单片机原理与应用-基于AT89S51+Proteus仿真 第2版 课件全套 第1-9章 绪论、单片机结构及工作原理 -单片机应用系统设计与开发

单片机原理与应用第1章绪论内容指南本章主要介绍单片机的概念、特点、应用领域和发展趋势，目前主流的单片机系列及其特点，学习和实践单片机的两个重要软件工具及仿真开发步骤。学习目标●掌握单片机的概念及特点。●了解单片机的应用领域及目前主流的单片机系列。●初步了解Proteus和KeiluVision软件的功能及仿真开发步骤。第1章概述本讲提纲关于本课程什么是单片机为什么要学单片机怎样才能学好单片机第1讲课程导论第1章概述专业必修课课程基础是大学计算机基础、C语言程序设计、数字电子技术是学习DSP、ARM嵌入式系统基础是一门实践性很强的课程课程性质第1章概述课程目标知识目标：●单片机的概念、特点、用途和基础知识；●单片机的内部资源及工作原理；●单片机的编程语言与编程技术；●单片机应用系统的设计与开发技术。第1章概述课程目标能力目标：●能使用单片机的编程语言进行简单的应用程序设计；●能在通用编程环境KeiluVision下编程调试单片机程序；●能使用仿真软件Proteus仿真单片机应用系统；●能进行简单的单片机应用系统的分析和设计。第1章概述课程目标素质目标：●具有求知热情和探索精神；●具有严谨求实的科学态度和刻苦钻研的工作作风；●具有创新思维和创新意识。第1章概述理论课：48学时，讲述工作原理及编程应用实验课：16学时，巩固和实践教学内容与学时安排第1章概述理论课教学内容与学时第1章绪论 4学时第2章单片机结构及工作原理 8学时第3章指令系统与汇编语言程序设计 4学时

第4章单片机的C语言与程序设计 8学时第5章单片机的中断系统 6学时第6章单片机的定时/计数器 6学时第7章单片机的串行接口 4学时第8章单片机的系统扩展 6学时第9章单片机应用系统设计 2学时第1章概述1.什么是单片机？单片机是单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）的简称。是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O接口和中断系统、定时器/计数器等部件集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机。第1章概述

单片机是为嵌入式应用而生。嵌入式应用：能嵌入到对象体系中，以实现对象体系智能化为目的的一类微型计算机。技术要求：必须满足对象体系的体积、功耗、环境和产品成本等要求发展方向:

与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与可靠性

第1章概述众多小型对象系统（如家电、仪器仪表、信息通信产品、工控单元…）都是嵌入式计算机系统（核心部件就是单片机）。第1章概述硬件系统——构成微机的实体和装置软件系统——微机系统所使用的各种程序的总称软件系统+微型计算机系统运算器控制器CPU存储器输入接口电路输入设备输出设备输出接口电路硬件系统什么是单片机？首先回顾一下通用微型计算机系统的构成第1章概述CPU输入设备输出设备软件系统+微型计算机系统硬件系统输入接口设备输出接口设备运算器控制器存储器单片微型计算机是指集成在一个芯片上的微型计算机，简称单片机（SingleChipMicrocomputer）

—单片机就是一个芯片(IC引脚数从8,16…100)第1章概述通用微型计算机单片机通用微型计算机由多个IC芯片组装在一个主板上所有单元都组装在一个IC芯片上第1章概述通用微型计算机单片机通用微型计算机由多个IC芯片组装在一个主板上所有单元都组装在一个IC芯片上数据RAMCPU并行I/O程序ROM定时/计数器串型端口中断控制器扩展I/O端口系统总线（DB、AB、CB）第1章概述单片机的特点体积小，集成度高抗干扰能力强，可靠性高优异的性能价格比低电压，低功耗发展迅速，前景广阔。嵌入容易，用途广泛。由于它的结构及功能特点（控制功能强、体积小可靠性高、低电压低功耗、性价比高、易于产品化），单片机也被称为微控制器MicrocontrollerUnit（MCU）或嵌入式微控制器

EmbeddedMicrocontrollerUnit（EMCU）。为什么能够获得大量的应用？可以嵌入到机电、电气、电子产品中——嵌入式应用系统第1章概述单片机的应用领域无所不在，无所不能。工业自动化仪器仪表家用电器汽车信息通信产品MCU目前，单片机-嵌入式技术已在工业、农业、军事、保安、金融、仪器仪表、航空航天、医疗、通讯、办公设备、娱乐休闲、健身、体育竞赛、服务领域等等领域得到广泛的应用。可以说：无处不在。正迅速改变着人们传统的生产和生活方式。第1章概述单片机应用系统单片机应用系统单片机应用系统:由硬件系统和软件系统组成硬件是应用系统的基础软件是在硬件的基础上对其资源进行合理调配和使用，从而完成应用系统所要求任务的程序本课程的重点1.掌握单片机应用系统硬件原理2.掌握程序设计与调试的基本技能单片机＋外设＋硬件软件程序第1章概述彩灯控制器单片机+外设+程序单片机应用系统第1章概述单片机的历史及发展单片机的发展：从1976年起，Intel公司先后推出MCS-48（4位机）、MCS-51（8位机）和MCS-96（16位机）3大系列单片机。迄今为止，世界各地厂商已相继研制出大约50个系列300多个品种的单片机产品。51系列、PIC系列、AVR系列、ARM系列、DSP系列….由于51系列单片机具有开放的系统架构、灵活可靠的工作性能、低廉的价格，因而获得了很大的成功。第1章概述单片机的发展趋势：高集成度、高性能、低功耗、高性价比MicroControllerUnitSingleChipMicrocomputer→8位基于51内核的单片机仍然是主流机型。单片机（SCM）→微控制器（MicroControllerUnit）位数不断增加：4位→8位→16位→32位外设接口内置化：ADC、DAC、PGA、USB……第1章概述＊按用途分类可分为通用型和专用型两大类＊按位数分类可分为4位、8位、16位、32位＊按CPU架构可分为CISC和RISC两大类。＊按环境温度等级分为民用级、工业级、汽车级、军用级。＊芯片的封装形式也有多种多样：DIP、QFP、PLCC单片机的分类第1章概述MCS-51内核单片机系列Intel，Atmel，Philips，Siemens，Siliconlab,STC美国微芯片(Microchip)公司的PIC16、PIC17、PIC1400系列(高性价比、RISC指令系统);美国德州仪器TI公司的MSP430系列(超低功耗、RISC指令集、存储体系为普林斯顿结构);AVR系列单片机（高速、功能强、低功耗、低价位）；ARM(AdvancedRISCMachines)公司提供的ARM内核32位MCU，支持实时操作系统WindowsCE、Linux等。

