单片机原理简述

征峰电子

   随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU 、RAM 、 ROM 、定时/数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机，直译为单片机 。

　　一、单片机的特点 ：

　　1 、具有优异的性能价格比
　　2 、集成度高、体积小、可靠性高
　　3 、控制功能强
　　4 、低电压、低功耗

　　二、单片机的应用 ：

　　1 、在智能仪器仪表中的应用：在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。

　　2 、在机电一体化中的应用：机电一体化产品是指集机械、微电子技术、计算机技术于一本，具有智能化特征的电子产品。

　　3 、在实时过程控制中的应用：用单片机实时进行数据处理和控制，使系统保持最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品的质量。

　　4 、在人类生活中的应用：目前国外各种家用电器已普通采用单片机代替传统的控制电路。

　　5 、在其它方面的应用：单片机除以上各方面的应用，它还广泛应用于办公自动化领域、商业营销领域、汽车及通信、计算机外部设备、模糊控制等各领域中。

　　三、单片机的基本组成 ：
　　它由 CPU 、存储器（包括 RAM 和 ROM ）、 I/O 接口、定时 / 计数器、中断控制功能等均集成在一块芯片上，片内各功能通过内部总线相互连接起来。

　　输入 / 输出引脚 P0 、 P1 、 P2 、 P3 的功能 ：P0.0~P0 。 7 ： P0 口是一个 8 位漏极开路型双向 I/O 端口。在访问片外存储器时，它分时作低 8 位地址和 8 位双向数据总线用。在EPROM 编程时，由 P0 输入指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。验证程序时，要求外接上拉电阻。 P0 能以吸收电流的方式驱动8个LSTTL 负载。

　　P1. 0 ~P1. 7 （ 1~8 脚）： P1 是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。在 EPROM 编程和验证程序时，由它输入低 8 位地址。 P1 能驱动 4 个 LSTTL 负载。

　　在 8032/8052 中， P1. 0 还相当于专用功能端 T2 ，即定时器的计数触发输入端； P1. 1 还相当于专用功能端T2EX ，即定时器 T2 的外部控制端。P2.0~P2.7 （ 21~28 脚）： P2 也是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。在访问外部存储器时，由它输出高 8 位地址。在对 EPROM 编程和程序验证时，由它输入高 8 位地址。 P2 可以驱动 4 个 LSTTL 负载。P3. 0 ~P3. 7 （ 10~17 脚）： P3 也是一上带内部上拉电阻的双向 I/O 口。在 MCS-51 中，这 8 个引脚还用于专门的第二功能。 P3 能驱动 4 个 LSTTL 负载。

　　P3. 0 RXD （串行口输入）
　　P3. 1 TXD （串行口输出）
　　P3. 2 INT0 （外部中断 0 输入）
　　P3. 3 INT1 （外部中断 1 输入）
　　P3. 4 T0 （定时器 0 的外部输入）
　　P3. 5 T1 （定时器 1 的外部输入）
　　P3. 6 WR （片外数据存储器写选通）
　　P3. 7 RD （片外数据存储器读选通）

　　四、MCS-51 的寻址方式：
　　1 、立即寻址 如： MOV A ， #40H
　　2 、直接寻址 如： MOV A ， 3AH
　　3 、寄存器寻址 如： MOV A ， Rn
　　4 、寄存器间接寻址 如： MOV A ， @Rn
　　5 、基址加变址寻址 如： MOVC A ， @A+DPTR
　　6 、相对寻址 如： SJMP 08H
　　7 、位寻址 MOV 20H ， C

　　五、指令：
　　MOV ： 片内 RAM 传送
　　MOVX ： 片外 RAM 传送
　　MOVC ： ROM 传送
　　XCH ： 交换（和 A 交换）
　　SWAP ： A 内半字节交换
　　ADD ：不带进位加
　　ADDC ：带进位加
　　SUBB ：带进位减
　　INC ：加 1
　　DEC ：减 1
　　MUL ：乘法
　　DIV ：除法
　　DAA ：调整

　　六、计数初值的计算
　　定时或计数方式下计数初值如何确定，定时器选择不同的工作方式，不同的操作模式其计数值均不相同。若设最大计数值为 M ，各操作模式下的 M 值为：

