中國石油大學(xué)電機(jī)微機(jī)測控及功率接口(一)全部課件

1、 電機(jī)微機(jī)測控及功率接口(一) 主講教師 胡慧慧 2015年3月 課程介紹課程介紹 我校電氣專業(yè)目前主要有兩個研究方向：我校電氣專業(yè)目前主要有兩個研究方向： 電力電子與電氣傳動；電力電子與電氣傳動； 電力系統(tǒng)自動化；電力系統(tǒng)自動化； 前者主要研究對象為大功率執(zhí)行部件，如電機(jī)等。前者主要研究對象為大功率執(zhí)行部件，如電機(jī)等。而針對電機(jī)的自動控制主要采用單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。為了而針對電機(jī)的自動控制主要采用單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。為了將單片機(jī)和大功率被控對象的接口技術(shù)結(jié)合起來。從將單片機(jī)和大功率被控對象的接口技術(shù)結(jié)合起來。從08年開設(shè)此系列課程，本學(xué)期講述第（一）部分，以研究年開設(shè)此系列課程，本學(xué)期講述第（一）部

2、分，以研究單片機(jī)的基本原理和構(gòu)造為主。下學(xué)期第（二）部分以單片機(jī)的基本原理和構(gòu)造為主。下學(xué)期第（二）部分以介紹實(shí)際應(yīng)用的接口技術(shù)為主。介紹實(shí)際應(yīng)用的接口技術(shù)為主。主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一章第一章 單片機(jī)基礎(chǔ)單片機(jī)基礎(chǔ)第二章第二章 MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)與原理單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)與原理第三章第三章 MCS-51指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)第四章第四章 匯編語言程序設(shè)計(jì)匯編語言程序設(shè)計(jì)第五章第五章 定時器定時器/計(jì)數(shù)器與中斷系統(tǒng)計(jì)數(shù)器與中斷系統(tǒng)第六章第六章 單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展 第七章第七章 MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)配置及接口技術(shù)單片機(jī)系統(tǒng)配置及接口技術(shù)第八章第八章 串行通信技術(shù)串行通信技術(shù) 參考書目參考

3、書目1、單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)、單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù) 清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社2、單片機(jī)原理及應(yīng)用、單片機(jī)原理及應(yīng)用 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社3、單片機(jī)原理及接口技術(shù)、單片機(jī)原理及接口技術(shù) 北京航空航天大學(xué)出版社北京航空航天大學(xué)出版社4、MCS-51單片機(jī)及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 北京航空航天大學(xué)出版社北京航空航天大學(xué)出版社 課程導(dǎo)學(xué)課程導(dǎo)學(xué)1、重視實(shí)踐環(huán)節(jié)，本課程有、重視實(shí)踐環(huán)節(jié)，本課程有12學(xué)時實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)學(xué)時實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)儀器，做到活學(xué)活用。儀器，做到活學(xué)活用。2、強(qiáng)調(diào)平時作業(yè)和考勤。、強(qiáng)調(diào)平時作業(yè)和考勤。 3、注重答疑。、注重答疑。聯(lián)系方式：聯(lián)系方

4、式： 474675860基礎(chǔ)基礎(chǔ)B211第一章第一章 單片機(jī)基礎(chǔ)單片機(jī)基礎(chǔ) 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 單片機(jī)的發(fā)展概況單片機(jī)的發(fā)展概況 單片機(jī)的主要技術(shù)發(fā)展方向單片機(jī)的主要技術(shù)發(fā)展方向 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 什么是單片機(jī)？什么是單片機(jī)？ 單片機(jī)（單片機(jī)（Single-chip-Microcomputer）又稱單片微控制器，）又稱單片微控制器，其基本結(jié)構(gòu)是將微型計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器其基本結(jié)構(gòu)是將微型計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器（CPU）、存儲器、輸入）、存儲器、輸入/輸出接口、定時器輸出接口、定時器/

5、計(jì)數(shù)器、中斷系計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等全部集成在一個半導(dǎo)體芯片上，也稱嵌入式微控制器。統(tǒng)等全部集成在一個半導(dǎo)體芯片上，也稱嵌入式微控制器。 嵌入式微控制器大多工作在為特定用戶群專用設(shè)計(jì)的系統(tǒng)嵌入式微控制器大多工作在為特定用戶群專用設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，可將許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于中，可將許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時趨于小型化，還具有高效率和高可靠性的嵌入式系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時趨于小型化，還具有高效率和高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)。一、單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一、單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1、CPU單片機(jī)的核心部件，由單片機(jī)的核心部件，由運(yùn)算部件運(yùn)算部件和和控制部件控制部件兩部分組成。

6、兩部分組成。（1）運(yùn)算部件）運(yùn)算部件 由算術(shù)邏輯運(yùn)算單元、暫存寄存器、累加由算術(shù)邏輯運(yùn)算單元、暫存寄存器、累加器、寄存器和程序狀態(tài)寄存器等組成，用于完成算術(shù)運(yùn)算和器、寄存器和程序狀態(tài)寄存器等組成，用于完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能。邏輯運(yùn)算功能。（2）控制部件）控制部件 由程序計(jì)數(shù)器由程序計(jì)數(shù)器PC、指令寄存器、指令譯碼、指令寄存器、指令譯碼器、振蕩器以及定時電路等組成，用于完成控制功能。器、振蕩器以及定時電路等組成，用于完成控制功能。2、存儲器、存儲器（1）程序存儲器）程序存儲器ROM 用于存放編制好的程序和表格常數(shù)用于存放編制好的程序和表格常數(shù)。（2）數(shù)據(jù)存儲器）數(shù)據(jù)存儲器RAM 用于存放程序

7、運(yùn)行中采集的數(shù)據(jù)和所用于存放程序運(yùn)行中采集的數(shù)據(jù)和所 需要的變量。需要的變量。擴(kuò)充擴(kuò)充： 只讀存儲器只讀存儲器ROM（read only memory） 掩膜只讀存儲器掩膜只讀存儲器ROM：這種：這種ROM中的信息是在芯片制造中的信息是在芯片制造時由廠家用時由廠家用“掩膜掩膜”工藝寫入（固化）的，用戶在使用過程工藝寫入（固化）的，用戶在使用過程中無法改變其中的內(nèi)容。中無法改變其中的內(nèi)容。 可編程只讀存儲器可編程只讀存儲器PROM：用戶可用專門設(shè)備將存儲信息：用戶可用專門設(shè)備將存儲信息寫入芯片中。一旦寫入即不能更改，且只能寫一次。寫入芯片中。一旦寫入即不能更改，且只能寫一次。 紫外線擦除可編程只

