单片微机原理及应用教学课件

1、 单片微机原理及应用单片微机原理及应用 教学课件教学课件主要参考书主要参考书1、胡汉才、胡汉才. 单片机原理及其接口技术单片机原理及其接口技术. 清华大学出版社清华大学出版社2、张友德、张友德,赵志英赵志英,涂时亮涂时亮.单片微型单片微型机原理应用与实验机原理应用与实验.复旦大学出版社复旦大学出版社3、徐淑华、徐淑华,程退安程退安,姚万生姚万生.单片微型单片微型机原理及应用机原理及应用.哈尔滨工业大学出版社哈尔滨工业大学出版社 单片微机原理及应用单片微机原理及应用l微型计算机的基本概念微型计算机的基本概念lMCS-51系列单片机的硬件结构系列单片机的硬件结构lMCS-51系列单片机的指令系统和

2、汇编语言系列单片机的指令系统和汇编语言程序示例程序示例lMCS-51系列单片机的扩展系列单片机的扩展lMCS-51系列单片机的接口与应用系列单片机的接口与应用l单片机应用系统的开发单片机应用系统的开发 微型计算机的基本概念微型计算机的基本概念u概述概述u微处理器微处理器u存储器存储器u输入输出接口电路输入输出接口电路【返回】【返回】 概概 述述电子计算机的特点及应用电子计算机的特点及应用单片机的特点及应用单片机的特点及应用计算机的基本结构计算机的基本结构微型计算机结构微型计算机结构微型计算机软件微型计算机软件计算机中的数计算机中的数【返回】【返回】电子计算机的特点及应用电子计算机的特点及应用

3、特点：特点： 运算速度快运算速度快 精确度高精确度高一台计算机所用的二进制一台计算机所用的二进制代码位数为字长，表示计算机的计算精代码位数为字长，表示计算机的计算精度。度。巨型机或大型机字长巨型机或大型机字长3264位，位，微型机字长一般微型机字长一般416位，也有位，也有32位。位。通常计算机能进行双倍字长或多倍字长通常计算机能进行双倍字长或多倍字长运算。运算。具有记忆能力存贮容量，以字长或字节具有记忆能力存贮容量，以字长或字节为单位，约定以为单位，约定以8位二进制数为一字节。位二进制数为一字节。1K字节字节=1024个字节个字节具有逻辑判断能力具有逻辑判断能力高度自动化：程序控制的自动化操

4、作高度自动化：程序控制的自动化操作高可靠性高可靠性通用性强通用性强应用应用 科学计算、数据处理、实时控制、计科学计算、数据处理、实时控制、计算机辅助设计、仪器仪表智能化等。算机辅助设计、仪器仪表智能化等。单片机的特点及应用单片机的特点及应用 特点：特点： 体积小、重量轻、价格便宜、耗电体积小、重量轻、价格便宜、耗电少。少。 可靠性高，抗干扰性能优于采用一可靠性高，抗干扰性能优于采用一般的般的CPU。控制功能强，运行速度快。控制功能强，运行速度快。片内存储器的容量不大；片内存储器的容量不大；I/O引脚少。引脚少。但存储器和但存储器和I/O接口都易于扩展。接口都易于扩展。 应用：应用：家用电器领域

5、家用电器领域:国内各种家用电器已普遍国内各种家用电器已普遍采用单片微机控制取代传统的控制电路，采用单片微机控制取代传统的控制电路，做成单片微机控制系统，如洗衣机、电做成单片微机控制系统，如洗衣机、电冰箱、空调机、微波炉、电饭堡、电视冰箱、空调机、微波炉、电饭堡、电视机、录像机及其它视频音像设备的控制机、录像机及其它视频音像设备的控制器器.办公自动化领域办公自动化领域 比如一台比如一台PC机可能嵌入了机可能嵌入了10个单片微机，个单片微机，如控制键盘、鼠标、显示器、如控制键盘、鼠标、显示器、CD-ROM、声卡、打印机、软声卡、打印机、软/硬盘驱动器、硬盘驱动器、调制解调器等调制解调器等. 现代办

6、公室中所使用的大量通信、信息现代办公室中所使用的大量通信、信息产品，如绘图仪、复印机、电话、传真机产品，如绘图仪、复印机、电话、传真机等，多数都采用了单片微机。等，多数都采用了单片微机。 l工业自动化领域的在线应用工业自动化领域的在线应用如工业过程控制、过程监测、工业控制器如工业过程控制、过程监测、工业控制器及机电一体化控制系统等，许多都是以及机电一体化控制系统等，许多都是以单片微机为核心的单机或多机网络系统。单片微机为核心的单机或多机网络系统。如工业机器人的控制系统是由中央控制如工业机器人的控制系统是由中央控制器、感觉系统、行走系统、擒拿系统等器、感觉系统、行走系统、擒拿系统等节点构成的多机

7、网络系统。而其中节点构成的多机网络系统。而其中l智能仪器仪表与集成智能传感器领域智能仪器仪表与集成智能传感器领域每一个小系统都是由单片微机进行控制的。每一个小系统都是由单片微机进行控制的。 应用单片微机来对传统的仪器仪表行业的应用单片微机来对传统的仪器仪表行业的产品进行产品进行“ 更新换代更新换代” ，提供了非常理想的，提供了非常理想的的条件。目前各种变送器、电气测量仪表普遍的条件。目前各种变送器、电气测量仪表普遍采用单片微机应用系统替代传统的测量系统，采用单片微机应用系统替代传统的测量系统，使测量系统具有各种智能化功能，如存储、数使测量系统具有各种智能化功能，如存储、数据处理、查找、判断据处

