MCS-51第一章 单片微型计算机概述

1、School of Engineering & Automation Tianjin Polytechnic University微机原理及应用微机原理及应用计算机中的运算电路及补码运算计算机中的运算电路及补码运算1.计算机中的运算电路 计算机中的运算都是在运算器中运行的，运算器是由加法器构成的，只会做二进制加法运算，二进制一位全加器电路如图所示：FASiAi BiCi+1Ci 全加器真值表School of Engineering & Automation Tianjin Polytechnic University微机原理及应用微机原理及应用组成八位二进制数加法器电路如图所

2、示 八位机加减法运算电路School of Engineering & Automation Tianjin Polytechnic University微机原理及应用微机原理及应用a0a1a2a3a4a5a6a7 为被加数/被减数；b0b1b2b3b4b5b6b7 为加数/减数；S0S1S2S3S4S5S6S7 为和或差；C1C2C3C4C5C6C7C8 为加法运算中低位向高位的进位； SUB为加减控制信号。School of Engineering & Automation Tianjin Polytechnic University微机原理及应用微机原理及应用 当执行减法

3、指令时，SUB=1，图中各异或逻辑门均为反相逻辑门， 则Si= ai-bi+ci = ai+ bi +ci，并且FA0连同SUB的状态一起做加法运算。 当执行加法运算指令时，SUB=0，图中各异或 逻辑门均为同相逻辑门，对加数没有任何影响则 Si=ai+bi+ci；School of Engineering & Automation Tianjin Polytechnic University微机原理及应用微机原理及应用 计算机只会做加法运算，当需要作减法运算时，其运算过程是：被减数减去减数，等于被减数加上减数的补码，这个运算过程称为补码运算。结 论School of Engineer

4、ing & Automation Tianjin Polytechnic University微机原理及应用微机原理及应用第一章第一章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述School of Engineering & Automation Tianjin Polytechnic University微机原理及应用微机原理及应用 单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，由单片集成电路芯片构成。由单片集成电路芯片构成。CPU存储器存储器定时器定时器/计数器计数器I/O接口接口单片机单片机Single chip微控制器（微控制器（MCU）

5、嵌入式微控制器（嵌入式微控制器（EMCU）School of Engineering & Automation Tianjin Polytechnic University微机原理及应用微机原理及应用1.单片机的发展历史单片机的发展历史 1974年年 美国仙童美国仙童 F8 民用电器和仪器仪表民用电器和仪器仪表（1）第一代（）第一代（1974-1976）单片机的初级阶段单片机的初级阶段工艺落后、集成度低、采用双片工艺落后、集成度低、采用双片Fairchild F8、Mostek 3870等等School of Engineering & Automation Tianjin P

6、olytechnic University微机原理及应用微机原理及应用（2）第二代（）第二代（1976-1978）低性能单片机的阶段低性能单片机的阶段集成有集成有CPU、并行口、定时器、并行口、定时器、RAM和和ROM Intel MCS-48 缺点是无串行口缺点是无串行口（3）第三代（）第三代（1978-现在）现在）高性能单片机的阶段高性能单片机的阶段 CPU、并行口、并行口、16位定时器位定时器/计数器、计数器、RAM和和ROM、串行口、多级中断系统且寻址范围可达、串行口、多级中断系统且寻址范围可达64KBIntel MCS-51系列系列Motorola公司公司6801Zilog Z8TI

7、公司公司TMS7000等等School of Engineering & Automation Tianjin Polytechnic University微机原理及应用微机原理及应用（4）第四代（）第四代（1982-现在）现在） 8位单片机巩固发展及位单片机巩固发展及16位单片机及位单片机及32单片机推单片机推出阶段出阶段 16位单片机位单片机 、32位单片机及专用型单片机发展，位单片机及专用型单片机发展，不断完善高档不断完善高档8位单片机，改善其结构以满足不同用位单片机，改善其结构以满足不同用户需要。户需要。 16位单片机位单片机 Intel MCS-96 32位单片机位单片机 集

8、成度高，主频已达集成度高，主频已达20MHz，速度，速度更快，性能更佳。更快，性能更佳。School of Engineering & Automation Tianjin Polytechnic University微机原理及应用微机原理及应用2.单片机的发展趋势单片机的发展趋势大容量、高性能化、外围电路内装化大容量、高性能化、外围电路内装化（1）CPU的改进的改进A.采用双采用双CPU结构，以提高处理能力结构，以提高处理能力B.数据总线宽度增加数据总线宽度增加C.串行总线结构串行总线结构飞利浦飞利浦 I2C总线总线 2根代替根代替8根根School of Engineering &

9、amp; Automation Tianjin Polytechnic University微机原理及应用微机原理及应用（2）存储器的发展）存储器的发展A. ROM 4KB至至8KB RAM 256B B.采用采用E2ROM或或FLASHC.程序保密化程序保密化（3）片内）片内I/O的改进的改进A.增加并行口的驱动能力，减少外部增加并行口的驱动能力，减少外部 驱动芯片驱动芯片B.增加增加I/O口的逻辑控制功能口的逻辑控制功能C.特殊的串行接口功能特殊的串行接口功能 分布式分布式 网络化网络化School of Engineering & Automation Tianjin Polyt

