1、2021-11-12學習目標：學習目標：1 1掌握數制及其轉換方法。掌握數制及其轉換方法。2 2了解數據表示方法及其編碼。了解數據表示方法及其編碼。3 3了解單片機基礎知識。了解單片機基礎知識。2021-11-13一、什么是單片機？一、什么是單片機？單片機就是單片微型計算機單片機就是單片微型計算機, 是將計算機的中央處理是將計算機的中央處理器器( (CPUCPU) )、存儲器（存儲器（ROM,RAMROM,RAM）、）、輸入輸入/ /輸出（輸出（I/I/O）接接口等集成在一小塊硅片上的微型機口等集成在一小塊硅片上的微型機。2021-11-14RAMI/O接口接口電路電路CPU時時 鐘鐘定時器定

2、時器/計數器計數器ROM2021-11-15史史，形成形成兩大分支：兩大分支：1 1、獨立使用式微機、獨立使用式微機（ PCPC機機）：PCPC機系統全力實現機系統全力實現海量高速數據處理，兼顧控制功能。海量高速數據處理，兼顧控制功能。2 2、嵌入式微機嵌入式微機單片機：單片機系統全力滿足測控對單片機：單片機系統全力滿足測控對象的測控功能，兼顧數據處理能力。象的測控功能，兼顧數據處理能力。 單片機作為工業控制和數據處理的計算機，單片機作為工業控制和數據處理的計算機，它的它的結構與指令功能都是按照工業控制要求設計的結構與指令功能都是按照工業控制要求設計的,也也被稱為被稱為“微控制器微控制器”、

3、“微處理器微處理器”（Micro-Micro-controller, Micro-processorcontroller, Micro-processor）。）。 主要有：主要有：4 4位、位、8 8位、位、1616位、位、3232位等位等2021-11-16 1976-19781976-1978 初級初級8 8位單片機位單片機 Intel MCS-48 Intel MCS-48 系列系列 1978-1978-19831983 高檔高檔8 8位單片機位單片機 Intel MCS-51Intel MCS-51系列系列：-51-51子系列：子系列：8031/8051/87518031/8051/8

4、751-52-52子系列：子系列：8032/8052/87528032/8052/8752 低 功 耗 型低 功 耗 型 8 08 0 C 3 1C 3 1 高 性 能 型高 性 能 型 8 08 0 C 2 5 2C 2 5 2 廉 價 型廉 價 型8989C2051/1051C2051/1051 1983- 1983- 9090年代初年代初 1616位單片機位單片機 Intel MCS-96 Intel MCS-96 系列系列8098/80968098/8096、8080C198/80C196C198/80C196 9090年代初年代初- -至今至今 1616位單片機高檔位單片機高檔323

5、2位單片機位單片機2021-11-17存儲器結構存儲器結構 計算機有兩種存儲結構：計算機有兩種存儲結構： 哈佛結構：程序存儲器和數據存儲器分開。哈佛結構：程序存儲器和數據存儲器分開。 普林斯頓結構：程序存儲器和數據存儲器合并普林斯頓結構：程序存儲器和數據存儲器合并。 單片機采用哈佛結構體系2021-11-181.采用哈佛體系結構采用哈佛體系結構2.采用面向控制的指令系統采用面向控制的指令系統3.引腳功能服用引腳功能服用4.片內片內RAM作寄存器作寄存器5.類型齊全類型齊全6.功能通用功能通用具有三高優勢具有三高優勢(集成度高、可靠性高、性價比高集成度高、可靠性高、性價比高)。2021-11-1

6、9 單片機單片機主要應用于工業檢測與控制、計算主要應用于工業檢測與控制、計算機外設、智能儀器儀表、通訊設備、家用機外設、智能儀器儀表、通訊設備、家用電器等。電器等。 特別適合于嵌入式微型機應用系特別適合于嵌入式微型機應用系統。統。 單片機開發系統有單片單板機和仿真器。單片機開發系統有單片單板機和仿真器。實現單片機應用系統的硬、軟件開發。實現單片機應用系統的硬、軟件開發。2021-11-1101946-1958 1946-1958 第一代電子管計算機第一代電子管計算機。磁鼓存儲器，機器語。磁鼓存儲器，機器語言、匯編語言編程。言、匯編語言編程。1958-1964 1958-1964 第二代晶體管計

7、算機第二代晶體管計算機。磁芯作主存儲器磁芯作主存儲器, , 磁盤作外存儲器，開始使用高級語言編程。磁盤作外存儲器，開始使用高級語言編程。1964-1971 1964-1971 第三代集成電路計算機第三代集成電路計算機。使用。使用半導體存儲半導體存儲器，出現多終端計算機和計算機網絡。器，出現多終端計算機和計算機網絡。1971- 1971- 第四代大規模集成電路計算機第四代大規模集成電路計算機。出現微型計出現微型計算機、單片微型計算機，外部設備多樣化。算機、單片微型計算機，外部設備多樣化。1981- 1981- 第五代人工智能計算機第五代人工智能計算機。模擬人的智能和交流模擬人的智能和交流方式。方

8、式。一一、 發展概況發展概況2021-11-111 微型化微型化 便攜式、低功耗便攜式、低功耗 巨型化巨型化 尖端科技領域的信息處理，需要超大容量、尖端科技領域的信息處理，需要超大容量、高速度高速度 智能化智能化 模擬人類大腦思維和交流方式，多種處理模擬人類大腦思維和交流方式，多種處理能力能力 系列化、標準化系列化、標準化 便于各種計算機硬、軟件兼容和便于各種計算機硬、軟件兼容和升級升級 網絡化網絡化 網絡計算機和信息高速公路網絡計算機和信息高速公路 多機系統多機系統 大型設備、生產流水線集中管理大型設備、生產流水線集中管理( (獨立控獨立控制、故障分散、資源共享制、故障分散、資源共享) )2

