1、單片機原理及應用第一章緒論EA/Vpp:內外存儲器選擇引腳/片1 .什么叫單片機？其主要特點有哪 些？在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲器、I/O接口電路，從而構成 了單芯片微型計算機，即單片機。特點：控制性能和可靠性高、體積小、 價格低、易于產品化、具有良好的性 價比。第二章80C51的結構和原理1.80C51的基本結構 a.CPU系統8位CPU,含布爾處理器;時鐘電路；總線控制邏輯。b.存儲器系統4K字節的程序存儲器（ROM/EPROM/FLASH ,可外擴聲 IBHII7至 64KB）;128字節的數據存儲器（RAM ,可外擴至64KB）;特殊功能寄存器SFR。c.I/O 口和其他功

2、能單元4個并行I/O 口 ；2個16位定時/計數器；1個全雙工異步用行口；中斷系統（5個中斷源，2個優先級）2.80C51的應用模式a.總線型單片機應用模式總線型應用的“三總線”模式；非總線型應用的“多I/O”模式 3.80C51單片機的封裝和引腳 a.總線型DIP40引腳封裝RST/Vpo:復位信號輸入引腳/備用 電源輸入引腳；ale/ PROG :地址鎖存允許信號輸出弓I腳/編程脈沖輸入引腳；內EPROM編程電壓輸入引腳；PsEN :外部程序存儲器選通信號輸出引腳b.非總線型DIP20封裝的引腳RST:復位信號輸入引腳4.80C51的片內存儲器增強型單片機片內數據存儲器為 256 字節，地

3、址范圍是 00HFFH。低128 字節的配情況與基本型單片機相同。高128字節一般為RAM ,僅能采用寄 存器間接尋址方式詢問。注意：與該 地址范圍重疊的特殊功能寄存器 SFR 空間采用直接尋址方式詢問。5.80C51的時鐘信號晶振周期為最小的時序單位。一個時 鐘周期包含2個晶振周期。晶振信號 12分頻后形成機器周期。即一個機器 周期包含12個晶振周期或6個時鐘周 期。6.80C51單片機的復位定義：復位是使單片機或系統中的其 他部件處于某種確定的初始狀態。a.復位電路兩種形式：一種是上電復位；另一種是上電與按鍵均有效的復位。b.單片機復位后的狀態單片機的復位操作使單片機進入初始化狀態。初始化

4、后，程序計數器 PC=0000H,所以程序從0000H地址單 元開始執行。特殊功能寄存器復位后的狀態是確定的。P0P3為 FFH, SP為 07H, SBUF 不定，IP、IE和PCON的有效位為0, 其余的特殊功能寄存器的狀態為 00H. 相應的意義為：P0P3=FFH,相當于各口鎖存器已 寫入1,此時不但可用于輸出，也 可以用于輸入；SP=07H,堆棧指針指向片內RAM的07單元；IP、IE和PCON的有效位為0,各 中斷源處于低優先級且均被關斷、 串行通訊的波特率不加倍； PSW=00H,當前工作寄存器為0 組。7.80C51的存儲器組織功能：存儲信息（程序和數據）a.程序存儲器低端的一

5、些地址被固定 地用作特定的入口地址：0000H:單片機復位后的入口地0003H:外部中斷0的中斷服務程 序入口地址；000BH:定時/計數器0溢出中斷 服務程序入口地址；0013H:外部中斷1的中斷服務程 序入口地址；001BH:定時/計數器1溢出中斷 服務程序入口地址；0023H:由行口的中斷服務程序入口地址。|餐酬屣18.80C51單片機的數據存儲器配置.4 aunii-Mi 1Hi IM EVfHEFJ| I 80C51單片機數據存儲器分為片外 RAM 和片內RAM 兩大部分。80C51片內RAM的128B部分分成工 作寄存器區、位尋址區、通用RAM三 大部分。基本型單片機片內RAM的地

6、址范圍是 00H7FH。增強型單片機片內除地址范圍為 00H7FH 的 128B RAM 外，又增加了 80HFFH的高128B的RAM。增加的 這部分RAM僅能采用間接尋址方式 訪問。片外RAM地址空間為64KB ,地址范 圍是 0000HFFFFH。與程序存儲器地址空間不同的是，片 外RAM地址空間與片內 RAM地址空 間在地址的低端0000H007FH是重疊 的。訪問片外RAM時采用指令MOVX 實現，訪問片內RAM采用指令MOV, 無讀寫信號產生。a.工作寄存器區80C51單片機片內RAM低端的 00H1FH共32B,分成4個工作寄存 器組，每組占8個單元。寄存器0組：地址00H07H

