教学课件：《单片机及嵌入式系统》1.ppt

1、 单片机的出现是计算机技术发展史上一个重要的里程碑，它使计算机从海量数值计算用途发展到智能化控制用途。本项目主要介绍单片机的开发系统的相关知识。任务任务单片机开发系统的操作单片机开发系统的操作单单片片机机开开发发系系统统的的操操作作准备知识准备知识1.1.嵌入式系统与单片机嵌入式系统与单片机2.2.单片机的历史与发展单片机的历史与发展3.3.计算机系统的结构计算机系统的结构4.4.单片机开发系统操作指南单片机开发系统操作指南5.5.其他操作方法其他操作方法 1.1.嵌嵌入入式式系系统统与与单单片片机机（1）嵌入式系统的概念计算机控制技术在通信、测控、数据传输等领域中的应用，与单纯的高速海量计算

2、不同表现在直接面向控制对象、嵌入到具体的应用中，而不以计算机的面貌出现；能在现场可靠的运行；体积小，应用灵活；突出控制功能，特别是对外部信息的捕捉和丰富的I/O功能等。面向测控对象、嵌入到实际应用系统中、实现嵌入式应用的计算机被称为嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统（Embedded system）。嵌入式系统是用来控制或者监视机器、装置、工厂等大规模设备的系统。嵌入式系统以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板

3、。1.1.嵌嵌入入式式系系统统与与单单片片机机嵌入式系统，是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统”，根据英国电器工程师协会（U.K.Institution of Electrical Engineer）的定义，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。与个人计算机这样的通用计算机系统不同，嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。由于嵌入式系统只针对一项特殊的任务，设计人员能够对它进行优化，减小尺寸降低成本。嵌入式系统通常进行大量生产，所以单个的成本节约，能够随着产量进行成百上千的放大。嵌入式系统的核心是由一个或几个预先编程好以用来执行少数几

4、项任务的微处理器或者单片机组成。与通用计算机能够运行用户选择的软件不同，嵌入式系统上的软件通常是暂时不变的；所以经常称为“固件”。国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统是面向用户、面嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。有生命力、才更具有优势。因此可以这样理解上述三个因此可以这样理解上述三个面向的含义，即嵌入式系统面向的含义，即嵌入式系统是与应用紧密结合的，它具是与应

5、用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合有很强的专用性，必须结合实际系统实际系统需求需求进行合理的裁进行合理的裁减利用。减利用。1.1.嵌嵌入入式式系系统统与与单单片片机机嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。所以，介入嵌入式系统行业，必须有一个正确的定位。例如Palm之所以在PDA领域占有70%以上的市场，就是因为其立足于个人电子消费品，着重发展图形界面和多任务管理；而风河的Vxworks之所以在火星车上得以应用，则是因为其高实时性和高可靠性。嵌入式系统必须根据

6、应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。所以，如果能建立相对通用的软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需要的系统，是一个比较好的发展模式。目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几K到几十K微内核，需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减，但是由于微内核的存在，使得这种扩展能够非常顺利的进行。1.1.嵌嵌入入式式系系统统与与单单片片机机（2）单片机1）单片机的概念单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集

7、成到一个芯片上。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。一个单片机应用系统经过预研、总体设计、软硬件设计、安装制作后，在系统程序存储器中存入应用程序，系统即可运行。但一次成功的概率几乎为零，常常会出现一些软件和硬件上的错误，这就需要通过调试来发现错误并加以改正。这些工作需要借助于某种开发工具来模拟用户实际的单片机，并且能随时随地观察

8、运行的中间过程而不改变运行中原有的数据，从而完成模仿现场的真实调试。单片机仿真系统应运而生。知识链接知识链接由于由于单片机单片机在工业控制领在工业控制领域的广泛应用，单片机由域的广泛应用，单片机由仅有仅有CPU的专用的专用处理器处理器芯芯片发展而来。最早的设计片发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设理念是通过将大量外围设备和备和CPU集成在一个集成在一个芯片芯片中，使中，使计算机系统计算机系统更小，更小，更容易集成进复杂的而对更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备体积要求严格的控制设备当中。当中。1.1.嵌嵌入入式式系系统统与与单单片片机机2）单片机的优点与一般的微型计算机相比，单片