主流的单片机品种8位的51内核单片机仍然是目前主流机型。第1章概述2.为什么要学单片机？单片机是机电产品智能化的重要途径，可实现产品的升级换代单片机应用领域宽，单片机技能人才社会需求广泛，具有很好的就业前景单片机知识与具体专业技术相结合可产生更大的创造力和发展潜力第1章概述3、怎样学习单片机教学目标——掌握单片机原理与应用系统设计技能需要具备——单片机硬件、软件、接口、开发工具四方面知识硬件系统软件系统接口系统开发工具第1章概述硬件系统（CPU，RAM，IO，T/C，INT，UART）存储器输入/输出单元定时/计数器中断系统串行通信第1章概述软件系统C51语言程序汇编语言程序第1章概述接口系统（LED，KEY，AD，DA，IO扩展）键盘电路数码管键盘模数转换数模转换可编程接口第1章概述单片机自身没有编程开发能力，必须借助软件开发工具编写调试应用软件。单片机实验箱软件开发工具第1章概述开发工具——PROTEUS单片机仿真软件

第1章概述

KeilC51简介

KeilC51是51单片机软件开发的C语言和汇编语言环境，可以进行纯软件仿真；也可以与Proteus软件联合进行仿真。开发工具——Keil集成开发环境软件第1章概述仿真运行效果第1章概述学好这门课程的建议多练多实践（计算机是“玩”出来的，只学不练用不好计算机，单片机也一样），仿真设计或实验板都行课前预习、课后复习、勤做练习、及时提问强化记忆（在理解的基础上该记的东西一定要记，不记忆一些基本和必要的内容就谈不上应用）多看案例和阅读编写程序（相关参考书非常多）网上有很多学习单片机的网站，视频

第1章概述单片机电源模块按键音乐输出LED显示数码管显示红外遥控继电器控制串行模块关于实验板第1章概述单片机仿真软件-Proteus应用简介第2讲学习和实践单片机的两个重要软件工具程序开发软件-KeiluVision应用简介第1章概述Proteus是电路分析与实物仿真软件（ISIS和ARES）英国LabcenterElectronicsLtd.开发提供原理图绘制、单片机系统仿真与PCB设计等功能（部分功能类似于Multisim软件）

可仿真多种MCU，如51、AVR，PIC，MSP等可仿真许多电子元件，如阻容元件、开关、晶体管、集成电路、液晶显示器等可提供多种调试虚拟仪器，如示波器、信号源等单片机仿真软件-Proteus应用简介第1章概述ISIS——智能原理图输入系统数字与模拟电路原理图绘制数字与模拟电路仿真运行单片机汇编程序编译调试(IntelligentSchematicInputSystem)ProteusISIS模块第1章概述单片机系统原理图数字与模拟电路原理图绘制第1章概述测频电路原理图第1章概述可利用线路探针进行电路测量利用不同颜色电路连线显示相应电压利用箭头显示电流方向探针实时显示电压/电流值暂停时，使用VirtualInstruments按钮，可显示元件参数信息

数字与模拟电路仿真运行第1章概述虚拟示波器第1章概述调幅信号输出信号发生器参数设置虚拟信号发生器第1章概述数字时钟信号激励源

数字时钟信号输出第1章概述区域1区域2区域3区域4区域5区域1：电路图编辑窗口，其中的蓝色方框标示了当前的绘图区的大小，电路图只能画在方框内。区域2：预览窗口，显示的是当前整个图纸的缩略图区域3：对象选择及元件列表区区域4：模型工具栏区域5：仿真执行按键第1章概述ProteusISIS模块绘制电路原理图主菜单命令工具栏元件挑选按键先挑选绘制电路原理图中用到的元件，放入列表。然后进行元件的连接。第1章概述挑选元件挑选元件对话框，在“Category”按所选元件先选择所属类别，然后在中间区域出现的元件型号中再作选择。第1章概述放置对象及调整选择了元件，拖到编辑区，未放下的状态。元件已经放下。第1章概述“电源”及“地”的选择第1章概述对象的编辑双击对象，会弹出对象的属性框，可作修改。移动、旋转等操作，鼠标右键点击改变元件方向的操作命令第1章概述电气连线Proteus有自动捕捉功能，只要鼠标移动到元件的端点附近，即会出现可以连线的标记。只需用鼠标左键点击一下，再拖动到目标端点再次点击左键即可。禁止符号预留空间太小连好的电线第1章概述设置标签功能相对独立的电路模块可单独画为一块，与其他电路的连接可采用标签（Label），保持整体电路图的有序。电气连线标签工具ADC0808AT89C51名为OE的标签第1章概述仿真测试左键单击一下选中单片机，再点击一下，弹出一个对话框，在其中的“ProgramFile”栏目中填入程序的目标文件（后缀是HEX的文件），或者点击空白框的右边的文件夹图标进行浏览查找需要的的HEX文件。第1章概述仿真执行第1章概述ARES——高级布线与编辑软件(AdvancedRoutingandEditingSoftwae)

