《微机原理及应用》单片机共60页

8051系列
PIC系列
采用哈佛结构，具有高性能、低功耗、易 于扩展等优点，广泛应用于工业控制、智 能家居等领域。
采用精简指令集（RISC）结构，具有高速 度、低功耗、强抗干扰能力等特点，适用 于汽车电子、医疗设备等领域。
AVR系列
ARM系列
采用先进的RISC结构，具有高速度、低功 耗、丰富的外设接口等特点，适用于物联 网等领域。
使用位操作
位操作可以直接对内存中的位进行操作，提 高执行效率。
2024/1/26
循环优化
通过减少循环次数、使用循环展开等方法优 化循环结构，提高程序执行效率。
22
05
单片机中断系统与定时 器/计数器应用
2024/1/26
23
中断系统基本概念及工作原理
01
中断定义
中断是指CPU在执行程序过程 中，由于外部或内部事件（如 定时器溢出、按键输入等）的 请求，暂时停止当前程序的执 行，转而去处理该事件，处理 完后再返回原程序继续执行的 过程。
11
03
指令系统与汇编语言程 序设计
2024/1/26
12
指令系统概述
2024/1/26
指令系统的基本概念
01
指令是计算机执行某种操作的命令，指令系统是计算机所能执
行的全部指令的集合。
指令格式
02
指令通常由操作码和操作数两部分组成，操作码指明操作的性
质，操作数表示操作的对象。
指令的分类
03
根据指令的功能和性质，可以将指令分为数据传送类、算术运
子程序调用与返回
子程序是一段可以独立执行的程 序段，通过调用指令CALL实现子 程序的调用和返回。在调用子程 序时，需要将返回地址压入堆栈 ；在子程序返回时，再从堆栈中 弹出返回地址并执行返回操作。

编程语言应用实例
Java：用于编写大型企业级 应用、Android应用等
Python：用于数据分析、 人工智能、Web开发等领域
C语言：用于编写操作系统、 嵌入式系统等
JavaScript：用于编写 Web前端、Node.js后端等
C++：用于编写大型游戏、 高性能计算等
Rust：用于编写系统级软件、 高性能计算等
Python：面向对象的编程语言，广泛应用于数据分析、人工智能等领 域
JavaScript：广泛应用于Web前端开发、Node.js后端开发等领域
PHP：广泛应用于Web后端开发、WordPress等CMS系统开发等领 域
编程语言特点
高级语言：易于理解和编写，易于维护和修改 模块化：代码可以模块化，便于管理和重用 跨平台：可以在不同的硬件和操作系统上运行 面向对象：支持面向对象编程，便于构建大型软件系统 动态类型：支持动态类型，便于编写和调试 安全性：支持内存管理和异常处理，提高软件安全性
片微机存储器
存储器容量：根据需要选择 合适的容量
存储器功能：存储程序和数 据
存储器类型：RAM、ROM、 Flash等
存储器接口：SPI、I2C、 UART等
存储器速度：根据需要选择 合适的速度
存储器寿命：根据需要选择 合适的寿命
片微机输入输出接口
输入接口：接 收外部信号， 如键盘、鼠标
等
输出接口：输 出处理结果， 如显示器、打
片微机原理及应用 PPT课件
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汇报人：PPT
目录 /目录
01
片微机原理概 述
02
片微机硬件结 构

• 设通道0的地址为40H，通道1的地址为41H， 控制口地址为43H，8255A的口地址为8083H。
第22页/共49页
主程序：
MOV AL，15H；通道0初始化，方式 2
OUT 43H，AL
MOV AL，50H；置计数初值
OUT 40H，AL
STI
；开中断
LPO：HLT
；等待中断
JMP LOP 第23页/共49页
2.控制字设置
• 通道0计数器工作于方式2，采用BCD计数， 因计数初值为50，采用RL1RL0=01（读/写 计数器的低8位），则工作方式字为 00010101=15H。
• 通道1计数器工作于方式3，CLK1接 2.5MHz时钟，要求产生2000Hz的方波， 则计数初值应为2.5×106/2000=1250，采 用RL1RL0=11 （先读计数器的低8位，再读 计数器的高8位）。则工作方式字为 01110111=77H。
第25页/共49页
SPK 扬声器
1.工作原理分析
系统分配给8253的端口地址为040H—043H， 三个计数器在IBM-PC机中的功能如下：
（1）计数器0用来产生实时时钟信号，工作于方 式3，计数初值为0，采用二进制计数，输出 OUT0作为中断请求IRQ0，连接到中断优先权控 制器8259A的IR0。此时OUT0端输出 1193181.6÷65536=18.2(Hz)的方波脉冲序 列，方波的脉冲周期约为55ms（1/ 18.2(Hz) ），也就是说，计数器0每隔55ms 产生一次中断请求。在中断处理程序中使用一个 16位的软件计数器（初值为0）进行加1计数， 因此当该计数器由FFFFH变为0000H时，表示 已产生65536次中断请求，共经过65536 ÷18.2（ 65536 ×第256页5/共m49s页 ）=3600秒时间。