9、机由于其独特的结构决定了它具有以下优点。高集成度，体积小，高可靠性单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。控制功能强为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。1.1.嵌嵌入入式式系系统统与与单单片片机机低电压，低功耗，便于生产便携式产品为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8

10、V3.6V，而工作电流仅为数百微安。易扩展片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。优异的性能价格比单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用RISC流水线和DSP等技术。单片机有工业级芯片，可靠性高，容易产品化一般微处理器和有关元件分军用、工用和民用三级，工业产品的可靠性比民用产品强，价格比军用产品低，在单片机应用中，可以根据实际工作环境，选择工业级芯片，保证系统的可靠性。单片机的以上特性，缩短了由单片机应用系统样机至正是产品的过渡过程，使科研成果能迅速的转化为生产力。1.1.嵌嵌入入式式

11、系系统统与与单单片片机机3）单片机的应用领域 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。1.1.嵌嵌入入式式系系统统与与单单

12、片片机机在家用电器中的应用可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪

13、，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。2.2.单单片片机机的的历历史史与与发发展展（1）单片机的发展概况自1971年微处理器研制成功后不久，就出现了单片机发展非常繁荣的局面。单片机根据其基本操作处理的位数可以分为：1位单片机、4位单片机、8位单片机、16位单片机和32位单片机。单片机经过30多年的发展，如今已经形成一个规格齐全、品种繁多的大家族，但片机的潜力越来越被人们所重视。特别是当前采用CMOS工艺制成的各种单片机，由于低功耗、使用的温度范围大、抗干扰能力强，能满足一些特殊应用场合的要求，更加扩大了单片机的应用范围，

14、也进一步促进了单片机性能的发展。2.2.单单片片机机的的历历史史与与发发展展单片机的发展可以分为以下四个阶段。1）第一阶段（1976年-1978年）：初级单片机阶段。以Inter公司MCS-48为代表。这个系列的单片机内集成有8位CPU、I/O接口、8位定时器/计数器，寻址范围不大于4K字节，简单的中断功能，无串行接口。2）第二阶段（1978年-1982年）：单片机完善阶段。在这一阶段推出的单片机其功能有较大的加强，能够应用于更多的场合。这个阶段的单片机普遍带有串行I/O口、有多级中断处理系统、16位定时器/计数器，片内集成的RAM、ROM容量加大，寻址范围可达64K字节。一些单片机片内还集成

15、了A/D转换接口。这类单片机的典型代表有Inter公司的MCS-51、Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等。2.2.单单片片机机的的历历史史与与发发展展3）第三阶段（1982年-1992年）：8位单片机巩固发展及16位高级单片机发展阶段。在此阶段，尽管8位单片机的应用已广泛普及，但为了更好满足测控系统的嵌入式应用的要求，单片机集成的外围接口电路有了更大的扩充。这个阶段单片机的代表为8051系列。许多半导体公司和生产厂以MCS-51的8051为内核，推出了满足各种嵌入式应用的多种类型和型号的单片机。其主要技术发展有：外围功能集成。满足模拟量直接输入的ADC接口；满足伺服驱动输出

16、的PWM；保证程序可靠运行的程序监控定时器WDT。出现了为满足串行外围扩展要求的串行扩展总线和接口，如SPI、I2C Bus、单总线（1-Wire）等。出现了为满足分布式系统，突出控制功能的现场总线接口，如CAN Bus等。在程序存储器方面广泛使用了片内程序存储器技术，出现了片内集成EPROM、EEPROM、FlashROM以及MaskROM、OTPROM等各种类型的单片机，以满足不同产品的开发和生产的需要，也为最终取消外部程序存储器扩展奠定了良好的基础。与此同时，一些公司面向更高层次的应用，发展推出了16位的单片机，典型代表有Inter公司的MCS-96系列的单片机。2.2.单单片片机机的的