8、讀存儲器紫外線擦除可編程只讀存儲器EPROM：用戶可多次用紫外：用戶可多次用紫外線照射的方式擦除已寫入的信息，并允許再重新寫入。線照射的方式擦除已寫入的信息，并允許再重新寫入。 電擦除可編程只讀存儲器電擦除可編程只讀存儲器EEPROM：允許用戶寫入信息，：允許用戶寫入信息，并可用外加電壓擦除已寫入的信息，并允許再重新寫入。并可用外加電壓擦除已寫入的信息，并允許再重新寫入。 閃存可編程閃存可編程/擦除只讀存儲器擦除只讀存儲器FPEROM：簡稱閃存（：簡稱閃存（Flash Memory），信息在閃電式的一瞬間被存儲，之后即使除去電），信息在閃電式的一瞬間被存儲，之后即使除去電源，存儲器中信息仍可保

9、留。閃存也是電擦除可重復(fù)編程存儲源，存儲器中信息仍可保留。閃存也是電擦除可重復(fù)編程存儲器，體積小、功耗低、不易受物理破壞，存儲密度高。器，體積小、功耗低、不易受物理破壞，存儲密度高。 隨機(jī)存取存儲器隨機(jī)存取存儲器RAM (random access memory)正常工作時可隨時讀寫，但在系統(tǒng)斷電后，其內(nèi)容會消失。正常工作時可隨時讀寫，但在系統(tǒng)斷電后，其內(nèi)容會消失。3、I/O接口接口 I/O接口用以實(shí)現(xiàn)對外控制或信息的傳遞。接口用以實(shí)現(xiàn)對外控制或信息的傳遞。（1）并行接口：在單片機(jī)和存儲器或外圍設(shè)備之間并行傳）并行接口：在單片機(jī)和存儲器或外圍設(shè)備之間并行傳送送8位數(shù)據(jù)信息。位數(shù)據(jù)信息。（2）串

10、行接口：在單片機(jī)之間或單片機(jī)與外圍設(shè)備之間實(shí)）串行接口：在單片機(jī)之間或單片機(jī)與外圍設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)串行通信?，F(xiàn)串行通信。 單片機(jī)內(nèi)部具有特殊功能的兩個部件，利用它們可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)內(nèi)部具有特殊功能的兩個部件，利用它們可實(shí)現(xiàn)對外事件的定時和計(jì)數(shù)控制功能。對外事件的定時和計(jì)數(shù)控制功能。4、定時、定時/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 通過外接石英晶體產(chǎn)生頻率固定的時鐘脈沖，為單片機(jī)通過外接石英晶體產(chǎn)生頻率固定的時鐘脈沖，為單片機(jī)提供時鐘脈沖序列，用以協(xié)調(diào)指揮整個單片機(jī)的有序工作。提供時鐘脈沖序列，用以協(xié)調(diào)指揮整個單片機(jī)的有序工作。5、時鐘電路、時鐘電路（1）集成度高、體積小、重量輕；）集成度高、體積小、重量輕；（2）抗擾能力

11、強(qiáng)，可靠性高；）抗擾能力強(qiáng)，可靠性高；（3）運(yùn)行速度快、控制功能強(qiáng)；）運(yùn)行速度快、控制功能強(qiáng)；（4）開發(fā)使用方便，易于產(chǎn)品化；）開發(fā)使用方便，易于產(chǎn)品化；（5）具有優(yōu)異的性能價(jià)格比）具有優(yōu)異的性能價(jià)格比 。二、單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二、單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三、單片機(jī)的發(fā)展概況三、單片機(jī)的發(fā)展概況第二階段（第二階段（1978-1982年）：高性能單片機(jī)階段。這類年）：高性能單片機(jī)階段。這類單片機(jī)帶有串行單片機(jī)帶有串行I/O口，口，8位數(shù)據(jù)線、位數(shù)據(jù)線、16位地址線（可以尋位地址線（可以尋址的范圍達(dá)到址的范圍達(dá)到64K字節(jié)）、控制總線以及較豐富的指令系字節(jié)）、控制總線以及較豐富的指令系統(tǒng)等。其應(yīng)用范圍較廣，

12、并在不斷的改進(jìn)和發(fā)展。統(tǒng)等。其應(yīng)用范圍較廣，并在不斷的改進(jìn)和發(fā)展。 單片機(jī)的發(fā)展歷史可劃分為四階段：單片機(jī)的發(fā)展歷史可劃分為四階段：第一階段（第一階段（1974-1978年）：低性能單片機(jī)的探索階段。年）：低性能單片機(jī)的探索階段。以以 公司的公司的MCS-48為代表，采用單片結(jié)構(gòu)，即在一塊為代表，采用單片結(jié)構(gòu)，即在一塊芯片內(nèi)含有芯片內(nèi)含有8位位CPU、定時、定時/計(jì)數(shù)器、并行計(jì)數(shù)器、并行I/O口、口、RAM和和ROM等。主要用于工業(yè)領(lǐng)域。等。主要用于工業(yè)領(lǐng)域。第三階段（第三階段（1982-1990年）：年）：16位單片機(jī)階段。位單片機(jī)階段。16位單片位單片機(jī)除機(jī)除CPU為為16位外，片內(nèi)位外，

13、片內(nèi)RAM和和ROM容量進(jìn)一步增大，實(shí)容量進(jìn)一步增大，實(shí)時處理能力更強(qiáng)，體現(xiàn)了微控制器的特征。例如時處理能力更強(qiáng)，體現(xiàn)了微控制器的特征。例如Intel公司的公司的MCS-96主振頻率為主振頻率為12M，片內(nèi)，片內(nèi)RAM為為232字節(jié)，字節(jié)，ROM為為8K字節(jié)，中斷處理能力為字節(jié)，中斷處理能力為8級，片內(nèi)帶有級，片內(nèi)帶有10位位A/D轉(zhuǎn)換器和高速轉(zhuǎn)換器和高速輸入輸入/輸出部件等。輸出部件等。第四階段（第四階段（1990年至今）：微控制器的全面發(fā)展階段，各年至今）：微控制器的全面發(fā)展階段，各公司的產(chǎn)品在盡量兼容的同時，向高速、強(qiáng)運(yùn)算能力、尋址公司的產(chǎn)品在盡量兼容的同時，向高速、強(qiáng)運(yùn)算能力、尋址范圍

