《单片机实习课题》PPT课件.ppt

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1、单片机实训课题,南京技师学院 电气工程系 电子信息二室,单片机实训授课计划（四周）,课题一：单片机的软件仿真 课题二：基于单片机的循环彩灯 课题三：基于单片机的键盘应用 课题四：基于单片机的数码显示,单片机理论知识,一、51系列单片机概述 二、MCS-51单片机的结构 一、 MCS-51单片机内部结构框图 二、 MCS-51单片机芯片内部逻辑结构 三、 MCS-51的信号引脚 四、 MCS-51单片机的内部存储器 五、 MCS-51单片机时钟电路与时序 六、 MCS-51单片机复位电路 三、程序讲解,51系列单片机概述,一、MCS-51系列 （1）MCS-51是Intel公司生产的一个单片机系

2、列名称。属于这一系列的单片机有多种，如： 8051/8751/8031； 8052/8752/8032； 80C51/87C51/80C31 80C52/87C52/80C32等 。,80C51系列概述,（2）该系列生产工艺有两种： 一是HMOS工艺（高密度短沟道MOS工艺）。二是CHMOS工艺（互补金属氧化物的HMOS工艺）。 CHMOS是CMOS和HMOS的结合，既保持了HMOS高速度和高密度的特点，还具有CMOS的低功耗的特点。在产品型号中凡带有字母“C”的即为CHMOS芯片，CHMOS芯片的电平既与TTL电平兼容，又与CMOS电平兼容。,80C51系列概述,（3）在功能上，该系列单片机

3、有基本型和增强型两大类： 基本型： 8051/8751/8031 80C51/87C51/80C31 增强型： 8052/8752/8032 80C52/87C52/80C32,80C51系列概述,4）在片内程序存储器的配置上，该系列单片机有三种形式，即掩膜ROM、EPROM和ROMLess(无片内程序存储器)。 如： 80C51有4K字节的掩膜ROM； 87C51有4K字节的EPROM ； 80C31在芯片内无程序存储器。,80C51系列概述,二、 80C51系列 80C51是MCS-51系列中CHMOS工艺的一个典型品种 ；其它厂商以8051为基核开发出的CMOS工艺单片机产品统称为80C

4、51系列。当前常用的80C51系列单片机主要产品有： Intel的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等； ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等； Philips、华邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司的许多产品 。,80C51系列概述,三、 80C51典型产品资源配置,8051单片机的结构,一、 MCS-51单片机内部结构框图,8051单片机的结构,二、 MCS-51单片机芯片内部逻辑结构,中央处理器(CPU),运算器,控制器,：ALU(算术逻辑单元),、ACC(累加器),、B寄存器,、程序状态字,、暂存寄存器,：P

5、C(程序计数器),、PC加1寄存器,、指令寄存器,、指令译码器,8051单片机的结构,2. 内部数据寄存器,RAM(128*8),、RAM地址寄存器,3. 内部程序寄存器,ROM(4K*8),、程序地址寄存器,4. 定时器/计数器,2个16位的定时器/计数器,5. 并行I/O口,4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3),8051单片机的结构,6. 串行口,7. 中断控制系统,5个中断源：外中断2个、定时/计数中断2个、串行中断1个。,8. 时钟电路,9. 位处理器,10. 总线,8051单片机的结构,三、 MCS-51的信号引脚 40引脚双列直插式,8051单片机的结构,1. 信号引脚介绍

6、,输入/输出口线,P0.0P0.7 P0口8位双向口线,P1.0P1.7 P1口8位双向口线,P2.0P2.7 P2口8位双向口线,P3.0P3.7 P3口8位双向口线,ALE 地址锁存控制信号,(1) P0口输出的低8位地址锁存控制信号,(2) 作为外部时钟或外部定时脉冲,8051单片机的结构,0：仅访问外部程序存储器,1：从内部程序存储器开始访问，并可延续至外部程序存储器。,RST 复位信号：连续2个周期以上的高电平。,XTAL1、XTAL2 外接晶体引线端,VSS 地线,VCC +5V电源,8051单片机的结构,2. 信号引脚的第二功能,P3口线的第二功能,8051单片机的结构,四、 M

