单片机试验讲义(改)单片机试验讲义(改).doc

单片机结构及工作原理 单片微型计算机（Single-chip Microcomputer）或称微控制器（Microcontroller）是为了适应工业现场的实时控制而设计的芯片。具有集成度高、功能强、体积小、应用灵活、可靠性高等特点，在工业自动化、过程控制、智能仪器仪表、通信系统等众多领域得到了广泛的应用。 什么是单片机呢？所谓单片机是指：在一块硅片上集成了中央处理单元CPU、随机存储器RAM、程序存储器ROM或EPROM、定时器/计数器及串行和并行I/O接口，也就是集成在一块芯片上的微机。 单片机分类 单片机以所处理的数据位数来分，有8位单片机（MCS-51）、16位单片机（MCS-96）、32位单片机等。本实验主要用MCS-51系列8位单片机。MCS-51系列单片机主要有三个基本型号： 8051 — 片内有4KROM； 8751 — 片内有4KEPROM； 8031 — 片内无ROM和EPROM； 由此可知，这三种型号的单片机区别仅在于片内程序存储器不同，其他性能结构是一致的。 1.2 MCS-51系列单片机内部结构 一． 硬件结构 MCS-51系列单片机的基本结构如图1-1所示。 由图可知，MCS-51系列单片机主要由以下几部分组成： 8位中央处理器CPU； 片内4K字节的程序存储器ROM或EPROM（8031无ROM/EPROM）； 片内128字节的数据存储器RAM； 21个特殊功能寄存器SFR； 4个8位并行I/O口； 两个16位定时器/计数器T0、T1； 2个优先级的5个中断源结构； 一个全双工的通过编程工作在异步方式的串行接口； 片内振荡器和时钟电路。 布尔处理器 64KB外部数据存储器地址空间。 64KB外部程序存储器地址空间。 二． 硬件结构简介 1． 中央处理器CPU 中央处理器CPU主要由算术逻辑运算部件、布尔处理器、控制器和工作寄存器等组成。 运算器：运算器主要用来实现数据的传送、数据的算术逻辑运算和位变量处理。它主要包括算术运算部件ALU、累加器ACC、B寄存器、暂存器、程序状态字PSW、十进制调整电路及布尔处理器等。 控制器: 控制器是控制计算机系统各种操作的部件,它包括时钟发生器、定时控制逻辑、复位电路、指令寄存器IR、指令译码器、程序计数器PC、程序地址寄存器、数据指针DPTR、堆栈指针等. 2． 存储器 单片机存储器分为程序存储器ROM和数据存储器RAM。ROM用来存放指令的机器码、表格、常数等；RAM用来存放运算的中间结果和采集的数据等。 51系列单片机P0、P2口作为16位地址总线，可在片外分别扩展64K×8位EPROM和64K×8位RAM。共计2×64K存储器。从逻辑的角度看，存储器地址空间可分为三类： 片内外统一编址0000H~FFFFH的64K字节的ROM空间，采用16位地址。 片外64K字节RAM地址空间。地址也从0000H~FFFFH，采用16位地址。 片内256字节RAM地址空间，采用8位地址。这256字节被分成两个区域：00H~7FH地址是真正的RAM区，CPU可以读、写各种数据。而80H~FFH地址是专门用作特殊功能寄存器的区域，共安排了21个8位特殊功能寄存器SFR。 MCS-51系列单片机存储器结构如图1-2所示。 由图1-2可见，上述三个存储器地址空间有重叠区，为区别这三个不同的逻辑空间，MCS-51的指令系统设计了三种不同的数据传送类指令操作码加以区别： CPU访问片内外64K地址空间ROM用MOVC指令； CPU访问片外64K地址空间RAM用MOVX指令； CPU访问片内RAM的256个字节地址空间用MOV指令。 3．定时器/计数器 51系列弹片机有两个定时器/计数器，即定时器/计数器0和1。它们既可以编程作为定时器，也可以编程作为计数器使用。若计数计的是内部晶振的驱动时钟，它就是定时器；若计数计的是输入引脚的脉冲信号，它就是计数器。 定时器和计数器都是加1计数的，定时器实际上也是以计数方式工作，只是它对固定频率的脉冲计数，由于脉冲周期固定，由计数值可以计算出时间。 用于控制和确定各定时器/计数器的功能与操作模式的寄存器有：模式控制寄存器TMOD；控制寄存器TCON。 4．中断 中断是指当计算机执行正常程序时，由于系统中出现某些需要紧急处理的情况或特殊请求时，计算机打断当前正在运行的程序，转而对这些紧急情况进行处理，处理完毕后，计算机返回原来被打断的运行程序继续执行。终端控制方式使CPU在平时可以利用充分的时间去处理主要事件，而当外界有特殊情况需要处理时CPU也不会错过，以次提高工作效率。在编制实时性要