺序结构程序是一种最简单、最基本的程序，按照程序编写的顺序依次执行。编写这类程序主要应注意正确地选择指令，提高程序的执行效率。【例１】双字节二进制数求补。程序清单如下：ＢＩＮＰＬ：ＭＯＶＡ，Ｒ２ＣＰＬＡＡＤＤＡ，＃０１ＨＭＯＶＲ２，Ａ；低位字节补码送Ｒ２ＭＯＶＡ，Ｒ３ＣＰＬＡＡＤＤＣ