单片机培训精选PPT.ppt

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1、单片机课件培训第1页，此课件共41页哦第第1 1章章 单片微型机概述单片微型机概述1.基本概念微处理器就是集成在一片大规模集成电路上的运算器和控制器。单板微型计算机：把微处理器、存贮器和I/O接口电路等大规模集成电路芯片及必要的外围电路组装在一块印刷电路板上。单片微型计算机：把微处理器、内存贮器和些I/O接口电路集成在一块大规模芯片上。第2页，此课件共41页哦2.单片机的发展历史单片机发展的三个阶段：20世纪70年代（初期阶段）以Intel公司的MCS-48（76年）系列单片机为典型代表，在一块芯片 内 集 成 有CPU、并行口（27条 I/O接 口 线）、定 时 器、RAM（64字节）和RO

2、M（1K）存贮器。20世纪80年代（高性能单片机的发展阶段）以Intel公司的MCS-51（80年）、MCS-96系列单片机为典型代表。CPU和指令系统功能加强；存贮器容量显著增加。20世纪90年代至今（单片机的高速发展阶段）单片机向着多品种、多规格方向发展。第3页，此课件共41页哦第第2章章MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构1总体结构1）8051片上硬件资源片上硬件资源8位CPU4K字节掩膜ROM程序存贮器128字节内部RAM数据存贮器4个8位I/O口（32线）2个16位定时器/计数器1个全双工的异步串行口5个中断源（2个中断优先级的中断控制器）内部时钟电路（时钟频率在1.2M

3、Hz12MHz）第4页，此课件共41页哦外部计数脉冲P1中断控制CPUOSC4K字节ROM128字节RAM定时器1定时器2总线控制48I/O口串行口ALEPSENTXDRXDP0P3P2外部中断程序存贮器数据存贮器2 2）结构框图结构框图第5页，此课件共41页哦3）引脚图及逻辑框图XTAL2XTAL1.VSSVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P.0.6P0.7P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.712345.6.78910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221RSTP

4、3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7EAALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.089C5189C51I/OP1I/OI/OI/OP3P2P0RSTXTAL1XTAL2VSSPSENALEEAVCC第6页，此课件共41页哦2 2时钟和时钟电路时钟和时钟电路单片微型计算机是一个复杂的时序逻辑电路，时钟是它的心脏，它控制着单片机工作节奏。MCS51单片机内部有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2分别为反相放大器的输入端和输出端，外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件。第7页，此课件共41页哦说明：当NMOS

5、型单片机输入外部时钟时，从XTAL2端输入，XTAL1端接地。XTAL2XTAL1晶振SYS1 1）NMOSNMOS型单片机的时钟电路型单片机的时钟电路NMOS型单片机时钟电路图第8页，此课件共41页哦 说明：CMOS型单片机也可以从外部输入时钟，此时 XTAL1外接振荡信号，XTAL2浮空。2）CMOS型单片机时钟电路XTAL2XTAL1晶振SYSVCCPD至内部定时电路CMOS型单片机的时钟电路图 第9页，此课件共41页哦单片机复位的实现：MCS51单片机有一个复位引脚RST，该引脚上只要保持一定时间的高电平，即可使单片机处于复位状态，RST变为低电平后，退出复位，CPU从初始状态开始工作

6、。3复位和复位电路复位和复位电路复复位位：使中央处理器（CPU）和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从此状态开始工作。第10页，此课件共41页哦1）上电自动复位电路：+5V。VSS VCC RST MCS51。VCCVSS VCC RST MCS51。NMOS型单片机CMOS型单片机复位后重要寄存器的状态要记住！单片机复位电路第11页，此课件共41页哦2)人工复位说明：人工复位是通过手动开关使器件复位VCCVSS VCC RST MCS51。第12页，此课件共41页哦说明：一条指令的执行需要一定的机器周期个数，指令中的各个微操作是在机器周期的不同状态的不同相为起始的。4CPU定时定时

7、指令周期：从CPU取出一条指令到执行完所需的时间。指令周期以机器周期为基本单位。时钟周期（振荡周期）：振荡信号的周期。机器周期：12个时钟周期定义为一个机器周期。每个机器周期分为6个状态（S1、S2、S3、S4、S5、D6），每个状态分为两个时相（P1、P2）。第13页，此课件共41页哦(b)2字节、1周期指令S1S2S3S4S5S6读操作码读下一操作码（丢弃）S1S2S3S4S5S6读操作码读第二字节S1P1P2ALES2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2(a)1字节、1周期指令第14页，此课件共41页哦c)1字节、2周期指令S1S2S3S4S5S6S1S2

