单片机入门教程(doc50)-管理培训(编辑修改稿)

单片机入门教程(doc50)-管理培训(编辑修改稿)内容摘要：

一个机器周期是多长时间吧。 设一个单片机工 作于 12M 晶振，它的时钟周期是 1/12（微秒）。 它的一个机器周期是 12*（ 1/12）也就是 1 微秒。 （请计算一个工作于 6M晶振的单片机，它的机器周期是多少）。 MCS51单片机的所有指令中，有一些完成得比较快，只要一个机器周期就行了，有一些完成得比较慢，得要 2 个机器周期，还有两条指令要 4 个机器周期才行。 这也不难再解，不是吗。 我让你扫地的执行要完成总得比要你完成擦黑板的指令时间要长。 为了恒量指令执行时间的长短，又引入一个新的概念：指令周期。 所谓指令周期就是指执行一条指令的时间。 INTEL 对每一条指令都给出 了它的指令周期数，这些数据，大部份不需要我们去记忆，但是有一些指令是需要记住的，如 DJNZ 指令是双周期指令。 下面让我们来计算刚才的延时。 首先必须要知道晶振的频率，我们设所用晶振为 12M，则一个机器周期就是 1 微秒。 而 DJNZ指令是双周期指令，所以执行一次要 2个微秒。 一共执行 62500次，正好 125000 微秒，也就是 125毫秒。 练习：设计一个延时 100 毫秒的延时程序。 要点分析： 一个单元中的数是否可以超过 255。 如何分配两个数。 三、复位电路 任何单片机在工作之前都要有个复位的过程， 复位是什么意思呢。 它就象是我们上课之前打的预备铃。 预备铃一响，大家就自动地从操场、其它地方进入教室了，在这一段时间里，是没有老师干预的，对单片机来说，是程序还没有开始执行，是在做准备工作。 显然，准备工作不需要太长的时间，复位只需要 5ms的时间就可以了。 如何进行复位呢。 只要在单片机的 RST 引脚上加上高电平，就可以了，按上面所说，时间不少于 5ms。 为了达到这个要求，可以用很多种方法，这里提供一种供参考，见图 1。 实际上，我们在上一次实验的图中已见到过了。 图１：复位电路 这种复位电路的工作原理是：通电时，电容两端相当于是短路，于是 RST 引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电， RST 端电压慢慢下降，降到一定程序，即为低电平，单片机开始正常工作。 单片机的内外部结构分析（四） 1. 第三个实验 上两次我们做过两个实验，都是让 这个引脚使灯亮，我们可以设想：既然 可以让灯亮，那 么其它的引脚可不可以呢。 看一下图 1，它是 8031 单片机引脚的说明，在 旁边有， „. ，它们是否都可以让灯亮呢。 除了以 P1开头的外，还有以 P0， P2， P3开头的，数一下，一共是 32 个引脚，前面我们以学过 7 个引脚，加上这 32个这 39 个了。 它们都以P 字开头，只是后面的数字不一样，它们是否有什么联系呢。 它们能不能都让灯亮呢。 在我们的实验板上，除了 P10 之外，还有 P11 P17 都与 LED相连，下面让我们来做一个实验，程序如下： ；试验程序 MAIN： MOV P1， 0FFH LCALL DELAY MOV P1， 00H LCALL DELAY LJMP MAIN DELAY： MOV R7， 250 D1： MOV R6， 250 D2： DJNZ R6， D2 DJNZ R7， D1 RET END 将这段程序转为机器码，用编程器写入芯片中，结果如何。 通电以后我们可以看到 8 只 LED全部在闪动。 因此， P10 P17是全部可以点亮灯的。 事实上，凡以 P 开头的这 32个引脚都是可以点亮灯的，也就是说：这 32 个引脚都可以作为输出使用，如果不用来点亮 LED，可以用来控制继电器，可以用来控制其它的执行机构。 程序分析：这段程序和前面做过的程序比较，只有两处不一样：第一句：原来是 SETB ，现在改为 MOV P1， 0FFH，第三句：原来是 CLR ，现在改为 MOV ， 00H。 从中可以看出， P1 是 的全体的代表，一个 P1 就表示了所有的这八个管脚了。 当然用的指令也不一样了，是用 MOV指令。 为什么用这条指令。 看图 2，我们把 P1 作为一个整体，就把它当作是一个存储器的单元，对一个单元送进一个数可以用 MOV 指令。 