9、021-11-112微型計算機系統微型計算機系統硬件硬件微型計算機微型計算機（主機主機）微處理器微處理器 (CPU)軟件軟件外圍設備外圍設備運算器運算器控制器控制器存儲器存儲器 (內存內存)RAMROM外部設備外部設備輔助設備輔助設備 輸入設備輸入設備(鍵盤、掃描儀、語音識別儀鍵盤、掃描儀、語音識別儀) 輸出設備輸出設備(顯示器、打印機、繪圖儀、顯示器、打印機、繪圖儀、) 輔助存儲器輔助存儲器(磁帶、磁盤、光盤磁帶、磁盤、光盤)輸入輸入/ /輸出接口輸出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC) (I/O接口接口) 總線總線 (AB、DB、CB)系統軟件系統軟件( (操作系統，編輯、編譯程

10、序，故障診斷操作系統，編輯、編譯程序，故障診斷, ,監控程序監控程序) )應用軟件應用軟件( (科學計算，工業控制，數據處理科學計算，工業控制，數據處理) )程序設計語言程序設計語言( (機器語言、匯編語言、高級語言機器語言、匯編語言、高級語言) )電源電路電源電路時鐘電路時鐘電路2021-11-113運算器：實現算術運算或邏輯運算運算器：實現算術運算或邏輯運算包括：算術邏輯單元包括：算術邏輯單元ALU、累加器、累加器A、暫存寄存器、暫存寄存器TR、標志寄存器標志寄存器F或或 PSW、通用寄存器、通用寄存器GR 中央處理器中央處理器 CPU 運算器和控制器集成在一個芯片上運算器和控制器集成在一

11、個芯片上控制器：中樞部件，控制計算機中的各個部件工作控制器：中樞部件，控制計算機中的各個部件工作包括：指令寄存器包括：指令寄存器 IR、指令譯碼器、指令譯碼器ID、程序計數、程序計數器器PC、定時與控制電路、定時與控制電路2021-11-114 存儲器：存儲器：記憶，由存儲單元組成。記憶，由存儲單元組成。 包括：包括：ROM、 RAM 總線總線BUS ：在微型計算機各個芯片之間或芯在微型計算機各個芯片之間或芯片內部之間傳輸信息的一組公共通信線。片內部之間傳輸信息的一組公共通信線。包括：數據總線包括：數據總線DB：雙向，寬度決定了微機的位數。：雙向，寬度決定了微機的位數。 地址總線地址總線AB：

12、單向，決定：單向，決定CPU的尋址范圍。的尋址范圍。 控制總線控制總線CB：單向：單向 I/O接口：接口：數據輸入輸出。數據輸入輸出。 包括：輸入接口、包括：輸入接口、 輸出接口輸出接口2021-11-115 字長：字長： CPUCPU能并行處理二進制的數據位數能并行處理二進制的數據位數 8 8位機、位機、1616位機、位機、3232位機和位機和6464位機。位機。 內存容量：內存容量：存儲單元能容納的二進制數的位數存儲單元能容納的二進制數的位數 容量單位：容量單位：1 1K=2K=21010=1024=1024，1M=21M=22020=1KK=1KK 8K8K、64K64K、1616M M

13、、64M64M。 運算速度：運算速度：CPUCPU處理速度處理速度時鐘頻率、主頻、每秒運算次數時鐘頻率、主頻、每秒運算次數 6 6MHzMHz、12MHz12MHz、2424MHzMHz、100MHz100MHz、300MHz300MHz。 內存存取時間：內存存取時間：內存讀寫速度內存讀寫速度 5050nS nS 、70nS 70nS 、200200nS nS 。2021-11-116 使用有限個基本數碼來表示數據，按進位的方法進行計數稱為進位計數制進位計數制。包含兩大要素：基數和位權基數和位權基數：用來表示數據基本數碼的個數基數：用來表示數據基本數碼的個數J，此數后此數后必須進位。必須進位。

14、 位權：數碼在表示數據時所處的數位所具有的固定位權：數碼在表示數據時所處的數位所具有的固定值值J i。 簡稱簡稱“權權”。2021-11-1171、 十進制D 符號集：符號集：0 09 9 規則：逢十進一。規則：逢十進一。例例 1234.5=1 1234.5=110103 3 +2+210102 2 +3+310101 1 +4+410100 0 +5+51010-1-1 加權展開式以加權展開式以1010為為基數，各位系數為，各位系數為0 09 9。 10103 3 10102 2 10101 1 10100 0 1010-1 -1 位權一般表達式：一般表達式： N ND D= d= dn-1

15、n-11010n-1n-1+d+dn-2n-21010n-2 n-2 + +d+d0 010100 0 +d+d-1-11010-1-1+ +2、二進制B 符號集：符號集：0 0、1 1 規則：逢二進一規則：逢二進一。3、十六進制H 符號集：符號集：0 09 9、A AF F 規則：逢十六進一。規則：逢十六進一。2021-11-118 1、十進制用于計算機輸入輸出，人機交互。十進制用于計算機輸入輸出，人機交互。 二進制為機器中的數據形式。二進制為機器中的數據形式。 十六進制用于表示二進制數。十六進制用于表示二進制數。 2 2、不同進位制數以下標或后綴區別不同進位制數以下標或后綴區別, ,十進制