8、S3读操作码读下一操作码（丢弃）S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2第15页，此课件共41页哦64K字节外部数据存贮存器空间（RAM/IO）空间（00FFFFH）。5存贮器存贮器MCS-51系列单片机有5个独立的存贮器空间：64K字节程序存贮存器空间（00FFFFH）；256字节内部RAM空间（00FFH）；128字节内部特殊功能寄存器空间（80FFH）；16个字节单元的位寻址空间（07FH）；第16页，此课件共41页哦MCS-51的复位入口和中断地址PSEN1）程序存贮器0000H0003H000BH0013H001BH0023H复位入口中断入

9、口（T0）中断入口（INT1）中断入口（T1）中断入口（串行口）中断入口（INT0）002BHFFFFH外部程序存贮器0000HEA=1内部EA=0外部0FFFH第17页，此课件共41页哦数据存贮器00H7FH80HFFH2内部RAM数据存贮器FFFFH0000HWRRD外部数据存贮器第18页，此课件共41页哦内部RAM分为三个区域：工作寄存器区、位寻址区、堆栈和数据缓冲区。00H工作寄存器区1工作寄存器区2工作寄存器区3位寻址区堆栈和数据缓冲区堆栈和数据缓冲区工作寄存器区007H08H0FH10H17H18H1FH20H2FH30H80H7FHFFH第19页，此课件共41页哦工作寄存器区1工

10、作寄存器区2工作寄存器区3位寻址区堆栈和数据缓冲区堆栈和数据缓冲区工作寄存器区007H08H0FH10H17H18H1FH20H2FH30H80H3FHFFH00HR7R0R6R5R4R3R2R100H01H07H06H05H04H03H02H08HR0R109H0FHR710H工作寄存器区0工作寄存器区1第20页，此课件共41页哦PSW程序状态字寄存器用于存放ALU运算结果的各种特征。3）特殊功能寄存器MCS-51最基本的功能寄存器有21个ACC累 加 器，用 于 存 放 参 加 运 算 的 操 作 数 和 运 算 结 果，助 记 符 中 用A 表示。B寄存器在乘法和除法运算中存放操作数和运

11、算结果。SP堆栈指针，数据进入堆栈前SP自动加1，数据出栈后SP自动减1，复位后SP值为07H。DPTR为16位的数据指针寄存器，访问外部数据存贮器时作为地址指针使用，保存一个16位的地址。也可以对高位字节DPH和低位字节DPL单独操作。第21页，此课件共41页哦P：奇偶检验标志，A中1的个数为奇数时P=1，否则P=0CYACF0RS1RS0OV-PCY：进位标志位AC：辅助进位标志位F0：用户自定义标志位RS1、RS0：工作寄存器组选择控制OV：溢出标志。RS1、RS0工作寄存器组000011102113第22页，此课件共41页哦6 6 中断系统中断系统一、一、中断的概念中中断断：是指中央处

12、理器CPU正在处理某件事情，外部发生了某一紧急事件，请求CPU迅速去处理，CPU暂时中断当前的工作，转入处理所发生的事件，处理完以后，再回到原来被中断的地方，继续原来的工作。这个过程被称为中断。中断源中断源：引起中断的原因（能发出请求的来源）。第23页，此课件共41页哦中中断断的的开开放放与与关关闭闭：是指CPU中断系统的状态，只有当CPU处于开中断状态时，才能接受外部的中断申请。中断的分类中断的分类：A、屏蔽中断屏蔽中断：通过指令可以使微机的中断系统与外界隔离开，使中断请求不发生作用，不引起中断。B、非屏蔽中断非屏蔽中断：不可以用软件加以屏蔽。C、软件中断软件中断：指令系统中有专门的中断指令

