单片机课件结构

单片机原理及应用物联网工程学院自动化系吴定会单片机原理及应用物联网工程学院1第一章单片机概述第一章单片机概述21．实训目的(1)了解单片机应用系统的基本组成。(2)通过最简应用系统实例了解单片机的基本工作过程。实训1信号灯的控制12．实验电路1．实训目的实训1信号灯的控制12．实验电路33．实训程序 ORG0000HSTART：MOVP1,#00H ACALLDELAY MOVP1,#0FFH ACALLDELAY SJMPSTARTDELAY:MOVR3,#0FFHDEL2:MOVR4,#0FFHDEL1:NOP DJNZR4,DEL1 DJNZR3,DEL2 RET END 0000000011111111ALEWR

RDP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7+5V单片机到底是如何实现这些动作？它里面有些什么呢？000000003．实训程序 ORG0000H00000000111114微机系统微型计算机微处理器CPU运算器控制器计算机处理信息的主要部件控制计算机各部件自动地、协调一致地工作ＣＰＵ与外围设备之间进行信息交换的必经通道使用和管理计算机的各种程序内部存储器输入/输出接口软件用来存放程序和数据的部件§1-1什么是单片机一、微机系统微微型计算机微处理器CPU运算器控制器计算机处理信控制计算机5微处理器（CPU）运算器控制器控制总线数据总线地址总线Input/Output设备Input/Output接口只读存储器ROM随机存储器RAM二、微型计算机的硬件结构微处理器运算器控制器控制总线数据总线地址总线Input/Ou6三、什么是单片机单片计算机：SCMCSingleChipMicroComputer单片机又称微控制器：MCUMicroControllerUnit三、什么是单片机单片计算机：SCMC单片机又称微控制器：MC7单片机（微控制器）CPU（微处理器）RAMROM(EPROM)I/O（串、并、C/T、A/D、中断...）一块芯片上三、什么是单片机所谓单片机是指在一块硅片上集成了CPU、随机存储器（RAM）、程序存储器（ROM或EPROM）和各种I/O口（包括并行I/O口、串行I/O口、定时器/计数器和A/D转换器等），也就是集成在一块芯片上的计算机。按CPU字长，可分为4、8、16、32位单片机。根据内部程序存储器的结构不同，单片机可分为：ROM型单片机；EPROM型单片机；E2PROM型单片机；无ROM型单片机。单片机（微控制器）CPU（微处理器）RAMROM8四、通用单片机和专用单片机通用单片机：是一个基本芯片，内部资源比较丰富，性能全面且通用性强，覆盖多种应用需求。专用单片机：针对某一产品，或某一种控制应用而专门设计的。设计时已经使系统结构最简；软硬件资源利用最优；可靠性以及经济成本最佳。本课程介绍的MCS－51系列单片机是一种通用单片机，其结构和原理对所有单片机都是适用的。四、通用单片机和专用单片机通用单片机：专用单片机：本课程介绍9五、单片机系统在单片机芯片基础上，扩展其他电路或芯片构成具有一定应用功能的计算机系统。六、单片机应用系统为控制应用而设计，系统和控制对象结合在一起七、单片机开发系统单片机系统开发调试工具五、单片机系统在单片机芯片基础上，扩展其他电路或芯片构成具有10§1-2单片机的发展概况首次宣布1971Intel4004４位微处理器第一阶段1971-1976萌芽阶段4位、8位双片，功能简单； 1974-12Fairchild(仙童）F88位（配3851芯片）。第二阶段1976-1978初级8位机； 1976-09IntelMCS-48系列 若干I/O、8位C/T 1977-10GIPIC1650系列 有限ROM、RAM 1978ROCKWELR6500/1系列 简单中断第三阶段

1978-1982高级8位机 1978Motorola6801系列 串I/O、16位C/T 1978-10ZilogZ8系列 较多ROM.RAM 1980IntelMCS-51系列 多级中断11§1-2单片机的发展概况首次宣布1971Intel第四阶段 1982-16位机 1982IntelMCS-96系列 MostekMK68200系列 据统计50多个系列、300多个品种 我国８位单片机的应用，大体上始于1982年。86年上海召开全国首届单片机应用与开发交流会，成立了单片机应用协会，使单片机应用的普及和深化掀起了全国性的高潮。第四阶段 1982-16位机 我国８位单片机的应用，大体12CPU的发展CPU字长：8位、16位、32位时钟频率：6MHz、12MHz、20MHz双CPU结构：处理能力大大提高CPU的发展CPU字长：8位、16位、32位13片内存储器的发展所谓片内（相对于片外）：集成在单片机芯片内的存储单元。扩大存储容量早期单片机RAM：64－128字节ROM：1－2K字节寻址范围：1－4k（212）新型单片机RAM：256字节ROM：8－16K字节寻址范围：64k（216）片内存储器的发展所谓片内（相对于片外）：扩大存储容量早期单片14片内EPROM开始E2PROM电擦除可编程只读存储器E2PROM可在正常工作电压下进行读写，并能在断电情况下，保持信息不丢失。片内程序的保密措施片内EPROM开始E2PROM电擦除可编程只读存储器E2PR15

早期单片机：并行输入/输出口，定时器/计数器现代单片机：大功率输入/输出口，可直接驱动VFD（荧光显示管）；LCD（液晶显示器）和LED（数码显示管）片内A/D，D/A转换器；CRT控制器，LCD、LED驱动器，正弦波发生器，声音发生器，字符发生器，频率合成器等。加强片内输入输出口的功能

16§1-3单片机的特点体积小、重量轻、便宜、省电。抗干扰性能强，可靠性高。控制功能强，运行速度快。片内存储器及I/O口有限，适宜于构成专用微机系统。§1-3单片机的特点体积小、重量轻、便宜、省电。17§1-4单片机的应用工业方面：工业机器人、过程控制、数字控制仪器仪表：智能仪器、医疗器械、色谱仪、视波器民用方面：电路玩具、游戏机、录象机、光盘驱动器电讯方面：调制解调器、智能线路运行控制导航与控制：导弹、鱼雷制导控制、智能武器装置数据处理：图形终端、复印机、硬盘驱动器、磁带机§1-4单片机的应用工业方面：工业机器人、过程控制、数字18MCS-48、MCS-51、MCS-96三大系列§1-5INTEL公司系列产品简介76年 MCS-48系列