14、大以及小型廉價(jià)方面發(fā)展。范圍大以及小型廉價(jià)方面發(fā)展。四、單片機(jī)的主要技術(shù)發(fā)展方向四、單片機(jī)的主要技術(shù)發(fā)展方向（1）多功能：盡可能將存儲器、各種功能的）多功能：盡可能將存儲器、各種功能的I/O口都集成在一口都集成在一塊芯片中，即外圍器件內(nèi)裝化。塊芯片中，即外圍器件內(nèi)裝化。（2）高性能：使用）高性能：使用RISC體系結(jié)構(gòu)、并行流水線操作和體系結(jié)構(gòu)、并行流水線操作和DSP等等的設(shè)計(jì)技術(shù)使單片機(jī)的指令運(yùn)行速度大大提高，電磁兼容的設(shè)計(jì)技術(shù)使單片機(jī)的指令運(yùn)行速度大大提高，電磁兼容性能也更優(yōu)越。性能也更優(yōu)越。（3）全盤）全盤CMOS化：從第三代開始，淘汰非化：從第三代開始，淘汰非CMOS工藝。此工藝。此舉會

15、帶來本質(zhì)低功耗和低功耗管理技術(shù)的快速發(fā)展。舉會帶來本質(zhì)低功耗和低功耗管理技術(shù)的快速發(fā)展。（4）推行串行擴(kuò)展總線：可以顯著減少芯片的引腳數(shù)量，簡）推行串行擴(kuò)展總線：可以顯著減少芯片的引腳數(shù)量，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?；到y(tǒng)結(jié)構(gòu)。（5）閃存）閃存Flash ROM的推廣。的推廣。五、單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域五、單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域1、在智能儀表上的應(yīng)用、在智能儀表上的應(yīng)用單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、等可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、等各種物理量的測量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表

16、數(shù)字化、智各種物理量的測量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇：等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇：2、在工業(yè)控制中的應(yīng)用、在工業(yè)控制中的應(yīng)用用單片機(jī)可

17、以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。3、在家用電器中的應(yīng)用、在家用電器中的應(yīng)用可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子稱量設(shè)備，五花八門，無所不在。再到電子稱量設(shè)備，五花八門，無

18、所不在。4、在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用、在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、制，從手機(jī)，電話機(jī)、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機(jī)等。對講機(jī)等。5、單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用、單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備

19、中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。6、在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用、在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用某些專用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中某些專用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在大型電進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯誤率，也方

20、便于更換。損壞、錯誤率，也方便于更換。7、單片機(jī)在汽車設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用、單片機(jī)在汽車設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動機(jī)控制器，基于機(jī)控制器，基于CAN總線的汽車發(fā)動機(jī)智能電子控制器，總線的汽車發(fā)動機(jī)智能電子控制器，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，導(dǎo)航系統(tǒng)，abs防抱死系統(tǒng)，制動系統(tǒng)等等。防抱死系統(tǒng)，制動系統(tǒng)等等。此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 單片機(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思單片機(jī)的應(yīng)用

21、正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，現(xiàn)在已能使用單片機(jī)通過軟件方法實(shí)現(xiàn)了。這分控制功能，現(xiàn)在已能使用單片機(jī)通過軟件方法實(shí)現(xiàn)了。這種以軟件取代硬件，并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)，稱之為種以軟件取代硬件，并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)，這標(biāo)志著一種全新概念的建立。微控制技術(shù)，這標(biāo)志著一種全新概念的建立。結(jié)論結(jié)論MCS-51MCS-51單片機(jī)（單片機(jī)（Micro Controllor System）MCS-51是指由美國是指由美國INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱。公司

22、生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱。51系列單片機(jī)源于系列單片機(jī)源于Intel公司的公司的MCS51系列，在系列，在Intel公司將公司將MCS51系列單片機(jī)實(shí)行技術(shù)開放政策之后，許多公司，如系列單片機(jī)實(shí)行技術(shù)開放政策之后，許多公司，如Philips、Siemens、Atmel、 Dallas、華邦、華邦、LG等都以等都以MCS51中的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)8051為基核推出了許多各具特色、具為基核推出了許多各具特色、具有優(yōu)異性能的單片機(jī)。這樣，把這些廠家以有優(yōu)異性能的單片機(jī)。這樣，把這些廠家以8051為基核推出為基核推出的各種型號的兼容型單片機(jī)統(tǒng)稱為的各種型號的兼容型單片機(jī)統(tǒng)稱為51系列單片機(jī)。系列單片

23、機(jī)。l這一系列單片機(jī)包括了好些品種，如這一系列單片機(jī)包括了好些品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，等，l其中其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，是最早最典型的產(chǎn)品，l該系列其它單片機(jī)都是在該系列其它單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減、的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減、改變而來的，改變而來的，l所以人們習(xí)慣于用所以人們習(xí)慣于用8051來稱呼來稱呼MCS-51系列單片機(jī)。系列單片機(jī)。 8051：內(nèi)部包含內(nèi)部包含4KB的的ROM（片內(nèi)掩膜）、（片內(nèi)掩膜）、128B的的RAM、21個特殊功能寄存器、個特殊功能寄存器、4個個8位并行口、一個全雙工串行口、兩位并行口、一個全

24、雙工串行口、兩個個16位定時器位定時器/計(jì)數(shù)器以及一個處理功能很強(qiáng)的中央處理器。計(jì)數(shù)器以及一個處理功能很強(qiáng)的中央處理器。8751：是以是以4KB的的EPROM代替代替4KB ROM的的8051。8951：是以是以4KB的的E2PROM或或Flash ROM代替代替4KB ROM的的8051。8031：是內(nèi)部無是內(nèi)部無ROM的的8051。 8031單片機(jī)必須外接單片機(jī)必須外接ROM作為作為程序存儲器。程序存儲器。MCS-51MCS-51子系列子系列 52子系列子系列也包含也包含4個產(chǎn)品，分別是個產(chǎn)品，分別是51子系列的增強(qiáng)型。由子系列的增強(qiáng)型。由于資源數(shù)量的增加，芯片的功能有所增強(qiáng)。片內(nèi)于資源數(shù)

25、量的增加，芯片的功能有所增強(qiáng)。片內(nèi)ROM容量和容量和RAM容量增加了一倍；定時器數(shù)目從容量增加了一倍；定時器數(shù)目從2個增加到個增加到3個；中斷源個；中斷源從從5個增加到個增加到6個等。個等。 80C31/87C51/80C51：采用：采用CMOS工藝適于電池供電或其工藝適于電池供電或其它要求低功耗的場合。它要求低功耗的場合。 MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 中央處理單元與時序中央處理單元與時序 存儲器配置存儲器配置 并行并行I/O端口端口 復(fù)位及復(fù)位電路復(fù)位及復(fù)位電路第二章第二章 MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)與原理單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)與原理一一、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)第一節(jié)第