8、理、查找、判断、联网和语音功能等联网和语音功能等。l汽车电子与航空航天电子系统汽车电子与航空航天电子系统比如一台比如一台RMW-7系列宝马轿车就用了系列宝马轿车就用了63个单个单片微机。片微机。计算机的基本结构计算机的基本结构硬件硬件主机主机 CPU：运算器、控制器运算器、控制器 主存储器（内存）主存储器（内存） 外设外设 外存、输入设备、外存、输入设备、 输出设备等输出设备等软件软件 微型计算机结构微型计算机结构微处理器芯片微处理器芯片存储器芯片存储器芯片 输入输入/输出接口电路输出接口电路 总线总线微型计算机微型计算机 以以微处理器微处理器为核心，加上中大规模为核心，加上中大规模集成电路制

9、作的集成电路制作的存储器存储器，输入输入/输出接输出接口口电路，通过电路，通过总线总线所组成的计算机称所组成的计算机称为微型计算机。为微型计算机。微处理器芯片微处理器芯片运算部件运算部件ALU工作寄存器组工作寄存器组控制部件控制部件 存储器芯片存储器芯片存储器由许多存储单元组成。存储器由许多存储单元组成。8位微机中，每个存储位微机中，每个存储 单元存放单元存放8位位二进制代码，即一个字节。每个存储单二进制代码，即一个字节。每个存储单元地址唯一。元地址唯一。地址：二进制位数地址：二进制位数8，存储容量，存储容量 28=256字节。字节。二进制位数二进制位数16，存储容量，存储容量 216 =64

10、K字节字节输入输入/输出接口电路输出接口电路 在在CPU与外设之间起信与外设之间起信息转换与协调作用的电路。息转换与协调作用的电路。保证信息和数据在外设与保证信息和数据在外设与CPU之间正常传送。之间正常传送。在微型计算机各芯片之间或芯片内部在微型计算机各芯片之间或芯片内部各部件之间传输信息的一组公共通信各部件之间传输信息的一组公共通信线。线。串行发送、并行接收串行发送、并行接收优点：优点：可以减少机器中信息传送线可以减少机器中信息传送线的根数，从而提高机器的可靠性的根数，从而提高机器的可靠性可以方便地对存储器芯片可以方便地对存储器芯片及及I/O接口芯片进行扩展接口芯片进行扩展。总线总线缓冲器

11、缓冲器三总线结构：三总线结构： 数据总线数据总线DB：传送数据信息传送数据信息 地址总线地址总线AB：传送地址信息传送地址信息 控制总线控制总线CB：传送控制命令传送控制命令小结小结 微处理器、微型计算机、微型计算机系统微处理器、微型计算机、微型计算机系统三者关系。三者关系。单板机：将微处理器、存储器、单板机：将微处理器、存储器、I/O接口接口电路及简单的输入电路及简单的输入/输出设备组装在一块印输出设备组装在一块印制电路板上。制电路板上。单片机：将微处理器、存储器和单片机：将微处理器、存储器和I/O接口接口电路以及其他有关部件集成在一块芯片电路以及其他有关部件集成在一块芯片上。上。【返回】【

12、返回】微型计算机软件微型计算机软件 指令指令 例例 MOV A ， #29 操作码操作码 目的操作数目的操作数 源操作数源操作数 程序程序 29+38+63+56=？ MOV A， #29 ADD A， #38 ADD A， #63 ADD A， #56 机器语言、汇编语言、高级语言机器语言、汇编语言、高级语言 源程序源程序 汇编语言程序汇编语言程序 高级语言程序高级语言程序 汇编汇编 (人工汇编人工汇编 机器汇编机器汇编)） 目标程序目标程序 机器语言程序机器语言程序 计算机中的数计算机中的数 进位计数制：标示符进位计数制：标示符B、 H、 D 二进制数二进制数 特点：特点： 数字数字0、

13、1； 逢二进一逢二进一 0000 0010 B = 121 =2 1111.111 B = 23 1+22 1+2 1 1+ 20 1+2-11+2-2 1+2-3 1十六进制数十六进制数 特点：特点： 数字符号数字符号 09 ， AF； 逢十六进一逢十六进一 例例 :74H= 7161 +4160 = 116 不同进制数之间的转换不同进制数之间的转换 二、十六进制数转换成十进制数二、十六进制数转换成十进制数方法：按权展开，然后相加。方法：按权展开，然后相加。例例:0F.8H= 0161+15160+816-1 = 15.511111111B=127+126+125+124+1 23+122+

14、121+120 = 255二进制数转换成十六进制数二进制数转换成十六进制数 方法：方法： 4位二进制数用位二进制数用1位十六进制位十六进制数代替数代替 例例: 1111 1111 B = FFH 0011 1010 .1100 1000 B = 3A.C8H 十六进制数转换成二进制数：十六进制数转换成二进制数：方法：方法：1位十六进制数用位十六进制数用4位二进位二进制数代替制数代替 例例: FFH = 1111 1111 B 2.A4H = 0010. 1010 0100 B 十十进进制制数数转转换换成成二二进进制制数数、十十六六进进制制数数。 2 25 余余 1 低低 25=11001 B

15、2 12 余余 0 2 6 余余 0 2 3 余余 1 2 1 余余 1 高高 0 16 25 余余 9 25=19H 16 1 余余 1 0 整数部分转换方法：整数部分转换方法： 十进制数连续被基数十进制数连续被基数2（16）所除，依次记下余数，直到商所除，依次记下余数，直到商0位位止，第一个余数是转换后二进制止，第一个余数是转换后二进制（十六进制数）的最低位，最后一（十六进制数）的最低位，最后一个数是最高位。个数是最高位。小数部分转换方法：小数部分转换方法： 十进制数小数连续乘以基十进制数小数连续乘以基数数2（或（或16）依次记下积的整）依次记下积的整数部分，直到积为数部分，直到积为0为止

