單片機(jī)第一講

單片機(jī)第一講第1頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一學(xué)習(xí)目的1、了解該課程在本專業(yè)中的地位，課程研究?jī)?nèi)容，學(xué)習(xí)方法；2、認(rèn)識(shí)單片機(jī)，了解單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)3、了解單片機(jī)的應(yīng)用；4、了解目前常用的單片機(jī)類型。5、掌握單片機(jī)的數(shù)制與編碼第2頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、保安、金融、儀器儀表、航空航天、醫(yī)療、通訊、辦公設(shè)備、娛樂(lè)休閑、健身、體育競(jìng)賽、服務(wù)領(lǐng)域……,大量單片機(jī)-嵌入式技術(shù)已經(jīng)無(wú)處不在。正迅速改變著人們傳統(tǒng)的生產(chǎn)和生活方式。第3頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第4頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、什么是單片機(jī)

1、微型計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)——常見(jiàn)的微機(jī)外形臺(tái)式微機(jī)便攜式微機(jī)立式微機(jī)第5頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一微型計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)——微機(jī)硬件組成顯示器主機(jī)鍵盤(pán)鼠標(biāo)第6頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一微型計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)——運(yùn)算器控制器CPU存儲(chǔ)器輸入接口電路輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出接口電路硬件系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)第7頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硬件系統(tǒng)——構(gòu)成微機(jī)的實(shí)體和裝置軟件系統(tǒng)——微機(jī)系統(tǒng)所使用的各種程序的總稱軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)共同構(gòu)成實(shí)用的微機(jī)系統(tǒng)，兩者是相輔相成、缺一不可的。

軟件系統(tǒng)+微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)算器控制器CPU存儲(chǔ)器輸入接口電路輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出接口電路硬件系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第8頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一CPU輸入設(shè)備輸出設(shè)備軟件系統(tǒng)+微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)輸入接口設(shè)備輸出接口設(shè)備運(yùn)算器控制器存儲(chǔ)器單片微型計(jì)算機(jī)是指集成在一個(gè)芯片上的微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)——單片機(jī)實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)芯片2、單片微型計(jì)算機(jī)第9頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一單片機(jī)的概念☆單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支，特別適用于控制領(lǐng)域。通俗的來(lái)講，就是把中央處理器CPU（CentralProcessingUnit），存儲(chǔ)器（memory），定時(shí)器，I/O（Input/Output）接口電路等一些計(jì)算機(jī)的主要功能部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)又稱為“微控制器MCU”。中文“單片機(jī)”的稱呼是由英文名稱“SingleChipMicrocomputer”直接翻譯而來(lái)的。3、單片微型計(jì)算機(jī)第10頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)：?jiǎn)纹瑱C(jī)將CPU（中央處理器）、存儲(chǔ)器和輸入輸出接口集成在一個(gè)芯片中的微型計(jì)算機(jī)

嵌入式系統(tǒng)針對(duì)自動(dòng)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，按照嵌入式應(yīng)用要求設(shè)計(jì)全新的體系結(jié)構(gòu)、微處理器、指令系統(tǒng)、總線方式、管理模式，將計(jì)算機(jī)做在一個(gè)芯片上，把這種以應(yīng)用為中心，以計(jì)算技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，針對(duì)具體應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱為嵌入式系統(tǒng)。

第11頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用1.單片機(jī)的特點(diǎn)體積小，重量輕電源單一，功耗低功能強(qiáng)，價(jià)格低運(yùn)行速度快，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高可以嵌入到電子產(chǎn)品中——嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)第12頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一單片機(jī)的主要分類1、按應(yīng)用領(lǐng)域可分為：家電類，工控類，通信類，個(gè)人信息終端類等等；2、按通用性可分為：通用型和專用型。3、按總線結(jié)構(gòu)可分為總線型和非總線型。4、按控制單元設(shè)計(jì)方式與采用技術(shù)的不同，可分為復(fù)雜指令集和精簡(jiǎn)指令集。2.單片機(jī)種類

第13頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.單片機(jī)種類

◆目前8位單片機(jī)仍是單片機(jī)的主流機(jī)型；◆生產(chǎn)廠商：◆單片機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了由4位機(jī)到8位機(jī),再到16位機(jī)的發(fā)展過(guò)程美國(guó)微芯片公司:PIC16C××系列、PIC17C××系列、PIC1400系列，美國(guó)英特爾公司的MCS-48和MCS-51系列，美國(guó)摩托羅拉公司的MC68HC05系列和MC68HC11系列，美國(guó)齊洛格公司的Z8系列，日本電氣公司的μPD78××系列，美國(guó)莫斯特克公司和仙童公司合作生產(chǎn)的F8（3870）系列等。