16、數可不十進制數可不帶下標。帶下標。 如如:101:101、101101D D、101101B B、101101H H、101H101H表1-2-1 不同進位記數制對照表十進制二進制 十六進制 十進制二進制 十六進制000000810008100011910019200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D601106141110E701117151111F2021-11-119整數轉換法整數轉換法“除基取余除基取余”：十進制整數不斷除以轉換進制基數，直至商為：十進制整數不斷除以轉換進制基數，直至商為0。每除一次取一個余數，從低位排向高

17、位。每除一次取一個余數，從低位排向高位。1. 39轉換成二進制數轉換成二進制數39 =100111B2 39 1 （ b0） 2 19 1 （ b1） 2 9 1 （ b2） 2 4 0 （ b3） 2 2 0 （ b4） 2 1 1 （ b5） 0 2. 208轉換成十六進制轉換成十六進制數數 208 = D0H16 208 余余 016 13 余余 13 =DH 02021-11-120小數轉換法小數轉換法 “乘基取整乘基取整”：用轉換進制的基數乘以小數部分，直至小數為用轉換進制的基數乘以小數部分，直至小數為0或達到轉換精度要求的位數。每乘一次取一次整數，從最高位排或達到轉換精度要求的位數

18、。每乘一次取一次整數，從最高位排到最低位。到最低位。舉例：2. 0.625轉換成十六進制數轉換成十六進制數 0.625 16 = 10.0 0.625 = 0.AH3. 208.625 轉換成十六進制轉換成十六進制數數208.625 = D0.AH1. 0.625轉換成二進制數轉換成二進制數0.625 2 1.250 1 (b-1) 2 0.5 0 0 (b-2) 2 1.0 1 (b-3) 0.625 = 0.101B2021-11-121 先展開，然后按照十進制運算法則求和。先展開，然后按照十進制運算法則求和。舉例舉例：1011.10101011.1010B=1B=12 23 3+1+12

19、 21 1+1+12 20 0+1+12 2-1-1 +1+12 2-3-3=11.625=11.625DFC.8DFC.8H H=13=1316162 2+15+1516161 1+12+1216160 0+8+81616-1-1 = 3580.5= 3580.52021-11-122 最高位為符號位，最高位為符號位，0 0表示表示 “+” “+”，1 1表示表示“”。數值位與真值數值位相同。數值位與真值數值位相同。原碼表示簡單直觀原碼表示簡單直觀, ,但但0 0的表示不唯一，加減運算復雜的表示不唯一，加減運算復雜。2、反碼、反碼 正數的反碼與原碼相同正數的反碼與原碼相同 負數的反碼符號不變

20、，數值按位取反負數的反碼符號不變，數值按位取反有符號數通常使用三種表示方法：1、原碼、原碼 機器中，數的符號用機器中，數的符號用“0”“0”、“1” “1” 表示。表示。 最高位作符號位最高位作符號位“0”“0”表示表示“+“+”，“1”“1”表示表示“-”“-”。2021-11-1233、補碼、補碼 正數的補碼表示與原碼相同。正數的補碼表示與原碼相同。 負數補碼的符號位為負數補碼的符號位為1 1，數值位等于反碼加，數值位等于反碼加1 1。 補碼表示的優點：補碼表示的優點：0 0的表示唯一，加減運算方便。的表示唯一，加減運算方便。 Y Y-X=Y+-X-X=Y+-X補補 計算機中的數均采用補碼

21、表示！計算機中的數均采用補碼表示！2021-11-124例：求十進制數例：求十進制數876876的的BCDBCD碼碼 876 876BCD BCD = 1000 0111 0110= 1000 0111 0110二進制代碼表示的十進制數。二進制代碼表示的十進制數。8421 8421 BCDBCD碼碼2021-11-125美國標準信息交換碼美國標準信息交換碼ASCIIASCII碼，用于計算機碼，用于計算機與計算機、計算機與外設之間傳遞信息。與計算機、計算機與外設之間傳遞信息。行行列列0000010100111001011101110000NULDLESP0P、p0001SOHDC1!1AQaq0

22、010STXDC2”2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB 7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM )9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+ ；Kk1100FFFS ，Ll 1101CRGS=Mm1110SORSNn1111SIUS/ ？O_oDEL2021-11-126 位：位：Bit 數據最小單位數據最小單位 字節：字節：Byte 8位二進制數定義為一字節位二進制數定義為一字節 字長：組成計算機一個字的位數字長：組成計算機一

23、個字的位數 8位機其一個存儲單元表示位機其一個存儲單元表示0255范圍的范圍的數數 8 8位機、位機、1616位機、位機、3232位機和位機和6464位機。位機。2021-11-127第二章 單片機的硬件結構2021-11-128第二章 單片機的硬件結構2021-11-129 硬件配置硬件配置基本配置：基本配置：1. 81. 8位位CPUCPU2. 2. 片內片內ROM/EPROMROM/EPROM、RAMRAM3. 3. 片內并行片內并行 I/OI/O接口接口4. 4. 片內片內1616位定時器位定時器/ /計數器計數器5. 5. 片內中斷處理系統片內中斷處理系統6. 6. 片內全雙工串行片