16、。第为止。第一个数是二（十六）进制数一个数是二（十六）进制数的最高位，最后一个整数是的最高位，最后一个整数是最低位。最低位。 0.6875 2 1.3750 整数部分整数部分 1 0.3750 2 0.7500 0 2 1.5000 1 0.5000 2 1.0000 1 0.6875=0.1011 B 带符号数的表示带符号数的表示 带符号数，最高位带符号数，最高位 0 正正 1 负负符号位符号位D6D7D5D4D3D2D1D0数值位数值位图图1-10 8位微机中的带符号数位微机中的带符号数无符号数：00000000B 0 11111111B 255 例：例：11111111 B 无符号数无符

17、号数 255 带符号数带符号数 -127原码原码 正数原码与原值同正数原码与原值同 负数原码符号位置负数原码符号位置1，数值，数值位不变。位不变。例：例： 46原原=00101110B -46原原=10101110B 8位二进制原码表示的数的范围：位二进制原码表示的数的范围： -127+127反码反码 正数的反码与原码相同正数的反码与原码相同 负数的反码由其绝对值按位负数的反码由其绝对值按位求反后得到。求反后得到。例：例： 46反反=00101110B -46反反=11010001B 8位二进制反码表示的数的范围：位二进制反码表示的数的范围： -127+127补码：补码： 正数补码与原码同正数

18、补码与原码同 负数的补码为其反码加负数的补码为其反码加1 8位二进制补码表示的数的范位二进制补码表示的数的范围围 ： -128+127 对负数补码求反后加对负数补码求反后加1，回复为，回复为该数的绝对值。该数的绝对值。 +0补补=-0补补=00000000B A-B=A+-B补补二进制编码的十进制数二进制编码的十进制数 二二 十进制数：十进制数：BCD码码 一个十进制数用四个二进制一个十进制数用四个二进制数表示数表示 10=0001 0000BCD 十进制调整指令十进制调整指令 DA A 若若（A0-3）9或（），或（），则（则（A0-3） （A0-3）06 若（若（4-7）9或或（CY）=1

19、，则（则（4-7） （4-7）+06H 例：例：48+69 48=01001000BCD 69=01101001 BCD 0100 1000 + 0110 1001 AC=1 1011 0001 + 0110 0110 10001 0111 117DASCII码码1000011奇校验（奇数个奇校验（奇数个1）01000011偶校验（偶数个偶校验（偶数个1）11000011定点数与浮点数定点数与浮点数定点数定点数 小数点位置固定不变的数小数点位置固定不变的数 小数点定于数值位之后小数点定于数值位之后 小数点定于符号位与小数点定于符号位与 数值位之间数值位之间 符号位符号位 数值位数值位 小数点隐

20、含在此处小数点隐含在此处 符符号号位位 数数值值位位 小小数数点点隐隐含含在在此此处处 浮点数浮点数 N=2P S例例 101.11B=1000B 0.10111B =2+11B 0.10111B 阶阶符符 阶阶 码码 尾尾符符 尾尾 数数 P S 尾数尾数S的特征的特征:S为纯小数为纯小数,当当0.5 S 1,称该浮点数称该浮点数为规格化浮点数为规格化浮点数S是有符号数是有符号数,数数N的正或负由的正或负由S来表示来表示S用补码表示用补码表示S所取的位数规定了有效数字的位数所取的位数规定了有效数字的位数 阶码阶码P的特征的特征:阶码可正可负，用补码表示阶码可正可负，用补码表示P的位数决定了数

21、的位数决定了数N可表示的范围可表示的范围 例例1-20 某计算机字长某计算机字长16位，其中阶码用五位位，其中阶码用五位二进制数表示，尾数用九位二进制数表示，阶符、二进制数表示，尾数用九位二进制数表示，阶符、尾符各占一位数。试用浮点数形式表示十进制数尾符各占一位数。试用浮点数形式表示十进制数-117.75。-117.75=-1110101.11B =-0.111010111B 2+111B000111B补补=000111B-0111010111B补补=1000101001B其浮点数表示为其浮点数表示为: 0 00111 1 000101001【返回】【返回】 第二节第二节 微处理器微处理器典型

22、典型 8位微处理器结构位微处理器结构：运算器、控：运算器、控制器、工作寄存器组制器、工作寄存器组运算器运算器控制器控制器工作寄存器工作寄存器程序计数器程序计数器 【返回】【返回】运算器运算器 由由ALU、 A、 TR、 F、 二、十进制二、十进制调整电路等组成。调整电路等组成。 A（Accumulator）：）：存放操作数；运算存放操作数；运算结果结果 TR（Temporary Register）：）：暂存操作数，暂存操作数，并送入并送入ALU进行计算。进行计算。v分析指令分析指令 ADD A，#24H ADD A，R0 的执行过程的执行过程 F （Flag Register）Mcs-51中中

23、 PSW C AC FO RS1 RS0 OV P二、十进制调整电路：二、十进制调整电路：调整二调整二 十进制十进制运算的计算结果运算的计算结果 控制器控制器 指令寄存器指令寄存器IR （Instruction Register）指令译码器指令译码器ID（Instruction Decoder）控制电路控制电路 指令的执行阶段：指令的执行阶段： 取指令取指令 执行指令执行指令 工作寄存器工作寄存器提高计算机工作速度，简化指令的机器代码。提高计算机工作速度，简化指令的机器代码。 程序计数器程序计数器PC（Program Counter）专门用来控制指令执行顺序，字长专门用来控制指令执行顺序，字长

