武汉大学陈罡单片机

1单片机原理及接口技术多媒体演示系统任课教师：陈罡课程说明学时：理论教学36学时，实验教学36学时。课程性质：专业基础课先修课程：《模拟电子技术》《数字逻辑电路》、《微型机原理与接口技术》。教材：《单片机原理与应用》,欧伟明，电子工业出版社笔试实验各占50%，五一前考试，五一后实验4周，平时成绩占10%23为什么要学习单片机？集成度高、体积小、重量轻、价格便宜、可靠性高、处理能力强、速度快，为强调其控制属性，也称微控制器MCU（MicrocontrolUnit）。因此，以单片机为基础的应用系统容易做到体积小、性能好、价格便宜，易于产品化。主要应用于控制领域。4为什么要学习单片机？单片机已成为工业控制、家电、智能仪器仪表、汽车电子、网络与通讯、电信、军事武器装备等领域中最为理想的控制用计算机。鉴于单片机的应用场合，它面临的主要任务不是大批量的数据运算，而是各种“开关量”的处理和一些简单的数据计算。单片机及单片机系统的特点：强调低成本、高可靠性、低功耗和系统体积微型化。56789后来INTEL公司将MCS51的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中89C51就是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产的。(美国反垄断法使然)101112教材《单片机原理与应用》,欧伟明，电子工业出版社参考书1、《单片机原理及接口技术》

李朝青编著北京航空航天大学出版社2、《单片机原理及其接口技术》

胡汉才清华大学出版社3、《MCS-51/96系列单片机原理及应用》

孙涵芳徐爱卿北京航空航天大学出版社13推荐杂志：《单片机与嵌入式系统应用》中国期刊网14推荐网站：1.周立功单片机2.单片机资讯网3.单片机爱好者15理论课程安排（9周）第1章基本知识概述2学时第2章MCS-51单片机结构和原理6学时第3章MCS-51单片机指令系统6学时第4章汇编语言程序设计知识2学时第5章中断系统2学时第6章定时器及应用3学时第9章串行接口及串行通信技术3学时第7章单片机系统扩展与接口技术4学时第8章应用系统配置及接口技术4学时第10章系统实用程序2学时16课程基本要求明确51单片机基本结构掌握其指令系统与汇编语言编程学会基本接口电路的设计方法能进行简单控制系统的设计17如何学好本门课程理论课是整个课程的基础。它包含了MCS-51单片机的硬件组成及工作原理。只有熟练的掌握才能正确的使用指令进行各种编程、应用和开发。正确的理解和掌握指令的寻址方式。了解外围芯片的使用方法，以及与单片机的接口原理。这是进行各种应用系统设计的基础。注重理论联系实际。在掌握理论知识的基础上设计实际项目，认真完成实验，以提高动手能力。多看好的参考书，多看相关的期刊论文。18目录

第一章微机基础知识

第二章MCS-51单片机的结构和原理

第三章8051指令系统

第四章汇编语言程序设计知识

第五章中断系统

第六章定时器及应用

第七章89C51串行口及串行通信技术

附录AMCS-51指令系统表附录BMCS-51指令矩阵（汇编/反汇编）表

参考资料Exit19第一章微机基础知识§1.1微处理器、微机和单片机的概念Back§1.2微机的工作过程Page120§1.1微处理器、微机和单片机的概念§1.1.1概念Back§1.1.3存储器和输入输出接口§1.1.2微处理器的组成21§1.1.1 概念1、微处理器3、单片机Back2、微型计算机22微处理器(Microprocessor,简称uP)Back是小型计算机或微型计算机的控制和处理部分。

又称中央处理单元CPU（CentralProcessingUnit）。23微型计算机（Microcomputer,简称微机uC） 是具有完整运算及控制功能的计算机。包括Back

微处理器(CPU)

如图1-1所示。存储器接口适配器（输入输出接口电路）输入/输出（I/O）设备。图1-1（备用）24

单片机

（Single-ChipMicrocomputer）

是将微处理器、一定容量RAM和ROM以及I/O口、定时器等电路集成在一块芯片上，构成单片微型计算机。

微处理器……..CPURAM…………….硬盘

ROM…………….内存I/O口………….主板定时器单片微型计算机Back25§1.1.2微处理器的组成一、计算机的模型Back二、微处理器的组成26一、计算机的模型微处理单元与存储器及I/O接口组成的计算机模型如图1-2所示。P2图1-2。图中只画出CPU主要的寄存器和控制电路，并且假设所有的计数器、寄存器和总线都是8位宽度。27