17、历历史史与与发发展展4）第四阶段（1993年-现在）：百花齐放阶段。现阶段单片机发展的显著特点是百花齐放、技术创新，以满足日益增长的广泛需求。其主要方面有：单片嵌入式系统的应用是面对最底层的电子技术应用，从简单的玩具、小家电；到复杂的工业控制系统、智能仪表、电器控制；以及发展到机器人、个人通信信息终端、机顶盒等。因此，面对不同的应用对象，不断推出适合不同领域要求的，从简易性能到多全功能的单片机系列。大力发展专用型单片机。早期的单片机是以通用型为主的。由于单片机设计生产技术的提高、周期缩短、成本下降，以及许多特定类型电子产品，如家电类产品的巨大的市场需求能力，推动了专用单片机的发展。在这类产品中

18、采用专用单片机，具有低成本、资源有效利用、系统外围电路少、可靠性高的优点。因此专用单片机也是单片机发展的一个主要方向。致力于提高单片机的综合品质。采用更先进的技术来提高单片机的综合品质，如提高I/O口的驱动能力；增加抗静电和抗干扰措施；宽（低）电压低功耗等。2.2.单单片片机机的的历历史史与与发发展展（2）单片机的发展趋势1）低功耗CMOS化 MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW,而现在的单片机普遍都在100mW左右,随着对单片机功耗要求越来越低,现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和C

19、HMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低,但由于其物理特征决定其工作速度不够高,而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点,这些特征,更适合于在要求低功耗,电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。2.2.单单片片机机的的历历史史与与发发展展2）微型单片化 现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口,中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上,增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在

20、单一的芯片上,这样单片机包含的单元电路就更多,功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做,制造出具有自己特色的单片机芯片。此外,现在的产品普遍要求体积小、重量轻,这就要求单片机除了功能强和功耗低外,还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式,其中SMD(表面封装)越来越受欢迎,使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。2.2.单单片片机机的的历历史史与与发发展展3）主流与多品种共存 现在虽然单片机的品种繁多,各具特色,但仍以80C51为核心的单片机占主流,兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品,ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以C8

21、051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头,中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增,与其低价质优的优势,占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品,日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内,这种情形将得以延续,将不存在某个单片机一统天下的垄断局面,走的是依存互补,相辅相成、共同发展的道路。2.2.单单片片机机的的历历史史与与发发展展4）大容量、高性能 以往单片机内的ROM为1KB4KB,RAM 为64128B。但在需要复杂控制的场合,该存储容量是不够的,必须进行外接扩充。为了适应这种领域的要求,须运用新

22、的工艺,使片内存储器大容量化。目前,单片机内ROM 最大可达64KB,RAM 最大为2KB。另外单片机进一步改变CPU的性能,加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。采用精简指令集(RISC)结构和流水线技术,可以大幅度提高运行速度。现指令速度最高者已达100MIPS(Million Instruction Per Seconds,即兆指令每秒),并加强了位处理、中断和定时控制功能。这类单片机的运算速度比标准的单片机高出10 倍以上。由于这类单片机有极高的指令速度,可以使用软件模拟其I/O 功能,由此引入了虚拟外设的新概念。3.3.计计算算机机系系统统的的结结构构(1)在单片机实训前，应首先

23、了解计算机系统的结构。在通用微型计算机系统如奔腾系列的个人计算机基础上增加一些外围硬件电路，如EPROM固化电路、在线仿真器等电路，软件上增加与单片机有关的交叉汇编程序、仿真调试程序和EPROM编程写入程序，就构成典型的计算机开发系统，如图所示。典型的计算机开发系统 3.3.计计算算机机系系统统的的结结构构(2)DAIS系列单片机开发系统是江苏启东计算机厂的产品。作为一个8032扩展系统，其面板布局图和逻辑结构简图分别如下面两幅图所示。面板布局图 3.3.计计算算机机系系统统的的结结构构逻辑结构简图 3.3.计计算算机机系系统统的的结结构构下面就其功能特点做简要介绍。l中央处理器为8032单片