第14頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1．8051系列單片機(jī)產(chǎn)品

MCS-51是指由美國(guó)INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱，這一系列單片機(jī)包括如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，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、改變而來(lái)的，所以人們習(xí)慣于用8051來(lái)稱呼MCS51系列單片機(jī)，而8031是前些年在我國(guó)最流行的單片機(jī)。INTEL公司將MCS51的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051為核心的單片機(jī)，當(dāng)然，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求，其中89C51就是這幾年在我國(guó)非常流行的單片機(jī)，它是由美國(guó)ATMEL公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的。2.單片機(jī)種類

第15頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一MCS-51系列單片機(jī)雖已有10多種產(chǎn)品，但可分為兩大系列：MCS-51子系列與MCS-52子系列。

MCS-51子系列中主要有8031、8051、8751三種類型。MCS-52子系列也有3種類型8032、8052、8752。第16頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一MCS-51系列單片機(jī)各型號(hào)配置系列片內(nèi)存儲(chǔ)器（字節(jié)）定時(shí)器計(jì)數(shù)器并行I/O串行I/O中斷源片內(nèi)ROM片內(nèi)RAM無(wú)有ROM有EPROMIntelMCS-51子系列803180C31805180C51(4K字節(jié))875187C51(4K字節(jié))128字節(jié)2x164x8位15IntelMCS-52子系列803280C32805280C52(8K字節(jié))875287C52(8K字節(jié))256字節(jié)3x164x8位16ATEML89C系列(常用型)01051(1K)/2051(2K)/4051(4K)（20條引腳DIP封裝）1282151589C51(4K)/89C52(8K)（40條引腳DIP封裝）128/2562/33215/6第17頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2．其它單片機(jī)（1）Motorola的單片機(jī)Motorola是世界上最早開(kāi)發(fā)單片機(jī)的著名廠商，是目前全球最大的8位單片機(jī)生產(chǎn)商。Motorola單片機(jī)的功能一般都很強(qiáng)，進(jìn)入我國(guó)的時(shí)間也很早，在單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域有很高的威望，但由于其開(kāi)發(fā)工具價(jià)格較高，影響了普及率。（2）Microchip公司的PIC單片機(jī)Microchip公司是當(dāng)今世界上第二大8位單片機(jī)生產(chǎn)商，Microchip單片機(jī)在我國(guó)也有比較多的用戶，近幾年隨著Microchip不斷推出頗具特色的各型單片機(jī)，Microchip已越來(lái)越受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。PIC單片機(jī)的主要特點(diǎn)是：精簡(jiǎn)了指令集，使得指令少，執(zhí)行速度快。同時(shí)，功耗低，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。第18頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.單片機(jī)應(yīng)用

工業(yè)方面民用方面儀表方面電訊方面數(shù)據(jù)處理方面汽車方面第19頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一單片機(jī)的應(yīng)用(1)在智能儀表中的應(yīng)用。如智能儀器、醫(yī)療器械、數(shù)字示波器等。(2)在工業(yè)方面的應(yīng)用。單片機(jī)可以構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。如數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)生產(chǎn)線控制、電機(jī)控制、溫度控制等。(3)在電信業(yè)的應(yīng)用(4)計(jì)算機(jī)外部設(shè)備與智能接口。如圖形終端機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、繪圖儀、磁盤(pán)/磁帶機(jī)、智能終端機(jī)等。

(5)在日常生活中的應(yīng)用。如微波爐、電視機(jī)、空調(diào)、洗衣機(jī)、錄像機(jī)、音響設(shè)備等

(6)商用產(chǎn)品。如自動(dòng)售貨機(jī)、電子收款機(jī)、電子秤等。第20頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