7、CS-51单片机的内部存储器,以80C51为例,数据存储器,程序存储器,低128单元(单元地址00H-7FH),高128单元(单元地址80H-FFH),8051单片机的结构,（一） 内部数据存储器低128单元,1. 通用寄存器区 (00H-1FH),(1) 分成四组0,1,2,3，每组8个寄存器(R7-R0),每个寄存器为8位。,(2) 任意时刻，CPU只能使用其中的一组寄存器。,(3) 运用通用寄存器，可以简化程序设计，提高运行速度。,2. 位寻址区 (20H-2FH),3. 用户RAM区 (30H-7FH),8051单片机的结构,（二）内部数据存储器高128单元,专用寄存器(SFR)、特殊

8、功能寄存器,1. 专用寄存器简介：22个，可寻址21个。,(1) 程序计数器(PC）：16位，不可寻址。,(2) 累加器A(或ACC）：8位，寻址地址0E0H。,(3) B寄存器：8位，寻址地址0F0H。,8051单片机的结构,(4) 程序状态字(PSW）：8位，寻址地址0D0H。,CY: 进位标志位。,AC: 辅助进位标志位。,F0: 用户标志位。,RS1和RS0 :寄存器组选择位。,OV: 溢出标志位。,P: 奇偶标志位。,(5) 数据指针(DPTR）：16位 寻址地址： 82H(DPL)， 83H(DPH)。,8051单片机的结构,2. 专用寄存器的字节寻址（21个）,3. 专用寄存器的

9、位寻址,(1) 21个专用寄存器不连续分布在内部RAM的高128个单元，空余单元不能使用。,(2) 程序计数器(PC)不可寻址。,(3) 对专用寄存器采用直接寻址方式，指令中使用寄存器符号或寄存器地址。,(1) 11个专用寄存器可位寻址（83个寻址位）。,(2) 与内部数据存储器低128单元中的位寻址区(20H-2FH),共同组成数据位存储区。,8051单片机的结构,（三） MCS-51的堆栈操作,术语：出栈、入栈、栈底、栈顶、后入先出,1、堆栈的功能：保护断点、保护现场,2、堆栈的开辟：内部数据存储器,3、堆栈指示器：SP（复位后为07H, 初始化为30H）,4、堆栈类型：向上生长型,入栈,

10、SP,30H或4AH或78H,(1) SPSP+1,8051单片机的结构,（三） MCS-51的堆栈操作,术语：出栈、入栈、栈底、栈顶、后入先出,1、堆栈的功能：保护断点、保护现场,2、堆栈的开辟：内部数据存储器,3、堆栈指示器：SP（复位后为07H, 初始化为30H）,4、堆栈类型：向上生长型,入栈,30H或4AH或78H,(1) SPSP+1,SP,(2) 写入数据,出栈,(1) 读出数据,(2) SPSP-1,8051单片机的结构,（三） MCS-51的堆栈操作,术语：出栈、入栈、栈底、栈顶、后入先出,1、堆栈的功能：保护断点、保护现场,2、堆栈的开辟：内部数据存储器,3、堆栈指示器：S

11、P（复位后为07H, 初始化为30H）,4、堆栈类型：向上生长型,入栈,30H或4AH或78H,(1) SPSP+1,SP,(2) 写入数据,出栈,(1) 读出数据,(2) SPSP-1,、向下生长型,（8086）,8051单片机的结构,（四） 内部程序存储器,80C51：4K ROM程序存储器，地址0000H-0FFFH,启动单元： 0000H-0002H,中断地址区：0003H-002AH,8051单片机的结构,（五） MCS-51单片机系统的存储器结构特点,1. 数据存储器和程序存储器分开,3. 存储器扩展,16位地址线-寻址范围,64KB,地址 0000H-FFFFH,2. 内部存储器

