单片微型计算机原理2
单片微机原理及应用课件 第1章 单片微型计算机概述
控制总线决定了系统总线的特点，例如功能、适应性等
二、微型计算机
微型计算机是指，以微处理器为核心，配上存 储器、I/O接口电路和系统总线所组成的计算机。
微型计算机系统的硬件部分通常由五部分组成:
输入设备
运算器
输出设备
控制器
存储器
这种计算机系统通常由多块印刷电路板制成：
内存条
CPU
主板
多板机
1.3.2 主机板组成
系统 配置 开关
单板机
印
输入输出接口 芯片 CPU芯片 CPU
存储器芯片
A/D、/A 芯片
内存条
刷
电 路
定时计数器 芯片
板
单片机
存储器 时钟电路 控制电路 CPU 定时器
片
I / O口
晶
单 硅
三、微型计算机系统
微型计算机系统包括硬件和软件两大部 分，它以微型计算机为主体，配上系统软 件和外部设备组成。
硬件
微 型 计 算 机 系 统
软件
外围设备 辅助设备
系统软件(操作系统，编辑、编译程序，故障诊断,监控程序…) 应用软件(科学计算，工业控制，数据处理…) 程序设计语言(机器语言、汇编语言、高级语言)
1.4 微型计算机的工作过程
程序：为完成某项工作,将一系列指令有序地组合。 指令：计算机执行某种操作的命令。由操作码和操作数 两部分组成。 操作码表示计算机执行什么具体操作。 操作数表示参加操作的数或操作数所在地址。 计算机的工作过程就是执行程序的过程，即不断地取 指令、译码和执行指令的过程，直至遇到停机指令才暂 停工作。
第2代：中高档8位微机
M6800、 I8080、Z80、I8085 Apple-II 微机、MCS-48、MCS-51系列
单片微型计算机原理与接口技术第二版第章C单片微机的系统扩展原理与接口
定时器/计数器应用：定时器/计数器在单片机系统中的应用，如定时器/计数器在控制、测量、通信等领域的应用。
中断控制器接口
中断控制器：用于管理中断请求和响应的中央处理器部件
功能：接收中断请求，判断优先级，发出中断响应信号
接口：与CPU、内存、I/O设备等部件进行通信
应用：实现多任务处理，提高系统效率和实时性
扩展应用：在需要大量数据存储的应用中，如数据采集、数据记录等
I/O接口扩展
I/O接口：用于连接单片机和外部设备的硬件接口
扩展原理：通过增加I/O接口，实现单片机与更多外部设备的连接
扩展方法：使用I/O扩展芯片，如并行I/O扩展芯片、串行I/O扩展芯片等
应用：实现单片机与各种外部设备的数据传输和控制，如传感器、显示器、键盘等
软件编程：介绍PIC单片机系统扩展实例的软件编程，包括程序流程图、源代码、调试方法等。
PIC单片机简介：PIC单片机是一种高性能、低功耗的微控制器，广泛应用于各种电子设备中。
PIC单片机系统扩展实例：介绍一个具体的PIC单片机系统扩展实例，包括硬件设计和软件编程。
ARM单片微机系统扩展实例
ARM单片机概述：ARM是一种高性能、低功耗的微处理器，广泛应用于嵌入式系统
单片微机系统扩展实例
PART FOUR
8051单片机简介：8051是一种8位微控制器，广泛应用于工业控制、家电等领域。8051单片机系统扩展实例： a. 扩展I/O接口：通过扩展I/O接口，可以实现更多的输入输出功能。 b. 扩展存储器：通过扩展存储器，可以实现更大的数据存储能力。 c. 扩展通信接口：通过扩展通信接口，可以实现与其他设备的通信。 d. 扩展实时时钟：通过扩展实时时钟，可以实现时间控制功能。a. 扩展I/O接口：通过扩展I/O接口，可以实现更多的输入输出功能。b. 扩展存储器：通过扩展存储器，可以实现更大的数据存储能力。c. 扩展通信接口：通过扩展通信接口，可以实现与其他设备的通信。d. 扩展实时时钟：通过扩展实时时钟，可以实现时间控制功能。8051单片机系统扩展实例的应用：在家电、工业控制等领域有着广泛的应用。8051单片机系统扩展实例的特点：具有较高的集成度、可靠性和稳定性。