7、;寄存器1組：地址08H0FH;寄存器2組：地址10H17H;寄存器3組：地址18H1FH。程序運行時，只能有一個工作寄存器 組作為當前工作寄存器組；當前工作 寄存器組的選擇由特殊功能寄存器中 得程序狀態字寄存器PSW的RS1、RS0 來決定。b.位尋址區內部RAM的20H2FH共16個字節是 位尋址區。其128位的地址范圍是 00H7FH。c通用RAM區位尋址區之后的 30H7FH共80個字 節為通用RAM區。這些單元可以作為 數據緩沖器使用。實際應用中，常需在RAM區設置堆 棧。80C51的堆棧一般設在30H7FH 的范圍內，棧頂的位置由堆棧指針 SP 指示。復位時SP的初值為07H,在系

8、 統初始化時可以重新設置。9.80C51單片機的特殊功能寄存器a.程庠狀態字寄存器PSW, 8位。含義 如下：CY:進位、借位標志。有進位、 借位時CY=1 ,否則CY=0;AC:輔助進位、借位標志F0:用戶標志位，由用戶自己定義 RS1、RS0:當前工作寄存器組選 擇位OV:溢出標志位。有溢出時OV=1 , 否則0V=0P:奇偶標志位。存于ACC中的運 算結果有奇數個“1”時P=1,否 貝 U P=0。10 .P0 口、P2 口的結構P0 口作為分時復用的低 8位地址/數據 總線,P2 口作為高8位地址總線。a.P0 口的結構P0用作通用I/O 口輸出驅動級工作在需外接上拉電阻的漏極開路方式

9、；P0 口在作為通用I/O 口，屬于準雙向 口。一P0用作地址/數據總線b.P2 口的結構P2 口的輸出驅動電路與P0 口不同，內 部設有上拉電阻。P2用作通用I/O 口P2 口在作為通用I/O 口，屬于準雙向 口。P2用作地址總線11 .P3 口結構a.P3用作第一功能的通用I/O 口b.P3用作第二功能使用P3.0: RXD （用行口輸入）；P3.1: TXD （用行口輸出）；P32 INT 0 （外部中斷0輸入）；P33 IN1 （外部中斷1輸入）；P3.4: T0 （定時器0的外部輸入）；P3.5: T1 （定時器1的外部輸入）；P3.6: WR （片外數據存儲器“寫”選通控制輸出）；

10、P3.7: RD （片外數據存儲器“讀”選通控制輸出）。第三章80C51的指令系統1.80C51的尋址方式表3.1尋址方式所對應的寄存器和存儲空間在舁 廳P尋址方式寄存器或存儲空間1基本方式寄存器尋址寄存器 R0R7, A、AB、DPTR 和 C（布爾累加器）2直接尋址片內RAM低128字節、SFR3寄存器間接尋址片內 RAM (Ro, Ri, SP) 片外 RAM (R0, Ri, DPTR)4立即尋址ROM5擴展方式變址尋址ROM (A+DPTR, A+PC)6相對尋址ROM (PC當前值的-128+127字節)7位尋址可尋址位（內部 RAM20H2FH單元 的位和部分SFR的位）2.特殊

11、傳送指令表3.3特殊傳送指令編號指令分類指令機器碼字節機器周期數1ROM查表MOVC A, A+DPTR93H22MOVC A, A+PC83H23讀片外RAMMOVX A , DPTRE0H24MOVX A , RiE2H(E3H)25寫片外RAMMOVXDPTR , AF0H26MOVXRi , AF2H(F3H)27堆棧操作PUSH directC0H2direct8POP directD0H direct2堆棧操作在80C51單片機中，堆棧的生長方向是向上的。入棧操作時，先將 SP+1,然后 將指令指定的直接地址單元的內容存入 SP指向的單元；出棧操作時，將 SP指 向的單元內容傳送到

12、指令指定的直接地址單元，然后 SP-1。系統復位時，SP的內容位07H。SP的值越小，堆棧深度越深。PUSH direct: SP,(SP) 1,(SP/(direct)POP direct direct， (SP), SP(SP) -1一般在中斷、子程序調用時發生堆棧操作MOV、MOVX、MOVC 區別MOV:單片機內部數據傳遞；MOVX :單片機與片外RAM和I/O 口電路的數據 傳遞；MOVC : ROM的查表3 .邏輯運算與循環類指令邏輯與：|編號指令分類指令1ANL direct, A2ANL direct, #data3邏 輯 L與ANL A , Rn4ANL A, direct5