压缩BCD码占80位,即10个字节.能存储20位 BCD数,但在80387中只用了18位BCD数.余下 1个字节的最高位为符号位.其余7位不用.
7位不用
最高位是符号位
2021
微机原理及应26用
1.2.3 实型数
任何一个二进制数可以表示成: N=+Y×2J 称为浮点表示法
80387规定： 指数采用移码表示。短型实数阶码占8位;长型实数
• 80386对字符串的操作有:移动;传送; 比较;查找等.
• 分类:字节串;字串;双字串.
2021
微机原理及应22用
1.1.5 位及位串
• 80x86CPU都支持位操作.80386/80486有位串操 作.位串最长是232个位.
• 位偏移量:一个位在位串中的地址.由字节地址 和位余数组成.
设位串是从ｍ地址开始存储的,位偏移量分别为23 和-18的位在什么地方?
例
11110010B
左移一位 11100100B
右移一位 11111001B
[-14]补 [-28]补 [-7]补
2021
微机原理及应19用
3).反码表示的负数
左移和右移空位全补1.
例
11110001B
左移一位 11100011B
右移一位 11111000B
7.有关0的问题
[-14]补 [-28]补 [-7]补
• 二进制:数的后面加后缀B. • 十进制:数的后面加后缀D或不加. • 十六进制:数的后面加后缀H.
2021
微机原理及应5用
1.1.3 整数
1.无符号数
8、16、32位全部用来表示数值本身。
最低位LSB是0位，最高位MSB是7、15、31。
2.带符号整数

电子元件
7
第一代（1946---1957年） • 电子管式 • 机器语言 • 速度几千次
到几万次/秒 • 应用范围：
科学计算.
8
第二代（1958-1964年）晶体管计算机 • 晶体管式 • 高级语言 • 体积小 • 速度几十万次/ 秒 • 应用范围扩大：数据处理, 自动控制
9
第三代（1965-1970年） • 中、小规模集成电路 • 体积更小 • 速度几十万次/ 秒~几百万次/秒 • 操作系统 • 应用范围扩大：企业管理, 辅助设计
18
1.2.2 微型计算机系统的组成
存储器
输
运算器
输
入
接
接
出
设
口
控制器
口
设
备
备
微处理器芯片
输入输出接口芯片
微型计算机
微计算机硬件结构
19
系统软件：对电脑的软硬件资源进行管理，为用户提供各种服 务，是用户与硬件之间沟通的桥梁，用来启动、运行、管理和 维护计算机硬件和应用软件，是保障计算机系统正常运作的基 础环境。 程序设计语言：将用户语言编译成计算机可以识别的机器语言 ，主要有机器语言、汇编语言和高级语言。 应用软件：为解决各种应用问题而编制的应用软件。
为了区别3种不同数制，约定 数后加B表示二进制数 带D或不带字母符号表示十进制数 带H表示十六进制数
27
十进制、二进制、十六进制数之间的关系表
十进制 0 1 2 3 4 5 6 7
二进制 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
十六进制 0 1 2 3 4 5 6 7
→ 1 1111 1100 0111B → 0001 1111 1100 0111B = 1FC7H

CJNE R6，0FFH，DA2
（3）双向锯齿波如图（c）所示。
VOUT +5V 0 t -5V (c)
VOUT
双向锯齿波
ORG 0F800H MOV DPTR，#7FFFH MOV R6，#00H DA： MOV A，R6 MOVX @DPTR，A
+5V 0 t -5V (c)
；-5V对应的DAC初值
3.软件编制
软件编制：是在软件设计和硬件资源合理分配（主要包 括ROM，RAM、定时器/计数器，中断源，I/O口等）的基 础上，由程序设计语言把模块结构转换成计算机能接受 的形式，即具体的程序编制。 4.软件测试 软件测试：是保证软件质量的关键，它是对需求分析，
设计和编码的最后复审。测试是企图发现错误。纠错是
例2 单路锯齿波电压输出（锯齿波电压信号发生 器）。使用D/A转换器0832。 1. 电路设计
电路设计原理图如下图所示。
◆ 由图可知，P2.7为DAC0832的片选信号，只
有当P2.7为低时方可选中DAC0832，因此DAC0832
的片选地址为：7FFFH（其它位选高）。
◆ 程序存储器地址范围，0F800H~FFFFH
目标样机 调试
等等
单片机开发系统
单片机应用系统（产品）的开发必须要有一个 专用的微型计算机系统帮助，这个起帮助开发 的微型机系统就称为单片机开发系统（或开发 机或仿真器）。


