单片机原理及应用-完整版课件全套ppt教程

1、任务1 开关控制指示灯 1.1 工作任务1.1.1 硬件电路及工作原理1.1.2 控制程序 1.1.3 单片机的工作过程 1.1.4 单片机的开发系统 1.2 相关知识链接1.2.1 计算机概述1.2.2 单片机的发展过程与应用领域1.2.3 MCS-51系列单片机结构和引脚功能1.2.4 MCS-51内部存储器 1.2.5 MCS-51系列单片机的I/O口结构与操作 1.2.6 MCS-51系列单片机的时序和复位电路 1.2.7数制与编码 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.1 工作任务任务名称开关控制指示灯任务目标了解MCS51系列单片机的基本结构和特征、应

2、用特点、CPU的组成、4个8位I/O端口的各自 功能和应用特点及外部引脚功能;理解单片机系统的工作过程及CPU时序特点;熟悉MCS51系列单片机的存储器结构、片内数据存储器的功能区划分、常用的特殊功能寄存器（SFR）的功能和应用特点、机器周期的概念以及机器周期与指令周期之间的关系等;掌握8051单片机具有的硬件资源及部分硬件资源的使用、各控制引脚的功能和应用特点 ;任务描述通过开关S1S4控制四个D1D4发光二极管，开关合上对应的信号指示灯亮任务载体计算机、单片机仿真器、实验箱或实验开发板相关知识单片机硬件系统、开发系统、数制与编码 表1 -1 开关控制指示灯的工作任务要点 2022/8/26

3、广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.1.1 硬件电路及工作原理 1.硬件电路电路为8051单片机与开关、LED发光二极 管的接口电路。 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.1.1 硬件电路及工作原理 2.工作原理P1口的P1.4P1.7作为数据输入口，接到输入开关S1S4; P1.0 P1.3作为输出口，接发光二极管D1D4 。2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.1.1 硬件电路及工作原理 2.工作原理当开关按下，对应的输入位电平由“0”变为“1”，通过编写程序可以控制当开关S1S4按下时对应的指示灯D1D4亮 。2

4、022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.1.1 硬件电路及工作原理 2.工作原理四个二极管接成共阴极，当S1按下时，只要将P1.4的状态送给P1.0，则P1.0输出逻辑“1”点亮发光二极管D1，反之输出“0”时发光二极管熄灭。 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.1.2 控制程序 参考源程序如下: ORG 0000H MOV A，#0F0H ;写 1使P1.4P1.7置为输入口。 MOV P1，A ;4个指示灯灭 LOOP: MOV A，P1 ;读入P1口的数据到A SWAP A ;读入开关量移到低4位 MOV P1，A ;读入开关量送

5、P1的低4位 AJMP LOOP ;循环 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.1.3 单片机的工作过程 单片机系统的工作过程实质上即是执行用户程序的过程。编译程序成功后就可以执行程序，执行程序即是一条条执行指令，而每一条指令的执行都包括取指和执行指令两个步骤。 指令MOV A，#0F0H表示把立即数F0H送入累加器A。该指令对应的机器码是74H F0H，并且它们存储在0000H和0001H单元中。系统接通电源复位后，PC=0000H。 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.1.3 单片机的工作过程 1. 取指过程 PC中的0000H

6、送到片内的程序地址寄存器，PC的内容自动加1为0001H地址寄存 器中的内容0000H通过地址总线送到存储器经存储器中地址译码选中0000H单元 CPU通过控制总线发出读命令被选中单元的内容74H通过内部数据总线送到内部指令寄存器。 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.1.3 单片机的工作过程 2. 执行指令过程 指令寄存器中74H经指令译码器译码后得知这条指令要完成的任务是将一个立即数送给累加器A。PC现在的内容是0001H，送地址寄存器，译码后选中0001H单元，同时PC 的内容变为0002HCPU通过控制总线发出读命令将0001H单元的内容F0H读出并经数

7、据总线送至累加器A中。 一条指令执行结束，又重复上述过程执行其他的程序指令。以上即是单片机的基本工作过程。 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.1.4 单片机开发系统 单片机开发系统的基本组成图图1 -2 单片机开发系统的基本组成作用：完成程序的编写、编译、软件和硬件的调试等。2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.伟福单片机仿真实验系统的组成及特点 仿真实验系统组成 由仿真器、实验箱、伟福仿真软件和开关电源构成。 特点 主机+仿真头的组合 ；双平台:操作系统具有DOS版本和WINDOWS版本；双工作模式:即软件模拟仿真（不需要仿真器

