1、51單片機(jī)C語言應(yīng)用與開發(fā),第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,單片機(jī)的全稱是單片微型計算機(jī)(SCM ,Single Chip Microcomputer)。是一種將中央處理器（CPU）、存儲器（RAM、ROM）、I/O接口電路、定時/計數(shù)器、串行通信接口及中斷系統(tǒng)等部件集成到一塊硅芯片上而構(gòu)成的相對完整的微型計算機(jī)系統(tǒng)。 單片機(jī)主要應(yīng)用于控制領(lǐng)域，因而準(zhǔn)確反映單片機(jī)本質(zhì)的稱謂應(yīng)該是微控制器MCU（Micro Controller Unit），MCU是單片機(jī)領(lǐng)域公認(rèn)的、最終統(tǒng)一的名詞。 本章主要從應(yīng)用的角度介紹單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、存儲器組織和最小系統(tǒng)的基本

2、組成等相關(guān)知識，為后面利用單片機(jī)開發(fā)相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)打下一定的基礎(chǔ)。,本章重點 單片機(jī)的硬件組成 單片機(jī)多功能I/O口的引腳功能 單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)及存儲器組織 C51程序設(shè)計語言中，根據(jù)數(shù)據(jù)存儲器的訪問速度和使用頻率，將數(shù)據(jù)存儲器劃分的四個存儲區(qū)域 單片機(jī)復(fù)位的概念、過程和作用 單片機(jī)最小系統(tǒng)的組成和典型電路,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,本章難點 MCS-51系列單片機(jī)P0、P2口作總線口使用時的特點的工作時序 MCS-51系列單片機(jī)P3口的第二功能及用法 單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)及存儲器組織 本章各章節(jié)安排 1.1 MCS-51系列單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 1.2 8051單片機(jī)的存儲器組織 1.3

3、單片機(jī)最小系統(tǒng),第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,1. 1 MCS-51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) MCS-51系列單片機(jī)基于簡單的嵌入式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于從軍事到自動控制再到 PC 機(jī)鍵盤等各種應(yīng)用系統(tǒng)上，是我國目前應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)系列。,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,1.1.1 MCS-51單片機(jī)的硬件組成及內(nèi)部結(jié)構(gòu) MCS-51單片機(jī)的硬件組成 1個8位的CPU，用于進(jìn)行運(yùn)算和控制 1個片內(nèi)的振蕩器及時鐘電路 32個I/O口（4組8位端口），可單獨尋址 2個16位定時計數(shù)器 1個全雙工串行通信口 5個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級嵌套 128字節(jié)內(nèi)置 RAM，可用作寄存器和數(shù)據(jù)緩沖器

4、4K字節(jié)的內(nèi)置程序存儲器ROM（不同型號單片機(jī)的內(nèi)置ROM大小可能不同） 可獨立尋址64K外部數(shù)據(jù)存儲器和64K外部程序存儲器的控制電路,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,1.1.1 MCS-51單片機(jī)的硬件組成及內(nèi)部結(jié)構(gòu) MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖1-1 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,1.1.2 MCS-51單片機(jī)的引腳功能 圖1-2 8051單片機(jī)的引腳,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,1.1.2 MCS-51單片機(jī)的引腳功能 主電源引腳 Vcc（40腳）：接電源，一般為+5V電源 Vss（20腳）：接電源地 外接晶體或外部振蕩器引腳

5、XTAL1（19腳）：接外部晶振的一個引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時，此引腳應(yīng)接地。 XTAL2（18腳）：接外部晶振的另一個引腳。在片內(nèi)接至反相放大器的輸出端和內(nèi)部時鐘電路的輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時，此腳接外部振蕩器的輸出端。,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,1.1.2 MCS-51單片機(jī)的引腳功能 控制信號線 RST/VPD（9腳）：復(fù)位信號輸入端，復(fù)位/掉電時內(nèi)部RAM的備用電源輸入端。 ALE/ （30腳）：地址鎖存允許/編程脈沖輸入。對片內(nèi)EPROM編程時，編程脈沖由此腳輸入。 （29腳）：外部程序存儲器讀選通信號。 /VPP（31腳）：訪