基本型EPROMROM无ROM(ROMRAM扩展C/TI/O中断）874880488035(1K64B4K/3201*82*82）改进型8749 80498039（ROM、RAM扩大一倍）8750 80508040（ROM、RAM再扩大一倍）MCS-48、MCS-51、MCS-96三大系列§1-51984-85 年 51-96、之间 CHMOS 87C252 83C252 80C252指令与51系列完全兼容，并具有96系列的HSIO（高速输入输出）功能。82年 MCS-96 879683968096(ROMRAM扩展C/TI/O中断串口）（8K232B64K/64K4*1640位81HSIO）80年 MCS-51系列基本型 8751 8051 8031改进型 8752 8052 803284-85 年 51-96、之间 CHMOS82年 MCS-20常用单片机系列：Philips51系列ATMEL51系列MicrochipPIC16C5XMotorlaM68HC05、M68HC11、M68HC16；ZilogZ8；NSCOP800、HPC常用单片机系列：21习题和思考题一１、一个完整的单片微机芯片内至少有哪些部件？２、根据程序存储器的差别单片机可以分为那些类型？３、单片机的主要特性是什么？它适宜于构成一个通用微机系统还是专用微机系统？为什么？习题和思考题一22第二章

MCS-51系列单片机的硬件结构第二章

MCS-51系列单片机的硬件结构23§2-1总体概况Intel80年51子系列：8031、8051、87518031芯片：无内部ROM，须外接EPROM8051芯片：内部有4KB工厂掩膜编程的ROM8751芯片：内部有4KB用户可编程的EPROM52子系列：8032、8052、8752§2-1总体概况Intel80年24一、主要功能．8位CPU．fosc 1.2～12MHZ．片内 RAM128B（52为256B）ROM4K（52为8K）．片外扩展能力：64KROM,64KRAM(通过P0.P2口扩展）．21个特殊功能寄存器（SFR）．并行I/O口：4×8 P0、P1、P2、P3．一个全双工串行口（P3口两位兼）．定时器/计数器 2×16 T0、T1（523个T2）．中断源5个（2外3内）,2个优先级(526个中断源）．111条指令，位寻址、位处理能力强．片内单总线结构．单一＋5V电源一、主要功能．8位CPU25二、内部结构框图震荡器P1驱动器P3驱动器RAM地址寄存器RAMP0驱动器P0锁存器EPROM或ROMASPB寄存器暂存器1ALUPSW定时及控制指令寄存器中断系统串行口定时器/计数器16位地址寄存器缓冲器PC加1PCDPTR暂存器2P2驱动器P2锁存器P1锁存器P3锁存器PSENALEEARESETXTAL1XTAL2P1.0~P1.7VccVSSP2.0~P2.7P0.0~P0.7P3.0~P3.7CPUROMRAMSFRI/O（PIOSIOC/T...）二、内部结构框图震荡器P1驱动器P3驱动器RAMRAMP0驱26时钟电路CPUROMRAMT0T1中断系统串行接口并行接口P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1定时计数器结构框图中央处理器CPU：8位，运算和控制功能内部RAM：共256个RAM单元，用户使用前128个单元，用于存放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。内部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表格。定时/计数器：两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功能。并行I/O口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。串行口：一个全双工串行口。中断控制系统：5个中断源（外部中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个）时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHZ和12MHZ8052+4K8052+128B8052+T2时钟电路CPUROMRAMT0T1中断系统串行接口并27三、外部引脚说明40脚双列直插式封装1）主电源管脚：Vcc:＋5V 正常运行、编程、校验Vss:电源地2）外接晶体引脚：XTAL1： 片内反相放大器输入端XTAL2： 片内反相放大器输出端VCCVSSXTAL2

XTAL1RSTP0.0

P0.1

P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P1.0

P1.1

P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0ALEP3.0

P3.1

P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7EA1

2

3

4

5

6

7

8

9

10111213141516171819

2040

39

38

37

36

35

34

33

32

313029282726252424222180318051875189C51PSEN三、外部引脚说明40脚双列直插式封装1）主电源管脚：228P0口：①双向I/O口 ②扩展：低8位地址/数据复用总线P2口：①准双向I/O口 ②扩展：高8位地址总线P1口：准双向I/O口 52：P1.0 T2计数脉冲输入端P1.1 T2外部控制端T2EXP3口：①准双向I/O口 ②第二功能： （P41，表2-1）3）输入/输出引脚4×8=32根表2-1P3.0RXDP3.1TXDP3.2INT0P3.3INT1P3.4T0P3.5T1P3.6WRP3.7RDP0口：①双向I/O口P2口：①准双向I/O口P1口294）控制管脚和某些电源复用管脚ALE/PROG①ALE地址锁存允许信号，输出1/6fosc周期性 正脉冲，当访问外存时，ALE用于锁存地址 低字节。 高电平：地址有效；下降沿：锁存地址。PSEN外部程序存储器读选通信号。 从外部ROM取指或常数时，每机器周期2次有效，访问外部RAM时无此信号。②PROGEPROM

编程时编程脉冲输入端。 4）控制管脚和某些电源复用管脚ALE/PROGPSEN30RST/VPD ①RST复位端（两个机器周期的高电平信号， 大于10ms） ②VPD:备用电源输入端（＋5V±0.5V）保护片内 RAM数据。特点: 1）复用管脚多2）对外呈三总线②VDD：EPROM外部电源输入端＋21VEA/VDD

