第一章與第二章

1《單片機(jī)原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》

內(nèi)容：?jiǎn)纹⑿蜋C(jī)的基本工作原理匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方法單片微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)與應(yīng)用單片微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法2第一章

緒論

內(nèi)容：1.有關(guān)微型計(jì)算機(jī)、單片機(jī)的概念2.單片機(jī)的一般結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)3.單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程4.常用單片機(jī)系列簡(jiǎn)介5.單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域6.數(shù)制、碼制復(fù)習(xí)

重點(diǎn)：

1.微處理器、微機(jī)和單片機(jī)的基本概念、單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特單片機(jī)特點(diǎn)與應(yīng)用。2.數(shù)制、碼制3wyx回

顧：有關(guān)微型計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)

硬件：微處理器，存儲(chǔ)器，總線，I/O接口軟件：系統(tǒng)軟件，應(yīng)用軟件1.1單片機(jī)的概念4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常由多塊印刷電路板制成：

主板顯卡聲卡存儲(chǔ)器接口網(wǎng)卡輸入輸出接口內(nèi)存條CPU5CPUCPU芯片內(nèi)存條存儲(chǔ)器接口存儲(chǔ)器芯片輸入輸出接口輸入輸出接口芯片定時(shí)計(jì)數(shù)器芯片A/D、D/A芯片單板機(jī)

印刷電路板6

單硅晶片CPU存儲(chǔ)器控制電路定時(shí)器時(shí)鐘電路I/O口單片機(jī)7wyx1.1

單片機(jī)的概念一、微處理器、微機(jī)和單片機(jī)的概念

微處理器（Microprocessor）——微型計(jì)算機(jī)的控制和運(yùn)算器部分；微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）——有完整運(yùn)算及控制功能的計(jì)算機(jī)，包括微處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出(I/O)接口電路以及輸入/輸出設(shè)備等；

單片機(jī)(singlechipmicrocomputer)——直譯為單片微型計(jì)算機(jī)，它將CPU、RAM、ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、輸入/輸出(I/O)接口電路、中斷、串行通信接口等主要計(jì)算機(jī)部件集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上，組成單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)。

單片機(jī)的形態(tài)只是一塊芯片，但是它已具有了微型計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)和功能。由于單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中常常將它完全融入應(yīng)用系統(tǒng)之中，故而也有將單片機(jī)稱為嵌入式微控制器(embeddedmicrocon-troller)。

8單片微機(jī)：SingleChipMicrocomputer的直譯，它忠實(shí)地反映了早期單片微機(jī)的形態(tài)和本質(zhì)。單片微型計(jì)算機(jī)（SingleChipmicrocomputer），又稱微控制器（MicrocomputerUnit）。按照面向?qū)ο?、突出控制功能，在片?nèi)集成了許多外圍電路及外設(shè)接口，突破了傳統(tǒng)意義的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，發(fā)展成microcontroller的體系結(jié)構(gòu)，目前國(guó)外已普遍稱之為微控制器MCU（MicroControllerUnit）。鑒于它完全作嵌入式應(yīng)用，故又稱為嵌入式微控制器EmbeddedMicrocontroller）。9單片機(jī)系統(tǒng)是在單片機(jī)芯片的基礎(chǔ)上擴(kuò)展其它電路或芯片構(gòu)成的具有一定應(yīng)用功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。如數(shù)字頻率計(jì)等。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中包括了滿足對(duì)象（如洗衣機(jī)）要求的全部硬件電路和應(yīng)用軟件。構(gòu)成各種嵌入式應(yīng)用的電路系統(tǒng)，統(tǒng)稱為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常分三個(gè)層次，即單片機(jī)、單片機(jī)系統(tǒng)、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。10

二、單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)

是單片機(jī)的開發(fā)調(diào)試的工具，有單片單板機(jī)和仿真器。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬、軟件開發(fā)。MDS（微型機(jī)開發(fā)系統(tǒng)）、ICE（在線仿真器）11三、單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和軟件

機(jī)器語(yǔ)言：?jiǎn)纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)只使用機(jī)器語(yǔ)言（指令的二進(jìn)制代碼，又稱指令代碼）。機(jī)器語(yǔ)言指令組成的程序稱目標(biāo)程序。

MCS-51兩個(gè)寄存器相加的機(jī)器語(yǔ)言指令：00101000

匯編語(yǔ)言：

與機(jī)器語(yǔ)言指令一一對(duì)應(yīng)的英文單詞縮寫，稱為指令助記符。匯編語(yǔ)言編寫的程序稱為匯編語(yǔ)言程序。

MCS-51兩個(gè)寄存器相加匯編語(yǔ)言指令：ADDA，R0

機(jī)器語(yǔ)言（MachineLanguage)有三類匯編語(yǔ)言

(Assemble)