CPU存儲(chǔ)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

中斷系統(tǒng)P0-P3TxDRxD

TINT并行I/O口串行I/O口第21頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)＋接口電路及外設(shè)等＋軟件硬件單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成硬件是應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟件是在硬件的基礎(chǔ)上對(duì)其資源進(jìn)行合理調(diào)配和使用，從而完成應(yīng)用系統(tǒng)所要求的任務(wù)，二者相互依賴，缺一不可注：本課程的重點(diǎn)1.掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件原理的分析方法。2.掌握軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試的基本技能。第22頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一動(dòng)作選擇按鈕紅外線傳感器89C2051單片機(jī)復(fù)位按鈕電源指示燈從一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)控應(yīng)用實(shí)例說(shuō)起三、單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)第23頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一從一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)控應(yīng)用實(shí)例說(shuō)起任務(wù)一：控制一盞燈點(diǎn)亮任務(wù)二：紅燈周期性地點(diǎn)亮/熄滅柔性開(kāi)關(guān)集群燈控順序控制/多任務(wù)定時(shí)切換自動(dòng)生產(chǎn)流水線任務(wù)三：用開(kāi)關(guān)控制彩燈不同的流動(dòng)效果實(shí)時(shí)控制第24頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一簡(jiǎn)單測(cè)控實(shí)例原理圖第25頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)時(shí)鐘電路CPUROMRAMT0T1中斷系統(tǒng)串行接口并行接口P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1定時(shí)計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)框圖中央處理器CPU：8位，運(yùn)算和控制功能內(nèi)部RAM：共256個(gè)RAM單元，用戶使用前128個(gè)單元，用于存放可讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，后128個(gè)單元被專用寄存器占用。內(nèi)部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格。定時(shí)/計(jì)數(shù)器：兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。并行I/O口：4個(gè)8位的I/O口P0、P1、P2、P3。串行口：一個(gè)全雙工串行口。中斷控制系統(tǒng)：5個(gè)中斷源（外中斷2個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷2個(gè)，串行中斷1個(gè)）時(shí)鐘電路：可產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，允許晶振頻率6MHZ和12MHZ第26頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1、8051單片機(jī)的基本組成中央處理器CPU：8位，運(yùn)算和控制功能內(nèi)部RAM：共256個(gè)RAM單元，用戶使用前128個(gè)單元，用于存放可讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，后128個(gè)單元被專用寄存器占用。內(nèi)部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格。定時(shí)/計(jì)數(shù)器：兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。并行I/O口：4個(gè)8位的I/O口P0、P1、P2、P3。串行口：一個(gè)全雙工串行口。中斷控制系統(tǒng)：5個(gè)中斷源（外中斷2個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷2個(gè)，串行中斷1個(gè)）時(shí)鐘電路：可產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，允許晶振頻率6MHZ和12MHZ第27頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）控制器組成：程序計(jì)數(shù)器PC（ProgramCounter）、指令寄存器IR（InstructionRegister）、指令譯碼器ID（InstructionDecoder）、堆棧指針SP、數(shù)據(jù)指針DPTR、定時(shí)控制邏輯和振蕩器OSC等電路。功能：CPU根據(jù)PC中的地址將欲執(zhí)行指令的指令碼從存儲(chǔ)器中取出，存放在IR中，ID對(duì)IR中的指令碼進(jìn)行譯碼，定時(shí)控制邏輯在OSC配合下對(duì)ID譯碼后的信號(hào)進(jìn)行分時(shí)，以產(chǎn)生執(zhí)行本條指令所需的全部信號(hào)。

（1）運(yùn)算器組成：8位算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU（ArithmeticLogicUnit）、8位累加器A（Accumulator）、8位寄存器B、程序狀態(tài)字寄存器PSW（ProgramStatusWord）、8位暫存寄存器TMP1和TMP2等。功能：完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。第28頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.存儲(chǔ)器

MCS-51單片機(jī)按程序存儲(chǔ)器可分為內(nèi)部無(wú)ROM型（如8031）和內(nèi)部有ROM型（如8051）兩種。程序存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)如右圖所示：MCS-51的存儲(chǔ)器可分為程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,又有片內(nèi)和片外之分。（1）程序存儲(chǔ)器

一般將只讀存儲(chǔ)器（ROM）用做程序存儲(chǔ)器?？蓪ぶ房臻g為64KB，用于存放用戶程序、數(shù)據(jù)和表格等信息。第29頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一片外RAM：

最大范圍：0000H～FFFFH，64KB；用指令MOVX訪問(wèn)。片內(nèi)RAM：

最大范圍：00H～FFH，256B；用指令MOV訪問(wèn)。又分為兩部分：低128B（00～7FH）為真正的RAM區(qū)，高128B（80～FFH）為特殊功能寄存器（SFR）區(qū)。如右圖所示。一般將隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）用做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器?？蓪ぶ房臻g為64KB。MCS-51數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可分為片內(nèi)和片外兩部分。（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器第30頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