①EA：片外程序存储器选用端 “0”只选用外部ROM “1”0000H～0FFFH内部；0FFFH以上外部RST/VPD ②VPD:备用电源输入端（＋5V±0.531P2P0地址锁存ALERSTPSENT0RDWRINT0INT1T1EA803180518751A15~A8A7~A0地址总线D7~D0数据总线控制总线P2P0地址锁存ALERSTPSENT0RDWRINT0IN32习题与思考题二１、8051单片机内包含哪些主要逻辑功能部件？２、MCS-51单片机结构上有哪些主要特点？习题与思考题二33计算机处理信息的主要部件。由算术逻辑单元ALU、累加器A、暂存寄存器TR、程序状态字PSW和B寄存器等部件组成。微处理器（CPU）：由运算器、控制器组成。是计算机的核心部件，决定功能特性。功能：实现数据的算术、逻辑运算，位变量处理，数据传送。算术和逻辑运算，可对半字节（4位）和单字节数据进行操作加、减、乘、除、加1、减1、比较等算术运算与、或、异或、求补、循环等逻辑运算布尔处理器（位处理器）§2-2微处理器一、运算器计算机处理信息的主要部件。由算术逻辑单元ALU、累加器A34CAC F0RS1RS0OV — PPSW进位辅助进位用户标志选择工作寄存器区溢出位奇偶位8位寄存器，主要反映程序执行过程中的状态。程序状态字PSWD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1D0（1）进位标志位C（PSW.7）算术运算：最高位产生进位或借位时，C＝1， 否则C＝0。位操作中:C是位累加器，又称布尔累加器。CAC F0RS1RS0OV35(2)辅助进位标志AC（PSW.6)在加减运算中，低4位向高4位产生进位或借位时，AC=1；否则AC=0。（3）软件标志F0（PSW.5）用户自定义状态标志，可软件置位或清零。（4）工作寄存器区选择位RS1(PSW.4)、RS0(PSW.3)用于选择工作寄存器Rn的区域。RS1 RS0 工作寄存器区 所在地址范围0 0 0区 00H~07H0 1 1区 08H~0FH1 0 2区 10H~17H1 1 3区 18H~1FH(2)辅助进位标志AC（PSW.6)在加减运算中36算术运算中，结果溢出OV=1；否则OV=0。最高位、次高位之一有进（借）位时，OV＝1，否则OV＝0（6）奇偶标志P（PSW.0）当Acc中有偶数个1时，P=0；当Acc中有奇数个1时，P=1。B寄存器 在乘、除运算中，存放操作数和运算结果；在其他运算中，可以作为一个中间结果寄存器使用。（5）溢出标志OV（PSW.2）算术运算中，结果溢出OV=1；否则OV=0。（6）奇偶标志37 控制器是产生操作时序和控制信号来控制计算机各种操作的部件。是计算机的心脏。它包括：指令寄存器 指令译码器定时及控制电路程序计数器PC程序地址寄存器数据指针DPTR堆栈指针SP时钟复位电路二、控制器 控制器是产生操作时序和控制信号来控制计算机它包括：指令寄存38指令寄存器指令寄存器用于存放指令代码CPU执行指令过程：由程序存储器（ROM）中读取指令代码送入指令寄存器，经译码器译码后由定时与控制电路发出相应的控制信号，完成指令功能程序计数器PCPC用来存放即将要执行的指令地址，共16位，可对64KROM直接寻址。PC低8位经P0口输出，高8位经P2口输出。指令寄存器指令寄存器用于存放指令代码CPU执行指令过程：程序39三、震荡器和CPU时序１、震荡器 XTAL1、XTAL2为51系列单片机内部反相放大器的输入端、输出端，可由这两引脚接入参考时钟源（内部方式或外部方式）。内部方式：定时电路：晶体、电容并联谐振晶体：1.2～12MHZ电容：5～30PF频率微调晶振XTAL1XTAL280311918C01C02单片机外接晶体的接法三、震荡器和CPU时序１、震荡器 XTAL1、XTAL2为540外部方式：（Ｐ44表2-2）对外部震荡信号无特殊要求，但需保证高低电平宽度，一般为小于12MHZ的方波。XTAL1XTAL28031外部振荡源1819+5VHMOS型单片机片外振荡器接法外部方式：（Ｐ44表2-2）对外部震荡信号无特412、CPU时序 一条指令可分解为若干基本微操作，这些微操作所对应的脉冲信号在时间上有严格的先后次序，这种次序就是计算机的时序。S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2振荡器信号（XTAL2）ALES1S2S3S4S5S6单周期指令的时序2、CPU时序 一条指令可分解为若干基本微操作，这些微操作所42震荡周期fosc(XTAL2:振荡器输出的振荡脉冲)时钟周期（状态周期或S周期）=2fosc周期分两相:（P1运算、P2传送）机器周期=6个状态周期 指令周期=1～4个机器周期(MUL.DIV4周期)ALE=3个状态周期(可作为单片机时钟输出)例6MHZ1/6us1/3s2s2～8s1s震荡周期fosc(XTAL2:振荡器输出的振荡脉冲)时钟周期43程序存储器（ROM）－－用来存放程序和始终要保留的数据。§2-3存储器数据存储器（RAM）－－用来存放程序运行中所需要的常数和变量。当然，全局数据也可以放在RAM中。特点：程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）分开，各有各的寻址系统、控制信号和功能。程序存储器（ROM）－－用来存放程序和始终要保留的数据。§244从物理空间上看：MCS－51单片机有四个存储器地址空间。片内程序存储器片外程序存储器片内数据存储器片外数据存储器从物理空间上看：45片内ROMEA=1片外ROMEA=0片外ROM0000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFH片内RAMSFR00H7FH80HFFH片外RAM0000HFFFFH程序存储器数据存储器51子系列的存储器编址图8051存储器映象片内ROM片外ROM0000H0000H0FFFH0FFFH46存储器程序存储器数据存储器片内无ROM或EPROM，片外可扩展EPROM64K（0000H~FFFFH）片内有4KROM或EPROM（0000H~0FFFH），片外可扩展EPROM60K（1000H~FFFFH）片内RAM256个字节片外RAM可扩展64K（0000H~FFFFH），包括I/O口。00H~1FH工作寄存器区20H~2FH位寻址区30H~7FH普通RAM区80H~FFHSFR区存程序数据片内无ROM或EPROM，片外可片内有471

