單片機原理簡述

隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及其發(fā)展，將計算機的CPU 、RAM 、 ROM 、定時/數(shù)器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片級的計算機，因此單片機早期的含義稱為單片微型計算機，直譯為單片機 。

一、單片機的特點 ：

1 、具有優(yōu)異的性能價格比

2 、集成度高、體積小、可靠性高

3 、控制功能強

4 、低電壓、低功耗

二、單片機的應(yīng)用 ：

1 、在智能儀器儀表中的應(yīng)用：在各類儀器儀表中引入單片機，使儀器儀表智能化，提高測試的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價格比。

2 、在機電一體化中的應(yīng)用：機電一體化產(chǎn)品是指集機械、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)于一本，具有智能化特征的電子產(chǎn)品。

3 、在實時過程控制中的應(yīng)用：用單片機實時進行數(shù)據(jù)處理和控制，使系統(tǒng)保持最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。

4 、在人類生活中的應(yīng)用：目前國外各種家用電器已普通采用單片機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制電路。

5 、在其它方面的應(yīng)用：單片機除以上各方面的應(yīng)用，它還廣泛應(yīng)用于辦公自動化領(lǐng)域、商業(yè)營銷領(lǐng)域、汽車及通信、計算機外部設(shè)備、模糊控制等各領(lǐng)域中。

三、單片機的基本組成 ：

它由 CPU 、存儲器（包括 RAM 和 ROM ）、 I/O 接口、定時 / 計數(shù)器、中斷控制功能等均集成在一塊芯片上，片內(nèi)各功能通過內(nèi)部總線相互連接起來。

輸入 / 輸出引腳 P0 、 P1 、 P2 、 P3 的功能 ：P0.0~P0 。 7 ： P0 口是一個 8 位漏極開路型雙向 I/O 端口。在訪問片外存儲器時，它分時作低 8 位地址和 8 位雙向數(shù)據(jù)總線用。在EPROM 編程時，由 P0 輸入指令字節(jié)，而在驗證程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證程序時，要求外接上拉電阻。 P0 能以吸收電流的方式驅(qū)動8個LSTTL 負載。

P1. 0 ~P1. 7 （ 1~8 腳）： P1 是一上帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在 EPROM 編程和驗證程序時，由它輸入低 8 位地址。 P1 能驅(qū)動 4 個 LSTTL 負載。

在 8032/8052 中， P1. 0 還相當于專用功能端 T2 ，即定時器的計數(shù)觸發(fā)輸入端； P1. 1 還相當于專用功能端T2EX ，即定時器 T2 的外部控制端。P2.0~P2.7 （ 21~28 腳）： P2 也是一上帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在訪問外部存儲器時，由它輸出高 8 位地址。在對 EPROM 編程和程序驗證時，由它輸入高 8 位地址。 P2 可以驅(qū)動 4 個 LSTTL 負載。P3. 0 ~P3. 7 （ 10~17 腳）： P3 也是一上帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口。在 MCS-51 中，這 8 個引腳還用于專門的第二功能。 P3 能驅(qū)動 4 個 LSTTL 負載。

P3. 0 RXD （串行口輸入）

P3. 1 TXD （串

行口輸出）

P3. 2 INT0 （外部中斷 0 輸入）

P3. 3 INT1 （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(shù)據(jù)存儲器寫選通）

P3. 7 RD （片外數(shù)據(jù)存儲器讀選通）

四、MCS-51 的尋址方式：

1 、立即尋址 如： MOV A ， #40H

2 、直接尋址 如： MOV A ， 3AH

3 、寄存器尋址 如： MOV A ， Rn

4 、寄存器間接尋址 如： MOV A ， @Rn

5 、基址加變址尋址 如： MOVC A ， @A+DPTR

6 、相對尋址 如： SJMP 08H

7 、位尋址 MOV 20H ， C

五、指令：

MOV ： 片內(nèi) RAM 傳送

MOVX ： 片外 RAM 傳送

MOVC ： ROM 傳送

XCH ： 交換（和 A 交換）

SWAP ： A 內(nèi)半字節(jié)交換

ADD ：不帶進位加

ADDC ：帶進位加

SUBB ：帶進位減

INC ：加 1

DEC ：減 1

MUL ：乘法

DIV ：除法

DAA ：調(diào)整

六、計數(shù)初值的計算

定時或計數(shù)方式下計數(shù)初值如何確定，定時器選擇不同的工作方式，不同的操作模式其計數(shù)值均不相同。若設(shè)最大計數(shù)值為 M ，各操作模式下的 M 值為：

