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nullnull 课程安排： 单片机概述 第一章: 计算机 基础知识 4学时 第二章： MCS－51 系统结构 3学时 第三章： MCS－51 存储器组织 2学时 第四章： MCS－51 指令系统 12学时 第五章： MCS－51 定时器/计数器 3学时 第六章： MCS－51 中断系统 3学时 第七章： MCS－51 系统扩展 6学时 第八章： MCS－51 应用技术基础 5学时 null 1、单片微机： (Single-Chip Microcomputer) 单片微机 微控制器 单片机 它在一块芯片上集成了CPU、存储器、I/O接口等各 种功能部件，以构成一种最基本的微型计算机。 2、单片机特点： 单片机具有集成度高、体积小、可靠性高、价格 低、面向控制等特点。 3、单片机应用： 单片机在工业控制、智能仪和家用电器等领域 得到了广泛的应用。 4、嵌入式系统：(embedded system) 以产品为对象的结构特殊的计算机系统。 单片机应用系统又称为嵌入式系统。 null 5、MCS-51系列单片机： (P20-21或P29-30页) MCS-51系列单片机典型代表是8051、8751、8031。 8051：内部含8位CPU,4K字节ROM,128个字节RAM， 21个特殊功能寄存器,4个8位并行I/O口,1个 全双工串行口，2个16位定时器/计数器。另 还有5个中断源、2个优先级,1个布尔处理器 64KB程序存储器地址空间,64KB外部数据存储 器地址空间,片内振荡器,它是一个完整的计 算机。 8751：它以4K字节的EPROM代替8051的4K字节ROM。 8031：它是内部无ROM的8051。 第二章 MCS-51系统硬件结构 一、MCS-51的总体结构（P32页） MCS-51的总体结构框图如图所示。 第二章 MCS-51系统硬件结构 一、MCS-51的总体结构（P32页） MCS-51的总体结构框图如图所示。 null Vcc P1 P0 8051/8052 P3 P2 RST ALE XTAL1 PSEN XTAL2 EA Vss I/OI/OI/OI/O8051引脚二、微处理器(中央处理器CPU)P31页 微处理器由运算器和定时控制逻辑等部件构成， 它是单片机内的核心部件。 1、运算器 由算术逻辑部件ALU、累加器A、寄存器B、暂 存器、程序状态字PSW、十进制调整电路以及 布尔处理器等组成。 运算器用来实现数据的算术逻辑运算、位处理 和数据传送等操作。二、微处理器(中央处理器CPU)P31页 微处理器由运算器和定时控制逻辑等部件构成， 它是单片机内的核心部件。 1、运算器 由算术逻辑部件ALU、累加器A、寄存器B、暂 存器、程序状态字PSW、十进制调整电路以及 布尔处理器等组成。 运算器用来实现数据的算术逻辑运算、位处理 和数据传送等操作。 2、定时控制逻辑 定时控制逻辑用来产生操作时序信号，它是单片 机的心脏。 A、时钟电路：（P32-33页） MCS-51芯片内有一个由反向放大器所构成的振荡 电路。XTAL1为振荡电路的输入端，XTAL2为输出 端。通常晶振频率为1·2MHZ～12MHZ 2、定时控制逻辑 定时控制逻辑用来产生操作时序信号，它是单片 机的心脏。 A、时钟电路：（P32-33页） MCS-51芯片内有一个由反向放大器所构成的振荡 电路。XTAL1为振荡电路的输入端，XTAL2为输出 端。通常晶振频率为1·2MHZ～12MHZ null B、时序：（P47-48页） 时序图nullB、时序：（P47-48页） CPU在执行指令时，是将一条指令分解为若干基本 的微操作，这些微操作所对应的脉冲信号在时间上的 先后次序。 