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

1428

27

26

25

24

23

22

2120

19

18

17

16

15EPROM27641

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

1428

27

26

25

24

23

22

2120

19

18

17

16

15EPROM27641

2

3

4

5

6

7

8

9

10111213141516171819

2040

39

38

37

36

35

34

33

32

31302928272625242422211

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

1428

27

26

25

24

23

22

2120

19

18

17

16

15RAM62641

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

1428

27

26

25

24

23

22

2120

19

18

17

16

15RAM6264

存

储

器80318751805189C51片内RAM片内ROM256B（字节）4K64K64K1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

481、编址情况 统一编址 （1）片内无ROM或EPROM时：外部程序存储器EA=00000HFFFFHEA=0（即31脚接地）。此时，单片机复位后，PC自动指向外部程序存储器的0000H单元，CPU从外部程序存储器取指令执行。ROM/EPROM存放程序、常数。指针：程序计数器PC，16位，寻址64K0000H～FFFFH外部ROM选通信号：PSEN一、程序存储器1、编址情况 统一编址 （1）片内无ROM或EPROM时：外49（2）片内有4KROM或EPROM时：外部程序存储器内部程序存储器EA=10000HFFFFH1000H0FFFHEA=1（即31脚接电源）。此时，单片机复位后，自动先从片内开始执行程序；当PC值大于0FFFH时，自动转向外部程序存储器取指令执行。注意： 52系列0000H～1FFFH EA=1内部；EA=0外部 2000H～FFFFH外部EA不能悬空；8031、8032的EA只能接地。（2）片内有4KROM或EPROM时：0000HFFFF502、几个特殊单元（P47表2-4）：0000H上电复位入口，系统复位后，PC所指向的单元，程序从 此处开始执行； 0003H外部中断源0（INT0）入口地址；000BH定时器/计数器0（T0）入口地址； 0013H外部中断源1（INT1）入口地址；001BH定时器/计数器1（T1）入口地址； 0023H串行口中断源入口地址；002BH定时器/计数器2（T2）入口地址。2、几个特殊单元（P47表2-4）：5151系列单片机系统复位后PC＝0000H，系统从0000H开始执行程序。安排一条跳转指令。0003H－0032H单元被保留专用于中断服务程序（入口地址）。每个中断服务程序只有8个字节单元存放，显然不够，故此8个单元通常放一条跳转指令，指向被实际分配的中断服务程序段51系列单片机系统复位后PC＝0000H，系统从0000H开52用户ROM区T2溢出中断串行口中断T1溢出中断外部中断1（INT1）T0溢出中断外部中断0（INT0）LJMP……0000H0002H/0003H000AH/000BH0012H/0013H001AH/001BH0022H/0023H002AH/002BH0032H/0033H0FFFFHT2溢出中断串行口中断T1溢出中断外部中断1（INT1）T0532FH20H7FH30HFFH80HSFR数据缓冲区位寻址区1FH00H工作寄存器区18H~1FH00H~07H10H~17H08H~0FH3区2区1区0区工作寄存器区这16个单元的每一位都被赋予了位地址，共有128个位地址。设置堆栈，存放数据共有21个特殊功能SFR，占用了80H~FFH的一部分。二、数据存储器2FH7FHFFHSFR数据缓冲区位寻址区1FH540000HFFFFH(64K)内部外部数据存储器00HFFH7FH80H(高128B)(低128B)RAM专用

寄存器00H07H08H0FH10H17H18H1FH0区R0R7R0R7R0R7R0R71区2区3区工作寄存器区可位寻址区20H2FH7F78070030H7FH数据缓冲区/堆栈区内部RAM存储器

11第3区18H~1FH

01第1区08H~0FHRS1RS0寄存器区片内RAM地址

00第0区00H~07H10第2区10H~17H工作寄存器区选择位RS0、RS1PSW位地址CYACF0RS1RS0OVF1P二、数据存储器0000HFFFFH(64K)内部外部数据存储器00HFFH5551系列 128B 00H～7FH52系列 256B 00H～FFH工作寄存器区、位寻址区、数据缓冲区。①工作寄存器区00H～1FH分为4个区，每区8个工作寄存器R0～R7。在指令中，R0~R7代表哪个区域，由PSW中的RS1、RS0决定。作用：快速保护现场、方便编程。其中R0、R1作内部RAM间址指针。RS1 RS0 选中0 0 0区0 1 1区1 0 2区1 1 3区1、内部数据存储器51系列 128B 00H～7FH工作寄存器区、位寻址区、数56②位寻址区20H～2FH16个单元128个位，编址：00H～7FH软件触发器、各种程序状态标志、位控制变量③数据缓冲区（用户RAM区）51系列30H～7FH52系列30H～FFH注意：工作寄存器区、位寻址区、数据缓冲区统一编址， 便于统一调度。④堆栈：后进先出RAM区，保护现场 原则上栈底可设在内部RAM任何区域，但一般设在30H～7FH内。

