课题一 单片机应用基础知识

1、课题一 单片机应用基础知识,单片机应用系统的构成、应用特点；发展趋势和主流技术；典型单片机型号。 认识单片机AT89S51的引脚、结构及功能。 熟悉AT89S51单片机内部数据存储器、程序存储器的结构特点； AT89S51单片机的时钟和时序；复位电路的设计；I/O接口电路的原理。 熟悉AT89S51最小系统电路；了解单片机外围基本功能电路的组成。 熟悉单片机实验电路板原理。,同学们：我们在前面学习了微机原理，了解了微型计算机的知识。现在你们又开始学习单片机与嵌入式系统，那么同学们一定会问：什么是单片机？我怎么没有见过单片机呢？没买过，也很少看见卖过。 是的，我们日常生活中确实（很少）没有见过单

2、独的单片机。商店中只有计算机、微电脑之类的产品，很少看见出售单片机的商店，甚至连“单片机”这个招牌都很少见。,引例：点亮LED灯 电路原理：,然而，我说你们是见过单片机的，甚至在日常生活中单片机与我们也有很多联系。最明显的例子，是城市中间十字街头交通信号灯的交错定时显示。比如：绿灯亮，放行25秒。接着黄灯亮，警告5秒（催促快行），最后红灯亮，禁止通行。这样周而复始地交错定时显示，就使得十字街头的交通秩序井然，有序通行了。这些交通灯的亮灭就主要是由单片机来控制的。 其他如水塔水位控制器，作息时间控制钟，数字式热敏电阻温度计，步进电机的控制，以及家用电器中全自动洗衣机、电风扇、空调、电饭锅的控制电

3、路中，很多都由单片机来代替了过去的机械的或电子的控制电路了。,由此可见，单片机的应用很广泛。只不过这时的单片机不是单独的单片机，而是上述各个控制电路的组成部分（核心），因此它也就不叫单片机了，而叫上述各种名称了。这样一来，只是有点埋没了单片机的芳名，它真是一个无名英雄。 单片机的全称是单片微型计算机。,那么，究竟什么是单片机呢？ （Single-Chip Microcomputer ）;MCU(Micro Control Unit),1.1 单片机是什么?,1、单片机是微型计算机的一种（一个分支）。,微型计算机,它是一块芯片，故为“单片”，又有计算机的基本功能，故为“单片机”。全称：单片微型计

4、算机（微控制器MCU：Micro controller Unit微电脑),2、单片机的结构,同学们学了微机原理，很多同学一定打开主机箱看过。主机箱里除了硬盘和电源部份外，最主要的是一块主机板。那上面有中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、定时器/计数器能各种输入、输出接口（I/O接口）及地址、信号、控制线等。,而单片机，实验上是将微型计算机主机板上的这几个基本元件高密度地集成在一块芯片上，它具有微型计算机的主要的基本功能。我们说单片机是“机”，实际上已经不是什么“机”了，它只是一块芯片，故称“单片”，又因为它由微机“浓缩”而成（浓缩了的是“精华”），且具有微机的功能，故称为“单片机”

5、 如果考虑单片机的用途主要用于在线实时系统，它在所有的控制电路中起着核心控制作用，所以称它为“微控制器”更恰当些，或者说单片机才是名符其实的“微电脑”。,3、微型计算机的应用形态 从应用形态上，微机可以分成三种：,多板机（系统机） 将CPU、存储器、I/O接口电路和总线接口等组装在一块主机板（即微机主板）。各种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、软/硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内，再配上系统软件，就构成了一台完整的微型计算机系统（简称系统机）。 工业PC机 也属于多板机。,这种计算机系统通常由多块印刷电路板制成：,单板机 将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片和简单的I/O设备（小键盘、

6、LED显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序（固化在ROM中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。,单板机,CPU,CPU芯片,内存条,存储器接口,存储器芯片,输入输出接口,输入输出接口 芯片,定时计数器 芯片,A/D、D/A 芯片,单板机,印 刷 电 路 板,单板机的I/O设备简单，软件资源少，使用不方便。早期主要用于微型计算机原理的教学及简单的测控系统，现在已很少使用。,单片机 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机。,单 硅 晶 片,CPU,存储器,控制电路,定时器,时钟电路,I / O口,单片机,三种应用形态的比