高級(jí)語(yǔ)言

(HighLevelLanguage)12

高級(jí)語(yǔ)言：高級(jí)語(yǔ)言源程序C-51、C、PL/M51等。簡(jiǎn)單——控制程序不太長(zhǎng)。復(fù)雜——多種多樣的控制對(duì)象，少有現(xiàn)成程序借鑒。簡(jiǎn)單系統(tǒng)——不含管理和開發(fā)功能。復(fù)雜系統(tǒng)——實(shí)時(shí)系統(tǒng)，需要監(jiān)控系統(tǒng)（甚至實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)）。編譯型高級(jí)語(yǔ)言可生成機(jī)器代碼；解釋型高級(jí)語(yǔ)言必須在解釋程序支持下直接解釋執(zhí)行。因此，只有編譯型高級(jí)語(yǔ)言才能作為微機(jī)開發(fā)語(yǔ)言。13不同計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的應(yīng)用：

源程序通過(guò)編譯得到機(jī)器能執(zhí)行的目標(biāo)程序。

匯編語(yǔ)言程序可以高效率利用計(jì)算機(jī)資源，目標(biāo)程序占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，適合于自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)反應(yīng)快速、結(jié)構(gòu)緊湊的要求。實(shí)際應(yīng)用中，常與C語(yǔ)言配合使用。高級(jí)語(yǔ)言程序容易掌握，通用性好，但編譯程序系統(tǒng)開銷大，目標(biāo)程序占用內(nèi)存多，且執(zhí)行時(shí)間比較長(zhǎng)，多用于科學(xué)計(jì)算、工業(yè)設(shè)計(jì)、企業(yè)管理。源程序目標(biāo)程序編譯程序1415wyx四、

單片機(jī)的一般結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

一般

單片機(jī)有2種基本結(jié)構(gòu)形式：

一種是在通用微型計(jì)算機(jī)中廣泛采用的將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合用一個(gè)存儲(chǔ)空間的結(jié)構(gòu)，稱為普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)或稱馮·諾依曼結(jié)構(gòu)；另一種是將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，稱為哈佛(Har-vard)結(jié)構(gòu)。Intel公司的MCS-51和80C51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)。目前的單片機(jī)以采用程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開的結(jié)構(gòu)較多。16單片機(jī)的特點(diǎn)：

單片機(jī)的中央處理器(CPU)和通用微處理器基本相同，只是增設(shè)了“面向控制”的處理功能。例如：位處理、查表、多種跳轉(zhuǎn)、乘除法運(yùn)算、狀態(tài)檢測(cè)、中斷處理功能等，增強(qiáng)了控制的實(shí)用性和靈活性。171.2單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程概述Intel8位單片機(jī)的發(fā)展

第一代：以1976年推出的MCS-48系列為代表。第二代：以MCS-51的8051為代表的單片機(jī)，第三代：以51系列、AVR、PIC等為代表。一般根據(jù)控制應(yīng)用需要:

又可設(shè)計(jì)成通用單片機(jī)、專用單片機(jī)按內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的寬度:

單片機(jī)分為4位、8位、16位及32位等。18一、電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史

1、第一代（1946—1958）：電子管計(jì)算機(jī)。用于：科學(xué)計(jì)算2、第二代（1958—1964）：晶體管計(jì)算機(jī)。用于：科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制3、第三代（1964—1971）：集成電路計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)。用于：科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制、事務(wù)管理。4、第四代（1971—）：大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。用于：計(jì)算量極大的高尖技術(shù)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域出現(xiàn)了微型機(jī)。5、第五代：智能型計(jì)算機(jī)正在研制中。用于：模擬人的智能，識(shí)別圖像、語(yǔ)言和物體，聯(lián)想、推理、解答問(wèn)題，使用自然語(yǔ)言進(jìn)行會(huì)話處理。發(fā)展歷史19二、微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史微型機(jī)算計(jì)的核心部分：微處理器的發(fā)展已經(jīng)歷了五代。第一代（1971—1973）：4位→8位（初級(jí)）第二代（1973—1975）：8位（初級(jí)）第三代（1975—1978）：初級(jí)8位單片機(jī)

IntelMCS—48系列單片機(jī)第四代（1978—80年代中期）：高檔8位單片機(jī)

IntelMCS—51系列單片機(jī)→16位、32位第五代（80年代中期至今）：→64位201976-：初級(jí)8位單片機(jī)IntelMCS-48系列1980-：高檔8位單片機(jī)IntelMCS-51系列：