指针：SP，复位时（SP）=07H，栈底为08H3F3E3D3C3B3A393827H②位寻址区20H～2FH16个单元128个位，编址572、特殊功能寄存器块 I/O口锁存器，定时器，串行口数据缓冲区，控制寄存器，状态寄存器都以特殊功能寄存器的形式出现。共21（26）个，离散分布在内部RAM80H～FFH空间内。（P50表2-7）①属于CPU范围：A.B.PSW.SP.DPTR(DPL.DPH)②属于接口范围：并口：P0、P1、P2、P3串口：SCON、SBUF、PCONC/T：TMOD、TCON、TH0、TL0、TH1、TL1、 T2CON、RLDL、RLDH、TH2、TL2中断：IP、IE其中字节地址能被8整除的SFR具有位地址，可按位寻址2、特殊功能寄存器块 I/O口锁存器，定时器，串行口数据缓冲583、外部RAM和I/O口外部RAM和I/O口统一编址，用MOVX指令访问。指针：R0、R1、DPTR，可寻址64K0000H～FFFFH。4、MCS-51系列单片机存储器的特点：RAM和ROM分开，有各自的寻址机构和寻址方式。地址复用，一个地址对应两个或两个以上单元。TCON(88H) TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0IT0 8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88PSW(D0H) C AC F0 RS1 RS0 OV - P D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D03、外部RAM和I/O口外部RAM和I/O口统一编址，用MO59②内部RAM位地址和字节地址复用00H～7FH位操作指令③SFR与内部RAM地址复用（52）80H～FFHSFR:可直接寻址，RAM：只能用R0、R1间址。④片内ROM和片外ROM地址复用0000H～0FFFH(0000H～1FFFH)当EA=1时，片内ROM地址;EA=0时，片外ROM地址①ROM和外部RAM0000H～FFFFHROM：PC寻址，PSEN选通。外部RAM：DPTR、R0、R1寻址，RD/WR选通。②内部RAM位地址和字节地址复用00H～7FH③SFR60存储器 访问性质 所用指令及寻址方式 依次取指 根据PC值自动访问ROM 程序转移 程序转移类指令 用户访问(查表) MOVC指令 访问整个字节 MOV指令（寄存器间址，片内RAM 直接寻址） 访问可寻址位 位操作指令（直接寻址）SFR 访问整个字节 MOV指令（直接寻址） 访问可寻址位 位操作指令（直接寻址）片外RAM 地址≤FFH MOVX指令（寄存器间址） 地址＞FFH MOVX指令（DPTR间址）访问不同存储器与所用指令及寻址方式的对应关系存储器 访问性质 所用指令及寻址方式访问不同存储61习题和思考题三１、详细描绘MCS-51单片机的存储器配置图。２、MCS-51单片机是通过哪些方法将程序存储器和数据存储器严格分开的？３、什么是单片机的特殊功能寄存器？8051/8052各有几个特殊功能寄存器？这些特殊功能寄存器占有的地址范围？４、MCS—51单片机有哪些可直接寻址的位？５、什么是堆栈？8031的堆栈区可以设在什么地方？一般应设在什么区域？如何实现？试举例说明。习题和思考题三624×8P0、P1、P2、P3。输出具有锁存功能;输入没有锁存功能;每位都能独立的输入或输出。P0.P1.P2.P3准双向口(输入方式:口锁存器必须为”1”)图2-15P1口1位结构原理图一.P1口准双向口功能：I/O12DQCLKQ读存储器信号内部总线写存储器信号读信号上拉电阻P1.i引脚V1Vcc§2-5并行输入输出接口4×8P0、P1、P2、P3。631.输出MOVP1,#data(执行写P1口的指令)若写“1”.V1截止，P1.i由内部上拉电阻拉成高电平。 输出“1”。若写“0”.V1导通，P1.i为低电平，输出“0”。2.输入MOVA,P1(读P1口指令)必须先写“1”，使V1截止,P1.i被拉成高电平,也可被 外部输入源拉成低电平。12DQCLKQ读存储器信号内部总线写存储器信号读信号上拉电阻P1.i引脚V1Vcc1.输出MOVP1,#data(执行写643.CPU读P1口的两种情况: ①读P1口的锁存器状态值(端口操作) “读—修改—写”指令,打开三态门2: (ANL.ORL.JBC.CPL.INC.DEC.DJNZ.) ②读P1口的引脚,打开三态门1,读P1口的输入状态。 (MOVA,P1)4.8032/8052的P1.0,P1.1具有二重功能: P1.0(T2)，P1.1(T2EX)外部控制输入端5.负载能力输出:可驱动4个LSTTL负载(>400A)输入:可被任何TTL电路和MOS电路所驱动。3.CPU读P1口的两种情况:65P1.78031P1.0灯泡显示开关设数例：如图在P1口的低4位接纽子开关，高4位接指示灯。试编程，要求读入低4位的开关状态，从高4位输出，驱动相应指示灯发光。P1口输入输出程序： MOVA,#0FFH MOVP1,A ；设P1口为输入方式 MOVA,P1 ；读开关所设的数 SWAPA ；（A）高低四位互换 MOVP1,A ；置有关灯泡发光P1.7灯泡显示开关设数例：如图在P1口的低4位接纽66二、P3口准双向、双功能口12DQCLKQ读存储器信号内部总线写存储器信号读信号上拉电阻P3.i引脚V1Vcc&34第二功能输出第二功能输入图2-17P3.口1位结构原理图功能:1)准双向I/O:操作同P1,第二功能输出线为高电平。二、P3口准双向、双功能口12DQ读存储器672)第二功能:输出:口线锁存器必须为“1”,此时门3的输出状态由 第二 功能线确定，P3.i状态取决于第二功能线的电平。输入:RXD、INT0、INT1、T0、T1经缓冲器4输入,直 接进入芯片内部。P3口的每一位都可独立地定义为第一I/O功能,或第二 I/O功能。负载能力同P1。12DQCLKQ读存储器信号内部总线写存储器信号读信号上拉电阻P3.i引脚V1Vcc&34第二功能输出第二功能输入2)第二功能:12DQ读存储器信号内部68三、P0口:三态双向口功能:1.I/O2.地址／数据总线口 功能选择:由多路开关MUX控制12DQCLKQ读存储器信号内部总线写存储器信号读信号P0.i引脚V1Vcc&3地址/数据输出图2-18P0.口1位结构原理图V2&4“0”“1”控制信号三、P0口:三态双向口功能:1.I/O12D69I/O:控制信号“0”.MUX→Q端,V2截止 写入“1”:V1也截止,P0.i高阻态(外加提升电阻)“0”:V1导通,输出“0”地址/数据: 控制信号“1”,MUX→地址/数据端,分时 输出外部存储器低8位地址A0~A7和数据。“1”：V1截止,V2导通,输出“1”“0”：V1导通,V2截止,输出“0” 地址由ALE下降沿锁存,地址信息来自于片内的 R0,R1,PCL,DPL。8031/8032,P0口只能作为地址/数据总线口用。输出可驱动8个LSTTL电路。I/O:控制信号“0”.MUX→Q端,V2截止70四、P2口准双向口DQCLKQ读存储器信号内部总线写存储器信号读信号P2.i引脚V112Vcc&3地址图2-18P2.口1位结构原理图控制信号上拉电阻功能:1.I/O 2.地址总线口,输出8位A8~A15地址。 MUX控制同P0口 地址信息来源于PCH,DPH。8031/8032一般作为地址总线口使用。负载能力:驱动4个LSTTL电路。四、P2口准双向口DQ读存储器信号内部总线71五、P0、P2口的地址/数据总线功能图4-1MCS-51系列单片机进行系统扩展时的三总线结构P2P08031ALEPSENRDWRINT0INT1EARST地址锁存器A8~A15A0~A7D0~D7地址总线数据总线控制总线五、P0、P2口的地址/数据总线功能图4-1MCS-572习题和思考题四1、试根据P1口和P3口的结构特性，指出它们作为输入口或第二功能输入/输出的条件。2、MCS-51中无ROM型单片机在应用中P2口和P0口能否直接作为输入/输出连接开关、指示灯之类的外围设备？为什么？3、画出MCS-51系列单片机进行系统扩展时的三总线结构图。习题和思考题四73111111110000000011111111010101011ALEWR

