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Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二单片机原理及应用曾卫华地球物理与信息技术学院测控教研室教五楼123E-mail：zwh@cugb.edu.cnCopyright©2007CUGB2020年1月21日星期二单片机原理及应用课主要讲授内容第一章：绪论；第二章：MCS-51单片机的硬件结构；第三章：MCS-51单片机的指令系统及汇编编程；第四章：MCS-51单片机的扩展；第五章：MCS-51单片机的C程序设计；第六章：综合实例；Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二概括：单片机•将组成微型计算机的各功能部件：中央处理器、存储器、I/O接口电路及定时/计数器等制作在一块集成电路芯片中从而构成完整的微型计算机。故称作单晶片微型计算机，简称单片机（Singlechipmicrocomputer)。•或称微控制器(MCU:Microcontroller)•重点研究：MCS-51单片机Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二•第一节MCS-51单片机及其演变特点•第二节80C51单片机的内部结构•第三节80C51单片机的引脚功能•第四节MCS-51单片机的CPU•第五节MCS-51单片机的存储器•第六节特殊功能存储器SFR•第七节输入输出端口•第八节时钟电路•第九节MCS-51单片机工作的基本时序•第十节单片机复位及复位电路第二章MCS-51单片机的硬件结构Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二MCS-51是指由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了很多品种，如8031，8051，8751，8951，8032，8052，8752，8952等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS-51系列单片机，而8031是上世纪九十年代在我国最流行的单片机，所以很多场合会看到8031的名称。第一节MCS-51单片机及其演变特点Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二MCS-51系列单片机分类资源配置子系列片内ROM形式片内ROM容量片内RAM容量定时/计数器中断源无ROMEPROME2PROM51子系列80318051875189514KB128B2×16552子系列80328052875289528KB256B3×166Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二INTEL主要单片机系列Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二Philips公司80C51系列的部分单片微机Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二ATMEL公司89C51系列的部分单片微机Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二华邦公司W78C51和W77C51系列的部分单片微机Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二硬件基本配置：1.8位CPU2.片内ROM/EPROM3.RAM4.片内并行I/O接口5.片内16位定时器/计数器6.片内中断处理系统7.片内全双工串行I/O口8.内部时钟电路MCS-51系列基本产品型号：8031、8051、8751、8951称为51子系列。不同型号MCS-51单片机CPU处理能力和指令系统完全兼容，只是存储器和I/O接口的配置有所不同。Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二CPU时钟电路P0P3P2P1TXDRXDINT0INT1并行接口串行接口中断系统定时/计数器RAMROMT0T1内部结构框图第二节80C51单片机的内部结构Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二第三节80C51单片机的引脚功能•80C51有标准的40引脚双列直插式集成电路芯片封装，引脚排列请参见右图805180C5189C5189S5112345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDP3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7XTAL2XTAL1VssVccP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VppALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二1．I/O口线功能4个8位并行I/O接口引脚P0.0～P0.7、P1.0～P1.7、P2.0～P2.7和P3.0～P3.72．控制线ALE：地址锁存允许信号端PSEN：外部程序存储器读选通信号端EA/VPP:外部程序存储器选择信号端/编程电源输入端为多功能引脚，可自动切换用作数据总线、地址总线、控制总线或I/O接口外部引脚。Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二2、控制线RST/VPD：复位信号端/后备电源输入端。•输入24以上个时钟周期高电平脉冲，单片机复位。•VPD使用后备电源，可实现掉电保护。3、电源及时钟引线工作电源：VCC、VSS、时钟输入：XTAL1、XTAL2。