13、ANL A , Ri6ANL A , #data前兩條把源操作數與直接地址指示內容相與；后四條是把源操作數與累加器 A的內容相與，送入A邏輯或：編號指令分類指令1邏 輯 或ORL direct, A2ORL direct, #data3ORLA, Rn4ORL A, direct5ORL A, Ri6ORL A, #data邏輯異或:編號指令分類指令1XRL direct, A2XRL direct, #data3粵 輯XRL A ,Rn4異XRL A ,direct5或XRL A ,Ri6XRL A ,#data累加器清0和取反CLRA清0CPLA取反累加器循環移位RR右移RRCRL左移RL

14、C4 .控制轉移類指令短跳轉：AJMP;長跳轉：LJMP;相對跳轉：SJMP。由于LJMP指令提供的是 16位地址、因此程序可以轉向 64KB的程序存儲器地址3的任何單元。累加器判0轉移：JZ rel:(A)=0,則 PC (PC 計 rel;JNZ rel:(A) =0,則 PC， PC rel比較不相等轉移(目的字節與源字節不相等則轉移)：CJNE A, direct, relA 、CJNERn ：,#data,reldirect, relRn, relBB)Ri4DJNZDJNZ減1不為0轉移：將操作數的循環控制單元的內容減1,并判斷是否為0.若不為0, 一直循環。若為0,程序往下執行調

15、用:ACALL短調用；LCALL長調用返回：RET子程序返回指令；RETI中斷服務子程序返回指令CPL取反第四章1 .查表程序有一變量存放在片內RAM的20H單元，其取值范圍為00H05H。要求編制一 段程序，根據變量值求平方值，并存入片內RAM的21H單元。程序如下：ORG 1000HSTART: MOV DPTR, #2000HMOV A, 20HMOVC A, A+DPTR MOV 21H, ASJMP $ ORG 2000HTABLE: DB 00,01,04,09,16,25 END2 .雙字節無符號數加法設被加數存放在內部 RAM的51H、50H單元，加數存放在內部 RAM的61H

16、、60H單元，相加的結果存放在內部 RAM的51H、50H單元，進位存放在位尋址 區的00H位中，實現此功能的程序段如下：MOV R0, #50H ;被加數的低字節地址MOV R1, #60H ;加數的低字節地址MOV A, R0 ;取被加數低字節ADD A, R1 ;加上加數低字節MOV R0, A ;保存低字節相加結果INCR0 ;指向被加數高字節INCR1 ;指向加數高字節MOV A, R0 ;取被加數高字節ADDC A, R1 ;加上加數高字節（帶進位加）MOV R0, A ;保存高字節相加結果MOV 00H, C ;保存進位3 .雙分支程序設變量x以補碼的形式存放在片內RAM的30H

17、單元，變量y與x的關系是：當 x>0時，y=x;當x=0時，y=20H;當x<0時，y=x+5。編制程序，根據x的大小 求y并返回原單元。程序段如下AT-霜g.START: MOV A, 30HJZ NEXTANL A, #80H ;判斷符號位 JZ LPMOV A, #05HADD A, 30HMOV 30H, A SJMP LPNEXT: MOV 30H, #20H LP: SJMP $4 .多分支程序根據R7的內容轉向相應的處理程序。設R7的內容為0N,對應的處理程序的入口地址分別為 PP0PPN。程序段如下：START: MOV DPTR, #TAB ;置分支入口地址表首址

18、MOV A, R7ADD A, R7MOVR3,AMOVCA,A+DPTR ;取高位地址XCHA ,R3INCAMOVC A, A+DPTR ;取低位地址MOV MOV CLR JMPTAB: DW DWDPL, A ;處理程序入口地址低8位送DPLDPH, R3 ;處理程序入口地址高 8位送DPHAA+DPTRPP0PP1DW PPN5 .循環程序先執行后判斷；先判斷后執行50ms延時程序若晶振頻率為12MHZ ,則一個機器周期為1的，執行一條DJNZ指令需要2個 機器周期，即2肉。采用循環計數法延時，循環次數可通過計算獲得，并選擇先 執行后判斷的循環結構。程序段如下：DEL: : MOV

19、R7, #200 ; 1 sDEL1 : MOV R6, #123 ; 1 sNOP ; 1 日DEL2: DJNZ R6, DEL2 ; 2 的共(2*123) sDJNZ R7, DEL1 ; 2 的共(2*123+2+2)*200+1 g即 50.001ms RET6 .子程序及其調用a.現場保護與恢復的結構在主程序實現'Ib瘠| '.在子程序中實現b.子程序調用時，參數的傳遞方法利用累加器或寄存器利用存儲器利用堆棧操作7 .常用程序舉例a.多字節無符號數的加法設兩個N字節的無符號數分別存放在內部 RAM中以DATA1和DATA2開始的單元中。相加后的結果要求存放在 DA