6、問外部存儲器允許/編程電壓輸入。接高電平時，訪問內(nèi)部存儲器；低電平時，訪問外部存儲器。對片內(nèi)EPROM編程時，此腳接21V編程電壓。,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,1.1.2 MCS-51單片機(jī)的引腳功能 多功能I/O 口 P0 口（3239腳） 雙向口（三態(tài)），既可當(dāng)作通用輸入/輸出口，也可當(dāng)作總線使用。用作通用輸入/輸出口時，可驅(qū)動8個LSTTL門電路；用作總線時，作為分時復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線口，對外部程序或數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行尋址和讀寫數(shù)據(jù)：單片機(jī)先送低8位地址信號到P0口，然后發(fā)地址鎖存信號ALE，在ALE的下降沿將地址信號鎖存到地址鎖存器，最后，通過P0口完成數(shù)據(jù)的讀寫。整個數(shù)據(jù)的

7、讀寫過程在單片機(jī)的控制下自動完成，不需軟件參與。,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,1.1.2 MCS-51單片機(jī)的引腳功能 多功能I/O 口 P1 口（18腳）準(zhǔn)雙向口（三態(tài)），可驅(qū)動4個LSTTL門電路。用作輸入線時，P1口鎖存器必須由單片機(jī)先寫入“1”。P1口的每一位都可編程為輸入或輸出線。 P2 口（2128）準(zhǔn)雙向口（三態(tài)），可驅(qū)動4個LSTTL門電路。既可作為通用輸入/輸出口，也可作為總線使用。作總線使用時，為地址總線的高8位，與P0口一起組成16位地址總線，用于對外部存儲器及接口電路進(jìn)行尋址。,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,1.1

8、.2 MCS-51單片機(jī)的引腳功能 多功能I/O 口 P3口（1017腳）準(zhǔn)雙向口（三態(tài)），可驅(qū)動4個LSTTL門電路。雙功能口，作為第一功能使用時，與P1口一樣；作為第二功能使用時，每一位都有特殊的用途，其特殊用途如表1-1所示。,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,1.1.2 MCS-51單片機(jī)的引腳功能 多功能I/O 口 P3口的第二功能,1.1.3 MCS-51單片機(jī)的CPU 由8位運(yùn)算器（算術(shù)/邏輯運(yùn)算部件）ALU、布爾處理器、定時/控制部件和若干寄存器等主要部件組成。 算術(shù)/邏輯運(yùn)算部件ALU 由1個加法器、2個8位暫存器（TMP1和TMP2，對用戶不開放）和1個功能強(qiáng)大的布爾處

9、理器組成。 布爾處理機(jī)是單片機(jī)CPU中一個獨立的位處理機(jī)，用于完成位運(yùn)算。 定時控制部件 由定時控制邏輯、指令寄存器IR和一個由反向放大器構(gòu)成的振蕩器OSC等電路組成。,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,1.1.3 MCS-51單片機(jī)的CPU 專用寄存器組(特殊功能寄存器SFR) 專用于控制、選擇、管理、存放單片機(jī)內(nèi)部各部分的工作方式、條件、狀態(tài)、結(jié)果的寄存器。 不同的SFR管理不同的硬件模塊，負(fù)責(zé)不同的功能各司其職 換言之：要讓單片機(jī)實現(xiàn)預(yù)定的功能，必須有相應(yīng)的硬件和軟件，而軟件中最重要的一項工作就是對SFR寫命令（要求）。,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,1.1.3 MCS-51

10、單片機(jī)的CPU 專用寄存器組 包括累加器A、程序指針計數(shù)器PC、程序狀態(tài)字寄存器PSW、堆棧指針寄存器SP、數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR和通用寄存器B等。用來指示當(dāng)前要執(zhí)行指令的內(nèi)在地址、存放操作數(shù)和指示指令執(zhí)行后的狀態(tài)等。 累加器A 最常用的一個8位專用寄存器，專門用來存放操作數(shù)或運(yùn)算結(jié)果 ，記作ACC。 通用寄存器B 專為乘法和除法而指令設(shè)置的寄存器，8位寄存器。執(zhí)行乘法或除法指令前用來存放乘數(shù)或除數(shù)，運(yùn)算完成后用于存放乘積和高8位或除法的余數(shù)。,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,1.1.3 MCS-51單片機(jī)的CPU 專用寄存器組 程序指針計數(shù)器PC

