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1、单片机原理及应用单片机原理及应用2023/3/161考核方式考核方式:笔试笔试+实验实验+作业，期末成绩占作业，期末成绩占 70%，期中成绩占期中成绩占20%，实验成实验成 绩占绩占5%，平时作业成绩占平时作业成绩占5%。答疑时间：答疑时间：周三下午周三下午16：0017：30答疑地点：答疑地点：机械学院机械学院508508室室本课程教学安排本课程教学安排祝爱萍：祝爱萍：机械学院机械学院508508室室，1351928450213519284502。2第一章第一章第一章第一章概述概述第二章第二章第二章第二章mcs-51单片机结构及原理单片机结构及原理第三章第三章第三章第三章 MCS-51单片机
2、指令系统及编程举例单片机指令系统及编程举例第四章第四章第四章第四章单片机定时功能及应用单片机定时功能及应用第五章第五章第五章第五章单片机的中断系统单片机的中断系统第六章第六章第六章第六章单片机串行口及应用单片机串行口及应用第七章第七章第七章第七章单片机系统扩展及显示接口技术单片机系统扩展及显示接口技术第八章第八章第八章第八章 D/A、A/D转换器接口及应用转换器接口及应用第九章第九章第九章第九章 键盘接口技术键盘接口技术目目录录2023/3/163第一章第一章 概述概述【学习目标学习目标】通过本章的学习，学生应该能通过本章的学习，学生应该能 够：熟悉单片机的主要特点、够：熟悉单片机的主要特点、
3、典型产品、应用领域，掌握典型产品、应用领域，掌握数数 制以的概念及不同数制间的转制以的概念及不同数制间的转 换换方法，明确数在计算机中的方法，明确数在计算机中的 表示方法。表示方法。2023/3/164重点和难点内容：重点和难点内容：数制以及不同数制间的转数制以及不同数制间的转换换和数在计算机中的表示和数在计算机中的表示方法。方法。解决方法解决方法：多练习。：多练习。课外指导课外指导：答疑。：答疑。教学效果检测方法教学效果检测方法：批阅作业。：批阅作业。本章作业：本章作业：教材教材P14习题与思考题习题与思考题1，2，3，4，5，6，7，851定义定义：单片机全称为单片微型计算机（单片机全称为
4、单片微型计算机（single-chipMicrocomputer），），它在一块芯片上集成了它在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、PROM，E2PROM）CTC和多个和多个I/O口，此外，有的单片机如口，此外，有的单片机如8096单片机上还集成了单片机上还集成了ADC和和DAC转换芯片。转换芯片。本章主要内容本章主要内容一单片机的定义及特点一单片机的定义及特点2023/3/166测量与显示：测量与显示：如各种智能仪表，用于提高测如各种智能仪表，用于提高测量与显示的自动化程度和准确量与显示的自动化程度和准确度。度。3.应用领域应用领域：主要应用于以下几方面：主要应用于以下几方面2特点特点：
5、单片机的体积小，可靠性高，价格便：单片机的体积小，可靠性高，价格便宜，功耗低，它是目前应用最广泛的宜，功耗低，它是目前应用最广泛的工业控制微机。工业控制微机。2023/3/167辅助设计和制造辅助设计和制造：如加工中心，用于提高：如加工中心，用于提高加工的自动化程度和精度。加工的自动化程度和精度。日常生活日常生活：如各种家电中，用于提高家电的：如各种家电中，用于提高家电的自动化程度，增强其功能。自动化程度，增强其功能。科学计算：科学计算：人造卫星轨迹，人造卫星轨迹，天气预报等天气预报等数据处理数据处理：企业管理、情报检索等企业管理、情报检索等其他方面：其他方面：系统仿真系统仿真、智能模拟、智能
6、模拟、计算机、计算机网络与信息及高速公路管理等。网络与信息及高速公路管理等。81946-1958:1946-1958:第一代第一代电子管电子管计算机。计算机。磁鼓存储磁鼓存储 器，机器语言及汇编语言编程。器，机器语言及汇编语言编程。1958-1964:1958-1964:第二代第二代晶体管晶体管计算机计算机。磁芯作主磁芯作主 存储器存储器,磁盘作外存储器，开始磁盘作外存储器，开始 使用高级语言编程。使用高级语言编程。二、二、单片机的发展概况单片机的发展概况91964-19711964-1971:第三代集成电路计算机第三代集成电路计算机。使用。使用半半 导体存储器，出现多终端计算机导体存储器，出
