单片机原理简介

 

　　随着大规模集成电路的出现和发展，将计算机的cpu 、ram 、 rom 、定时/数器和多种i/o接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机，直译为单片机。

   

一、单片机的特点：

 

    1 、具有优异的性能价格比；

    2 、集成度高、体积小、可靠性高；

    3 、控制功能强；

    4 、低电压、低功耗 。

   

二、单片机的应用：

 

    1 、在智能仪器仪表中的应用：在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。

 

    2 、在机电一体化中的应用：机电一体化产品是指集机械、微电子技术、计算机技术于一本，具有智能化特征的电子产品。

 

    3 、在实时过程控制中的应用：用单片机实时进行数据处理和控制，使系统保持最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品的质量。

 

    4 、在人类生活中的应用：目前国外各种家用电器已普通采用单片机代替传统的控制电路。

 

    5 、在其它方面的应用：单片机除以上各方面的应用，它还广泛应用于办公自动化领域、商业营销领域、汽车及通信、计算机外部设备、模糊控制等各领域中。

 

   

三、单片机的基本组成：

    它由 cpu 、存储器（包括 ram 和 rom ）、 i/o 接口、定时 / 计数器、中断控制功能等均集成在一块芯片上，片内各功能通过内部总线相互连接起来。

 

    输入 / 输出引脚 p0 、 p1 、 p2 、 p3 的功能 ：p0.0~p0 。 7 ： p0 口是一个 8 位漏极开路型双向 i/o 端口。在访问片外存储器时，它分时作低 8 位地址和 8 位双向数据总线用。在eprom 编程时，由 p0 输入指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。验证程序时，要求外接上拉电阻。 p0 能以吸收电流的方式驱动8个lsttl 负载。

 

    p1. 0 ~p1. 7 （ 1~8 脚）： p1 是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口。在 eprom 编程和验证程序时，由它输入低 8 位地址。 p1 能驱动 4 个 lsttl 负载。

 

    在 8032/8052 中， p1. 0 还相当于专用功能端 t2 ，即定时器的计数触发输入端； p1. 1 还相当于专用功能端t2ex ，即定时器 t2 的外部控制端。p2.0~p2.7 （ 21~28 脚）： p2 也是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口。在访问外部存储器时，由它输出高 8 位地址。在对 eprom 编程和程序验证时，由它输入高 8 位地址。 p2 可以驱动 4 个 lsttl 负载。p3. 0 ~p3. 7 （ 10~17 脚）： p3 也是一上带内部上拉电阻的双向 i/o 口。在 mcs-51 中，这 8 个引脚还用于专门的第二功能。 p3 能驱动 4 个 lsttl 负载。

 

    p3. 0 rxd （串行口输入）

    p3. 1 txd （串行口输出）

    p3. 2 int0 （外部中断 0 输入）

    p3. 3 int1 （外部中断 1 输入）

    p3. 4 t0 （定时器 0 的外部输入）

    p3. 5 t1 （定时器 1 的外部输入）

    p3. 6 wr （片外数据存储器写选通）

    p3. 7 rd （片外数据存储器读选通）

 

   

 四、mcs-51 的寻址方式：

    1 、立即寻址 如： mov a ， #40h

    2 、直接寻址 如： mov a ， 3ah

    3 、寄存器寻址 如： mov a ， rn

    4 、寄存器间接寻址 如： mov a ， @rn

   5 、基址加变址寻址 如： movc a ， @a+dptr

   6 、相对寻址 如： sjmp 08h

   7 、位寻址 mov 20h ， c

 

  

五、指令：

    mov ： 片内 ram 传送

    movx ： 片外 ram 传送

    movc ： rom 传送

    xch ： 交换（和 a 交换）

    swap ： a 内半字节交换

    add ：不带进位加

    addc ：带进位加

    subb ：带进位减

    inc ：加 1

    dec ：减 1

    mul ：乘法

    div ：除法

    daa ：调整

 

    

六、计数初值的计算

    定时或计数方式下计数初值如何确定，定时器选择不同的工作方式，不同的操作模式其计数值均不相同。若设最大计数值为 m ，各操作模式下的 m 值为：

 