第二讲 第2章 MCS-51单片微型计算机结构
S1
S2
S3
读下一个操作 码（丢弃） P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 （a） 单字节，单周期指令 例：MOV A R1
读操作码 读操作码 读第二字节
2
P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 （b） 双字节，单周期指令 例：ADD A dir 读操作码
MCS-51单片机的结构原理
一、计算机的经典组成 计算机的经典结构见 图1.1 所示。这种结 构是由计算机的开 拓者——数学家约 翰· 诺依曼最先提 冯· 出的，所以就称之 为冯· 诺依曼计算机 体系结构，也叫普 林斯顿结构。
图 1.1 计算机经典结构
二、 MCS-51单片机的基本组成
(一) 8051单片机的结构
﹡IP B8H ﹡IE A8H TMOD ﹡TCON TL0 TH0 TL1 TH1 PCON ﹡SCON 寄存器 SBUF
IP.7～IP.0 BFH～B8H 中断优先控制器 IE.7～IE.0 AFH～A8H 中断允许控制器 89H 定时器方式选择 88H TCON.7～TCON.0 8FH～88H 定时控制寄存器 8AH 定时器T0低8位 8CH 定时器T0高8位 8BH 定时器T1低8位 8DH 定时器T1高8位 87H 电源控制及波特率选择 98H SCON.7～SCON.0 9FH～98H 串行口控制 99H 串行口数据缓冲器
F0H E0H D0H B8H B0H A8H A0H 98H 90H 88H 80H
特 殊 功 能 寄 存 器 中 位 寻 址
FFFFH 外部 RAM
单片微型计算机原理及接口技术答案
单片微型计算机原理及接口技术答案【篇一：单片微型计算机原理与接口技术髙锋版课后答案第4章】txt>思考与练习题解析【4—1】简述下列基本概念：程序、程序设计、机器语言、汇编语言及高级语言。
【答】各基本概念如下。
【4—2】在单片机领域，目前最广泛使用的是哪几种语言?有哪些优越性?单片机能否直接执行这几种语言?【答】在单片机领域，目前最广泛使用的是汇编语言和高级语言。
汇编语言编写的程序效率高，占用存储空间小，运行速度快，而且能反映单片机的实际运行情况。
但编程比使用高级语言困难，通用性差。
单片机不能直接执行汇编语言程序，必须通过人工(或机器)汇编把汇编语言程序转换为机器语言程序。
高级语言不受具体机器的限制，而且使用了许多数学公式和习惯用语，从而简化了程序设计的过程，通用性强，易于移植到不同类型的单片机中。
单片机不能直接识别和执行高级语言，需要将其转换为机器语言程序才能识别和执行。
对于高级语言，这一转换工作通常称为“编译”或者“解释”。
进行编译或者解释的专用程序称为“编译程序”或者“解释程序”。
【4—3】什么叫伪指令?8oc51单片机程序设计中主要有哪些伪指令语句?【答】伪指令又称为“汇编程序控制译码指令”。
“伪”体现在汇编时不产生机器指令代码，不影响程序的执行，仅指明在汇编时执行一些特殊的操作。
例如．为程序指定一个存储区，将一些数据、表格常数存放在指定的存储单元，说明源程序开始或结束等．。
不同的单片机开发装置所定义的伪指令不全相同。
80c51单片机程序设计中主要有伪指令语句如下。
1．org(origin)一汇编起始地址伪指令，指令格式为：org 表达式’其含义是向汇编程序说明，下述程序段的起始地址由表达式指明。
表达式通常为十六进制地址码。
2．end(end 0f assembly)一汇编结束伪指令。
其含义是通知汇编程序，该程序段汇编至此结束。
3．equ(equate)—赋值伪指令。
指令格式为：标号 equ 表达式其含义是把表达式赋值于标号，这里的标号和表达式是必不可少的。
单片微型计算机原理及应用课后答案—华中科技大学.