20、TA2數據區中。程序段如下：MOV R0, #DATA1MOV R1 , #DATA2MOV R7, #N ;置字節數CLR CLOOP : MOV A, R0ADDC A, R1 ;求和MOV R1 , A ;存結果INC R0 ;修改指針INC R1DJNZ R7, LOOPb.多字節無符號數的減法設兩個N字節的無符號數分別存放在內部 RAM中以DATA1和DATA2開始的單 元中。相減后的結果要求存放在 DATA2數據區中。程序段如下：MOV R0, #DATA1MOV R1 , #DATA2MOV R7, #N ;置字節數CLR CLOOP:MOV A , R0SUBB A, R1 ;

21、求差MOV R1 , A ;存結果INC R0 ;修改指針INC R1DJNZ R7, LOOPc.十六進制數與ASCII碼間的轉換當十六進制數在09之間時，其對應的ASCII碼值為該十六進制數加30H;當 十六進制數在AF之間時，其對應的ASCII碼值為該十六進制數加37H d.BCD碼與二進制數之間的轉換雙字節二進制數轉換成BCD碼設(R2R3)為雙字節二進制數，(R4R5R6)為轉換完的壓縮型BCD碼。程序段如 下：DCDTH: CLR AMOV R4, A ; R4 清 0MOV R5, A ; R5 清。MOV R6, A ; R6 清。MOV R7, #16 ;計數初值LOOP:

22、CLR CMOV A, R3RLC AMOV R3, A ; R3左移一位并送回MOV A, R2RLC AMOV R2, A ; R2左移一位并送回MOV A, R6ADDC A, R6DA AMOV R6, A ; (R6)乘2并調整后送回MOV A, R5ADDC A, R5DA AMOV R5, A ; (R5)乘2并調整后送回MOV A, R4ADDC A, R4DA AMOV R4, A ; (R4)乘2并調整后送回DJNZ R7, LOOP第五章80C51的中斷系統及定時/計數器1.80C51的結構80C51系列單片機的中斷系統有5個中斷源，2個優先級，可實現二級服務中斷 嵌套。

23、表5.1各中斷源響應優先級及中斷服務程序入口表中斷源中斷標志中斷服務程序入口優先級順序外部中斷0( INT0 )IE00003H高定時/計數器0 (T0)TF0P000BH外部中斷1( INT 1)IE10013H定時/計數器1 (T1)TF1001BH用行口RI 或 T10023H低注：R1、T1必須由軟件清除。另外，所有能產生中斷的標志位均可由軟件置1或清0,由此可以獲得與硬件使之置1或清0同樣的效果。2 .中斷響應條件CPU響應中斷的條件是：第一，中斷 源有中斷請求；第二，此中斷源的中 斷允許位為1;第三是CPU開中斷(即 EA=1)。同時滿足這3個條件時，血 才可能響應中斷。3 .中斷

24、返回(使用RETI指令)RETI指令能使CPU結束中斷服務程 序的執行，返回到曾經被中斷過的程 序處，繼續執行主程序。功能：將中斷響應時壓入堆棧保存的斷點地址從棧頂彈出送回PC, CPU 從原來中斷的地方繼續執行程序； 將相應中斷優先級狀態觸發器清 0,通知中斷系統，中斷服務程序 已執行完畢。注：外部中斷定義為電平觸發方式，中 斷標志位的狀態隨CPU在每個機 器周期采樣到的外部中斷輸入引 腳的電平變化向父化。電平觸發方 式適合于外部中斷輸入以低電平 輸入且在中斷服務程序中能清除 外部中斷的情況。外部中斷定義為邊沿觸發方式,在 相繼連續的兩次采樣中，一個周期 采樣到外部中斷輸入為高電平，下一個周

25、期采樣到為低電平，則在 IE0或IE1中將所存一個邏輯1。 邊沿觸發方式適合于以負脈沖形 式輸入的外部中斷請求。4.80C51的定時/計數器80C51單片機片內集成成兩個可編程 的定時/計數器：T0和T1,它們既可 以工作于定時模式，也可以工作于外 部事件計數模式，止匕外，T1還可以作 為為行口的波特率發生器。5 .定時/計數器的控制TMOD用干設置其工作方式：TCON 用于控制其啟動和中斷申請。定時,IT式C/T=0;計數模式C/T=16 .定時/計數器的定時方式和計數方式 的區別定時方式的計數脈沖源自內部的 時鐘脈沖，每個機器周期寄存器的 值+1,計數頻率為震蕩頻率的 1/12;計數方式的