51单片机的时序由四种周期构成，即振荡周期、状 态周期、机器周期、指令周期。 ①、振荡周期：振荡脉冲周期。 ②、状态周期：2个振荡周期为一个状态周期，也称为时钟周期，用S表示。 ③、机器周期 机器周期是指CPU与存储器进行一次通信所需的时 间。MCS-51的每个机器周期由6个S状态组成，每 个状态周期由2个P节拍(或相位)组成，每个节拍 (或相位)持续一个振荡器周期。 若 F晶=6MHZ，则每个机器周期为2μS。 则：1机器周期（时间）=12×1/ F晶(μS) ④、指令周期 指令周期是指执行一条指令所需的时间。 在MCS-51的指令系统中，指令周期为1、2、4个机 器周期。设 F晶=6MHZ，则指令执行时间分别为 2μS、4μS、8μS。 ③、机器周期 机器周期是指CPU与存储器进行一次通信所需的时 间。MCS-51的每个机器周期由6个S状态组成，每 个状态周期由2个P节拍(或相位)组成，每个节拍 (或相位)持续一个振荡器周期。 若 F晶=6MHZ，则每个机器周期为2μS。 则：1机器周期（时间）=12×1/ F晶(μS) ④、指令周期 指令周期是指执行一条指令所需的时间。 在MCS-51的指令系统中，指令周期为1、2、4个机 器周期。设 F晶=6MHZ，则指令执行时间分别为 2μS、4μS、8μS。 ⑤、ALE信号 (允许地址锁存信号)的频率（P34页） ALE信号频率为F晶/6 见时序图 3、复位和复位电路（P33-34页） A、复位： 在复位输入端加上高电平，MCS-51将被初始化复位， 此时有关寄存器状态如下： PC：0000H SP：07H PO-P3：0FFH A.B.PSW.IP.IE：00H TMOD.TCON.TH0.TL0.TH1.TL1.SCON：00H DPTR：0000H RES端由高变低后，MCS-51将退出复位，从0000H开始 执行程序。 ⑤、ALE信号 (允许地址锁存信号)的频率（P34页） ALE信号频率为F晶/6 见时序图 3、复位和复位电路（P33-34页） A、复位： 在复位输入端加上高电平，MCS-51将被初始化复位， 此时有关寄存器状态如下： PC：0000H SP：07H PO-P3：0FFH A.B.PSW.IP.IE：00H TMOD.TCON.TH0.TL0.TH1.TL1.SCON：00H DPTR：0000H RES端由高变低后，MCS-51将退出复位，从0000H开始 执行程序。 B、复位电路： 系统复位电路： B、复位电路： 系统复位电路： 三、存储器 单片机的程序存储器、内部数据存储器、外部数据 存储器的空间是相互独立的。 程序存储器用于存放编好的程序和数据表格。数据 存储器用来作为数据缓冲器、堆栈、工作寄存器以 及软件标志等。 四、输入/输出（I/O）口 (P35-37页) MCS-51有四个双向的8位I/O口P0-P3。 三、存储器 单片机的程序存储器、内部数据存储器、外部数据 存储器的空间是相互独立的。 程序存储器用于存放编好的程序和数据表格。数据 存储器用来作为数据缓冲器、堆栈、工作寄存器以 及软件标志等。 四、输入/输出（I/O）口 (P35-37页) MCS-51有四个双向的8位I/O口P0-P3。 1、P1口(P36页) P1口为准双向口，每一位的结构如图所示。它可独 立地用作输入线或输出线，作为输入线，必须将1写 入口锁存器，使T1截止。 1、P1口(P36页) P1口为准双向口，每一位的结构如图所示。它可独 立地用作输入线或输出线，作为输入线，必须将1写 入口锁存器，使T1截止。 2、P3口(P37页） P3口为准双向口，每一位的结构如图所示。 P3口为双功能口。 2、P3口(P37页） P3口为准双向口，每一位的结构如图所示。 P3口为双功能口。 3、P2口(P36-37页） P2口为准双向口，每一位锁存器驱动的结构如图示。 