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1、1 第一章绪论第一节单片机单片机即单片机微型计算机，是将计算机主机(CPU、内存和 I/O 接口)集成在一小块硅片上的微型机。第二节单片机的历史与现状第一阶段（19761978 年）：低性能单片机的探索阶段。以Intel 公司的 MCS-48 为代表，采用了单片结构，即在一块芯片内含有8 位 CPU、定时/计数器、并行I/O 口、RAM和 ROM 等。主要用于工业领域。第二阶段（19781982 年）：高性能单片机阶段，这一类单片机带有串行I/O 口，8位数据线、16 位地址线可以寻址的范围达到64K 字节、控制总线、较丰富的指令系统等。这类单片机的应用范围较广，并在不断的改进和发展。第三阶段
2、（19821990 年）：16 位单片机阶段。16 位单片机除CPU 为 16 位外，片内RAM 和 ROM 容量进一步增大，实时处理能力更强，体现了微控制器的特征。例如Intel公司的 MCS-96 主振频率为12M，片内 RAM 为 232 字节，ROM 为 8K 字节，中断处理能力为 8 级，片内带有10 位 A/D 转换器和高速输入/输出部件等。第四阶段（1990 年）：微控制器的全面发展阶段，各公司的产品在尽量兼容的同时，向高速、强运算能力、寻址范围大以及小型廉价方面发展。第三节单片机的应用领域一、单片机在仪器仪表中的应用二、单片机在机电一体化中的应用三、单片机在智能接口和多机系统中
3、的应用四、单片机在生活中的应用2 第二章硬件结构第一节MCS-51 单片机及其演变特点（1）一个 8 位微处理器CPU。（2）数据存储器RAM 和特殊功能寄存器SFR。（3）内部程序存储器ROM。（4）两个定时/计数器，用以对外部事件进行计数，也可用作定时器。（5）四个 8 位可编程的I/O（输入/输出）并行端口，每个端口既可做输入，也可做输出。（6）一个串行端口，用于数据的串行通信。（7）中断控制系统。（8）内部时钟电路。第二节80C51 单片机的基本结构1)中央处理器（CPU）中央处理器是单片机的核心，完成运算和控制功能。MCS-51 的 CPU 能处理 8 位二进制数或代码。2)内部数据
4、存储器（内部RAM）8051 芯片中共有256 个 RAM 单元，但其中后128 单元被专用寄存器占用，能作为寄存CPU时钟电 路P0P3P2P1TXDRXDINT0INT1并行接 口串行接 口中断系 统定时/计 数器RAMROMT0T1文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O
5、10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7
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11、码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y23 器供用户使用的只是前128 单元，用于存放可读写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是指前128 单元，简称内部RAM。3)内部程序存储器（内部ROM）8051 共有 4 KB 掩膜 ROM，用于存放程序、原始数据或表格，因此，称之为程序存储器，简称内部 ROM。4)定时/计数器8051 共有两个16 位的定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。5)并行 I/O 口MCS-51 共有 4 个
12、 8 位的 I/O 口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入/输出。在实训中我们已经使用了P1 口，通过P1口连接 8 个发光二极管。第三节80C51 单片机的引脚功能MCS-51 是标准的40 引脚双列直插式集成电路芯片，引脚排列请参见图P0.0 P0.7：P0 口 8 位双向口线。P1.0 P1.7：P1 口 8 位双向口线。P2.0 P2.7：P2 口 8 位双向口线。P3.0 P3.7：P3 口 8 位双向口线。ALE：地址锁存控制信号。在系统扩展时，ALE 用于控制把 P0 口输出的低8 位地址锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。此外，由于 ALE 是以晶振1/6 的固定
13、频率输出的正脉冲，因此,可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。PSEN：外部程序存储器读选通信号。在读外部ROM时，PSEN 有效（低电平），以实现外部ROM 单元的读操作。EA：访问程序存储控制信号。当信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；当信号为高电平时，对 ROM 的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。RST：复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。XTAL1 和 XTAL2：外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。P1.0
14、1P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/VPD9RXD P3.010TXD P3.111INT0 P3.212INT1 P3.313T0 P3.414T1 P3.515WR P3.616RD P3.717XTAL218XTAL119VSS20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40803180518751文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K
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22、对照实训电路找到相应引脚，在电路中查看每个引脚的连接使用。P3 口线的第二功能。P3的 8 条口线都定义有第二功能第四节存储器结构MCS-51 单片机的芯片内部有RAM 和 ROM 两类存储器，即所谓的内部RAM 和内部 ROM MCS-51 内部程序存储器MCS-51 的程序存储器用于存放编好的程序和表格常数。8051 片内有 4 KB 的 ROM，8751 片内有 4 KB 的 EPROM，8031 片内无程序存储器。MCS-51 的片外最多能扩展64 KB程序存储器，片内外的ROM 是统一编址的。如端保持高电平，8051 的程序计数器PC 在0000H0FFFH 地址范围内(即前 4 K
23、B 地址)是执行片内ROM 中的程序，当PC 在1000HFFFFH 地址范围时，自动执行片外程序存储器中的程序；当保持低电平时，只能寻址外部程序存储器，片外存储器可以从0000H 开始编址。MCS-51 的程序存储器中有些单元具有特殊功能，使用时应予以注意。其中一组特殊单元是0000H0002H。系统复位后，(PC)=0000H，单片机从0000H单元开始取指令执行程序。如果程序不从0000H 单元开始，应在这三个单元中存放一条无条件转移指令，以便直接转去执行指定的程序。还有一组特殊单元是0003H002AH，共 40 个单元。这40 个单元被均匀地分为5段，作为5个中断源的中断地址区。其中