內(nèi)部RAM的20H～2FH單元為位尋址區(qū)，既可作為一般單元用字節(jié)尋址，也可對(duì)它們的位進(jìn)行尋址。位地址為00H～7FH。CPU能直接尋址這些位（稱MCS-51具有布爾處理功能），位地址分配如右表所示。第31頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3．特殊功能寄存器

（SFR）

MCS-51有21個(gè)特殊功能寄存器（也稱為專用寄存器），包括算術(shù)運(yùn)算寄存器、指針寄存器、I/O口鎖存器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口、中斷、狀態(tài)、控制寄存器等，它們被離散地分布在內(nèi)部RAM的80H～FFH地址單元中（不包括PC），共占據(jù)了128個(gè)存儲(chǔ)單元，構(gòu)成了SFR存儲(chǔ)塊。其字節(jié)地址可被8整除的SFR可位尋址。SFR反映了MCS-51單片機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。特殊功能寄存器分布如右表所示。第32頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（1）程序計(jì)數(shù)器PC（ProgramCounter）

程序計(jì)數(shù)器PC在物理上是獨(dú)立的，它不屬于SFR存儲(chǔ)器塊。

PC是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，專門(mén)用于存放CPU將要執(zhí)行的指令地址（即下一條指令的地址），尋址范圍為64KB，PC有自動(dòng)加1功能，不可尋址，用戶無(wú)法對(duì)它進(jìn)行讀寫(xiě)，但是可以通過(guò)轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令改變其內(nèi)容，以控制程序執(zhí)行的順序。（2）累加器A（Accumulator）

累加器A是8位寄存器，又記做ACC，是一個(gè)最常用的專用寄存器。在算術(shù)/邏輯運(yùn)算中用于存放操作數(shù)或結(jié)果。（3）寄存器B

寄存器B是8位寄存器，是專門(mén)為乘除法指令設(shè)計(jì)的，也作通用寄存器用。第33頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（4）工作寄存器

內(nèi)部RAM的工作寄存器區(qū)00H～1FH共32個(gè)字節(jié)被均勻地分成四個(gè)組（區(qū)），每個(gè)組（區(qū)）有8個(gè)寄存器，分別用R0～R7表示，稱為工作寄存器或通用寄存器，其中，R0、R1還經(jīng)常用于間接尋址的地址指針。在程序中通過(guò)程序狀態(tài)字寄存器（PSW）第3、4位設(shè)置工作寄存器區(qū)。（5）程序狀態(tài)字PSW（ProgramStatusWord）

程序狀態(tài)字PSW是8位寄存器，用于存放程序運(yùn)行的狀態(tài)信息，PSW中各位狀態(tài)通常是在指令執(zhí)行的過(guò)程中自動(dòng)形成的，但也可以由用戶根據(jù)需要采用傳送指令加以改變。其定義格式如下頁(yè)表所示。第34頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一其中：Cy：進(jìn)借位標(biāo)志；

AC：輔助進(jìn)借位標(biāo)志；

F0

：用戶標(biāo)志；

RS1、RS0：工作寄存器組（區(qū)）選擇（如下表所示）；

OV：溢出標(biāo)志位，有溢出時(shí)置1；

P：奇偶標(biāo)志位。A中有奇數(shù)個(gè)1時(shí)置1。第35頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（6）數(shù)據(jù)指針DPTR（DataPointer）

數(shù)據(jù)指針DPTR是16位的專用寄存器，即可作為16位寄存器使用，也可作為兩個(gè)獨(dú)立的8位寄存器DPH（高8位）、DPL（低8位）使用。DPTR主要用作16位間址寄存器，訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)寄存器。（7）堆棧指針SP（StackPointer）

堆棧是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是內(nèi)部RAM的一段區(qū)域。堆棧存取數(shù)據(jù)的原則是“后進(jìn)先出”。堆棧指針SP是一個(gè)8位寄存器，用于指示堆棧的棧頂，它決定了堆棧在內(nèi)部RAM中的物理位置。

MCS-51單片機(jī)的堆棧地址向大的方向變化（與微機(jī)堆棧地址向小的方向變化相反）。系統(tǒng)復(fù)位后，SP初值為07H，實(shí)際應(yīng)用中通常根據(jù)需要在主程序開(kāi)始處對(duì)堆棧指針SP進(jìn)行初始化，一般設(shè)置SP為60H。設(shè)立堆棧的目的是用于數(shù)據(jù)的暫存，中斷、子程序調(diào)用時(shí)斷點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)與恢復(fù)。第36頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（8）I/O口專用寄存器（P0,P1,P2,P3）