复位电路：1）上电复位2）外部信号复位单片机RSTK+5V200Ω1K30μFCopyright©2007CUGB2020年1月21日星期二XTAL1,XTAL2:片内振荡电路输入/输出端15～45pfx21～12MHz（MCS-51）0～24MHz（Atmel-89C）XTAL1XTAL2也可以由XTAL1端接入外部时钟，此时应将XTAL2悬空XTAL2XTAL1外部时钟通常外接一个晶振两个电容悬空Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二第四节MCS-51单片机的CPU(一)CPU内部结构1．算术逻辑运算单元ALU(8位)+、–、×、÷算术运算，与、或、非、异或逻辑运算、循环移位、位处理。2．寄存器阵列(1)工作寄存器R0～R7(8位)暂存运算数据和中间结果。4个工作寄存器区，工作寄存器0区～3区。每个区均含8个寄存器R0～R7。用PSW中的两位PSW.4和PSW.3来切换工作寄存器区，选用一个工作寄存器区进行读写操作。Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二(3)寄存器B(8位)与A累加器配合执行乘、除运算。也可用作通用寄存器。(4)程序状态字PSW(8位)存放ALU运算过程的标志状态CyACF0RS1RS0OV—P(5)数据指针DPTR(16位)存放片外存储器地址，作为片外存储器的指针。可分成两个8位寄存器DPH、DPL使用。(2)累加器Acc(8位)需要ALU处理的数据和计算结果多数要经过A累加器。2．寄存器阵列Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二(6)堆栈指针SP(8位)(7)程序计数器PC(16位)CPU总是按PC的指示读取程序。PC可自动加1。因此CPU执行程序一般是顺序方式。当发生转移、子程序调用、中断和复位等操作，PC被强制改写，程序执行顺序也发生改变。复位时，PC=0000H。堆栈是按“先进后出”原则存取数据的存储区。MCS-51堆栈设在片内RAM区。数据入栈/出栈时，SP自动加1/减1，其内容始终为栈顶地址。复位时SP=07H。Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二MCS-51的寄存器在片内RAM都有映像地址。使用时，既可用寄存器名，也可用对应单元地址。Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二•普林斯顿结构：程序和数据共用一个存储器逻辑空间，统一编址。•哈佛结构：程序与数据分为两个独立存储器逻辑空间，分开编址。物理上4个存储器地址空间：片内/片外程序存储器空间片内/片外数据存储器空间逻辑上3个存储器地址空间：64KB程序存储器256B片内数据存储器64KB片外数据存储器第五节MCS-51单片机的存储器Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二(一)程序存储器64KB程序存储器空间EA不同电平，选择片内或片外低位存储单元(二)数据存储器1．64KB片外数据存储器空间(与扩展I/O接口共用)2.256B片内数据存储器:1)片内RAM2)特殊功能寄存器SFR特殊存储单元：复位入口:0000H中断入口:0003H～0023HCopyright©2007CUGB2020年1月21日星期二(二)数据存储器2.256B片内数据存储器1)片内RAM工作寄存器区：字节地址：00H～1FH位寻址区：字节地址：20H～2FH位地址为：00H～7FH数据缓冲区/堆栈区：字节地址：00H～7FH一般使用30H～7FHCopyright©2007CUGB2020年1月21日星期二(二)数据存储器2.256B数据存储器空间2)特殊功能寄存器SFR占用字节地址：80H～FFH位寻址寄存器：其字节地址可被8整除。•专用寄存器：A、B、PSW、DPTR、SP•I/O接口寄存器：P0、P1、P2、P3、SBUF、TMOD、TCON、SCON…Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10AT89C51D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE1174LS373A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122CS120CS226WE27OE22D011D112D213D315D416D517D618D719626412MHz33P33PGNDGNDGND1K复位10010uF+5VGNDA010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122A1326A1427A151E20G/VPP22D011D112D213D315D416D517D618D71927C512扩展片外存储器电路图Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二第六节特殊功能存储器SFRCopyright©2007CUGB2020年1月21日星期二第七节输入输出端口•MCS-51共有4个8位的并行I/O口，分别记作P0、P1、P2、P3。每个口都包含一个锁存器、一个输出驱动器和输入缓冲器。在访问片外扩展存储器时，低8位地址和数据由P0口分时传送，高8位地址由P2口传送。在无片外扩展存储器的系统中，这4个口的每一位均可作为双向的I/O端口使用。Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二（1）P0和P2口P0口锁存器和缓冲器结构P0口除了作普通的I/O口，直接和外部设备打交道外;还用作片外总线的地址总线AB0-AB7的低八位、数据总线。P0.X锁存器DQQCL01MUXVCC1&P0.X引脚控制C地址/数据读锁存器读引脚写锁存器内部总线T1T2Copyright©2007CUGB2020年1月21日星期二P2口锁存器和缓冲器结构P2口除了作普通的I/O口，直接和外部设备打交道外;还用作片外总线的地址总线的高八位地址线AB8-AB15注意：P0口在作输入/输出口使用时，由于它无内部上拉电阻，为了在口线上输出高电平并具有一定的驱动能力，必须外接上拉电阻。作输入口使用时，为了防止口锁存器对输入口线的输入信号造成影响，必须先往口锁存器写1。同理，P2口作输入时，也必须先往口锁存