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单片机期末复习

时间:2019-11-27 09:21:49      阅读:79      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:读取   time   指令   硬件   振荡器   信息   校验位   栈的操作   独立   

一、硬件结构

1.1部分引脚说明

RST:复位引脚,两个机器周期的高电平后复位

ALE:锁存低八位地址

EA:高电平时,访问内部程序存储器(ROM)

P0:双向IO口、分时复用-低八位地址,数据总线

P1:双向IO口

P2:双向IO口,访问外部存储器时,提供高八位地址总线

P3:双向IO口,有第二功能

1.2存储器

物理上分为:4 个空间

  • 即片内ROM、 、 片外ROM(程序存储器)
  • 片内RAM、 、 片外RAM(数据存储器)

逻辑上分为: : 3 个空间 ,

  • 程序内存(ROM) ( 片内 、 外 ) 统一编址 MOVC
  • 数据存储器 ( 片内) ) MOV
  • 数据存储器(片外) MOVX

1.2.1程序存储器(ROM

  • 作用:存储用户程序和表格常数
  • 特殊单元:

0000H:复位后从这里开始执行程序

中断单元:

  • 外中断0 (INT0 ) 0003H
  • 定时器0 (T0 ) 000BH
  • 外中断1 (INT1 ) 0013H
  • 定时器1 (T1 ) 001BH
  • 串行口(UART ) 0023H

1.2.2内部数据存储器(RAM

技术图片

  • 通用工作寄存器组

    00~1FH共32个,四组通用寄存器,即(四组R0~R7)

    可以使用RS1(PSW.4)RS0(PSW.3)来切换寄存器区

    RS1 RS0 寄存器区 内存地址
    00 0区 00-07H
    01 1区 08-0FH
    10 2区 10-17H
    11 3区 18-1FH
  • 位地址空间

    20-2FH 共128位

  • 外部数据存储器空间

    MCS-51 可以外扩64KB RAM 或I/O 口。外部RAM和 和I/O口统一编址

  • 特殊功能寄存器(SFR)

    80-FFH 共21个离散分布,11个可以位寻址

    • 介绍

      • A(ACC),存放操作数、运算结果

      • B,乘除法使用,也可以用作通用RAM单元

      • PSW

        CY AC F0 RS1 RS0 OV - P
        D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
        • CY,进位标志,可被硬件,软件清零或置位。
        • AC,辅助进位标志,低四位有进位或借位时置位。
        • F0,用户定义的状态标志,软件清零或置位
        • RS1、RS0,寄存器区控制位
        • OV,溢出标志,加减指令溢出时置位
        • p,奇偶标志,ACC中1的个数为奇数时置位
    • 特殊功能寄存器介绍

      • 堆栈指针SP:指示堆栈在内部RAM中的位置,系统复位后SP为07H,堆栈实际从08H开始
      • 数据指针-DPTR:存放16位数据地址,访问外部(RAM或P)可分为DPH,DPL单独操作
      • 端口P0-P3:IO端口锁存器
      • 其他SFR:SBUF、SCON、TH0、TL0、TH1、TL1、IP、IE、TMOD、TCON、PCON
    • 注 : PC 不属于 SFR

1.2.3并行口结构与操作

? 访问外部存储器时,地址由P0 和P2 口送出, 数据 通过P0 口传送,此时P0 口是 分时复用 的双向总线。
不使用外部存储器时,可作为准双向口使用。

P2口:

  • 不外接数据存储器时,P2 口作为通用I/O 口。
  • 外接256B 数据存储器时,使用MOVX @Ri 类指令,由P0 送出低8 位地址,P2 口不受影响。
  • 使用MOVX @DPTR 类指令时,需输出16 位地址,存储器访问周期内P2 口保持高8 位地址信息,而锁
    存器的内容保持不变,故访问周期结束后锁存器的内容又回到引脚上。可在一定限度内作I/O 使用,如
    作为输入口。

P3口:

  • 作通用I / O 时, “ 选择输出功能 ” 应保持高电平
  • 工作于第二功能时,该位锁存器应置1
  • 作输入口时,输出锁存器和选择输出功能端都 应置1 。
  • 第二功能专用输入,取自输入通道第一 缓冲器G1 )输出端,通用输入信号取自 “ 读引脚 ”
I/O 口 第二功能 说 明
P 3.0 RXD 串行口数据接收端
P 3.1 TXD 串行口数据发送端
P 3.2 INT0 外部中断请求0
P 3.3 INT1 外部中断请求1
P 3.4 T0 定时器/ 计数器0
P 3.5 T1 定时器/ 计数器1
P 3.6 WR 外部RAM 写信号
P 3.7 RD 外部RAM

1.2.4时钟电路与复位电路

? 1个机器周期:12个晶荡(时钟)周期(或6个状态周期)
指令的执行时间称作指令周期

1.2.5复位

复位可使单片机或系统部件处于确定的初始状态。

  • PC:0000H
  • RAM:随机值(运行中复位不改变RAM内容)
  • SFR:
  • P0~P3=FFH
  • SP=07H
  • 其余各位为0

? 复位电路的作用非常重要,能否成功复位关系到单片机系统能否正常运行的问题。如果振荡电路正常而单片机系统不能正常运行,其主要原因是单片机没有完成正常复位,程序计数器的值没有回0 0 ,特殊功能寄存器没有回到初始状态。这时可以适当地 调整上电复位电路的阻容值 ,增加其充电时间常数来 解决问题

二、指令系统

2.1指令格式及常用符号

机器指令 :计算机能直接识别和执行的指令

  • 单字节指令:一般那种没有数字的是单字节指令

    如:

    ? INC A

      MOV A,R0
  • 双字节指令:一般带有一个数字的为双字节指令,带有rel的也增加一个字节

    如:

    ? MOV A,#50H

    ? JC rel

  • 三字节指令:一般带有两个数字的为三字节指令

    如:

    ? MOV 20H,#30H

  • Rn (n=0~7 )- 当前工作寄存器组中的寄存器R0~R7 之一

  • Ri (i=0,1 )- 当前工作寄存器组中的寄存器R0 或R1

  • @ ---------- 间址寄存器前缀

  • #data ------8 位立即数/
  • #data16-----16 位立即数
  • direct------ 片内低128 个RAM 单元地址及SFR 地址
  • addr11------11 位目的地址
  • addr16------16 位目的地址
  • rel---------8 位地址偏移量 , 范围:-128 ~+127
  • bit--------- 片内RAM 位地址、 、SFR 的位地址
  • ( ×)------ 表示 × 地址单元或寄存器中的内容
  • / ----------位操作数的取反操作前缀

2.2寻址方式

? 7种寻址方式

2.2.1寄存器寻址

? MOV A,R0

2.2.2直接寻址

? MOV A,50H

2.2.3寄存器间接寻址

? MOV A,@R0

2.2.4立即寻址

? MOV A,#50H

2.2.5变指寻址

? MOVC A,@A+DPTR

2.2.6相对寻址

? 用于跳转指令,实现程序分支,注意加上指令字节数

如:

? rel=75H,psw.7=1,JC rel存在1000H开始的单元,

执行JC rel后,程序将跳转到1077H单元,(因为要加上JC rel的两个字节)

2.2.7位寻址

? 位寻址方式实质属于 位的直接寻址。

技术图片

2.3指令

? 注意,使用MOVX A,@Ri读取片外RAM时,高八位地址由P2提供

  • PUSH,POP

    ? PUSH 先SP+1 在送值

    ? POP 先出值,在SP-1

  • XCH 字节交换

    若(R0 )=80H, (A )=20H 。
    执行指令 XCH A ,R0 后,
    (A )=80H ,(R0 )=20H。

  • XCHD 间址操作数的低半字节与A 的低半字节互换

    若(R0 )=30H ,(30H )=67H , (A )=20H 。执行指令
    XCHD A ,@R0 指令后,(A )=27H ,(30H )=60H。

  • MUL AB ;A为低八位,B为高八位

  • DIV AB ;A为整数,B 为余数

  • ANL

  • ORL

  • XRL ;异或

  • CLR

  • CPL ;取反

  • AJMP ;2K PC+2

  • LJMP ;64K

  • SJMP;256(-128~+127) PC+2

  • JMP ;PC+1

  • JB、JBC、JNB ;PC + 3

  • JC、JNC ; PC + 2

2.4调用与返回

调用

  • ACALL addr11:

    ? PC += 2

    ? SP += 1

    ? SP = PC(低八位)

    ? SP+=1

    ? SP = PC(高八位)

    ? PC(低11位)=addr11

  • LCALL addr16:

    ? PC += 3

    ? SP += 1

    ? SP = PC(低八位)

    ? SP+=1

    ? SP = PC(高八位)

    ? PC = addr16

    SP中存的是程序返回地址,PC存的是当前执行指令的值

    返回

    • RET

      ? PC (高八位)= SP

      ? SP -= 1

      ? PC(低八位) = SP

      ? SP -= 1

    • RETI

      ? PC (高八位)= SP

      ? SP -= 1

      ? PC(低八位) = SP

      ? SP -= 1

      RET 与 RETI 对堆栈的操作是完全相同的,但是RETI专用于中断的返回,它具有清除内部相应的中断状态触发器的功能。

三、程序设计

? 单片机应用系统由 硬件系统 和 应用程序

? 注意:查表时,如果表是DW存的,那么查询之前,需要左移一下A,若是DB存的,则不需要

  • JMP @A+DPTR

    AJMP XXXX ; 最多128种分支, (256/2

    LJMP XXXX; 最多85种分支 (256/3

    其余略过,具体看书

四、中断系统

? 外部中断0和1(INT0、INT1)? 采集到低电平或者脉冲下降沿时,产生中断请求。 INT0来自P3.2引脚 INT1来自P3.3引脚

定时/计数器0和1(T0、T1)? 定时功能时,计数脉冲来自片内? 计数功能时,计数脉冲来自片外。T0来自P3.4引脚 T1来自P3.5引脚? 计数值由8个1变成8个0时,产生中断请求。

串行中断? 发送或接收完一个字节数据时,产生中断请求发送来自P3.0引脚接收来自P3.1引脚

  • 中断相关特殊寄存器

    中断允许寄存器IE
    中断优先级寄存器IP
    定时/ 计数器及外部中断控制寄存器TCON
    串口控制寄存器SCON

  • TCON

    技术图片

    技术图片

  • SCON

    技术图片

  • IE

    技术图片

  • IP

    技术图片

五、定时器、计数器

  • TMOD

    技术图片

    技术图片

  • TCON

    技术图片

5.1工作方式

T0:0、1、2、3

T1:0、1、2

  • 方式0:

    13位,初值计算:

    • 计数模式(C/T=1):

    8192-N

    • 定时模式:

      8192-N,

      ? N=t/Tcy,(即,要求的时间/单片机的机器周期)

      ? eg: 定时1ms,单片机晶振频率12M,则机器周期为1μs,那么N=1ms/1μs=1000

      ? 初值就是 7192,然后转换为十六进制送入TH0(高八位),TL0(低五位)即可

      但是由于,13位,送的时候,不太方便,所以一般不用方式0

  • 方式1:

    16位,初值计算

    65536-N

    送初值的时候,需要将初值高八位送入TH0,低八位送入TL0

    eg:N=500,则可以这样送

    MOV TH0,#(65536-500) / 256
    
    MOV TL0,#(65536-500) MOD  256
    

    ?

  • 方式2:

    8位,自动重装载

    256-N

    送初值的时候,只要将初值送给TH0,和TL0即可

  • 方式3:

    8位,(仅T0有此方式,T1 方式3将停止计数)

    TL0进行8位定时/计数

    TH0进行8位定时(T1方式2时,可出借TR1 、TF1)

    ? 模式3 对T T0 和T1是不同的。
    对于T1,设置为模式3将使它保持原有的计数值 其作用
    如同使 如同使 TR1 = 0,即停止计数。
    对于T0,将使 TL0 和 TH0 成为两个独立的 8位计数器 。 TH0
    只能作定时器 , 对机器周期计数 ,借用T1 的 TR1 和 TF1 , 并占用
    T1的中断源 ,此时T1 仍可工作在模式0 、1 或 2, 用于不需要中
    断控制的场合 , 如用于作波特率发生器 (工作于模式2)。

5.2注意的问题

5.2.1对输入信号的要求

  • 定时器方式:

    输入来自内部时钟脉冲(fosc/12),定时精度取决于振荡器频率

  • 计数器方式

    外部输入脉冲的最高频率为震荡器频率的1/24。即 晶振频率/24

5.2.2赋初值

除了模式二的自动重装载外,其余的模式,在中断程序内需要重新赋初值

5.2.3运行中读定时器/计数器

由于 不可能在同一时刻读取THx 和TLx 的内容,读取的计数值有可能出错。例如:先读TLx ,后读THx ,由于定时器在不断运行,读THx 前若恰好产生 生TLx 溢出向THx 进位的情况,则读得的TLx 是错误的。同样,若先读
THx ,后读TLx也会出错。

解决方式:

? 先读THx, , 后读TLx, , 再读THx, 若两次读得的THx 相同 , 则可确定读得的内容是正确的 。 若前后读得的THx 有变化 , 则重复上述过程 , 这次重复读得的内容应是正确的。

RDTIME :
MOV A ,TH0
MOV R0 ,TL0
CJNE A ,TH0 ,RDTIME
MOV R1 ,A
RET

5.3初始化

  • 对TMOD赋值,确定T0、T1工作方式
  • 求初值,并写入TH0、TL0或者TH1、TL1
  • 中断方式时,对IE进行赋值,开开中断
  • 查询方式时,检测TF0或TF1,为1代表计时时间到,将其清0,使TR0或TR1置位,启动定时、计数工作。

eg:

? 用T0 扩展一个外部中断源。将T0 设置为计数器方式,按方式2工 工
作,TH0 、TL0 的初值均为0FFH ,T0 允许中断,CPU 开放中断。其初
始化程序如下:

MOV TMOD,#06H ; 置T0 为计数器方式2
MOV TL0,#0FFH ; 置计数初值
MOV TH0,#0FFH
SETB TR0 ; 启动T0 工作
SETB EA ;CPU 开中断
SETB ET0 ; 允许T0 中断

5.4例

定时时间较大时(大于65ms)

实现方法:一是采用1 个定时器定时一定的间隔(如20ms ),然后用软件进行计数;二是采用2 个定时器级联,其中一个定时器用来产生周期信号(如20ms 为周期),然后将该信号送入另一个计数器的外部脉冲输入端进行脉冲计数。

编写程序,实现用定时/ 计数器T0 定时,使P1.7 引脚输出周期为2s 的方波。设系统的晶振频率为12MHz 。

$\color{red}{采用 定时50ms ,然后再 计数20}$

ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 000BH
LJMP DVT0
ORG 0030H
MAIN:
    MOV TMOD,#01H; 置T0 方式1
    MOV TH0,#3CH ; 装入计数初值
    MOV TL0,#0B0H ; 首次计数值
    MOV R7,#20 ; 计数50 次
    SETB ET0 ;T0 开中断
    SETB EA ;CPU 开中断
    SETB TR0 ; 启动T0
    SJMP $ ;

DVT0:
    DJNZ R7,NT0
    MOV R7,#20
    CPL P1.7
    NT0:
        MOV TH0,#3CH
        MOV TL0,#0B0H
    RETI
END

六、串行口

  • SCON

    技术图片

    技术图片

    技术图片

  • PCON

    技术图片

6.1工作方式

SM0、SM1选择四种工作方式

  • 方式0,同步移位寄存器方式

    用于扩展并行I/O

    • 一帧8 位,无起始位和停止位。
    • RXD :数据输入/ 输出端。
      TXD :同步脉冲输出端,每个脉冲对应一个数据位。
    • 波特率B = fosc/12
      如: fosc=12MHz , B=1MHz ,每位数据占1μs 。
    • 发送过程: 写入SBUF ,启动发送,一帧发送结束,TI=1 。
      接收过程:REN=1 且RI=0 ,启动接收,一帧接收完毕, RI=1 。

    eg:

    数据从RXD(P3.0)引脚串行输出,低位在先,高位
    在后;TXD(P3.1)引脚输出移位脉冲,其频率为foc/12;
    发送完毕后,中断标志位TI为1。