24、：0003H000AH 外部中断0 中断地址区000BH 0012H 定时/计数器 0 中断地址区0013H001AH 外部中断1 中断地址区001BH 0022H 定时/计数器 1 中断地址区0023H002AH 串行中断地址区中断响应后，按中断种类，自动转到各中断区的首地址去执行程序，因此在中断地址区中理应存放中断服务程序。但通常情况下，8 个单元难以存下一个完整的中断服务程序，因此通常也是从中断地址区首地址开始存放一条无条件转移指令，以便中断响应后，通过中断地址区，再转到中断服务程序的实际入口地址。MCS-51 内部数据存储器内部数据存储器低128 单元文档编码:CN7O10I7J2D5
25、 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D
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31、I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y25 8051 的内部 RAM 共有 256 个单元，通常把这256 个单元按其功能划分为两部分：低 128
32、 单元（单元地址00H7FH）和高 128 单元（单元地址80HFFH）。如图所示为低 128 单元的配置图。寄存器区8051 共有 4 组寄存器，每组8 个寄存单元（各为8），各组都以R0R7 作寄存单元编号。寄存器常用于存放操作数中间结果等。由于它们的功能及使用不作预先规定，因此称之为通用寄存器，有时也叫工作寄存器。4 组通用寄存器占据内部RAM 的 00H 1FH单元地址。在任一时刻，CPU 只能使用其中的一组寄存器，并且把正在使用的那组寄存器称之为当前寄存器组。到底是哪一组，由程序状态字寄存器PSW 中 RS1、RS0 位的状态组合来决定。通用寄存器为CPU 提供了就近存储数据的便利，
33、有利于提高单片机的运算速度。此外，使用通用寄存器还能提高程序编制的灵活性，因此，在单片机的应用编程中应充分利用这些寄存器，以简化程序设计，提高程序运行速度。位寻址区内部 RAM 的 20H2FH 单元，既可作为一般RAM 单元使用，进行字节操作，也可以对单元中每一位进行位操作，因此把该区称之为位寻址区。位寻址区共有16 个 RAM特殊功能寄存器通用RAM 区位寻址区00H 1FH 20H 2FH 30H 7FH 80H FFH 80H 88H 90H 98H A0H A8H B0H B8H D0H E0H F0H 特殊功能寄存器中位寻址外部ROM 内部ROM(EA=1)外部ROM(EA=0)0
34、000H 0000H 0FFFH 0FFFH 1000H FFFFH 外 部RAM(I/O 口地址)0000H FFFFH 内部数据存储器（a）外部数据存储器（b）程序存储器（c）工作寄存器区文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 Z
35、G10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5
36、ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5
37、 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X
38、5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3
39、X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L
40、3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3
41、L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y26 单元，计 128 位，地址为00H 7FH。MCS-51 具有布尔处理机功能，这个位寻址区可以构成布尔处理机的存储空间。这种位寻址能力是MCS-51 的一个重要特点。用户 RAM 区在内部 RAM 低 128 单元中，通用寄存器占去32 个单元，位寻址区占去16 个单元，剩下 80 个单元，这就是供用户使用的一般RAM 区，其单元地址为30H7FH。对用户RAM 区的使用没有任何规定或限制，但在一般应用中常把堆栈开辟在此区中。内部数据存储器高128 单元内部 RAM 的高
42、 128 单元是供给专用寄存器使用的，其单元地址为80HFFH。因这些寄存器的功能已作专门规定，故称之为专用寄存器（Special Function Register），也可称为特殊功能寄存器。第五节特殊功能存储器SFR 8051 共有 21 个专用寄存器，现把其中部分寄存器简单介绍如下：程序计数器（PCProgram Counter）。在实训中，我们已经知道PC 是一个 16 位的计数器，它的作用是控制程序的执行顺序。其内容为将要执行指令的地址，寻址范围达64 KB。PC 有自动加1 功能，从而实现程序的顺序执行。PC 没有地址，是不可寻址的，因此用户无法对它进行读写，但可以通过转移、调用、
43、返回等指令改变其内容，以实现程序的转移。因地址不在SFR（专用寄存器）之内，一般不计作专用寄存器。累加器（ACCAccumulator）。累加器为8 位寄存器，是最常用的专用寄存器，功能较多，地位重要。它既可用于存放操作数，也可用来存放运算的中间结果。MCS-51 单片机中大部分单操作数指令的操作数就取自累加器，许多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。B 寄存器。B 寄存器是一个8 位寄存器，主要用于乘除运算。乘法运算时，B 存乘数。乘法操作后，乘积的高8 位存于 B 中，除法运算时，B 存除数。除法操作后，余数存于B中。此外，B 寄存器也可作为一般数据寄存器使用。程序状态字（PSWPro
44、gram Status Word）。程序状态字是一个8 位寄存器，用于存放程序运行中的各种状态信息。其中有些位的状态是根据程序执行结果，由硬件自动设置的，而有些位的状态则使用软件方法设定。PSW 的位状态可以用专门指令进行测试，也可以用指令读出。一些条件转移指令将根据PSW 有些位的状态，进行程序转移。PSW 的各位定义如下：文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN
45、7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:C
46、N7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:CN7O10I7J2D5 HR1K10H3L3X5 ZG10Q2R1O9Y2文档编码:
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