51单片机原理入门教程

构

进行运算 制 数据 储 程序 储 输入 输出 备 如 串行口 并行输出口等 在单 机中 些部份 被做到一块芯 中 所 单 单芯 机 有些单 机 集 了 等 一般用 脚封装 能多一些单 机 有引脚 较多的 如 引脚 能少的 有 多个或 多个引脚 甚至 引脚

单 机和 等的关系

是指 美 生产的一系列单 机的总 包括 等 是最早最 型的产品 系列 它单 机都是在 基础 进行 能增 改 而来 所 惯用 来 系列单 机 美 开发生产 下用 来完 实验

基本概念

半 体 储器的分类

按 能分 读 储器 和 机 储器

可编程 储器

紫外线擦除的可编程 读 储器 擦除次数有限里里几百次

闪 储器 和 类似 电学方法可 擦除 寿 长 几万到几十万次 等 写 是指在 常 作条件 管是 是 的写都有特殊条件 一般用编程器来做 作 置 能改写

一 单 机的外部结构

的芯 线

引脚 负极

引脚

负极 地 接 引脚

电源 电源

电源 极接 引脚

振蒎电路 单 机是时序电路 必 提供脉 信 才能 常 作 单 机内部已集 了振荡器 使用晶体振荡器 接 脚 按 接 晶振 电容 复 电路

复 引脚 复 电路

任何单 机在 作之前都要复 要在单 机的 引脚 高电 时间 少于 可

引脚 引脚接到 电源端 至 一个单 机就接好 通 电 单 机就开始 作了

指 保 在单 机的 读 储器 中

灯灭

调用子程序指 延时

灯亮

转移指

调用子程序指 执行过程中遇到 指 就返回到 指 面的一条指 继续执行 到 是延时程序 程序最 一行是 是一条指 程序到 结束 伪指

符 表一个 单元 指 中来分析 是接 者 是被传递的数 传递者被省略了 大部份数据传递指 都会有传递者 说明 就是被传递者 而 是传递者 指 将 参数中的值 如果 等于 就转移 转去执行 时 中的值 最终 被执行 次

题 如果在 中放入 会有什 的结果

程序将 断循 至零

时序分析

计算机 作时 中 指 然 执行 计算机 一次 储器的时间 之 一个机器周期

机器周期 它包括 个时钟周期 单 机 作于 晶振 时钟周期是 微秒 它的一个机器周期是 微秒 单 机的指 中 有

些 要一个机器周期 有一些要 个 个机器周期 如 指 是 周期指 计算 才的延时就是 毫秒

计一个延时 毫秒的延时程序

单 机内部结构分析单 机内部结构分析单 机内部结构分析

作寄 器

要 的数 源 是 达的地方 目的地 是 寄 器 在数据传递类指 中 均将目的地写在指 面 将源写在最

在单 机中 有一个区域 区 机 储器 它可 将数据写进去。特别地 在 单 机中 将 中分出一块区域 作寄 器区

亮灭时间 的程式

个引脚 并行口

并行口结构分析

输出结构 信 进入 储器的单元 一 的状态就被保 来 直到

一次 让它把开关再打开 器

输入结构 第一种方式是将引脚作 输入 读进输入的值 第 种方式

是 引脚处于输出状态时 读入 器的状态 然 作某种 换 再输出

接在外部的开关如果打开接在外部的开关如果打开 输入 如果 合如果 合 输入 但是如果单 机内部的开关是 合的 机内部的开关是 合的 那 管外部的开关是开是 那 管外部的开关是开是 单 机接 到的数