    模式 0 ： m=2 13 =8192

    模式 1 ： m=2 16 =65536

    模式 2 ： m=2 8 =256

    模式 3 ： m=256 ，定时器 t0 分成 2 个独立的 8 位计数器，所以 th0 、 tl0 的 m 均为 256 。

 

    因为 mcs-51 的两个定时器均为加 1 计数器，当初到最大值（ 00h 或 0000h ）时产生溢出，将 tf 位置 1 ，可发出溢出中断，因此计数器初值 x 的计算式为： x=m- 计数值式中的 m 由操作模式确定，不同的操作模式计数器的长不相同，故m值也不相同。而式中的计数值与定时器的工作方式有关。

 

    1 、计数工作方式时

    计数工作方式时，计数脉冲由外部引入，是对外部冲进行计数，因此计数值根据要求确定。其计数初值： x=m- 计数值

 

    例如：某工序要求对外部脉冲信号计 100 次， x=m-100

 

    2 、定时工作方式时

    定时工作方式时，因为计数脉冲由内部供给，是对机器周期进行计数，故计数脉冲频率为 f cont =f osc × 1/12 、计数周期 t=1/f cont =12/f osc 定时工作方式的计数初值 x 等于：

 

    x=m- 计数值 =m-t/t=m- （ f osc × t ） /12

 

    式中： f osc 为振荡器的振荡频率， t 为要求定时的时间。

 

    定时器有两种工作方式 ：即定时和计数工作方式。由 tmod 的 d6 位和 d2 位选择，其中 d6 位选择 t1 的工作方式， d2 位选择 t0 的工作方式。 =0 工作在定时方式， =1 工作在计数方式。并有四种操作模式：

 

    1 、模式 0 ： 13 位计数器， tli 只用低 5 位。

    2 、模式 1 ： 16 位计数器。

    3 、模式 2 ： 8 位自动重装计数器， thi 的值在计数中不变， tli 溢出时， thi 中的值自动装入 tli 中。

    4 、模式 3 ： t0 分成 2 个独立的 8 位计数器， t1 停止计数。

 

    mcs-51 有 5 个中断源，可分为 2 个中断优先级，即高优先级和低优先级，中断自然优先级：

 

   外部中断 0 ；定时器 0 中断； 外部中断 1 ；定时器 1 中断 ；

串行口中断 ；定时器 2 中断

 

    （ 1 ）同级或高优先级的中断正在进行中；

    （ 2 ）现在的机器周期还不是执行指令的最后一上机器周期，即正在执行的指令还没完成前不响应任何中断；

    （ 3 ）正在执行的是中断返回指令 ret1 或是访问专用寄存器 ie 或 ip 的指令，换而言之，在 reti 或者读写 ie 或 ip 之后，不会马上响应中断请求，至少要在执行其它一要指令之扣才会响应。

 

    （一）中断响应条件

    cpu 响应中断的条件有：

    （ 1 ）有中断源发出中断请求；

    （ 2 ）中断总允许位 ea=1 ，即 cpu 开中断；

    （ 3 ）申请中断的中断源的中断允许位为 1 ，即没有被屏蔽。

 

   

 七、串行口工作方式及帧格式

    mcs-51 单片机串行口可以通过软件设置四种工作方式：

方式 0 ：这种工作方式比较特殊，与常见的微型计算机的串行口不同，它又叫同步移位寄存器输出方式。在这种方式下，数据从 rxd 端串行输出或输入，同步信号从 txd 端输出，波特率固定不变，为振荡率的 1/12 。该方式是以 8 位数据为一帧，没有起始位和停止位，先发送或接收最低位。

    方式 2 ：采用这种方式可接收或发送 11 位数据，以 11 位为一帧，比方式 1 增加了一个数据位，其余相同。第 9 个数据即 d8 位具有特别的用途，可以通过软件搂控制它，再加特殊功能寄存器 scon 中的 sm2 位的配合，可使 mcs-51 单片机串行口适用于多机通信。方式 2 的波特率固定，只有两种选择，为振荡率的 1/64 或 1/32 ，可由 pcon 的最高位选择。

    方式 3 ：方式 3 与方式 2 完全类似，唯一的区别是方式 3 的小组特率是可变的。而帧格式与方式 2- 样为 11 位一帧。所以方式 3 也适合于多机通信。