7、较 ：,单板机,单片机,系统机（多板机）,系统机（桌面应用） 属于通用计算机，主要应用于数据处理、办公自动化及辅助设计。,单片机（嵌入式应用） 属于专用计算机，主要应用于智能仪表、智能传感器、智能家电、智能办公设备、汽车及军事电子设备等应用系统。,单片机体积小、价格低、可靠性高，其非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。,1.2 单片机的发展过程及产品近况,1.2.1 单片机的发展过程,1、1971年. Intel公司 8004 4位机 试验阶段,在单片机的发展历史中，Intel公司代表了时代渐流，当前MCS-51是主流主品，因此，我们的课程以MCS-51为基本内容，举一反三

8、、触类旁通，其他的单片机也基本了解了。,单片机技术发展过程可分为三个主要阶段： 单芯片微机形成阶段 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。,特点是：存储器容量较小，寻址范围小（不大于4K），无串行接口，指令系统功能不强。,性能完善提高阶段 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。,特点是：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点

9、进一步突出。现在，MCS-51已成为公认的单片机经典机种 。,微控制器化阶段,特点是：片内面向测控系统外围电路增强，使单片机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。,1982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8路10位ADC、1路PWM输出及高速I/O部件等。,一、单片机的发展趋势：,CPU的发展：准16位（外部总线8位，内部总线16位） 提高字长：81632位 频率：6MHZ12MHZ20MHZ,1

10、.2.2 单片机的发展趋势和产品近况,提高数据处理能力，8位机中算逻部件（ALV）用16位,双CPU,2、片内存储器的发展。 、扩大存储器容量 ROM：1KB2KB4KB8KB RAM：64B128B256B,、片内EPROM开始E2PROM化 EPROM可擦试只读存储器 （高压编程，紫外线擦除） E2PROM电擦除可编程只读存储器 （常压读写，断电保护）,、片内程序的保密措施（加锁技术）,3、加强片内I/O接口功能： 把很多经前的外围设备的电路，通过高集成技术“集成”到单片机芯片上去，从而提高了单片机的功能，简化了系统的总体结构。,工艺上的提高： 、制造工艺： PMOSNMOSHMOSCMO

11、SCHMOS 、扩展工作电源： 4.5V5.5V46.5V 、增加引脚,改进封装,5、片内ROM中固化应用软件和系统软件,6、单片机硬件系统的三个层次：,、单片机系统当单片机内的计算机外围功能单元（除CPU外的ROM，RAM，I/O口，定/计等）不能满足对象要求，而通过系统扩展，在外部并行总线上扩展相应的计算机外围功能单元后所形成的系统。 单片机扩展的外围功能单元都属于CPU的外围器件，故称之为单片机系统（能完成计算机的主要功能）,、单片机单片机芯片本身,、单片机应用系统通过系统配置，给单片机系统按控制对象、环境要求，配置相应的外部接口电路，如数据采集的传感器接口，控制系统的伺服驱动接口单元及

12、满足人、机对话，多机通讯接口后就构成了能满足对象全部要求的单片机硬件环境，这就是单片机应用系统，实际上它就是具有某一具体功能的电器产品。,单片机、单片机系统及单片机应用系统 是单片机硬件系统的三个层次。 系统扩展是构成单片机系统的手段。 系统配置是构成单片机应用系统的手段。 但在实际应用中，由于环境、对象的不同，这三个层次的区分有时并不明显。,随着微电子技术超大规模集成电路的发展，单片机本身会向单片机系统甚至向单片机应用系统扩展其功能，下一代单片机往往就是上一代单片机系统的扩展。这种膨胀式的扩展是不均匀的，从而在新一代单片机中出现了形形色色的具有不同功能的单片机，如带A/D、D/A转换、PWM