RDP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7指令1：MOVP1,#00H指令2：MOVP1,#0FFH指令3：MOVP1,#0AAH(三)输出举例指令4：CLRP1.0指令5：SETBP1.0+5V下一页111111110000000011111111010101741111111111111111(3)输入举例S0+5V4.7kWALEWR

RDP3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7读端口：MOVP3,#11111111BMOVA,P389C51××××××××寄存器A注：当I/O端口作为输入使用时，需先向端口写入“1”，使内部的FET截止，再读入引脚的状态。你知道P3.4对应寄存器A哪一位吗？P3.4你知道这是为什么吗？11111111011111111111111111(3)输入举例S0+5V4754、时钟电路与复位电路

(1)时钟振荡电路4、时钟电路与复位电路

(1)时钟振荡电路76(2)复位电路单片机复位条件:必须使RST引脚持续10ms以上高电平(外部时钟12MHz)(2)复位电路单片机复位条件:必须使RST引脚持续77指令寄存器译码地址译码程序计数器地址寄存器累加器A运算器①②存储器内部数据总线外部地址总线AB数据缓冲器外部数据总线DB寄存器区外部控制总线CB内部控制信号时钟及清零5、单片机的工作过程取指过程例:MOVA,#09H74H

09H;把09H送到累加器A中执行过程PC=0000H0001H0000H0002H0111010000001001(PC)(PC)0001H0002H0000H外部控制总线CB取指过程(PC)执行过程你知道PC的作用吗？地址程序计数器地址寄存器累加器A运算器外部地址总线AB数据缓781、8031有四个工作寄存器区，由PSW状态字中的RS1、RS0两位的状态来决定，单片机复位后，若执行SETBRS1指令，此时只能使用（）区的工作寄存器。A．0区B．1区C．2区D．3区课堂练习1、8031有四个工作寄存器区，由PSW状态字中的RS1、R792.

09H位所在的单元地址是（）A．02HC．08HB．21HD．20H课堂练习2.09H位所在的单元地址是（）A．02HC．803.单片机在进行取指令操作时，指令的地址是由（）的内容决定。A．SPC．DPTRD．PSEN和ALE

B．PC课堂练习3.单片机在进行取指令操作时，指令的地址是由（）814.P1口作输入用途之前必须()。A．外接高电平

B．外接上拉电阻C．相应端口先置0

D．相应端口先置1

课堂练习4.P1口作输入用途之前必须()。A．外接高电平825.程序计数器PC用来()。A．存放指令

B．存放上一条的指令地址D．存放正在执行的指令地址

C．存放下一条的指令地址

课堂练习5.程序计数器PC用来()。A．存放指令B．存放上831.

数123可能是()。A.二进制数B.八进制数C.十六进制数D．四进制数E.十进制数2.

8031单片机内部RAM包括()。A.程序存储区B．堆栈区C．工作寄存器及特殊功能区D．位寻址区E.中断入口地址区3.