24、內全雙工串行I/OI/O口口不同型號不同型號MCS-51單片機單片機CPU處理能力和指令系統完處理能力和指令系統完全兼容，只是存儲器和全兼容，只是存儲器和I/O接口的配置有所不同接口的配置有所不同。2021-11-1302021-11-131一、中央處理器一、中央處理器CPU 主要指運算器、控制器主要指運算器、控制器 決定單片機的主要性能指標：字長、運行速決定單片機的主要性能指標：字長、運行速度、數據處理能力，中斷和實時控制能力。度、數據處理能力，中斷和實時控制能力。2021-11-1321、運算器、運算器 進行算術和邏輯運算進行算術和邏輯運算 ，8位位 主要包括算術邏輯單元主要包括算術邏輯單

25、元ALU、累加器、累加器ACC、暫存器、程序狀態字暫存器、程序狀態字PSW、B寄存器寄存器 主要任務：主要任務：算術運算算術運算邏輯運算邏輯運算位操作位操作數據處理數據處理利用程序狀態寄存器利用程序狀態寄存器PSW表述當前運行狀表述當前運行狀態態2021-11-1331）算術邏輯單元）算術邏輯單元ALU 即加法器，是核心部件，進行算術邏輯運算，其中乘（MUL）、除（DIV）運算是執行時間最長的指令。2）累加器）累加器ACC 累加器ACC是最常用的專用寄存器。進入ALU作算術操作和邏輯操作的操作數很多來自ACC，操作的結果也常送回ACC。 3）B寄存器寄存器 是ACC的輔助寄存器，在乘除時，AC

26、C不夠用便使用B寄存器。2021-11-1342、控制器、控制器 控制器是控制器是CPU的大腦中樞，它以定時控制邏輯為中的大腦中樞，它以定時控制邏輯為中心，按照人們預先給定的計算步驟，即預先編寫好心，按照人們預先給定的計算步驟，即預先編寫好的已經輸入到計算機存儲器中的程序發出一系列控的已經輸入到計算機存儲器中的程序發出一系列控制信號，控制計算機各個部件的工作，如運算、存制信號，控制計算機各個部件的工作，如運算、存儲等。儲等。 包括指令寄存器包括指令寄存器IR、指令譯碼器、指令譯碼器ID、數據指針、數據指針DPTR、程序計數器（指針）、程序計數器（指針）PC、堆棧指針堆棧指針SP、以及控制電路（

27、時序電路、中斷控制部件、微操作以及控制電路（時序電路、中斷控制部件、微操作控制部件）。控制部件）。 2021-11-1351）程序計數器）程序計數器PC（程序指針）（程序指針） 16位的地址指針，專門用來控制指令執行順序的寄存器，其中的內容總是下一條要執行的指令的地址。可以對64K字節的程序存儲器直接尋址。 復位時，PC=0000H，使程序從0單元開始執行。通常單片機每取一個字節機器碼，PC就自動加1，從而保證了指令的順序執行。 轉移指令可強行改變PC的內容。2021-11-1362）時序）時序 指按照指令功能發出一系列在時間上有一定次序的信號，控制和啟動一部分邏輯電路完成某種操作。 CPU需

28、要一個時鐘，在XTAL1和XTAL2上接石英晶體和微調電容構成振蕩器。頻率為412MHz2021-11-1373）指令寄存器）指令寄存器IR ID是8位寄存器，用于存放從ROM中取出的指令碼。而且每條指令的第一個字節一定是操作碼，其后的指令碼可以是操作數或操作碼。 指令譯碼器指令譯碼器ID ID可以對指令碼進行譯碼，即判斷出存放的是操作命令（操作碼）還是操作數（操作數可以是操作地址或立即操作數），以進行下面的工作。這些工作是自動完成的。2021-11-1384）微操作控制部件）微操作控制部件 邏輯門電路，將ID信號和時序向片內各部件送高低電平。 中斷控制部件中斷控制部件 自動完成“中斷申請”、

29、“中斷相應”、“恢復斷點”等工作。2021-11-139二、內部二、內部RAM 單片機內部數據單片機內部數據RAM共共256字節。分為低字節。分為低128B和高和高128B地址空間。地址空間。 低低128B地址空間的地址空間的RAM常稱為片內常稱為片內RAM； 高高128B地址空間的地址空間的RAM 稱為特殊功能寄存器稱為特殊功能寄存器SFR。 但但SFR18個寄存器只占用了個寄存器只占用了21B供用戶使用。供用戶使用。 其他的其他的107B系統保留。系統保留。2021-11-1402021-11-1411)片內片內RAM（007FH）工作寄存器區：（工作寄存器區：（32B）字節地址：字節地址

30、：00H1FH位尋址區：（位尋址區：（16B）字節地址：字節地址：20H2FH位地址為：位地址為：00H7FH數據緩沖區：（數據緩沖區：（80B）字節地址：字節地址：00H7FH一般使用一般使用30H7FH2021-11-142三、片內三、片內ROM ROM用于存放程序、原始數據及表格。用于存放程序、原始數據及表格。 8051：片內：片內4K掩膜掩膜ROM 8031：片內：片內ROM 8751：片內：片內4K EPROM2021-11-143四、定時器四、定時器/計數器計數器 MCS-51系列單片機典型產品系列單片機典型產品8051等單片機等單片機內部有內部有2個可編程的個可編程的16位定時器

31、位定時器/計數器計數器T0、T1 最大計數脈沖個數：最大計數脈沖個數：1655362021-11-144五、并行五、并行I/O口口 MCS51系列單片機有系列單片機有4個個8位并行位并行I/O口：口：P1、P2、P3共占了共占了32根根I/O引腳引腳單片機擴展時，這些單片機擴展時，這些I/O引腳又作為擴展總線用。引腳又作為擴展總線用。 P0口作為地址口作為地址/數據總線，分時輸出低數據總線，分時輸出低8位地位地址和傳送址和傳送8位數據；位數據； P2口作為高口作為高8位地址總線；位地址總線； P3口也具有第二功能。這是由接口的特殊結口也具有第二功能。這是由接口的特殊結構所決定的。構所決定的。2