7、现多终端计算机 和计算机网络。和计算机网络。1971-1971-:第四代大规模集成电路计算机第四代大规模集成电路计算机。出现微型计算机、单片微型计算出现微型计算机、单片微型计算 机，外部设备多样化。机，外部设备多样化。1981-1981-:第五代人工智能计算机第五代人工智能计算机。模拟人模拟人 的智能和交流方式。的智能和交流方式。二、二、单片机的发展概况单片机的发展概况10三、三、计算机发展趋势计算机发展趋势微型化微型化 便携式、低功耗便携式、低功耗巨型化巨型化 尖端科技领域的信息处理，满足尖端科技领域的信息处理，满足 超大容量、高速度的要求超大容量、高速度的要求智能化智能化 模拟人类大脑思维
8、和交流方式，模拟人类大脑思维和交流方式，具有多种处理能力具有多种处理能力系列化、标准化系列化、标准化 便于各种计算机硬、软便于各种计算机硬、软 件兼容和升级件兼容和升级多机系统多机系统 大型设备、生产流水线集中管理大型设备、生产流水线集中管理 (独立控制、故障分散、资源共享独立控制、故障分散、资源共享)11典型产品有典型产品有8051，8751和和8031。其三种。其三种芯片的主要区别在于：芯片的主要区别在于：ROM,EPROM和外接和外接EPROM。8051内部程序要由生产芯片的厂内部程序要由生产芯片的厂家写入，适用于低成本大批量生产；家写入，适用于低成本大批量生产；8751片片内程序可由用
9、户固化或清除，价格相对较贵，内程序可由用户固化或清除，价格相对较贵，适用于开发样机；适用于开发样机；8031芯片必须外接芯片必须外接ROM，适用于较方便进行修改和更新程序记忆的场适用于较方便进行修改和更新程序记忆的场合。合。1.MCS-51系列简介：系列简介：看看P18表表2.1四、四、常用单片机系列介绍常用单片机系列介绍122.存储器简介存储器简介：memory是单片机的主要组成是单片机的主要组成部分之一，主要用于存储信部分之一，主要用于存储信息，它的分类如下：息，它的分类如下：内存内存：包含有包含有RAM：随机存储器，其中信息可读可写，断随机存储器，其中信息可读可写，断电丢失全部内容。电丢
10、失全部内容。ROM：只读存储器，用户不可更改其内容，只读存储器，用户不可更改其内容，与与EPROM同样，断电仍可保存信息。同样，断电仍可保存信息。13外存外存：包含有包含有硬盘：可随时读写并永久保存信息硬盘：可随时读写并永久保存信息但硬盘存储但硬盘存储容量有限，随身携带不方便。容量有限，随身携带不方便。EPROM：可擦除可编程的只读可擦除可编程的只读ROM，用紫外用紫外线可擦除其内容，用专用设备用户线可擦除其内容，用专用设备用户可固化信息。可固化信息。软盘：软盘可随时读写并永久保存信息，其软盘：软盘可随时读写并永久保存信息，其容量小但可无限扩充，随身携带方便。容量小但可无限扩充，随身携带方便。
11、14光盘：可随时读取信息，容量大，随身携带光盘：可随时读取信息，容量大，随身携带方便，也可对其进行写操作并永久保方便，也可对其进行写操作并永久保存信息，但必须配备专门的刻盘机。存信息，但必须配备专门的刻盘机。五、数制及其间的转换五、数制及其间的转换1数制：数制：常用的计数方法，有二常用的计数方法，有二(Binary)、十十(Decimal)、十六（十六（Hexadecimal）、）、八八(Q，Octal)、十二及六十进制等。十二及六十进制等。优盘：特点同软盘，但容量较软盘大很多，优盘：特点同软盘，但容量较软盘大很多，比硬盘小。比硬盘小。15位权：位权：某个数位的值是由这一位的数码值乘以某个数位
12、的值是由这一位的数码值乘以处在这一位的固定常数决定的，通常把处在这一位的固定常数决定的，通常把这一固定常数称之为位权值，简称位这一固定常数称之为位权值，简称位权。简而言之权是以基为底的幂权。简而言之权是以基为底的幂。例：例：1010.11B的基为的基为2，各位的权分别为：各位的权分别为：23、22、21、20。2-1和和2-2基数：指数制所使用数码的个数。基数：指数制所使用数码的个数。如：如：B（2），），Q（8），），D（10）、）、H（16）。）。16例例1FFFFH=15163+15162+15161+15160=65535例例210111100101B=27+25+24+23+22+2