8、也能模拟仿真）和硬件仿真；双CPU结构，100%不占用户资源 ；双集成环境:编辑、编译、下载、调试全部集中在一个环境下 ； 强大的逻辑分析仪综合调试功能 ；强大的追踪器功能 。1.1.4 单片机开发系统 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.伟福单片机仿真实验系统的组成及特点 实验箱 8段数码管键盘 88LED点阵液晶显示屏 开关组 仿真板直流电机步进电机扩展总线模拟给定电源 晶体震荡源 压力传感器 指示灯1.1.4 单片机开发系统 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组2.开发环境的使用建立新程序启动伟福集成调试软件WAVE 6000，

9、进入集成环境界面，选择菜单【文件|新建文件】功能，或单击快捷工具栏中的“新建文件”按钮 ，出现一个文件名为 “NONAME1”的源程序窗口，在此窗口中输入1.1.2节的控制程序。 如图1 -4所示 。1.1.4 单片机开发系统 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组2.开发环境的使用保存程序单击快捷工具栏中的“保存文件”按钮，在弹出的“保存文件”对话框中选择保存源文件的文件夹，如图1-5所示，并给出文件名“任务1.ASM”（汇编语言的源程序文件的扩展名为.ASM），单击【保存】按钮保存文件。文件保存后，源程序窗口上文件名变成了“任务1.ASM”。 1.1.4 单片机开

10、发系统 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组2.开发环境的使用新建项目选择菜单【文件|新建项目】功能：加入模块文件：在“加入模块文件”对话框中选择刚才保存的文件“任务1.ASM”，单击【打开】按钮，如图1 -6所示 。1.1.4 单片机开发系统 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组2.开发环境的使用新建项目加入包含文件：在“加入包含文件”对话框中，选择所要加入的包含文件（可多选）。包含文件通常用于多模块或高级语言编程中，若没有包含文件单击【取消】按钮，如图1 -7 所示 。1.1.4 单片机开发系统 2022/8/26广东松山职业技术学院

11、单片机原理及应用课件制作组2.开发环境的使用新建项目保存项目。在“保存项目”对话框中输入项目名称“任务1”，无须加后缀。软件会自动将后缀设成“.PRJ”。单击【保存】按钮，将项目保存在与源程序相同的文件夹下，如图1 -8所示。 1.1.4 单片机开发系统 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组2.开发环境的使用设置仿真器单击快捷工具栏中的“仿真器设置”按钮 或双击项目窗口的第一行来打开“仿真器设置”对话框，如图1-9所示 1.1.4 单片机开发系统 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组2.开发环境的使用编译程序单击快捷工具栏中的“编译”按钮

12、或F9键，编译项目。在编译之前，软件会自动将项目和程序存盘，如图1 -10所示。 1.1.4 单片机开发系统 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组2.开发环境的使用调试程序在编译没有错误后调试程序。调试程序分为全速执行、单步、跟踪、执行到光标处等方式运行程序。 1.1.4 单片机开发系统 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组2.开发环境的使用1.1.2节控制程序完成的功能是将P1口的高四位的输入状态送给低四位输出，控制发 光二极管的亮、灭显示。通过软件模拟仿真方式可以看到P1口的位状态的变化。以上所述均为用软件模拟仿真方式来调试程序。如果

13、想要用仿真器进行硬件仿真，用开关控制指示灯，就要连接上仿真器。 1.1.4 单片机开发系统 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组2.开发环境的使用硬件仿真 先将仿真器通过串行电缆连接到计算机上，再将仿真头接到仿真器，检查接线是否有误，确认无误后，接上电源，打开仿真器和实验箱的电源开关。 打开“仿真器设置”对话框，在“通信设置”选项卡的下方有“使用伟福软件模拟器”的选择项，将其前面复选框内的钩去掉。选择正确的串行口。单击【好】按钮确认。1.1.4 单片机开发系统 用硬件仿真方式调试程序。开关不按下，程序执行时，P1口的高四位是低电平，4个LED灯处于灭的状态;当按下S

14、2开关时，D2指示灯亮。 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.任务分析为了实现开关控制指示灯功能，首先要有硬件电路，由图1 -1可知，本任务的硬件电路由一个8051单片机、输入电路（开关等）、输出电路（发光二极管等）、晶振电路和复位电路组成。其中的核心器件是8051单片机，当向单片机里面输入了程序后，在控制程序、单片机内部电路及外部电路的协作下，单片机控制系统可以完成人们预期的功能和任务。 1.1.5 任务分析与总结2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组2.任务结论任务结果:实验箱中的4个发光二极管的亮灭状态由4个开关控制，哪个开关被按