12、和外部存储器分开,8051单片机的结构,五、 MCS-51单片机时钟电路与时序,1. 时钟信号的产生,组成：晶体振荡器、电容（2个）,1.2MHz-12MHz 一般取12M,取30pF，起微调作用,内部时钟电路,2. 引入外部脉冲信号,（一）时钟信号,8051单片机的结构,五、 MCS-51单片机时钟电路与时序,（二）时序定时单位,振荡脉冲 例:12M、6M,2分频,时钟脉冲 6M、3M,3分频,ALE,6分频,机器周期 1M、0.5M,1. 节拍与状态,一个时钟脉冲一个拍节(S),两个节拍(S) 一个状态(P),2. 机器周期,1M-1us,0.5M -2us,3. 指令周期,一个指令周期包

13、含若干个机器周期,8051单片机的结构,节拍：指振荡脉冲的周期（有P表示）； 每二个节拍定义为一个状态（用S表示）； 规定一个机器周期的宽度为6个状态，即12个节拍； 即，一个机器周期就由12个振荡周期组成。 （当振荡频率为12MHz时，一个机器周期为1us；当振荡频率为6MHz时，一个机器周期为2us）； 指令周期：指执行一条指令所需的时间。根据指令的不同，MCS-51的指令周期可分别包含有一、二、四个机器周期。,五、 MCS-51单片机时钟电路与时序,（二）时序定时单位,8051单片机的结构,六、 MCS-51单片机复位电路 1、复位后，PC初始化作为0000H，使单片机从0000H单元开

14、始执行程序。所以单片机除了正常的初始化外，当程序运行出错或操作错误使系统处于死循环时，也需要按复位键以重新启动机器。复位不影响片内RAM存放的内容，而ALE和PSEN在复位期间将输入高电平。 2、RST引脚是复位信号输入端，复位信号为高电平有效。当高电平持续24个振荡脉冲周期（即二个机器周期）以上时，单片机完成复位。假如使用晶振频率为6MHz，则复位信号持续时间应不小于4us。,8051单片机的结构,六、 MCS-51单片机复位电路 3、复位分为上点自动复位和按键手动复位两种方式。复位电路中的电阻，电容数值是为了保证在RST端能够保持2个机器周期以上的高电平以完成复位而设定的。,程序讲解,例1

15、: 51单片机延时时间的设计 例2：广告灯的左移右移 例3:广告灯(利用取表方式) 例4:定时器与计数器的应用,程序讲解,例1：51单片机延时时间的设计（晶振为12MHz，即1个机器周期为1us） 注： （1）MOV Rn,#data 和 nop 指令的执行时间都为1个机器周期。 （2）DJNZ Rn,rel 指令的执行时间为2个机器周期。,程序讲解,例1：51单片机延时时间的设计（晶振为12MHz，即1个机器周期为1us） DELAY:MOV R3,#20 D1:MOV R4,#20 D2: MOV R5,#248 DJNZ R5,$ DJNZ R4,D2 DJNZ R3,D1 RET,程序

16、讲解,例1：51单片机延时时间的设计（晶振为12MHz，即1个机器周期为1us） DELAY:MOV R3,#20 D1:MOV R4,#20 D2: MOV R5,#248 DJNZ R5,$ DJNZ R4,D2 DJNZ R3,D1 RET,程序讲解,例1：51单片机延时时间的设计（晶振为12MHz，即1个机器周期为1us） DELAY:MOV R3,#20 D1:MOV R4,#20 D2: MOV R5,#248 DJNZ R5,$ DJNZ R4,D2 DJNZ R3,D1 RET,程序讲解,例1：51单片机延时时间的设计（晶振为12MHz，即1个机器周期为1us） DELAY:M