13、-1+2-3=188625二，八，十六进制转换为十进制时，原则二，八，十六进制转换为十进制时，原则为：为：按位权展开相加按位权展开相加。2数制之间相互转换的原则数制之间相互转换的原则：17十进制转换为二，八，十六进制时，原则十进制转换为二，八，十六进制时，原则为为:整数部分除基取余整数部分除基取余，先出低位，先出低位，小数部分乘基取整小数部分乘基取整，先出高位，先出高位。例例1432D=1000101B（取四位小数，并非精确转换）取四位小数，并非精确转换）例例225473D=37656Q=FEBAH18机器数机器数：数字在机器中的表示方式称为机：数字在机器中的表示方式称为机器数，即将符号（器数
14、，即将符号（+，）也作为，）也作为数字的一部分。具体地说，在存数字的一部分。具体地说，在存储数据时，最高一位用来表示数储数据时，最高一位用来表示数字的符号，当数字为字的符号，当数字为正正时，最高时，最高一位的值为一位的值为0，当数字为，当数字为负负时，最时，最高一位的值为高一位的值为1。机器数有原码、。机器数有原码、反码和补码三种形式。反码和补码三种形式。3数在计算机中的表示方法数在计算机中的表示方法19真值真值：一个数的实际大小称为这个数的真：一个数的实际大小称为这个数的真值。值。原码原码：正数的符号位用：正数的符号位用0表示，负数的符号表示，负数的符号位用位用1表示，符号位之后是数字的真表
15、示，符号位之后是数字的真值，此法表示的数字称为数的原码。值，此法表示的数字称为数的原码。正数的原码与其真值相同。正数的原码与其真值相同。20例：例：对于对于8位数据：位数据：+35H表示为表示为+35H原码原码=00110101，-35H表示为表示为-35H原码原码=10110101，+0原码原码=00000000，-0原码原码=10000000反码反码：正数的反码与其原码相同，负数：正数的反码与其原码相同，负数的反码则为其对应的原码按位取的反码则为其对应的原码按位取反（符号位除外）。反（符号位除外）。21例：例：对于对于8位数据位数据:+35H表示为表示为+35H反码反码=00110101，
16、-35H表示为表示为-35H反码反码=11001010，+0反码反码=00000000，-0反码反码=11111111补码补码：正数的补码与其原码相同，负数：正数的补码与其原码相同，负数的补码则为其对应的原码按位取的补码则为其对应的原码按位取反（符号位除外）加反（符号位除外）加1。22注意：注意：计算机中所有的符号数都是默认用计算机中所有的符号数都是默认用补码补码表示的。表示的。例：对于例：对于8位数据：位数据：+35H表示为：表示为：+35补码补码=00110101，-35H表示为：表示为：-35补码补码=11001011，+0补码补码=-0补码补码=00000000。23计算机中所能表示的
17、计算机中所能表示的符号数符号数的范围为：的范围为：-2n-12n-11，n为数据的位数。为数据的位数。当当n=8时，所能表示的符号数的范围为：时，所能表示的符号数的范围为：-128127，即即-2727-1当当n=16时，所能表示的符号数的范围为：时，所能表示的符号数的范围为：-3276832767即即-215215-1。24已知一个数的补码时，其真值为：已知一个数的补码时，其真值为：正数正数真值真值=正数正数补码补码负数负数真值真值=负数负数补码补码取反取反（符号位除外）（符号位除外）1例：例：x=01001101,则则x真值真值=01001101=77Dx=10110101,则则x真值真值
18、=11001010+1=11001011=75D25例：例：Y=11710=117补补+10补补=10001011+1110110=110000001=-127利用补码可将减法转换为加法以简化硬利用补码可将减法转换为加法以简化硬件电路，具体原理为：将减数与减号一件电路，具体原理为：将减数与减号一起变为补码后再与被减数的补码相加，起变为补码后再与被减数的补码相加，其和（如有进位则舍弃进位）就是两数其和（如有进位则舍弃进位）就是两数之差。（了解）之差。（了解）264ASCII码：（又称字符编码）码：（又称字符编码）英文字母英文字母AZ及及az；数字字符数字字符09：专用字符：专用字符：+，/，空格
19、和各种标，空格和各种标点符号；点符号；各种非打印字符如：各种非打印字符如：CR（回车），回车），LF（换行），换行），BELL（响铃）等。响铃）等。计算机处理的信息并不全是数字，有时还计算机处理的信息并不全是数字，有时还要处理字符和字符串，常见的字符有：要处理字符和字符串，常见的字符有：275BCD码码(BinaryCodedDecimal)用四位二进制代码表示一位十进制正整数用四位二进制代码表示一位十进制正整数的编码称为的编码称为BCD码。码。以上这些字符在计算机中都用固定的二进以上这些字符在计算机中都用固定的二进制数表示，国际上目前采用最常用的美国标准制数表示，国际上目前采用最常用的美国标