24、机。l开发系统的时钟频率为6MHz，因此，其中的一个机器周期为2s。lCPU资源100%出借给用户，栈顶资源共享。l仿真地址空间100%出借给用户，目标系统程序与数据寻址能力均达到64KB。l有3个可编程定时/计数器和一个全双工串行接口可供使用。l用户可通过程序固化区对EPROM 2764/27128/27256进行固化。l开发系统配有40线仿真电缆。l8032的P1口和P3口出借给用户，P0口和P2口被系统占用。l该系统设有6个LED 7段显示器用于系统显示。l配有48键盘，用于各种输入操作。l配置丰富的接口电路，有74LS 138译码电路、8255多功能接口电路、模/数转换电路、数/模转换

25、电路、发光二极管显示电路和逻辑电平开关电路等，供接口电路使用。3.3.计计算算机机系系统统的的结结构构(3)插座说明如下。lCZ1：电源/通信插座，可提供5V、12V直流电源和编程写入电源进行串行通信。lCZ2：打印机插座，可外接微型打印机。lCZ3：通用键盘显示板。lCZ4：40线仿真接口。lJ1：音频输出插座，可连接0.25W扬声器。lJ3：步进电机驱动输出插座，可连接步进电机。3.3.计计算算机机系系统统的的结结构构(4)DAIS开发系统的内部存储器资源和端口地址见表。内存内存地址地址空间空间地地 址址 空空 间间用用 途途0000H0FFFFH监控管理空间0000H7FFFFH仿真实验

26、空间8000H0FEFFH用户自选空间0E00H0FDFFHTV空间I/O地址地址空间空间口地址接口芯片及用途0FF20H8155控制口 写入方式字0FF21H8155A口 字位口0FF22H8155B口 字型口0FF23H8155C口 输入口0FF28H8255A口 EP总线口0FF29H8155B口 EP 地址0FF2AH8155C口 EP 控制0FF2BH8155A控制口 写入控制字内存及端口地址分配表 3.3.计计算算机机系系统统的的结结构构(5)DAIS-52S开发系统提供一个48的键盘，由16个数字键和16个功能键盘组成，通用性强，简便易用。键盘分配示意表见表1-2。左边16个数字

27、键，用于输入存储器或I/O口地址、数据或程序机器码；右边16个功能键用于完成各种操作，具体功能如下。lTV/ME：进入TV状态/输入、检查程序。lRG/FS：片内数据存储器、寄存器读写/偏移量计算。lF1/LS：标志键/读上一个字节。lF2/NX：标志键/读下一个字节。lEXEC：连续执行程序键。lSTEP：单步执行程序键。3.3.计计算算机机系系统统的的结结构构lMOVE：数据块搬家。lEG/DL：EPROM写入/删除一个字节。lRW/IS：外部RAM读写/插入一个字节。lEV/UN：固化区内容送到目标RAM/保留。lEC/EP：EPROM查空/EPROM内容与RAM内容比较。lPRT：TV

28、状态打印。lCOMP：数据块比较。lDAR：TV状态反汇编。lMON：返回监控。lRESET：复位。3.3.计计算算机机系系统统的的结结构构7R78DPL9DPHAACCT V/MEE G/DLPRTEXEC4R45R56 R6BBR G/FSRW/ISC OMPSCAL1R12R23R3CPSWF1/LSE V/UNM OVESTEP0R0FPCHEPCLDSPF2/NXE X/EPDARM ON键盘分配示意表 3.3.计计算算机机系系统统的的结结构构(6)工作状态。l待命状态0，在本状态，6位LED显示器的最左边一位显示一个闪动的“P.”，表示整个系统处于初始状态。上电复位、手动复位都可进

29、入该状态。l待命状态1，在待命状态0时按任意数字键，进入该状态。其特征是显示14位数字。由本状态可进入程序存储器读写状态、工作寄存器、特殊功能寄存器、片内RAM读写状态。l程序存储器读写状态，在待命状态1下按TV/ME键，进入该状态。显示6位数字。前4位是存储器地址，后两位为地址中的内容。此时，可配合LS或NX键的使用。3.3.计计算算机机系系统统的的结结构构l片外数据存储器读写状态，在待命状态1下按RW/IS键，进入该状态。显示6位数字。前4位是存储器地址，后两位为地址中的内容。此时，可配合LS或NX键使用。l标志态，在待命状态1下按数字键再按F1或F2键，进入本状态。用于硬件接口实验或仿真

