單片機原理簡介

隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)和發(fā)展，將計算機的cpu 、ram 、 rom 、定時/數器和多種i/o接口集成在一片芯片上，形成芯片級的計算機，因此單片機早期的含義稱為單片微型計算機，直譯為單片機。

一、單片機的特點：

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；
4 、低電壓、低功耗 。

二、單片機的應用：

1 、在智能儀器儀表中的應用：在各類儀器儀表中引入單片機，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構，提高其性能價格比。

2 、在機電一體化中的應用：機電一體化產品是指集機械、微電子技術、計算機技術于一本，具有智能化特征的電子產品。

3 、在實時過程控制中的應用：用單片機實時進行數據處理和控制，使系統(tǒng)保持最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產品的質量。

4 、在人類生活中的應用：目前國外各種家用電器已普通采用單片機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制電路。

5 、在其它方面的應用：單片機除以上各方面的應用，它還廣泛應用于辦公自動化領域、商業(yè)營銷領域、汽車及通信、計算機外部設備、模糊控制等各領域中。

三、單片機的基本組成：

它由 cpu 、存儲器（包括 ram 和 rom ）、 i/o 接口、定時 / 計數器、中斷控制功能等均集成在一塊芯片上，片內各功能通過內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 位雙向數據總線用。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動8個lsttl 負載。

p1. 0 ~p1. 7 （ 1~8 腳）： p1 是一上帶內部上拉電阻的 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 能驅動 4 個 lsttl 負載。

在 8032/8052 中， p1. 0 還相當于專用功能端 t2 ，即定時器的計數觸發(fā)輸入端； p1. 1 還相當于專用功能端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 可以驅動 4 個 lsttl 負載。p3. 0 ~p3. 7 （ 10~17 腳）： p3 也是一上帶內部上拉電阻的雙向 i/o 口。在 mcs-51 中，這 8 個引腳還用于專門的第二功能。 p3 能驅動 4 個 lsttl 負載。

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 （片外數據存儲器寫選通）
p3. 7 rd （片外數據存儲器讀選通）

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 ram 傳送
movx ： 片外 ram 傳送
movc ： rom 傳送
xch ： 交換（和 a 交換）
swap ： a 內半字節(jié)交換
add ：不帶進位加
addc ：帶進位加
subb ：帶進位減
inc ：加 1
dec ：減 1
mul ：乘法
div ：除法
daa ：調整

六、計數初值的計算

定時或計數方式下計數初值如何確定，定時器選擇不同的工作方式，不同的操作模式其計數值均不相同。若設最大計數值為 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 2 ： m=2 8 =256
模式 3 ： m=256 ，定時器 t0 分成 2 個獨立的 8 位計數器，所以 th0 、 tl0 的 m 均為 256 。

因為 mcs-51 的兩個定時器均為加 1 計數器，當初到最大值（ 00h 或 0000h ）時產生溢出，將 tf 位置 1 ，可發(fā)出溢出中斷，因此計數器初值 x 的計算式為： x=m- 計數值式中的 m 由操作模式確定，不同的操作模式計數器的長不相同，故m值也不相同。而式中的計數值與定時器的工作方式有關。

1 、計數工作方式時

計數工作方式時，計數脈沖由外部引入，是對外部沖進行計數，因此計數值根據要求確定。其計數初值： x=m- 計數值

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，因為計數脈沖由內部供給，是對機器周期進行計數，故計數脈沖頻率為 f cont =f osc × 1/12 、計數周期 t=1/f cont =12/f osc 定時工作方式的計數初值 x 等于：

x=m- 計數值 =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 工作在計數方式。并有四種操作模式：

1 、模式 0 ： 13 位計數器， tli 只用低 5 位。
2 、模式 1 ： 16 位計數器。
3 、模式 2 ： 8 位自動重裝計數器， thi 的值在計數中不變， tli 溢出時， thi 中的值自動裝入 tli 中。
4 、模式 3 ： t0 分成 2 個獨立的 8 位計數器， t1 停止計數。

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)先級的中斷正在進行中；
（ 2 ）現(xiàn)在的機器周期還不是執(zhí)行指令的最后一上機器周期，即正在執(zhí)行的指令還沒完成前不響應任何中斷；
（ 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，不會馬上響應中斷請求，至少要在執(zhí)行其它一要指令之扣才會響應。

（一）中斷響應條件

cpu 響應中斷的條件有：
（ 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 單片機串行口可以通過軟件設置四種工作方式：
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，數據從 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 位數據為一幀，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 位數據，以 11 位為一幀，比方式 1 增加了一個數據位，其余相同。第 9 個數據即 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 單片機串行口適用于多機通信。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 也適合于多機通信。