20、准信息交换码也称信息交换码也称ASCII码码来表示。要求大家记来表示。要求大家记住前两类字符的住前两类字符的ASCII码值码值。（P P1010表表1.3,1.3,列高行低）列高行低）例：例：129=(000100101001)BCD28第二章第二章mcs-51单片机结构及原理单片机结构及原理【学习目标学习目标】通过本章的学习，学生应该能通过本章的学习，学生应该能 够：掌握有关单片机的基本结够：掌握有关单片机的基本结 构及其功能，尤其是构及其功能，尤其是mcs-51mcs-51系系 列单片机列单片机CPUCPU和存储器的结构和存储器的结构 及功能，这一部分是全新的概及功能，这一部分是全新的概
21、念，需要认真掌握。念，需要认真掌握。29重点和难点内容：重点和难点内容：mcs-51系列单片系列单片机机CPU和和存储器的结构及功能存储器的结构及功能。解决方法解决方法：细讲、慢讲。：细讲、慢讲。课外指导课外指导：答疑、质疑。：答疑、质疑。教学效果检测方法教学效果检测方法：课堂提问、批阅作业。：课堂提问、批阅作业。本章作业：本章作业：教材教材P P3636 习题与思考题习题与思考题 1 1，3 3，5 5，6 6，7 730本章主要内容本章主要内容2.1mcs-51单片机结构单片机结构2.2mcs-51的存储器结构的存储器结构2.3单片机的时序单片机的时序31第一节第一节mcs-51单片机结构
22、单片机结构一、一、mcs-51单片机内部结构简介单片机内部结构简介二二8051CPU的组成及其功能的组成及其功能三三计算机指令执行过程计算机指令执行过程四四.MCS-51引脚及功能引脚及功能32外时钟源外时钟源振荡器和时序振荡器和时序OSC程序存储器程序存储器4KBROM数据存储器数据存储器256BRAM/SFR外部事件计数器外部事件计数器216位位定时器定时器/计数器计数器8051CPU内中断内中断外中断外中断64KB总线总线扩展控制器扩展控制器可编程可编程I/OP0P3可编程全可编程全双工串行口双工串行口控制控制并行口并行口串行通信串行通信33单片机内部最核心的部分是单片机内部最核心的部分
23、是CPU，CPU的主要功能是产生各种控制信号，控制存储器的主要功能是产生各种控制信号，控制存储器及输入及输入/输出端口的数据传送，实现数据的算输出端口的数据传送，实现数据的算术运算、逻辑运算以及位操作处理等功能。术运算、逻辑运算以及位操作处理等功能。348051 8051 CPU CPU 的组成及其功能的组成及其功能 PC程序计数器程序计数器：16位专用位专用RS，用于存放下用于存放下一条将要执行的指令一条将要执行的指令地址地址，其内容有自加功能，它可其内容有自加功能，它可保证程序按一定顺序执行。保证程序按一定顺序执行。8051CPU由控制器与运算器两部分组成由控制器与运算器两部分组成1控制器
24、控制器：35指令译码器：指令译码器：将指令将指令RS的指令转换成电信的指令转换成电信号，再经逻辑控制电路产生各号，再经逻辑控制电路产生各种控制信号。（译码前指令为种控制信号。（译码前指令为0、1代码，译码后指令为脉冲代码，译码后指令为脉冲信号）信号）指令指令Register(RS)：8位，用于暂存待执行的位，用于暂存待执行的指令，等待译码。指令，等待译码。8051 8051 CPU CPU 的组成及其功能的组成及其功能 36数据指针数据指针DPTR：16位专用地址指针位专用地址指针RS，主要用于存放主要用于存放16位地址，位地址，作间址作间址RS使用，也可拆使用，也可拆成两个成两个8位位RS，
25、DPH和和DPL，它们片内它们片内RAM中中占据的地址分为占据的地址分为83H和和82H。8051 8051 CPU CPU 的组成及其功能的组成及其功能 37定时控制与条件转移逻辑电路：定时控制与条件转移逻辑电路：不介绍。不介绍。2运算器：运算器：累加器累加器ACC：8位专用位专用RS，用于存放操作数用于存放操作数或中间结果，是或中间结果，是CPU中使用最中使用最频繁的一个频繁的一个RS，也是也是20个个SFR中的一个。中的一个。8051 8051 CPU CPU 的组成及其功能的组成及其功能 38程序状态字程序状态字RS（PSW）：8位专用位专用RS，用于用于存放程序运行中的各种状态信存放
