理實一體化課程教師教案(六)
（2012—2013學年第一學期）
專業名稱高階維修電工
課程名稱高階電子微控制器
授課教師李明郭濤
系部電氣工程系
唐山勞動技師學院
課題一 led數碼管的原理及應用
【理論講解】
舊課複習：
1、555定時器的工作原理及應用
新課引入：
正課內容：
一、什麼是微控制器
微控制器是將cpu、儲存器、輸入/輸出介面、定時/計數器等整合在一塊晶元上，是目前銷量最大、應用面最廣、**最便宜的微型計算機。如圖1-1所示：
例1-1 微控制器彩燈控制系統（微控制器控制8個發光二極體每隔0.1秒輪流點亮。）
使用微控制器實驗儀進行演示。
二、典型微控制器產品
1．mcs-51系列
美國intel公司生產的8位字長微控制器。基本型產品有8051、8031、8751等。
2．at89c51系列
美國atmel公司生產的8位字長微控制器。與mcs-51系列微控制器相容，內含4kb的flash儲存器。
三、mcs-51微控制器的內部的硬體結構及引腳
（一） mcs-51微控制器內部的總體硬體結構
8051微控制器的內部基本結構，如圖1-2所示。
（二） mcs-51微控制器的引腳
8051微控制器是hmos工藝製造，外形為40條引腳，如圖1-3所示。因為受晶元引腳數量的限制，有很多引腳具有雙功能。
1、主電源引腳
vcc：晶元工作電源端，接＋5v。
vss：電源接地端。
2、時鐘振盪電路引腳
xtal1：內部晶體振盪電路的反相器輸入端。接法如圖1-5。
xtal2：內部晶體振盪電路的反相器輸出端。接法如圖1-5。
3、控制訊號引腳
rst ————rst為復位訊號輸入端。外部接復位電路。接法如圖1-4。
ale————ale為位址鎖存允許訊號。 在不訪問外部儲存器時，ale以時鐘振盪頻率的1／6的固定頻率輸出，用示波器觀察ale引腳上的脈衝訊號是判斷微控制器晶元是否正常工作的一種簡便方法。
———— 外部程式儲存器rom的讀選通訊號。到外部rom取指令時，自動向外傳送負脈衝訊號。
————為訪問程式儲存器的控制訊號。
4、並行i／ｏ埠引腳
p0口（p0.0 ～ p0.7）；p1口（p1.0 ～ p1.7）；p2口（p2.0 ～ p2.7）；
● 舉例：微控制器p1.0點燈的應用電路
（三）復位電路與時鐘電路
1．復位電路
（1）復位電路
微控制器的rst引腳是復位訊號輸入端，rst引腳上保持兩個機器週期（24個時鐘週期）以上的高電平時，可使微控制器內部可靠復位。
微控制器常用的外部復位電路如圖1-4。
（2）復位狀態
復位後，微控制器內部的各暫存器的內容將被初始化，包括程式計數器pc和特殊功能暫存器，其中（pc）=0000h，特殊功能暫存器的狀態見表1-1。復位不影響片內ram和片外ram中的內容。
表1-1 復位後特殊功能暫存器的初始狀態
2．時鐘電路
時鐘電路用於產生時鐘訊號，時鐘訊號是微控制器內部各種微操作的時間基準，在此基礎上，控制器按照指令的功能產生一系列在時間上有一定次序的訊號，控制相關的邏輯電路工作，實現指令的功能。
圖1-5 8051的外接石英晶體的時鐘電路
電容容量範圍為30pf±10pf，石英晶體頻率的範圍為1．2～12mhz，常用6mhz或12mhz。
3．時序單位
（1）時鐘週期（是時鐘訊號頻率fosc的倒數）
時鐘週期 = 1 / fosc
（2）機器週期：
機器週期 = 12 × 時鐘週期
（3）指令週期
一條指令從被讀取到被執行的整個過程所需的時間稱為指令週期。
● 思考題： fosc分別為6mhz和12mhz時，機器週期分別為多少？
四、mcs-51微控制器的內部硬體的主要功能
（一）**處理單元cpu
它由運算器和控制器兩部分組成。
1．運算器
運算器是進行各種算術運算和邏輯運算的部件。與運算器有關的暫存器包括acc、b、psw。