PCB布局布线设计输出ProteusARES模块第1章概述

KeilC51简介

KeilC51是51单片机软件开发的C语言和汇编语言环境，可以进行纯软件仿真；也可以与Proteus软件联合进行仿真。KeiluVision集成开发环境第1章概述Keil集成了项目（Project）管理、源代码(SourceCode)编辑、程序调试(Debug)和flash编程等多种应用程序于一体。其Cx51编译器可以支持所有8051的衍生产品的开发，同时支持第三方开发工具。应用μVision3开发程序时，首要的一件事就是新建项目。不建立项目的话，可以进行源程序的编写，但是不能编译。第1章概述创建项目新建项目指令弹出的对话框填入项目名称在随后弹出的CPU器件的选择对话框中，按项目需求选定CPU型号，μVision3将按所选器件自动设置默认的工具选项，简化了项目的配置过程。第1章概述添加程序文件建立项目之后，用户的程序文件通过“添加”的方式加入项目，可以是新建的文件，也可以是已有的文件。新建文件的过程和WAVE6000类似，需要保存为“.asm”或“.c”。添加文件命令弹出的“添加文件”对话框鼠标右键单击“SourceGroup”第1章概述编译项目及调试编译之前，对调试环境做些设置。初学时，可按默认值或作少许选择，熟悉后，再按需要做设置。第1章概述常规配置选中以产生目标代码第1章概述编译项目快捷图标菜单指令第1章概述仿真执行程序进入仿真执行环境才可以执行。“调试”菜单命令“调试”快捷图标第1章概述调试程序仿真执行界面与编辑文件时的界面有所不同，项目管理窗口显示寄存器内容，而“视图”（View），“调试”（Debug）等菜单的很多项目可用了。此时修改了程序，是不能编译的，必须退出调试环境才可以编译。第1章概述执行方式程序的执行方式有全速（Run，F5）、单步跟踪（Stepinto，F11）和单步（Stepover，F10）。复位全速执行停止单步跟踪单步跳出跟踪执行到光标处第1章概述应用举例

图1-1是一个基于AT89S51单片机的计数显示器电路原理图（为了清楚起见，图中省略了单片机的最小工作电路，但不影响仿真），其功能是对按键BUT的按压次数进行计数，并将结果显示在两位数码管显示器上。第1章概述区域1区域2区域3区域4区域5区域1：电路图编辑窗口，其中的蓝色方框标示了当前的绘图区的大小，电路图只能画在方框内。区域2：预览窗口，显示的是当前整个图纸的缩略图区域3：对象选择及元件列表区区域4：模型工具栏区域5：仿真执行按键（1）启动ISIS第1章概述（2）绘制电路原理图第1章概述（3）启动KeiluVision，建立工程→输入源程序→保存为int-count.C文件→加入源程序组→编译连接生成int-count.hex目标程序文件。第1章概述（4）切换回ProteusISIS界面，加载int-count.hex目标程序文件到AT89S51单片机，启动仿真运行，鼠标点击按钮一次则数码管显示的值加一，跟真实的效果完全一样。v1-1第1章概述单片机原理与应用第2章单片机结构及工作原理内容指南本章以AT89S51/52单片机为例，介绍单片机的组成结构及工作原理。包括AT89S51的基本硬件结构、工作原理、外部信号引脚、存储器结构、I/O口结构及单片机时序与工作方式。学习目标掌握AT89S51单片机的内部基本结构与外部引脚功能。了解AT89S51单片机的主要内部资源。掌握AT89S51单片机的存储器结构及工作原理。掌握AT89S51单片机4个通用I/O口的结构与功能。第2章单片机结构及工作原理MCS®---Intel公司的注册商标，

MicroControllerSeries微控制器系列MCS-51---51系列微控制器（8位）MCS-96---96系列微控制器（16位）51系列又分为51和52两个子系列，结构相同，只是存储器数量、定时/计数器个数、中断源数不同。典型芯片是80C51和80C52.第2章单片机结构及工作原理AT89S51/52是美国Atmel公司的单片机，是AT89C51/52的升级换代产品。与MCS-51系列单片机完全兼容。关于MCS-51内核单片机MCS-51系列设计上的成功，以及很高的市场占有率，已成为8位单片机的工业标准。Intel公司以专利形式把8051内核技术转让给ATMEL、Philips、Cygnal、ANALOG、LG、ADI、Maxim、DALLAS等公司。这些公司生产的51内核单片机与MCS-51兼容，因而常用51系列单片机来称呼所有这些具有8051指令系统的单片机。这些兼容机的各种衍生品种统称为51系列单片机或简称为51单片机。第2章单片机结构及工作原理与MCS-51兼容的主要产品第2章单片机结构及工作原理单片机—将通用微计算机的基本功能部件集成在一块芯片上构成的一种微计算机系统MCU=CPU+程序存储器+数据存储器+I/O+定时/计数器+内外中断+可编程全双工串行口+…第2章单片机结构及工作原理基本概念单片机是通过执行程序来工作的，执行不同的程序就能完成不同的任务。单片机程序是由一条条有序指令组成，按一定形式存放在程序存储器中；执行程序时，CPU从程序存储器中取指令，分析并执行指令，执行完将结果放到内部寄存器或指定的数据存储器中；存储器是由一个个存储单元组成，并以地址进行区分，即每个存储单元都有一个地址。第2章单片机结构及工作原理基本概念存储单元中存放8位二进制数，即1个字节。程序和数据以字节为单位存放在各自的存储器中。务必搞清两个概念：存储单元地址存储单元内容（指令）第2章单片机结构及工作原理变量名与存储单元地址相对应，变量值与存储单元的内容相对应。例如例如：程序中定义的变量第2章单片机结构及工作原理基本概念单片机内部有三种总线：数据总线，传送8位数据的双向通道，从CPU到存储器或I/O端口，或从存储器、I/O端口到CPU；地址总线，传送地址的单向通道，地址只能从CPU传向存储器或I/O端口；地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的存储空间大小，51单片机有16位地址线。控制总线，传送控制信号的通道。第2章单片机结构及工作原理