26、程序运行中的各种状态信息，它可以进行位操作，息，它可以进行位操作，PSW的字节地址为的字节地址为D0H，位地址为位地址为D0D7H。各位的含义如下各位的含义如下：算逻运算部件：算逻运算部件：此部件实现算数运算与逻辑此部件实现算数运算与逻辑运算的功能，其运算结果的运算的功能，其运算结果的状态送状态送PSW中。中。8051 8051 CPU CPU 的组成及其功能的组成及其功能 39CY（PSW.7）：）：进位标志，表示在进行进位标志，表示在进行无无符号符号加减时，最高位有无向更高位进加减时，最高位有无向更高位进（借）位，当（借）位，当有进位有进位CY=1，无进位则无进位则CY=0。程序状态字程序
27、状态字RS（PSW）各位的含义各位的含义AC（PSW.6）：）：半进位标志，表示在进行半进位标志，表示在进行无符号加减时，无符号加减时，D3位有无向位有无向D4位进位进（借）位，当有（借）位，当有AC=1，无则无则AC=0，主主要用于要用于BCD码的判断位。码的判断位。40程序状态字程序状态字RS（PSW）各位的含义各位的含义RS1，RS0（PSW.4，PSW.3）：）：工作工作RS组组选择标志，用于选择内部选择标志，用于选择内部RAM中中4个个RS中的一组它们的关系中的一组它们的关系如下：如下：F0（PSW.5）：）：用户标志位，由用户通过程用户标志位，由用户通过程序设置序设置1或或0，表示
28、程序处于某种状态，表示程序处于某种状态，为后续程序执行提供条件。为后续程序执行提供条件。41RS1RS0寄存器组寄存器组片内片内RAM地址地址00第第0组组00H07H01第第1组组08H0FH10第第2组组10H17H11第第3组组18H1FH程序状态字程序状态字RS（PSW）BACK42OV（PSW.2）：）：溢出标志，当进行溢出标志，当进行符号符号数数运算时可表示是否运算时可表示是否有溢出，则有溢出，则OV=1，无则无则OV=0，溢出的逻辑表达式为溢出的逻辑表达式为OV=C6Y C7Y。F1(PSW.1)：保留位，无定义。保留位，无定义。程序状态字程序状态字RS（PSW）各位的含义各位的
29、含义P（PSW.0）：）：奇偶标志位，表示累加器奇偶标志位，表示累加器A中含中含“1”个数个数的奇偶性，当的奇偶性，当A中有奇数个中有奇数个1，43B寄存器寄存器：用于乘除法操作，：用于乘除法操作，8位位RS，是是20个个SFR中之一，中之一，B用来存放第二操用来存放第二操作数，即用于存放乘法的高位字作数，即用于存放乘法的高位字节或除法的余数部分。节或除法的余数部分。暂存器暂存器：暂存数据信息。：暂存数据信息。P=1，否则否则P=0。注意：注意：P的值与的值与A内容的奇偶无关。内容的奇偶无关。程序状态字程序状态字RS（PSW）各位的含义各位的含义44三、计算机指令执行过程三、计算机指令执行过程
30、开始开始取指令取指令PC+1执行执行指令指令取指令、执行指令序列图取指令、执行指令序列图45MCS-51采用采用40引脚双列直插式封装引脚双列直插式封装(DIP)形式形式,（看看P28图图2-6）。）。1.主电源引脚：主电源引脚：Vss(地地)和和Vcc(+5v)。2.外接晶振引脚：有两个外接晶振引脚：有两个四四MCS-51引脚及功能引脚及功能XTAL2：片内晶振器反向放大器输出端，当片内晶振器反向放大器输出端，当使用外部晶振器，作为晶振信号的输入端。使用外部晶振器，作为晶振信号的输入端。XTAL1：片内晶振器反向放大器输入端，片内晶振器反向放大器输入端，当使用外部晶振器，此端接地。当使用外部
31、晶振器，此端接地。464748四四MCS-51引脚及功能引脚及功能3控制信号引脚：控制信号引脚：RST/VPD：系统复位系统复位/备用电源输入引脚，备用电源输入引脚，输入信号，有两个作用：输入信号，有两个作用：RST端维持两个机器周期以上的高电平时端维持两个机器周期以上的高电平时将使单片机复位将使单片机复位。复位后复位后CPU各寄存器的各寄存器的特点为：特点为：49A）四个）四个I/O口口P0P3锁存器均被初始化锁存器均被初始化为为0FFH；B）堆栈指针寄存器）堆栈指针寄存器SP=07H；C）串行口数据缓冲器寄存器）串行口数据缓冲器寄存器SBUF的内容的内容不确定不确定；其它其它各专用各专用R