模式 0 ： M=2 13 =8192

模式 1 ： M=2 16 =65536

模式 第一文庫網(wǎng)2 ： M=2 8 =256

模式 3 ： M=256 ，定時器 T0 分成 2 個獨立的 8 位計數(shù)器，所以 TH0 、 TL0 的 M 均為 256 。

因為 MCS-51 的兩個定時器均為加 1 計數(shù)器，當初到最大值（ 00H 或 0000H ）時產(chǎn)生溢出，將 TF 位置 1 ，可發(fā)出溢出中斷，因此計數(shù)器初值 X 的計算式為： X=M- 計數(shù)值式中的 M 由操作模式確定，不同的操作模式計數(shù)器的長不相同，故M值也不相同。而式中的計數(shù)值與定時器的工作方式有關(guān)。

1 、計數(shù)工作方式時

計數(shù)工作方式時，計數(shù)脈沖由外部引入，是對外部沖進行計數(shù)，因此計數(shù)值根據(jù)要求確定。其計數(shù)初值： X=M- 計數(shù)值

例如：某工序要求對外部脈沖信號計 100 次， X=M-100

2 、定時工作方式時

定時工作方式時，因為計數(shù)脈沖由內(nèi)部供給，是對機器周期進行計數(shù)，故計數(shù)脈沖頻率為 f cont =f osc × 1/12 、計數(shù)周期 T=1/f cont =12/f osc 定時工作方式的計數(shù)初值 X 等于：

X=M- 計數(shù)值 =M-t/T=M- （ f osc × t ） /12

式中： f osc 為振蕩器的振蕩頻率， t 為要求定時的時間。

定時器有兩種工作方式 ：即定時和計數(shù)工作方式。由 TMOD 的 D6 位和 D2 位選擇，其中 D6 位選擇 T1 的工作方式， D2 位選擇 T0 的工作方式。 =0 工作在定時方式， =1 工作在計數(shù)方式。并有四種操作模式：

1 、模式 0 ： 13 位計數(shù)器， Tli 只用低 5 位。

2 、模式 1 ： 16 位計數(shù)器。

3 、模式 2 ： 8 位自動重裝計數(shù)器， Thi 的值在計數(shù)中不變， Tli 溢出時， Thi 中的值自動裝入 Tli 中。

4 、模式 3 ： T0 分成 2 個獨立的 8 位計數(shù)器， T1 停止計數(shù)。

MCS-51 有 5 個中斷源，可分為 2 個中斷優(yōu)先級，即高優(yōu)先級和低優(yōu)先級，中斷自然優(yōu)先級：

外部中斷 0 ；定時器 0 中斷； 外部中斷 1 ；定時器 1 中斷 ；

串行口中斷 ；定時器 2 中斷

（ 1 ）同級或高優(yōu)先級的中斷正在進行中；

（ 2 ）現(xiàn)在的機器周期還不是執(zhí)行指令的最后一上機器周期，即正在執(zhí)行的指令還沒完成前不響應(yīng)任何中斷；

（ 3 ）正在執(zhí)行的是中斷返回指令 RET1 或是訪問專用寄存器 IE 或 IP 的指令，換而言之，在 RETI 或者讀寫 IE 或 IP 之后，不會馬上響應(yīng)中斷請求，至少要在執(zhí)行其它一要指令之扣才會響應(yīng)。

（一）中斷響應(yīng)條件

CPU 響應(yīng)中斷的條件有：

（ 1 ）有中斷源發(fā)出中斷請求；

（ 2 ）中斷總允許位 EA=1 ，即 CPU 開中斷；

（ 3 ）申請中斷的中斷源的中斷允許位為 1 ，即沒有被屏蔽。

七、串行口工作方式及幀格式

MCS-51 單片機串行口可以通過軟件設(shè)置四種工作方式：

方式 0 ：這種工作方式比較特殊，與常見的微型計算機的串行口不同，它又叫同步移位寄存器輸出方式。在這種方式下，數(shù)據(jù)從 RXD 端串行輸出或輸入，同步信號從 TXD 端輸出，波特率固定不變，為振蕩率的 1/12 。該方式是以 8 位數(shù)據(jù)為一幀，沒有起始位和停止位，先發(fā)送或接收最低位。

方式 2 ：采用這種方式可接收或發(fā)送 11 位數(shù)據(jù)，以 11 位為一幀，比方式 1 增加了一個數(shù)據(jù)位，其余相同。第 9 個數(shù)據(jù)即 D8 位具有特別的用途，可以通過軟件摟控制它，再加特殊功能寄存器 SCON 中的 SM2 位的配合，可使 MCS-51 單片機串行口適用于多機通信。方式 2 的波特率固定，只有兩種選擇，為振蕩率的 1/64 或 1/32 ，可由 PCON 的最高位選擇。

方式 3 ：方式 3 與方式 2 完全類似，唯一的區(qū)別是方式 3 的小組特率是可變的。而幀格式與方式 2- 樣為 11 位一幀。所以方式 3 也適合于多機通信。

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