26、一節(jié) MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理P0驅(qū)動器驅(qū)動器P2驅(qū)動器驅(qū)動器P0鎖存器鎖存器P2鎖存器鎖存器RAM地地址寄存器址寄存器256BRAM4KB ROMB寄存器寄存器暫存器暫存器1暫存器暫存器2ACCSP程序地址程序地址寄存器寄存器 緩沖器緩沖器PC增增1PCDPTR中斷、串行口和定時器中斷、串行口和定時器PSWP1鎖存器鎖存器P1驅(qū)動器驅(qū)動器P3鎖存器鎖存器P3驅(qū)動器驅(qū)動器定定時時控控制制指指令令寄寄存存器器指指令令譯譯碼碼器器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1 XTAL2PSENALEEARET由上圖可

27、見，由上圖可見，8051內(nèi)部集成有如下功能部件：內(nèi)部集成有如下功能部件：1）8位中央處理器位中央處理器CPU2）4KB程序存儲器程序存儲器ROM（8031內(nèi)部無內(nèi)部無ROM）3）256B數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器RAM4）21個特殊功能寄存器個特殊功能寄存器5）4個個8位并行位并行I/O端口（端口（P0P3）6）1個可編程串行個可編程串行I/O端口端口7）2個個16位定時位定時/計(jì)數(shù)器（計(jì)數(shù)器（T0，T1）8）時鐘振蕩器和時鐘電路）時鐘振蕩器和時鐘電路二、工作原理二、工作原理以以ADD A，R0 指令為例說明其工作原理指令為例說明其工作原理執(zhí)行指令的過程是：取指令執(zhí)行指令的過程是：取指令譯碼譯碼執(zhí)行

28、執(zhí)行取指令：取指令：CPU把把PC的值送入程序地址寄存器，并向的值送入程序地址寄存器，并向ROM發(fā)發(fā)出讀指令，出讀指令，PC值加值加1。譯碼：譯碼：把讀出的指令代碼送入指令寄存器把讀出的指令代碼送入指令寄存器IR，再送入指令譯，再送入指令譯碼器碼器ID，譯碼結(jié)果送到定時與控制電路。，譯碼結(jié)果送到定時與控制電路。執(zhí)行：執(zhí)行：根據(jù)譯碼的結(jié)果對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。根據(jù)譯碼的結(jié)果對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。程序的執(zhí)行是指令一條接一條執(zhí)行的過程，每執(zhí)行一條指令，程序的執(zhí)行是指令一條接一條執(zhí)行的過程，每執(zhí)行一條指令，PC值自動加值自動加1，指向下一條指令。，指向下一條指令。三、引腳及功能三、引腳及功能MCS-51單片機(jī)是單

29、片機(jī)是40個引腳的雙列直插個引腳的雙列直插式封裝形式。式封裝形式。X1 X2 EA PSEN ALE RST VCC GND 8051 P0 P1 P2 P3 P00P07 P10P17 P20P27 P30P37 控控制制引引腳腳I/O口引腳口引腳邏輯圖邏輯圖時鐘引腳時鐘引腳電源電源引腳引腳第二功能第二功能1、電源引腳、電源引腳Vcc和和Vss Vcc（40腳）：電源端，接腳）：電源端，接5V電源電源 Vss （20腳）：接地端腳）：接地端2、外接晶體引腳、外接晶體引腳XTAL1，XTAL2 XTAL1（19腳）：片內(nèi)反向放大器輸入端腳）：片內(nèi)反向放大器輸入端 XTAL2（18腳）腳） ：片

30、內(nèi)反向放大器輸出端：片內(nèi)反向放大器輸出端采用內(nèi)部時鐘時，采用內(nèi)部時鐘時，2個引腳各接外部晶體和微調(diào)電容的一端；個引腳各接外部晶體和微調(diào)電容的一端；采用外部時鐘時，采用外部時鐘時，XTAL2腳輸入外部時鐘脈沖，腳輸入外部時鐘脈沖，XTAL1腳接地。腳接地。各個引腳的功能說明如下：各個引腳的功能說明如下：3、 控制信號引腳控制信號引腳 RST/VPD（9腳）：腳）：RST復(fù)位信號復(fù)位信號；VPD備用電源輸入端。備用電源輸入端。 ALE/PROG（address latch enable/programming，30腳）：腳）： ALE 是地址鎖存允許信號是地址鎖存允許信號；PROG 是編程脈沖輸入

31、端。是編程脈沖輸入端。ALE信號說明：信號說明：1.當(dāng)當(dāng)CPU訪問外部存儲器時，訪問外部存儲器時，ALE端作為鎖存低端作為鎖存低8位地址的控制信位地址的控制信號，下降沿有效。號，下降沿有效。2.當(dāng)當(dāng)CPU不訪問外部存儲器時，不訪問外部存儲器時，ALE端以端以1/6的振蕩頻率固定輸出的振蕩頻率固定輸出正脈沖。正脈沖。 EA/VPP（enable address/voltage pulse of programming， 31腳）：腳）：EA外部程序存儲器選擇端；外部程序存儲器選擇端； VPP編程電源輸入端。編程電源輸入端。EA信號說明信號說明：1. EA為低電平時，為低電平時，CPU只訪問外部只

32、訪問外部ROM；2. EA為高電平時，為高電平時，CPU首先訪問內(nèi)部首先訪問內(nèi)部ROM并自動延至外部并自動延至外部ROM。 PSEN（program store enable，29腳腳) ： 外部程序存儲器選通信號外部程序存儲器選通信號說明：說明： 在訪問片外程序存儲器時，此引腳定時輸出負(fù)脈沖作為讀片在訪問片外程序存儲器時，此引腳定時輸出負(fù)脈沖作為讀片外存儲器的選通信號，低電平有效。外存儲器的選通信號，低電平有效。 P0.0P0.7：P0口，口，8位雙向位雙向I/O端口。當(dāng)端口。當(dāng)CPU訪問片外存儲訪問片外存儲器時，器時，P0口分時提供復(fù)用的低口分時提供復(fù)用的低8位地址線和位地址線和8位雙向數(shù)

33、據(jù)線。位雙向數(shù)據(jù)線。 P1.0P1.7：P1口，內(nèi)部帶上拉電阻的口，內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向位準(zhǔn)雙向I/O端口。端口。 P2.0P2.7：P2口，內(nèi)部帶上拉電阻的口，內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向位準(zhǔn)雙向I/O端口。端口。 當(dāng)當(dāng)CPU訪問片外存儲器時，輸出高訪問片外存儲器時，輸出高8位地址。位地址。 P3.0P3.7：P3口，內(nèi)部帶上拉電阻的口，內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向位準(zhǔn)雙向I/O端口。端口。P3口作一般口作一般I/O端口使用外，每個引腳都有專門的第二功能。端口使用外，每個引腳都有專門的第二功能。4、 I/O端口引腳端口引腳引腳引腳轉(zhuǎn)義引腳轉(zhuǎn)義引腳功能說明功能說明P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收端