（1）累加器acc（8位暫存器）
（2） b暫存器（8位）
（3）程式狀態字暫存器psw （8位）
psw主要用於存放程式狀態資訊以及運算結果的標誌，所以又稱標誌暫存器。其格式如下（d1位沒有定義）：
cy—— 進製標誌位。
ac—— 輔助進製標誌位。
f0 —— 使用者標誌位
rs1、rs0 ——工作暫存器區選擇控制位
ov—— 溢位標誌位。
p —— 奇偶標誌位。
2．控制器
（1）控制器的組成
控制器是由程式計數器pc、指令暫存器、解碼器、定時與控制電路等組成的。
（2）程式計數器pc
pc是乙個16位的暫存器，pc中的內容是下一條將要執行的指令**的起始存放位址。當微控制器復位之後，（pc）=0000h，引導cpu到0000h位址讀取指令**，cpu每讀取乙個位元組的指令，pc的內容會自動加1，指向下乙個位址，使cpu按順序去讀取後面的指令，從而引導cpu按順序執行程式。
（二）儲存器
1．8051的儲存器分為兩大儲存空間：
程式儲存器（rom）空間
（1）片內4kb 的程式儲存器，其位址為0000h～0fffh
（2）片外64kb的程式儲存器，其位址為0000h～ffffh
資料儲存器（ram）空間
（1）片內256b的資料儲存器，00h～7fh為通用的資料儲存區，80h～ffh為專用的特殊功能暫存器區
（2）片外64kb的資料儲存器，其位址為0000h～ffffh
2．程式儲存器
（1）程式儲存器主要用於存放程式和**常數。
（2）程式儲存器分為片內、片外兩部分，總容量最大為64kb，位址為0000h～ ffffh。
（3）引腳的接法
與8051不同的是，8751片內包含4kb的eprom程式儲存器，而8031內部不包含程式儲存器。
對於8051、8751等片內有程式儲存器的晶元， 引腳應該接高電平；對於8031這種片內無程式儲存器的晶元，引腳應該接低電平。
3．資料儲存器
資料儲存器主要用於存放各種資料。
● 講述8031,8051,8751,8032,8052,8752以及其它mcs-51系列微控制器的區別
以下只對內部資料儲存器進行介紹
（1） 低128b的內部資料儲存器
按其功能不同劃分為三個區域。
①工作暫存器區（ 00h～1fh ）
該區均分為四個小區，任何時候，只有乙個區的工作暫存器可以工作，稱為當前工作暫存器區。
當前區的選擇可通過對暫存器psw中的rs1、rs0兩個位的設定來進行，見表1-2。
表1-2 當前工作暫存器區的選擇
思考題：微控制器復位時，當前工作暫存器區是哪個？
②位定址區（20h～2fh）
位定址區有16個單元組成，共128個位，每個位具有位位址，表1-3中**資料是每個位的位位址。
每個單元也可作一般的資料緩衝單元使用。
位元組位址：20h~2fh 位位址：00h~7fh
③使用者區 （ 30h～7fh）
為一般資料緩衝區，堆疊區通常也設定在這個區域內。
（2）高節（特殊功能暫存器區）
8051內部有21個特殊功能暫存器（簡稱sfr），它們均為8位的暫存器，離散分布在80h～ffh區域，剩下107個單元是沒有定義的，使用者不能使用。見表1-4。
有11個sfr的位元組位址可被8整除（位址以0和8結尾），可以位定址（表中已給出它們的位位址）。
1． dptr作用講解
2． sp作用講解
● 五、計算機中的數制與編碼
（一）常用數制
數制也就是進製，計算機中常用的進製有二進位制（b字母結尾）、十進位制（d字母結尾，可省略）、十六進製制（h字母結尾）等。其中二進位制是計算機內部使用的，十進位制、十六進製制通常是人們書寫程式或描述計算機工作過程時使用的。
（二）數制間的轉換
三種進製的對應關係見表1-5。
表1-5 三種進製數對照表
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