原创 MCU原理

2007-11-9 15:28 3410 5 5 分类: 汽车电子
随着大规模集成电路的出现及其发展,将计算的 CPU 、 RAM 、 ROM 、定时 / 计数器和多种 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。 
       1.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。 
          七.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)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。 
                        (二)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- 为 11 位一帧。所以方式 3 也适合于多机通信。

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