　　模式 0 ： M=2 13 =8192
　　模式 1 ： M=2 16 =65536
　　模式 2 ： M=2 8 =256
　　模式 3 ： M=256 ，定时器 T0 分成 2 个独立的 8 位计数器，所以 TH0 、 TL0 的 M 均为 256 。

　　因为 MCS-51 的两个定时器均为加 1 计数器，当初到最大值（ 00H 或 0000H ）时产生溢出，将 TF 位置 1 ，可发出溢出中断，因此计数器初值 X 的计算式为： X=M- 计数值式中的 M 由操作模式确定，不同的操作模式计数器的长不相同，故M值也不相同。而式中的计数值与定时器的工作方式有关。

　　1 、计数工作方式时
　　计数工作方式时，计数脉冲由外部引入，是对外部冲进行计数，因此计数值根据要求确定。其计数初值： X=M- 计数值

　　例如：某工序要求对外部脉冲信号计 100 次， X=M-100

　　2 、定时工作方式时
　　定时工作方式时，因为计数脉冲由内部供给，是对机器周期进行计数，故计数脉冲频率为 f cont =f osc × 1/12 、计数周期 T=1/f cont =12/f osc 定时工作方式的计数初值 X 等于：

　　X=M- 计数值 =M-t/T=M- （ f osc × t ） /12

　　式中： f osc 为振荡器的振荡频率， t 为要求定时的时间。

　　定时器有两种工作方式 ：即定时和计数工作方式。由 TMOD 的 D6 位和 D2 位选择，其中 D6 位选择 T1 的工作方式， D2 位选择 T0 的工作方式。 =0 工作在定时方式， =1 工作在计数方式。并有四种操作模式：

　　1 、模式 0 ： 13 位计数器， Tli 只用低 5 位。
　　2 、模式 1 ： 16 位计数器。
　　3 、模式 2 ： 8 位自动重装计数器， Thi 的值在计数中不变， Tli 溢出时， Thi 中的值自动装入 Tli 中。
　　4 、模式 3 ： T0 分成 2 个独立的 8 位计数器， T1 停止计数。

　　MCS-51 有 5 个中断源，可分为 2 个中断优先级，即高优先级和低优先级，中断自然优先级：

　　外部中断 0 ；定时器 0 中断； 外部中断 1 ；定时器 1 中断 ；
　　串行口中断 ；定时器 2 中断

　　（ 1 ）同级或高优先级的中断正在进行中；
　　（ 2 ）现在的机器周期还不是执行指令的最后一上机器周期，即正在执行的指令还没完成前不响应任何中断；
　　（ 3 ）正在执行的是中断返回指令 RET1 或是访问专用寄存器 IE 或 IP 的指令，换而言之，在 RETI 或者读写 IE 或 IP 之后，不会马上响应中断请求，至少要在执行其它一要指令之扣才会响应。

　　（一）中断响应条件
　　CPU 响应中断的条件有：
　　（ 1 ）有中断源发出中断请求；
　　（ 2 ）中断总允许位 EA=1 ，即 CPU 开中断；
　　（ 3 ）申请中断的中断源的中断允许位为 1 ，即没有被屏蔽。

　　七、串行口工作方式及帧格式
　　MCS-51 单片机串行口可以通过软件设置四种工作方式：
　　方式 0 ：这种工作方式比较特殊，与常见的微型计算机的串行口不同，它又叫同步移位寄存器输出方式。在这种方式下，数据从 RXD 端串行输出或输入，同步信号从 TXD 端输出，波特率固定不变，为振荡率的 1/12 。该方式是以 8 位数据为一帧，没有起始位和停止位，先发送或接收最低位。
　　方式 2 ：采用这种方式可接收或发送 11 位数据，以 11 位为一帧，比方式 1 增加了一个数据位，其余相同。第 9 个数据即 D8 位具有特别的用途，可以通过软件搂控制它，再加特殊功能寄存器 SCON 中的 SM2 位的配合，可使 MCS-51 单片机串行口适用于多机通信。方式 2 的波特率固定，只有两种选择，为振荡率的 1/64 或 1/32 ，可由 PCON 的最高位选择。
　　方式 3 ：方式 3 与方式 2 完全类似，唯一的区别是方式 3 的小组特率是可变的。而帧格式与方式 2- 样为 11 位一帧。所以方式 3 也适合于多机通信。