15、下，对应的指示灯亮。1.1.5 任务分析与总结指示灯和开关的状态是通过8051单片机的P1口及控制程序进行信息控制传递的。 指示灯的状态随开关的状态如何变化是由控制程序主导的。在硬件电路不变的情况下，修改程序可以实现不同的控制功能。 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1946年2月15日，第一台电子数字计算机问世，标志着计算机时代的到来。1.电子计算机的产生及发展 1.2 相关知识链接ENIAC奠定了电子计算机的发展基础，在计算机史上具有划时代的意义，标志着电子计算机时代的到来。1.2.1 计算机概述 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作

16、组1.电子计算机的产生及发展采用不同物理器件的发展历程电子管计算机晶体管计算机中小规模集成电路计算机大、超大规模集成电路计算机机器语言汇编语言高级语言软件（编程语言）发展计算机的发展1.2.1 计算机概述 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组冯诺依曼提出的“二进制运算”和 “程序存储”的思想，构建了计算机经典结构。2.计算机的基本结构图1-12 计算机的基本结构框图 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组单片机定义：把CPU和一定容量的存储器、中断系统、一些并/串接口电路及定时/计数器电路集成在一块芯片上。3.单片微型计算机2022/8/2

17、6广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组单芯片微机形成阶段 1.2.2 单片机的发展过程与应用领域1. 单片机的发展过程特点：体积小，价格低，存储器容量小，寻址范围小（不大于4K），无串行接口，指令系统功能不强。 1976年，Intel公司推出了MCS-48系列单片机 。8位CPU、1K字节ROM、64字节RAM、27根I/O线和1个8位定时/计数器。2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组性能完善提高阶段1. 单片机的发展过程特点：虽然仍是8位机，但其结构体系完善，性能已大大提高，品种全、兼容性强、软硬件资源丰富、面向控制的特点进一步突出、性能价格比高。现在，

18、MCS-51已成为公认的单片机经典机种 。1980年，Intel公司推出了MCS-51系列单片机：8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K，并有控制功能较强的布尔处理器。1.2.2 单片机的发展过程与应用领域2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组微控制器化阶段特点：片内面向测控系统电路增强，使之可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。“微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。1983年，Intel推出MCS-96系列单片机。芯片内集成：16位CPU、8K字节ROM、232字节RAM、5个8位

19、并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K。片上还有4路或8路10位ADC、1路PWM输出及高速I/O部件等。1. 单片机的发展过程1.2.2 单片机的发展过程与应用领域2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组微控制器的CPU核仍以CISC为主，但向RISC 演化。单片机发展趋势提升指令执行速度。集成大容量片上FLASH存储器，实现ISP、IAP。普遍使用混合信号（数字、模拟相混合）集成 技术。增加可联网的外设接口。追求低电压、低功耗、低价位、LPG。1. 单片机的发展过程1.2.2 单片机的发展过程与应用领域2022/8/26广东松山职业技术学院单

20、片机原理及应用课件制作组2. 单片机的应用模式和应用领域1.2.2 单片机的发展过程与应用领域体积小，价格低，应用广。（1）单片机的特点通用性、灵活性强，易扩展 。可靠性高、抗干扰能力强 。实时控制能力强 。微型计算机具有运算速度快、精度高、方便灵活、适应范围广和可靠性高等特点。作为其分支的单片机，由于特殊的硬件结构和指令系统，还具有以下突出特点。 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.2.2 单片机的发展过程与应用领域工业方面：各种测控系统、数据采集系统、工 业机器人、机电一体化产品等。 （2） 单片机的应用领域智能仪器仪表方面：如齿轮精度检验仪类的各 种工业检

21、验、测量仪器、医疗器械等。 通信方面：调制解调器、程控交换技术。 民用方面：全自动洗衣机、智能电饭锅、电话机、录像机、空调机和电子玩具等。 导弹与控制方面：导弹控制、鱼雷制导控制、智能武器装备、航天飞机导航系统等。 2. 单片机的应用模式和应用领域2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.2.2 单片机的发展过程与应用领域MCS-51系列单片机采用HMOS（如8051）和CHMOS（如80C51）工艺。这两种单片机完全兼容。（1） Intel公司的MCS-51系列单片机MCS-51系列单片机按片内有无程序存储器及程序存储器的形式分为三种基本产品：8031、8051和8

22、751。它们的引脚与指令系统完全兼容，但在内部结构及应用特性方面存在一些差异。8031内部包括一个8位的CPU、128 KB的RAM、21个特殊功能寄存器、4个8位并行I/O口、1个全双工的串行口、2个16位的定时/计数器。但无程序存储器，使用时需外扩EPROM芯片。3.MCS-51系列单片机简介2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.2.2 单片机的发展过程与应用领域3.MCS-51系列单片机简介8051是在8031的基础上，片内集成有4 KB的ROM，ROM中的程序是由单片机芯片厂固化的，适合大批量的生产。8751片内含有4 KB的EPROM，单片机应用开发人员