24、16位位上电（复位）时上电（复位）时 PC自动装入自动装入0000H一般单片机每取一次机器码，一般单片机每取一次机器码，PC自动加自动加1PC的内容可用指令改写。的内容可用指令改写。例：下列程序存放在例：下列程序存放在64K8位的位的EPROM中，中，(000FH) 0000H 7408H MOV A， #08H(0011H) 0002H 75F076 MOV B，#76H(0014H) 0005H 25E0 ADD A， A(0016H) 0007H 25F0 ADD A， B(0018H) 0009H 02 2000 LJMP 2000H(001BH) 000CH要求：要求：1、指令执行过

25、程（、指令执行过程（PC管理程序执行次序管理程序执行次序) 2、写出每条指令首址（、写出每条指令首址（000FH开始）开始） 3、该程序段共占用内存单元数。、该程序段共占用内存单元数。 4、执行、执行ADD A ，A时，时，PC内容？内容？ 5、执行执行ADD A，B后，后， A，B，PC的内的内容？容？ 6、CPU取回指令取回指令LJMP 2000H并执行该并执行该指令时，（指令时，（PC）=？ 执行后执行后 （PC）=？【返回】【返回】 第三节第三节 存储器存储器 存放信息（程序、数据）存放信息（程序、数据）主要指标：存贮容量；存取速度主要指标：存贮容量；存取速度存储器分类存储器分类存储器

26、结构存储器结构堆栈堆栈 【返回】【返回】存储器分类存储器分类RAM：又称读写存储器，数据存储器又称读写存储器，数据存储器 特点：掉电后存放的信息将丢失。特点：掉电后存放的信息将丢失。ROM：又称程序存储器又称程序存储器 特点：掉电后存放的信息不会丢失。特点：掉电后存放的信息不会丢失。典型典型RAM芯片芯片2114（1KB 4位）位）6116（2KB 8位）位）6264（8KB 8位）位） 典型的典型的EPROM芯片芯片2716（2KB 8位）位） 2732（4KB 8位）位）2764（8KB 8位）位） 27128（16KB 8位）位）存储器结构：存储器结构： 由存储体、地址寄存器、由存储体、

27、地址寄存器、地址译码器、存储器输入地址译码器、存储器输入/输输出控制电路等部分组成。出控制电路等部分组成。分析：若某存储器芯片有分析：若某存储器芯片有12根地根地址线、址线、8根数据线，根数据线，那么那么 1）该芯片有多少个存储单）该芯片有多少个存储单元？元？ 2）每个存储单元存放多少）每个存储单元存放多少位二进制数？位二进制数？ 3）用十六进制数写出它的）用十六进制数写出它的首地址和末地址。首地址和末地址。 堆栈堆栈是是RAM中的一个特殊的区域，是一组按照中的一个特殊的区域，是一组按照“先先进后出进后出”的方式工作的，用于暂存信息的存储单的方式工作的，用于暂存信息的存储单元。元。设置堆栈的目

28、的：设置堆栈的目的：保存断点地址和现场信息保存断点地址和现场信息例：例： 0123H ACALL SUB 0125H MOV A，RO 0345H SUB： MOV R3，A 断点地址：断点地址：0125H现场信息：现场信息：A，工作寄存器及标志寄存器中的信息工作寄存器及标志寄存器中的信息 堆栈操作方式堆栈操作方式 进栈进栈 PUSH X; (SP) (SP)+1 (SP) ( X)出栈出栈 POP X ; (X) (SP) (SP) (SP)-1堆栈指针堆栈指针SP：专用地址寄存器，指明栈专用地址寄存器，指明栈顶位置，管理堆栈。顶位置，管理堆栈。 例：例： MOV SP， #60H； 建立堆

29、栈建立堆栈 PUSH A PUSH B MCS-51单片机堆栈的工作过程单片机堆栈的工作过程 MOV SP，#0E0H； 建立堆栈建立堆栈 E3H MOV A， #24H E2H MOV B， #0F1H E1H PUSH A E0H PUSH B堆栈的工作过程堆栈的工作过程【返回】【返回】第四节第四节 输入输出接口电路输入输出接口电路 输入输出接口电路的功能输入输出接口电路的功能计算机与外围设备间传送的信息计算机与外围设备间传送的信息I/O电路的端口编址方法电路的端口编址方法数据传送方式数据传送方式 【返回】【返回】输入输出接口电路的功能输入输出接口电路的功能 -输入输出设备与CPU的连接

30、锁存（数据）作用锁存（数据）作用 变换作用变换作用: 信息转换信息转换 、 电平转换电平转换 缓冲缓冲 地址译码地址译码 联络作用联络作用计算机与外围设备间传送的信息计算机与外围设备间传送的信息 数据信息数据信息 状态信息状态信息 控制信息控制信息I/O电路的端口编址方法电路的端口编址方法 存储器单元与接口电路端口统一编址。存储器单元与接口电路端口统一编址。u MCS-51采用此编址方法采用此编址方法 存储器单元与接口电路端口分别编址。存储器单元与接口电路端口分别编址。数据传送方式数据传送方式无条件传送方式：接口电路与外无条件传送方式：接口电路与外设之间只传送数据信息。设之间只传送数据信息。