11、16位程序地址寄存器，用來存放下一條將要執(zhí)行指令的首地址。 程序狀態(tài)字PSW 8位標(biāo)志寄存器，用來存儲指令執(zhí)行后的有關(guān)狀態(tài)，其各標(biāo)志位的定義為：,1.1.3 MCS-51單片機(jī)的CPU 專用寄存器組 數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR 16位專用寄存器，主要用于訪問單片機(jī)外部數(shù)據(jù)存儲器或擴(kuò)展的I/O口，也可以用來訪問片內(nèi)或片外程序存儲器中的表格數(shù)據(jù)。DPTR由DPH、DPL兩個8位專用寄存器拼裝而成。 堆棧指針寄存器SP 8位寄存器。復(fù)位時，（SP）=07H。匯編語言中，可以通過MOV指令對SP賦值；而在C51程序設(shè)計語言中，堆棧指針寄存器SP可以做為一個變量，通過賦值語句對其進(jìn)行賦值。,第1章 MCS-

12、51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,1.2 MCS-51單片機(jī)的存儲器組織 1.2.1 存儲器組織 與典型微型計算機(jī)的馮.諾依曼體系結(jié)構(gòu)不同， MCS-51單片機(jī)的存儲系統(tǒng)采用哈佛體系結(jié)構(gòu)，其存儲器由邏輯上和物理上都完全分開、各自獨立的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器組成，通過不同的地址指針、尋址方式和控制信號進(jìn)行尋址。 從物理結(jié)構(gòu)上看存在4個相互獨立的存儲器空間；從邏輯上看，存在三個不同的存儲空間。 MCS-51單片機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,1.2.1 存儲器組織 圖1-3 8051的存儲器結(jié)構(gòu),第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,1.2.1 存儲器組織 程序存儲器 物

13、理上的兩個獨立的存儲空間，邏輯上為一個統(tǒng)一的存儲空間。 用來存放可執(zhí)行程序，也稱為代碼段。 地址指針PC是一個16位的寄存器，可尋址的地址空間為64K字節(jié)。 如果要讓單片機(jī)執(zhí)行片內(nèi)ROM/EPROM中的程序，必須將單片機(jī)的EA引腳接高電平。 單片機(jī)讀取片外程序存儲器中的指令時，以PC的內(nèi)容作為地址，以PSEN作為控制信號。,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,1.2.1 存儲器組織 數(shù)據(jù)存儲器 無論在物理上還是邏輯上，都是兩個獨立的存儲空間。 一個為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，匯編語言中用MOV指令訪問，訪問速度快；另一個為外部數(shù)據(jù)存儲器，匯編語言中訪用MOVX指令訪問，訪問速度慢。 在單片機(jī)C51程序

14、設(shè)計語言中，根據(jù)存儲器的訪問速度和使用情況，將數(shù)據(jù)存儲器劃分為DATA區(qū)、BDATA區(qū)、IDATA區(qū)、XDATA區(qū)等四個不同的存儲區(qū)域。,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,1.2.1 存儲器組織 數(shù)據(jù)存儲器 DATA區(qū) 8051單片機(jī)內(nèi)128字節(jié)的內(nèi)部RAM或8052單片機(jī)內(nèi)前128字節(jié)的內(nèi)部RAM。 主要用來存放頻繁使用的變量或局部變量等臨時數(shù)據(jù)，訪問速度很快。 DATA區(qū)中還包含中兩個子區(qū)：一個子區(qū)為四組寄存器組，每組包含八個寄存器，共32個寄存器；另外一個子區(qū)叫做位尋址區(qū)（BDATA區(qū)），有16個字節(jié)（共128位），每一位都可單獨尋址，單獨作為位變量使用。,第1章 MCS-51單片機(jī)