据都是 可 可 要作 输入使用要作 输入使用 要 让内部的开关断开要 让内部的开关断开

就是端口输出 因 要 做 一个准备 作 所 之 准 向 口

它 个口 除作 输入输出口之外 有 它用途 结构稍

复 一些 但用于输入 输出的结构是相 的

第七課 單 機 部分析五

单 机内部有一个一个 用来运算 制 四个并行四个并行 口

有 放程序 有 放中间结果 外 有定时定时 计数器计数器 串串行 口 中断系统中断系统中断系统 一个内部的时钟电路内部的时钟电路内部的时钟电路

单 机中有一些独立 储单元是用来 制 些器件的 特殊 能寄 器

累 器 通常用 表示 它是一个寄 器 所有运算类指 都离 开它

寄 器 在做 除法时放 数或除数 做 除法时 你怎 用

程序状态 面放了 作时的状态 如 表

符

地址 能介绍 B

F代寻 B寄 器 ACC

司代寻 累 器 PS上

号代寻 程序状态 导P

B叫寻 中断优 制寄 器 P详

B代寻 P详口 器 导司

A叫寻 中断允许 制寄 器 P该

A代寻 P该口 器 SB栈F 99寻

串行口 器 SC适锁 9叫寻

串行口 制寄 器 号只

号6 号5 号4 号详 号该 号令 号代 C同 AC F代 RS令 RS代 适三 P

P令 9代寻 9代寻

P令口 器 标寻令 叫号寻

定时器/计数器令 高叫 标寻代 叫C寻

定时器/计数器令 叫 标L令 叫B寻

定时器/计数器代 高叫 标L代 叫A寻

定时器/计数器代 叫 标销适号 叫9A

定时器/计数器方式 制寄 器 标C适锁 叫叫寻

定时器/计数器 制寄 器 号P寻 叫详寻

数据地址指针 高叫 号PL 叫该寻

数据地址指针 叫 SP 叫令寻

堆 指针 P代 叫代寻

P代口 器 PC适锁 叫只寻 电源 制寄 器

进 志 中的运算器是 运算器 当超过 被硬件置

半进 志 例

用户 志 编程人员 定什 时候用 什 时候 用

作寄 器 选择 时 里 时 里 时 里 时 里

法溢出 志 除法中除数

奇偶校验 用来表示 运算结果中 的个数的奇偶性

数据指针 用来 外部数据 储器中的任一单元 如果 用 可 作 通用寄 器来用

四个并行输入 输出口的寄 器 对应管脚的输出

堆 指针 在 中构 一个区域用来 放数据 规 是 进 出 进 出 堆 知道第一个数据所在地址单元 如 那 第 个就在 了

单 机中能 放数据的区域有限 堆 分配的 利给用户 编程者 所 单 机中堆 的 置是可 的 种 化体 在 中值的 化 在 机中 开始指针所指的 置是数据 放的前一个 置 如一开始指针指向 单

元 那 第一个数据的 置是 单元

第 課 址方式 指 系统

一 概述

指 的格式

机器码格式 说是数 的形式 符格式 如

汇编

手 汇编和机器汇编

手 汇编就是查表 用计算机 件来替 手 查表 就是机器汇编 址

一共有 条指 单 机共单 机共 条指

条指 把 找操作数所在单元的地址 之 址 直接使用数所在单元的地址 直接 址直接 址直接 址 作寄 器中 找数据 之 寄 器 址寄 器 址

寄 器 址 例 如果选择 作寄 器 就是 单元 和 结果都是将 中的内容 到 中 但执行过程 第一条指 需要 个周期 而第 条 要 个周期 第一条指 目 码要两个 节 而第 条 要一个 节