23、可以把编写好的程序用开发机或编程器写入其中，也可以反复修改程序。但其价格相对于8031较贵。 高档单片机主要包括：将原来的8031/8051/8751进行扩展为8032/8052/8752；低功耗CHMOS工艺芯片80C31H/87C51/80C51BH；具有高级语言编程的芯片8052H-BASIC；高性能的8XCX52系列 。2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.2.2 单片机的发展过程与应用领域3.MCS-51系列单片机简介Atmel公司生产的MCS-51系列单片机提供了丰富的外围接口和专用的控制器，可用于特殊用途。例如电压比较、USB控制、MP3解码及CAN

24、控制等。此外，Atmel公司还把ISP技术集成在MCS-51系列单片机中，使用户能够方便地改变程序代码，从而方便地进行系统调试。Atmel公司还提供了各种产品的不同封装，以方便用户进行选择。 （2） Atmel公司的MCS-51系列单片机2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.2.2 单片机的发展过程与应用领域3.MCS-51系列单片机简介表1-2 AT89系列单片机常用产品特性一览表型号片内存储器I/O口线定时/计数器模拟比较器中断源串行口程序存储器数据存储器89C10511 KB FPEROM64 B151个16位1个3个无89C20512 KB FPEROM1

25、28 B152个16位1个5个2级UART89C514 KB FPEROM128 B322个16位无5个2级UART89C528 KB FPEROM256 B323个16位无6个2级UART2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组 MCS-51系列单片机属高档8位单片机，其典型芯片有8031、8051、8751、89C51。除内部ROM不同外，它们的内部结构和引脚完全相同。下面以8051单片机为例说明MCS-51系列单片机内部组成结构。 1.2.3 MCS-51系列单片机结构和引脚功能2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.2.3 MCS-5

26、1系列单片机结构和引脚功能1. 8051的内部结构P0 P1 P2 P3并行接口CPU时钟电路串行接口中断系统ROMRAM定时/计数器T0 T1TXD RXD8051单片机由CPU、RAM和ROM组成的存储器、I/O接口、定时/计数器、中断系统、时钟电路等构成。 8051单片机的基本组成如图1 -14所示 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.2.3 MCS-51系列单片机结构和引脚功能1. 8051的内部结构（1）中央处理器（CPU） 作用：读入并分析每条指令，根据各指令的功能控制单片机的各功能部件执行指定的操作，是控制和指挥单片机工作的中心 。组成：包括运算器

27、和控制器。 运算器组成：包括算术/逻辑运算单元ALU、累加器A、寄存器B、暂存寄存器、程序状态标志寄存器PSW等 。 控制器组成：包括指令寄存器IR、指令译码器ID、定时及控制逻辑电路和程序计数器PC等。 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组ALU 由定时和控制部件构成的控制器，包括定时控制逻辑、指令寄存器、指令译码器、数据指针DPTR、程序计数器PC、堆栈指针SP、RAM地址寄存器以及16位地址缓冲器等。运算器（ALU、专用寄存器）CPU 结构2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组ALU PC是一个16位的计数器。总是存放着下一个要取的指

28、令的存储单元的16位地址。CPU总是把PC的内容作为地址，按该地址从内存中取出指令码或含在指令中的操作数。每当取完一个字节后PC的内容自动加1，为取下一个字节作准备。 指令寄存器IR用来保存当前正在执行的一条指令。执行一条指令先把它从程序存储器取到IR中。 CPU 结构指令的内容包括操作码和地址码两部分，操作码送往指令译码器ID，经其译码后确定所要执行的操作。 定时与控制逻辑是CPU的核心部件，它的任务是控制取指令、执行指令、存取操作数或运算结果等操作 。2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.2.3 MCS-51系列单片机结构和引脚功能1. 8051的内部结构（2

29、）片内存储器 8051芯片共有256个RAM单元，其中的后128个单元被专用寄存器占用;能作为寄存器供用户使用的只有前128个单元，用于存放可读/写的数据。 8051共有4 KB容量的掩膜内部ROM，用于存放程序、原始数据或表格。 （3）I/O接口 8051单片机有4个8位的并行I/O接口，即P0P3，可实现数据的并行输入/输出。一个全双工的串行接口（利用P3口的两个引脚P3.0和P3.1），可实现单片机与其他设备之间的串行数据传送。 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.2.3 MCS-51系列单片机结构和引脚功能1. 8051的内部结构（4）定时/计数器 80