31、最简单，所配置的硬件和软件最少最简单，所配置的硬件和软件最少查询传送方式：交换数据、状态、查询传送方式：交换数据、状态、控制三种信息。控制三种信息。 CPU利用受影响；不能处理掉电、利用受影响；不能处理掉电、设备故障等突发事件。设备故障等突发事件。直接数据通道传送方式直接数据通道传送方式 利用硬件（利用硬件（DMA控制器），使数据控制器），使数据在高速的外设与内存之间直接进行在高速的外设与内存之间直接进行 批量传批量传送，不通过送，不通过CPU。 优点：传送速度快，优点：传送速度快， 约约1s /字节字节 缺点：需缺点：需DMA控制器，电路复杂，成本控制器，电路复杂，成本高。高。中断传送方式中

32、断传送方式 最常用的数据传送方式。最常用的数据传送方式。中断中断：是指当机器正在执行程序的过程中，是指当机器正在执行程序的过程中，一旦遇到异常情况或特殊请求时，就暂时停一旦遇到异常情况或特殊请求时，就暂时停止正在执行的程序，而转入必要的处理（称止正在执行的程序，而转入必要的处理（称为中断处理或中断服务），并且在处理完毕为中断处理或中断服务），并且在处理完毕后，立即回到原来被停止程序的间断处（称后，立即回到原来被停止程序的间断处（称为断点）继续执行。为断点）继续执行。中断的用途：中断的用途：传送数据、实时控制、故障传送数据、实时控制、故障自动处理、实现人机联系等。自动处理、实现人机联系等。中断的

33、优越性：中断的优越性：提高了提高了CPU工作效率并且工作效率并且使其可以同时为多个外设服务；实现实时控使其可以同时为多个外设服务；实现实时控制；可以处理设备故障、掉电等突发事件。制；可以处理设备故障、掉电等突发事件。外设向外设向CPU发出中断请求信号的条件发出中断请求信号的条件： A、外设本身的工作已完成。外设本身的工作已完成。 B、计算机系统允许该外设发中断请求信号。计算机系统允许该外设发中断请求信号。CPU响应中断的条件：响应中断的条件：接口电路和接口电路和 CPU处在允处在允 许中断状态。许中断状态。中断源和中断优先权中断源和中断优先权 中断源：能发出中断请示的各种来源。中断源：能发出中

34、断请示的各种来源。中断优先权中断优先权 A、多个中断源同时申请中断时，多个中断源同时申请中断时，CPU先响先响应优先权高的。应优先权高的。 B、可以中断嵌套，即若有级别高的中断请可以中断嵌套，即若有级别高的中断请示则示则CPU暂时中断已在进行的级别低的中断服暂时中断已在进行的级别低的中断服务程序，响应高级别中断请求执行完后再返回务程序，响应高级别中断请求执行完后再返回原低级别中断服务程序继续执行。原低级别中断服务程序继续执行。 C、同或低级中断请求，同或低级中断请求，CPU要在处理的中要在处理的中断服务程序执行完毕返回主程序，并执行了主断服务程序执行完毕返回主程序，并执行了主程序一条指令后才响

35、应。程序一条指令后才响应。 中断服务程序流程图中断服务程序流程图【返回】【返回】输入设备输入设备控制器控制器输出设备输出设备存储器存储器运算器运算器数据数据数据数据数据数据输出指令输出指令输入指令输入指令外围设备外围设备 接口接口 CPU 内存内存存取命令存取命令指令指令操作命令操作命令主机主机 图图1-1 计算机结构计算机结构【返回】【返回】图图 1-2 微型计算机结构微型计算机结构微处理器微处理器存储器存储器接口接口I/O外外 设设地址总线地址总线数据总线数据总线控制总线控制总线【返回】【返回】 0000 0000 0000 0001 0000 0010 0000 0011 0000 01

36、00 1111 1110 1111 1111 图图1-3 存储器示意图存储器示意图 0011 1100 1010 0011 1110 0101 . . .缓冲器缓冲器缓冲器缓冲器缓冲器缓冲器芯芯 片片芯芯 片片芯芯 片片12N图图1-4 8位总线位总线【返回】12ABC1C2图图1-6 双向三态门双向三态门【返回】微型微型计算计算机系机系统统硬硬件件 微型计微型计算机算机 微处理器微处理器存储器存储器总线总线电源电源外围设备外围设备软件软件图图 1-7 微形计算机系统微形计算机系统【返回】【返回】I/O接口电路接口电路0111 01000010 01000000 01000010 010000

37、11 10000010 01000010 01000011 1111第四条指令第四条指令第三条指令第三条指令第二条指令第二条指令第一条指令第一条指令0000 0000. . .图图1-8 存储器中的程序存储器中的程序【返回】0000 00010000 00100000 00110000 01000000 01010000 01100000 01110000 10000000 1001缓冲器缓冲器PC缓冲锁存缓冲锁存 工作工作寄存器组寄存器组SP地址总线地址总线 数据总线数据总线ATRFIRID内部总线内部总线BCD调整调整定时定时与控制与控制:内部控制线内部控制线控制总线控制总线【返回】【返回

38、】图图114 典型微处理器结构框图典型微处理器结构框图ALU存储器存储器内存储器内存储器RAM ROM静态静态RAM动态动态RAM掩模式掩模式ROMPROMEPROMEEPROM外存储器外存储器磁带磁带磁盘磁盘图图1-15 存储器分类存储器分类【返回】【返回】图图1-16 存储器结构框图存储器结构框图【返回】V1V2 V5V6V8V7V3 V4 QQDi图图1-17 6管静态管静态1位存储电路位存储电路 【返回】【返回】DiY 译码器译码器X译译码码器器A6A11A0A5X0X1X63Y0Y1Y63000H001HFC1HFC0HFFFH行选行选列选列选存储单元存储单元图图1-18 存储矩阵存