32、021-11-145六、串行口六、串行口 完成單片機和其他計算機或通訊設備之完成單片機和其他計算機或通訊設備之間的串行數據通訊。間的串行數據通訊。 MCS51系列系列P3口的口的RXD(P3.0)和和TXD(P3.1)構成構成2021-11-146中斷系統是計算機的重要指標之一。中斷系統是計算機的重要指標之一。某人看書某人看書 執行主程序執行主程序 日常事務日常事務電話鈴響電話鈴響 中斷信號如中斷信號如INT=0INT=0 中斷請求中斷請求暫停看書暫停看書 暫停執行主程序暫停執行主程序 中斷響應中斷響應書中作記號書中作記號 當前當前PCPC入棧入棧 保護斷點保護斷點電話談話電話談話 執行中斷程

33、序執行中斷程序 中斷服務中斷服務繼續看書繼續看書 返回主程序返回主程序 中斷返回中斷返回日常事務程序日常事務程序中斷服務程序中斷服務程序七、中斷系統日常生活中的中斷與計算機中斷的比較：日常生活中的中斷與計算機中斷的比較：2021-11-1472021-11-148八、布爾處理器八、布爾處理器 MCS51單片機內含有一個布爾處理器，是單單片機內含有一個布爾處理器，是單片機片機CPU中運算器的一個重要組成部分。中運算器的一個重要組成部分。 它實際上是一個完整的它實際上是一個完整的1位微處理器，這個位微處理器，這個1位位機有自己的機有自己的CPU、位寄存器、位寄存器、I/O口和指令集。可口和指令集。

34、可提供提供17條位操作指令，硬件有自己的條位操作指令，硬件有自己的“累加器累加器”（進位位（進位位C）和自己的位尋址和自己的位尋址RAM和和I/O空間，所空間，所以是一個獨立的位處理機。以是一個獨立的位處理機。 MCS51單片機把單片機把8位機和位機和1位機復合在一起，位機復合在一起，發揮各自的長處，這是它的一大優點。發揮各自的長處，這是它的一大優點。2021-11-149第二章 單片機的硬件結構2021-11-150 MCS51系列單片機系列單片機采用采用40個引腳的雙列個引腳的雙列直插式塑料封裝的芯直插式塑料封裝的芯片。片。共可分為四個部分：共可分為四個部分：1、電源、電源2個個2、外接晶

35、體振蕩器、外接晶體振蕩器2個個3、控制信號引腳、控制信號引腳4個個4、I/O引腳引腳32個個2021-11-151一、主電源引腳一、主電源引腳 VDD：接接5V電源電源 VSS：接地端接地端 一般一般VDD 和和VSS之之間應接高頻和低頻間應接高頻和低頻濾波電容。濾波電容。 2021-11-152二、外接晶體振蕩器引腳二、外接晶體振蕩器引腳 XTAL1：芯片內部振蕩電芯片內部振蕩電路（單級反相放大器）輸路（單級反相放大器）輸入端入端 XTAL2：芯片內部振蕩電芯片內部振蕩電路（單級反相放大器）輸路（單級反相放大器）輸出端出端 振蕩頻率為晶振頻率振蕩頻率為晶振頻率（1.212MHz），另外），另

36、外需兩個需兩個30pF左右的電容左右的電容以微調頻率以微調頻率2021-11-153 MCS51單片機的振蕩器有內部和外部兩種方式。2021-11-154 時序：時序：時間的先后順序，控制器按照指令功能發出一系列在時間上有一定次序的信號，控制和啟動一部分邏輯電路，完成某種操作。 機器周期機器周期12個時鐘周期（振蕩周期）有6個狀態（S1S6），一個狀態為2個振蕩周期，分為P1和P2節拍，一般算術和邏輯指令發生在P1期間，寄存器之間的傳輸發生在P2期間。設單片機工作在12M晶振，則時鐘周期為1/12微秒，一個機器周期121/121微秒一些指令完成較快用一個機器周期；一些較慢，用2個機器周期；有兩

37、個指令（MUL、DIV）用4個機器周期。指令周期：執行一條指令的時間。（單周期指令，雙周期指令等）2021-11-155三、控制信號三、控制信號1、RST/VPD：復位復位/掉電時內部掉電時內部RAM的備用電源輸入端的備用電源輸入端 復位端復位端RST ：啟動時，需要復位，使CPU各部件處于確定的初始狀態。 正常工作狀態（振蕩器穩定），該引腳上出現持續24個振蕩周期（即兩個機器周期）以上的高電平，單片機就可完成系統復位操作 。2021-11-156特殊功能寄存器初始狀態特殊功能寄存器初始狀態ACC00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPL00H

38、TL100HDPH00HSCON00HP0P30FFHSBUP不定IPXXX00000BPCON0XXXXXXXBIE0XX00000BTMOD00HPC0000H2021-11-157 備用電源輸入端備用電源輸入端VPD： 當無當無VCC時使用，使內部時使用，使內部RAM供電以實現供電以實現掉電保護掉電保護。2021-11-1582、ALE/PROG：地址鎖存允許/編程脈沖輸入。 ALE：地址鎖存允許信號 片外存儲器作數據存取時，ALE為低8位地址鎖存允許輸出信號，在其下降沿將從P0口輸出的低8位地址鎖存到地址鎖存器。 以1/6振蕩頻率（即1/2機器周期）周期性輸出PROG：在對8751片內