—51子系列：8031/8051/8751

—52子系列：8032/8052/8752

低功耗型80C31

高性能型80C252

廉價(jià)型89C2051/10511983-

：16位單片機(jī)IntelMCS-96系列：

8098/8096、80C198/80C19632位單片機(jī)8096021MCS—48

（從1976年起）

基本型：8051、8751、8031MCS—51改進(jìn)型：8052、8752、8032（從1980年起）低功耗型：80C51、87C51、80C31

強(qiáng)性能型：83C252、87C252、80C252

早期產(chǎn)品：8X9X（8096）MCS—96改進(jìn)型：8X9XBH、8X9XJF

（從1983年起）新產(chǎn)品：8098（準(zhǔn)）強(qiáng)功能型：80C196、80C198（準(zhǔn)）22MCS-51系列基本產(chǎn)品型號(hào)：8051、8031、8751稱為51子系列。不同型號(hào)MCS-51單片機(jī)CPU處理能力和指令系統(tǒng)完全兼容，只是存儲(chǔ)器和I/O接口的配置有所不同。

硬件配置基本配置：1.

8位CPU2.片內(nèi)ROM/EPROM、RAM3.片內(nèi)并行I/O接口4.片內(nèi)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5.片內(nèi)中斷處理系統(tǒng)6.片內(nèi)全雙工串行I/O口23MCS—51系列單片機(jī)的3種基本產(chǎn)品8051：片內(nèi)含有掩膜ROM型程序存儲(chǔ)器；只能由生產(chǎn)廠家代為用戶固化；批量大、永久保存、不修改時(shí)用。8751：片內(nèi)含EPROM型程序存儲(chǔ)器；用戶可固化，可用紫外線光照射擦除；但價(jià)格高。8031：片內(nèi)無(wú)程序存儲(chǔ)器，可在片外擴(kuò)展；方便靈活，價(jià)格便宜。24INTEL公司先后推出了三個(gè)系列的單片機(jī)：

MCS—48系列

MCS—51系列

MCS—96系列典型產(chǎn)品：

80968098（準(zhǔn)）

80C19680C198（準(zhǔn)）

新一代80C51增加了一些外部接口功能單元，如A/D，PCA，WDT等。PHILIPS：80C51ATMEL(FlashROM)：AT89C51CHMOS：低功耗，高速度和高密度(HMOS)待機(jī)和掉電保護(hù)251.3常用單片機(jī)系列簡(jiǎn)介

一、ATMEL單片機(jī)

ATMEL公司所生產(chǎn)的ATMEL89系列單片機(jī)（簡(jiǎn)稱89系列單片機(jī)），就是基于Intel公司的MCS-5l系列而研制的，該公司的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于Flash存儲(chǔ)器技術(shù)。

應(yīng)用較多的有：AT89C51系列

STC89C51/52系列

SST89系列

AT-tiny、AT90/、ATmega等系列的AVR單片機(jī)

這些都是是一種可下載的Flash單片機(jī)，它和IBM微機(jī)通信進(jìn)行下載程序十分方便。26

二、Philips單片機(jī)Philips公司的的單片機(jī)都屬于MCS-51系列兼容的單片機(jī)。三、Maxim-Dallas單片機(jī)四、WinBond單片機(jī)

五、Motorola單片機(jī)六、其他公司的單片機(jī)

1）NEC單片機(jī)；

2）東芝單片機(jī)；

3）Epson單片機(jī)；

提示：經(jīng)常上網(wǎng)查詢，關(guān)注發(fā)展動(dòng)態(tài)．271.3單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

一、單片機(jī)在智能儀器中的應(yīng)用智能化儀器內(nèi)部基本上都是用單片機(jī)進(jìn)行信息控制與處理。特別是近年來(lái)出現(xiàn)的數(shù)字信號(hào)處理器DSP是一種速度極高的單片機(jī)，它在通信和高速信息處理中起了極大的作用，從而擴(kuò)展了單片機(jī)在智能儀器中的應(yīng)用。二、單片機(jī)在過(guò)程控制中的應(yīng)用28三、單片機(jī)與e-Home

家用電器的嵌入式結(jié)構(gòu)有單核嵌入和雙核嵌入2種。例如：一般電腦電飯煲，內(nèi)部只有一個(gè)單片機(jī)，這種控制系統(tǒng)是單核嵌入；對(duì)于分體式空調(diào)，室內(nèi)機(jī)與室外機(jī)中分別有1個(gè)單片機(jī)，為雙核嵌入結(jié)構(gòu)。四、單片機(jī)與Internet