第五 值 等于 转到 处执行 相当于 到 值等于 单元开始将 个数据 入 中

间址 址 在间址 址中在间址 址中在间址 址中 能用 放 放

指

数据传递类指

累 器 目的操作数目的操作数

目的操作数的指

将 值 入 中的值保持 类

寄 器 目的操作的指

数据传递类指

直接地址 目的操作数的指

间接地址 目的操作数的指

传 间接地址数和寄 器数给 传 间接地址数和寄 器数给

十 数的传递指

是 机 是唯一一条 立 数传递指 中高 入 入 例 相当于执行

累 器 外 之间的数据传递类指

说明 在 中 外部 储器 打交道的是 累 器 内部 间可 直接进行数据的传递 而外部 行 在 两条指 中 地址被直接放在

中 而前两条指 提供 地址 因 有时扩展的外部 的数 少于或等于 个 提供 地址就够了

使用时首 将地址 入 或 中 然 再用读写

例 将外部 中 单元中的内容 入外部 中 单元中

第十課 單 機指

程序 储器向累 器 传 指

本指 是将 中的数 入 中 本指 查表指 常用来查一个已做好在 中的表格 条指 引出一个新的 址方法 址 址 址 址

址 址 在 的一个地址单元中找出数据 将 和 中的数相 就是要查找的地址 结果放在 中 因 本指 执行前 中的值 一定相

例 有一个数在 中 用查表方法确定它的 方值 值

单元的地址就是 就是到 个单元中去 数 到的是 可 看到 的真实含 就是地址数 的真实含 就是地址数值 它 表了 几个数据在 中 放的起点 置 而 指 中 表了 的那段程序在 中 放的起始地址 是通过 个地址找到 段程序的

可 通过 的例子再来看一看 的含

如果 值 最终地址 到 单元中找到的是

第一条 入 将 中的内容 入堆 中 第 条指 弹出 将堆 中的内容 回到 中 入指 首 将 中的值 然 将

中的值 进 中的值 地址的 单元中 例

值

指 的执行是 首 将 中的值作 地址 并将 地址中的数 到 指 面的 中 然

接 面程序

将 中的值 作 地址 单元中的数值 到 中 所

执行完 中的值是 然 的值 然 执行 将 中的值 作 地址 地址中 数 在是 并 到 中 些指 会把 中的值 中的值改掉 所 在程序的结束 如果要把 和

中的值恢复原值 那 些指 就有意 了

如果 用堆 如在 指 处用 在 处用指 然 用 来替 两条 指 结果 看一 但过程 一 和 指 都是单 节指 都是单 节 单周期指

单周期指 而 指 是 节指 是 节 周期指 周期指

堆 的作用 于 需要保 数据时 通常用堆 的方法来实

例 写出 程序的运行结果

结果是 中的值 而 中的值 两者进行了数据交换 使用堆 时 入 的 序和出 的 序必 相 才能保证数据被 回原

作业 在 执行 面的例程 注意 察内 窗口和堆 的 化

第十一課 單 機指 四 进 的 法指

用途用途 将 中的值 面的值相 中的值 面的值相 最终结果回到 中

例

执行完本条指 执行完本条指 中的值

进 的 法指

用途用途 将 中的值和 面的值相 中的值和 面的值相 并且 进 中的值中的值

例 做 超过了 最终保 在

中的是 而 到了 中的 了 了 就相当于是 然 然 再做再做

结果是 所 最终的结果是

借 的 法指

说明说明 没有 借 的 法指 没有 借 的 法指 如果需要做 的 法指 如果需要做 的 法指 在做

第一次相 时第一次相 时 要将 要将 清零 可清零 可

法指

将 和 中的两个 无符 数相 无符 数相 结果用 个

数来表达数来表达 中高 放在 中 放在 中 大于 时 置 溢出溢出 而 总是

例 执行指 是

所 在 是 而 是

除法指

将 中的 无符 数除 中的 无符 数 商放在 中 余数放在 中 和 都是 如果 中的值是 那

指

将目 中的值

结果 看 和 差 多差 多 但 是单 节单周期指 是单 节单周期指 而 是 是 节 周期指 节 周期指 节 周期指

而且 会影响 如 如果是 是 因 指 并 合做 法 并 合做 法 它 要是用来做计数它 要是用来做计数 地址增 等用途地址增 等用途

外 外 法类指 都是 心的 运算结果必 放在 中 而 类指 的对象 广泛得多类指 的对象 广泛得多 可 是寄 器可 是寄 器 内 地址内 地址 间址 址的地址等等间址 址的地址等等 指