30、51共有2个16位的定时/计数器，可实现定时或计数功能，并根据定时或计数结果对单片机进行控制。（5）中断系统 8051单片机共有5个中断源、2个中断优先级，可满足控制应用的需要。5个中断源分别为2个外部中断、2个定时/计数器中断和1个串行口中断。 （6）时钟电路 时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，此脉冲序列用来为单片机芯片内部各种微操作提供时间基准。系统允许的晶振频率一般为6 MHz和12 MHz。 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组2. 8051的信号引脚及功能 （1）电源及电源复用引脚 Vcc:电

31、源端，接+5 V。 Vss:接地端。复位信号输入端/备用电源输入端片外程序存储器访问允许信号/片内EPROM编程电源。 （2）晶体振荡器或外部振荡信 号输入引脚 XTAL1:晶振接入的一个引脚。采用外部振荡器时，此引脚接地。 XTAL2:晶振接入的另一个引脚。采用外部振荡器时此引脚作为外部振荡信号的输入端。 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组2. 8051的信号引脚及功能 （3）地址锁存及外部ROM选能 信号输出引脚 地址锁存允许信号输出/编程脉冲输入引脚。ALE在有外部扩展存储器的系统中，当访问外部存储器时，ALE信号的下降沿锁存低8位地址信号。在无外部扩展存储

32、器的系统中，可以作为对外输出1/6振荡器频率的时钟信号 。PROG的功能是8751等片内含有EPROM器件的编程脉冲输入端。 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组2. 8051的信号引脚及功能 （3）地址锁存及外部ROM选通 信号输出引脚 外部程序存储器读选通信号。该引脚有效（低电平）时，可实现对外部ROM单元的读操作。可以驱动8个LSTTL负载。2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组2. 8051的信号引脚及功能 （4）I/O引脚 P0.0P0.7:数据/低位地 址复用总线接口 P0.0P0.7:数据/低位地址复用总线接口。 P2.0P2

33、.7:高位地址总线接口。 P1.0P1.7:静态通用I/O接口。 P3.0P3.7:双功能接口。 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组2. 8051的信号引脚及功能 （4）I/O引脚 P0.0P0.7:数据/低位地 址复用总线接口 四个端口中：P1口的应用最为灵活。当扩展存储器或其他具有数据接口、命令接口或 状态接口的器件时，P2口和P0口联合组成16位地址总线。P3口常用第二功能 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.2.4 MCS-51内部存储器 存储器是组成计算机的三大主要部件之一，其功能是存储信息，即程序和数据。只读存储器（RO

34、M）:ROM是一种写入信息后不能改写只能读出的存储器，断电后其里面的信息保留不变，常用来存放固定的程序或数据。所以，ROM常被称作程序存储器。随机存取存储器（RAM）:RAM是一种CPU在运行过程中能随时写入和读出数据，但在关闭电源时其所存储的信息将丢失的存储器，只能用来存放暂时性的输入输出数据、运算的中间结果或用作堆栈。因此，RAM常被称作数据存储器。 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组MCS-51存储器结构 三大逻辑存储空间内部数据存储器 程序存储器外部ROM0FFFFH1000H外部RAM及输入输出端口（ 64 K ）0000H0FFFFH0FFFH0000

35、H内部ROM EA = 10FFFH0000H外部ROM EA = 00080H00FFH特殊功能寄存器0000H007FH内部RAM外部数据存储器1.2.4 MCS-51内部存储器 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组 程序存储器（Program memory）主要用于存放经调试正确的应用程序和常数表格。由于MCS-51系列单片机采用16位的程序计数器PC和16位的地址总线，因而程序存储器可扩展的地址空间为64KB，并且这64KB地址在空间分布范围上是连续和统一的。1.2.4 MCS-51内部存储器 1. 内部程序存储器2022/8/26广东松山职业技术学院单片机

36、原理及应用课件制作组.程序存储器(PC)中断5中断4中断3中断2中断10000H0001H0002H0003H000BH0013H001BH0023H002BH定时器1中断外部中断0定时器0中断外部中断1串行口中断8位0FFFH0FFEH0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K)内部EA=1程序存储器资源分布中断入口地址外部EA=0引脚接高电平时，CPU可访问内部和外部ROM，且程序自片内程序存储器开始执行，PC值超出片内ROM容量时，会自动转向片外程序存储器中的程序。1.2.4 MCS-51内部存储器 1. 内部程序存储器2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用

37、课件制作组0000HFFFFH(64K)外部数据存储器00HFFH7FH80H(高128B)(低128B)内部RAM专用寄存器0组R0R7R0R7R0R7R0R71组2组3组工作寄存器区可位寻址区20H2FH7F 7807 0030H7FH数据缓冲区/堆栈区内部RAM存储器18H1FH10H17H08H0FH00H07HRS1RS0000组011组102组013组1.2.4 MCS-51内部存储器 2. 内部数据存储器2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20H7F776F675