逻辑运算单元（ALU）、计数器、寄存器和控制部分除在微处理器内通过内部总线相互联系以外，还通过外部总线和外部的存储器和输入/输出接口电路联系。28外部总线一般分为数据总线、地址总线和控制总线，统称为系统总线。存储器包括RAM和ROM。微计算机通过输入/输出接口电路可与各种外围设备联接。Back29二、微处理器的组成（一）、运算器Back（二）、控制器（三）、CPU中的主要寄存器30（一）、运算器

（Arithmetic&LogicUnit,ALU）

Back1、组成2、作用3、ALU的两个主要的输入来源4、运算器的两个主要功能31

算术逻辑单元(简称ALU）

Back1、运算器(ALU)的组成运算器累加器

寄存器322、运算器(ALU)的作用是把传送到微处理器的数据进行运算或逻辑运算。Back举例ALU可对两个操作数进行加、减、与、或、比较大小等操作，最后将结果存入累加器。ALU执行不同的运算操作是由不同控制线上的信息所确定的。33例如： 两个数（7和9）相加，在相加之前，操作数9放在累加器中，7放在数据寄存器中，执行两数相加运算的控制线发出“加”操作信号，ALU即把两个数相加并把结果（16）存入累加器，取代累加器前面存放的数9。Back343、ALU的两个主要的输入来源Back输入来源数据寄存器累加器354、运算器的两个主要功能（1）执行各种算术运算。Back（2）执行各种逻辑运算，并进行逻辑测试。 如零值测试或两个值的比较。36（二）、控制器Back1、控制器的组成2、控制器的作用3、控制器的主要功能37Back1、控制器的组成控制器的组成程序计数器指令寄存器指令译码器时序产生器操作控制器382、作用它是发布命令的“决策机构”，即协调和指挥整个计算机系统的操作。Back393、控制器的主要功能Back对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向。从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置。40（三）、CPU中的主要寄存器Back1、累加器（A）2、数据寄存器（DR）3、指令寄存器（IR）4、指令译码器（ID）6、地址寄存器（AR）5、程序计数器（PC）41

1、累加器（A）Back在算术和逻辑运算时，它具有双重功能：

运算前，用于保存一个操作数；运算后，用于保存所得的和、差或逻辑运算结果。累加器是微处理器中最繁忙的寄存器。422、数据寄存器（DR）数据（缓冲）寄存器（DR）是通过数据总线（DBUS）向存储器（M）和输入/输出设备I/O送（写）或取（读）数据的暂存单元。Back433、指令寄存器（IR）指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。Back当执行一条指令时先把它从内存取到数据寄存器中，然后再传送到指令寄存器中。444、指令译码器（ID）指令分为操作码和地址码字段，由二进制数字组成。当执行任何给定的指令，必须对操作码进行译码，以便确定所要求的操作。Back指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入。操作码一经译码后，即可向控制器发出具体操作的特定信号。455、程序计数器（PC）

通常又称为指令地址计数器。Back在程序开始执行前，必须将其起始地址，即程序的第一条指令所在的内存单元地址送到PC。当执行指令时，CPU将自动修改PC的内容，使之总是保存将要执行的下一条指令的地址。由于大多数指令都是按顺序执行的，所以修改的过程通常是简单的加1操作。466、地址寄存器（AR）地址寄存器用来保存当前CPU所要访问的内存单元或I/O设备的地址。Back因为内存（I/O设备）和CPU之间存在着速度上的差别，所以必须使用地址寄存器来保存地址信息，直到内存（I/O设备）读/写操作完成为止。47§1.1.3存储器和输入输出接口

一、存储器Back

二、I/O接口及外设48一、存储器地址总线、数据总线和若干控制线把存储器和微处理器连接起来。存储器从CPU接收控制信号，以确定存储器执行读/写操作。49地址总线将8位地址信息送入地址译码器，地址译码器的输出可以确定唯一的存储单元。数据总线用来传送存储器到CPU或CPU到存储器的数据信息。Back一、存储器50二、I/O接口及外设每个外设与微处理器的连接必须经过接口适配器（I/O接口）。每个I/O接口及其对应的外设都有一个固定的地址，在CPU的控制下实现对外设的输入（读）和输出（写）操作。Back51§1.2微机的工作过程§1.2.1执行一条指令的顺序§1.2.2执行一条指令的过程§1.2.3执行一个程序的过程Back仅简明修订版52§1.2.1执行一条指令的顺序执行一条指令分两个阶段：取指、执指。取指：从存储器中取出指令。执指：CPU执行指令规定的操作。Back开始取一条指令执行该指令53§1.2.2执行一条指令的过程以指令“LDA23”为例，如图所示，其过程由三个CPU周期（机器周期）组成。第二、三机器周期为执行指令阶段。Back54三个CPU周期（机器周期）：第一个机器周期：取指令阶段。第二个机器周期：将操作数的地址送往地址寄存器并完成地址译码。第三个机器周期：从内存取出操作数并执行装入的操作。Back55译地址码取指令PC+1取出操作数送操作数地址译指令码执行操作开始取下条指令PC+1取指阶段执行指令阶段一个CPU周期一个CPU周期一个CPU周期Back56§1.2.3执行一个程序的过程执行一个程序是一条指令一条指令执行的。Back571、李朝青编著.单片机及原理及接口技术.北京航空航天大学出版社，19942、穆兰主编.单片微型计算机原理及接口技术.机械工业出版社，19913、徐维祥、刘旭敏主编.单片微型机原理及应用.大连理工大学出版社，19964、曹巧媛编著.单片机原理及应用.电子工业出版社，19975、李广弟编著.单片机基础.北京航空航天大学出版社，19946、周航慈著.单片及应用程序设计基础.北京航空航天大学出版社，19917、ATMEL.8-bitMicrocontrollerwith2KBytesFlashAT89C2051.8、白中英.韩兆轩编著.计算机组成原理教程.北京科技技术出版社，1988参考资料58附录AMCS-51指令系统表MCS-51指令系统所用符号和含义附录 A.1 算术运算指令附录 A.2 逻辑运算指令附录 A.3 数据传送指令附录 A.4 位操作指令附录 A.5 控制转移指令