10、echnic University微机原理及应用微机原理及应用（4）外围电路内装化）外围电路内装化（5）低功耗化）低功耗化 综观单片机的发展历程，单片机将向多功能、高速综观单片机的发展历程，单片机将向多功能、高速度、低电压、低功耗、低价格，外围电路内装化以及度、低电压、低功耗、低价格，外围电路内装化以及片内存储器容量增加和片内存储器容量增加和FLASH存储器方向发展，专用存储器方向发展，专用化也是一个方向。化也是一个方向。School of Engineering & Automation Tianjin Polytechnic University微机原理及应用微机原理及应用3.单片

11、机的应用单片机的应用A.工业自动化工业自动化 机电一体化、机器人机电一体化、机器人B.智能化仪器仪表智能化仪器仪表 简化结构、简化结构、 减小体积减小体积 、加速仪器仪、加速仪器仪 表向数字化、智能化、多功能化方向发展。表向数字化、智能化、多功能化方向发展。C.消费类电子产品消费类电子产品 家电领域家电领域 智能化智能化 洗衣机洗衣机 电冰箱电冰箱 空调机空调机 电视机电视机 微波炉微波炉 手机手机 IC卡卡D.通信方面通信方面 调制解调器调制解调器 程控交换程控交换E.武器装备武器装备 飞机、导航、坦克、导弹、鱼雷制导、飞机、导航、坦克、导弹、鱼雷制导、 智能武器装备、航天飞机导航系统智能武

12、器装备、航天飞机导航系统School of Engineering & Automation Tianjin Polytechnic University微机原理及应用微机原理及应用F.终端及外部控制终端及外部控制 打印机、硬盘驱动、绘图机、传真机、打印机、硬盘驱动、绘图机、传真机、 复印机复印机G.多机分布系统多机分布系统 分布式测控分布式测控 新水平新水平4.MCS-51系列单片机系列单片机MCS 是是Intel公司生产单片机的系列号公司生产单片机的系列号MCS-48 MCS-51 MCS-96系列系列MCS-51 系列单片机包括系列单片机包括3个基本型个基本型8031 8051

13、875180C31 80C51 87C51School of Engineering & Automation Tianjin Polytechnic University微机原理及应用微机原理及应用MCS-51 系列特指系列特指 Intel公司公司 20世纪世纪80年代中期以后，年代中期以后，Intel公司以专利形式将公司以专利形式将8051以技术转让的给许多半导体厂家以技术转让的给许多半导体厂家 ATMEL、PHILIPS、ANALOG 、DEVICE、DALLAS等与等与MCS-51系列单片机兼容。系列单片机兼容。School of Engineering & Autom

14、ation Tianjin Polytechnic University微机原理及应用微机原理及应用1.基本型基本型 8031 /8051 /87511个个8位的位的CPU128B RAM21个特殊功能寄存器（个特殊功能寄存器（SFR）4个个8位并行位并行I/O口口一个全双工串行口一个全双工串行口2个个16位定时器位定时器/计数器计数器 片内片内无无ROM，需外扩，需外扩EPROM芯片芯片 8031School of Engineering & Automation Tianjin Polytechnic University微机原理及应用微机原理及应用 8051 在在8031基础上片

15、内又集成基础上片内又集成4KB ROM做为程做为程序存储器序存储器,ROM 内的程序是公司制作芯片时为用户内的程序是公司制作芯片时为用户加入的加入的,出厂的都是有固定用途的单片机出厂的都是有固定用途的单片机,8051应用在应用在程序固定程序固定,批量生产的产品。批量生产的产品。 8751 在在8031基础上增加基础上增加4KB EPROM做为程序存做为程序存储器储器, 程序可修改程序可修改,价格相对贵。价格相对贵。8031外扩外扩4KB相当于相当于8751。School of Engineering & Automation Tianjin Polytechnic University

16、微机原理及应用微机原理及应用 Intel 公司在公司在MCS-51基础上推出基础上推出52系列系列 8032 /8052 /8752 256B RAM 8052 / 8752 8KB ROM 3个个16位定时器位定时器/计数器计数器 6个中断源个中断源 串行口通信速率提高串行口通信速率提高5倍倍2.增强型增强型3.低功耗型低功耗型80C31 /80C51 /87C51低功耗便携式产品或航天技术低功耗便携式产品或航天技术 掉电方式掉电方式CPU停止工作停止工作,其他部分仍继续。其他部分仍继续。 另一种掉电方式另一种掉电方式RAM继续保持继续保持,其他部分停止。其他部分停止。School of E

17、ngineering & Automation Tianjin Polytechnic University微机原理及应用微机原理及应用4.专用型专用型 Intel 公司公司8044/8744在在8051基础上加上一个串行基础上加上一个串行接口部件主要利用串行口进行通信的总线分布式多接口部件主要利用串行口进行通信的总线分布式多机测控系统。美国机测控系统。美国Cypress EIU SR-1200 它是在它是在8051单片机内核的基础上增加了单片机内核的基础上增加了USB接口部件，可接口部件，可专门用于专门用于USB串行接口通信。串行接口通信。5.超超8位型位型 在在8052基础上采用基础上采用CHMOS工艺，并将工艺，并将MCS-96系系列（列（16位单片机）中的一些位单片机）中的一些I/O部件如：高速输入输出部件如：高速输入输出（HIS/HSO）、）、A/D转换器、脉宽调制（转换器、脉宽调制（PWM）、看）、看门狗（门狗（WDT）等移植进来构成新一代的）等移植进来构成新一代的MCS-51产品。产品。School of