39、EPROM編程時，編程脈沖由此輸入。2021-11-1593、EA/VDD：訪外允許/編程電壓輸入、8031中EA必須接地。 8051/8751中 EA1，單片機使用片內ROM/EPROM（由PC值決定）； EA0，單片機片內程序存儲器失效，而 使用片外程序存儲器。、VDD 對8751片內EPROM編程時，此腳接編程電壓。（+21V+25V）2021-11-1604、 PSEN：外部程序存儲器讀選通信號 它與ALE配合，使P0口完成地址線和數據線的功能。 當訪問片內ROM、RAM時無效。2021-11-161 MCS-51單片機有4個8位并行I/O口，共占了32根I/O引腳，單片機擴展時，這些

40、I/O引腳又作為擴展總線用。其中P0口作為地址/數據總線，分時輸出低8位地址和傳送8位數據；P2口作為高8位地址總線；P3口也具有第二功能。這是由接口的特殊結構所決定的。每一個口都包含一個鎖存器，一個輸出驅動器和兩個（P3口為3個）輸入緩沖器。各口的結構也有些差異，下面分別介紹。2021-11-162一、并行I/O口的功能結構（一）P1口1、接口結構圖2.15接口結構中鎖存器起輸出鎖存作用，8位鎖存器組成特殊功能寄存器P1。2021-11-163一、并行I/O口的功能結構（一）P1口2、接口功能 P1口只有一種功能通用輸入輸出接口。2021-11-164一、并行I/O口的功能結構（二）P2口

41、P2口一位結構如下圖所示，與P1相比，多了一個多路開關MUX，因此P2具有雙重功能：通用I/O口和高8位地址總線口。1、接口結構2021-11-165（二）P2口（1）地址總線單片機擴展時，“控制”信號使 MUX 打向右邊，內部的地址線經反相器與輸出驅動器相連，于是內部“地址”信號可以由P2口引腳輸出，此地址信號為高8位地址。2、接口功能一、并行I/O口的功能結構2021-11-166（二）P2口（2）通用I/O接口 作為通用I/O口時，“控制”信號使 MUX 打向左邊，這時P2口電路結構與P1口相同，其功能和用法亦與P1口相同，負載能力也相同。2、接口功能一、并行I/O口的功能結構2021-

42、11-167（三）P3口 P3口一位的結構如下圖所示，與P1口相比多了一個與非門和一個輸入緩沖器，所以它除了可作為一般I/O口外，還具有第二功能。1、接口結構一、并行I/O口的功能結構2021-11-168（三）P3口（1）通用I/O接口作為通用I/O接口時，“第二功能輸出”線為“1”，接口的電路結構與P1口相同，所以功能和用法均與P1相同。2、接口功能一、并行I/O口的功能結構2021-11-169（三）P3口（2）第二功能當P3口作為第二功能使用時，各位定義如下2、接口功能P3.0 RXD（串行輸入通道）P3.1 TXD（串行輸出通道）P3.2 INT0（外中斷0輸入端）P3.3 INT1

43、（外中斷1輸入端）一、并行I/O口的功能結構2021-11-170（三）P3口2、接口功能P3.4 T0（定時器0外部輸入）P3.5 T1（定時器1外部輸入）P3.6 WR（外部數據存貯器寫選通）P3.7 RD（外部數據存貯器讀選通） 可見有些信號為輸出，有些信號為輸入，為使第二功能信號能順暢的輸入或輸出，該口鎖存器的狀態必須為“1”。一、并行I/O口的功能結構2021-11-171（四）P0口1、接口結構 P0口的一位的結構如下圖所示。其中輸出驅動電路由一對FET（場效應管）組成，其工作狀態由輸出控制電路控制。P0口可作為通用I/O接口，也可作為地址/數據總線口。一、并行I/O口的功能結構2

44、021-11-172（四）P0口2、接口功能（1）地址/數據總線 這時“控制”信號為1，多路開關MUX向上，地址/數據信號反相后經多路開關送到下一個場效應管的柵極。 如果地址/數據信號為1，則下一個場效應管截止上一個場效應管導通，引腳為高電平；若地址/數據信號為0，則下一個場效應管導通上一個場效應管截止，引腳為低電平，即地址/數據信號可順利的到達引腳。一、并行I/O口的功能結構2021-11-173（四）P0口2、接口功能（2）通用I/O接口 此時“控制”信號為“0”，多路開關MUX向下，輸出驅動器處于開漏狀態，故需外接上拉電阻，這種情況下，電路結構與P1相同，所以也是一個準雙向口，當要作為輸

45、入時，必須先向口鎖存器寫“1”。一、并行I/O口的功能結構2021-11-1742021-11-1752021-11-176第二章 單片機的硬件結構2021-11-177 根據作用分類： 程序存儲器程序存儲器ROM 數據存儲器數據存儲器RAM 根據位置分類： 片內存儲器片內存儲器 片外存儲器片外存儲器 2021-11-1781、片內程序存儲器（片內、片內程序存儲器（片內ROM）2、片內數據存儲器（片內、片內數據存儲器（片內RAM）3、片外、片外ROM擴展擴展4、片外、片外RAM擴展擴展 8051、8751有4KB的片內ROM（0000H0FFFH） 共有256B007FH：128B片內RAM8