习题22.1 MCS-51单片机内部包含哪些主要逻辑功能部件?答：微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、特殊功能寄存器（SFR）、并行I/O口、串行通信口、定时器/计数器及中断系统。
2.2 说明程序计数器PC和堆栈指针SP的作用。
复位后PC和SP各为何值?答：程序计数器PC中存放将要执行的指令地址，PC有自动加1功能，以实现程序的顺序执行。
它是SFR中唯一隐含地址的，因此，用户无法对它进行读写。
但在执行转移、调用、返回等指令时能自动改变其内容，以实现改变程序的执行顺序。
程序计数器PC中内容的变化决定程序的流程，在执行程序的工作过程中，由PC输出将要执行的指令的程序存储器地址，CPU读取该地址单元中存储的指令并进行指令译码等操作，PC则自动指向下一条将要执行的指令的程序存储器地址。
SP是一个8位的SFR，它用来指示堆栈顶部在内部RAM中的位置。
系统复位后SP为07H，若不对SP设置初值，则堆栈在08H开始的区域，为了不占用工作寄存器R0~R7的地址，一般在编程时应设置SP的初值（最好在30H~7FH区域）。
2.3 程序状态字寄存器PSW的作用是什么?其中状态标志有哪几位?它们的含义是什么？答：PSW是保存数据操作的结果标志，其中状态标志有CY（PSW.7）：进位标志，AC（PSW.6）：辅助进位标志，又称半进位标志，F0、F1（PSW.5、PSW.1）：用户标志；OV（PSW.2）：溢出标志；P（PSW.0）：奇偶标志。
2.4 什么是堆栈? 堆栈有何作用? 为什么要对堆栈指针SP重新赋值? SP的初值应如何设定?答：堆栈是一种数据结构，所谓堆栈就是只允许在其一端进行数据写入和数据读出的线性表。
其主要作用有两个：保护断点和保护现场。
堆栈区的设置原则上可以在内部RAM的任意区域，但由于MCS-51单片机内部RAM的00H~1FH 地址单元已被工作寄存器R0~R7占用，20H~2FH为位寻址区，故堆栈一般设在30H~7FH（对于8032系列芯片可为30H~0FFH）的区域内。
第4章 单片微型计算机的组成原理
在专用寄存器中有11个寄存器有专门的位地 址，可以按位寻址（参考图4-9）。
三、外部数据存储器
MCS51外部数据存储器寻址空间为64KB。 对外部数据存储器可用R0、R1及DPTR间接 寻址寄存器。 R0、R1为8位寄存器，寻址 范围为256B；DPTR为16位寄存器，寻址范 围为64KB。
第四节 时钟电路及时序 一般为频 外部晶振
需要掌握的问题：
1 单片微型计算机组成原理框图？ (Page.72 Page.75) 2 指令的执行过程？(Page.73~75) 3 MCS-51通用寄存器、专用寄存器作 用？(Page.76~79)
思考题：（不交作业）
习题1 习题4
第三节 MCS-51存储器配置
微处理器存储器结构：
98H 90H 8DH 8CH 8BH 8AH
表4-3 MCS-51专用寄存器 地址 特殊功能 功能名称 寄存器 定时器/计数器方式 89H TMOD
控制寄存器
复位后初态 00H 00H 00H 00H 00H 07H FFH
TCON PCON DPH DPL SP P0
定时器控制字
88H 电源控制寄存器 87H 地址寄存器高8位 83H 地址寄存器低8位 82H 堆栈指针寄存器 81H P0口数据 80H
执行指令过程：取指阶段；执行阶段。
第二节 MCS-51单片计算机组成原理
4KB 128B 振荡器 及定时器 程序存储器 数据存储器
8051 CPU 64KB 扩展控制器 可编程I/O 可编程 串行口
2*16位 定时/记数器
中断
一、寄存器
1 通用寄存器 共分4个区，每个区8个寄存器：R0R1R2...R7。 单片机每次只能选择一个区，由程序状态字 中的RS1、RS0来确定。
单片微型计算机原理及接口技术
单片微型计算机原理及接口技术在现代科技领域中，计算机技术的发展日新月异，而单片微型计算机无疑是其中的重要一环。
本文将介绍单片微型计算机的原理以及接口技术，以帮助读者更好地理解和运用这一领域的知识。
一、单片微型计算机的原理1.1 数据表示和处理在单片微型计算机中，数据的表示和处理是非常重要的。
计算机所处理的数据通常以二进制形式表示，通过位(bit)来表示数据的最小单元。
在微型计算机中，通常使用八位(bit)的字节(byte)作为数据的基本单位。
此外，计算机还可以通过不同的数据类型来表示和处理不同类型的数据，如整数、浮点数、字符等。
1.2 CPU和内存在单片微型计算机中，中央处理器(CPU)被视为计算机的大脑。
CPU负责执行指令、进行算术和逻辑运算等操作。
而内存则用于存储数据和指令，供CPU读取和写入。
常见的内存分类有随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)，其中RAM用于临时存储数据，而ROM则用于存储固定的指令和数据。
