1、,第1章 單片機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí),實(shí)訓(xùn)任務(wù)1 控制發(fā)光二極管的亮滅 1.1 單片機(jī)概述 1.2 MCS51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1.3 MCS51系列單片機(jī)的外部引腳 1.4 MCS51系列單片機(jī)的時(shí)序與工作方式 1.5 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì),實(shí)訓(xùn)任務(wù)1控制發(fā)光二極管的亮滅,實(shí)訓(xùn)目的 1通過(guò)搭建一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)，控制一個(gè)LED燈閃爍，了解單片機(jī)的基本工作過(guò)程。 2了解單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基本組成及功能。,圖1-1 實(shí)訓(xùn)1電路圖,匯編語(yǔ)言源程序：,C語(yǔ)言源程序,#include sbit L1=P10; void delay02s(void)/延時(shí)0.2秒子程序 unsigned char i,j,k;

2、 for(i=20;i0;i-) for(j=20;j0;j-) for(k=248;k0;k-); void main(void) while(1) L1=0; delay02s(); L1=1; delay02s(); ,1.1 單片機(jī)概述,什么是單片機(jī)？單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)中的一種，是把微型計(jì)算機(jī)中的中央處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行接口、中斷系統(tǒng)等電路集成在一塊集成電路芯片上形成的微型計(jì)算機(jī)。因而被稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱為單片機(jī)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。,圖1-2 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng),單片機(jī)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)芯片。在實(shí)際應(yīng)用中，通常很難將單片機(jī)直接和被控對(duì)象進(jìn)

3、行電氣連接，必須外加各種擴(kuò)展接口電路、外部設(shè)備、被控對(duì)象等硬件和軟件，構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)一種或多種功能。硬件是應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)，軟件是根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)來(lái)完成相應(yīng)功能設(shè)計(jì)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的組成如圖1-3所示。,圖1-3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的組成,單片機(jī)的應(yīng)用,單片機(jī)的應(yīng)用主要在以下領(lǐng)域中： (1)工業(yè)控制領(lǐng)域（過(guò)程控制，機(jī)電一體化控制系統(tǒng)） (2)家用電器領(lǐng)域 （洗衣機(jī)，空調(diào)、微波爐等） (3)辦公自動(dòng)化領(lǐng)域（鍵盤(pán)，打印機(jī)，考勤機(jī)等） (4)商業(yè)營(yíng)銷領(lǐng)域（電子稱，收款機(jī)，條形碼閱讀器等） (5)智能儀表與智能傳感器（存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)處理、查找、判斷、聯(lián)網(wǎng)等智能化功能,表1-1 MCS-51系列單片機(jī)

4、主要性能指標(biāo),AT89系列單片機(jī)的主要型號(hào),AT89S51/AT89S52 是AT89C51/AT89C52的換代產(chǎn)品。完全兼容51系列，4KB/8KB FlashROM，并且可以在線編程，內(nèi)置看門狗定時(shí)器，工作電壓為45.5V。 AT89LV51/AT89LV52 分別是AT89C51/AT89C52的低電壓產(chǎn)品，最低電壓可以低至2.7V。 AT89C1051/AT89C2051 為低檔型低電壓產(chǎn)品，只有20條引腳，最低電壓也為2.7V。 AT89S8252 屬高檔型，除了8KB Flash存儲(chǔ)器外，還含有一個(gè)2KB的EEPROM,從而可提高存儲(chǔ)容量。,1.2 MCS51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

5、,AT89S51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1-4所示。,MCS51系列單片機(jī)的基本組成,中央處理器是單片機(jī)內(nèi)部的核心部件，是一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)的中央處理單元，主要由運(yùn)算器、控制器和若干寄存器組成，并且通過(guò)內(nèi)部總線與其他功能部件聯(lián)接。,MCS51系列單片機(jī)內(nèi)部幾個(gè)重要寄存器,累加器ACC簡(jiǎn)稱為A，是一個(gè)8位的寄存器，用來(lái)存放操作數(shù)或運(yùn)算的結(jié)果。在MCS-51指令系統(tǒng)中，絕大多數(shù)指令都要求累加器A參與處理。 寄存器B是專為乘法和除法設(shè)置的寄存器，也是8位寄存器。用于存放乘法和除法運(yùn)算中的操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果。,MCS51系列單片機(jī)內(nèi)部幾個(gè)重要寄存器,狀態(tài)寄存器PSW是一個(gè)8位標(biāo)志寄存器，用來(lái)存放指令執(zhí)行結(jié)果的有

6、關(guān)狀態(tài)。具體如圖1-5所示。,圖1-5 PSW結(jié)構(gòu),PSW中各位狀態(tài)通常是指令執(zhí)行過(guò)程中自動(dòng)形成的，但也可以由用戶根據(jù)需要通過(guò)傳送指令來(lái)改變。PSW各位意義及使用如下： 進(jìn)位標(biāo)志位Cy：表示累加器A在加減運(yùn)算過(guò)程中其最高位A7有無(wú)進(jìn)位或借位。如果操作結(jié)果的最高位產(chǎn)生進(jìn)位或借位，Cy由硬件置“1”，否則清零。另外，也可以由位運(yùn)算指令置位或清零。 輔助進(jìn)位標(biāo)志位AC：表示累加器A在加減運(yùn)算時(shí)低4位(A3)有無(wú)向高4位(A4)進(jìn)位或借位。當(dāng)?shù)?位向高4位進(jìn)位或借位時(shí)，AC由硬件置“1”，否則清零。 用戶標(biāo)志位F0：可由用戶設(shè)定的一個(gè)標(biāo)志位，根據(jù)需要可以用軟件來(lái)使它置位或清除。, 寄存器組選擇位RS1