26、計數脈沖源自相應的 外部輸入引腳T0或T1,每個下降 沿寄存器值+1,最高計數頻率為振 蕩頻率的1/24.7 .定時/計數器的工作方式80C51單片機定時/計數器T0有4種工 作方式(：方式0、1、2、3X T1有3種工作方式(方式。1、2)。a.方式 0 (M1M0=00)13位計數器，由T0的低5位(高3 位未用)和TH0的8位組成。TL0的 低5位溢出時向TH0進位，TH0溢出 時,置位TCON中的TF0標志，向CPU 發出中斷請求。計數初值公式：X=213Nb.方式 1 (M1M0=01 )16位計數器，由TL0作為低8位、TH0 作為高8位，組成了 16位加1計數器。 計數個數與計數

27、初值的關系：X=216Nc.方式 2(M1M0=10)方式2為自動重裝初值的8位計數方 式。TH0為8位初值寄存器。當TL0 計數溢出時，由硬件使TF0置1,向CPU發出中斷請求，并將TH0中的計 數初值自動送入TL0o TL0從初值重 新進行加1計數。周而復始，直至 TR0=0才會停止。計數個數與計數初值的關系：X=28 N d.方式 3(M1M0=11)只適用于定時/計數器T0,定時器T1 處于方式3時相當于TR1=0,停止計 數。方式3時，T0分為兩個獨立的8位計 數器TL0和TH0 ,TL0使用T0的所有控制位：C/T、GATE、TR0、TF0 和INTO。當TL0計數溢出時，由硬件使

28、TF0置1,向CPU發出中斷請求。8 .定時/計數器的應用舉例a.利用定時/計數器T0方式1,產生10ms的定時，并使P1.0引腳上輸出周期為20ms的方波，采用中斷方式，設系統時鐘頻率為 12MHZ。解：(1)計算計數初值X:由于晶振為12MHZ,所以機器周期Tcy為1陷。所以：3上？ 6N=t/Tcy=10*10 /1*10 =10000X=216 N=65536 10000=55536=D8F0H即應將D8H送入TH0中，F0H送入TL0中。(2)求T0的方式控制字TMOD :M1M0=01 , GATE=0, C/T=0,可取方式控制字為 01H。(3)程序清單如下ORG LJMPOR

29、G LJMP ORG MAIN : MOVMOV MOV SETB SETBSETB SJMPDVT0: CPL MOV0000HMAIN ;跳轉到主程序000BH ; T0的中斷入口地址DVT0 ;轉向中斷服務程序0100HTMOD , #01H ;置T0工作于方式1TH0, #0D8H ;裝入計數初值TL0, #0F0HET0 ; T0開中斷EA ; CPU開中斷TR0 ;啟動T0$;等待中斷P1.0 ; P1.0取反輸出TH0, #0D8H ;重新裝入計數值MOV TL0, #0F0HRETI ;中斷返回ENDb.利用定時/計數器T0從P1.0輸出周期為1s,脈寬為20ms的正脈沖信號，

30、品振 頻率為12MHZ。試設計程序。解：采用定時20ms,然后再計數1、49次的方法實現。a. T0工作在定時方式1時，控制字TMOD配置：M1M0=01 , GATE=0, C/T =0,可取方式控制字為 01H。b.計算計數初值X :晶振為12MHZ,所以機器周期Tcy為1日。所以:N=t/Tcy=20*10 3/1*10 6=20000X=216 N=65536 20000=45536=4E20H即應將4EH送入TH1中，20H送入TL1中。c.實現程序如下：ORG 0000HAJMP MAIN ;跳轉到主程序 ORG 0030HMAIN : MOV TMOD, #01H ;置 T0 工

31、作于方式 1MOVTH0,#4EH;裝入循環計數初值MOVTL0,#20H;首次計數值LP0:SETBP1.0ACALLNT0pi iHHii j|. ： , 1 ,LCLRP1.0MOVR7, #49 ;計數 49 次LP1: ACALLNT0 c.要求從P1.1引腳輸出1000Hz方波，晶振頻率為12MHZ。試設計程序 解：采用T0實現。DJNZ AJMPNT0: MOVMOVSETB JNB CLR CLR RET ENDR7, LP1 LP0TH0, #4EHTL0, #20HTR0TF0, $TR0TF0 T0工作在定時方式1時，控制字TMOD配置：M1M0=01, GATE=0, C/T =0,可取方式控制字為 01H。計算計數初值：晶振為12MHZ,所以機器周期Tcy為1肉。1/1000=1*10 一3。所以:N=t/Tcy=0.5*10 3/1*10 6=500X=216N=65536