8051单片机CPU的主要功能有()。A.产生控制信号B．存储数据C.算术、逻辑运算及位操作D．I/O端口数据传送E.驱动LED思考题1.数123可能是()。思考题84思考题4.单片机能够直接运行的程序是（）。A.汇编源程序B.C语言源程序C.高级语言程序D.机器语言源程序5.十进制数126其对应的十六进制可表示为()。A．8FB．8EC．FED.7E6.十进制数89.75其对应的二进制可表示为().A.10001001.01110101B．1001001.10C.1011001.11D.1001001.117.二进制数110010010对应的十六进制数可表示为()A.192HB．C90HC．1A2HD.CA0H8.二进制数110110110对应的十六进制数可表示为()。A．1D3HB，1B6HC．DBOHD.666H9.-3的补码是()。A．10000011B.11111100C．11111110D．11111101思考题4.单片机能够直接运行的程序是（85思考题10.CPU主要的组成部部分为()。A．运算器，控制器B．加法器，寄存器C.运算器,寄存器D.运算器，指令译码器11.INTEL8051CPU是()位的单片机。A．16B．4C．8D.准16位12.对于INTEL8031来说，/EA脚总是()A.接地B.接电源C.悬空D.不用13.在单片机中，通常将一些中间计算结果放在(）中A.累加器B．控制器C.程序存储器D.数据存储器14.程序计数器PC用来()。A．存放指令B．存放正在执行的指令地址C.存放下一条的指令地址D．存放上一条的指令地址思考题10.CPU主要的组成部部分为()。86思考题15.指令和程序是以()形式存放在程序存储器中。A.源程序B.汇编程序C.二进制编码D．BCD码16.单片机应用程序一般存放在()中。A.RAMB．ROMC.寄存器D．CPU17.单片机上电后或复位后，工作寄存器R0是在()。A.0区00H单元B．0区01H单元C.1区09H单元D．SFR18.进位标志CY在()中。A.累加器AB．算术逻辑运算部件ALUC．程序状态字寄存器PSWD.DPDR19.单片机8051的XTALl和XTAL2引脚是（）引脚A.外接定时器B．外接串行口C.外接中断D.外接晶振思考题15.指令和程序是以()形式存放在程87思考题20.8031复位后，PC与SP的值为()。A．0000H，00HB．0000H，07HC．0003H，07HD.0800H，00H21.P0,P1口作输入用途之前必须()。A.相应端口先置1B．相应端口先置0C．外接高电平D．外接上拉电阻22.8031单片机中既可位寻址，又可字节寻址的单元是（）。A．20HB．30HC．00HD．70H23.8031单片机中片内RAM共有()字节。A．128B．256C．4KD．64K24.当标志寄存器PSW的RS0、RS1分别为1和0时，系统选用的工作寄存器组为()。A.组0B．组1C．组2D.组3思考题20.8031复位后，PC与SP的值为(88思考题25.8051的内部RAM中，可以进行位寻址的地址空间为()。A.00H~2FHB．20H~2FHC．00H~FFHD.20H~FFH110.26.8051的程序计数器PC为16位计数器，其寻址范围是()。A.8KB.16KC．32KD．64K27.8051单片机中，唯一一个用户不能直接使用的寄存器是()。A．PSWB.DPTRC．PCD.B28.对MCS-51单片机来说，其内部RAM()。A.只能位寻址D．只能字节寻址C．既能位寻又能字节寻址D．少部分能位寻址29.所谓系统总线，指的是()。A.数据总线B．地址总线C.内部总线D．外部总线E．控制总线思考题25.8051的内部RAM中，可以进行位寻址89单片机原理及应用物联网工程学院自动化系吴定会单片机原理及应用物联网工程学院90第一章单片机概述第一章单片机概述911．实训目的(1)了解单片机应用系统的基本组成。(2)通过最简应用系统实例了解单片机的基本工作过程。实训1信号灯的控制12．实验电路1．实训目的实训1信号灯的控制12．实验电路923．实训程序 ORG0000HSTART：MOVP1,#00H ACALLDELAY MOVP1,#0FFH ACALLDELAY SJMPSTARTDELAY:MOVR3,#0FFHDEL2:MOVR4,#0FFHDEL1:NOP DJNZR4,DEL1 DJNZR3,DEL2 RET END 0000000011111111ALEWR

RDP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7+5V单片机到底是如何实现这些动作？它里面有些什么呢？000000003．实训程序 ORG0000H000000001111193微机系统微型计算机微处理器CPU运算器控制器计算机处理信息的主要部件控制计算机各部件自动地、协调一致地工作ＣＰＵ与外围设备之间进行信息交换的必经通道使用和管理计算机的各种程序内部存储器输入/输出接口软件用来存放程序和数据的部件§1-1什么是单片机一、微机系统微微型计算机微处理器CPU运算器控制器计算机处理信控制计算机94微处理器（CPU）运算器控制器控制总线数据总线地址总线Input/Output设备Input/Output接口只读存储器ROM随机存储器RAM二、微型计算机的硬件结构微处理器运算器控制器控制总线数据总线地址总线Input/Ou95三、什么是单片机单片计算机：SCMCSingleChipMicroComputer单片机又称微控制器：MCUMicroControllerUnit三、什么是单片机单片计算机：SCMC单片机又称微控制器：MC96单片机（微控制器）CPU（微处理器）RAMROM(EPROM)I/O（串、并、C/T、A/D、中断...）一块芯片上三、什么是单片机所谓单片机是指在一块硅片上集成了CPU、随机存储器（RAM）、程序存储器（ROM或EPROM）和各种I/O口（包括并行I/O口、串行I/O口、定时器/计数器和A/D转换器等），也就是集成在一块芯片上的计算机。按CPU字长，可分为4、8、16、32位单片机。根据内部程序存储器的结构不同，单片机可分为：ROM型单片机；EPROM型单片机；E2PROM型单片机；无ROM型单片机。单片机（微控制器）CPU（微处理器）RAMROM97四、通用单片机和专用单片机通用单片机：是一个基本芯片，内部资源比较丰富，性能全面且通用性强，覆盖多种应用需求。专用单片机：针对某一产品，或某一种控制应用而专门设计的。设计时已经使系统结构最简；软硬件资源利用最优；可靠性以及经济成本最佳。本课程介绍的MCS－51系列单片机是一种通用单片机，其结构和原理对所有单片机都是适用的。四、通用单片机和专用单片机通用单片机：专用单片机：本课程介绍98五、单片机系统在单片机芯片基础上，扩展其他电路或芯片构成具有一定应用功能的计算机系统。六、单片机应用系统为控制应用而设计，系统和控制对象结合在一起七、单片机开发系统单片机系统开发调试工具五、单片机系统在单片机芯片基础上，扩展其他电路或芯片构成具有99§1-2单片机的发展概况首次宣布1971Intel4004４位微处理器第一阶段1971-1976萌芽阶段4位、8位双片，功能简单； 1974-12Fairchild(仙童）F88位（配3851芯片）。第二阶段1976-1978初级8位机； 1976-09IntelMCS-48系列 若干I/O、8位C/T 1977-10GIPIC1650系列 有限ROM、RAM 1978ROCKWELR6500/1系列 简单中断第三阶段