39、储矩阵【返回】【返回】 Q Q V3V1 DiV4V2C1 C2X行选行选图图1-19 1位动态存储电路位动态存储电路【返回】【返回】DiA0 A1 A2 A3 A4 A5 V1 V2 V3 V4 V5 V6 输出输出X1VccV7 图图1-20 地址译码电路地址译码电路【返回】【返回】&去片内其他各位去片内其他各位片选片选CS行选行选X列选列选YV3V4V1V2V7V6+5VV8312管脚管脚I/O145图图1-21 输入输出控制电路输入输出控制电路【返回】【返回】写允许写允许WE地地 址址 译译 码码 器器A1A003020001W3W2W1W0D3D2D1D0【返回】【返回】图图

40、1-22 4x4位掩模位掩模ROM示意图示意图选择线选择线WiFAMOS位线位线Di图图1-23 EPROM1位存储电路位存储电路P+P+N基片基片氧化层氧化层源极源极S浮置多晶硅栅浮置多晶硅栅漏极漏极D图图1-24 FAMOS管结构管结构【返回】【返回】断点断点继续执行主程序继续执行主程序主程序主程序执行子程序执行子程序子程序子程序调用子程序调用子程序返回主程序返回主程序图图1-25 主程序与子程序主程序与子程序主程序主程序子程序子程序1子程序子程序2子程序子程序3断点断点1断点断点2断点断点3图图1-26 子程序嵌套子程序嵌套【返回】【返回】61H63H62H64HSP 60HSP 61H

41、63H62H64H60H61H63HSP 62H64H60HA的内容的内容B的内容的内容A的内容的内容图图1-27 堆栈堆栈【返回】【返回】66HSP 60H. . .执行主程序时执行主程序时66H1122SP 62H60HSP 60H 5560H663344112266HSP 64H 3360H441122执行子程序执行子程序1时时执行子程序执行子程序3时时继续执行子程序继续执行子程序2时时. . . . . . .【返回】【返回】图图1-28 堆栈工作过程堆栈工作过程CPUMEMI/ODBCB端口端口数据数据状态信息状态信息控制信息控制信息外设外设AB【返回】【返回】图图1-29 计算机与

42、外设之间传送的信息计算机与外设之间传送的信息123CPU存储器存储器输入接口输入接口输出接口输出接口A/D显示器显示器键盘键盘温度传感器温度传感器DBCBAB图图1-30 外部设备与接口电路外部设备与接口电路【返回】【返回】去去CPUI/O 接口接口数据数据状态状态控制控制外设外设数据数据准备好？准备好？输入状态信息输入状态信息输输 入入 数数 据据图图1-31 用查询方式输入数据用查询方式输入数据 【返回】【返回】继续执行主程序继续执行主程序主程序主程序执行中断服务程序执行中断服务程序中断请求中断请求中断响应中断响应返回主程序返回主程序执执行行主主程程序序图图1-32 中断过程示意图中断过程

43、示意图【返回】【返回】断点断点CPU读信号读信号写信号写信号&2 SQ3 R 内部查询端内部查询端CPU中断允许中断允许“1”&中断允许中断允许 触发器触发器 CPU中断屏蔽中断屏蔽“0”锁锁存存&1INT复位复位地址地址译码译码ABDB中断屏蔽中断屏蔽触发器触发器中断请中断请求发器求发器D D D Q Q2 Q1 R +5V中断控中断控制寄存制寄存器器数据数据输入输入设备设备READY状态状态接口电路接口电路81图图1-33 中断请求逻辑中断请求逻辑【返回】【返回】CPUINT外设外设I/O接口接口外设外设外设外设I/O接口接口I/O接口接口图图1-34 多个外设接在

44、同一中断请求引脚多个外设接在同一中断请求引脚【返回】【返回】中断服务程序入口中断服务程序入口保护现场保护现场中断服务中断服务恢复现场恢复现场中断返回中断返回图图1-35 中断服务程序流程图中断服务程序流程图【返回】【返回】 MCSMCS5151系列单片机的硬件结构系列单片机的硬件结构 u总体概况总体概况u微处理器微处理器u存储器存储器u定时器定时器/计数器计数器u并行输入并行输入/输出接口输出接口u串行输入串行输入/输出接口输出接口u中断系统中断系统u特殊工作方式特殊工作方式 【返回】【返回】总体概况总体概况MCS51系列：系列： 51子系列子系列 （8031、8051、8751） 52子系列

45、子系列 （8032、8052）MCS51系列主要功能部件系列主要功能部件内部结构内部结构外部引脚功能说明外部引脚功能说明 【返回】【返回】 MCS51系列主要功能部件系列主要功能部件8位位CPU。片内带振荡器（振荡器和时钟电路）振荡频片内带振荡器（振荡器和时钟电路）振荡频率率fosc的范围为的范围为1.212MHz;可有时钟输出。可有时钟输出。128字节片内字节片内RAM（51子系列）。子系列）。 256字节片内字节片内RAM（52子系列）。子系列）。 4K字节片内字节片内ROM（ 8031无）无） （51子系列）子系列） 8K字节片内字节片内ROM（ 8032无）无） （52子系列）子系列）