8051片內(nèi)有4個(gè)8位并行I/O接口P0,P1,P2和P3，在SFR中相應(yīng)有4個(gè)I/O口寄存器P0,P1,P2和P3。（9）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（TL0,TH0,TL1和TH1）

MCS-51單片機(jī)中有兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1，它們由4個(gè)8位寄存器（TL0,TH0,TL1和TH1）組成，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是完全獨(dú)立的?？梢詥为?dú)對(duì)這4個(gè)寄存器進(jìn)行尋址，但不能把T0和T1當(dāng)做16位寄存器來(lái)使用。（10）串行數(shù)據(jù)緩沖器（SBUF）

串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF用于存放需要發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)，它由兩個(gè)獨(dú)立的寄存器組成（發(fā)送緩沖器和接收緩沖器），要發(fā)送和接收的操作其實(shí)都是對(duì)串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF進(jìn)行的。（11）其他控制寄存器

除上述外，還有IP,IE,TCON,SCON和PCON等幾個(gè)寄存器，主要用于中斷、定時(shí)和串行口的控制.第37頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4．I/O接口

I/O接口是MCS-51單片機(jī)對(duì)外部實(shí)現(xiàn)控制和信息交換的必經(jīng)之路，用于信息傳送過(guò)程中的速度匹配和增加它的負(fù)載能力。

8051內(nèi)部有4個(gè)8位并行接口P0,P1,P2,P3，有1個(gè)全雙工的可編程串行I/O接口。第38頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5．定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

8051內(nèi)部有兩個(gè)16位可編程序的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，均為二進(jìn)制加1計(jì)數(shù)器，分別命名為T(mén)0和T1。

T0和T1均有定時(shí)器和計(jì)數(shù)器兩種工作模式。在定時(shí)器模式下，T0和T1的計(jì)數(shù)脈沖可以由單片機(jī)時(shí)鐘脈沖經(jīng)12分頻后提供。在計(jì)數(shù)器模式下，T0和T1的計(jì)數(shù)脈沖可以從P3.4和P3.5引腳上輸入。對(duì)T0和T1的控制由定時(shí)器方式選擇寄存器TMOD和定時(shí)器控制寄存器TCON完成。

第39頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、MCS-51單片機(jī)信號(hào)引腳簡(jiǎn)介

P3口線的第二功能VCCVSSXTAL2

XTAL1RSTP0.0

P0.1

P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P1.0

P1.1

P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0ALEP3.0

P3.1

P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.72、振蕩電路：XTAL1、XTAL23、復(fù)位引腳：RST4、并行口：P0、P1、P2、P37、ALE：地址鎖存控制信號(hào)1、電源線：VCC(+5V)、VSS(地)EAPSEN5、EA：訪問(wèn)程序存儲(chǔ)控制信號(hào)6、PSEN：外部ROM讀選通信號(hào)RXD/

TXD/

INT0/INT1/

T0/

T1/

WR/

RD/1

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313029282726252424222180318051875189C51第40頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一⒈電源:

⑴VCC-芯片電源，接+5V/3.3V/2.7V；⑵VSS-接地端；⒉時(shí)鐘:XTAL1、XTAL2-晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。

第41頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一⒊控制線:控制線共有4根，⑴ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖

①

ALE功能：用來(lái)鎖存P0口送出的低8位地址

②PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。⑵PSEN:外ROM讀選通信號(hào)。⑶RST/VPD:復(fù)位/備用電源。①RST（Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。②VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。第42頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一⑷EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。①EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。80C51單片機(jī)ROM尋址范圍為64KB，其中4KB在片內(nèi)，60KB在片外(80C31芯片無(wú)內(nèi)ROM，全部在片外)。當(dāng)EA保持高電平時(shí)，先訪問(wèn)內(nèi)ROM，但當(dāng)PC(程序計(jì)數(shù)器)值超過(guò)4KB(0FFFH)時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外ROM中的程序。當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則只訪問(wèn)外ROM，不管芯片內(nèi)有否內(nèi)ROM。對(duì)80C31芯片，片內(nèi)無(wú)ROM，因此EA必須接地。

②Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。第43頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4．IO端口線