2.1单片机的内部结构第2章单片机结构及工作原理程序存储器：4KBFlashROM，用于存放程序/表格常数。数据存储器：共128个RAM单元，用于存放可读写数据。定时/计数器：2个16位的定时/计数器，实现定时或计数功能。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）并行I/O口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。串行口：1个全双工串行口第2章单片机结构及工作原理AT89S51单片机的CPUAT89S51的CPU是由运算器和控制器所构成的。第2章单片机结构及工作原理2.3AT89S51单片机的CPU运算器：ALU、和专用寄存器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、数据地址指针DPTR、程序计数器PC、堆栈指针SP、ROM地址寄存器以及16位地址缓冲器等。第2章单片机结构及工作原理运算器运算器的功能主要进行算术和逻辑运算，它由算术逻辑单元ALU、累加器ACC、B寄存器、PSW状态字寄存器和两个暂存器组成。算术逻辑单元ALU。加、减、乘、除、增量、十进制调整和比较等算术运算；与、或、异或等逻辑运算；左移位、右移位和半字节交换等操作；

操作数暂存于累加器和相应寄存器，操作结果存于累加器，操作结果的状态保存于状态寄存器(PSW)中。第2章单片机结构及工作原理运算器累加器A(Accumulator)

程序中最常用的8位特殊功能寄存器。主要功能为存放操作数以及存放运算的中间结果。单片机中大部分单操作数指令的操作数取自累加器，多操作数指令中的一个操作数也取自累加器。加、减、乘、除算术运算指令的运算结果都存放于累加器A或B寄存器中。指令系统中用A作为累加器的助记符。第2章单片机结构及工作原理运算器寄存器B主要用于乘除法运算的8位寄存器。

乘法运算时，B为乘数，乘积的高位亦存于B中。

除法运算时，B为除数，并将余数存于B中。此外，寄存器B也可以作为一般数据寄存器来使用。第2章单片机结构及工作原理程序状态字PSW(ProgramStatusWord)用于存放指令执行时的状态信息的8位寄存器。其中有些位的状态是根据指令执行结果，由硬件自动设置的。PSW的状态可用专门的指令进行测试，也可以用指令读出。一些条件转移指令将根据PSW中有关位的状态来进行条件转移，其各位定义如下：第2章单片机结构及工作原理程序状态字PSW(ProgramStatusWord)P…OVRS0RS1F0ACCyD7D6D5D4D3D2D1D0进位标志、在算术/逻辑运算时,若有进位/借位,Cy＝1;否则,Cy＝0.在位处理器中它是位累加器。辅助进位标志在BCD码运算时,用作十进位调整.用户通用状态标志

溢出标志,用来指示运算结果是否产生溢出奇偶标志位

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1，否则清0

第2章单片机结构及工作原理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、数据地址指针DPTR、程序计数器PC、堆栈指针SP、ROM地址寄存器以及16位地址缓冲器等。第2章单片机结构及工作原理控制器控制器的功能是控制单片机各部件协调动作。它由程序计数器PC、PC加1寄存器、指令寄存器、指令译码器、定时与控制电路组成。其工作过程就是执行程序的过程，而程序的执行是在控制器的控制下进行的。步骤如下：从片内外程序存储器ROM中取出指令，送指令寄存器，通过指令寄存器再送指令译码器，将指令代码译成一种或几种电平信号。由时序逻辑电路进行综合后用以控制系统各部件进行相应的操作，完成指令的执行。第2章单片机结构及工作原理程序计数器PC(ProgramCounter)一个16位的计数器，用于存放将要执行的指令地址，寻址范围达64KB。PC有自动加1的功能，以实现程序的顺序执行。PC没有地址，是不可寻址的，无法对它进行读写。但在执行转移、调用、返回等指令时，能自动改变其内容，以改变程序的执行顺序。第2章单片机结构及工作原理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？第2章单片机结构及工作原理51系列单片机一般采用40只引脚的双列直插式（DIP——DualIn-linePackage）封装结构2.3单片机引脚及功能

第2章单片机结构及工作原理除DIP封装外，51单片机还采用44只引脚的方形扁平(QFP

——QuadFlatPackage)封装方式（4只引脚无用）。第2章单片机结构及工作原理DIP引脚分布电源及晶振引脚（共4只）控制引脚（共4只）端口引脚（共32只）三类第2章单片机结构及工作原理（1）电源及晶振引脚VCC(40脚)：+5V电源引脚VSS(20脚)：接地引脚XTAL1(19脚)；外接晶振引脚（内置放大器输入端）XTAL2(18脚)：外接晶振引脚（内置放大器输出端）89S51Vcc80C512040Vss+5V89S51第2章单片机结构及工作原理20～40pF1～24MHz（AT89C51）1～33MHz（AT89S51）也可以由XTAL1端接入外部时钟，此时应将XTAL2悬空：XTAL1XTAL2XTAL2XTAL1外部时钟通常外接一个晶振两个电容第2章单片机结构及工作原理第2章单片机结构及工作原理（2）控制引脚RST/VPD

(9)：复位/备用电源引脚ALE/PROG

(30)：地址锁存使能输出/编程脉冲输入PSEN

(29)：输出访问片外程序存储器读选通信号EA/VPP

(31)：外部ROM允许访问/编程电源输入20μF8K10k80C51第2章单片机结构及工作原理控制引脚的第二功能不用理会！系统扩展用单片机访问外部存储器时，P0口可用作地址/数据复用口。P0口的信息是地址还是数据由ALE来定义。