46、 ROM寻址范围寻址范围64KB字节。字节。片外片外RAM寻址范围寻址范围64KB字节。字节。32332321个字节专用寄存器。个字节专用寄存器。 4个个8位并行位并行I/O接口。接口。1个全双工串行个全双工串行I/O接口，可多机通信。接口，可多机通信。2个个16位定时器位定时器 /计数器（计数器（ 51子系列）。子系列）。 3个个16位定时器位定时器/ 计数器（计数器（ 52子系列子系列）。）。 5个中断源，可编程为两个优先级（个中断源，可编程为两个优先级（ 51子系子系列）列） ； 6个中断源（个中断源（ 52子系列子系列）。）。 111条指令，含乘法指令和除法指令。条指令，含乘法指令和除

47、法指令。有强的位寻址、位处理能力。有强的位寻址、位处理能力。片内采用单总线结构片内采用单总线结构 用单一用单一+5v电源。电源。323323结构：含运算器、控制器、片内存储器、结构：含运算器、控制器、片内存储器、4个个I/O接口、串行接口、定时器接口、串行接口、定时器/计数器、中断系统、计数器、中断系统、振荡器等。振荡器等。注意几点：注意几点： 堆栈和工作寄存器区在片内堆栈和工作寄存器区在片内RAM 中中 PSW DPTR：数据指针寄存器数据指针寄存器16位位 DPH和和DPL内部结构内部结构 外部引脚功能外部引脚功能主要电源引脚主要电源引脚VCC：+5VVSS：地地 输入输出引脚输入输出引脚

48、P0.0 P0.7：P0口的口的8个引脚，准双向输入个引脚，准双向输入/输出接口；低输出接口；低8位地址总线和双向数据总线。位地址总线和双向数据总线。P2.0 P2.7：P2口的口的8个引脚，一般可作为准双向个引脚，一般可作为准双向I/O接接口；高口；高8位地址总线。位地址总线。P3.0 P3.7：P3口的口的8个引脚，准双向个引脚，准双向I/O口；第二功能。口；第二功能。P1.0 P1.7：P1口的口的8个引脚，作为准双向个引脚，作为准双向I/O使用。使用。控制线控制线ALE / PROG ：地址锁存有效信号输出端，片内含地址锁存有效信号输出端，片内含EPROM的机型，编的机型，编程时，程时

49、，PROG为编程脉冲输入端。为编程脉冲输入端。PSEN：片外程序存储器读选通信号输出端。片外程序存储器读选通信号输出端。RST/VPD：RST 复位端；复位端； VPD VCC掉电时备用电源（掉电时备用电源（+5V 0.5V）EA/VDD：片外程序存储器选用端。含片外程序存储器选用端。含EPROM时，时，VDD为编程电源为编程电源21 V输入端。输入端。单片机对外三总线：地址总线单片机对外三总线：地址总线 P2、P0组成组成16位地址总线位地址总线 数据总线数据总线 P0分时复用为数据总线分时复用为数据总线 控制总线控制总线 ALE、PSEN、RST、EA与与 P3口中的口中的INT0、INT

50、1、T0、T1、WR、RD共共10个引脚组成。个引脚组成。外接晶体引脚：外接晶体引脚： XTAL1：片内反相放大器输入端片内反相放大器输入端 XTAL2：片内反相放大器输出端和内部时钟发生器输入端片内反相放大器输出端和内部时钟发生器输入端 【返回】【返回】324324微处理器微处理器 运算器运算器 控制器控制器 振荡器和振荡器和CPU时序时序 【返回】【返回】ALU 在控制器所发内部控制信号控制下进行各在控制器所发内部控制信号控制下进行各种算术操作和逻辑操作。种算术操作和逻辑操作。 MCS51 ALU功能：带进位位加法、减功能：带进位位加法、减法、不带进位位加法、加法、不带进位位加法、加1、减

51、、减1，逻辑与、，逻辑与、或、异或、循环移位及数据传送、程序转或、异或、循环移位及数据传送、程序转移、移、乘法、除法、交换、比较判跳、位操乘法、除法、交换、比较判跳、位操作。作。累加器累加器A运算器运算器程序状态字程序状态字PSW：8位寄存器、其重要特点位寄存器、其重要特点是可以编程是可以编程 C（PSW.7）：）：进位标志位，进位标志位， 在布尔在布尔（位）处理中作位累加器用。（位）处理中作位累加器用。 A C（PSW.6）：）：辅助进位标志辅助进位标志 ，BCD码运算调整时用。码运算调整时用。 F0（PSW.5）：）：用户标志位用户标志位 ， 可由用户可由用户通过软件定义（置位通过软件定义

52、（置位/清清0）或检测。或检测。 RS1 RS0工作寄存器组选择位。工作寄存器组选择位。 CACF0RS1RS0OV-PD7D6D5D4D3D2D1 D0 RS1 RS0 寄存器组寄存器组 对应对应RAM地址地址 0 0 0 00H07H 0 1 1 08H0FH 1 0 2 10H17H 1 1 3 18H1FH溢出标志溢出标志OV（PSW.2）：）：指示运算结果是否溢出指示运算结果是否溢出 加（减）时：最高、次高二位之一有进（借）加（减）时：最高、次高二位之一有进（借）位，位，OV被置位被置位 乘法乘法MUL AB：积积255时时 OV=1 除法除法DIV AB：B中所放除数为中所放除数为

53、0 OV=1奇偶标志位奇偶标志位 P（PSW.0），），A中中1的个数奇的个数奇 则则 P=1, 偶偶 则则 P=0例：分析执行指令例：分析执行指令 MOV A，#0C3H ADD A，#0AAH 后后 C， AC， OV， P的内容？的内容？ 1100 0011 1010 1010 （进位）（进位） + 1 1 10110 1101 AC=0 C=1 OV=1 执行第一条指令后：执行第一条指令后：P=0 执行第二条指令后：执行第二条指令后：P=1控制器控制器 包括指令寄存器、指令译码器、定时包括指令寄存器、指令译码器、定时与控制电路等与控制电路等 部件。部件。振荡器：振荡器：任何情况下，振荡