P2口可以作为I/O口使用，也可作为扩展系统的地址 总线口使用，输出高8位地址。 3、P2口(P36-37页） P2口为准双向口，每一位锁存器驱动的结构如图示。 P2口可以作为I/O口使用，也可作为扩展系统的地址 总线口使用，输出高8位地址。 4、P0口(P35-36页） P0口为三态双向口，每一位的结构如图所示。 4、P0口(P35-36页） P0口为三态双向口，每一位的结构如图所示。 对于8051/8751，它可作I/O口用，也可作地址、数 据总线口；对于8031，它只能作地址、数据总口。五、MCS-51的引脚说明 MCS-51单片机采用40引脚双列直插方式封装，其引 脚信号功能如下： 1、电源引脚 Vcc：(40)＋5V Vss：(20)接地 2、外接晶体引脚 XTAL1(19) XTAL2(18) 3、I/O引脚 P0.0 - P0.7 (39-32) P1.0 - P1.7 (1-8) P2.0 - P2.7 (21-28) P3.0 - P3.7 (10-17)五、MCS-51的引脚说明 MCS-51单片机采用40引脚双列直插方式封装，其引 脚信号功能如下： 1、电源引脚 Vcc：(40)＋5V Vss：(20)接地 2、外接晶体引脚 XTAL1(19) XTAL2(18) 3、I/O引脚 P0.0 - P0.7 (39-32) P1.0 - P1.7 (1-8) P2.0 - P2.7 (21-28) P3.0 - P3.7 (10-17) 4、控制引脚 RST(9)：复位信号，输入、高电平有效。 ALE(30)：允许地址锁存信号，输出，高电平有效。 用于锁存外存地址的低8位字节，它还可 作为外输出的时钟，其频率约为振荡器晶 振频率的1/6。 PSEN(29)：外程序存储器读选通信号，输出，低电 平有效。 EA(31)：程序存储器内外选择信号，输入。 EA为高时： PC值为0000～0FFFH：访内部程序存储器。 PC值为1000～FFFFH：访外部程序存储器 EA为低时：只访外部程序存储器 4、控制引脚 RST(9)：复位信号，输入、高电平有效。 ALE(30)：允许地址锁存信号，输出，高电平有效。 用于锁存外存地址的低8位字节，它还可 作为外输出的时钟，其频率约为振荡器晶 振频率的1/6。 PSEN(29)：外程序存储器读选通信号，输出，低电 平有效。 EA(31)：程序存储器内外选择信号，输入。 EA为高时： PC值为0000～0FFFH：访内部程序存储器。 PC值为1000～FFFFH：访外部程序存储器 EA为低时：只访外部程序存储器null六、系统扩展逻辑的三总线结构（P38-39页 MCS -51系统构成采用三总线：地址总线、 数据总线、控制总线。 1、地址总线：A0～A15（16位） MCS-51系统可扩展64KB外部程序存贮器和64KB外部数据存贮器，因此系统必需提供16位地址总线； P0口作为地址/数据复用口，分时输出外存贮器的低8位地址A0 ～A7和传送数据D0 ～D7；在访问外部程序存贮器时，P0口输出外存贮器的低8位地址A0 ～A7；P2口输出外存贮器的高8位地址A8 ～A15，从而构成系统的16位地址。null2、数据总线：D0~D7（8位） P0口作为地址/数据复用口，分时输出外存贮器的低8位地址A0 ～A7和传送数据D0 ～D7；在访问外部程序存贮器期间，P0口作为数据总线读入外部程序存贮器中的内容；当访问外部数据存贮器时，读 DR 、写 WR 信号有效时，P0口作为数据总线，将外存贮器内容读入或向外存贮器写入数据。 3、控制总线（12位） 系统控制总线共12根，即P3口的第二功能状态加上控制线RESET、EA、ALE和 PSEN 。 