ALE高电平期间，P0口上一般出现地址信息，在ALE下降沿时，将P0口上地址信息锁存到片外地址锁存器，在ALE低电平期间P0口上一般出现指令和数据信息。在不访问片外存贮器时，该端也以六分之一的时钟频率固定输出正脉冲。可作系统中其它芯片的时钟源。对片内EPROM编程时，此脚用于编程脉冲输入。ALE/PROG：地址锁存允许信号/编程脉冲输入端。第2章单片机结构及工作原理PSEN：片外程序存储器选通信号，低有效。在寻址外部程序存储器时选通外部ROM的读控制端(OE)。89S51P0.0-P0.7ALEPSENP2.0-P2.48D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GEAOECEEPROM373第2章单片机结构及工作原理当EA为高时CPU访问程序存贮器有两种情况：①地址小于4K时访问内部程序存贮器。②地址大于4K时访问外部程序存贮器。当EA接地，则不使用内部程序存贮器，不管地址大小，取指时总是访问外部程序存贮器。对于最小系统EA应当接高电平第2章单片机结构及工作原理（3）端口引脚P0.0～P0.7（39～32脚）——P0口P1.0～P1.7（1～8脚）——P1口P2.0～P2.7（21～28脚）——P2口P3.0～P3.7（10～17脚）——P3口8只/组×4组=32只引脚P0口～P3口是单片机对外联络的重要通道第2章单片机结构及工作原理最简单的单片机电路图MCU的电源引脚被隐藏（ISIS仿真与Vcc和Vss无关）第2章单片机结构及工作原理51单片机引脚小结控制引脚并行I/O口引脚电源及时钟引脚X1

X2

EA

PSEN

ALE

RST

VCC

GND

AT89S51

P0

P1

P2

P3

P00~P07

P10~P17

P20~P27

P30~P37

第2章单片机结构及工作原理2.4AT89S51单片机存储器结构

1.

存储器划分方法计算机存储器地址空间的两种结构形式：普林斯顿结构和哈佛结构。RAM和ROM统一编址

RAM和ROM分别编址

第2章单片机结构及工作原理程序存储器ROM数据存储器RAM第2章单片机结构及工作原理51单片机采用哈佛结构，共有4个物理存储空间：片内RAM、片内ROM、片外RAM、片外ROM各类存储器分别编址片内RAM片内ROM片外RAM片外ROM00H000H0000H0000H

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80318751805189C51片内RAM片内ROM256B（字节）4KB64KB64KB在物理结构上有4个存储空间★CPU访问这几个不同的逻辑空间时采用不同的指令：

MOV

MOVX

MOVC在逻辑地址上只有3个存储空间片内RAM和片外RAM是独立编址的，而片内ROM与片外ROM是统一编址的，所以在逻辑地址上只有3个存储空间片内RAM片外RAM第2章单片机结构及工作原理51单片机的四个物理存储空间仅相当于三个逻辑存储空间片内RAM片内ROM片外RAM片外ROM00H000H0000H0000H

FFH

FFFHFFFFHFFFFH物理存储空间逻辑存储空间2.程序存储器(ROM)作用：存放程序、表格或常数，具有非易失性特点：片内ROM与片外ROM可有2种组合方案第2章单片机结构及工作原理方案1

：4KB以内的地址在片内ROM，大于4KB的地址在片外ROM中（图中折线），两者共同构成64KB空间；方案2

：片内ROM被禁用，全部64KB地址都在片外ROM中（图中直线）。2种组合方案由EA引脚的电平状态决定：EA=1时为方案1（使用片内ROM）EA=0时为方案2（只使用片外ROM）EA引脚接低电平时，仅使用片外ROM（片外ROM不可缺省)。由于片内、外ROM是统一编址的，故只能算作1个逻辑存储空间。第2章单片机结构及工作原理EA引脚接高电平时，可同时使用2种ROM(片外ROM可以缺省)；第2章单片机结构及工作原理中断程序执行过程：某一突发事件→相应中断入口地址自动装入PC→引导两次跳转→执行相应中断服务程序主程序一般应安排在0030H地址以后（有中断需要时）ROM有6个特殊存储器单元——用于程序引导…主程序跳转指令INT0中断跳转指令T0中断跳转指令INT1中断跳转指令T1中断跳转指令主程序首指令0000H0003H000BH0013H001BH0030H0023HRI/TI中断跳转指令ROM

0000H：主程序入口地址

0003H：INT0中断程序入口地址

000BH：T0中断程序入口地址

0013H：INT1中断程序入口地址

001BH：T1中断程序入口地址

0023H：RI/TI中断程序入口地址3.片内数据存储器(RAM)作用：存放程序运行结果字长：8位数量：128B+128B（80C51）30H低128B（00H～7FH）为普通RAM区高128B（80H～FFH）为特殊功能寄存器区第2章单片机结构及工作原理(1)低128字节的区域

①工作寄存器区（00H～1FH）

②可位寻址区（20H～2FH）

③用户RAM区（30H～7FH）①②③30H第2章单片机结构及工作原理①区共有32个存储单元；每个单元都有1个8位地址（字节地址）每个单元都有1个寄存器名称（R0～R7）32个单元分为4组（第0～

第3组）CPU只能选一组为当前工作寄存器组当前工作寄存器组取决于PSW的设置①30HCPU复位后RS1和RS0默认值为0，即默认第0组为当前工作寄存器组。第2章单片机结构及工作原理②30H②区共有16个存储单元；每个单元都有一个字节地址每个单元都有8个不同的位地址

②区共有128个位地址②区可以字节地址和位地址两种方式存取数据。第2章单片机结构及工作原理③区共有80个存储单元；每个单元都有一个字节地址，但没有位地址，也没有寄存器名。③30H此区可作为堆栈区和中间数据存储区使用——用户RAM区【注意】：①区和③区只能按字节进行数据存取操作，②区则可按字节和位两种方式存取操作。第2章单片机结构及工作原理（2）高128字节RAM区

30HSFR承担着51单片机内部资源的管理工作每个存储单元都有一个字节地址，但只有其中21个单元可以使用，并有相应寄存器名称。51单片机共有21个特殊功能寄存器（SpetialFunctionRegister）第2章单片机结构及工作原理字节地址末位是0或8的SFR，都具有位地址。88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH2.5并行I/O口结构