13、可带大量I/O口，带PCA，带增强型通讯接口，可具有完善总线可不带外部总线，用户可以从容选择。,ATMEL公司融入Flash存储器技术的AT89系列； Philips公司的80C51、80C552系列； 华邦公司的W78C51、W77C51高速低价系列； ADI公司的ADC8xx高精度ADC系列； LG公司的GMS90/97低压高速系列； Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列； Cygnal公司的C8051F系列高速SOC单片机。, 80C51系列单片机产品繁多，主流地位已经形成，近年来推出的与80C51兼容的主要产品有：,二、单片机产品近况,非80C51结构单片机新品不断

14、推出，给用户提供了更为广泛的选择空间 ，近年来推出的非80C51系列的主要产品有：,Intel的MCS-96系列16位单片机 ； Microchip的PIC系列RISC单片机 ； TI的MSP430F系列16位低功耗单片机 。,特点 (优点)： 集成度高、体积小、功能强、价格低、速度快、功 耗低、使用方便、性能稳定、抗干扰能力强（可靠性高）、 控制性能好、可编程,1.3 单片机的特点及应用领域,1.3.1 单片机的特点,单片机温度适应范围： 民用级：0 70 工业级：- 40 +80 军用级：- 65+125,最主要的特点： 可编程逐步取代模拟控制（不可编程） 单片机控制电路： 一机多用（改变

15、程序，可不改变硬件） 模拟(数字)控制电路： 一机一用（改变功能必须改变硬件）,功能：实时在线控制功能 离线控制利用计算机实现对控制系统的分析、设 计、仿真、建模等工作，也可由控制系统辅助设计CAD。（常用微机、小型机）,1.3.2 单片机的应用领域,在线控制以计算机代替常规的模拟数字电路，使 其成为控制系统电路中的一部份，能及时分析、处理、控制系统的工作（非单片机莫属）。,智能仪器仪表,单片机用于各种仪器仪表，一方面提高了仪器仪表的使用功能和精度，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表的硬件结构，从而可以方便地完成仪器仪表产品的升级换代。如各种智能电气测量仪表、智能传感器等。,机电一体化产品

16、,机电一体化产品是集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的各种机电产品。单片机在机电一体化产品的开发中可以发挥巨大的作用。典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机等。,实时工业控制,单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应用如电机转速控制、温度控制、自动生产线等 。,分布式系统的前端模块,在较复杂的工业系统中，

17、经常要采用分布式测控系统完成大量的分布参数的采集。在这类系统中，采用单片机作为分布式系统的前端采集模块，系统具有运行可靠，数据采集方便灵活，成本低廉等一系列优点。,家用电器,家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广阔。如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等。,另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子等 。,从前面的介绍我们知道，单片机的性能优良，应用广泛，前景广阔。特别是随着Z80时代的结束，微型计算机又向着高性能发展而远走高飞，在控制领域只剩下单片机了。 1983年9月在巴黎召开的第九届世界计算机会

18、议上，对单片机的发展和应用给予了充分的肯定，认为单片机将逐步取代模拟控制，整个工业设备和工艺将进行一次以普及应用微机为特征的技术改造。 单片机的研究、应用方面大有可为。希望同学们重视这门课程，认真学习，努力实践结合计算机其它知识的学习，争取在单片机上有所作为。,1.4 单片机应用系统开发简介,1.4.1 单片机应用系统的开发 正确无误的硬件设计和良好的软件功能设计是一个实用的单片机应用系统的设计目标。完成这一目标的过程称为单片机应用系统的开发。,单片机作为一片集成了微型计算机基本部件的集成电路芯片，与通用微机相比，它自身没有开发功能，必须借助开发机（一种特殊的计算机系统）来完成如下任务： 排除

19、应用系统的硬件故障和软件错误； 程序固化到内部或外部程序存储器芯片中。,1.4.2 单片机应用系统传统开发方式 利用独立型仿真器开发,利用非独立型仿真器开发,SST公司推出的SST89C54和SST89C58芯片分别有20KB和30KB的SuperFLASH存储器，利用这种存储器可以进行高速读写的特点，能够实现在系统编程（ISP）和在应用编程（IAP）功能。首先在PC机上完成应用程序的编辑、汇编（或编译）、模拟运行，然后实现目标程序的串行下载。,1.4.3 单片机开发方式的发展,Microchip公司推出的RISC结构单片机PIC16F87X中内置有在线调试器ICD（In-Circuit Pr