38、F574F473F372F271F170F07 MSB 位地址 LSB7E766E665E564E463E362E261E160E067D756D655D554D453D352D251D150D057C746C645C544C443C342C241C140C047B736B635B534B433B332B231B130B037A726A625A524A423A322A221A120A027971696159514941393129211911090178706860585048403830282018100800单元地址2. 内部数据存储器2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用

39、课件制作组用户RAM区（30H7FH） 2. 内部数据存储器此区间共80个单元，只可按字节寻址，而不可位寻址。对通用RAM区的使用没有任何规定或限制，但在一般应用中常把堆栈开辟在此区间中。内部数据存储器的128个单元，从功能上分成上述三大部分，但在使用时并非绝对如 此。例如，若只使用到第0组工作寄存器，则第13组工作寄存器区间即可用作一般的数据存储器。同样，位寻址区的各字节倘若不作位操作使用，即可用作一般的数据存储器。2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组2. 内部数据存储器特殊功能寄存器（SFR）简单归类如下:与ALU相关的寄存器有累加器A、B寄存器和程序状态字PS

40、W;与指针相关的寄存器有堆栈指针SP、两个8位寄存器DPH和DPL组成的16位数据指针DPTR;与端口相关的寄存器有I/O端口寄存器P0P3、串行端口数据缓冲器SBUF、串行端口控制寄存器SCON、串行通信波特率倍增寄存器PCON;与定时/计数器相关的寄存器有T0计数初值寄存器TH0和TL0、T1计数初值寄存器TH1和TL1、工作模式寄存器TMOD、控制寄存器TCON;与中断相关的寄存器有中断允许控制寄存器IE和优先级控制寄存器IP。2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组助记符位地址/位符号字节地址BF7HF6HF5HF4HF3HF2HF1HF0HF0HACCE7HE

41、6HE5HE4HE3HE2HE1HE0HE0HPSWD7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0HD0HCYACF0RS1RS0OVPIPBFHBEHBDHBCHBBHBAHB9HB8HB8HPSPT1PX1PT0PX0P3B7HB6HB5HB4HB3HB2HB1HB0HB0HP3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0IEAFHAEHADHACHABHAAHA9HA8HA8HEAESET1EX1ET0EX0P2A7HA6HA5HA4HA3HA2HA1HA0HA0HP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0SBUF99H特殊功能寄存器区 2022/8

42、/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组助记符位地址/位符号字节地址SCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H98HSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRIP197H96H95H94H93H92H91H90H90HP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0TH18DHTH08CHTL18BHTL08AHTMODGATEC/ TM1M0GATEC/ TM1M089HTCON8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H88HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0PCONSMOD87HDPH83HDPL82HSP81HP087H86H

43、85H84H83H82H81H80H80HP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.02022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组 （2）特殊功能寄存器区2. 内部数据储存器累加器A（Accumulator） 累加器A为8位寄存器，它是CPU中使用最频繁的寄存器，MCS-51指令系统中多数指令的执行都通过它进行。寄存器 B寄存器是一个8位寄存器，主要用于乘、除法运算，也可以作为RAM的一个单元使用。 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组程序状态字PSW（Program State Word）CyACF0RS1RS0OVPD7

44、D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0PSW进位标志、“位累加器” 辅助进位标志 用户通用状态标志 溢出标志 奇偶标志位 保留位 工作寄存器组选择控制位 若A中有奇数个“1”，则P置位，否则清零 2. 内部数据储存器2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组 RS1、 RS0与片内工作寄存器组的对应 关系组号RS1RS0片内PAM地址0组0000H07H1组0108H0FH2组1010H17H3组0118H1FH2. 内部数据储存器 （2）特殊功能寄存器区2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组 堆栈是指用户在单片机内部RAM中开辟的、遵循“先进

45、后出”原则、只能从一端存取数据的一个存储区。 存取数据的一端称为栈顶。堆栈指针SP（Stack Pointer）2. 内部数据储存器 （2）特殊功能寄存器区2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组 堆栈中的数据压入和弹出过程 凡是关系到堆栈操作的场合，都需要借助MCS-51的CPU中一个专用8位寄存器SP来间接指示堆栈中数据存取的位置，该寄存器被称为堆栈指针SP。 MCS-51的堆栈是向上（即向地址增加的方向）生成的，堆栈指针SP的初始值称为栈底。在堆栈操作过程中，SP始终指向堆栈的栈顶。 单片机复位后SP的值为07H，因此入栈数据将从08H存起。08H1FH与工作寄存