各類家用電器和智能裝置，它們的“心臟”多是單片機(jī)。由于單片機(jī)芯片品種達(dá)數(shù)百種，其硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)各不相同，不能直接接入Internet網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)芯片——Webchip的出現(xiàn)成為智能裝置和家電產(chǎn)品連接Internet的理想“橋梁”．五、單片機(jī)的發(fā)展1）強(qiáng)化指令功能2）增加各種接口部件3）提高專用程度29工業(yè)自動(dòng)化方面：

力、熱、速度、加速度、位移。儀器儀表：

降低成本、簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提高可靠性。家用電器：

小家電中要求小型價(jià)廉、程序容量不大。信息和通信產(chǎn)品：

PDA則要求大容量存儲(chǔ)、大屏幕LCD顯示、極低功耗等。軍事裝備方面：

可靠性、極低功耗。30用單片機(jī)構(gòu)成智能化產(chǎn)品：在智能儀器儀表中的應(yīng)用；在家用產(chǎn)品中的應(yīng)用；在醫(yī)療儀器中的應(yīng)用；在計(jì)算機(jī)外部設(shè)備中的應(yīng)用。單片機(jī)在工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域中的應(yīng)用：過(guò)程控制：數(shù)控銑床、步進(jìn)控制、生產(chǎn)流水線等；數(shù)據(jù)采集；信號(hào)處理；舊設(shè)備的改造。31單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用遍布國(guó)民經(jīng)濟(jì)與人民生活的各個(gè)領(lǐng)域321.4單片機(jī)應(yīng)用的特點(diǎn)

單片機(jī)的應(yīng)用很廣泛，特點(diǎn)很多，僅從應(yīng)用的角度來(lái)看：計(jì)算機(jī)的控制應(yīng)用分為控制系統(tǒng)離線應(yīng)用：控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（控制系統(tǒng)CAD）控制系統(tǒng)在線應(yīng)用：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)→使用單片機(jī)33工業(yè)控制領(lǐng)域與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同的要求:(1)面對(duì)控制對(duì)象。面對(duì)物理量傳感變換的信號(hào)輸入；面對(duì)人機(jī)交互的操作控制；面對(duì)對(duì)象的伺服驅(qū)動(dòng)控制。(2)嵌入到工控應(yīng)用系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)形態(tài)。(3)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中可靠性品質(zhì)。(4)突出控制功能。對(duì)外部信息及時(shí)捕捉；對(duì)控制對(duì)象能靈活地實(shí)時(shí)控制；有突出控制功能的指令系統(tǒng)，如I/O口控制、位操作、豐富的轉(zhuǎn)移指令等。34小結(jié)1、單片機(jī)即單片微型計(jì)算機(jī)，是將計(jì)算機(jī)主機(jī)（CPU、內(nèi)存和I/O接口）集成在一小塊硅片上的微型機(jī)。2、單片機(jī)為工業(yè)測(cè)控而設(shè)計(jì)，又稱微控制器。具有三高優(yōu)勢(shì)（集成度高、可靠性高、性價(jià)比高）。3、主要應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)與控制、計(jì)算機(jī)外設(shè)、智能儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等。

特別適合于嵌入式微型機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。4、單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)有單片單板機(jī)和仿真器。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬、軟件開發(fā)。35（1）總線(BUS)

總線是連接CPU與各功能部件并進(jìn)行信息傳遞的公共通道。總線通常分為三種，即數(shù)據(jù)總線(DB)地址總線(AB)和控制總線(CB)。復(fù)習(xí)：微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理1.微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)──由微處理器（ＣＰＵ）、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口（Ⅰ/０接口）三部分主成，各部分用總線相連。362、輸入輸出(I/O)接口

由于I/O設(shè)備中類繁多，它們?cè)谒俣?、電平、功率、信息形式等很多方面有很大差別，不能直接與CPU連接，必須經(jīng)過(guò)I/O接口電路解決它們之間的匹配問(wèn)題。