P0～P3口：4×8=32條。（1）P0口（P0.0～P0.7）

8位雙向三態(tài)I/O口，可作為外部擴(kuò)展時(shí)的數(shù)據(jù)總線/低8位地址總線的分時(shí)復(fù)用口。又可作為通用I/O口，每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。對(duì)EPROM型芯片（如8751）進(jìn)行編程和校驗(yàn)時(shí)，P0口用于輸入/輸出數(shù)據(jù)。（2）P1口（P1.0～P1.7）8位準(zhǔn)雙向I/O口，內(nèi)部具有上拉電阻，可作為通用I/O口。每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。（3）P2口（P2.0～P2.7）

8位準(zhǔn)雙向I/O口，內(nèi)部具有上拉電阻，可作為外部擴(kuò)展時(shí)的高8位地址總線。又可作為通用I/O口，每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。對(duì)EPROM型芯片（如8751）進(jìn)行編程和校驗(yàn)時(shí)，用來(lái)接收高8位地址。第44頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（4）P3口（P3.0～P3.7）8位準(zhǔn)雙向I/O口，內(nèi)部具有上拉電阻。它是雙功能復(fù)用口，作為通用I/O口時(shí)，功能與P1口相同，常用第二功能。每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。作為第二功能使用時(shí)，各位的作用如下：P3.0——RXD：串行口輸入端；P3.1——TXD：串行口輸出端；P3.2——INT0：外部中斷0請(qǐng)求輸入端；P3.3——INT1：外部中斷1請(qǐng)求輸入端；P3.4——T0：定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部信號(hào)輸入端；P3.5——T1：定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部信號(hào)輸入端；P3.6——WR：外RAM寫(xiě)選通信號(hào)輸出端；P3.7——RD：外RAM讀選通信號(hào)輸出端。第45頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1

2

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15EPROM27641

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15RAM62641

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15RAM6264

3.

存

儲(chǔ)

器80318751805189C51片內(nèi)RAM片內(nèi)ROM256B（字節(jié)）4K64K64K第46頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(1)程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器內(nèi)部外部0000H0FFFH(4K)0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K)0000H0001H0002H(PC)0000H是程序執(zhí)行的起始單元,

在這三個(gè)單元存放一條

無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令中斷5中斷4中斷3中斷2中斷10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中斷0定時(shí)器0中斷外部中斷1定時(shí)器1中斷串行口中斷8位．．．0FFFH0FFEHEA=1EA=0程序存儲(chǔ)器資源分布中斷入口地址第47頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一0000HFFFFH(64K)內(nèi)部外部(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器00HFFH7FH80H(高128B)(低128B)RAM專用

寄存器00H07H08H0FH10H17H18H1FH0區(qū)R0R7R0R7R0R7R0R71區(qū)2區(qū)3區(qū)工作寄存器區(qū)可位尋址區(qū)20H2FH7F78070030H7FH數(shù)據(jù)緩沖區(qū)/堆棧區(qū)內(nèi)部RAM存儲(chǔ)器

11第3區(qū)18H~1FH

01第1區(qū)08H~0FHRS1RS0寄存器區(qū)片內(nèi)RAM地址

00第0區(qū)00H~07H

10第2區(qū)10H~17H工作寄存器區(qū)選擇位RS0、RS1第48頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一注意:一個(gè)單元地址對(duì)應(yīng)有8個(gè)位地址

MSB——MostSignificantBit（最高有效位）

LSB——LeastSignificantBit（最低有效位）單元地址2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20H7F776F675F574F473F372F271F170F07

MSB

位地址

LSB7E766E665E564E463E362E261E160E067D756D655D554D453D352D251D150D057C746C645C544C443C342C241C140C047B736B635B534B433B332B231B130B037A726A625A524A423A322A221A120A027971696159514941393129211911090178706860585048403830282018100800RAM位尋址區(qū)位地址表第49頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一高128個(gè)單元☆離散分布有21個(gè)特殊功能寄存器SFR。☆

11個(gè)可以進(jìn)行位尋址?！钐貏e提示：對(duì)SFR只能使用直接尋址方式，書(shū)寫(xiě)時(shí)可使用寄存器符號(hào)，也可用寄存器單元地址。第50頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4、并行輸入/輸出電路結(jié)構(gòu)P0.0

P0.1

P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P1.0

P1.1

P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P3.0

P3.1

P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.74個(gè)8位并行I/O口：P0，P1，P2，P3；均可作為雙向I/O端口使用。(1)特點(diǎn)：

P0：訪問(wèn)片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，

復(fù)用為低8位地址線和數(shù)據(jù)線

P2：高8位地址線。P1：雙向I/O端口

P3：第二功能1

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313029282726252424222180318051875189C51第51頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一ALEWR