    MOV SCON,#00H ;串行口方式0
    
    MOV SBUF,A ;将数据送出
    
    JNB TI,$ ;等待数据发送完毕
    
  • 方式1:八位数据异步通讯方式

    • 一帧10 位:8 位数据位,1 个起始位(0) ,1 个停止位(1)

    • RXD :接收数据端。 TXD :发送数据端。

    • 波特率:用T1 作为波特率发生器,B=(2 SMOD /32) ×T1 溢出率。

    • 发送:写入SBUF ,同时启动发送,一帧发送结束,TI=1 。
      接收:REN=1 ,允许接收。接收完一帧,若RI=0 且停止位为1

    • ( 或SM2=0) ,将接收数据装入SBUF ,停止位装入RB8 ,并使
      RI=1 ;否则丢弃接收数据,不置位RI 。

      当REN=1 ,CPU 开始采样RXD 引脚负跳变信号,若出
      现负跳变,才进入数据接收状态,先检测起始位,若第一
      位为0 ,继续接收其余位;否则,停止接收,重新采样负跳
      变。数据采样速率为波特率16 倍频,在数据位中间,用第7 、
      8 、9 个脉冲采样3 次数据位,并3 中取2 保留采样值。

  • 方式2、方式3:9位数据异步通讯方式

    • 一帧为11 位:9 位数据位,1 个起始位(0) ,1 个停止位(1)。 。
      第 第9 位数据位在TB8/RB8 中,常用作校验位和多机通讯标识
      位。
    • RXD :接收数据端,TXD :发送数据端
    • 波特率: 方式2 :B=(2 SMOD /64) ×fosc 。
      方式3 :B=(2 SMOD /32) ×T1 溢出率
    • ) 发送: 先装入TB8 ,写入SBUF 并启动发送,发送结
      束,TI=1 。
      接收:REN=1 ,允许接收。接收完一帧,若RI=0 且第
      9 位为1 ( 或SM2=0) ,将接收数据装入接收SBUF ,第9 位装
      入RB8 ,使RI=1 ;否则丢弃接收数据,不置位RI

6.2波特率确定与初始化步骤

  • 波特率确定

    • 固定波特率:

      方式0波特率= fosc/12

      方式2波特率 = ($2^{SMOD}$/64)*fosc

    • 可变波特率:

      方式1波特率 = ($2^{smod}$/32)*T1溢出率

      方式3波特率 = ($2^{smod}$/32)*T1溢出率

      ? (定时器1)T1溢出率

      • fosc/(12*($2^n$-定时器初值))
      • n为定时器的模式位数,模式0-->13, 模式1----->16, 模式2----->8

      经推导定时器初值可近似为

      $2^n-(2^{smod}1.085x)/(波特率/2400)$

      其中,smod与pcon最高位相同,x为晶振频率/M,计算结果,四舍五入即可。

  • 初始化步骤

    • 确定T1工作方式(找到n)(MOV TMOD,#20H)
    • 设置PCON
    • 计算初值(上面的公式)
    • 启动T1(SETB TR1)
    • (开开单片机中断(SETB EA))
    • (开开串行口中断(SETB ES))
  • 发送程序

    • 查询方式

      SEND:
        MOV A,@R0 ; 取数据
        MOV SBUF,A ;发数据
      JNB TI,$ ; 等待发送结束
      CLR TI    ;清除标志位
      INC R0    ;准备下一次发送
      SJMP SEND
    • 中断方式

      ORG 0
      LJMP MAIN
      ORG 0023H
      LJMP DVSEND
      ORG 0100H
      MAIN:
        ......
          MOV A,@R0     ; 取数据
          MOV SBUF,A      ;发数据
      DVSEND:
        CLR TI
        INC R0
        MOV A,@R0
        MOV SBUF,A
        RETI
      
  • 接收程序

    REN=1、RI=0等待接收,当RI=1,从SBUF读取数据

    • 查询方式

      WAIT:
        JBC RI,NEXT
        SJMP WAIT
      NEXT:
        MOV A,SBUF
        MOV @R0,A
        INC R0
        SJMP WAIT
    • 中断方式

      ORG 0023H
      LJMP DVGET
      MAIN:
        ......
        SJMP $
      DVGET:
        CLR RI
        MOV A,SBUF
        MOV @R0,A
        INC R0
        RETI

      ?

单片机期末复习

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