1978-1982高级8位机 1978Motorola6801系列 串I/O、16位C/T 1978-10ZilogZ8系列 较多ROM.RAM 1980IntelMCS-51系列 多级中断100§1-2单片机的发展概况首次宣布1971Intel第四阶段 1982-16位机 1982IntelMCS-96系列 MostekMK68200系列 据统计50多个系列、300多个品种 我国８位单片机的应用，大体上始于1982年。86年上海召开全国首届单片机应用与开发交流会，成立了单片机应用协会，使单片机应用的普及和深化掀起了全国性的高潮。第四阶段 1982-16位机 我国８位单片机的应用，大体101CPU的发展CPU字长：8位、16位、32位时钟频率：6MHz、12MHz、20MHz双CPU结构：处理能力大大提高CPU的发展CPU字长：8位、16位、32位102片内存储器的发展所谓片内（相对于片外）：集成在单片机芯片内的存储单元。扩大存储容量早期单片机RAM：64－128字节ROM：1－2K字节寻址范围：1－4k（212）新型单片机RAM：256字节ROM：8－16K字节寻址范围：64k（216）片内存储器的发展所谓片内（相对于片外）：扩大存储容量早期单片103片内EPROM开始E2PROM电擦除可编程只读存储器E2PROM可在正常工作电压下进行读写，并能在断电情况下，保持信息不丢失。片内程序的保密措施片内EPROM开始E2PROM电擦除可编程只读存储器E2PR104

早期单片机：并行输入/输出口，定时器/计数器现代单片机：大功率输入/输出口，可直接驱动VFD（荧光显示管）；LCD（液晶显示器）和LED（数码显示管）片内A/D，D/A转换器；CRT控制器，LCD、LED驱动器，正弦波发生器，声音发生器，字符发生器，频率合成器等。加强片内输入输出口的功能

105§1-3单片机的特点体积小、重量轻、便宜、省电。抗干扰性能强，可靠性高。控制功能强，运行速度快。片内存储器及I/O口有限，适宜于构成专用微机系统。§1-3单片机的特点体积小、重量轻、便宜、省电。106§1-4单片机的应用工业方面：工业机器人、过程控制、数字控制仪器仪表：智能仪器、医疗器械、色谱仪、视波器民用方面：电路玩具、游戏机、录象机、光盘驱动器电讯方面：调制解调器、智能线路运行控制导航与控制：导弹、鱼雷制导控制、智能武器装置数据处理：图形终端、复印机、硬盘驱动器、磁带机§1-4单片机的应用工业方面：工业机器人、过程控制、数字107MCS-48、MCS-51、MCS-96三大系列§1-5INTEL公司系列产品简介76年 MCS-48系列

基本型EPROMROM无ROM(ROMRAM扩展C/TI/O中断）874880488035(1K64B4K/3201*82*82）改进型8749 80498039（ROM、RAM扩大一倍）8750 80508040（ROM、RAM再扩大一倍）MCS-48、MCS-51、MCS-96三大系列§1-510884-85 年 51-96、之间 CHMOS 87C252 83C252 80C252指令与51系列完全兼容，并具有96系列的HSIO（高速输入输出）功能。82年 MCS-96 879683968096(ROMRAM扩展C/TI/O中断串口）（8K232B64K/64K4*1640位81HSIO）80年 MCS-51系列基本型 8751 8051 8031改进型 8752 8052 803284-85 年 51-96、之间 CHMOS82年 MCS-109常用单片机系列：Philips51系列ATMEL51系列MicrochipPIC16C5XMotorlaM68HC05、M68HC11、M68HC16；ZilogZ8；NSCOP800、HPC常用单片机系列：110习题和思考题一１、一个完整的单片微机芯片内至少有哪些部件？２、根据程序存储器的差别单片机可以分为那些类型？３、单片机的主要特性是什么？它适宜于构成一个通用微机系统还是专用微机系统？为什么？习题和思考题一111第二章

MCS-51系列单片机的硬件结构第二章

MCS-51系列单片机的硬件结构112§2-1总体概况Intel80年51子系列：8031、8051、87518031芯片：无内部ROM，须外接EPROM8051芯片：内部有4KB工厂掩膜编程的ROM8751芯片：内部有4KB用户可编程的EPROM52子系列：8032、8052、8752§2-1总体概况Intel80年113一、主要功能．8位CPU．fosc 1.2～12MHZ．片内 RAM128B（52为256B）ROM4K（52为8K）．片外扩展能力：64KROM,64KRAM(通过P0.P2口扩展）．21个特殊功能寄存器（SFR）．并行I/O口：4×8 P0、P1、P2、P3．一个全双工串行口（P3口两位兼）．定时器/计数器 2×16 T0、T1（523个T2）．中断源5个（2外3内）,2个优先级(526个中断源）．111条指令，位寻址、位处理能力强．片内单总线结构．单一＋5V电源一、主要功能．8位CPU114二、内部结构框图震荡器P1驱动器P3驱动器RAM地址寄存器RAMP0驱动器P0锁存器EPROM或ROMASPB寄存器暂存器1ALUPSW定时及控制指令寄存器中断系统串行口定时器/计数器16位地址寄存器缓冲器PC加1PCDPTR暂存器2P2驱动器P2锁存器P1锁存器P3锁存器PSENALEEARESETXTAL1XTAL2P1.0~P1.7VccVSSP2.0~P2.7P0.0~P0.7P3.0~P3.7CPUROMRAMSFRI/O（PIOSIOC/T...）二、内部结构框图震荡器P1驱动器P3驱动器RAMRAMP0驱115时钟电路CPUROMRAMT0T1中断系统串行接口并行接口P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1定时计数器结构框图中央处理器CPU：8位，运算和控制功能内部RAM：共256个RAM单元，用户使用前128个单元，用于存放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。内部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表格。定时/计数器：两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功能。并行I/O口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。串行口：一个全双工串行口。中断控制系统：5个中断源（外部中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个）时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MH