单片机开发为什么需要开发系统？
用 户 系 统 、 仿 真 器 与 PC 机 连 接 框 图
自己设 计的系 统或产 品 PC机 RS232 或USB
INC R6
；增加到最大值0FFH后再增1，
；产生进位后，则又变成了00H。

第二节 MCS-51的三总线结构
总线：就是计算机中各个功能部件之间传送信息的公用 通道，是连接各个功能部件并为它们服务的一组信息传 递导线。
一般地说，总线是连接于多个源设备和目标设备之间的 一束并行的连接线。并行通讯连接线的根数，就是并行 地传送信息代码的位数，称为总线的宽度。
按传送信息的属性,总线可分为：数据总线、地址总线和控 制总线。MCS-51单片机的三总线结构如图２-２。
① 数据总线（DATA BUS简称DB）：各功能部件之间用来相 互传送数据、状态特征、标志等信息的总线，总线的宽度一 般和计算机的字长一致。
② 地址总线 （ADDRESS BUS， 简称AB）：用来 + 5V
或地
传送CPU发出的地 址信息，总线的宽 度由CPU对存储器 或设备的寻址范围 确定。
P2 口
8031:无此部件； 8051:4K字节ROM； 8751:4K字节EPROM ； 89C51/89C52/89C55:4K/8K/20K 字节闪存。 4. P1口、P2口、P3口、P0口：为4个并行8位I/O口。 5. 串行口 1个全双工的异步串行口
6. 定时器/计数器
7. 中断系统
8. 特殊功能寄存器（SFR） 共有21个，是一个具有特殊功能的RAM区。
第一功能ALE ：地址锁存允许 第二功能PROG*：编程脉冲输入端。 (3) PSEN* （29脚）：读外部程序存储器的选通信号。可以
驱动8个LS型TTL负载。 (4) EA*/VPP (31脚)： EA*为内外程序存储器选择控制
EA*=1，访问片内程序存储器， EA*=0，单片机则只访问外部程序存储器。 第二功能VPP，用于施加编程电压。
3．程序状态字寄存器PSW
图2-6 MCS-51单片机PSW的格式

25
§ 1.4 常用集成门电路简介
• 与门、或门、非门、与非门、或非门 • OC门 • 三态门 • 译码器 • 多路模拟开关 • 数据选择器 • 光电耦合器
26
基本概念
数字电路中的“0”和“1”常用TTL电平表示
TTL(Transistor -Transistor Logic)电平 晶体管-晶体管逻辑电平
21
MCS-51系列单片机分类
资源 配置
子 系列
51子系列 52子系列
片内ROM形式
无 ROM EPR E2PR OM OM
片片 内内 ROM RAM 容容 量量
中
定时/ 断 计数器 源
8031 8051 8751 8951 4KB 128B 2×16 5
8032 8052 8752 8952 8KB 256B 3×16 6
20
21
P2.0
23
§1.3 单片机的开发过程
编写软件 用编译器对源程序文件编译、查错， 直到没有语法错误
程序下载到芯片
24
课程特点
①知识点既分散又连贯，结构和指令系统是基础 ②与电子线路尤其是数字电子线路关系密切 ③实用性、实践性强
学习方法
①课堂教学为主 ②做好实验 ④其它（上课、作业、答疑、参考书）
表达式 Y= A B
或非门真值表
A
+ B
Y
A
B
Y
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
37
6、异或门
能完成异或逻辑运算的、多端输入、 单端输出的逻辑电路
• Y=A B
异或门真值表
A