34、串行數(shù)據(jù)接收端P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送端串行數(shù)據(jù)發(fā)送端P3.2INT0外部中斷外部中斷0請求請求P3.3INT1外部中斷外部中斷1請求請求P3.4T0計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器0外部輸入外部輸入P3.5T1計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器1外部輸入外部輸入P3.6WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫外部數(shù)據(jù)存儲器寫P3.7RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀外部數(shù)據(jù)存儲器讀P3口的第二功能口的第二功能引腳連接圖引腳連接圖1RSTRST引腳連接圖引腳連接圖2EA 一、一、 運(yùn)算器和控制器運(yùn)算器和控制器1、運(yùn)算器、運(yùn)算器（1）算數(shù)邏輯單元）算數(shù)邏輯單元ALU：完成基本的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算；：完成基本的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算；（2）累加器）累加器A（ACC）：專門用

35、來存放操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果；）：專門用來存放操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果；（3）暫存寄存器：暫存數(shù)據(jù)和狀態(tài)，便于傳送和運(yùn)算；）暫存寄存器：暫存數(shù)據(jù)和狀態(tài)，便于傳送和運(yùn)算；（4）B寄存器：用于乘法和除法的寄存器：用于乘法和除法的8位寄存器；位寄存器；第二節(jié)第二節(jié) 中央處理單元與時序中央處理單元與時序位序位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0標(biāo)志標(biāo)志CYACF0RS1RS0OV-P CY（C）：進(jìn)位標(biāo)志位）：進(jìn)位標(biāo)志位 存放算術(shù)運(yùn)算的進(jìn)位或借位標(biāo)志；存放算術(shù)運(yùn)算的進(jìn)位或借位標(biāo)志； 在位操作中，作位累加器使用。在位操作中，作位累加器使用。 AC：輔助進(jìn)位位：輔助進(jìn)位位

36、加減運(yùn)算中，低加減運(yùn)算中，低4位向高位向高4位有進(jìn)位或借位時，位有進(jìn)位或借位時，AC=1。 F0：用戶標(biāo)志位：用戶標(biāo)志位 （5）程序狀態(tài)字（）程序狀態(tài)字（Program Status Word PSW ）：存放指令）：存放指令執(zhí)行后的狀態(tài)信息：執(zhí)行后的狀態(tài)信息：RS1RS0選中的工作寄存器組選中的工作寄存器組R0R7地址地址000組組00-07H011組組08-0FH102組組10-17H113組組18-1FH OV：溢出標(biāo)志位：溢出標(biāo)志位 運(yùn)算結(jié)果超出了累加器運(yùn)算結(jié)果超出了累加器A所能表示的帶符號數(shù)的范圍所能表示的帶符號數(shù)的范圍（- -128 +127），）， OV=1。 RS1、RS0：工

37、作寄存器選擇位：工作寄存器選擇位 CPU選擇哪一組工作寄存器為當(dāng)前工作寄存器，確定選擇哪一組工作寄存器為當(dāng)前工作寄存器，確定R0R7的物理地址。的物理地址。（6）布爾處理器：也稱為位處理器，以）布爾處理器：也稱為位處理器，以PSW中的中的CY為累為累加器，可執(zhí)行各種位操作，也可以將加器，可執(zhí)行各種位操作，也可以將CY與其他可尋址位之與其他可尋址位之間進(jìn)行邏輯與、邏輯或操作，結(jié)果存放于間進(jìn)行邏輯與、邏輯或操作，結(jié)果存放于CY。 P：奇偶標(biāo)志位：奇偶標(biāo)志位 累加器累加器A中中1的個數(shù)的奇偶性，奇：的個數(shù)的奇偶性，奇：P=1；偶：；偶：P=0。位序位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.

38、3PSW.2PSW.1PSW.0標(biāo)志標(biāo)志CYACF0RS1RS0OV-P（1）程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器PC：是一個：是一個16位專用寄存器，用來存放將位專用寄存器，用來存放將要執(zhí)行的下一條指令的地址；要執(zhí)行的下一條指令的地址；（2）指令寄存器）指令寄存器IR和指令譯碼器和指令譯碼器ID：存放代碼及譯碼；：存放代碼及譯碼；（3）定時控制電路：產(chǎn)生）定時控制電路：產(chǎn)生CPU的操作時序。的操作時序。2、控制器、控制器 單片機(jī)的時鐘信號是提供片內(nèi)各種操作的時間基準(zhǔn)。單片機(jī)的時鐘信號是提供片內(nèi)各種操作的時間基準(zhǔn)。二、時鐘電路二、時鐘電路 內(nèi)部時鐘內(nèi)部時鐘電路：電路：石英晶體或陶瓷振蕩器（石英晶體或陶瓷振蕩器

39、（晶振）：晶振）：1.212MHz 。微調(diào)電容微調(diào)電容C01、C02起穩(wěn)定振蕩頻率起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。電容值一般為、快速起振的作用。電容值一般為 530PF。 因片內(nèi)有高增益運(yùn)算放大器，外接晶振后，就構(gòu)成了因片內(nèi)有高增益運(yùn)算放大器，外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。 外部時鐘外部時鐘電路電路 把外部振蕩信號引入把外部振蕩信號引入XTAL2端，端，XTAL1端接地。端接地。這種方式適宜用于使單片這種方式適宜用于使單片機(jī)的時鐘與外部信號保持機(jī)的時鐘與外部信號保持一致。一致。 由于由于XTAL2端的邏輯電平與端的邏輯電平與TTL電平不兼容，故

40、在此電平不兼容，故在此引腳外接一個上拉電阻。引腳外接一個上拉電阻。1、時鐘周期時鐘周期 又稱振蕩周期，是一個振蕩脈沖的周期，也是時又稱振蕩周期，是一個振蕩脈沖的周期，也是時序中最小的時間單位。序中最小的時間單位。2、機(jī)器周期機(jī)器周期 完成一個最基本操作的時間，通常由若干個時完成一個最基本操作的時間，通常由若干個時鐘周期構(gòu)成，在鐘周期構(gòu)成，在MCS-51單片機(jī)中，每個機(jī)器周期都包含單片機(jī)中，每個機(jī)器周期都包含12個時個時鐘周期，分為鐘周期，分為6個個狀態(tài)狀態(tài)S1S6，每個狀態(tài)又分為，每個狀態(tài)又分為2個個節(jié)拍節(jié)拍P1和和P2。3、指令周期指令周期 執(zhí)行一條指令所用的時間稱為指令周期，用機(jī)器執(zhí)行一條