32、S均被写成均被写成00H；D）内部）内部RAM不受复位影响，上电后不受复位影响，上电后RAM内容为随机。内容为随机。MCS-51引脚及功能引脚及功能BACK50MCS-51引脚及功能引脚及功能当电源电压下降时，此引脚可为备用电源当电源电压下降时，此引脚可为备用电源输入线，为片内输入线，为片内RAM提供备用电源。提供备用电源。当当CPU访问访问外部外部memory初时，产生正脉冲初时，产生正脉冲ALE信号输信号输出出，在其后沿将，在其后沿将P0口输出的低口输出的低8位地址锁存于外部地址锁存器中；位地址锁存于外部地址锁存器中；ALE/PROG：外部扩展电路的地址锁存信外部扩展电路的地址锁存信号号/
33、编程脉冲输入端，有三个编程脉冲输入端，有三个作用。作用。51MCS-51引脚及功能引脚及功能当片内有当片内有EPROM时，可作为编程脉冲输入时，可作为编程脉冲输入端使用。端使用。访问外部访问外部memory的过程中，的过程中，ALE端仍以端仍以不变的频率周期性的输出正脉冲信号，且不变的频率周期性的输出正脉冲信号，且fALE=1/6fosc，所以可用作对外输出的时钟所以可用作对外输出的时钟信号和定时作用；信号和定时作用；52MCS-51引脚及功能引脚及功能PSEN：外部程序外部程序memory（EPROM）选通选通信号线，当信号线，当CPU读取外部程序时，读取外部程序时，PSEN每个机器周期两次
34、有效。每个机器周期两次有效。EA/VPP：程序程序memory选择线选择线/编程时电源编程时电源输入线，作用如下：输入线，作用如下：53MCS-51引脚及功能引脚及功能对于片内有对于片内有EPROM，编程时，此引脚接编程时，此引脚接21v编程电源编程电源VPP；当当EA=0时时CPU只能访问只能访问片外片外memory；当当EA=1时，如果时，如果PC 0FFFH时时，则则CPU访问片内访问片内ROM，否则否则CPU自动转向外部自动转向外部EPROM。54MCS-51引脚及功能引脚及功能准双向端口工作特点：只有使端口锁存准双向端口工作特点：只有使端口锁存器器事事先先置置“1”，才才能能使使对对
35、应应口口的的I/O引引脚脚作作为为输入线使用，而输入线使用，而CPU执行输出操作时，不管执行输出操作时，不管端口的状态如何都能直接输出信号。端口的状态如何都能直接输出信号。4输入输出引脚：输入输出引脚：P0、P1、P2、P3均为准双均为准双向信息传输端口。向信息传输端口。55注意注意：P0P3除作为一般的除作为一般的I/O线使线使用外用外，还还兼有以下功能：兼有以下功能：MCS-51引脚及功能引脚及功能P1口：在口：在EPROM编程验证程序时输入低编程验证程序时输入低8位地址。位地址。P0口：当口：当CPU访问外部访问外部memory时，时，P0口口可分时作为低可分时作为低8位地址线和位地址线
36、和8位双位双向数据线用。向数据线用。56MCS-51引脚及功能引脚及功能P3口：第二功能见口：第二功能见P27表表27。复位后。复位后P3口口的第二功能可直接使用，但复位前必的第二功能可直接使用，但复位前必须先置口内锁存器须先置口内锁存器FFH才能用。才能用。P2口；当口；当CPU访问外部访问外部memory时，时，P2口口可作为外部高可作为外部高8位地址的输出线。位地址的输出线。57P3口线口线第二功能第二功能P3.0RXD(串行口输入串行口输入)P3.1TXD(串行口输出串行口输出)P3.2INT0(外部中断外部中断0输入输入)P3.3INT1（外部中断外部中断1输入）输入）P3.4T0（
37、定时器定时器0的外部输入）的外部输入）P3.5T1（定时器定时器1的外部输入）的外部输入）P3.6WR（片外数据存储器写选通输出）片外数据存储器写选通输出）P3.7RD（片外数据存储器读选通输出）片外数据存储器读选通输出）58第二节第二节 MCS-51MCS-51的存储器结构的存储器结构MCS-51单片机单片机物理物理上有上有4个存储空间：个存储空间：片内程序存储器片内程序存储器ROM（4KB）片外程序存储器片外程序存储器EPROM（64KB）片内数据存储器片内数据存储器RAM（256B）片外数据存储器片外数据存储器RAM（64KB）59这些存储器结构的物理特点是：程序存这些存储器结构的物理特
