单片机原理及其接口技术

2022年8月5日
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教材内容比较多,讲授1~9章内容,重点在MCS-51单片机原理、指 令系统、单片机系统接口技术的学习。 每次课前回列出重要知识点。 主题可分为6大部分

微型计算机基础。 51单片机结构及工作原理。 51单片机指令系统及汇编程序设计。 半导体存储器及其与51单片机的连接。 51单片机中断技术 基本I/O接口技术(并口、串口、A/D、D/A) 模电、数电、C/C程序设计、微型计算机原理与接口技术

二进制、十六进制、八进制 BCD编码、ASCII编码 原码、反码、补码的表示及运算规则

数制是指数的制式,即利用符号计数的方法。微型计算机中 常用的数值有十进制、二进制、八进制、十六进制等。 微型计算机中的所有信息都是采用二进制数进行表示,二进 制数及编码是所有计算机的基本语言。

十进制。0~9,如45D。 二进制。0,1,如01010011B。 十六进制。0~9,A,B,C,D,E,F,如3BH。 八进制。0~7,如76O。

十进制转为二进制。 二进制转为十进制。 二进制转为十六进制。 十六进制转为二进制。 十进制转为十六进制。

为什么需要补码? 补码中的“模”-时钟的例子。 [X]补=模+[X]。 补码的计算:

计算机中凡是带符号数都用补码表示,所有运算都采用 补码加法完成,运算结果也是补码。 应用举例。

溢出产生的原因。每个数的补码有一个表示范围 (字长位n的二进制数,补码的表示范围为-2n-1~2n1-1),运算结果超出该范围引起的计算出错称为溢 出。 溢出的判断-变形码

Cs:表示最高位(符号位)的进位情况。 Cy:表示数值部分最高位的进位情况。 溢出=Cs 异或 Cy

以7位二进制数表示128种不同的字符(包括字母、数字及控 制符号等)。 标准ASCII码最高为为0,最高为为1的为扩展ASCII码,常用 于双字节编码领域,如汉字编码(GB2312,BIG5,GBK 等)。 见附录A

用于存放程序及数据的部件。 单片机中使用半导体存储器。 存储器单元使用存储器地址标识。 CPU需要读写存储器单元的内容时,需要首先提供存储器的 地址。

系统总线。连接多个功能部件,并具有完成信息相互传送功 能的一组公共传输线,包括

数据总线(DB)。传送数据信号。 地址总线(AB)。传送地址信号。 控制总线(CB)。传送控制及状态信号。

16位机。 32位机。 区别在于字长、制造方式(功耗)、RAM/ROM大小、I/O接 口等

重点:专用寄存器组名称及功能、存储器结构及地址分配、 位地址、I/O端口、定时器与计数器、中断系统

重点:有几种工作方式、各有何用途 重点:时钟周期、机器周期、指令周期、典型操作时序

程序寄存器PC(16位) 累加器A(8位) 通用寄存器B(8位) 程序状态寄存器PSW(8位) 堆栈指针SP(8位) 数据指针DPTR(16位)

指有特殊功能的寄存器集合。SFR的实际个数与单片机具体型号有关。 8031/8051有21个,8032/8052有26个,允许位寻址的有11个,如下 所示。

逐条执行用户指令,用于调试用户程序 利用单片机的外部中断功能实现 所有单片机都需要的一种工作方式,被执行程序可 放置在片内或片外ROM中 单片机复位后PC=0000H,因此需要在0000H放 置一条跳转指令将PC指向程序开始的位置

节电方式是一种降低功耗的工作方式,只有 CMOS器件才有本方式,受电源控制寄存器 PCON控制。节电方式分为:

指令。指使计算机完成某种操作的命令。 指令系统。指令的集合称为指令系统。 计算机的机器指令包括操作码和操作数两部分。 操作码。表示计算机执行什么样的操作。 操作数。表示计算机参加运算操作要处理的数据信息。

直接寻址。 立即寻址。 寄存器寻址。 寄存器间址。 变址寻址。 相对寻址。 位寻址。

16位数的传送指令(1条) 对外部ROM的读数指令(2条) 对外部RAM的读写指令(4条)

加法指令(13条); 减法指令(8条); BCD调整指令(1条); 乘除指令(2条);

逻辑乘指令(6条)。 逻辑加指令(6条)。 逻辑异获指令(6条)。 累加器清零和求反指令(2条)

无条件转移指令(4条) 条件转移指令(8条) 子程序调用与返回指令(4条) 空操作指令(1条)

缩短用户程序长度 节省程序设计时间 完整程序功能,如多字节加法子程序、三角函数子程序等 通用性,可多次调用 通过调用/返回指令完成对子程序的调用/返回

汇编语言源程序必须转换为机器语言才能够被MCS51CPU执行,将汇编语言源程序转换为机器语言的过程 称为“汇编”。可以采用以下两种手段进行汇编  人工汇编-查手册

半导体存储器的分类。 存储器容量的扩展方式。 存储器与MCS-51的连接。

指CPU在正常运行程序时,因内部或外部事件 要求CPU暂时中止执行原程序,转而执行其服 务程序(称为中断服务程序),待服务完毕后 自动返回执行原程序的过程。

能实现中断响应、中断服务、中断返回。 能实现中断优先级排队。 能实现中断嵌套。 能识别中断源及开关中断。

多个中断源同时申请时,按优先权从高到低依 次处理。 高级别中断源可以中断级别较低且正在处理的 中断,排斥同级,同时响应更高级别的中断请 求。 同级别多个中断源同时申请中断,应预先排好 次序,依次逐个处理。

通过设置初始化命令字ICW1~ICW4及操作命 令字OCW1~OCW3实现,任务包括

优先级设置 优先级循环方式 中断屏蔽方式 中断结束方式 中断请求的触发方式

数据缓冲 数据格式转换 地址译码及设备选择 传递控制及状态信号 电平转换

数字信号。“0或1”形式的二进制数据。 模拟信号。传感器/控制器的输入/输出的表示温度、 压力、流量、阀门等数据的电压或电流信号,需要 A/D,D/A转换使用。 开关量。表示开、关两种状态,例如电机的启动与停 止等。 反映外设的工作状态,如“准备好”或“忙”状态。

8255A是一个具有两个8位(A和B口) 和两个4位(C口高/低四位),最多 可达24位的并行输入输出端口的接口 芯片,它为Intel系列CPU与外部设备 之间提供TTL电平兼容的接口,如打 印机、A/D、D/A转换器、键盘、 步进电机以及需要同时两位以上信息 传送的一切形式的并行接口。

方式0是一种基本输入或输出方式,它适用于无需握手信号的简单 输入输出应用场合, 端口A、B、C都可作为输入或输出数据使用, 端口B、C输出有锁存而输入无锁存。 方式1也称选通的输入/输出方式。在这种方式下,无论是输入还是 输出都通过应答关系实现, 这时端口A或B用作数据口,端口C的 一部分引脚用作握手信号线与中断请求线。  若端口A工作于方式1,则B可工作于方式0;  若端口B工作于方式1,则A可工作于方式0或余下的13位可工作于方 式0;  若端口A和B同时工作于方式1,端口C余下的两位还可用于传送数据 或控制信号。 方式2也称选通的双向I/O方式,仅适用于端口A, 这时A口的PA7PA0作为双向的数据总线条引脚用作A的握手信号线-基本输入输出模式

方式0-同步移位寄存器。 方式1-可变频率10位异步通信。 方式2-固定频率11位异步通信。 方式3-可变频率11位异步通信。

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