单片机原理及接口技术2023年2月4日59

单片机原理及接口技术2023年2月4日附录 A MCS-51指令表MCS-51指令系统所用符号和含义：Rn(n=0～7)：工作寄存器组R0～R7。Ri：i=0或1，数据指针R0或R1。#data：立即数。bit：位地址。direct：直接地址单元（RAM，SFR，I/O）。addr11：11位地址。addr16：16位地址。rel：相对偏移量，为8位有符号数（补码形式）。@：间接寻址方式中，表示间接寄存器的符号。A：累加器(X)：在直接寻址方式中，表示直接地址X中的内容；在间接寻址方式中，表示间址寄存器X指出的地址单元中的内容。X：片内RAM中的直接地址或寄存器。→：数据传送方向。∧：逻辑“与”；∨：逻辑“或”；⊕逻辑“异或”。√：对标志位产生影响；×

：不影响标志位。60

单片机原理及接口技术2023年2月4日附录 A.1 算术运算指令（1）28～2F ADDA,RnA+Rn→A√

√

√

√1125

ADDA，direct A+(direct)→A√

√

√

√2126,27 ADDA，@Ri A+(Ri)→A√

√

√

√1124 ADDA,#data A+data→A √

√

√

√2138～3F ADDCA,Rn A+CY+Rn→A √

√

√

√ 1135 ADDCA，direct A+CY+(direct)→A √

√

√

√2136,37 ADDCA，@Ri A+CY+(Ri)→A √

√

√

√1134 ADDCA,#data A+CY+data→A √

√

√

√2198～9F SUBBA,Rn A-CY–

Rn→A √

√

√

√1195 SUBBA，direct A–CY–(direct)→A √

√

√

√2196,97 SUBBA，@Ri A–CY–(Ri)→A √

√

√

√1194 SUBBA,#data A–CY–

data→A √

√

√

√21 十六进制代码助记符功能字节数周期数对标志位影响POVACCY61

单片机原理及接口技术2023年2月4日附录 A.1 算术运算指令（2）04 INCA A+1→A√×××1108～0F INCRn Rn+1→Rn××××1105 INCdirect (direct)+1→direct××××2106,07 INC@Ri (Ri)+1→(Ri)××××11A3 INCDPTR DPTR+1→DPTR××××1204 DECA A-1→A √×××11

08～0F DECRn Rn-1→Rn××××1105 DECdirect (direct)-1→direct××××21

06,07 DEC@Ri (Ri)-1→(Ri)××××11A4 MULAB A·B→AB √√×01484 DIVAB A/B→AB √√×014D4 DAA 对A进行十进制调整√×√√1

1十六进制代码助记符功能字节数周期数对标志位影响POVACCY62

单片机原理及接口技术2023年2月4日附录 A.2 逻辑运算指令（1）58～5F ANLA,Rn A∧Rn→A √×××11ANLA，direct A∧(direct)→A √×××2156,57 ANLA，@Ri A∧(Ri)→A√×××1154 ANLA,#data A∧data→A√×××2152 ANLdirect,A (direct)∧A→direct××××21 53 ANLdirect,#data (direct)∧data→direct××××3248～4F ORLA,Rn A∨Rn→A √×××1145 ORLA，direct A∨(direct)→A √×××2146,47 ORLA，@Ri A∨(Ri)→A√×××1144 ORLA,#data A∨data→A√×××21 42 ORLdirect,A (direct)∨A→direct××××21 43 ORLdirect,#data (direct)∨data→direct××××32十六进制代码助记符功能字节数周期数对标志位影响POVACCY63