41、指令所用的時間稱為指令周期，用機(jī)器周期的個數(shù)來表示。周期的個數(shù)來表示。MCS-51系統(tǒng)中有單周期指令、雙周期指令、系統(tǒng)中有單周期指令、雙周期指令、四周期指令。四周期指令。三、機(jī)器周期與指令周期三、機(jī)器周期與指令周期 時鐘周期和機(jī)器周期是單片機(jī)內(nèi)計(jì)算其他時間值（例如：時鐘周期和機(jī)器周期是單片機(jī)內(nèi)計(jì)算其他時間值（例如：波特率、定時器的定時時間等）的基本時序單位。波特率、定時器的定時時間等）的基本時序單位。 例：單片機(jī)外接晶振頻率例：單片機(jī)外接晶振頻率12MHz時的各種時序單位：時的各種時序單位： 1/frequency oscillate = 1/12MHz= 0.0833us 12/fosc=

42、12/12MHz= 1us （14）機(jī)器周期）機(jī)器周期 = 14us說明：說明：時鐘周期時鐘周期=機(jī)器周期機(jī)器周期=指令周期指令周期=四、指令取指四、指令取指/執(zhí)行時序執(zhí)行時序l l 單片機(jī)的工作工程是：取指令、譯碼、執(zhí)行指令單片機(jī)的工作工程是：取指令、譯碼、執(zhí)行指令， 一步步地完成各種指令規(guī)定的功能。一步步地完成各種指令規(guī)定的功能。l l 各指令的操作順序在時間上有嚴(yán)格的次序，這種操作的各指令的操作順序在時間上有嚴(yán)格的次序，這種操作的 時間順序稱為時間順序稱為時序時序。l l 單片機(jī)的時鐘信號用來為單片機(jī)芯片內(nèi)部各種操作提供單片機(jī)的時鐘信號用來為單片機(jī)芯片內(nèi)部各種操作提供 時間基準(zhǔn)。時間基準(zhǔn)

43、。l l 單字節(jié)指令、雙字節(jié)指令是單周期或雙周期的；單字節(jié)指令、雙字節(jié)指令是單周期或雙周期的； 三字節(jié)指令是雙周期的；乘除指令是四周期的。三字節(jié)指令是雙周期的；乘除指令是四周期的。MCS-51單片機(jī)指令的取指單片機(jī)指令的取指/執(zhí)行的時序執(zhí)行的時序存儲器結(jié)構(gòu)存儲器結(jié)構(gòu)第三節(jié)第三節(jié) 存儲器配置存儲器配置普林斯頓結(jié)構(gòu)普林斯頓結(jié)構(gòu)/馮馮諾伊曼諾伊曼 ：ROM、RAM統(tǒng)一編址。統(tǒng)一編址。哈佛結(jié)構(gòu)：哈佛結(jié)構(gòu)：ROM、RAM分開編址。分開編址。在結(jié)構(gòu)上分為在結(jié)構(gòu)上分為6個存儲器編址空間；個存儲器編址空間；在物理上分：片內(nèi)、片外程序存儲器；片內(nèi)、片外數(shù)據(jù)存儲器。在物理上分：片內(nèi)、片外程序存儲器；片內(nèi)、片外數(shù)據(jù)

44、存儲器。在邏輯上分：程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器、片外數(shù)據(jù)存儲器。在邏輯上分：程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器、片外數(shù)據(jù)存儲器。 程序存儲器程序存儲器 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 外部數(shù)據(jù)存儲器外部數(shù)據(jù)存儲器 程序存儲器程序存儲器ROM存放編制好的固定程序和表格，以存放編制好的固定程序和表格，以16位位的程序計(jì)數(shù)器做地址指針，可尋址的程序計(jì)數(shù)器做地址指針，可尋址64KB空間?？臻g。 一、程序存儲器一、程序存儲器特殊功能地址單元特殊功能地址單元 （1）0000H-0002H：存放復(fù)位后：存放復(fù)位后初始化引導(dǎo)程序初始化引導(dǎo)程序例例程序放在內(nèi)部程序放在內(nèi)部1000H開始的單元開始的單元 ORG 0000H

45、 AJMP MAIN ORG 1000H MAIN: MOV A，# 0AFH0000H0001H0002H(PC)中斷中斷5中斷中斷4中斷中斷3中斷中斷2中斷中斷10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中斷外部中斷0定時器定時器0中斷中斷外部中斷外部中斷1定時器定時器1中斷中斷串行口中斷串行口中斷8位位0FFFH0FFEH程序存儲器資源分布程序存儲器資源分布中斷地址區(qū)中斷地址區(qū)初始化初始化引導(dǎo)程序引導(dǎo)程序（2）0003H-002AH：中斷地址區(qū)：中斷地址區(qū) CPU響應(yīng)中斷后，根據(jù)中斷類型，自動轉(zhuǎn)入各中斷區(qū)首地響應(yīng)中斷后，根據(jù)中斷類型，自動轉(zhuǎn)入各中斷區(qū)首地址去執(zhí)行中斷

46、服務(wù)程序。址去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。8個單元不能放下中斷服務(wù)程序，因此個單元不能放下中斷服務(wù)程序，因此在中斷入口地址放一條無條件跳轉(zhuǎn)指令。在中斷入口地址放一條無條件跳轉(zhuǎn)指令。 0003H002AH共共40個單元是個單元是中斷服務(wù)程序地址區(qū)中斷服務(wù)程序地址區(qū)，它被分，它被分為五段，每段為五段，每段8個單元，分別分配給個單元，分別分配給5個中斷源：個中斷源：0003H000AH 外部中斷外部中斷0中斷地址區(qū)；中斷地址區(qū)；000BH0012H 定時器定時器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器0中斷地址區(qū)；中斷地址區(qū)；0013H001AH 外部中斷外部中斷1中斷地址區(qū)；中斷地址區(qū)；001BH0022H 定時器定時器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)

47、器1中斷地址區(qū)；中斷地址區(qū)；0023H002AH 串行中斷地址區(qū)。串行中斷地址區(qū)。中斷源中斷源入口地址入口地址外部中斷外部中斷00003H定時器定時器0溢出中斷溢出中斷000BH外部中斷外部中斷10013H定時器定時器1溢出中斷溢出中斷001BH串行口中斷串行口中斷0023H例：例：假設(shè)外部中斷假設(shè)外部中斷INT0的中斷服務(wù)程序放在的中斷服務(wù)程序放在0040H開始的單元開始的單元 ORG 0003H AJMP INT0 ORG 0040H INT0: PUSH PSW .二、數(shù)據(jù)存儲器二、數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)部內(nèi)部RAM（00H-FFH）外部外部RAM（0000H-FFFFH）數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲器存儲器00