13、。第24页，此课件共41页哦中断嵌套中断嵌套：当CPU正在处理一个中断源请求的时候，又发生了另一个优先级比它高的中断源请求，如果CPU能够暂时中止执行对原来中断源的处理程序，转而去处理优先级更高的中断请求，待处理完以后，再继续执原来的低级中断处理程序，这个过程称为中断嵌套。中断的开放与关闭的实现中断的开放与关闭的实现：A、通过指令。B、在CPU响应中断请求后，往往会自动实现关中断，通常是通过硬件操作完成的。C、一般在系统复位时，自动实现中断的关闭。中断源的判别中断源的判别：A、单线中断，软件查询。只须在查询时按照优先级的高低依次查询。B、多线中断。应对不同的中断申请输入线，规定以不同的级别。C

14、、矢量中断。也是一种单线中断，外设请求中断后，通过接口电路向CPU发出一个称为中断向量的8位代码。第25页，此课件共41页哦最典型的8051单片机有5个中断源，具有2个中断优先级，可以实现两级中断服务程序嵌套。每一个中断源可以编程为高优先级和低优先级中断。二、二、MCS-51中断系统中断系统在MCS-51中断系统中，与其有关的特殊功能寄存器有中断允许寄存器IE、中断优先级控制寄存器IP、中断源的寄存器（TCON、SCON）等。第26页，此课件共41页哦8051中断系统结构图INT0IT0IE0INT1IT1IE100TITF0TF1RIET0EX1EX0ET0ESEAPX0PT0PX1PT1P

15、S11IE寄存器IP寄存器第27页，此课件共41页哦A中断源中断源外部中断源特殊功能寄存器TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0D7D6D5D4D3D2D1D0外部中断0IT0：外部中断0触发方式控制位（0为电平触发，1为边沿触发）。当采用电平触发方式时，CPU在每个机器周期的S5P2采样（P3.2）的输入电平，当采样到低电平时，置“1”IE0，采样到高电平时清“0”IE0。当采用边沿触发方式时，CPU在每个机器周期的S5P2采样P3.2）的输入电平，如果相继的两次采样，一个周期采样值为高电平，接着的下一个周期中采样值为低电平，则置“1”IE0，表示外部中断0正在向CPU申请

16、中断，直到该中断被CPU响应时才由硬件清“0”。INT0INT0第28页，此课件共41页哦IE0：外部中断0请求源（，P3.2）标志。IE0=1有外部中断0向CPU请求中断，当CPU响应外部中断时，由硬件清“0”IE0。INT0外部中断1IT1：外部中断1触发方式控制位（0为电平触发，1为边沿触发）。当采用电平触发方式时，CPU在每个机器周期的S5P2采样（P3.3）的输入电平，当采样到低电平时，置“1”IE1，采样到高电平时清“0”IE1。当采用边沿触发方式时，CPU在每个机器周期的S5P2采样P3.3）的输入电平，如果相继的两次采样，一个周期采样值为高电平，接着的下一个周期中采样值为低电平

17、，则置“1”IE1，表示外部中断1正在向CPU申请中断，直到该中断被CPU响应时才由硬件清“0”。INT1INT1IE1：外部中断1请求源（，P3.3）标志。IE1=1外部中断1向CPU请求中断，当CPU响应外部中断时，由硬件清“0”IE1。INT1第29页，此课件共41页哦T0被允许计数后，从初值开始计数，当产生溢出时置“1”TF0，向CPU请求中断，一直保持到CPU响应该中断时才由硬件清“0”（也可以由查询程序清“0”）。TF0（TCON.5）定时器/计数器T0的溢出中断标志：TF1（TCON.7）定时器/计数器T1的溢出中断标志：T1被允许计数后，从初值开始计数，当产生溢出时置“1”TF

18、1，向CPU请求中断，一直保持到CPU响应该中断时才由硬件清“0”（也可以由查询程序清“0”）。内部中断源第30页，此课件共41页哦D7D6D5D4D3D2D1D0串行口中断串行口的接收中断RI（SCON.0）和发送中断TI（SCON.1）逻辑或后作为内部的一个中断源称为串行口中断。注注意意：CPU响应串行口的中断时，并不清“0”TI和RI中断标志，必需由软件清“0”（中断服务程序中必有清“0”TI和RI的指令。B中断控制中断允许寄存器IE决定每一个中断源是否被允许中断第31页，此课件共41页哦EA：CPU中断开放标志位（总开关）。ES：串行口中断允许标志位。ET1：定时器/计数器T1的溢出中