30、。4.4.单单片片机机开开发发系系统统操操作作指指南南使用任何一种计算机系统时，一般首先关心什么形式的程序能送入，是高级语言、汇编语言还是机器语言，应如何送入。其次了解程序处理的对象数据应存放在何处。对于像IBM-PC这样的个人计算机，有CRT显示器，有标准键盘，可以把高级语言程序、汇编语言源程序直接输入计算机，借助系统软件经过汇编或编译后，计算机即可执行。但单片机开发系统的作用不同于系统机，主要面向控制，简化了显示器和键盘，只能送入由汇编语言源程序翻译而成的机器语言程序。因此，上机前，用户编制的汇编语言源程序必须先翻译成机器语言程序，才能送入单片机系统。4.4.单单片片机机开开发发系系统统操

31、操作作指指南南下表给定一段示例程序，汇编语言源程序已翻译成机器语言。将机器代码输入单片机系统中。存储地址存储地址机器码机器码行号行号源程序源程序20001ORG 2000H200074502MOV A,#50H200278AA3MOV R0,#0AAH2004E84MOV A,R0200579BB5MOV R1,#0BBH2007E96MOV A,R1200874507MOV A,#50H200A228RET示例程序 4.4.单单片片机机开开发发系系统统操操作作指指南南操作步骤如下。(1)打开单片机系统电源，系统进入初始状态，显示闪动的“P.”。(2)输入程序存储器的首地址2000H(H省略)

32、，按TV/ME键，显示6位数字，光标在第5位闪动，表示此位可改动。(3)输入74，按F2/NX键，显示下一个单元的地址和内容。(4)依次将机器码指令送入单片机程序存储器中。(5)输入过程中按下的键及显示的字符如下所示，凡是用户操作时所按键的下方均标有横线，而右边则是LED显示器的内容。5.5.其其他他操操作作方方法法1)插入和删除 在调试程序时如果增加或删除某些指令，不必重新装入整个程序，可以使用EG/DL键和RW/IS键。这两个键只在存储器读写状态有效。在其他状态，则具有其他功能。在存储器读写状态，按RW/IS键一次，整个存储区向后移动一个字节，空出一个字节单元，空出的单元显示为00H。从而

33、完成插入功能。若删除某一个或某几个单元的内容，则在要删除存储单元状态下按EG/DL键，后面单元上移，从而完成删除操作。2)EPROM 检查、编程写入 在DAIS开发系统上设置一个EPROM固化区，利用该系统上的多功能接口芯片8255A可实现对EPROM 2764/27128/27256的程序固化。5.5.其其他他操操作作方方法法首先检查集成电路插座上的EPROM是否为空。可在初始状态下按EC/EP键，若LED显示器上只出现“P.”字符，说明EPROM已空；若出现地址和数据，表示EPROM不空，不能固化，要用EPROM擦除器(俗称紫外线灯)擦除。查空以后，将编程写入电压接到开发系统的VPP接线上

34、，根据各厂家的EPROM芯片不同而不同。但不能过高，否则EPROM芯片会被烧毁。在初始状态下，输入要固化程序的首地址，按F1/LS键，输入要固化程序的首地址，按F2/NX键，再按EG/DL键。固化完成后，LED显示器上显示“P.”，整个固化操作完成。单单片片机机开开发发系系统统的的操操作作任务实施任务实施小刘是某计算机公司的员工，为了加强自己的专业知识，提高工作效率，小刘正在学习单片机开发系统的相关知识。嵌入式系统的出现，改变了计算机技术嵌入式系统的出现，改变了计算机技术主要应用于数值计算领域的局面，单片机则主要应用于数值计算领域的局面，单片机则是一种经典的嵌入式系统。单片机系统的应是一种经典