48、H20H2FH7FH1FH30H 用戶用戶RAM區(qū)區(qū)位尋址區(qū)位尋址區(qū) 工作寄存器區(qū)工作寄存器區(qū)特殊功能寄存器區(qū)（特殊功能寄存器區(qū)（80H-FFH） 內(nèi)部內(nèi)部RAM（00H-FFH）真正真正RAM區(qū)區(qū)（1）工作寄存器區(qū)（）工作寄存器區(qū)（00H1FH） 地址范圍在地址范圍在00H1FH的的32個單元，可分成個單元，可分成4個工作寄存?zhèn)€工作寄存器組，每組占器組，每組占8個字節(jié)。個字節(jié)。 第第0組組工作寄存器：地址范圍為工作寄存器：地址范圍為00H07H 第第1組組工作寄存器：地址范圍為工作寄存器：地址范圍為08H0FH 第第2組組工作寄存器：地址范圍為工作寄存器：地址范圍為10H17H 第第3組組工

49、作寄存器：地址范圍為工作寄存器：地址范圍為18H1FH1、真正、真正RAM區(qū)區(qū)l 每個工作寄存器組都有每個工作寄存器組都有8個寄存器，分別稱為個寄存器，分別稱為R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7。但在程序運(yùn)行時，只允許有一個。但在程序運(yùn)行時，只允許有一個工作寄存器組工作，這組工作寄存器稱為工作寄存器組工作，這組工作寄存器稱為當(dāng)前工作寄存器組當(dāng)前工作寄存器組，所以每組之間不會因?yàn)槊Q相同而混淆出錯。，所以每組之間不會因?yàn)槊Q相同而混淆出錯。l 可通過對特殊功能寄存器中的程序狀態(tài)字可通過對特殊功能寄存器中的程序狀態(tài)字PSW的的RS1、RS0的狀態(tài)設(shè)置，選擇哪組工作寄存器作當(dāng)前工作寄存器

50、組。的狀態(tài)設(shè)置，選擇哪組工作寄存器作當(dāng)前工作寄存器組。l 單片機(jī)復(fù)位時，當(dāng)前工作寄存器默認(rèn)為單片機(jī)復(fù)位時，當(dāng)前工作寄存器默認(rèn)為0組。組。說明說明 與工作寄存器相連的與工作寄存器相連的16個字節(jié)地址單元個字節(jié)地址單元20H2FH為位為位尋址區(qū)，可以對每個尋址區(qū)，可以對每個RAM單元中的任何一個位進(jìn)行位操作，單元中的任何一個位進(jìn)行位操作，例如對某一位進(jìn)置例如對某一位進(jìn)置0、清、清0、判、判1、判、判0、轉(zhuǎn)移等。、轉(zhuǎn)移等。 該位尋址區(qū)既可以按照該位尋址區(qū)既可以按照字節(jié)操作字節(jié)操作（16個單元），也可以個單元），也可以按照按照位操作位操作（128位）。位）。 每一位可用位地址尋址，也可用字節(jié)地址和位地

51、址相結(jié)每一位可用位地址尋址，也可用字節(jié)地址和位地址相結(jié)合的表示方法。合的表示方法。（2） 位尋址區(qū)（位尋址區(qū)（20H2FH）2FH.726H.3 30H-7FH共共80個個RAM單元，用來存放用戶數(shù)據(jù)和堆棧操作單元，用來存放用戶數(shù)據(jù)和堆棧操作使用，稱為用戶使用，稱為用戶RAM區(qū)，該區(qū)是按字節(jié)存取的。區(qū)，該區(qū)是按字節(jié)存取的。n堆棧堆棧的概念的概念 堆棧是在單片機(jī)內(nèi)部堆棧是在單片機(jī)內(nèi)部RAM中從某個選定的存儲單元開始劃定中從某個選定的存儲單元開始劃定的一個地址連續(xù)的區(qū)域，在這個區(qū)域選定某個存儲單元作為的一個地址連續(xù)的區(qū)域，在這個區(qū)域選定某個存儲單元作為棧棧底底，只允許向一個方向?qū)懭霐?shù)據(jù)，最后一個寫

52、入數(shù)據(jù)的存儲單，只允許向一個方向?qū)懭霐?shù)據(jù)，最后一個寫入數(shù)據(jù)的存儲單元稱為元稱為棧頂棧頂。 n堆棧的生成有兩種情況，堆棧的生成有兩種情況，向高地址方向?qū)懭霐?shù)據(jù)向高地址方向?qū)懭霐?shù)據(jù)生成的堆棧稱生成的堆棧稱為為向上生長型堆棧向上生長型堆棧，反之稱為向下生長型堆棧，反之稱為向下生長型堆棧，MCS-51單片單片機(jī)屬于向上生長型堆棧（即向高地址方向生成）。機(jī)屬于向上生長型堆棧（即向高地址方向生成）。（3） 堆棧和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)堆棧和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)堆棧指針寄存器堆棧指針寄存器SP：一個：一個8位寄存器，用于指明堆棧頂部在位寄存器，用于指明堆棧頂部在RAM中的位置，可由軟件設(shè)置初始值；系統(tǒng)復(fù)位后，中的位置，可由軟件設(shè)

53、置初始值；系統(tǒng)復(fù)位后，SP初始初始化為化為07H；實(shí)際中，一般將；實(shí)際中，一般將SP設(shè)置在設(shè)置在30-7FH范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 堆棧的原則：堆棧的原則：先進(jìn)后出，后進(jìn)先出先進(jìn)后出，后進(jìn)先出。每存（?。┮粋€字節(jié)，。每存（取）一個字節(jié)，SP自動加（減）自動加（減）1，SP始終指向新的棧頂。始終指向新的棧頂。堆棧操作方式：指令方式：堆棧操作方式：指令方式： PUSH、 POP 自動方式自動方式 ：調(diào)用子程序或中斷時，將返回地址：調(diào)用子程序或中斷時，將返回地址 自動進(jìn)棧；程序返回時，斷點(diǎn)地址自動彈回自動進(jìn)棧；程序返回時，斷點(diǎn)地址自動彈回PC。棧底棧底AB進(jìn)棧進(jìn)棧SPSP SP+162H61H60H棧底棧

54、底AB出棧出棧SPSP SP-162H61H60HA先進(jìn)棧先進(jìn)棧B再進(jìn)棧再進(jìn)棧B先出棧先出棧A再出棧再出棧堆棧示意圖堆棧示意圖2、特殊功能寄存器（、特殊功能寄存器（SFR Special Function Registers ） 8051單片機(jī)中設(shè)置了單片機(jī)中設(shè)置了21個特殊功能寄存器個特殊功能寄存器，它們不連續(xù)地分，它們不連續(xù)地分布在地址為布在地址為80H-FFH的的128個字節(jié)的存儲空間中。個字節(jié)的存儲空間中。 21個個SFR只能采用只能采用直接尋址方式直接尋址方式，但是字節(jié)地址，但是字節(jié)地址能被能被8整除整除（16進(jìn)制的地址碼尾數(shù)為進(jìn)制的地址碼尾數(shù)為0或或8）的）的11個單元均具有位尋址