20、ogramming）功能；,该公司还配置了具有ICSP（In-Circuit Serial Programming）功能的简单仿真器和烧写器。通过PC机串行电缆就可以完成对目标系统的仿真调试 。,（1）MCS-51是Intel公司生产的一个单片机系列名称。属于这一系列的单片机有多种，如：,8051/8751/8031； 8052/8752/8032； 80C51/87C51/80C31 80C52/87C52/80C32等 。,1.5 80C51系列概述 1.5.1 MCS-51系列,（2）该系列生产工艺有两种：,CHMOS是CMOS和HMOS的结合，既保持了HMOS高速度和高密度的特点，还具

21、有CMOS的低功耗的特点。在产品型号中凡带有字母“C”的即为CHMOS芯片，CHMOS芯片的电平既与TTL电平兼容，又与CMOS电平兼容。,一是HMOS工艺（高密度短沟道MOS工艺）。二是CHMOS工艺（互补金属氧化物的HMOS工艺）。,（3）在功能上，该系列单片机有基本型和增强型两大类：,增强型： 8052/8752/8032 80C52/87C52/80C32,基本型： 8051/8751/8031 80C51/87C51/80C31,（4）在片内程序存储器的配置上，该系列单片机有三种形式，即掩膜ROM、EPROM和ROMLess(无片内程序存储器)。如：,80C51有4K字节的掩膜ROM

22、； 87C51有4K字节的EPROM ； 80C31在芯片内无程序存储器。,1.5.2 80C51系列, Intel的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等； ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等； Philips、华邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司的许多产品 。,80C51是MCS-51系列中CHMOS工艺的一个典型品种 ；其它厂商以8051为基核开发出的CMOS工艺单片机产品统称为80C51系列。当前常用的80C51系列单片机主要产品有：,1.6 80C51的基本结构与应用模式,1.6.1 80C51的基本结构

23、,1.6.2 80C51的应用模式 一、总线型单片机应用模式,总线型应用的“三总线”模式 非总线型应用的“多I/O”模式,二、非总线型单片机应用模式 非总线型单片机已经将用于外部总线扩展用的I/O口线和控制功能线去掉，从而使单片机的引脚数减少、体积减小。对于不需进行并行外围扩展，装置的体积要求苛刻且程序量不大的系统极其适合。非总线型单片机典型产品如： AT89C2051/AT89C4051。,1.7 80C51典型产品资源配置与引脚,1.7.1 80C51典型产品资源配置,由表可见： （1）增强型与基本型在以下几点不同：,片内ROM字节数：从4K增加到8K； 片内RAM字节数：从128增加到2

24、56； 定时/计数器从2个增加到3个； 中断源由5个增加到6个。,（2）片内ROM的配置形式：,无ROM（即ROMLess）型，应用时要在片外扩展程序存储器；,掩膜ROM（即MaskROM）型，用户程序由芯片生产厂写入；, EPROM型，用户程序通过写入装置写入，通过紫外线照射擦除；, FlashROM型，用户程序可以电写入或擦除（当前常用方式）。,还有OTPROM型（一次性编程写入ROM） 产品，具有较高的环境适应性和可靠性。,1.7.2 80C51的引脚封装与分类 一、引脚封装,总线型,非总线型,二、引脚分类： 1、主电源引脚 Vss、Vcc 2、外接晶振引脚 XTAL1、XTAL2,3、

25、控制或复位引脚 、RST / VPD 复位 /备用电源 当出现两个机器周期高电平时，单片机复位 。 复位后，P0 P3 输出高电平；SP寄存器为07H； 其它寄存器全部清0；不影响RAM状态。,、ALE / PROG 地址锁存控制端/编程脉冲输入端 ALE:提供1/6 fosc振荡频率； PROG:为其内部的EPROM输入编程脉冲 、 外部程序存储器的读选通信号端 当执行MOVC指令时， =0,0 时，只访问外部程序存储器,即外ROM,1 时，先访问内部ROM,再访问外部ROM, 、 内、外ROM选择端/编程电压输入端,4、输入/输出引脚 P0.0 P0.7 ； P1.0 P1.7 ； P2.