54、器始终驱动内部任何情况下，振荡器始终驱动内部时钟发生器向主机提供时钟信号。时钟发生器向主机提供时钟信号。CPU时序：时序： 12MHZ晶振，一个振荡周期晶振，一个振荡周期= 1/12MHz s； 机器周期：机器周期：1个机器周期由个机器周期由12个振荡周期组成；个振荡周期组成； 指令周期：指令周期：CPU执行一条指令的时间；执行一条指令的时间； 单周期指令：单周期指令：1个机器周期个机器周期 双周期指令：双周期指令：2个机器周期个机器周期 2S乘除指令为乘除指令为4个周期指令：个周期指令：4个机器周期个机器周期 4S【返回】【返回】存储器存储器 MCS51系列存储器编址图系列存储器编址图程序存

55、储器程序存储器数据存储器数据存储器【返回】【返回】 程序存储器程序存储器PC 16位，位， ROM寻址范围寻址范围64KB 0000HFFFFH 访问访问ROM用用MOVC、程序转移类等指令程序转移类等指令8051、8052、8751若若EA为为1，先片内，当，先片内，当PC内内容超过容超过0FFFH（51子系列）或子系列）或1FFFH（52子系子系列），自动转去片外；若列），自动转去片外；若EA为为0 ， 强令执行片外强令执行片外程序存储器中程序，程序存储器中程序，8031、8032 EA接低电平接低电平程序存储器中有程序存储器中有7个单元留作特殊用途。个单元留作特殊用途。0000H 000

56、3H 000BH 0013H 001BH0023H 002BH（52子系列）子系列） 【返回】【返回】 数据存储器数据存储器51子系列片内子系列片内RAM 128字节（字节（ 00H7FH ） SFR 51子系列子系列18个个 占占80HFFH 中的中的21个字节个字节片内片内RAM分为工作寄存器区分为工作寄存器区（00H1FH） 、位寻址区位寻址区（ 20H2FH ）、数据缓冲区、数据缓冲区（ 30H7FH） 例例1： CLR PSW.4 SETB PSW.3 ; 选择工作寄存器选择工作寄存器1组组 MOV R0,#28H ; (R0)=28H 例例2： SETB 07H访问片内访问片内RA

57、M用用 MOV指令指令 访问片内访问片内RAM位寻址区或位寻址区或SFR中可寻址位，可中可寻址位，可用位操作指令。用位操作指令。DPTR 16位位 64KB 片外数据存储器片外数据存储器 0000HFFFFH （00HFFH） 访问片外访问片外RAM 用用 MOVX指令指令堆栈与堆栈指针堆栈与堆栈指针 1）复位后（）复位后（SP）=07H,从从08H单元开始堆放信息单元开始堆放信息 2）51子系列栈区不固定，可通过指令改变子系列栈区不固定，可通过指令改变SP值值更动栈区。更动栈区。【返回】【返回】 定时器定时器 / 计数器计数器主要特点主要特点 可编程为定时器或计数器可编程为定时器或计数器 四

58、种工作方式可用程序选择四种工作方式可用程序选择 可用程序安排是否产生中断请求信号可用程序安排是否产生中断请求信号定时定时 / 计数器计数器 0、1的结构的结构定时定时 / 计数器计数器0、1的四种工作方式的四种工作方式【返回】【返回】16位加法计数器位加法计数器 定时器定时器 / 计数器计数器 0 TH0：高高8位位 TL0：低低8位位 定时器定时器 / 计数器计数器 1 TH1：高高8位位 TL1：低低8位位作作定时器定时器工作方式时，每一个机器周期加法计工作方式时，每一个机器周期加法计数器加数器加1，所以定时器也可看作是对内部机器周所以定时器也可看作是对内部机器周期的计数器。期的计数器。作

59、作计数器计数器工作方式时，加法计数器对芯片引脚工作方式时，加法计数器对芯片引脚T0（P3.4）或或T1（P3.5）上输入的脉冲计数。上输入的脉冲计数。定时定时 / 计数器计数器 0、1的结构的结构定时器定时器 / 计数器方式控制寄存器计数器方式控制寄存器TMOD 用于选择工作方式：低用于选择工作方式：低4位用于定时位用于定时器器 / 计数器计数器0;高高4位用于定时器位用于定时器 / 计数器计数器1GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 定时器定时器 / 计数器计数器1 定时器定时器 / 计数器计数器0 工作方式选择位工作方式选择位 M1、M0 82功能选择位功能选择位 C

60、 / T C / T=1 计数方式计数方式 C / T=0 定时器方式定时器方式门控位门控位 GATE GATE=0 定时器定时器 / 计数器工作与引脚计数器工作与引脚INT0、INT1无关；无关；GATE=1 定时器定时器 / 计数器计数器0（1）工作受引脚）工作受引脚INT0（INT1）控制控制一般一般GATE=0 M1 M0 工作方式工作方式 0 0 方式方式0：13位定时器位定时器/计数器计数器 0 1 方式方式1：16位定时器位定时器/计数器计数器 1 0 方式方式2：具有自动重装初值的：具有自动重装初值的8位定时位定时 器器/计数器计数器 1 1 方式方式3：定时器：定时器/计数器计数器0分为两个分为两个8位位