15、的基礎(chǔ)知識,00H,20H,2FH,7FH,1FH,30H,80H,FFH,52子系列才有 的RAM區(qū),普通RAM區(qū),位尋址區(qū),工作寄存器區(qū),片內(nèi)RAM中有128個可按位尋址的位。 位地址:00H7FH 分布在:20H2FH單元,1.2.1 存儲器組織 數(shù)據(jù)存儲器 IDATA區(qū) MCS-51系列的一些單片機(jī)如8052，附加有128字節(jié)的內(nèi)部RAM，位于從0 x80開始的地址空間。 地址和特殊功能寄存器的地址重疊，只能通過間接尋址來訪問。 訪問IDATA區(qū)的速度比訪問DATA區(qū)慢，但比后面介紹的XDATA區(qū)快。,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,1.2.1 存儲器組織 數(shù)據(jù)存儲器 XDATA

16、區(qū) 外部數(shù)據(jù)區(qū)。8051單片機(jī)的最后一個存儲空間，最大64KB，用16位地址尋址。 包括外部RAM（如SRAM）或一些需要通過總線接口的外圍器件。 訪問XDATA區(qū)時，必須先對DPTR初始化，訪問速度最慢。 使用XDATA區(qū)中的數(shù)據(jù)前，必須先用指令將它們移動到DATA區(qū)或IDATA區(qū)，當(dāng)數(shù)據(jù)處理完之后，再將結(jié)果返回到XDATA區(qū)。,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,存儲器配置（片內(nèi)RAM）,89C51片內(nèi)RAM 128字節(jié)（00H7FH） 89C52片內(nèi)RAM 256字節(jié)（00H0FFH）,00H,20H,2FH,7FH,1FH,30H,80H,FFH,52子系列才有 的RAM區(qū),普通RA

17、M區(qū),位尋址區(qū),工作寄存器區(qū),SFR分布在80H-FFH 其中92個位可位尋址,80H,FFH,89C51 128字節(jié),89C52 256字節(jié),只能直接尋址,只能寄存器間接尋址(P14),既可間接尋址,又可直接尋址,1.2.2 特殊功能寄存器(SFR) MCS-51系列單片機(jī)有21個SFR（8052有26個），用來管理單片機(jī)內(nèi)部的各個功能部件。 特殊功能寄存器離散地分布在0 x800 xFF的地址范圍內(nèi)，有些反映相關(guān)邏輯部件的工作狀態(tài)，有些則是相關(guān)功能單元的控制命令字。 特殊功能寄存均可由單片機(jī)按字節(jié)地址訪問，而其中一部分（凡是字節(jié)地址能被8整除）可按位尋址。 特殊功能寄存器的定義及功能見課本

18、表1-2。,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)是指使單片機(jī)能運(yùn)行程序、正常工作的最簡單電路系統(tǒng)，是保證單片正常啟動、開始工作的必須電路，缺一不可。 單片機(jī)最小系統(tǒng)一般由單片機(jī)、程序存儲器、時鐘電路和復(fù)位電路組成。 由于8051單片機(jī)片內(nèi)有4K的程序存儲器，所以其最小系統(tǒng)除了單片機(jī)本身外，只需外接時鐘電路與復(fù)位電路。,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,1.3.1 復(fù)位及復(fù)位電路 8051單片機(jī)的復(fù)位 復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中其他功能部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。 8051單片機(jī)在RST輸入端（第9腳）出現(xiàn)高電平時開始系統(tǒng)的復(fù)位和初始化。要實現(xiàn)系統(tǒng)的正常復(fù)位，此高電平至少應(yīng)保持兩個機(jī)器周期以上。 復(fù)位的內(nèi)部操作使SP為0 x07，各端口（P0P3）為0 xFF，特殊功能寄存器為0。 RST變低、復(fù)位結(jié)束后，從0 x0000開始執(zhí)行程序。 8051單片機(jī)通電后并不運(yùn)行ROM里的程序，只有正常復(fù)位后，才開始工作，運(yùn)行程序。,第1章 MCS-51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識,1.3.1 復(fù)位及復(fù)位電路 復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位分為上電自動復(fù)