RDP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7指令1：MOVP1,#00H指令2：MOVP1,#0FFH指令3：MOVP1,#0AAH000000001111111101010101(2)輸出舉例指令4：CLRP1.0指令5：SETBP1.0111111110+5V第52頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1111111111111111(3)輸入舉例S0+5V4.7kWALEWR

RDP3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7讀端口：MOVP3,#11111111BMOVA,P389C51××××××××寄存器A注：當(dāng)I/O端口作為輸入使用時(shí)，需先向端口寫(xiě)入“1”，使內(nèi)部的FET截止，再讀入引腳的狀態(tài)。你知道P3.4對(duì)應(yīng)寄存器A哪一位嗎？P3.4你知道這是為什么嗎？1111111101第53頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一單片機(jī)的工作方式

MCS-51系列單片機(jī)的工作方式可分為：復(fù)位方式、程序執(zhí)行方式、單片執(zhí)行方式、掉電保護(hù)方式、節(jié)電工作方式和EPROM編程/校驗(yàn)方式。1.復(fù)位方式

系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行和重新啟動(dòng)靠復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種工作方式為復(fù)位方式。單片機(jī)在開(kāi)機(jī)時(shí)都需要復(fù)位，以便CPU及其他功能部件都處于一種確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。

MCS-51單片機(jī)在RST引腳產(chǎn)生兩個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)時(shí)鐘周期）以上的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。第54頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5、時(shí)鐘電路與復(fù)位電路

(1)時(shí)鐘振蕩電路第55頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(2)復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位條件:必須使RST引腳持續(xù)2微秒高電平(外部時(shí)鐘12MHz)誰(shuí)知道復(fù)位電路怎么起到復(fù)位的作用?第56頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

復(fù)位后，8051的各特殊功能寄存器的初始狀態(tài)如下表所示。第57頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一指令寄存器譯碼地址譯碼程序計(jì)數(shù)器地址寄存器累加器A運(yùn)算器①②存儲(chǔ)器內(nèi)部數(shù)據(jù)總線外部地址總線AB數(shù)據(jù)緩沖器外部數(shù)據(jù)總線DB寄存器區(qū)外部控制總線CB內(nèi)部控制信號(hào)時(shí)鐘及清零四、單片機(jī)的工作過(guò)程取指過(guò)程例:MOVA,#09H74H

09H;把09H送到累加器A中執(zhí)行過(guò)程PC=0000H0001H0000H0002H0111010000001001(PC)(PC)0001H0002H0000H外部控制總線CB取指過(guò)程(PC)執(zhí)行過(guò)程你知道PC的作用嗎？第58頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一五、單片機(jī)時(shí)序

時(shí)序：CPU在執(zhí)行指令時(shí)所需控制信號(hào)的時(shí)間順序稱為時(shí)序。時(shí)序是用定時(shí)單位來(lái)描述的，MCS-51的時(shí)序單位有四個(gè)，分別是時(shí)鐘周期（節(jié)拍）、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期。1.MCS-51的時(shí)序單位

(1)時(shí)鐘周期：又稱為振蕩周期、節(jié)拍（用P表示），定義為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)的振蕩源（OSC）的周期。它是時(shí)序中的最小單位。(2)狀態(tài)（用S表示）：?jiǎn)纹瑱C(jī)振蕩脈沖經(jīng)過(guò)二分頻后即得到整個(gè)單片機(jī)工作系統(tǒng)的狀態(tài)。一個(gè)狀態(tài)有兩個(gè)節(jié)拍，前半周期對(duì)應(yīng)的節(jié)拍定義為P1，后半周期對(duì)應(yīng)的節(jié)拍定義為P2。第59頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(3)機(jī)器周期：通常將完成一個(gè)基本操作所需的時(shí)間稱為機(jī)器周期。MCS-51中規(guī)定一個(gè)機(jī)器周期包含12個(gè)時(shí)鐘周期，即有6個(gè)狀態(tài)，分別表示為S1～S6。若晶振為6MHz，則機(jī)器周期為2μs，若晶振為12MHz，則機(jī)器周期為1μs。(4)指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間稱為指令周期。它是時(shí)序中的最大單位。一個(gè)指令周期通常含有1～4個(gè)機(jī)器周期。指令所包含的機(jī)器周期數(shù)決定了指令的運(yùn)算速度，機(jī)器周期數(shù)越少的指令，其執(zhí)行速度越快。以機(jī)器周期為單位，指令可分為單周期、雙周期和四周期指令。第60頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.MCS-51指令的取指/執(zhí)行時(shí)序