３、存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器分類

存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的信息

存儲(chǔ)器的讀寫操作過(guò)程

37（4）微處理器（ＣＰＵ）

運(yùn)算器寄存器陣列控制器內(nèi)部總線

2.復(fù)習(xí)基本概念與常用術(shù)語(yǔ)（1）位(Bit)位是計(jì)算中構(gòu)成信息的最小單位，表示二進(jìn)制數(shù)中的某個(gè)數(shù)位“0”或“1”。Bit是BinargDigit的縮寫。（2）字(Word)字是CPU與輸入/輸出設(shè)備和存儲(chǔ)器之間傳送數(shù)據(jù)的基本單位，由若干位組成它與數(shù)據(jù)總線的寬度(根數(shù))一致。（3）字節(jié)(Byte)一字節(jié)為8位(bit)。38（4）指令(Instruction)：指規(guī)定計(jì)算機(jī)完成某種操作的命令。目前計(jì)算機(jī)只能直接識(shí)別由二進(jìn)制編碼的指令，即機(jī)器碼（5）指令系統(tǒng)(InstructionSet)：指一臺(tái)計(jì)算機(jī)所能識(shí)別的全部指令的集合。（6）程序(Program)：為完成特定任務(wù)而設(shè)計(jì)的一組指令有序的集合。（7）地址(Address)地址指存貯單元的編號(hào)。（8）K和KB計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器容量較大，K和KB常用作計(jì)算存儲(chǔ)器容量的單位1K=2^10=1024;1KB=1024Byte。（9）關(guān)于時(shí)序的概念所謂時(shí)序，就是計(jì)算機(jī)在工作過(guò)程中，CPU控制器所發(fā)出的一系列控制信號(hào)在時(shí)間上的相互關(guān)系。39計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的數(shù)制、碼制復(fù)習(xí)1.數(shù)制及其互換2.帶符號(hào)數(shù)的表示法3.原碼、反碼、補(bǔ)碼特點(diǎn)：⑴8位二進(jìn)制數(shù)表示原碼、反碼、補(bǔ)碼的范圍

(-127~+127、-127~+127、-128~+127)⑵補(bǔ)碼的運(yùn)算

在微型計(jì)算機(jī)中，帶符號(hào)數(shù)用補(bǔ)碼表示，減法可用補(bǔ)碼相加來(lái)實(shí)現(xiàn)，運(yùn)算結(jié)果為補(bǔ)碼。４.負(fù)數(shù)補(bǔ)碼快速求法？５、補(bǔ)碼運(yùn)算舉例40第二章單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容2.1MCS-51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介2.2MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.3MCS-51單片機(jī)的引腳

2.4MCS-51單片機(jī)的存儲(chǔ)器2.5MCS-51并行輸入/輸出接口2.6

MCS-51工作方式412.1MCS-51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介MCS-51系列單片機(jī)已有十多種產(chǎn)品，可分為兩大系列：51子系列和52子系列。51子系列主要有8031、8051、8751三種機(jī)型。它們的指令系統(tǒng)與芯片引腳完全兼容,差別僅在于片內(nèi)有無(wú)ROM或EPROM。52子系列主要有8032、8052、8752三種機(jī)型。52子系列與51子系列的不同之處在于：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器增至256字節(jié)；片內(nèi)程序存儲(chǔ)器增至8KB(8032無(wú))；有3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，6個(gè)中斷源。422.2MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。從圖2-1中可看出，MCS-51單片機(jī)組成結(jié)構(gòu)中包含運(yùn)算器、控制器、片內(nèi)存儲(chǔ)器、I/O口、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件。432.2MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)2-1內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖442.2MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)各功能部件：

CPU（微處理器）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）

片內(nèi)為128個(gè)字節(jié)（52子系列的為256個(gè)字節(jié)）3)程序存儲(chǔ)器（ROM/EPROM）

8031:無(wú)此部件；

8051:4K字節(jié)ROM；

8751:4K字節(jié)EPROM；

89C51/89C52/89C55:4K/8K/20K字節(jié)閃存。452.2MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

各功能部件：

4)P1口、P2口、P3口、P0口：為4個(gè)并行8位I/O口。

5)串行口1個(gè)可編程全雙工的異步串行口

6)2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

7)中斷系統(tǒng)

8)特殊功能寄存器（SFR）共有21個(gè)，是一個(gè)具有特殊功能的RAM區(qū)。462.3MCS-51單片機(jī)的引腳MCS-51單片機(jī)大多是40條引腳的雙列直插式器件.圖2-2（a）為MCS-51的40引腳配置圖。（b）圖為三大總線分布圖。472.3MCS-51單片機(jī)的引腳圖2-248引腳可分為三個(gè)部分：

1.電源引腳；

2.時(shí)鐘引腳；

3.控制引腳

4.I/O口引腳

圖2-3所示。2.3MCS-51單片機(jī)的引腳492.3MCS-51單片機(jī)的引腳時(shí)鐘引腳I/O口引腳

圖2-3控制引腳電源引腳501．主電源引腳

VCC(40腳)：接+5V電源正端。

VSS(20腳)：接+5V電源地端。

2.3MCS-51單片機(jī)的引腳512.時(shí)鐘電路引腳圖2-4（1）內(nèi)時(shí)鐘方式

如圖所示，XTAL1接地，XTAL2接外部振蕩器。2.3MCS-51單片機(jī)的引腳圖2-452

（2）外時(shí)鐘方式如圖所示，XTAL1接地，XTAL2接外部振蕩器。由于XTAL2端的電平不是TTL電平，故接一個(gè)上拉電阻。外部振蕩器的頻率應(yīng)低于12MHZ。