指 类似指 类似 就 多说了就 多说了 综合 综合

第十 課邏輯運算指

逻辑运算类指

逻辑运算类指

对累 器 的逻辑操作

单周期单 节指 效果相

将 中的值清 单周期单 节指

将 中的值按

将 中的值逻辑 移

将 中的值进行逻辑循 移

将 中的值 进 进行逻辑循 移

将 中的值进行逻辑循 右移

将 中的值 进 进行逻辑循 右移

将 中的值高 交换

是将 中的值的第 到第 第 依次类

例 中的值 执行 化 进制 按 进行移 化

是将 中的值 进 进行移

例 中的值 中的值 执行

结果是 就是 进 的值 了 而 了

例 执行 之 中的值就是 如果是 的 执行 之 是

已知 执行 列指 写出 的结果

实验五

实验五

初始化堆 在本程序中有无 无关紧要

口的值是 就是 接的 亮 而 它的 亮 是将 中的值进行 移 是 就是

接在 的 亮 而 它的都亮 调用延时程序 然 转到 处 依次循 就形 了 暗点流 象

如何实 亮点流

如何改 流 的方向

答案 将 中的初始值改 可

将 改 可

第十 課邏輯與指

中的值按 结果 入 中

中的值按 结果 入 中

间址 址单元 中的值按 结果 入 中

立 数 按 结果 入 中

中值 中的值按 结果 入 中

中的值 立 数 按 结果 入 中

或指

和 中的值按 或 结果 入 中

和 中的值按 或 结果 入 中

和立 数 按 或 结果 入 中

和 间址 址单元 中的值按 或 结果 入 中

中值和 中的值按 或 结果 入 中

中的值和立 数 按 或 结果 入 中

异或指

和 中的值按 异或 结果 入 中

和 中的值按 异或 结果 入 中

和间址 址单元 中的值按 异或 结果 入 中

和立 数 按 异或 结果 入 中

中值和 中的值按 异或 结果 入 中

中的值和立 数 按 异或 结果 入 中

四 制转移类指

无条件转移类指

短转移类指

长转移类指

相对转移指

他们的区别在于跳转范围 一 能跳 最多跳 而 最多跳 原 所有用 或 的地方都可 用 来替 是 节指 占用 储器 的两个单元 是 节指 占用 储器 的 个单元

间接转移指

条指 的用途 是跳转 转到什 地方去 简单地 定 将 所 表的地址 入

中 数 面说明

中的值 面的说明

跳转

跳转表格

在单 机开发中 常要用到键盘 要求是 当按 能键 ……… 时去完 的 能

前面的程序读入按键的值 如按 的键值是 按 键 获得 等等 然 据 的值进行跳转 如键值 就转到 执行 就转到 执行

若 个 语 在 储器中 个 语 都占用两个 储器的空间 并且 续 放 放的地址是

第一 执行 中的值是 假 是 按键处理程序获得的键值 按 键 中的值是 类 在假 按 的是 键 执行完 中的值是 第 条 第四条指 将 中的值 值是 面执行 了 在 中的值是 而 就是 因 跳到 个地址继续执行 在 个地址 面是 条指 因 执行 指 程序将跳到 处往 执行

请分析按 键 ……之 的情况

们用 就实 了按 一键跳到相应的程序段去执行的

一个要求 什 得键值 要 如果换 能 确地执行吗 如果 能 应 怎 改

第十四課条件转移指

条件转移指 是指在满足一定条件时进行相对转移

判 内容是 转移指

如果 转移到 处 序执行

如果 中的值 等于 就转移

较转移指

第一条指 的 能是将 中的值和立 数 较 如果两者相等 就 序执行 如果 相等 就转移 如果前面的数 中的 大 因 在程序转移 再次利用 就可判断出 中的数 大 是小了 例