55、能力。個單元均具有位尋址能力?？晌粚ぶ房晌粚ぶ罚?）堆棧指針寄存器堆棧指針寄存器SP：（2）數(shù)據(jù)存儲器地址指針數(shù)據(jù)存儲器地址指針DPTR：16位專用寄存器，由位專用寄存器，由DPH、DPL組成。對組成。對64KB外部數(shù)據(jù)存儲器尋址，做間址寄外部數(shù)據(jù)存儲器尋址，做間址寄存器；訪問程序存儲器，做基址寄存器。存器；訪問程序存儲器，做基址寄存器。（3）端口寄存器端口寄存器P0P3：用于控制用于控制4個個8位并行位并行I/O口?？?。（4）串口數(shù)據(jù)緩沖器串口數(shù)據(jù)緩沖器SBUF：由發(fā)送緩沖器和接收緩沖器組由發(fā)送緩沖器和接收緩沖器組成，通過讀寫指令來區(qū)別對哪一個緩沖器進(jìn)行操作。成，通過讀寫指令來區(qū)別對哪一個緩

56、沖器進(jìn)行操作。（5）串行口控制與狀態(tài)寄存器串行口控制與狀態(tài)寄存器SCON：控制串行通信工作控制串行通信工作方式、接收或發(fā)送控制、設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志。方式、接收或發(fā)送控制、設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志。SFR：（6） 定時器定時器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器T：MCS51有兩個有兩個16位定時器位定時器T0和和T1，每，每個定時器各包含兩個獨(dú)立的個定時器各包含兩個獨(dú)立的8位寄存器位寄存器TH0、TL0、TH1、TL1。（7）定時器定時器/計(jì)數(shù)器工作方式寄存器計(jì)數(shù)器工作方式寄存器TMOD：主要確定定時器主要確定定時器/計(jì)計(jì)數(shù)器的工作方式。數(shù)器的工作方式。（8）定時器定時器/計(jì)數(shù)器控制寄存器計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON：控制定時器控制定時

57、器/計(jì)數(shù)器的啟計(jì)數(shù)器的啟/停操作及對定時器溢出時設(shè)定標(biāo)志位。停操作及對定時器溢出時設(shè)定標(biāo)志位。（9）中斷允許寄存器中斷允許寄存器IE和中斷優(yōu)先級寄存器和中斷優(yōu)先級寄存器IP：IE用來控制用來控制CPU對各中斷源的中斷請求進(jìn)行響應(yīng)，對各中斷源的中斷請求進(jìn)行響應(yīng)，IP用來確定中斷源的優(yōu)先用來確定中斷源的優(yōu)先級別。級別。 MCS-51共有共有4個個8位準(zhǔn)雙向并行位準(zhǔn)雙向并行I/O端口端口P0P3，共，共32根根I/O口線，每根都可以獨(dú)立作為輸入和輸出。這四個端口口線，每根都可以獨(dú)立作為輸入和輸出。這四個端口是單片機(jī)對外部實(shí)現(xiàn)控制及信息交換的輸入輸出通道。是單片機(jī)對外部實(shí)現(xiàn)控制及信息交換的輸入輸出通道

58、。P0：作為外部擴(kuò)展存儲器時的地址：作為外部擴(kuò)展存儲器時的地址/數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線P1：普通：普通I/O口口P2：作為外部擴(kuò)展存儲器時的地址線：作為外部擴(kuò)展存儲器時的地址線P3：除作為：除作為I/O口外，每根口線都有第二功能。口外，每根口線都有第二功能。第四節(jié)第四節(jié) 并行并行I/O端口端口一、一、 P0端口端口由兩只場效應(yīng)管組成的由兩只場效應(yīng)管組成的輸出驅(qū)動電路輸出驅(qū)動電路；由由一個與門、反向器和多路轉(zhuǎn)換開關(guān)一個與門、反向器和多路轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX組成組成輸出控制電路；輸出控制電路； MUX的位置由的位置由CPU的控制信號確定，當(dāng)控制信號為低電平時，的控制信號確定，當(dāng)控制信號為低電平時，P0口用作一般口

59、用作一般I/O口；反之為高電平時，口；反之為高電平時，P0口用作地址口用作地址/數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)總線。P0.X1、用作、用作I/O口：口：控制信號為低電平，控制信號為低電平，V1截至，輸出極為漏極開路電路，應(yīng)接上拉電阻。截至，輸出極為漏極開路電路，應(yīng)接上拉電阻。輸出時：輸出時：內(nèi)部總線上的數(shù)據(jù)在寫信號控制下，先寫入鎖存器，經(jīng)反內(nèi)部總線上的數(shù)據(jù)在寫信號控制下，先寫入鎖存器，經(jīng)反相端反相，再經(jīng)相端反相，再經(jīng)V2反相，使輸出數(shù)據(jù)正好出現(xiàn)在反相，使輸出數(shù)據(jù)正好出現(xiàn)在P0口引腳上?？谝_上。 輸入時輸入時：先向鎖存器寫：先向鎖存器寫1，令，令V1，V2截至，讀引腳信號把三態(tài)緩沖截至，讀引腳信號把三態(tài)緩沖器

60、打開，則端口上的數(shù)據(jù)經(jīng)三態(tài)緩沖器輸入到內(nèi)部總線。器打開，則端口上的數(shù)據(jù)經(jīng)三態(tài)緩沖器輸入到內(nèi)部總線。P0.X為什么輸入時要先向鎖存器寫為什么輸入時要先向鎖存器寫1 ？由于輸出驅(qū)動由于輸出驅(qū)動V2并接在引腳上，如果并接在引腳上，如果V2導(dǎo)通會把引腳的高電平導(dǎo)通會把引腳的高電平拉成低電平，從而產(chǎn)生誤讀，所以輸入時必須先向鎖存器寫拉成低電平，從而產(chǎn)生誤讀，所以輸入時必須先向鎖存器寫1。P0口在做普通口在做普通I/O口時，是一個準(zhǔn)雙向口?？跁r，是一個準(zhǔn)雙向口。 對于準(zhǔn)雙向口，在做輸入口時，應(yīng)先向鎖存器寫入對于準(zhǔn)雙向口，在做輸入口時，應(yīng)先向鎖存器寫入1，使，使2個場效應(yīng)管都截至，引腳處于懸浮狀態(tài)，可作高阻