2.3MCS-51單片機(jī)的引腳圖2-4533.控制引腳

(1)ALE/PROG(30腳)：地址鎖存有效信號(hào)輸出端。ALE在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)輸出兩個(gè)脈沖。在訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器期間，下降沿用于控制鎖存P0輸出的低8位地址；在不訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器期間，可作為對(duì)外輸出的時(shí)鐘脈沖或用于定時(shí)目的。對(duì)于片內(nèi)含有EPROM的機(jī)型，在編程期間，該引腳用作編程脈沖PROG的輸入端。

2.3MCS-51單片機(jī)的引腳54(2)PSEN(29腳)：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效。在訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。

(3)RST/VPD(9腳)：RST即為RESET，VPD為備用電源。該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。

上電時(shí)，考慮到振蕩器有一定的起振時(shí)間，該引腳上高電平必須持續(xù)10ms以上才能保證有效復(fù)位。2.3MCS-51單片機(jī)的引腳554.I/O口引腳

(1)P0口(39~32腳)：P0.0~P0.7統(tǒng)稱為P0口。在不接片外存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展I/O口時(shí)，可作為準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O口時(shí)，P0口分時(shí)復(fù)用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。

(2)P1口(1~8腳)：P1.0~P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O口使用。對(duì)于52子系列，P1.0與P1.1還有第二功能：P1.0可用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)脈沖輸入端T2，P1.1可用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部控制端T2EX。2.3MCS-51單片機(jī)的引腳564.I/O口引腳

(3)P2口(21~28腳)：P2.0~P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般可作為準(zhǔn)雙向I/O口使用；在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O口且尋址范圍超過(guò)256字節(jié)時(shí)，P2口用作高8位地址總線。

(4)P3口(10~17腳)：P3.0~P3.7統(tǒng)稱為P3口。除作為準(zhǔn)雙向I/O口使用外，還可以將每一位用于第二功能，而且P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。P3口的第二功能如表2-1所示。2.3MCS-51單片機(jī)的引腳57引腳轉(zhuǎn)義引腳功能說(shuō)明P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收端P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送端P3.2INT0外部中斷0請(qǐng)求P3.3INT1外部中斷1請(qǐng)求P3.4T0計(jì)數(shù)器0外部輸入P3.5T1計(jì)數(shù)器1外部輸入P3.6WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫P3.7RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀表2-1P3口第二功能表2.3MCS-51單片機(jī)的引腳582.4MCS-51單片機(jī)的存儲(chǔ)器

8051單片機(jī)的存儲(chǔ)器從物理上分四個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、片外程序存儲(chǔ)器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

59

從用戶使用的角度，8051存儲(chǔ)器地址空間分為三類：

（1）片內(nèi)、片外統(tǒng)一編址0000～0FFFFH的64K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器地址空間（用16位地址）；

（2）64K字節(jié)的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間，地址也從0000～0FFFFH（用16位地址）；

（3）256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間00H~0FFH（用8位地址）。

2.4MCS-51單片機(jī)的存儲(chǔ)器60FFFFH1000H片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器8051片內(nèi)存儲(chǔ)器

0FFFH0000H4KBROM7FH00HFFH80HSFRRAM64KBROMFFFFH0000H0FFFH0000H64KBRAM(I/O)圖2-58051存儲(chǔ)空間分布圖2.4MCS-51單片機(jī)的存儲(chǔ)器611．編址與訪問(wèn)

程序存儲(chǔ)器就是用來(lái)存放這些已編好的程序和表格常數(shù)，它由只讀存儲(chǔ)器ROM或EPROM組成。

8051片內(nèi)有4KBROM，片外16位地址線可擴(kuò)展64KBROM，二者是統(tǒng)一編址的。當(dāng)引腳EA*=1，8051從0000H執(zhí)行片內(nèi)ROM中的程序。當(dāng)指令地址超過(guò)0FFFH后，自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外ROM取指令。

引腳EA*=0，8051片內(nèi)ROM不起作用，CPU只能從片外

ROM/EPROM中取指令，地址可以從0000H開始編址。2.4.1程序存儲(chǔ)器622.4.1程序存儲(chǔ)器PC是程序計(jì)數(shù)器，是管理程序執(zhí)行次序的寄存器，存放將要執(zhí)行的指令的地址。