二、第四个实验 除了可以作为输出外，这 32 个引脚还可以做什么呢。 下面再来做一个实验，程序如下： 实验程序 MAIN： MOV P3， 0FFH LOOP： MOV A， P3 MOV P1， A LJMP LOOP 先看一下实验的结果：所有灯全部不亮，然后我按下一个按钮，第（）个灯亮了，再按下另一个按 钮，第（）个灯亮了，松开按钮灯就灭了。 从这个实验现象结合电路来分析一下程序。 从硬件电路的连线可以看出，有四个按钮被接入到 P3 口的 P32， P33， P34， P35。 第一条指令的用途我们可以猜到：使 P3 口全部为高电平。 第二条指令是 MOV A， P3，其中 MOV已经见，是送数的意思，这条指令的意思就是将 P3口的数送到 A中去，我们可以把 A当成是一个中间单元（看图 3），第三句话是将 A中的数又送到 P1口去，第四句话是循环，就是不断地重复这个过程，这我们已见过。 当我们按下第一个按钮时，第（ 3）只灯亮了，所以 P12 口应 当输出是低电平，为什么 P12 口会输出低电平呢。 我们看一下有什么被送到了 P1 口，只有从 P3口进来的数送到 A，又被送到了 P1 口，所以，肯定是 P3口进来的数使得 P12 位输出电平的。 P3口的 P32位的按钮被按下，使得 P32 位的电平为低，通过程序，又使 P12口输出低电平，所以 P3口起来了一个输入的作用。 验证：按第二、三、四个按钮，同时按下 2个、 3个、 4个按钮都可以得到同样的结论，所以 P3口确实起到了输入作用，这样，我们可以看到，以 P字开头的管脚，不仅可以用作输出，还可以用作输入，其它的管脚是否可以呢。 是的，都可以。 这 32个引脚就称之为并行口，下面我们就对并行口的结构作一个分析，看一下它是怎样实现输入和输出的。 3. 并行口结构分析： 输出结构 先看 P1口的一位的结构示意图（只画出了输出部份）：从图中可以看出，开关的打开和合上代表了引脚输出的高和低，如果开关合上了，则引脚输出就是低，如果开关打开了，则输出高电平，这个开关是由一根线来控制的，这根数据总线是出自于 CPU，让我们回想一下，数据总线是一根大家公用的线，很多的器件和它连在一起，在不同的时候，不同的器件当然需要不同的信号，如某一时刻我们让这个引脚输出高电平，并要 求保持若干时间，在这段时间里，计算机当然在忙个不停，在与其它器件进行联络，这根控制线上的电平未必能保持原来的值不变，输出就会发生变化了。 怎么解决这个问题呢。 我们在存储器一节中学过，存储器中是可以存放电荷的，我们不妨也加一个小的存储器的单元，并在它的前面加一个开关，要让这一位输出时，就把开关打开，信号就进入存储器的单元，然后马上关闭开关，这样这一位的状态就被保存下来，直到下一次命令让它把开关再打开为止。 这样就能使这一位的状态与别的器件无关了，这么一个小单元，我们给它一个很形象的名字，称之为 “ 锁存器 ”。 输 入结构 这是并行口的一位的输出结构示意图，再看，除了输出之外，还有两根线，一根从外部引脚接入，另一根从锁存器的输出接出，分别标明读引脚和读锁存器。 这两根线是用于从外部接收信号的，为什么要两根呢。 原来，在 51 单片机中输入有两种方式，分别称为 ‘ 读引脚 ’ 和 ‘ 读锁存器 ’ ，第一种方式是将引脚作为输入，那是真正地从外部引脚读进输入的值，第二种方式是该引脚处于输出状态时，有时需要改变这一位的状态，则并不需要真正地读引脚状态，而只是读入锁存器的状态，然后作某种变换后再输出。 请注意输入结构图，如果将这一根引线作为输 入口使用，我们并不能保证在任何时刻都能得到正确的结果（为什么。 ）参考图 2输入示意图。 接在外部的开关如果打开，则应当是输入 1，而如果闭合开关，则输入 0，但是，如果单片机内部的开关是闭合的，那么不管外部的开关是开还是闭，单片机接受到的数据都是 0。 可见，要让这一端口作为输入使用，要先做一个 ‘ 准备工作 ’ ，就是先让内部的开关断开，也就是让端口输出 ‘1’ 才行。 正因为要先做这么一个准备工作，所以我们称之为 “ 准双向 I/O 口 ”。 以上是 P1口的一位的结构， P1口其它各位的结构与之相同，而其它三个口： P0、 P P3则除入 作为输入输出口之外还有其它用途，所以结构要稍复杂一些，但其用于输入、输出的结构是相同的。 看图（）。 