P0, P2口作为地址/数据总线口使用时，其总线结 构如下图所示 P0, P2口作为地址/数据总线口使用时，其总线结 构如下图所示 null作业： 1、8051内部含有——位CPU，——个字节RAM，——个特殊功能寄存器，——字节ROM，——个8位并行口，——个全双工串行口，——个16位定时器。 8031内部无——，其他都有。 2、CPU是计算机核心部件，CPU的工作是不断地取指令和执行指令：①什么是机器周期？②什么是指令周期？③1 个机器周期由——个S状态组成，每个S状态周期由——个P节拍组成，每个P节拍为——时钟周期（振荡周期）。若采用6MHz的晶体振荡器，则1个机器周期为——us，需要2个机器周期完成的指令，其指令周期为——us。 3、MCS-51系统初始化复位，复位后下列有关寄存器状态为何值？ PC、SP、P0、P1、P2、P3、A、B、PSW、IP、IE、TMOD、TCON、TH0、TL0、TH1、TL1、SCON、DPTR。 4、在实际应用中，MCS-51系统需要扩充外部程序存序贮器或外部数据存贮器，通常四个口：P0——P3的用法： P0.0~P0.7作为输出外存贮器的——；P1.0~P1.7作为——口； P2.0~P2.7作为输出外存贮器的——；P3.0~P3.7作为——功能用。null第三章 MCS-51存储器组织 MCS-51系列单片机有5个独立的存贮空间: ●64K字节程序存贮器空间(0000H～FFFFH）； ●256字节内部RAM空间（ 00H～FFH）； ●128字节内部特殊功能寄存器空间 （80H ～FFH）； ●位寻址空间（ 00H～FFH）； ● 64K字节外数据存贮器空间（RAM/IO统一编址）(0000H～FFFFH）。 MCS-51系列单片机的存储器组织结构如下图所示：(P39-40页)MCS-51系列单片机的存储器组织结构如下图所示：(P39-40页) 一、程序存储器(P39-40页) 程序存储器空间为64K。 扩充的外程序存储器与 MCS-51单片机的连接电路如下图示：一、程序存储器(P39-40页) 程序存储器空间为64K。 扩充的外程序存储器与 MCS-51单片机的连接电路如下图示： 二、内部数据存储器(P41) MCS-51单片机内部有128个字节数据存储器，内部 RAM的编址为00H-7FH。不同的地址区域，其功能不 完全相同。二、内部数据存储器(P41) MCS-51单片机内部有128个字节数据存储器，内部 RAM的编址为00H-7FH。不同的地址区域，其功能不 完全相同。 1．寄存器区(P42页） 工作寄存器和数据存储器统一编址。当前程序使 用的工作寄存器是由程序状态字PSW的3、4位确定 的。PSW的状态和工作寄存器区对应关系如表示： 1．寄存器区(P42页） 工作寄存器和数据存储器统一编址。当前程序使 用的工作寄存器是由程序状态字PSW的3、4位确定 的。PSW的状态和工作寄存器区对应关系如表示： CPU通过程序修改PSW中的3、4位状态，就能任选一个 工作寄存区，这使单片机具有快速保护现场之功能。 2．位寻址区(P42-43页） 内部RAM的20H-2FH为位寻址区，这16个单元的每一 位有一个8位地址.可由程序直接进行位处理。同样， 位寻址区的RAM单元也可作为一般存储单元使用。 3．堆栈区(P43页） MCS-51的堆栈原则上可设在RAM的任意区域内，但一 般设在30H-7FH范围内。其栈顶位置由SP指出。 4．数据缓冲区(P43页） 内部RAM的30H-7FH单元可作为一般存储单元使用。 三、特殊功能寄存器(P43-47页专用寄存器) MCS-51的I/O锁存器、定时器、串行口数据缓冲器以 及各种控制寄存器和状态寄存器都以特殊功能寄存器 形式出现。它们离散分布在80H-FFH地址空间，其特 殊功能寄存器的地址如下表所示。 2．