并行：数据位同时传送称为并行。51单片机有4个并行I/O口，分别是P0，P1，P2，P3；每个并行口又有8位，也称为有32位I/O口。I/O口既可以并行使用，也可以单独使用。（既有字节地址又有位地址）做通用I/O使用时，每一位I/O都能独立地用作输入或输出。第2章单片机结构及工作原理由于一机多能，4个并行口的内部结构也不同（有些口有第二功能）。了解4个口的内部结构对于正确使用这些I/O口非常重要。第2章单片机结构及工作原理P0口功能1、可作为8位普通I/O口功能2、扩展外部总线时作为地址总线低8位和8位数据总线复用口使用。第2章单片机结构及工作原理P0口12DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线地址/数据控制引脚P0.X43VccT1T2MUX=0第2章单片机结构及工作原理P0口引脚P0.X12DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线地址/数据控制43VccT1T2MUX=0第2章单片机结构及工作原理P0口引脚P0.X12DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线地址/数据控制43VccT1T2MUX=1第2章单片机结构及工作原理P0口作为一般I/O口使用12DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线地址/数据控制43VccT1T2MUX=0引脚P0.X00截止Vcc10k1、P0口用作输出例:MOVP0,#10101010B11001第2章单片机结构及工作原理P0口作为一般I/O口使用12DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线地址/数据控制43VccT1T2MUX=0引脚P0.X00截止Vcc10k例:MOVP0,#10101010B00110P0口能驱动8个LSTTL门电路1、P0口用作输出第2章单片机结构及工作原理2、P0口用作输入P0口作为一般I/O口使用12DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线地址/数据控制43VccT1T2MUX=0引脚P0.X00截止Vcc10k例:MOVA,P0?=1若锁存器原保存数据Q=0，将使T2导通；P0.X始终为低电平,不能输入’1’信号。因此，在P0口作输入口使用前必须先置1。第2章单片机结构及工作原理P0口作为一般I/O口使用12DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线地址/数据控制43VccT1T2MUX=0引脚P0.X00截止Vcc10k“读-修改-写”指令ANLP0,A第2章单片机结构及工作原理P0口作为地址/数据总线使用12DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线地址/数据控制43VccT1T2MUX=1引脚P0.X3、输出地址时：1001导通1第2章单片机结构及工作原理P0口作为地址/数据总线使用12DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线地址/数据控制43VccT1T2MUX=1引脚P0.X3、输出地址时：0110截止0第2章单片机结构及工作原理P0口作为地址/数据总线使用12DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线地址/数据控制43VccT1T2MUX=1引脚P0.X4、输入数据时：=1截止输入指令将使引脚与内部总线直通第2章单片机结构及工作原理P0口总结特点：（1）P0口可作通用I/O口，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口应外接上拉电阻；（4）作通用I/O口输入时，需先向对应的锁存器写1；（5）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。第2章单片机结构及工作原理P1口12DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线VccT2引脚P1.X1101MOVP0,A（1）只能作普通I/O口（2）输出驱动接有上拉电阻,不是开漏输出,无高阻态。第2章单片机结构及工作原理P1口12DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线VccT2引脚P1.X0010MOVP0,A（1）只能作普通I/O口（2）输出驱动接有上拉电阻,不是开漏输出,无高阻态。第2章单片机结构及工作原理P1口12DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线VccT2引脚P1.XMOVA,P0=1（3）输入数据时，需先向对应的锁存器写1；（4）P1口能驱动4个LSTTL门电路（1）只能作普通I/O口（2）输出驱动接有上拉电阻,不是开漏输出,无高阻态。第2章单片机结构及工作原理P2口12DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线地址控制VccT2MUX引脚P20.X（4）可位寻址，也可按字节寻址。（1）可用作输出高8位地址、通用I/O口。（2）输出驱动接有上拉电阻，不是开漏输出,无高阻态，因此是准双向口。（3）从P2口输入数据时，先向锁存器写“1”。第2章单片机结构及工作原理P3口

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。第2章单片机结构及工作原理P3口口线替代的第二功能P3.0RXD（串行口输入）P3.1TXD（串行口输出）P3.2INT0（外部中断0输入）P3.3INT1（外部中断1输入）P3.4T0(定时器0的外部输入)P3.5T1(定时器1的外部输入)P3.6WR（写选通控制输出）P3.7RD（读选通控制输出）第2章单片机结构及工作原理结论：在最小应用系统中P0～P3口都作为准双向通用I/O口，其中只有P0口需要外接上拉电阻；在总线扩展系统中，P2口作为高8位地址线，P0口作为低8位地址线/8位数据线复用口，此时P0口是真双向口。第2章单片机结构及工作原理P1～P3口驱动LED发光二极管（a）不恰当连接：高电平驱动（b）恰当的连接：低电平驱动发光二极管与I/O口的直接连接第2章单片机结构及工作原理I/O口应用举例红外防盗报警器第2章单片机结构及工作原理问：P1.3作什么口？P1.0,P1.1,P1.2?如何加一个蜂鸣器？光路通畅，R亮

2K

光路阻断，R暗

400K

第2章单片机结构及工作原理

JOB3:CLRP1.1;亮绿灯

REDO:SETBP1.3;P1.3作输入口必先置1CHECK:JNBP1.3,CHECK;检测通道是否被阻断？

LOOP:…………;有入侵者，报警！

AJMPREDO;再跳回去检测P1.3口用于输入状态检测的语句红外线光路通畅时，P1.3端＝低电平红外线光路阻断时，P1.3端＝高电平第2章单片机结构及工作原理（1）时序的概念第2章单片机结构及工作原理时序是对象（或引脚、事件、信息）间按照时间顺序组成的序列关系。时序可以用状态方程、状态图、状态表和时序图4种方法表示，其中时序图最为常用。时序图亦称为波形图或序列图，纵坐标表示不同对象的电平，横坐标表示时间（从左往右为时间正向轴），通常坐标轴可省略。2.6单片机时序及时钟电路第2章单片机结构及工作原理（2）单片机时序——CPU在执行指令时所需控制信号的时间顺序。1、用于片内各功能部件的控制（不作介绍）2、用于片外存储器或I/O端口的控制（第8.2.1节介绍）51单片机访问外部RAM时序