条指 的原型是 作用和 面的 类似 它是判 如果 转移到 面的 处执行 如果 序执行

分析 面的程序 如果 序执行 如果 等于 转到 处继续执行 在 处 再次进行判断 如果 将 序执行 执行 指 而如果 将转移到 处指行 执行 指

因 最终结果是 本程序执行前 如果 如果 如果

它几条类似 第 条是把 当中的值和直接地址中的值 较 第 条 是将直接地址中的值和立 数 较 第四条是将间址 址得到的数和立 数 较

循 转移指

调用 返回指

调用返回过程 程序调用了子程序执行完之 再回到 程序继续执行 调用指

长调用指

短调用指

返回指

指

空操作指

空操作 就是什 停一个周期 一般用作短时间的延时

第十五課 位操作指

在 单 机中引入一个 处理机制

址区

在 中 有一部份 和一部份 是 有 址 能的 就是说 些 的 一个 都有自已的地址 内部 的

个 节 就是 的 址区 如

的各 定 如 表 如 可用 表示

节第 第 第 第 第 第 第 第

里里 里里

里里 里里

里里 里里

里里 里里

里里 里里

里里 里里

里里 里里

可 址的特殊 能寄 器

中有一些 可 进行 址 特点是 节地址可被 整除 到 个 节 如 中断优 制 中断允许 制 串行口 制 定时器 计数器 制 到 中的 个 节 按 序用 表示

操作指 当指 有两个 时 必 有一个是

在进行 处理时 进 累 器

传 指

修 指

清 指

使

使指 的 地址等于 例

置 指

使

使指定的 地址等于 例 使

指

使 等于原来的相 的值

使指定的 的值等于原来相 的值

逻辑运算指

指

指定的 地址的值相 结果 回 将指定 再和 相 结果 回 但指定

或指

条件转移指

判 转移指

如果 等于 就转移 如果 等于 就 序执行

和第一条指 相 如果 就转移 等于 就 序执行

判 转移指

如果指定的 中的值是 转移 序执行

如果指定的 中的值是 转移 时将 清

面 们举个例子说明

接有一 按键 它按 时

接有一 按键 它按 时

均未按 时循 检测

按 接在 的按键 口的灯 亮了 按 接在 的按键 灯就 灭了 如果 是高电 键没有按 序执行 语 如果 是高电 键没有按 序执行 语 就 停地检测 如果有一次 的按键按 去了 转移到 使灯 亮 直到检测到 执行 灯 灭 如 循 已