46、0HFFH：18個特殊功能寄存器（占21B） 最多64K片外ROM，地址為0000HFFFFH或者1000HFFFFH 地址：0000HFFFFH 注：8051、8751芯片根據EA狀態2021-11-1792021-11-180 MCS-51（8051）存儲結構如圖所示2021-11-181 片內外統一編址的片內外統一編址的64KB的程序存儲器地址空間的程序存儲器地址空間 片內片外的程序存貯器在同一邏輯空間中，地址從0000HFFFFH，共有64K字節范圍 片內片內256B數據存儲地址空間數據存儲地址空間 片內數據存貯器為00HFFH 片外片外64KB的數據存儲器地址空間的數據存儲器地址空間

47、 片外為0000HFFFFH2021-11-1820000HFFFFH0000HFFFFHROM內RAM外RAM00HFFH寄存器區位尋址區數據緩沖區SFR20H30H80HE0HA2021-11-1831、使用使用MOV、MOVX、MOVC三個不同的指令分別三個不同的指令分別 區分片區分片內內RAM、片外、片外RAM和和ROM2、片外、片外ROM使用控制信號使用控制信號PSEN 片外片外RAM使用控制信號使用控制信號RD、WR3、EA引腳接地，從片外引腳接地，從片外ROM開始開始 0000H0FFFH 位于片外位于片外ROM EA引腳接高電平，從片內引腳接高電平，從片內ROM開始開始 000

48、0H 0FFFH位于片內位于片內ROM4、ROM和片外和片外RAM一定要用一定要用16位地址位地址 片內片內RAM 和和SFR，只能使用，只能使用8位地址位地址2021-11-184 最多為最多為64K，用于存放程序和表格，用于存放程序和表格 使用使用PC作為程序地址指針作為程序地址指針 編址方式：片內、片外編址方式：片內、片外ROM統一編址（統一編址（0000HFFFFH）片內（如有，片內（如有，4K）為低地址（）為低地址（0000H0FFFH），片外為），片外為高地址高地址 加電復位后，加電復位后，PC0000H，當，當PC超出片內，則會自動轉超出片內，則會自動轉向片外向片外ROM EA引

49、腳控制引腳控制PC值（值（8031和和8051不同）不同） MOVC用來讀取用來讀取ROM中存放的表格常數中存放的表格常數 分為兩個部分：分為兩個部分：1、系統使用區：其中、系統使用區：其中0000H0002H為系統復位入口，其為系統復位入口，其中必有一條存放中必有一條存放PC的跳轉指令（轉至主程序）的跳轉指令（轉至主程序）;0003H002AH為各個中斷源處理程序使用為各個中斷源處理程序使用2、用戶使用區：其余地址空間、用戶使用區：其余地址空間2021-11-185 單片機的數據存儲器分為片內單片機的數據存儲器分為片內RAM和片外和片外RAM，兩者單獨編址（片內為兩者單獨編址（片內為00FF

50、H，片外為，片外為0000FFFFH）。一般需要外部擴展時才使用最多）。一般需要外部擴展時才使用最多64K的的片外片外RAM。 通常將單片機通常將單片機256B的內部數據存儲器的內部數據存儲器RAM分為兩分為兩個部分，一個是片內個部分，一個是片內RAM（占（占128B） ，一個是，一個是特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFR（占另外（占另外128B的的21B）。）。 片內片內RAM的的128B地址為地址為007FH，可分為四個，可分為四個大區：大區：工作寄存器區、位尋址區、數據緩沖區、堆棧區工作寄存器區、位尋址區、數據緩沖區、堆棧區2021-11-1862021-11-187 片內片內RAM工作寄

51、存器區：工作寄存器區：字節地址：字節地址：00H1FH位尋址區：位尋址區：字節地址：字節地址：20H2FH位地址為：位地址為：00H7FH數據緩沖區數據緩沖區/堆棧區：堆棧區：字節地址：字節地址：00H7FH一般使用一般使用30H7FH2021-11-1882021-11-1892021-11-190 001FH單元，共單元，共32B，常用來存放操作數和中間，常用來存放操作數和中間結果，可以使用指令系統中有工作寄存器的專用指結果，可以使用指令系統中有工作寄存器的專用指令，多為單字節指令，執行速度快，方便。令，多為單字節指令，執行速度快，方便。 分為分為4個寄存器區：個寄存器區： 0區：區：00

52、07H 1區：區：080FH 2區：區：10H17H 3區：區：181FH 每個區有每個區有8個單元，都用個單元，都用R0R7編號。編號。 在任何時刻在任何時刻CPU只能使用其中一個區（當前寄存器只能使用其中一個區（當前寄存器組），即將這個區的組），即將這個區的8個單元作為工作寄存器，其他個單元作為工作寄存器，其他區仍是一般的區仍是一般的RAM。具體使用哪個區，由程序狀態。具體使用哪個區，由程序狀態寄存器寄存器PSW中的中的RS1、RS0兩位的狀態來決定。兩位的狀態來決定。2021-11-191 20H2FH，共，共16個單元，個單元，128位。位。 為布爾處理區為布爾處理區 各有自己的位地址

53、，統一編各有自己的位地址，統一編址為址為00H7FH（1個地個地址代表址代表1位）位） 既可以字節尋址，也可以位既可以字節尋址，也可以位尋址。尋址。 有有17條位操作指令，條位操作指令， 常進行置位（常進行置位（SETB）、清）、清零（零（CLR）、取反（）、取反（CPL）2021-11-192 30H7FH 用戶RAM區，用于存放運算數據和結果。2021-11-193 用戶可以指定內部用戶可以指定內部RAM的最高若干的最高若干字節作為堆棧區（至字節作為堆棧區（至7FH），指針），指針為為SP 例：例：MOV SP，#5FH 則從則從607FH單元為堆棧區單元為堆棧區2021-11-194 堆