26、0 P2.7 ；P3.0 P3.7 四个I / O口，每口八条线，共32脚；还兼作地址/数据线。,EA,VPP:对于8751(EPROM)单片机编程时，该端施加编程电压21.5V,1.8 80C51的内部结构,1、中央处理单元CPU（8位） 用于数据处理、位操作（位测试、置位、复位） 2、只读存储器ROM（4KB或8KB） 用于永久性存储应用程序，掩膜ROM、EPROM、EEPROM 3、随机存取存储器RAM（256B） 用于程序运行中存储工作变量和数据 4、并行输入/输出口 I / O（32线） 用作系统总线、扩展外存、I / O接口芯片,1.8.1 80C51的内部结构 一、总体结构,5、

27、串行输入/输出口 UART （二线,借用） 串行通信、扩展 I / O接口芯片 6、定时/计数器 T（16位增量可编程） 它与CPU之间各自独立工作，当它计数满时向CPU中断 7、时钟电路 fosc 分为内部振荡器、外接振荡电路 8、中断系统 五个中断源、两个优先级，可编程进行控制。,二、具体介绍 1、80C51的微处理器（CPU）,（1）运算器 累加器ACC ； 寄存器B ； 程序状态字寄存器PSW 。,（2）控制器 程序计数器PC ； 指令寄存器IR ； 定时与控制逻辑。,2、80C51的片内存储器 在物理上设计成程序存储器和数据存储器两个独立的空间（称为哈佛结构）：, 内部ROM容量4K

28、字节 范围是：000H0FFFH,内部RAM容量128字节 范围是：00H7FH,3、80C51的I/O口及功能单元,四个8位的并行口，即P0P3。它们均为双向口，既可作为输入，又可作为输出。每个口各有8条I/O线。,有一个全双工的串行口（利用P3口的两个引脚P3.0和P3.1）；,有2个16位的定时/计数器 ；,有1套完善的中断系统。,5、80C51的特殊功能寄存器（SFR）,内部有SP，DPTR（可分成DPH、DPL两个8位寄存器），PCON，IE，IP等21个特殊功能寄存器单元，它们同内部RAM的128个字节统一编址，地址范围是80HFFH。这些SFR只用到了80HFFH128个存储单元

29、中的21个字节单元，且这些单元是离散分布的。,增强型单片机的SFR有26个字节单元，所增加的5个单元均与定时/计数器2相关。,1.8.2 80C51的时钟与时序,一、80C51的时钟产生方式,内部时钟 外部时钟,二、80C51的时钟信号,一个机器周期包含12个晶荡周期或6个时钟周期,指令的执行时间称作指令周期 （单、双、四周期）,三、80C51的典型时序,时序：各条指令执行时各部份电路工作的先后次序。 单片机的时序以XTAC2的振荡信号为参考(fOSC),时序单位:,1、晶振周期即振荡频率周期，单片机的基本时序单位,2、时钟周期由两个晶振周期组成，也称为S状态，分为P1和P2。,3、机器周期

30、由六个状态组成,每个状态S为分两个时相P1、P2.每个时相为一个振荡周期,因此一个机器周期为12个晶振周期. MCS51单片机的典型的指令周期为一个机器周期.,4、指令周期执行一条指令所需的时间为指令周期。,1、单周期指令时序,单字节指令 双字节指令,2个机器周期中ALE信号有效4次，后3次读操作无效。,2、双周期指令时序,在第二机器周期无读操作码的操作，而是进行外部数据存储器的寻址和数据选通 。ALE信号会出现非周期现象。,访问外部RAM的双周期指令时序,1.8.3 80C51单片机的复位,一、复位电路 复位的目的就是使单片机或系统中的其它部件处于确定的初始状态。,上电复位电路 按键与上电复