单片机原理及接口技术2023年2月4日附录 A.2 逻辑运算指令（2）68～6F XRLA,Rn A⊕Rn→A √×××1165 XRLA，direct A⊕(direct)→A √×××2166,67 XRLA，@Ri A⊕(Ri)→A√×××1164 XRLA,#data A⊕data→A√×××21 62 XRLdirect,A (direct)⊕A→direct××××21 63 XRLdirect,#data (direct)⊕data→direct××××32E4 CLRA 0→A √×××11F4 CPLA A→A ××××1123 RLA A循环左移一位××××1133 RLCA A带进位循环左移一位√××√1103 RRA A循环右移一位××××21 13 RRCA 带进位循环右移一位√××√32C4 SWAPA A半字节交换××××11十六进制代码助记符功能字节数周期数对标志位影响POVACCY64

单片机原理及接口技术2023年2月4日附录 A.3 数据传送指令（1）E8～EF MOVA,Rn Rn→A √×××11E5 MOVA，direct (direct)→A √×××21E6,E7 MOVA，@Ri (Ri)→A√×××1174 MOVA,#data data→A√×××21 F8～FF MOVRn,A A→Rn××××11A8～AF MOVRn,direct (direct)→Rn××××2278～7F MOVRn,#data data→Rn ××××21F5 MOVdirect,A A→direct××××2188～8F MOVdirect,Rn Rn→direct××××2285 MOVdirect1,direct2 direct2→direct1××××3286,87 MOVdirect,@Ri (Ri)→direct××××2275 MOVdirect,#data data→direct××××32F6,F7 MOV@Ri,A A→(Ri)××××11十六进制代码助记符功能字节数周期数对标志位影响POVACCY65

单片机原理及接口技术2023年2月4日附录 A.3 数据传送指令（2）A6,A7 MOV@Ri,direct (direct)→(Ri)××××2276,77 MOV@Ri,#data data→(Ri) ××××2190 MOVDPTR,#data data→DPTR××××3293 MOVCA,@A+DPTR (A+DPTR)→A√×××1283 MOVCA,@A+PC PC+1→PC,(A+PC)→A√×××12E2,E3 MOVXA,@Ri (Ri)→A√×××12E0 MOVXA,@DPTR (DPTR)→A √×××12F2,F3 MOVX@Ri,A A→(Ri)××××12F0 MOVX@DPTR,A A→(DPTR)××××12C0 PUSHdirect SP+1→SP,(direct)→(SP)××××22D0 POPdirect (SP)→(direct),SP-1→SP××××22C8～CF XCHA,Rn A←→Rn√×××11C5 XCHA,direct A←→(direct)√×××21十六进制代码助记符功能字节数周期数对标志位影响POVACCY66

单片机原理及接口技术2023年2月4日附录 A.3 数据传送指令（3）C6,C7 XCHA,@Ri A←→(Ri)√×××11D6,D7 XCHDA,@Ri A0～A3←→(Ri)0～3√×××11十六进制代码助记符功能字节数周期数对标志位影响POVACCY67

单片机原理及接口技术2023年2月4日附录 A.4 位操作指令C3 CLRC 0→CY×××√11C2 CLRbit 0→bit×××21D3 SETBC 1→CY×××√11D2 SETBbit 1→bit×××21

B3 CPLC C→C×××√11B2 CPLbit bit→bit×××21

82 ANLC,bit CY∧bit→CY ×××√22B0 ANLC,/bit CY∧bit→CY×××√2272 ORLC,bit CY∨bit→CY×××√22A0 ORLC,/bit CY∨bit→CY×××√22A2 MOVC,bit bit→CY×××√2192 MOVbit,C CY→bit××××22十六进制代码助记符功能字节数周期数对标志位影响POVACCY68

单片机原理及接口技术2023年2月4日附录 A.5 控制转移指令（1）*1 ALCALLaddr11 PC+2→PC,SP+1→SP,××××22 PCL→(SP),SP+1→SP, PCH→(SP),addr11→PC10-0

12 LCALLaddr16 PC+3→PC,SP+1→SP,××××32PCL→(SP),SP+1→SP, PCH→(SP),addr16→PC22 RET (SP)→PCH,SP-1→SP, ××××12 (SP)→PCL,SP-1→SP32 RETI (SP)→PCH,SP-1→SP, ××××12 (SP)→PCL,SP-1→SP

从中断返回*1 AJMPaddr11 PC+2→PC,addr11→PC10-0××××2202 LJMPaddr16 addr16→PC××××32十六进制代码助记符功能字节数周期数对标志位影响POVACCY69

单片机原理及接口技术2023年2月4日附录 A.5 控制转移指令（2）80 SJMPrel PC+2→PC,PC+rel→PC ××××2273 JMP@A+DPTR (A+DPTR)→PC××××1260 JZrel