51单片机时序的定时单位：时钟周期（或节拍）P、状态周期S、机器周期、指令周期1个时钟周期=振荡器的周期（振荡器频率的倒数）1个状态周期（S）=2个节拍（时钟周期）1个机器周期=6个状态（S）=12个时钟周期1个指令周期约为1～4个机器周期第2章单片机结构及工作原理举例：12MHz晶振，一个机器周期是多少？单片机需要统一的时钟控制，其时钟系统可有两种方案：（3）时钟电路

外部时钟脉冲内部OSC+外部时钟电路，或内部OSC

+外部时钟脉冲第2章单片机结构及工作原理MCS-51的时钟频率一般为6～12MHzAT89C51的时钟频率为1～24MHzC1、C2≈30pF外部时钟电路石英晶体复位——使单片机恢复原始默认状态的操作。单片机的复位与复位电路

第2章单片机结构及工作原理复位条件在RST/VPD引脚端出现：两个机器周期以上的高电平。

复位方式

上电复位第2章单片机结构及工作原理复合复位按键复位10ms3V两种低功耗节电模式：空闲模式（idlemode）掉电保持模式（powerdownmode）。掉电保持模式下，Vcc可由后备电源供电。低功耗节电模式两种节电模式的内部控制电路。两种节电模式可通过PCON的位IDL和位PD的设置来实现PCON寄存器各位定义：SMOD：串行通信波特率选择（该位见第7章的介绍）。━：保留位。GF1、GF0：通用标志位，两个标志位用户使用。PD：掉电保持模式控制位，PD=1，则进入掉电保持模式。IDL：空闲模式控制位，若IDL=1，则进入空闲运行模式。1.空闲模式进入如把PCON中的IDL位置1，则把通往CPU的时钟信号关断，便进入空闲模式。虽然振荡器运行，但是CPU进入空闲状态。所有外围电路（中断系统、串行口和定时器）仍继续工作，SP、PC、PSW、A、P0～P3端口等所有其他寄存器、内部RAM和SFR中内容均保持进入空闲模式前状态。2.空闲模式退出两种方法退出，响应中断方式，硬件复位方式。空闲模式1.掉电模式的进入 用指令把PCON寄存器的PD位置1，便进入掉电模式。在掉电模式下，进入时钟振荡器的信号被封锁，振荡器停止工作。由于没有时钟信号，内部的所有功能部件均停止工作，但片内RAM和SFR的原来的内容都被保留，有关端口的输出状态值都保存在对应的特殊功能寄存器中。2.掉电模式的退出 两种方法：硬件复位和外部中断。掉电运行模式单片机原理与应用第3章指令系统与汇编语言程序设计内容指南：单片机的工作就是执行程序，而程序是指令的有序集合。汇编语言是最基本的编程方式，而C语言则是单片机程序开发的主流。对于应用C语言程序开发的读者来说，了解单片机的指令系统和汇编语言也是十分必要的。本章主要介绍AT89S51单片机的指令系统与汇编语言程序设计。学习目标：掌握51单片机指令系统与汇编语言程序的基本概念。了解51单片机汇编指令的分类、语法规则、功能及程序用法。了解汇编语言程序设计步骤及编程方法。第3章指令系统与汇编语言程序设计3.1指令系统概述3.2寻址方式3.3指令详解3.4汇编语言程序设计

第3章指令系统与汇编语言程序设计数据传送类（28条）算术运算类（24条）逻辑运算类（25条）控制转移类（17条）位操作类（17条）指令系统——计算机中全部指令的集合51单片机共有111条指令，按功能可划分为五大类：指令——CPU用于指挥功能部件完成某一指定动作的指示

和命令第3章指令系统与汇编语言程序设计CPU能直接识别并执行的指令是机器语言指令，表现形式为二进制编码。例如：0111010010101011机器语言指令显然不利于阅读与编程第3章指令系统与汇编语言程序设计为了改善可读性约定了一些能反应机器指令功能的单词来代表该机器指令把内部的各种资源符号化！！0111010010101011MOVA，#0ABH汇编指令机器指令第3章指令系统与汇编语言程序设计易懂的单词ADDCLRSETBRETJMPSWAPNOPACCBDPTRP0TMODSBUF资源符号化第3章指令系统与汇编语言程序设计编译器就是将“高级语言”翻译为“机器语言”的程序KeiluVision4MicrosoftVisualC++6.0第3章指令系统与汇编语言程序设计汇编语言：用助记符号表示指令的计算机语言汇编指令集、伪指令和使用他们的规则的统称特点1.与机器相关性不同型号CPU有不同的机器指令系统，也就有不同的汇编语言2.执行效率高汇编直接对硬件操作3.编写程序较为复杂汇编语言要安排运算的每一个细节4.汇编语言用到大量的各类转移指令，这些跳转指令加大了调试的难度第3章指令系统与汇编语言程序设计使用领域：要求执行效率高，反应快的领域如：操作系统内核，实时系统与硬件资源密切相关的软件开发如：设备驱动程序受存储容量限制的应用领域如：家用电器的计算机控制功能没有适当的高级语言开发环境不宜使用的领域：大型软件的整体开发第3章指令系统与汇编语言程序设计汇编语言（AssemblyLanguage）——用助记(字)符代替操作码，用地址符号代替地址码的一种面向机器的程序设计语言；本章学习目标：了解汇编语言的一般规则，借助指令手册能读懂汇编程序。汇编语言特点——代码精炼、执行速度快，但不便于编写较复杂的程序；汇编程序处理过程——输入源程序→检查语法正确性（如有语法错误，输出错误信息）→翻译成二进制目标程序。第3章指令系统与汇编语言程序设计一条汇编语言指令中最多包含4个区段，其一般格式为：