PC有3種功能：1、復(fù)位功能：復(fù)位時(shí)計(jì)算機(jī)進(jìn)入初始狀態(tài)，PC的內(nèi)容自動(dòng)清零。2、計(jì)數(shù)功能：每取出指令代碼的一個(gè)字節(jié)，PC的內(nèi)容自動(dòng)加1（加法計(jì)數(shù)）3、直接置位功能：在執(zhí)行跳轉(zhuǎn)、返回指令時(shí)將跳轉(zhuǎn)的地址直接加載PC。632.4.1程序存儲(chǔ)器表2-2內(nèi)部ROM中的一些殊單元642.4.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1．編址與訪問(wèn)

MCS-51單片機(jī)片內(nèi)、外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是兩個(gè)獨(dú)立的地址空間，應(yīng)分別單獨(dú)編址。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器除RAM塊外，還有特殊功能寄存器(SFR)塊。片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一般是16位編址。片外RAM：64K字節(jié)；地址從0000～FFFFH。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的編址如圖2-6所示。652.4.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器圖2-6數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器編址662.4.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1．編址與訪問(wèn)

MCS-51單片機(jī)片內(nèi)、外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是兩個(gè)獨(dú)立的地址空間，應(yīng)分別單獨(dú)編址。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器除RAM塊外，還有特殊功能寄存器(SFR)塊。片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一般是16位編址。片外RAM：64K字節(jié)；地址從0000～FFFFH。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的編址如圖2-6所示。672.內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

低128個(gè)字節(jié)，字節(jié)地址為00H～7FH。

00H～1FH：32個(gè)單元，是4組通用工作寄存器區(qū)

20H～2FH：16個(gè)單元，可進(jìn)行128位的位尋址

30H～7FH：用戶RAM區(qū)，只能進(jìn)行字節(jié)尋址，用作數(shù)據(jù)緩沖區(qū)以及堆棧區(qū)。2.4.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器682.4.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器圖2-7片內(nèi)RAM地址空間69

內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器高128單元：被特殊功能寄存器（SFR）使用。單元地址為80H～FFH。

CPU對(duì)各種功能部件的控制采用特殊功能寄存器集中控制方式，共21個(gè)。2.4.3專用寄存器702.4.3專用寄存器表2-3特殊寄存器712.4.3專用寄存器72（1）累加器ACC（Accumulator）

8位寄存器，是最常用的專用寄存器（2）B寄存器

8位寄存器，主要用于乘除運(yùn)算。

B寄存器也可作為一般數(shù)據(jù)寄存器使用。2.4.3專用寄存器733．程序狀態(tài)字寄存器PSW

程序狀態(tài)字PSW是一個(gè)8位的標(biāo)志寄存器，它保存指令執(zhí)行結(jié)果的特征信息，以供程序查詢和判別。其各位的定義如下：

字節(jié)地址D0HCACF0RS1RS0OV---PPSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.02.4.3專用寄存器74PSW各位的定義如下：

字節(jié)地址D0HCACF0RS1RS0OV---PPSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0（1）Cy（PSW.7）進(jìn)位標(biāo)志位（2）Ac(PSW.6)輔助進(jìn)位標(biāo)志位（3）F0（PSW.5）標(biāo)志位由用戶使用的一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位。（4）RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）：4組工作寄存器區(qū)選擇控制位1和位0。2.4.3專用寄存器75（5）OV（PSW.2）溢出標(biāo)志位

指示運(yùn)算是否產(chǎn)生溢出。各種算術(shù)運(yùn)算指令對(duì)該位的影響情況較復(fù)雜，將在第3章介紹。（6）PSW.1位:保留位，未用（7）P(PSW.0)奇偶標(biāo)志位

P=1，A中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)

P=0，A中“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)2.4.3專用寄存器76

工作寄存器區(qū)的選擇18～1FH3區(qū)1110～17H2區(qū)1008～0FH1區(qū)0100～07H0區(qū)00R0～R7地址寄存器組RS1RS02.4.3專用寄存器774.堆棧指針SP

指示出堆棧頂部在內(nèi)部RAM塊中的位置

復(fù)位后，SP中的內(nèi)容為07H。

5.數(shù)據(jù)指針DPTR

16位特殊功能寄存器，高位字節(jié)寄存器用DPH表示，低位字節(jié)寄存器用DPL表示。

6.I/O端口P0～P3

P0～P3分別為I/O端口P0～P3的鎖存器。2.4.3專用寄存器787.串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF

存放欲發(fā)送或已接收的數(shù)據(jù)，一個(gè)字節(jié)地址，物理上是由兩個(gè)獨(dú)立的寄存器組成，一個(gè)是發(fā)送緩沖器，另一個(gè)是接收緩沖器。

