單片機(jī)原理簡述
隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及其發(fā)展，將計算機(jī)的CPU 、RAM 、 ROM 、定時/數(shù)器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片級的計算機(jī)，因此單片機(jī)早期的含義稱為單片微型計算機(jī)，直譯為單片機(jī) 。
一、單片機(jī)的特點(diǎn) ：
1 、具有優(yōu)異的性能價格比
2 、集成度高、體積小、可靠性高
3 、控制功能強(qiáng)
4 、低電壓、低功耗
二、單片機(jī)的應(yīng)用 ：
1 、在智能儀器儀表中的應(yīng)用：在各類儀器儀表中引入單片機(jī)，使儀器儀表智能化，提高測試的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價格比。
2 、在機(jī)電一體化中的應(yīng)用：機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集機(jī)械、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)于一本，具有智能化特征的電子產(chǎn)品。
3 、在實時過程控制中的應(yīng)用：用單片機(jī)實時進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制，使系統(tǒng)保持最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。
4 、在人類生活中的應(yīng)用：目前國外各種家用電器已普通采用單片機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制電路。
5 、在其它方面的應(yīng)用：單片機(jī)除以上各方面的應(yīng)用，它還廣泛應(yīng)用于辦公自動化領(lǐng)域、商業(yè)營銷領(lǐng)域、汽車及通信、計算機(jī)外部設(shè)備、模糊控制等各領(lǐng)域中。
三、單片機(jī)的.基本組成 ：
它由 CPU 、存儲器（包括 RAM 和 ROM ）、 I/O 接口、定時 / 計數(shù)器、中斷控制功能等均集成在一塊芯片上，片內(nèi)各功能通過內(nèi)部總線相互連接起來。
輸入 / 輸出引腳 P0 、 P1 、 P2 、 P3 的功能 ：P0.0~P0 。 7 ： P0 口是一個 8 位漏極開路型雙向 I/O 端口。在訪問片外存儲器時，它分時作低 8 位地址和 8 位雙向數(shù)據(jù)總線用。在EPROM 編程時，由 P0 輸入指令字節(jié)，而在驗證程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證程序時，要求外接上拉電阻。 P0 能以吸收電流的方式驅(qū)動8個LSTTL 負(fù)載。
P1. 0 ~P1. 7 （ 1~8 腳）： P1 是一上帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在 EPROM 編程和驗證程序時，由它輸入低 8 位地址。 P1 能驅(qū)動 4 個 LSTTL 負(fù)載。
在 8032/8052 中， P1. 0 還相當(dāng)于專用功能端 T2 ，即定時器的計數(shù)觸發(fā)輸入端； P1. 1 還相當(dāng)于專用功能端T2EX ，即定時器 T2 的外部控制端。P2.0~P2.7 （ 21~28 腳）： P2 也是一上帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在訪問外部存儲器時，由它輸出高 8 位地址。在對 EPROM 編程和程序驗證時，由它輸入高 8 位地址。 P2 可以驅(qū)動 4 個 LSTTL 負(fù)載。P3. 0 ~P3. 7 （ 10~17 腳）： P3 也是一上帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口。在 MCS-51 中，這 8 個引腳還用于專門的第二功能。 P3 能驅(qū)動 4 個 LSTTL 負(fù)載。
P3. 0 RXD （串行口輸入）
P3. 1 TXD （串
行口輸出）
P3. 2 INT0 （外部中斷 0 輸入）
P3. 3 INT1 （外部中斷 1 輸入）
P3. 4 T0 （定時器 0 的外部輸入）
P3. 5 T1 （定時器 1 的外部輸入）
P3. 6 WR （片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通）
P3. 7 RD （片外數(shù)據(jù)存儲器讀選通）
四、MCS-51 的尋址方式：
1 、立即尋址 如： MOV A ， #40H
2 、直接尋址 如： MOV A ， 3AH
3 、寄存器尋址 如： MOV A ， Rn
4 、寄存器間接尋址 如： MOV A ， @Rn
5 、基址加變址尋址 如： MOVC A ， @A+DPTR
6 、相對尋址 如： SJMP 08H
7 、位尋址 MOV 20H ， C
五、指令：
MOV ： 片內(nèi) RAM 傳送
MOVX ： 片外 RAM 傳送
MOVC ： ROM 傳送