2）金属圆孔组成的通用实 CPU板： 1）8086PC总线板
2）8086CPU板 3）8051CPU板 4）8098CPU板 5）80C198CPU板 2.1 通用接口板结构 通用接口板由若干相对独立的功能接口电路组成，它们是： D/A电路、A/D电路、发光二极管电路、开关量输入电路、RAM/ROM电路、简单I/O电路、8253可编 程定时器/计数器电路、8255并行接口电路、总线驱动电路、8279接口电路、单脉冲发生器、LED显示 电路、键盘电路、复位电路、8250串行接口电路。
实验一 微机硬件结构及汇编指令运行的认识……………………………………………………10 实验二 汇编语言源程序的建立调试和运行………………………………………………………16 实 验 三 软 件 中 断 调 用 实 验………………………………………………………………………20 实 验四 简 单 I/O 口 扩展 实验 ……………………………………………………………………23 实 验 五 RAM 实 验 ……………………………………………………………………………………26 实验六 8255 并行口实验 …………………………………………………………………………29 第二部分 MCS51 单片机实验………………………………………………………………………………32 （一）MCS51 实验仿真板简介……………………………………………………………………………32 （ 二） 实验 说明 及实 验报 告 ……………………………………………………………………………36 实 验 一 指令理解及七段显示的实 验 ………………………………………………………………36 实 验 二 I/O 口实验-点阵 LED 汉字显示……………………………………………………………40 实验三 中断实验-电秒表按键功能的实现………………………………………………………43 实验四 定时器应用实验-电子钟实现……………………………………………………………47 实验五 串行通信实验………………………………………………………………………………51 第 三 部 分 综 合 实 验 ………………………………………………………………………………………56 综 合 实 验 一 电子闹钟的实现………………………………………………………………………56 综 合 实 验 二 电子报站显示牌的实现………………………………………………………………60 综 合实 验三 双 向 串行通信协议的实验…………………………………………………………63 第 四部 分 附 录……………………………………………………………………………………………68 附 录 一 软 件 安 装 与 操 作 …………………………………………………………………………68 附 录 二 键 盘 监 控 与 操 作 …………………………………………………………………………73 附 录三 中 断向 量地 址一 览表 ……………………………………………………………………78 附 录 四 DOS 功 能 调 用 ………………………………………………………………………………80 附 录 五 BIOS 中 断 …………………………………………………………………………………85 附 录 六 汇 编 程 序 出 错 信 息………………………………………………………………………89 附 录 七 实 验 板 总 原 理 图 …………………………………………………………………………93 附录八 实验板七段显示 实验原理图 ……………………………………………………………93 附录九 实验板点阵显示 实验原理图 ……………………………………………………………94 附 录 十 实 验 板 音 乐 实验原 理 图 ………………………………………………………………94 附 录十 一 实 验板 串口 实验原 理图 ………………………………………………………………95 主要参考文献…………………………………………………………………………………………………96

10.2 基本定时器
基本定时器TIM6和TIM7只具备最基本的定时功能，就是累加的时钟脉数超过预定值 时，能触发中断或触发DMA请求。由于在芯片内部与DAC外设相连，可通过触发输出 驱动DAC，也可以作为其他通用定时器的时钟基准。基本定时器框图见图
这两个基本定时器使用的时 钟 源 都 是 TIMxCLK ， 时 钟 源 经 过PSC预分频器输入至脉冲计数 器TIMx_CNT，基本定时器只能 工作在向上计数模式，在重载寄 存器TIMx_ARR中保存的是定时 器的溢出值。
第10章 定时器原理及应用
本章主要内容
10.1 定时器概述 10.2 基本定时器 10.3 通用定时器 10.4 高级定时器 10.5 STM32F10x定时器相关库函数 10.6 STM32F103定时器开发实例
10.1 定时器的概述
本章讲述微控制器另一个基本的片上外设--定时器。定时器是微控制器必备的片上外 设。微控制器中的定时器实际上是一个计数器，可以对内部脉冲/外部输入进行计数， 不仅具有基本的计数/延时功能，还具有输入捕获、输出比较和PWM输出等高级功能。 定时器的资源十分丰富，包括高级控制定时器、通用定时器和基本定时器。
在低容量和中容量的STM32F103XX系列产品中，以及互连型产品STM32F105XX系 列和STM32F107XX系列中，只有一个高级控制定时器TIM1。而在高容量和超大容量的 STM32F103XX系列产品中，有两个高级控制定时器TIM1和TIM8。 在所有的STM32F10XXX系列产品中，都有通用定时器TIM2~TIM5
10.3.2 时基单元
STM32的通用定时器的时基单元包含计数器（TIMx_CNT）、预分频器（TIMx_PSC）、 和自动装置寄存器（TIMx_ARR）等，如图所示。计数器、自动装载寄存器和预分频 器可以由软件进行读/写操作，在计数器运行时仍可读/写。