31、位,二、单片机复位后的状态,PC=0000H，所以程序从0000H地址单元开始执行； 启动后，片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM的内容 ；,特殊功能寄存器复位后的状态是确定的 ： P0P3=FFH，各口可用于输出，也可用于输入； SP=07H，第一个入栈内容将写入08H单元； IP、IE和PCON的有效位为0，各中断源处于低优先级且均被关断、串行通讯的波特率不加倍； PSW=00H，当前工作寄存器为0组。,1.9 80C51的存储器组织,80C51存储器可以分成两大类：, RAM，CPU在运行时能随时进行数据的写入和读出，但在关闭电源时，其所存储的信息将丢失。它用来存放暂时性

32、的输入输出数据、运算的中间结果或用作堆栈。, ROM是一种写入信息后不易改写的存储器。断电后，ROM中的信息保留不变。用来存放固定的程序或数据，如系统监控程序、常数表格等。,MCS-51单片机的存储器结构,逻辑上分为: 3个空间， 即程序内存（片内、外）统一编址 MOVC 数据存储器（片内） MOV 数据存储器（片外） MOVX,1.8.1 80C51的程序存储器配置,PC是16位的计数器，所以能寻址64KB的ROM。 80C51内部有4KB的掩膜ROM，87C51在内部有4KB的EPROM，而80C31在内部没有程序存储器。,二、程序存储器 寻址范围：0000H FFFFH 容量64KB，即

33、地址长度：16位,，寻址内部ROM；,，寻址外部ROM。,当PC值超过片内ROM容量时会自动转向 外部存储器空间。,作 用： 存放程序及程序运行时所需的常数。,七个具有特殊含义的单元是：,0000H 系统复位，PC指向此处； 0003H 外部中断0入口 000BH T0溢出中断入口 0013H 外中断1入口 001BH T1溢出中断入口 0023H 串口中断入口 002BH T2溢出中断入口,1.8.2 80C51的数据存储器配置 片内数据存储器：,片内数据存储器：,一、工作寄存器区,低端32个字节分成4个工作寄存器组，每组8个单元。当前工作寄存器组的机制便于快速现场保护。,表 RS1、RS0

34、与寄存器区的关系,例如：若前面指令中的R0若指的是2区的R0，则在该指令前应加上 MOV PSW ，#10H 若无该指令，系统默认为0区，（因为复位或开机时PSW为00H见P15）,字节地址： 20H2FH 共16字节 位地址： 00H7FH 共8X16=128位,作用：位寻址区的每一位都可以视作软件触发器，由程序趋势进行位处理（位寻址，位操作），通常把各种程序状态标志，位控制变量没在位寻址区 例如 MOV C， 06H ；或 MOV C ，20H.6 MOV p1.0 ， C 。,二、位寻址区：,三、通用RAM区,位寻址区之后的30H至7FH共80个字节为通用RAM区。这些单元可以作为数据缓

35、冲器使用。这一区域的操作指令非常丰富，数据处理方便灵活。,在实际应用中，常需在RAM区设置堆栈。80C51的堆栈一般设在30H7FH的范围内。栈顶的位置由SP寄存器指示。复位时SP的初值为07H，在系统初始化时可以重新设置。,1.8.3,80C51的特殊功能寄存器（SFR）,专用功能寄存器分散分布在片内RAM高128字节（80HFFH）范围内（共26个（见表2-5），加PC共27个），51系列有22个（其中PC不可寻址） 各个专用功能寄存器的地址不连续，若访问到该区非专用功能寄存器的存储单元，机器将给出一个随机数，可能造成功能紊乱（痛毒）或死机，因此要避免。 26个专用功能寄存器中，有的已经介