XCH ： 交換（和 A 交換）
SWAP ： A 內(nèi)半字節(jié)交換
ADD ：不帶進(jìn)位加
ADDC ：帶進(jìn)位加
SUBB ：帶進(jìn)位減
INC ：加 1
DEC ：減 1
MUL ：乘法
DIV ：除法
DAA ：調(diào)整
六、計數(shù)初值的計算
定時或計數(shù)方式下計數(shù)初值如何確定，定時器選擇不同的工作方式，不同的操作模式其計數(shù)值均不相同。若設(shè)最大計數(shù)值為 M ，各操作模式下的 M 值為：
模式 0 ： M=2 13 =8192
模式 1 ： M=2 16 =65536
模式 第一文庫網(wǎng)2 ： M=2 8 =256
模式 3 ： M=256 ，定時器 T0 分成 2 個獨(dú)立的 8 位計數(shù)器，所以 TH0 、 TL0 的 M 均為 256 。
因為 MCS-51 的兩個定時器均為加 1 計數(shù)器，當(dāng)初到最大值（ 00H 或 0000H ）時產(chǎn)生溢出，將 TF 位置 1 ，可發(fā)出溢出中斷，因此計數(shù)器初值 X 的計算式為： X=M- 計數(shù)值式中的 M 由操作模式確定，不同的操作模式計數(shù)器的長不相同，故M值也不相同。而式中的計數(shù)值與定時器的工作方式有關(guān)。
1 、計數(shù)工作方式時
計數(shù)工作方式時，計數(shù)脈沖由外部引入，是對外部沖進(jìn)行計數(shù)，因此計數(shù)值根據(jù)要求確定。其計數(shù)初值： X=M- 計數(shù)值
例如：某工序要求對外部脈沖信號計 100 次， X=M-100
2 、定時工作方式時
定時工作方式時，因為計數(shù)脈沖由內(nèi)部供給，是對機(jī)器周期進(jìn)行計數(shù)，故計數(shù)脈沖頻率為 f cont =f osc × 1/12 、計數(shù)周期 T=1/f cont =12/f osc 定時工作方式的計數(shù)初值 X 等于：
X=M- 計數(shù)值 =M-t/T=M- （ f osc × t ） /12
式中： f osc 為振蕩器的振蕩頻率， t 為要求定時的時間。
定時器有兩種工作方式 ：即定時和計數(shù)工作方式。由 TMOD 的 D6 位和 D2 位選擇，其中 D6 位選擇 T1 的工作方式， D2 位選擇 T0 的工作方式。 =0 工作在定時方式， =1 工作在計數(shù)方式。并有四種操作模式：
1 、模式 0 ： 13 位計數(shù)器， Tli 只用低 5 位。
2 、模式 1 ： 16 位計數(shù)器。
3 、模式 2 ： 8 位自動重裝計數(shù)器， Thi 的值在計數(shù)中不變， Tli 溢出時， Thi 中的值自動裝入 Tli 中。
4 、模式 3 ： T0 分成 2 個獨(dú)立的 8 位計數(shù)器， T1 停止計數(shù)。
MCS-51 有 5 個中斷源，可分為 2 個中斷優(yōu)先級，即高優(yōu)先級和低優(yōu)先級，中斷自然優(yōu)先級：
外部中斷 0 ；定時器 0 中斷； 外部中斷 1 ；定時器 1 中斷 ；
串行口中斷 ；定時器 2 中斷
（ 1 ）同級或高優(yōu)先級的中斷正在進(jìn)行中；
（ 2 ）現(xiàn)在的機(jī)器周期還不是執(zhí)行指令的最后一上機(jī)器周期，即正在執(zhí)行的指令還沒完成前不響應(yīng)任何中斷；
（ 3 ）正在執(zhí)行的是中斷返回指令 RET1 或是訪問專用寄存器 IE 或 IP 的指令，換而言之，在 RETI 或者讀寫 IE 或 IP 之后，不會馬上響應(yīng)中斷請求，至少要在執(zhí)行其它一要指令之扣才會響應(yīng)。
（一）中斷響應(yīng)條件
CPU 響應(yīng)中斷的條件有：
（ 1 ）有中斷源發(fā)出中斷請求；
（ 2 ）中斷總允許位 EA=1 ，即 CPU 開中斷；
（ 3 ）申請中斷的中斷源的中斷允許位為 1 ，即沒有被屏蔽。
七、串行口工作方式及幀格式
MCS-51 單片機(jī)串行口可以通過軟件設(shè)置四種工作方式：
方式 0 ：這種工作方式比較特殊，與常見的微型計算機(jī)的串行口不同，它又叫同步移位寄存器輸出方式。在這種方式下，數(shù)據(jù)從 RXD 端串行輸出或輸入，同步信號從 TXD 端輸出，波特率固定不變，為振蕩率的 1/12 。該方式是以 8 位數(shù)據(jù)為一幀，沒有起始位和停止位，先發(fā)送或接收最低位。
方式 2 ：采用這種方式可接收或發(fā)送 11 位數(shù)據(jù)，以 11 位為一幀，比方式 1 增加了一個數(shù)據(jù)位，其余相同。第 9 個數(shù)據(jù)即 D8 位具有特別的用途，可以通過軟件摟控制它，再加特殊功能寄存器 SCON 中的 SM2 位的配合，可使 MCS-51 單片機(jī)串行口適用于多機(jī)通信。方式 2 的波特率固定，只有兩種選擇，為振蕩率的 1/64 或 1/32 ，可由 PCON 的最高位選擇。
方式 3 ：方式 3 與方式 2 完全類似，唯一的區(qū)別是方式 3 的小組特率是可變的。而幀格式與方式 2- 樣為 11 位一幀。所以方式 3 也適合于多機(jī)通信。
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