1.3 控制单元和指令控制单元是CPU的一个核心组成部分，它负责解析和执行指令。
指令是计算机执行操作的命令，可以进行数据的读取、写入、运算等操作。
常见的指令集结构有精简指令集(RISC)和复杂指令集(CISC)。
RISC的指令集相对较简单，执行速度快，而CISC的指令集相对较复杂，但可以实现更多功能。
二、单片微型计算机的接口技术2.1 输入输出接口在单片微型计算机中，输入输出（I/O）设备起着连接计算机与外部设备的重要作用。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、触摸屏等，而输出设备包括显示器、打印机、扬声器等。
通过适当的接口技术，计算机可以与这些设备进行数据的输入和输出，并实现与用户的交互。
2.2 存储器接口技术存储器接口技术用于连接CPU和内存之间的数据传输。
根据不同的芯片架构和规范，存储器接口技术有所不同。
常见的接口技术包括地址总线、数据总线和控制总线。
地址总线用于指定内存的地址，数据总线用于传输数据，而控制总线则用于传输控制信号。
单片微型计算机原理与接口技术第二版课程设计
单片微型计算机原理与接口技术第二版课程设计1. 简介单片微型计算机是指把全部功能放在一个芯片上的微型计算机。
因为它集成度高、功耗低、体积小、可靠性高等特点，使得它在智能控制、嵌入式系统、物联网等领域得到广泛应用。
而单片微型计算机的原理和接口技术，是单片微型计算机应用的基石。
本文将围绕单片微型计算机原理和接口技术这两个方面，设计一个课程。
2. 课程目标通过本课程的学习，学生将能够：•掌握单片微型计算机工作原理、系统结构和指令作用等方面的基础知识。
•熟悉单片微型计算机的编程方法和工具，并能使用C语言编写单片微型计算机的应用程序。
•理解单片微型计算机的外设接口特点和工作原理，并能设计简单的接口电路。
•在实践中体验单片微型计算机的应用，掌握基本的单片微型计算机应用开发技能。
3. 课程大纲3.1 基础知识•单片微型计算机的基本概念和功能模块•单片微型计算机的体系结构和工作原理•单片微型计算机的指令系统3.2 编程方法•单片微型计算机的汇编语言和C语言编程方法•单片微型计算机的工具链和开发环境•单片微型计算机的应用开发过程3.3 外设接口•单片微型计算机的外设接口特点和分类•单片微型计算机的I/O接口和定时器接口•单片微型计算机的串口和中断服务3.4 实践操作•单片微型计算机的应用实验•单片微型计算机的应用调试•单片微型计算机的应用扩展4. 实验设计4.1 实验环境•集成开发环境：Keil uVision、IAR Embedded Workbench、Code Composer Studio等•模拟电路实验平台：Proteus、Multisim等•单片微型计算机实验板：STM32、AT89C51、PIC等4.2 实验内容•实验1：单片微型计算机的指令集和串口通讯应用•实验2：单片微型计算机的I/O口控制和延时函数应用•实验3：单片微型计算机的定时器应用和中断服务•实验4：单片微型计算机的多模式I/O和显示控制电路5. 课程评估课程评估包括理论考核和实验成绩两个方面。
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3. 存储器
MCS－51系列单片机的存储器包括数据存 储器和程序存储器，其主要特点是程序存储器 和数据存储器的寻址空间是相互独立的，物理 结构也不相同。
4. 并行I/O口
MCS－51单片机共有4个8位的I/O口 （P0、P1、P2和P3），每一条I/O线都能独 立地用作输入或输出。P0口为三态双向口， 能带8个TTL门电路，P1、P2和P3口为准双 向口，负载能力为4个TTL门电路。
P1.0 1
P1.1 2
P1.2 3
P1.3 4
P1.4 5
P1.5 6
P1.6 7
P1.7 8
RST/ VPD
9
RXD/ P3.0 10
TXD/ P3.1 11
INT0/ P3.2 12
INT1/ P3.3 13
T0/ P3.4 14
T1/ P3.5 15
WR/ P3.6 16
RD/ P3.7 17
单片微型计算机原理2
MCS-51的逻辑结构
由图可以看出，单片机内部主要包含下列几个 部件：
– 一个8位CPU； – 一个时钟电路； – 4Kbyte程序存储器； – 128byte数据存储器； – 两个16位定时/计数器； – 64Kbyte扩展总线控制电路； – 四个8-bit并行I/O端口； – 一个可编程串行接口； – 五个中断源，其中包括两个优先级嵌套中断
1. CPU
CPU即中央处理器的简称，是单片机的核心部件， 它完成各种运算和控制操作，CPU由运算器和控制器 两部分电路组成。 （1）运算器电路