17、OV R3,#20 D1:MOV R4,#20 D2: MOV R5,#248 DJNZ R5,$ DJNZ R4,D2 DJNZ R3,D1 RET,199661+2 =199663,程序讲解,例2：广告灯的左移右移（电路图）,程序讲解,例2：广告灯的左移右移（程序） ORG 00H START： MOV A，#0FFH CLR C MOV R2，#08H LOOP： RLC A MOV P2，A CALL DELAY DJNZ R2，LOOP MOV R2，#07H LOOP1： RRC A MOV P2，A CALL DELAY DJNZ R2，LOOP1 JMP START,DELAY

18、：MOV R3，#20 D1： MOV R4，#20 D2： MOV R5，#248 DJNZ R5，$ DJNZ R4,D2 DJNZ R3,D1 RET END,程序讲解,例2：广告灯的左移右移（程序） ORG 00H ;起始地址 START： MOV A，#0FFH ；ACC=FFH左移初值 CLR C ；C=0 MOV R2，#08H ；设左移8次 LOOP： RLC A ；左移一位 MOV P2，A ；输出至P2 CALL DELAY ；延时0。2秒 DJNZ R2，LOOP ；左移8次？ MOV R2，#07H ；设右移7次 LOOP1： RRC A ；右移一位 MOV P2，A

19、；输出至P2 CALL DELAY ；延时0。2秒 DJNZ R2，LOOP1 ；右移7次？ JMP START ；返回,程序流程图讲解,开始和结束框：表示程序的开始和结束,处理框：表示某种处理工程或完成一定的功能,判断框：根据不同的判断结果，执行不同的分支程序,、,流向线：表示程序执行的前进方向,程序流程图讲解,二极管左移流程图,开始,赋值P1=FFH 熄来所有灯,赋初值P1=FEH,延时1S,左移一位,程序流程图讲解,分支程序设计：,条件成立？,N,Y,程序流程图讲解,分支程序设计： 例题：求符号函数的值 1 当X0 Y= 0 当X=0 的值。 -1 当X0 编程说明：设变量X存放在40H

20、单元中，函数Y存放在41H单元中。此程序为三分支程序。,程序流程图讲解,程序流程图如图所示,程序流程图讲解,循环程序的结构,程序讲解,例3:广告灯(利用取表方式) 功能说明： 1、利用取表的方法，使端口P2做单一灯的变化：左移2次，右移2次，闪烁2次。（延时时间0.2秒） 2、利用MOV DPTR，#data16指令来使数据指针寄存器指到表的开头。 3、利用MOVC A,A+DPTR的指令，根据累加器的值再加上DPTR的值，就可以使程序计算器PC指到表格内所要取出的数据。,程序讲解,例3:广告灯(利用取表方式) 电路图,程序讲解,例3:广告灯(利用取表方式) 流程图：,开始,数据指针DPTR指

21、到TABLE表的开头,根据DPTR到表内取码,取出的码是结束码01H？,将取出的码输出至P2口,将数据之中指针加1,延时0.2秒,Y,N,程序讲解,知识点： MOV DPTR，#data16 MOVC A,A+DPTR,程序讲解,例3:广告灯(利用取表方式) 程序,ORG 00H START: MOV DPTR，#TABLE LOOP: CLR A MOVC A，A+DPTR CJNE A，#01，LOOP1 JMP START LOOP1:MOV P2，A MOV R3，#20 CALL DELAY INC DPTR JMP LOOP DELAY:MOV R4，#20 D1:MOV R5，#

22、248 DJNZ R5，$ DJNZ R4，D1 DJNZ R3，DELAY RET,TABLE:DB 0FEH,0FDH,0FBH,0F7H;左移 DB 0EFH,0DFH,0BFH,7FH DB 0FEH,0FDH,0FBH,0F7H;左移 DB 0EFH,0DFH,0BFH,7FH DB 7FH,0BFH,0DFH,0EFH;右移 DB 0F7H,0FBH,0FDH,0FEH DB 7FH,0BFH,0DFH,0EFH;右移 DB 0F7H,0FBH,0FDH,0FEH DB 00H,0FFH,00H,0FFH;闪烁2次 DB 01H;结束码 END,程序讲解,例3:广告灯(利用取表方式