54、棧是在片內堆棧是在片內RAM中臨時開辟的暫存區中臨時開辟的暫存區； 作用作用：保護現場、保護斷點保護現場、保護斷點 針對針對：子程序調用、中斷操作子程序調用、中斷操作 在響應中斷或子程序調用時，發生入棧操作，入棧在響應中斷或子程序調用時，發生入棧操作，入棧的是的是16位的位的PC值，值，PSW值并不自動入棧值并不自動入棧。 特點特點：先進后出，后進先出先進后出，后進先出 指令指令：入棧入棧PUSH，出棧，出棧POP 堆棧區每個單元不能按字節任意訪問，堆棧區每個單元不能按字節任意訪問，PUSH和和POP都是對堆棧的棧頂單元進行的。為了指示棧頂都是對堆棧的棧頂單元進行的。為了指示棧頂的地址，必須使

55、用堆棧指針的地址，必須使用堆棧指針SP。 SP始終指向堆棧最后壓入或即將彈出的數據單元，始終指向堆棧最后壓入或即將彈出的數據單元，即指向棧頂。即指向棧頂。 SP實際為一個實際為一個8位寄存器，它的內容是棧頂存儲單位寄存器，它的內容是棧頂存儲單元的地址。元的地址。2021-11-195 進棧PUSH：先SP+1再寫入數據 例：PUSH ACC 初始SP=2FH SP+1即現在SP30H，然后將ACC的內容寫入30H單元 出棧POP：先讀數據再SP1 進棧、出棧有兩種方式：1、自動方式：執行子程序、中斷響應時。2、指令方式：PUSH、POP2021-11-196 為保護足夠的寄存器內容，需要堆棧有

56、一定的深度，即有足夠的容量。 原則上堆棧區可以是片內RAM任意區域，只要SP賦予不同的初值，則SP7FH都是堆棧區。但具體應具體應用時棧區設置應和用時棧區設置應和RAM的分配統一考慮，工作寄的分配統一考慮，工作寄存器和位尋址區域分配好后再指定堆棧區域存器和位尋址區域分配好后再指定堆棧區域。 系統復位后，SP07H，則實際堆棧從08H開始。 通常通常SP設在設在30H以后以后，即在用戶RAM（30H7FH）之間開辟。 例 MOV SP ，3FH 即40H7FH為堆棧區2021-11-197 反映單片機的狀態，存儲對定時器、中斷、串行口、I/O口等的控制設定，使這些控制具有可編程性。 共18個，其

57、中3個16位的寄存器，故占用21B，分布于80HFFH，可讀可寫，可視為專用RAM。 均可以進行字節尋址，其中有11個可以位尋址（字節地址能被8整除）2021-11-1982021-11-199 1、ACC 地址為地址為0E0H，8位累加器，在指令中用位累加器，在指令中用A表示，可以位尋址表示，可以位尋址 2、B寄存器寄存器 地址為地址為0F0H，8位，可位尋址，主要用于乘除法，也可以作位，可位尋址，主要用于乘除法，也可以作為一個通用的為一個通用的8位數據緩沖單元。位數據緩沖單元。 3、SP 地址為地址為81H，8位堆棧指針，只能字節尋址，復位值為位堆棧指針，只能字節尋址，復位值為07H。 4

58、、數據指針、數據指針DPTR 16位寄存器，包括兩個位寄存器，包括兩個8位寄存器位寄存器DPL和和DPH，地址分別為，地址分別為82H和和83H。只能字節尋址。也可以作為兩個。只能字節尋址。也可以作為兩個8位寄存器來位寄存器來處理。處理。 用于訪問外部用于訪問外部RAM時作為地址指針，也可訪問時作為地址指針，也可訪問ROM中的表中的表格常數。格常數。 5、I/O端口端口P0P3 為引腳為引腳P0P3引腳的鎖存器。可位尋址引腳的鎖存器。可位尋址。2021-11-1100 6、其他：、其他： 串行口數據緩沖器SBUF； 串行口控制寄存器SCON； 定時/計數器T0、T1； 定時/計數器方式控制TM

59、OD； 中斷允許寄存器IE； 定時器控制TCON； 電源方式控制PCON。7、程序狀態寄存器、程序狀態寄存器PSW（下面具體研究）2021-11-1101 SFR中的寄存器都有復位值，用到的寄存器中的寄存器都有復位值，用到的寄存器在復位后應考慮到是否重新賦值；在復位后應考慮到是否重新賦值； SFR可視為專用可視為專用RAM，有，有11個可以位尋址個可以位尋址（可以由布爾處理器控制），共（可以由布爾處理器控制），共21單元，其單元，其余余107單元用戶不能使用；單元用戶不能使用； 8052另有另有3個個SFR，占據，占據5個單元個單元。2021-11-1102 地址地址0D0H，PSW是一個是一

60、個8位寄存器，可位尋址，位寄存器，可位尋址，它包含了許多程序狀態信息。它包含了許多程序狀態信息。 其各位的含義如圖所示：其各位的含義如圖所示： 其中其中PSW.1位系統保留，用戶不能使用位系統保留，用戶不能使用。 PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0 Cy AC FORS1RS0 OV P2021-11-1103 Cy AC FO RS1RS0 OV P進位標志Cy： 算術邏輯指令時，最高位算術邏輯指令時，最高位D7有進（借）位，有進（借）位，則則Cy=1，否則，否則Cy=0； 在布爾處理器中，它起著在布爾處理器中，它起著“位累加器位累加器”的