36、绍，如P0P3口，PC程序计数器，有的大家已经比较熟悉，如栈指针SP，其功能与操作与微机原理中很相似，有的在这里三、两句也说不清楚，将随后结合有关部份进行介绍，这里只介绍简单的，常见的几个。,一、与运算器相关的寄存器（3个）,1、累加器ACC（常写作A），相当于微机中的AX，大部份单操作数指令的操作数取自A，很多双操作数指令的一个也取自A操作数。+，-，*，/算术运算指令的结果都有在A或A，B寄存器对中。,2、B寄存器。 乘法指令中，两个取自A和B，而结果的低8位存A，高8位存B。除法指令中，A为被除数，B为除数，商存A（整数），余数存B。 在其他指令中，B还可作用一般RAM用（较少）,3、程

37、序状态字寄存器PSW，8位。,其各位含义为： CY：进位、借位标志。有进位、借位时 CY=1，否则CY=0； AC：辅助进位、借位标志； F0：用户标志位，由用户自己定义； RS1、RS0：当前工作寄存器组选择位； OV：溢出标志位。有溢出时OV=1，否则 OV=0； P：奇偶标志位。ACC中结果有奇数个1时 P=1，否则 P=0。,谥出： 两个无符号数运算结果超出了计算机的字长（CPU位数），如乘法中，B 0，则OV=1 两个有符号数运算结果出错：,特点：相同则”0”,相异则”1”, 即当位6向位7有进位( )而位7向Cy无进位( ) 或当位6向位7无进位( )而位7向Cy有进位( ) 反映

38、位6向位7的进位情况, 表示有进位, 表示无进位 反映位7向Cy 的进位情况, 表示有进位, 表示无进位,例2：,例1：,例3：,二、指针类寄存器（3个）,1、堆栈指针SP，8位。它总是指向栈顶。 堆栈操作遵循“后进先出”的原则，入栈操作时，SP先加1，数据再压入SP指向的单元。出栈操作时， 先将SP指向的单元的数据弹出，然后，SP再减1，这时SP指向的单元是新的栈顶。可见，80C51单片机的堆栈区是向地址增大的方向生成的。 堆栈指针SP是一个8位专用寄存器。它指示出堆栈顶部在内部数据存储器中的位置。系统复位后，SP初始化为07H，使得堆栈向上由08H单元开始。考虑到08H1FH单元属于工作寄

39、存器区，若程序设计中要用到这些区，最好把SP的值置为30H或更大一些，一般将堆栈开辟在30H7FH区域中。SP的值越小，堆栈深度就越深，但最大为128字节。,2、数据指针DPTR，16位。 DPTR由两个8位寄存器DPH和DPL拼装而成，其中DPH为DPTR的高8位，DPL为DPTR的低8位。它既可作为一个16位寄存器来使用，也可作为2个独立的8位寄存器（DPH和DPL）来使用。 DPTR通常用来存放16位地址。既可访问外部RAM，也可访问ROM 例如： MOVDPTR，#2000H MOVX A，DPTR ；将片外RAM 2000H单元内容A MOVC A， A+DPTR ；访问ROM指令

40、DPTR与PC的作用类似,区别： a、DPTR可寻址，可用指令改变基内容，而PC不行。 b、DPTR可作16位的寄存器，也可作两个8位的寄存器（DPH和DPC）处理,三、与接口相关的寄存器（7个）,并行I/O口P0、P1、P2、P3，均为8位；,串行口数据缓冲器SBUF； 串行口控制寄存器SCON； 串行通讯波特率倍增寄存器PCON（一些位还与电源控制相关，所以又称为电源控制寄存器）。,四、与中断相关的寄存器（2个）,中断允许控制寄存器IE；,中断优先级控制寄存器IP。,五、与定时器/计数器相关的寄存器（6个）,定时/计数器T0的两个8位计数初值寄存器TH0、TL0，它们可以构成16位的计数器

41、，TH0存放高8位，TL0存放低8位； 定时/计数器T1的两个8位计数初值寄存器TH1、TL1，它们可以构成16位的计数器，TH1存放高8位，TL1存放低8位；,定时/计数器的工作方式寄存器TMOD； 定时/计数器的控制寄存器TCON。,1.9 80C51的并行口结构与操作,一、端口功能： P0口：a、一般并行I/O口； b、地址/数据总线（PC低8位）,P3口： a、一般并行I/O口； b、第二功能见表,P2口： a、一般并行I/O口； b、地址总线（PC高8位） DPH,P1口： a、一般并行I/O口,P0.x口的结构图,二、端口操作： 1、P0口：,1,2,A、作为一般I/O： 控制信号