46、器区13，通常把栈底设计在片内RAM中地址值较高的地方，如60H等。2. 内部数据储存器2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组数据指针寄存器DPTR（Data Point Register） 是一个16位的专用寄存器，其高位字节寄存器用DPH表示、低位字节寄存器用DPL表示。既可作为一个 16 位寄存器DPTR来处理，也可作为两个独立的 8 位寄存器DPH和DPL来处理。 DPTR 主要用来存放 16 位地址，可通过它访问 64 KB外部数据存储器或外部程序存储器空间。2. 内部数据储存器 （2）特殊功能寄存器区2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课

47、件制作组 接口电路是微机应用系统中必不可少的组成部分，其中并行输入/输出接口是CPU与 外部进行信息交换的主要通道，如任务1中的P1口。 MCS51系列单片机内部有4个并行的I/O接口电路:P0、P1、P2、P3，它们都是双向口，既可以输入又可以输出。 P1口主要用作输入输出口。P0、P2口经常用作外部扩展存储器时的数据、地址总线 。P3口除了可用作I/O口外，每一根都有第二功能。 通过这些I/O口，单片机可以外接键盘、显示器等外围设备，还可以进行系统扩展，以解决片内硬件资源不足问题 1.2.5 MCS-51系列单片机的I/O口结构与操作 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用

48、课件制作组P0口原理图如下所示：1. P0口作为通用I / O使用， 是一个准双向口；作为地址/数据总线时，是一个真正的双向接口。2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组（1）P0口可作通用I/O口使用，又可作地址/数据总线口；（2）P0既可按字节寻址，又可按位寻址；（3）作通用I/O 口输出时：是开漏输出，应外接上拉电阻；（4）作地址/数据总线口时，P0是一真正双向口，而作通用I/O口时，只是一个准双向口。 1. P0口 P0口特点总结：2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组（1）只能作I / O口，没有地址/数据复用功能（2）可按字节寻址，

49、也可按位寻址（3）是一准双向口，输出驱动接有上拉电阻，不是开漏输出。 读锁存器读引脚写锁存器内部总线DCLQQ P1.X锁存器P1.X引脚Vcc内部上拉电阻R*2. P1口2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组（1）当P2口作为通用I / O时，是一准双向口。（2）从P2口输入数据时，先向锁存器写“1”。（3）可位寻址，也可按字节寻址。（4）可输出地址高8位。 读引脚写锁存器内部总线读锁存器DCLQQ P2.X锁存器MUXP2.X引脚地址Vcc控制内部上拉电阻R*l3. P2口2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组读引脚写锁存器内部总线读锁存

50、器DCLQQ P3.X锁存器P3.X引脚第二功能输出内部上拉电阻R*第二功能输入Vcc&P3口原理图如下所示：4. P3口2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组 当P3口作为通用I/O接口时,第2功能输出线为高电平，使与非门3的输出取决于口锁存器的状态。在这种情况下，P3口仍是1个准双向口,它的工作方式、负载能力均与P1、P2口相同。 当P3口作为第2功能使用时， 其锁存器Q端必须为高电平， 否则V1管导通， 引脚被箝位在低电平， 无法输入或输出第2功能信号。当Q端为高电平时， P3口的口线状态就取决于第2功能输出线的状态。 P3口特点总结：4. P3口2022/8/

51、26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组 MCS-51系列单片机的4个并行I/O口均由内部总线控制，端口的功能复用会自动识别，不用指令选择。4个口编号依次为P0P3，均为并行I/O口，每个口8根线，共32根口线，每一条线都可以单独输入/输出。P0口是8位、漏极开路的双向I/O口，当用作片外存储器或接口扩展时，分时复用为数据总线和低8位地址总线，可驱动8个LSTTL负载。5. 并行I/O口的应用特性 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组P1口是8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻，驱动能力为4个LSTTL负载。P2口是8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻

52、，可驱动4个LSTTL负载，外部扩展时用作高8位地址总线。P3口是8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻，可驱动4个LSTTL负载。P3口的所有口线都具有第二功能，实现控制总线的作用。 5. 并行I/O口的应用特性 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.2.6 MCS-51系列单片机的时序和复位电路 CPU以不同的方式，通过复杂的时序电路执行并完成各种不同指令功能。CPU的控制器按照指令的功能发出一系列在时间上有一定次序的信号去控制和启动一部分逻辑电路，完成某种操作。在一定时刻发出一定的控制信号去启动一定的逻辑部件动作，这就是CPU的时序。 2022/8/26广东