35、的嵌入式系统。单片机系统的应用，使计算机技术在计算机领域和嵌入式计用，使计算机技术在计算机领域和嵌入式计算机领域都获得了极其重要的进展。算机领域都获得了极其重要的进展。单片机开发系统的操作单片机开发系统的操作任务任务实施实施 （1）程序存储器的读写 操作步骤如下。1)在初始状态下，输入两位十六进制数的地址码，然后按RG/FS键，显示4位数字。左边两位是片内RAM的地址，右边两位是地址中的内容。光标在第5位闪动，可改。2)按F2/NX键显示下一单元地址，重复上述过程。按键 显示 50 RG/FS 50 6 5 50 65 F2/NX 2 A 51 2A F2/NX 3 B 52 3B F2/NX

36、 4 C 53 4C F2/NX 5 D 54 5D F2/NX 6 E 55 6E F2/NX 7 F 56 7F RESET P.3)按F1/LS键可查看上一单元内容。上电和手动复位后，回到初始状态，检查相应寄存器的状态，看是否一致。复位后，检查程序存储器中的内容，看其内容是否变化。进而了解复位对程序存储器内容的影响。（2）片内数据存储器的访问、显示和修改工作寄存器、特殊功能寄存器的内容操作步骤如下。1)在初始状态下，输入一位数字，按RG/FS键，显示3位数字。按键 显示 5 RG/FS 5 11 5 11 F2/NX 22 6 22 F2/NX 33 7 33 F2/NX 44 8 44

37、 ；用于检查DPL的内容 F2/NX 55 9 55 ；用于检查DPH的内容 F2/NX 66 A 66 ；用于检查ACC的内容 F2/NX 77 B 77 ；用于检查B寄存器的内容 F2/NX 88 C 44 ；用于检查PSW的内容 F2/NX 99 D 55 ；用于检查SP的内容 F2/NX AA E 66 ；用于检查PCL的内容 F2/NX BB F 77 ；用于检查PCH的内容 RESET P.2)第一个数字为要检查的寄存器代号，后两位为寄存器内容。3)按F1/LS或F2/NX键可配合检查其他寄存器的内容。知识链接知识链接片内数据存储器、工作寄片内数据存储器、工作寄存器、特殊功能寄存器

38、的存器、特殊功能寄存器的检查和修改，既可以通过检查和修改，既可以通过输入其字节地址的方法读输入其字节地址的方法读写，又可以通过其代号进写，又可以通过其代号进行操作。行操作。（3）执行程序功能操作 经过汇编的机器语言程序和程序运行所需要的数据送入单片机后，执行程序检查运行结果。表是一段示范程序。存存 储储 地地 址址机机 器器 码码行行 号号源源 程程 序序30001ORG 3000H300074002B G I N:M O V A,#00H300211063A 1:A C A L L DELY300480FC4SJMP A130067B025D E LY:M O V R3,#23008DBFE

39、6A 2:D J N Z R3,A2300A047INC A300B228RET9END示范程序操作步骤如下。1)将机器语言程序送入单片机开发系统的程序存储器中。2)复位后，再次检查自3000H开始的单元中的内容是否正确，如有错误全部改正。3)在初始状态下，输入程序的首地址3000，按STEP键，显示下条指令的地址和指令的首字节(不是上条指令的结果)。4)到相应单元检查上条指令结果。5)重复3)4)步，直到程序全部执行完毕。6)若使用EXEC键，可一次完整执行程序。7)还可设置断点。如在3006H设置断点，在初始状态下输入断点地址3006H，按F1/LS键，再输入程序首地址3000H，按EXE

40、C键，则程序停在3006H处。重点难点重点难重点难点点单片机的发单片机的发展展单片机的操作单片机的操作重点重点难点难点 计算机系统包括硬件系统和软件系统两部分。一台计算机要正常工作，除硬件系统外，还必须有相应的软件与之配合，才能充分发挥其功能。而软件的基础则是计算机指令系统。本项目介绍 MCS-51单片机指令系统，掌握单片机指令系统并能熟练应用，学会编写常用程序，是应用好单片机的关键。任务任务指令训练指令训练指指令令训训练练准备知识准备知识1.1.MCS-51MCS-51单片机指令系统单片机指令系统2.2.单片机指令系统的应用单片机指令系统的应用 1.1.单单片片机机指指令令系系统统（1）指令