19、断允许标志位。EX1：外部中断1中断允许标志位。ET0：定时器/计数器T0的溢出中断允许标志位。EX0：外部中断0中断允许标志位。注意注意：当某一位为“1”时，该位相应的中断源被允许；其为“0”时，该位相应的中断源被禁止。中断优先级控制寄存器IPMCS-51的中断系统有两个不可寻址的优先级状态触发器，一个指出CPU是否正在执行高优先级中断服务程序，它的“1”状态屏蔽所有的中断源申请；另一个指出CPU是否正在执行低级中断服务程序，它的“1”状态屏蔽同一优先级的所有其它中断源申请。第32页，此课件共41页哦注注意意：当当某某一一位位为为“1”时时，该该位位相相应应的的中中断断被被定定义义为为高高优

20、优先先级级中中断断；其其为为“0”时时，该该位位相相应应的的中中断断被被定定义义为为低低优优先先级级中中断。断。中断优先级控制寄存器IPD7D6D5D4D3D2D1D0PS：串行口中断优先级控制位。PT1：定时器T1中断优先级控制位。PX1：外部中断1中断优先级控制位。PT0：定时器T0中断优先级控制位。PX0：外部中断0中断优先级控制位。第33页，此课件共41页哦在CPU同时接收到几个同等优先级的中断时，一个内部的硬件查询序列确定优先服务于哪一个中断源的申请。其优先级别排列如下：中断源中断优先级外部中断0最高定时器T0中断外部中断1定时器T1中断串行口中断最低第34页，此课件共41页哦C中断

21、响应过程MCS-51在每一个机器周期的S6采样并按优先级处理所有被激活的中断请求。但是如果出现下列情况，将在下一个机器周期的状态S1响应激活了的最高级中断请求。CPU正在处理相同的或更高优先级的中断；现行的机器周期不是所执行指令的最后一个机器周期；正在执行的指令是中断返回指令（RETI）或者是对IE、IP的写操作指令（执行这些指令后至少再执行一条指令后才会响应中断）。第35页，此课件共41页哦清“0”中断源申请标志（RI和TI除外），确定中断服务程序的入口地址。中断响应过程：中断请求：中断请求是中断源向CPU表示要求其中断原来执行的程序并为它服务。中断响应：当满足中断响应条件时，CPU响应中断

22、的操作应包括识别中断源且转去执行相应的中断服务程序。一般CPU要完成以下操作：先置位相应的优先级状态触发器（该触发器指出CPU开始处理的中断优先级别）。中断正在执行的程序，并对断点实行保护，即将断点的地址（PC值）推入堆栈保护起来，以便在中断结束时，从堆栈中弹出断点地址，返回主程序。第36页，此课件共41页哦各中断源服务程序的入口地址为：中断源入口地址外部中断00003H定时器T0中断000BH外部中断10013H定时器T1中断001BH串行口中断002BH执行一条硬件子程序调用，将这个入口地址送入程序计数器PC，从而转去执行中断服务程序。通常在中断入口处安排一条相应的跳转指令，以跳到用户设计

23、的中断服务程序入口。第37页，此课件共41页哦中断处理中断处理：中断处理也称为中断服务，就是执行中断服务程序。应完成以下操作：保护现场。即根据需要把断点处（转出主程序时）的有关寄存器的内容压入堆栈保护。考虑进行开/关中断。有的中断在被响应后自动关中断的，若要允许中断嵌套，则在中断服务程序开始时，就要用指令开中断；否则就应在返回前开中断。根据中断源的要求，执行中断服务程序。恢复现场。用中断返回指令结束中断服务程序。第38页，此课件共41页哦D外部中断响应时间外部中断响应时间中断返回中断返回中断返回是在中断服务程序的最后，用一条返回指令RETI来实现的。此时CPU将推入堆栈中保护的断点地址弹出到程序计数器PC，从而使CPU继续执行中断了的程序。从产生中断请求到开始执行中断服务程序的第一条指令最少需要三个机器周期；如果中断请求被前面谈到的三种情况之一所阻止，则所需要的时间相应延长。（最长8个机器周期）第39页，此课件共41页哦外部中断标志触发器能锁存外部中断输入线上的负跳变，中断申请标志不会丢失。但输入的脉冲宽度至少保持12个时钟周期。外部中断触发时应注意的问题：外部中断触发时应注意的问题：A电平触发方式CPU响应前一直保持有效，响应后必须变为无效。B边沿触发方式第40页，此课件共41页哦第41页，此课件共41页哦