53、松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组（1）系统时钟与时钟周期系统时钟是一切微处理器、微控制器内部电路工作的基础。单片机内部有一个自激振荡电路，可以通过它或外部提供振荡源驱动内部时钟电路产生系统时钟信号。系统时钟信号的振荡周期简称时钟周期。系统时钟组成了单片机机器周期的状态序列。 1.2.6 MCS-51系列单片机的时序和复位电路 1. MCS-51系列单片机的CPU时序 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组（2）机器周期与指令周期CPU完成一种基本操作所需要的时间称为机器周期Tcy。基本的机器周期有取指周期、存储器读周期和存储器写周期等，各种指令功能都是由这几

54、种基本机器周期实现的。CPU执行一条指令所需要的时间称为指令周期，它以机器周期为单位。MCS-51的指令可以分为单周期指令、双周期指令和四周期指令三种，它们的执行时间依次是1个、2个和4个机器周期。 1. MCS-51系列单片机的CPU时序 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组 机器周期与时钟周期的关系 MCS51系列单片机的的1个机器周期包括12个时钟周期。为了叙述方便，可将1个机器周期分为6个状态S1S6，每个状态又分为两节拍P1、P2，则1个机器周期的12 个节拍依次为S1P1、S1P2、S2P1S6P2。如果系统时钟的晶振频率为fosc=12MHz，则 1T

55、cy = 12Tosc = 12/fosc = 12/(12106) =1s 即：1个机器周期的时间为1s。 1. MCS-51系列单片机的CPU时序 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组单字节单周期指令例：INC A双字节单周期指令例：ADD A，DATA单字节双周期指令例：INC DPTRCPU取指/执行时序2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组一个机器周期P1 P2P1 P2读操作码（丢弃）MOVX类指令(单字节双周期指令）无取指（无ALE）地址数据访问外部存储器双字节双周期指令 例：MOV Rn, direct读第二字节操作码当CP

56、U对外部RAM读写时，ALE不是周期信号2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组复位操作就是使单片机内部的一些部件恢复到某种预先确定的状态。复位状态： 除以下SFR外，其余SFR都被硬件自动写入0口锁存器P0P3： 0FFH 堆栈指针SP： 07HSBUF：不定 内部RAM不受复位操作的影响，但在单片机接通电源时，RAM中的内容不定。 复位工作方式2. MCS-51单片机的复位 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组SFR复位值SFR复位值SFR复位值PCACCBPSWSPDPTRP0P3IP(51子系列)IP(52子系列)IE(51子系列)I

57、E(52子系列)SBUF 0000H00H00H00H07H0000HFFH00000B000000B000000B0000000B不定 TMODTCONTH0TL0TH1TL1TH2（52子系列）TL2（52子系列）RCAP2H(52子系列)RCAP2L(52子系列)SCONPCON(HMOS工艺)PCON(CHMOS工艺) 00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H00H0B00000B 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组单片机进入复位状态的条件在内部振荡器运行时，使复位输入端RESET至少保持两个机器周期（24个振荡周期）为高电平，由CPU

58、采样复位信号，启动复位时序，完成复位操作。 2. MCS-51单片机的复位 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组复位电路 上电复位电路 按钮复位电路 当VCC接通电源时，即可实现单片机的上电复位 2. MCS-51单片机的复位 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组 数制：是进位计数制的简称。 十进制：生活中最熟悉的进位计数制。特点： 每一位是09十个数码中的一个数码，基数是10 运算规则：逢十进一，借一当十例如，十进制数47.25按权展开为：1.2.7 数制及其转换 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组 其一是

59、（N）R，R代表2、10、16等； 其二是在数的结尾以一字母标示 D（Decimal）代表十进制（也可省略） B（Binary）代表二进制 O（Octal）代表八进制 H(Hexadecimal)代表十六进制。如：（1010）2 （100）10 101B 101D EFH为了区分数的不同进制，有两种不同的区分法：1.2.7 数制及其转换 2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组1.2.7 数制与编码 （1）二进制数及其转换二进制数的特点 每一位是0、1两个数码中的一个数码，基数是2 运算规则：逢二进一，借一当二二进制数和十进制数的转换 二进制数 十进制数：乘权求和法。

60、十进制数整数 二进制数：除2取余逆排法。 十进制数小数 二进制数：乘2取整顺排法。1. 数制及其转换2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组（2）十六进制数及其转换十六进制数的特点 每一位是09、AF中的一个数码，基数是16 运算规则：逢十六进一，借一当十六十六进制数的转换 十六进制数 二进制数：一拉四法。 二进制数 十六进制数：四合一法。 十六进制数与十进制数间的转换类似于二进制 数和十进制数之间的转换1.2.7 数制与编码 1. 数制及其转换2022/8/26广东松山职业技术学院单片机原理及应用课件制作组 机器数：机器中以编码形式表示的数； 真值：原来一般书写形式表