42、为低电平“0”，模拟开关MUX与“ “端 相连，并控制”与门”输出为“0”，使T1管截止，T2 漏极开路.,输出：写脉冲CL为高电平,内部总线信号由锁存 器(D触发器)的D端输入, ,再经T2管反相,引脚信 号Po.x=D,与内部总线信号相同(注意:驱动MOS 电路时应外接上拉电阻).,输入：三态门2的读引脚信号把三态门2打开,端口引脚上的信号经缓冲器(三态门2)送到内部总线. 三态门1的作用是读取Q端数据,为了在执行”读一修改 写”这类指令时,避免可能错读引脚上的信号. 注意:读入数据时,要先向P0口写”1”,以保证数据正确故称准双向口(有条件).,B、作为地址/数据线用: 控制信号为高电平

43、”1”,模拟开关MVX上打与”非门”相联,同时把”与门”开锁,输出的地址/数据信号通过与门驱动T1管,同时通过非门驱动T2管.完成信息传送. 至于传送的究竟是地址还是数据?由ACE信号分时确定,*读锁存器 在端口已处于输出状态的情况下读锁存器。读锁存器是通过上方的缓冲器读锁存器端的状态。在端口已处于输出状态的情况下，不能正常读取引脚的信号，只能读取锁存器的状态；这样安排的目的是适应对端口进行“读修改写”操作指令的需要。例如“ANL P0，A”就属于这类指令，执行时先读入P0口锁存器中的数据，然后与A的内容进行逻辑“与”，再把结果送到P0口输出。从这种意义上说，该指令又可看作是输出指令。除MOV

44、类指令外的其它口操作指令都属于这种情况。,在执行“MOV”类输入指令时（如：MOV A，P0），内部产生的操作信号是“读引脚”。注意，在执行该类输入指令前要先把锁存器写入“1”，使场效应管T2截止，使引脚处于悬浮状态，可以作为高阻抗输入。,否则，在作为输入方式之前曾向锁存器输出过“0”，则T2导通会使引脚箝位在“0”电平，使输入高电平“1”无法读入。所以，P0口在作为通用I/O口时，属于准双向口。,C结论 P0口既可作地址/数据总线使用，又可作通用I/O口用。当P0口作地址数据总线使用时，就不能再把它当通用I/O口使用了。 作通用输出口时，输出级属漏极开路，在驱动NMOS电路时应外接上拉电阻。

45、 作通用输入口使用时，应区分读引脚和读锁存器。读引脚时，应先向锁存器写“”，这时输出级个 FET截止，可用作高阻抗输入。,2、 P1口 P1口的结构,P1口由一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器和输出驱动电路组成。输出驱动电路与P2口相同，内部设有上拉电阻。,P1口是通用的准双向I/O口。输出高电平时，能向外提供拉电流负载，不必再接上拉电阻。当口用作输入时，须向口锁存器写入1。,3、 P2口 P2口的结构图：,1,2,1、 P2用作通用I/O口,当不在单片机芯片外部扩展程序存储器，只扩展256B的片外RAM时，仅用到了地址线的低8位，P2口仍可以作为通用I/O口使用。,执行输出指令时，内部数据总线的数据在“写锁存器”信号的作用下由D端进入锁存器，经反相器后送至场效应管T，再经T反相，在P2.X引脚出现的数据正好是内部总线的数据。,P2口用作输入时，数据可以读自口的锁存器，也可以读自口的引脚。这要根据输入操作采用的是“读锁存器”指令还是“读引脚”指令来决定。,执行“读修改写”类输入指令时内部产生的“读锁存器”操作信号使锁存器Q端数据进入内部数据总线，在与累加器A进行逻辑运算之后，结果又送回P2的口