位寻址区(P42-43页） 内部RAM的20H-2FH为位寻址区，这16个单元的每一 位有一个8位地址.可由程序直接进行位处理。同样， 位寻址区的RAM单元也可作为一般存储单元使用。 3．堆栈区(P43页） MCS-51的堆栈原则上可设在RAM的任意区域内，但一 般设在30H-7FH范围内。其栈顶位置由SP指出。 4．数据缓冲区(P43页） 内部RAM的30H-7FH单元可作为一般存储单元使用。 三、特殊功能寄存器(P43-47页专用寄存器) MCS-51的I/O锁存器、定时器、串行口数据缓冲器以 及各种控制寄存器和状态寄存器都以特殊功能寄存器 形式出现。它们离散分布在80H-FFH地址空间，其特 殊功能寄存器的地址如下表所示。 null四、位寻址空间(P42页) MCS-51的位地址空间为00－FFH，其中00－7FH为内部RAM中20H-2FH的16个单元的128位。凡是字节地址能被8整除的特殊功能寄存器都具有位地址（特殊功能寄存器的字节地址的低4位为0或8的具有位地址）。位地址表如下表所示：四、位寻址空间(P42页) MCS-51的位地址空间为00－FFH，其中00－7FH为内部RAM中20H-2FH的16个单元的128位。凡是字节地址能被8整除的特殊功能寄存器都具有位地址（特殊功能寄存器的字节地址的低4位为0或8的具有位地址）。位地址表如下表所示：五、外数据存储器和I/O口(P47页) MCS-51的外部数据存储器寻址空间为64K，其外部 I/O口与外部数据存储器统一编址，即把外设作为外部数据存储器的一部分。对外部数据存储器采用间接寻址方式。其R0、R1、DPTR都可作间址寄存器使用。R0、R1的寻址范围为256B，DPTR为64KB。五、外数据存储器和I/O口(P47页) MCS-51的外部数据存储器寻址空间为64K，其外部 I/O口与外部数据存储器统一编址，即把外设作为外部数据存储器的一部分。对外部数据存储器采用间接寻址方式。其R0、R1、DPTR都可作间址寄存器使用。R0、R1的寻址范围为256B，DPTR为64KB。 MCS-51单片机能对位地址空间中的位直接寻址，执行置位、清“0”、取反、“0”跳、“1”跳等操作。null作业： 1、MCS-51系列单片机有——个相互独立的存贮空间。 2、MCS-51系列单片机程序存贮器空间为——；外部数据存贮器空间为——；位寻址空间——，特殊功能寄存器空间——。 3、MCS-51单片机内部有128个字节数据存贮器，地址为——，其中00H~07H为——区，08H~0FH为——区，10H~17H为——区，18H~17H为——区，20H~2FH为——区，30H~7FH为——区。 4、若PSW.4，PSW.3为0，1时，当前程序使用的工作寄存贮器区为哪个区？ 5、内部RAM位寻址区有——个单元，每个单元——位，每位给一个地址，位地址范围为——。若位地址为20H，它是——单元——位。MCS-51位地址空间为——。特殊功能寄存器具有位地址的是哪些？null6、堆栈区一般设在——范围，SP指向栈——，堆栈是一个以——方式工作的存贮器。SP是8位堆栈指针，数据进入堆栈前SP—1，数据退出堆栈后SP— 1。 7、MCS-51内有21个特殊功能寄存器，其中P0，P1，TH0，TL0，TH1，TL1，SCON，PSW，ACC，TMOD的地址为多少？其中哪些具有位地址。 8、外部数据存贮吕寻址空间为——与——统一编址。 9、MCS-51芯片引脚（31）为EA，它是什么信号？ 当EA接低电平时，只访问——存贮器。当EA接高电平时：PC值为： 0000H~0FFFH，访问——存贮器。 1000H~FFFFH，访问——存贮器。 10、对89C52其EA=1时，PC值为0000H~2000H，访问——程度存贮器， PC值为2001H~FFFFH，访问——程度存贮器，？