41、相关知识 1)指令分类指令是计算机能够识别和指令相相的操作命令。指令的功能划分。l数据传送指令：包括各个存储器地址空间的数据传送。l算术运算指令：完成加、减、乘、除等各种算术运算。l逻辑运算指令：实现与、或、非、异或等逻辑运算。l控制转移指令：包括无条件转移、条件转移等指令，可用于分支和循环程序中。l位操作指令：对位寻址区地址单元进行操作，实现位控制。一台计算机全部的指令集合，一台计算机全部的指令集合，就构成计算机指令系统。就构成计算机指令系统。MCS-51MCS-51单片机有单片机有 111 111条指令。条指令。指令的分类方法不同，所分指令的分类方法不同，所分类型也不同。类型也不同。1.1

42、.单单片片机机指指令令系系统统指令的字节数划分。l单字节指令：只有一个字节，即指令的操作码。l双字节指令：有两个字节，第二个字节为地址码或操作数。l三字节指令：首字节为操作码，后两个字节为地址码或操作数。指令的机器周期划分。l单机器周期指令。l双机器周期指令。l4个机器周期指令。1.1.单单片片机机指指令令系系统统2)指令系统中的符号说明任何一种计算机语言都有自己的语法规则。MCS-51单片机采用汇编语言。其常用符号含义见表。符符 号号含含 义义符符 号号含含 义义Rn内部工作寄存器 R0R7BB寄存器Ri工作寄存器 R0、R1间址或基址寄存器前缀#data立即数逻辑与Direct片内 RAM

43、直接地址逻辑或Addr1616位目的地址逻辑异或Addr1111位目的地址Bit位地址Rel8位偏移量A累加器DPTR数据指针#立即数前缀常用符号含义 1.1.单单片片机机指指令令系系统统3)指令格式MCS-51指令系统中的指令采用助记符表示的汇编语言指令格式如下。标号：操作码 操作数或操作数地址 ；注释标号是用户根据编程需要为指令设定的符号地址，当需要时加上。标号由18个字符组成，第一个字符必须是英文字母，不能是数字或其他符号，标号后面必须用冒号。操作码表示指令的操作功能，是指令必不可少的部分。如MOV表示数据传送操作，MUL表示乘法运算等。1.1.单单片片机机指指令令系系统统操作数或操作数

44、地址表示参加运算的数据或数据的有效地址。操作数一般有以下几种形式：有的指令没有操作数项，操作数隐含在操作码中，如 RETI指令；有的指令只有一个操作数，如CLR C指令；有的指令有两个操作数，如MOV A，#20H指令，操作数之间以逗号相隔，前者为目的操作数，后者为源操作数；有的指令有3个操作数，如CJNE A，20H，LOOP指令，多个操作数之间也用逗号分开。注释是对指令的注解，是为了便于人们阅读程序而设定的，用以提高程序的可读性。计算机的汇编程序在汇编时对注释不做处理。汇编语言要求在注释前必须加分号。1.1.单单片片机机指指令令系系统统（2）掌握指令中操作数的寻址方式寻址方式中的“址”指的

45、是操作数的地址。数据传送或参加运算的操作数通常存放在存储器或寄存器中。在为数众多的存储单元中如何找到参加运算的操作数呢？可以寻找其地址。寻址方式讨论的是如何表示或得到这些地址。1)寄存器寻址如果操作数的地址由寄存器号码给出，即指令中寄存器的内容就是要寻找的操作数，这种寻址方式叫寄存器寻址。可使用寄存器寻址方式的寄存器或地址单元有：累加器ACC、B寄存器、位累加器C、AB双字节、工作寄存器R0R7、DPTR等。例如：MOV A，R0其功能是将工作寄存器R0中的内容送到累加器ACC中，这里的操作数采用寄存器寻址。知识链接知识链接MCS-51指令操作数的寻址指令操作数的寻址方式主要有方式主要有 6种