稍 改 将本程序用 指 改写

第十 課定時器與計數器

一 计数概念的引入

计数器的容

单 机中有两个计数器 和 分别 两个 的 单元 的 都是 的计数器 最大计数是

定时

中的计数器除了可 作 计数之用外 可 用作时钟 计数脉 的间隔 晶振有关 的晶振 计数脉 的间隔是 微秒

四 溢出

五 任意定时 计数的方法

计数器最大的计数值到 计到 就会产生溢出

采用预置数的方法定时

第十七課定時計數器的 制方式

和 它们的地址是 和

中看出 被分 两部份 部份 分别 制 和

被分 两部份 高 用于定时 计数器 用于中断 当计数溢出 看 计数脉 要进入计数器 要 因 运行 制

运行 制 可用指 置 启 计数器 定时器运行 用指 关 定时 计数器的 作

定时器 计数器的 作方式 定时 计数方式 它 的 和 的 构 的计数器 时 的高 未用 定时 计数器一共有四种 作方式 用 来 制

如果 用作定时器 用作计数器

非 是 或门输出 要 是 定时 计数就 作

且 引脚 是高电 计数脉 才得 通过

个特性可 用来测 一个信 的高电 的宽度

在 种模式 用 是 了和 机的前辈 系列兼容而 的一种 作式

作方式

作方式 是 的定时 计数方式 将 可 它特性 作方式 相

采用 作方式 或 都要在溢出 做一个 置预置数的 作

在 作方式 有 参 计数 而高 参 计数 用作预置数的 放 计数范围就小多了 当计数溢出 就会打开 的高 之间的开关 计预置数进入 是 硬件自 完 的 需人 预

作方式

定时 计数器 被拆 个独立的定时 计数器来用 中 可 构 定时器或计数器 而 能作 定时器

定时 计数器需要 制 计满 溢出需要溢出 被分 两个来用 那就要两套 制 溢出 了 是用原来的 的 而 借用 的 如 无 制可用

一般情况 有在 作方式 运行 当波特率发生器用 时 才让 作于方式 的

定时器 计数器的定时 计数范围 作方式 定时 计数方式 最多可 计到 的 次方 次 作方式 定时 计数方式 最多可 计到 的 次方 次 作方式 和 作方式 都是 的定时 计数方式 最多可 计到 预置值计算 用最大计数 去需要的计数次数 可 第十 課 中斷系統 有关中断的概念 把可 引起中断的 之 中断源 单 机中引起中断的 件 中一共有 个 两个外部中断两个外部中断两个外部中断 两个计数 定时器中断定时器中断 一个串行口中断一个串行口中断 第 中断的嵌套 优 处理 优 的 题 仅发生在两个中断 时产生的情况 发生在一个中断已产生 有一个中断产生的情况 第 中断的响应过程 中断响应分 几个 骤 保 断点 保 一将要执行的指 的地址 把 个地址 入堆 找中断入口 据 个 的中断源所产生的中断 查找 个 的入口地址 作 计算机自 完 编程者无关 在 个入口地址处 放有中断处理程序 执行中断处理程序 中断返回 执行完中断指 就 中断处返回到 程序 继续执行 中断系统的结构 中断有关的特殊 能寄 器 中断入口 序查询逻辑电路等 包括 个中断请求源 个用于中断 制的寄 器 和 来 制中断 类型 中断的开 关和各种中断源的优 确定 中断请求源中断请求源

外部中断请求源 外中断 和 外部引脚引入

就是 中有四 外中断有关

触发方式 制 可 件进行置 和复 电

触发方式 负跳 触发方式

中断请求 志 当有外部的中断请求时 就会置 硬件

来完 在 响应中断 硬件将 清

的用途和 相

内部中断请求源

定时器 的溢出中断 当 计数产生溢出时 硬件置

当 响应中断 再 硬件将 清 类似

串行口发 接收中断 在串口中再讲解

中断允许寄 器

在 中断系统中 中断的允许或禁 可进行 址的寄 器 来 制 表

中 是总开关 如果它等于 所有中断都 允许

串行口中断允许

定时器 中断允许

外中断 中断允许

定时器 中断允许

外中断 中断允许

如果要 置外中断 定时器 中断允许 它 允许 是

可 用 操作指

五个中断源的自然优 中断服 入口地址

外中断

定时器

外中断

定时器

串口

它们的自然优 高到 排列

前面有一些程序 写

就是 了让出中断源所占用的向 地址 在程序中没用中断时 直接 开始写程序 在原理 并没有错 但在实 中最好 做

优 单 机采用了自然优 和人 置高 优 的策略 可 定那些中断是高优 优 处于 一 别的 就 自然优 确定

开机时 个中断都处于 优 可 用指 对优 进行 置 中断优 寄 器 置中某 相应的中断就是高优 是 优 例 要求将 外中断 高优 它 优 求 的值

的首 没用 可任意 值 因 最终 IP 的值就是06H E A X X E S E T 1 E X 1 E T 0 E X 0

E A

X X E S E T 1 E X 1 E T 0 E X 0 1 0 0 0 1 1 0 0

X X X P P P P P 0 0 0 0 0 1 1 0

X X X PS PT1 PX1 PT0 PX0

例 在 例中 如果 个中断请求 时发生 求中断响应的次序

响应次序 定时器 外中断 外中断 定时器 串行中断 的中断响应过程

在 列 种情况之一时 将封 对中断的响应

在处理一个 或更高 别的中断请求

行的机器周期 是当前 执行指 的最 一个周期 当前执行指 是是 节或四 节的 就要等整条指 都执行完了才响应中断 因 中断查询是在 个机器周期都可能查到的 当前 执行的指 是返回批 或 寄 器的指 至少再执行一条指 才应中断 如果 可能会开 关中断或改 中断的优 而中断返回指 说明本次中断 没有处理完 所 都要等本指 处理结束 再执行一条指 才可 响应中断

中断响应过程

响应中断时 首 把当前指 的 一条指 就是中断返回 将要执行的指 的地址 入堆 然 据中断 将相应的中断入口地址 入 是程序指针 指 就 据 中的值 转到中断入口处继续执行 些 作都是 硬件来完 的 个中断向 地址间隔 个单元 可安排一个 指 跳转至中断程序 执行 指 把堆 中保 着的地址 出 回 程序 中断处往 执行 所做的保 作很有限 保 了一个地址 而 它的东西都 保

第十九課定時中斷

用定时器来实 灯的闪烁

例 查询方式

关所灯

定时 计数器 作于方式

数

定时 计数器 开始运行

如果 等于 清 并转 处 是定时 计数器 的溢出 溢出 要用 件将 清 指 在判 转移的 时 将 清

置定时 计数器的初值