38、点是：程序存储器和数据存储器空间是相互独立的，片内储器和数据存储器空间是相互独立的，片内数据存储器和片外数据存储器空间在也是相数据存储器和片外数据存储器空间在也是相互独立的。互独立的。从从逻辑逻辑上上MCS-51单片机又可分为单片机又可分为3个存储空间个存储空间：片内、外统一编址的程序存储器（共片内、外统一编址的程序存储器（共68KB68KB）片内数据存储器（共片内数据存储器（共256B6B）片外数据存储器（共片外数据存储器（共64KB64KB）。600000HFFFFH0000HFFFFHROM内RAM外RAM00HFFH寄存器区位寻址区数据缓冲区SFR20H30H80HE0HAMCS-51
39、存储器配置存储器配置0FFFH256B4KB64KB64KB68KB61CPU通过通过P0，P2口送出要访问存储单元的口送出要访问存储单元的地址地址A0A15。CPU发出发出ALE信号把信号把P0口地址信号口地址信号A0A7锁入锁存器。锁入锁存器。存储器按存储器按A0A15地址进行译码，找到要访地址进行译码，找到要访问的单元。问的单元。如下页图如下页图，MCS-51访问外部存储器，粗访问外部存储器，粗略的讲可分为以下四步：略的讲可分为以下四步：一、一、MCS-51单片机片内外存储器系统简介单片机片内外存储器系统简介62ROM4KBRAM(21个个)SFRRDWRPSENRDWROE地址地址锁存
40、器锁存器EPROM64KBRAM64KBALEP0口口P2口口MCS51+5VREASBACK63CPU发出发出PSEN信号，把外部信号，把外部EPROM中中A0A15指向单元中的数据信息经指向单元中的数据信息经P0口送口送入入CPU；或或CPU发出发出RD信号将外部信号将外部RAM中中A0A15所指向单元的所指向单元的data经经P0口读入；口读入；或或CPU发出发出WR信号将信号将data经经P0口写入外口写入外部部RAMA0A15所指向单元。所指向单元。64二、二、MCS-51各存储器具体说明：各存储器具体说明：外部程序存储器用于存放程序、程序执行外部程序存储器用于存放程序、程序执行时必
41、要的常数和表格。时必要的常数和表格。外部程序存储器外部程序存储器EPROM：MCS-51可以扩展可以扩展64K字节字节的的EPROM，其中：其中：外部程序存储器受外部程序存储器受PC管理，管理，PC的内容始的内容始终指向下一条将要执行的指令所在的地终指向下一条将要执行的指令所在的地址，址，PC具有自动加具有自动加1的功能，保证程序按的功能，保证程序按规定顺序执行。规定顺序执行。65二、二、MCS-51各存储器具体说明：各存储器具体说明：外部程序存储器的容量为外部程序存储器的容量为64K字节，地址范字节，地址范围为：围为：0000H0FFFFH，且有且有当当EA=0时：时：CPU可访问可访问00
42、00H0FFFFH全全部部64KB的片外程序存储器。的片外程序存储器。当当EA=1时：时：CPU可以访问内部程序存储器可以访问内部程序存储器0000H0FFFH单元和外部程序存储器单元和外部程序存储器1000H0FFFFH之间的各存储器单元；之间的各存储器单元；66程序存储器在软件上均由程序存储器在软件上均由MOVC类指令类指令访问，访问，CPU在执行这类指令时，可以使在执行这类指令时，可以使PSEN信号有效，从而选中信号有效，从而选中EPROM。外部程序存储器在硬件上由外部程序存储器在硬件上由PSEN信信号选通，正常运行时其内容只能读出，号选通，正常运行时其内容只能读出，不能写入，掉电时其内
43、容不丢失。不能写入，掉电时其内容不丢失。67MCS-51单片机内部单片机内部EPROM容量为容量为4K字节，地址范围为字节，地址范围为0000H0FFFH，在在EA=1时，且时，且PC的值小于等于的值小于等于0FFFH时，时，CPU才才可访问片内可访问片内EPROM，而片内而片内EPROM与片与片外外EPROM同样受同样受PC管理，软件上也用管理，软件上也用MOVC类类指令访问。指令访问。内部程序存储器内部程序存储器EPROM：68外部数据存储器主要存放运行程序的过外部数据存储器主要存放运行程序的过程中所需的数据，中间结果和最终结果。程中所需的数据，中间结果和最终结果。外部数据存储器受外部数据
44、存储器受datapoint（数据指针）数据指针）寄存器寄存器DPTR和工作寄存器和工作寄存器R0及及R1的管的管理。理。外部数据存储器外部数据存储器RAM：69外部数据存储器外部数据存储器在软件上在软件上由由MOVX类指令类指令访问。访问。外部数据存储器的最大容量为外部数据存储器的最大容量为64K字节，字节，地址范围为地址范围为:0000H0FFFFH。外部数据存储器外部数据存储器RAM：外部数据存储器外部数据存储器在硬件上在硬件上由由WR或或RD信号信号选通，可以写入，也可以读出，掉电时选通，可以写入，也可以读出，掉电时内容消失。内容消失。70注：注：EPROM与与RAM的地址都是的地址都是