23、) 程序+注释,ORG 00H START: MOV DPTR，#TABLE;TABLE表的地址存入数据指针 LOOP: CLR A;清除ACC MOVC A，A+DPTR;到数据指针所指的地址取码 CJNE A，#01，LOOP1;取出的码是否为01H?不是则跳到LOOP1 JMP START LOOP1:MOV P2，A;将A输出至P2口 MOV R3，#20;延时0.2秒 CALL DELAY INC DPTR;数据指针加1,取下一个码 JMP LOOP DELAY:MOV R4，#20;10毫秒 D1:MOV R5，#248 DJNZ R5，$ DJNZ R4，D1 DJNZ R3，D

24、ELAY RET,程序讲解,例4:定时器与计数器的应用 知识点: 一、8051有两个16位的定时器/计数器，即定时器0（TIMER0）和定时器1（TIMER1）。8052则有3个定时器，除8051具有的两个外，再加上一个定时器2（TIMER2）。以上3个都可以当成定时器或计数器使用。 二、定时器0和定时器1 其使用定时或计数器的功能是由特殊功能寄存器内TMOD的C/T位所决定的。这两个定时器/计数器共有4种工作方式，它是由TMOD内的两个位M1和M0加以选择。,程序讲解,例4:定时器与计数器的应用 TMOD说明如下： TMOD：定时器模式控制寄存器（地址：89H）,GATE,M0,C/T,M1

25、,GATE,M0,C/T,M1,TIMER1,TIMER0,GATE：当TRX（在TCON内）=1且GATE=1时，定时器只在/INTX引脚为高电平时才会计时；当GATE=0时，则定时器只在TRX=1时会计时。,C/T：C/T=0时为定时器，C/T=1时为计数器。,M1、M0：工作方式。,程序讲解,例4:定时器与计数器的应用 M1、M0工作方式的功能,程序讲解,例4:定时器与计数器的应用 三、TCON：定时器控制寄存器,TR0：TIMER0的启动位，TR0=1时为启动，TR0=0时停止。,TR1：TIMER1的启动位，TR1=1时为启动，TR1=0时停止。,TF0：TIMER0的溢出标志位，当

26、TIMER0溢出时，会设定为1； 当执行中断子程序时，会清除为0。,TF1：TIMER1的溢出标志位，当TIMER1溢出时，会设定为1； 当执行中断子程序时，会清除为0。,程序讲解,例4:定时器与计数器的应用 三、TCON：定时器控制寄存器 (1)MODE0模式下的定时器 MODE0是一个13位（高8位+低5位）的计算器，其最长的计数为213=8192个脉冲。若脉冲由内部提供（C/T=0）且石英晶体为12MHZ时，进入定时器时一个脉冲的时间为1us，其最长计时时间为8192us=8.192ms，最短时间则为1us。,程序讲解,MODE0模式下的定时器结构,程序讲解,例4:定时器与计数器的应用

27、三、TCON：定时器控制寄存器 MODE0的定时设定：因为TLX（5位）的值应为计数值COUNT除以32的余数，而THX的设定值为计数值COUNT除以32的商，即 TLX=COUNT MOD 32 THX=COUNT/32 例：以设计时间为8000微秒为例，每个计数脉冲1us，须计数8000个 TLX=（8192-8000） MOD 32=00 THX=（8192-8000）/32=06,注：X=0表示TIMER0，X=1表示TIMER1。,程序讲解,例4:定时器与计数器的应用 三、TCON：定时器控制寄存器,程序讲解,例4:定时器与计数器的应用 三、TCON：定时器控制寄存器 （2）MODE