对我们来说，这些附加的功能不必由我们来控制，所以我们就不去关心它了。 单片机内部结构分析（五） 通过前面的学习，我们已知单片机的内部有 ROM、有 RAM、有并行 I/O口，那么，除了这些东西之外，单片机内部究竟还有些什么，这些个零碎的东西怎么连在一起的，让我们来对单片机内部作一个完整的分析吧。 看图（ 1）（本图太大，请大家找本书看吧，一般讲单片机的书，随便哪本都有）。 从图中我们可以看出： 在 51 单片机内部有 一个 CPU用来运算、控制， 有 四个并行 I/O口 ，分别是 P0、 P P P3， 有 ROM，用来存放程序， 有 RAM，用来存放中间结果， 此外还有 定时 /计数器 ， 串行 I/O口 ， 中断系统 ， 以及一个 内部的时钟电路。 在一个 51单片机的内部包含了这么多的东西。 对上面的图进行进一步的分析，我们已知，对并行 I/O 口的读写只要将数据送入到相应 I/O口的锁存器就可以了，那么对于定时 /计数器，串行 I/O口等怎么用呢。 在单片机中有一些独立的存储单元是用来控制这些器件的，被称之为特殊功能寄存器（ SFR）。 事实上，我们 已接触过 P1 这个特殊功能寄存器了，还有哪些呢。 看表 1： 表 1：特殊功能寄存器 符号 地址 功能介绍 B F0H B 寄存器 ACC E0H 累加器 PSW D0H 程序状态字 IP B8H 中断优先级控制寄存器 P3 B0H P3口锁存器 IE A8H 中断允许控制寄存器 P2 A0H P2口锁存器 SBUF 99H 串行口锁存器 SCON 98H 串行口控制寄存器 P1 90H P1口锁存器 TH1 8DH 定时器 /计数器 1（高 8 位） TH0 8CH 定时器 /计数器 1（低 8 位） TL1 8BH 定时器 /计数器 0（高 8 位） TL0 8AH 定时器 /计数器 0（低 8 位） TMOD 89A 定时器 /计数器方式控制寄存器 TCON 88H 定时器 /计数器控制寄存器 DPH 83H 数据地址指针（高 8 位） DPL 82H 数据地址指针（低 8 位） SP 81H 堆栈指针 P0 80H P0口锁存器 PCON 87H 电源控制寄存器 表 1 下面，我们介绍一下几个常用的 SFR，看图 2。 1. ACC：累加器，通常用 A表示。 这是个什么东西，可不能从名字上理解，它是一个寄存器，而不是 一个做加法的东西，为什么给它这么一个名字呢。 或许是因为在运算器做运算时其中一个数一定是在 ACC 中的缘故吧。 它的名字特殊，身份也特殊，稍后我们将学到指令，可以发现，所有的运算类指令都离不开它。 2. B：一个寄存器。 在做乘、除法时放乘数或除数，不做乘除法时，随你怎么用。 3. PSW：程序状态字。 这是一个很重要的东西，里面放了 CPU 工作时的很多状态，借此，我们可以了解 CPU 的当前状态，并作出相应的处理。 它的各位功能请看表 2 表 2： PSW各位功能 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CY AC F0 RS1 RS0 OV P 下面我们逐一介绍各位的用途 （ 1） CY：进位标志。 8051 中的运算器是一种 8 位的运算器，我们知道， 8位运算器只能表示到0255，如果做加法的话，两数相加可能会超过 255，这样最高位就会丢失，造成运算的错误，怎么办。 最高位就进到这里来。 这样就没事了。 例： 78H+97H（ 01111000+10010111） （ 2） AC：半进位标志。 例： 57H+3AH（ 01010111+00111010） （ 3） F0：用户标志位，由我们（编程人员）决定什么时候用，什么时 候不用。 （ 4） RS RS0：工作寄存器组选择位。 这个我们已知了。 （ 5） 0V：溢出标志位。 什么是溢出我们稍后再谈吧。 （ 6） P：奇偶校验位：它用来表示 ALU运算结果中二进制数位 “1” 的个数的奇偶性。 若为奇数，则 P=1，否则为 0。 例：某运算结果是 78H（ 01111000），显然 1的个数为偶数，所以 P=0。 DPTR（ DPH、 DPL）：数据指针，可以用它来访问外部数据存储器中的任一单元，如果不用，也可以作为通用寄存器来用，由我们自已决定如何使用。 P0、 P P P3：这个我们已经知道 ，是四个并行输入 /。