[标号:]操作码[操作数][;注释]标号（标识符）当前指令行的符号地址，其值为

该指令的机器码首字节在ROM中的存放地址；标号由英文字母开头的1～6个字符组成，不区分大小写；标号与(英文)冒号可以同时省略。………….…….0122H0123H0124H…….xxHxxHxxH

74H

12HROMSTART→

[标号:]

操作码[操作数][;注释] ……START:MOVA,#12H;机器码7412H ……例如：第3章指令系统与汇编语言程序设计

[标号:]

操作码

[操作数][;注释]操作码是指令的操作行为，由操作码助记字符表征；51单片机共有42种操作码助记符，不区分大小写。MOVA,#12H;

move（传送）SETBP1.0 ;setbit（置位）CJNEA,R0,START;compareandjumpifnotequal（比较跳转）举例：第3章指令系统与汇编语言程序设计

[标号:]操作码

[操作数]

[;注释]操作数是指令的操作对象，用操作数简记符表示，不区分大小写；操作数可以是3个、2个、1个或没有操作数；操作数大于1时要用(英文)逗号隔开。CJNEA,R0,START;若A≠R0,转STARTADDA,#10H ;A+10H→ACRLA ;A←0RET ;子程序返回举例：第3章指令系统与汇编语言程序设计

[标号:]操作码[操作数]

[;注释]注释是对指令的解释性说明，用以提高程序的可读性；可用任何文字或符号描述，可以省略；由(英文)分号开始，无需结束符号。MOVA,#12H;立即数12H→ASETBP1.0 ;P1.0←1CJNEA,R0,START;若A≠R0,转START

举例：第3章指令系统与汇编语言程序设计指令手册中，每条指令的操作数却是以简记符号表示的。掌握简记符号规则→便于阅读源程序（查指令手册）真实指令中一般都含有具体的操作数，例如：MOVA,R3或MOVA,#35H第3章指令系统与汇编语言程序设计简记符号Rn（n=0~7）-当前工作寄存器组中的寄存器R0~R7之一Ri（i=0,1）-当前工作寄存器组中的寄存器R0或R1@----------间址寄存器前缀#data------8位立即数/#data16-----16位立即数direct------片内低128个RAM单元地址及SFR地址addr11------11位目的地址addr16------16位目的地址rel---------8位地址偏移量，范围：－128～＋127bit---------片内RAM位地址、SFR的位地址（X）------表示X地址单元或寄存器中的内容((X))------由X间接寻址的单元中的内容←----------箭头左边的内容被箭头右边的内容所取代/----------位操作数的取反操作前缀第3章指令系统与汇编语言程序设计寻址方式是对操作数存在规律的归纳，一条指令究竟属于哪种寻址方式往往并不重要，也不会影响它的使用，因而不必过意追究。51单片机共有七种寻址方式：直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、立即寻址、变址寻址、位寻址、相对寻址。寻址方式越多，单片机的功能就越强；CPU取得操作数的方法称为寻址方法

寻址方式第3章指令系统与汇编语言程序设计立即寻址操作数在指令编码中寻址空间：ROM对于MOVDPTR，#2100H指令，立即数高8位“21H”装入DPH

【例】执行MOVA，#50H

结果：（A）=50H

MOV A,#100MOV 33H,#10H

MOV R0,#0FFH

第3章指令系统与汇编语言程序设计寄存器寻址操作数在寄存器中寻址范围：R0~R7、A、B、DPTR【例】若（R0）=30H，

执行MOVA,R0后,（A）=30H

MOV A,R0

ADD A,R5

MOV

R7,A INCDPTR

第3章指令系统与汇编语言程序设计直接寻址指令中的操作数直接以单元地址的形式给出寻址空间：片内RAM低128字节;SFR（符号形式）另一类直接寻址是转移目标地址的寻址。如：LJMPADDR16【例】若（50H）=3AH，

执行MOVA,50H后,（A）=3AH

MOV A,30HMOV 50H,BADD A,60HMOVA,P1第3章指令系统与汇编语言程序设计寄存器间接寻址寄存器中的内容是操作数的地址寻址空间:片内RAM（@Ri、SP） 片外RAM（@Ri、@DPTR）【例】若（R0）=30H,（30H）=5AH

执行MOVA,@R0后,（A）=5AH

MOV A,@R0MOV @R1,AADD A,@R0MOVXA,@DPTR第3章指令系统与汇编语言程序设计位寻址（实质属于位的直接寻址）寻址位数据寻址空间:片内RAM位空间、SFR位空间【例】位地址00H内容为1，MOVC，00H执行后，位地址PSW.7的内容为1。位地址的表示方法:用位名称如P1.5，Cy用位地址如95HMOV C,30HCLRCSETB20HCPLP1.0第3章指令系统与汇编语言程序设计变址寻址操作数地址：基地址+偏移量寻址空间：ROM【例】（A）=0FH,（DPTR）=2400H

执行MOVCA,@A+DPTR(A)=88HMOVC

A,@A+DPTRMOVC

A,@A+PCJMP@A+DPTR第3章指令系统与汇编语言程序设计相对寻址用于跳转指令，实现程序分支Rel常用符号地址表示，离源地址不要超过（－128～＋127）

【例】若rel为75H，PSW.7为1，JCrel存于1000H开始的单元。执行JCrel指令后，程序将跳转到1077H单元取指令并执行。

JCrelJBP1.3,ALARMJZNEXTDJNZR7,LOOP第3章指令系统与汇编语言程序设计——可实现RAM、SFR和ROM之间的数据互传或交换数据传送与交换类指令

指令分类介绍第3章指令系统与汇编语言程序设计第3章指令系统与汇编语言程序设计数据传送与交换类指令共有8种操作码: MOV用于访问片内RAM MOVX用于访问片外RAM MOVC用于访问程序存储器 XCH和XCHD用于字节交换 SWAP用于A内半字节交换 PUSH和POP用