指令的集合稱為程序，執(zhí)行程序的過(guò)程就是執(zhí)行指令的過(guò)程。單片機(jī)執(zhí)行任何一條指令時(shí)都可以分為取指階段和執(zhí)行階段。在取指階段，CPU從程序存儲(chǔ)器中取出指令操作碼，送指令寄存器，再經(jīng)指令譯碼器譯碼，產(chǎn)生一系列控制信號(hào)，完成本指令規(guī)定的操作。單周期和雙周期指令的取指時(shí)序圖如下頁(yè)圖所示。

ALE信號(hào)是用于鎖存低8位地址的選通信號(hào)，每出現(xiàn)一次該信號(hào)，單片機(jī)即進(jìn)行一次讀指令操作。當(dāng)指令為多字節(jié)或多周期指令時(shí)，只有第一個(gè)ALE信號(hào)進(jìn)行讀指令操作，其余的ALE信號(hào)為無(wú)效操作（或讀操作數(shù)操作）。第61頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一六、80C51型單片機(jī)的最小系統(tǒng)

使單片機(jī)能運(yùn)行的最少器件構(gòu)成的系統(tǒng)。無(wú)ROM芯片：8031必須擴(kuò)展ROM，復(fù)位、晶振電路有ROM芯片：89c51等，不必?cái)U(kuò)展ROM，只要有復(fù)位、晶振電路第62頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1、CPU主要的組成部部分為()。B．加法器，寄存器

C．運(yùn)算器,寄存器

D．運(yùn)算器，指令譯碼器A．運(yùn)算器，控制器

課堂練習(xí)第63頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、8031有四個(gè)工作寄存器區(qū)，由PSW狀態(tài)字中的RS1、RS0兩位的狀態(tài)來(lái)決定，單片機(jī)復(fù)位后，若執(zhí)行SETBRS1指令，此時(shí)只能使用（）區(qū)的工作寄存器。A．0區(qū)B．1區(qū)C．2區(qū)D．3區(qū)課堂練習(xí)第64頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.

09H位所在的單元地址是（）A．02HC．08HB．21HD．20H課堂練習(xí)第65頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.單片機(jī)在進(jìn)行取指令操作時(shí)，指令的地址是由（）的內(nèi)容決定。A．SPC．DPTRD．PSEN和ALE

B．PC課堂練習(xí)第66頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.P0,P1口作輸入用途之前必須()。A．外接高電平

B．外接上拉電阻C．相應(yīng)端口先置0

D．相應(yīng)端口先置1

課堂練習(xí)第67頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6.程序計(jì)數(shù)器PC用來(lái)()。A．存放指令

B．存放上一條的指令地址D．存放正在執(zhí)行的指令地址

C．存放下一條的指令地址

課堂練習(xí)第68頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.

數(shù)123可能是()。

A.二進(jìn)制數(shù)B.八進(jìn)制數(shù)C.十六進(jìn)制數(shù)D．四進(jìn)制數(shù)E.十進(jìn)制數(shù)2.

8031單片機(jī)內(nèi)部RAM包括()。

A.程序存儲(chǔ)區(qū)B．堆棧區(qū)C．工作寄存器及特殊功能區(qū)D．位尋址區(qū)E.中斷入口地址區(qū)3.

8051單片機(jī)CPU的主要功能有()。A.產(chǎn)生控制信號(hào)B．存儲(chǔ)數(shù)據(jù)C.算術(shù)、邏輯運(yùn)算及位操作D．I/O端口數(shù)據(jù)傳送E.驅(qū)動(dòng)LED思考題第69頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一思考題4.單片機(jī)能夠直接運(yùn)行的程序是（）。

A.匯編源程序B.C語(yǔ)言源程序

C.高級(jí)語(yǔ)言程序D.機(jī)器語(yǔ)言源程序5.

十進(jìn)制數(shù)126其對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制可表示為()。

A．8FB．8EC．FED.7E6.

十進(jìn)制數(shù)89.75其對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制可表示為().A.10001001.01110101B．1001001.10C.1011001.11D.1001001.117.

二進(jìn)制數(shù)110010010對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)可表示為()A.192HB．C90HC．1A2HD.CA0H8.

二進(jìn)制數(shù)110110110對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)可表示為()。

A．1D3HB，1B6HC．DBOHD.666H9.-3的補(bǔ)碼是()。

A．10000011B.11111100C．11111110D．11111101第70頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期一思考題10.CPU主要的組成部部分為