运算器电路包括ALU（算术逻辑单元）、ACC （累加器）、B寄存器、状态寄存器、暂存器1和暂存 器2等部件，运算器的功能是进行算术运算和逻辑运 算。 （2）控制器电路
5. 串行I/O口
MCS－51单片机具有一个采用通用异步工 作方式的全双工串行通信接口，可以同时发送 和接收数据。
6. 中断控制系统
8051共有5个中断源，即外中断2个，定 时/计数中断2个，串行中断1个。
7. 时钟电路
MCS－51芯片内部有时钟电路，但晶体振荡器 和微调电容必须外接。时钟电路为单片机产生时钟 脉冲序列，振荡器的频率范围为1.2MHz～12MHz， 典型取值为6MHz。
1) 电源引脚Vcc和Vss Vcc：电源端，接＋5V。 Vss：接地端。
2) 时钟电路引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在片
内它是振荡器倒相放大器的输入，若使用外部TTL 时钟时，该引脚必须接地。
XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在 片内它是振荡器倒相放大器的输出，若使用外部 TTL时钟时，该引脚为外部时钟的输入端。
MCS-51单片机芯片内部结构框图
P0.0～P0.7
P2.0～P2.7
Vcc （＋5V）
Vss
端口0驱动器
端口2驱动器
RAM地址 寄存器
RAM （128×8）
端口0锁存器
端口2锁存器
ROM （4K×8）
程序地址寄存器
PSEANL E
EA RST
ACC
堆栈指示器SP
B寄存器
定时 指令 与 寄存
控制 器
XTAL2 18
XTAL1 19
Vss 20
8031 8051 8751
40 Vcc 39 P0.0 38 P0.1 37 P0.2 36 P0.3 35 P0.4 34 P0.5 33 P0.6 32 P0.7 31 EA/ Vpp 30 ALE/ PROG 29 PSEN 28 P2.7 27 P2.6 26 P2.5 25 P2.4 24 P2.3 23 P2.2 22 P2.1 21 P2.0
8. 总线
以上所有组成部分都是通过总线连接起来，从而 构成一个完整的单片机。系统的地址信号、数据信号 和控制信号都是通过总线传送的，总线结构减少了单 片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性。
2.2 MCS-51的引脚及片外总线结构
图为MCS-51系列单片机引脚图及逻辑符号， 它们为标准的40脚DIP封装。
6) 复位信号RST
该信号高电平有效，在输入端保持两个机器周期的高电平 后，就可以完成复位操作。
7) 输入/输出口引脚P0、P1、P2和P3
P0口(P0.0～P0.7)：该端口为漏极开路的8位准双向口， 负载能力位8高LSTTL负载，它为8位地址线和8位数据线的 复用端口。
P1口(P1.0～P1.7)：它是一个内部带上拉电阻的8位准 双向I/O口，P1口的驱动能力为4个LSTTL负载。
Vcc Vss RST/ VPD XTAL1
XTAL2 EA/ Vpp
PSEN ALE/ PROG
第
二
P3
功
口
能
8031 8051 8751
地
址
P0 口
数 据 总
线
P1 口
地
P2
址
口
总
线
1. 芯片的封装-DIP
1. 芯片的封装- PQFP/TQFP
1. 芯片的封装- PLCC/LCC
2. 引脚信号
暂存器2
暂存器1
ALU 状态寄存器
PCO SCO TM TCO N N OD N TH0 TL0 TH1 TL1
SBUF SBUF （TX）（RX） IE
中断、串行口和定时器
端口1锁存器
端口3锁存器
端口1驱动器
端口3驱动器
XTA L1
XTA L2
P1.0～P1.7
P3.0～P3.7
缓冲器 PC加1寄存器 程序计数器PC 数据指针DPTR
3) 地址锁存允许ALE/PROG
系统扩展时，ALE用于控制地址锁存器锁存P0口输出的低 8位地址，从而实号PSEN
是读外部程序存储器的选通信号，低电平有效。
5) 程序存储器地址允许输入端 EA/VPP
当为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令，但当PC 中的值超过0FFFH时，将自动转向执行片外程序存储器指令。 当为低电平时，CPU只执行片外程序存储器指令。
控制器电路包括程序计数器PC、PC加1寄存器、 指令寄存器、指令译码器、数据指针DPTR、堆栈指 针SP、缓冲器以及定时与控制电路等。控制电路完成 指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。
2. 定时器/计数器
MCS－51单片机片内有两个16位的定时/ 计数器，即定时器0和定时器1。它们可以用 于定时控制、延时以及对外部事件的计数和 检测等。