45、0000H0FFFFH，但但CPU对它们的访问是相互独立的，不会产对它们的访问是相互独立的，不会产生二意性，即生二意性，即CPU给出一个地址，不会同时给出一个地址，不会同时选中选中2个地址，因为个地址，因为RAM在硬件上由在硬件上由RD或或WR信号选通，软件上由信号选通，软件上由MOVX类指令访问，而类指令访问，而EPROM在硬件上由在硬件上由PSEN信号选通，软件上信号选通，软件上由由MOVC类指令访问。类指令访问。71MCS-51芯片内部有芯片内部有128个字节（个字节（BYTE）的内部数据存储器的内部数据存储器RAM（称片内（称片内RAM），），地址为地址为00H7FH，有有128B的特
46、殊功能寄存的特殊功能寄存器（器（SFR）区，地址为区，地址为80H0FFH，也称高也称高地址区，共地址区，共256个字节的存储空间。从使用个字节的存储空间。从使用性能上可分为以下几部分：性能上可分为以下几部分：4.MCS-51片内数据存储器片内数据存储器72SFRFFHBACK73位寻址空间位寻址空间：内部：内部RAM中，地址中，地址20H2FH16个字节单元（共个字节单元（共128个位）具有位寻址的个位）具有位寻址的功能，即功能，即CPU可对这可对这16个字节中的每一位个字节中的每一位工作寄存器工作寄存器R：内部内部RAM中中00H1FH单元单元（共（共32B）为通用工作为通用工作Regis
47、ter区，分为区，分为4组，组，每组每组8个字节，均可用作个字节，均可用作R0R7，用户可根用户可根据据PSW中的中的RS1和和RS0的值选择相应的工作的值选择相应的工作寄存器组。寄存器组。MCS-51内部内部RAM74这这128个位的地址规定为个位的地址规定为00H7FH（RAM的的低区地址也是低区地址也是00H7FH），），在使用中由软件在使用中由软件指令加以区分。如：指令加以区分。如：MCS-51内部内部RAM单独进行操作，所以单独进行操作，所以20H2FH区域是区域是MCS-51单片机布尔处理机的一个存储空间，其中：单片机布尔处理机的一个存储空间，其中：20H2FH对应此存储区中对应此
48、存储区中16个字节的每一个字节的每一个个字节的地址。字节的地址。因为每个字节有因为每个字节有8位，所以此存储区共有位，所以此存储区共有168=128位位供用户单独操作。供用户单独操作。75MCS-51内部内部RAM且有：且有：对应的对应的字节地址字节地址=20H+位地址位地址/8，其中位地址其中位地址/8的的余数余数为该位在该字为该位在该字节中所处的具体位置）。节中所处的具体位置）。MOV20H,A(字节操作字节操作)；20H单元单元A的内容的内容MOV20H,C（位操作）位操作）；布尔处理机存储空间第布尔处理机存储空间第20H位位（即（即24H单元单元中的第中的第0位）中位）中PSW中进位位
49、中进位位CY内容内容。76例：位地址例：位地址7AH对应的字节地址的计算方法是：对应的字节地址的计算方法是：7AH/8，商为商为F，余数为余数为2，表示该位处于片，表示该位处于片内内RAM2FH（20H+F）字节的第字节的第二二位。位。位地址位地址=（字节地址（字节地址-20H）8+N；其中：其中：N=07，为该位在此字节中的位置，为该位在此字节中的位置，例：例：2EH中的第中的第6位对应的位地址位对应的位地址=（2EH-20H）8+6=76H。7730H7FH空间空间：用户：用户RAM区，共区，共80个字个字节，此部分空间可以作为节，此部分空间可以作为buffer、堆栈区堆栈区等存储单元用，
50、但不能作为工作寄存器用，等存储单元用，但不能作为工作寄存器用，不能进行位寻址。不能进行位寻址。对于工作对于工作Register区（区（00H1FH）单元，单元，没有被选中的工作没有被选中的工作Register单元与单元与30H7FH单元具有同样功能。单元具有同样功能。78MCS-51特殊功能特殊功能Register（SFR）：）：在在80H0FFH这这128个字节中除去个字节中除去SFR占用占用的的21个字节外其余字节均无定义，注意访个字节外其余字节均无定义，注意访问无定义的单元得到的是一个随即数。问无定义的单元得到的是一个随即数。SFR的分布：的分布：MCS-51单片机除单片机除PC外共有外