8.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1和T0，各由兩個(gè)獨(dú)立的8位寄存器組成：TH1、TL1、TH0、TL0，只能字節(jié)尋址，但不能把T1或T0當(dāng)作一個(gè)16位寄存器來(lái)尋址訪問(wèn)。2.4.3專用寄存器79MCS-51單片機(jī)共有4個(gè)8位雙向并行輸入/輸出（I/O）口，分別為：P0、P1、P2、P3。這4個(gè)口可以并行輸入或輸出8位數(shù)據(jù)；也可以按位使用，即每一根輸入/輸出線都能獨(dú)立的用作輸入或輸出。2.5MCS-51并行輸入/輸出接口80

一個(gè)數(shù)據(jù)輸出鎖存器和兩個(gè)三態(tài)數(shù)據(jù)輸入緩沖器。一個(gè)多路轉(zhuǎn)接電路MUX在控制信號(hào)的作用下，MUX可以分別接通鎖存器輸出或地址/數(shù)據(jù)線。當(dāng)作為通用的I/O口使用時(shí)，內(nèi)部的控制信號(hào)為低電平，封鎖與門將輸出驅(qū)動(dòng)電路的上拉場(chǎng)效應(yīng)管（FET）截止，同時(shí)使MUX接通鎖存器~Q端的輸出通路。2.5.1P0口內(nèi)部結(jié)構(gòu)81圖2-8P0口1位結(jié)構(gòu)圖2.5.1P0口內(nèi)部結(jié)構(gòu)821．地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用功能當(dāng)P0口作為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用總線時(shí)，可從P0口輸出地址或數(shù)據(jù)，另一種是從P0口輸入數(shù)據(jù)。2.5.1P0口內(nèi)部結(jié)構(gòu)832．通用I/O接口功能

當(dāng)P0口作為通用I/O口使用，在CPU向端口輸出數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)為0，當(dāng)要從P0口輸入數(shù)據(jù)時(shí)，引腳信息仍經(jīng)輸入緩沖器進(jìn)入內(nèi)部總線。2.5.1P0口內(nèi)部結(jié)構(gòu)84P0口在有外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)被作為地址/數(shù)據(jù)總線口，此時(shí)是一個(gè)真正的雙向口；在沒(méi)有外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也可作為通用的I/O接口，但此時(shí)只是一個(gè)準(zhǔn)雙向口。2.5.1P0口內(nèi)部結(jié)構(gòu)85P1口內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-9所示輸出部分有內(nèi)部上拉電阻約為20K。其他部分與P0端口使用相類似（讀引腳時(shí)先寫入1）。2.5.2P1和P2口內(nèi)部結(jié)構(gòu)86

圖2-9P1口內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.5.2P1和P2口內(nèi)部結(jié)構(gòu)87

P2口輸出地址信息，此時(shí)單片機(jī)完成外部的取指操作或?qū)ν獠繑?shù)據(jù)存儲(chǔ)器16位地址的讀寫操作。當(dāng)P2口作為普通I/O口使用時(shí)，用法和P1口類似。2.5.2P1和P2口內(nèi)部結(jié)構(gòu)88圖2-10P2口內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.5.2P1和P2口內(nèi)部結(jié)構(gòu)89P3口的特點(diǎn)在于為適應(yīng)引腳信號(hào)第二功能的需要。對(duì)于第二功能為輸出的信號(hào)引腳，當(dāng)作為I/O使用時(shí)，第二功能信號(hào)引線應(yīng)保持高電平，與非門開通，以維持從鎖存器到輸出端數(shù)據(jù)輸出通路的暢通。當(dāng)輸出第二功能信號(hào)時(shí)，該位的鎖存器應(yīng)置“1”，使與非門對(duì)第二功能信號(hào)的輸出是暢通的，從而實(shí)現(xiàn)第二功能信號(hào)的輸出。2.5.3P3口內(nèi)部結(jié)構(gòu)902.5.3P3口內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2-11P3口1位結(jié)構(gòu)圖91MCS-51工作方式有：復(fù)位、程序執(zhí)行、單步執(zhí)行、掉電保護(hù)、低功耗以及EPROM編程和校驗(yàn)等六種工作方式。2.6MCS-51工作方式921.復(fù)位方式

MCS-51系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST上只要出現(xiàn)10ms以上的高電平，單片機(jī)就實(shí)現(xiàn)復(fù)位。單片機(jī)在RST引腳高電平的控制下，特殊功能寄存器和程序計(jì)數(shù)器PC復(fù)位后的狀態(tài)如表2-4所示。2.6.1復(fù)位方式和復(fù)