28、1模式下的定时器 MODE1为一个16位的计数器，其最大的计数脉冲数为65536。若脉冲周期为1us时，则其最长的计时时间为655361us =65536us=65.536ms，最短为1us。,程序讲解,MODE1模式下的定时器结构,程序讲解,例4:定时器与计数器的应用 三、TCON：定时器控制寄存器,程序讲解,例4:定时器与计数器的应用 三、TCON：定时器控制寄存器 （3）MODE2模式下的定时器 TIMER0、TIMER1工作在MODE2时，是一个具有自动重新载入设定值功能的8位定时器。TLX为真正计数脉冲的计数器，而THX则为存放重新载入的缓冲器。当TLX计数溢出时，除了TFX=1外，

29、也会将存放在THX的值载入TLX内，且不会改变THX的内容。 注：X=0表示TIMER0；X=1表示TIMER1。,程序讲解,MODE2模式下的定时器结构,程序讲解,例4:定时器与计数器的应用 三、TCON：定时器控制寄存器,程序讲解,例4:定时器与计数器的应用 三、TCON：定时器控制寄存器 （4）MODE3模式下的定时器 TIMER0和TIMER1工作在MODE3时的动作不同，TIMER0工作在MODE3时会分成两个独立的8位定时器，TL0为一个独立的8位的定时器，由TIMER0所控制。而TH0则为另一个8位的定时器，由TIMER1的TR1所控制，且TH0控制了TIMER1的中断TF1。若

30、TIMER1工作在MODE3时，会使TIMER1停止计时。,程序讲解,程序讲解,例4:定时器与计数器的应用 三、TCON：定时器控制寄存器,程序讲解,程序讲解： 广告灯的左移右移 （延时时间使用TIMER0在MODE0下工作） 功能说明： 1、开始时P20亮，延时0.2秒后左移至P21亮，如此左移7次后至P27亮，再延时0.2秒右移至P26亮，如此右移7次后至P20亮。 2、延时时间0.2秒，使用TIMER0在MODE0下工作。,广告灯的左移右移（延时时间使用TIMER0在MODE0下工作）,电路图,广告灯的左移右移（延时时间使用TIMER0在MODE0下工作）,ORG 00H MOV TMO

31、D，#00H START：CLR C MOV A，#0FFH MOV R2，#08 LOOP：RLC A MOV P2，A MOV R3，#100 CALL DELAY DJNZ R2，LOOP MOV R2，#07 LOOP1：RRC A MOV P2，A MOV R3，#100 CALL DELAY DJNZ R2，LOOP1 JMP START,DELAY：SETB TR0 AGAIN：MOV TL0，#（8192-2000） MOD 32 MOV TH0，#（8192-2000）/32 LOOP2：JBC TF0，LOOP3 JMP LOOP2 LOOP3：DJNZ R3，AGAIN

32、CLR TR0 RET END,广告灯的左移右移（延时时间使用TIMER0在MODE0下工作）,ORG 00H；起始地址 MOV TMOD，#00H；设定TIMER0工作在MODE0 START：CLR C；C=0 MOV A，#0FFH；ACC=FFH，左移初值 MOV R2，#08；R2=08，设左移8次 LOOP：RLC A；左移一位 MOV P2，A；输出至P2 MOV R3，#100；0.2秒 CALL DELAY；2000微秒 DJNZ R2，LOOP；左移8次 MOV R2，#07；R2=07，设右移7次 LOOP1：RRC A；右移一位 MOV P2，A；输出至P2 MOV R

33、3，#100；0.2秒 CALL DELAY；2000微秒 DJNZ R2，LOOP1；右移7次 JMP START,广告灯的左移右移（延时时间使用TIMER0在MODE0下工作）,DELAY：SETB TR0 AGAIN：MOV TL0，#（8192-2000） MOD 32 MOV TH0，#（8192-2000）/32 LOOP2：JBC TF0，LOOP3 JMP LOOP2 LOOP3：DJNZ R3，AGAIN CLR TR0 RET END,；启动TIMER0开始计时 ；设定TL0的值 ；设定TH0的值 ；TF0是否为1，是则跳至LOOP3，并清除TF0 ；不是则跳到LOOP2 ；R3是否为0？不是则跳到AGAIN ；是则停止TIMR0计数,