46、：寄存器种：寄存器寻址、直接寻址、寄存器寻址、直接寻址、寄存器间接寻址、立即寻址、基间接寻址、立即寻址、基址寄存器加变址寄存器间址寄存器加变址寄存器间接寻址和相对寻址。接寻址和相对寻址。1.1.单单片片机机指指令令系系统统2)寄存器间接寻址与寄存器寻址相对应，如果操作数的地址是由寄存器的内容间接给出，即寄存器中存放的不是操作数，而是操作数所在单元的地址，这种寻址方式叫寄存器间接寻址。例如：设寄存器R0中存有一数据20H，而20H是片内RAM单元的地址，该地址中存放的内容是 88H。可用指令MOV A，R0将数据 88H送到累加器ACC中。这里，R0采用的寻址方式就是寄存器间接寻址。1.1.单单

47、片片机机指指令令系系统统3)直接寻址参加运算的操作数地址在指令中直接给出，这种寻址方式就叫直接寻址。例如：MOV A，20H 在指令中，20H就是操作数的地址，要传送的操作数就存放在片内 RAM 20H字节单元中。又如：MOV P1，A 其中，P1也是直接寻址，它代表的地址是 90H。4)立即寻址在指令中直接给出参加运算的操作数，这种寻址方式叫立即寻址。例如：MOV A，#20H 其中#20H就是要传送的操作数。1.1.单单片片机机指指令令系系统统5)基址寄存器加变址寄存器间接寻址要访问程序存储器的一个字节，该字节的地址由基址寄存器(DPTR或 PC)与变址寄存器(A)的内容之和构成，这种寻址

48、方式叫基址寄存器加变址寄存器间接寻址。例如：MOVC A，A+DPTR 其功能是把 DPTR的内容和 A的内容相加，作为程序存储器的地址，从该地址中取出操作数送到累加器 ACC中。6)相对寻址在转移指令中，用于指定转移的目标地址。它把指令中规定的地址作为偏移量与 PC的当前值相加，形成操作数的地址，如 JC 50H。1.1.单单片片机机指指令令系系统统掌握每一种寻址方式的特征是学习寻址方式的关键。常用寻址方式与相应的存储空间见表。寻寻 址址 方方 式式存储空间或单元存储空间或单元寄存器寻址R0R7、A、B、C、AB双字节，DPTR寄存器间接寻址片内 RAM、片外 RAM、I/O口地址直接寻址特

49、殊功能寄存器、片内 RAM、位寻址区立即寻址程序存储空间基址寄存器加变址寄存器间接寻址程序存储空间常用的寻址方式和相应的空间对应表 1.1.单单片片机机指指令令系系统统（3）程序汇编的方法用汇编语言编写的源程序必须翻译成机器语言，计算机才能执行。这个翻译工作可以通过人工汇编完成，也可以通过机器汇编实现。这里介绍前一种。人工汇编主要采用二次汇编的方法。1)第一次汇编：对源程序中的各条指令逐条查找译成机器码，并根据给定的第一条指令所在的地址和各条指令的字节数，确定每条指令地址(实际上是指令首字节地址)。但具有偏移量的转移指令不能全部翻译出来。2)第二次汇编：将第一次汇编中没有计算的偏移量计算出来。

50、2 2.单单片片机机指指令令系系统统的的应应用用（1）通用数据传送指令对于学习和掌握单片机来说，牢记单片机存储器的地址分布非常重要，特别是片内数据存储器，更应重视。1）程序存储器和数据存储器地址分布 MCS-51单片机的存储器采用哈佛结构，即程序存储器和数据存储器分开。从物理上看，有4个存储空间：片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器，如图所示。2 2.单单片片机机指指令令系系统统的的应应用用MCS-51单片机存储器地址分配示意图MCS-51MCS-51单片机的片内数据存单片机的片内数据存储器结构复杂。储器结构复杂。80518051有低区有低区128128字节和特殊功能