7、、RS0：AT89C51片內(nèi)共有四組工作寄存器，每組八個(gè)，分別命名為R0R7。編程時(shí)用于存放數(shù)據(jù)或地址。但每組工作寄存器在內(nèi)部RAM中的物理地址不同。RS1和RS0的四種狀態(tài)組合就是用于選擇CPU當(dāng)前使用的工作寄存器組，從而確定R0R7的實(shí)際物理地址。RS1、RS0狀態(tài)與工作寄存器R0R7的物理地址關(guān)系如表1-2所示。,表1-2 RS1、RS0對(duì)工作寄存器組的選擇, 溢出標(biāo)志位OV：當(dāng)執(zhí)行算術(shù)指令時(shí)，由硬件自動(dòng)置位或清零，表示累加器A的溢出狀態(tài)。 在4種情況下該位為1: a)帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算結(jié)果超過(guò)范圍(-128+127); b)無(wú)符號(hào)數(shù)運(yùn)算結(jié)果超過(guò)范圍(255); c)乘法運(yùn)算中積超過(guò)255;

8、d)除法運(yùn)算中除數(shù)為0。 判斷該位時(shí)，通常用運(yùn)算中次高位向最高位的進(jìn)(借)位C6和最高位向前的進(jìn)(借)位C7(也就是CY)的異或來(lái)表示OV，即OV=C6C7。 奇偶標(biāo)志位P：用于指示運(yùn)算結(jié)果中1的個(gè)數(shù)的奇偶性，若累加器A中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則P=1；若1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，則P=0。,MCS51系列單片機(jī)內(nèi)部幾個(gè)重要寄存器,程序計(jì)數(shù)器PC是專門用于存放將要執(zhí)行指令的16位地址的。CPU就是根據(jù)PC中的地址到ROM中去讀取程序指令碼和數(shù)據(jù)，并送給指令寄存器進(jìn)行分析。 PC可尋址64KB范圍的ROM。 程序計(jì)數(shù)器PC具有如下特點(diǎn)： 1）PC的內(nèi)容是需要執(zhí)行的下一條指令所在的地址； 2）PC具有自動(dòng)加1的功

9、能（自動(dòng)順序執(zhí)行程序； 3）在程序中用指令改變PC的值，可實(shí)現(xiàn)程序的跳轉(zhuǎn)。（PC本身沒(méi)有地址，因此用戶無(wú)法對(duì)其進(jìn)行讀寫(xiě)）,MCS51系列單片機(jī)內(nèi)部幾個(gè)重要寄存器,堆棧指針SP 堆棧是一段特殊的存儲(chǔ)空間，它只有一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)/出端口且按照“先進(jìn)后出”原則來(lái)組織數(shù)據(jù)。堆棧存儲(chǔ)器的底部稱為棧底。堆棧的數(shù)據(jù)入口/出口處稱為棧頂，棧頂?shù)牡刂贩Q為堆棧指針，用堆棧指針(寄存器)SP來(lái)存放。SP是一個(gè)8位的寄存器，是專門用于寄存堆棧存儲(chǔ)器地址的寄存器。,MCS51系列單片機(jī)內(nèi)部幾個(gè)重要寄存器,數(shù)據(jù)指針(地址)寄存器DPTR DPTR是一個(gè)十六位的專用寄存器，它由兩個(gè)8位的寄存器DPH（高8位）和DPL（低8位）組

10、成。專門用來(lái)寄存片外RAM及擴(kuò)展I/O口進(jìn)行數(shù)據(jù)存取時(shí)用的地址。,1.2.3 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu),MCS-51單片機(jī)的存儲(chǔ)器組織采用哈佛結(jié)構(gòu)，即程序存儲(chǔ)器ROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM嚴(yán)格分開(kāi)，獨(dú)立設(shè)置。各有自己的存儲(chǔ)空間、尋址機(jī)構(gòu)和尋址方式。程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放用戶程序和固定不變的數(shù)據(jù)表格；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用作工作區(qū)和存放數(shù)據(jù)。,1.2.3 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu),MCS-51單片機(jī)的存儲(chǔ)器在物理上分為4個(gè)空間，即片內(nèi)ROM、片外ROM，片內(nèi)RAM和片外RAM。在邏輯上分為3個(gè)空間，即程序存儲(chǔ)器（片內(nèi)、外統(tǒng)一編址，使用MOVC指令訪問(wèn)），片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（使用MOV指令訪問(wèn)）和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（使用MOVX指令訪問(wèn)）,1. 片內(nèi)

11、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的配置,(b) 52子系列,(a) 51子系列,圖1-6 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖,1. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的配置,對(duì)于普通8051單片機(jī)，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM空間最大為256B，用于存放程序執(zhí)行過(guò)程的各種變量及臨時(shí)數(shù)據(jù)。 片內(nèi)RAM的低128個(gè)字節(jié)可用直接尋址或間接尋址方式進(jìn)行訪問(wèn)。分為工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、用戶區(qū)和堆棧區(qū)四個(gè)區(qū)域；片內(nèi)高128B為特殊功能寄存器區(qū)。如圖1-6所示。,1. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的配置,(1) 工作寄存器區(qū) 00H1FH這32個(gè)字節(jié)單元為工作寄存器區(qū)，可以用寄存器尋址方式訪問(wèn)。共有四組工作寄存器，每組八個(gè)，命名為R0R7。工作寄存器也稱為通用寄存器，用于臨時(shí)寄存8

12、位信息，編程時(shí)用于存放數(shù)據(jù)或地址。但每組工作寄存器在內(nèi)部RAM中的物理地址不同。RS1和RS0的四種狀態(tài)組合就是用來(lái)確定四組工作寄存器的實(shí)際物理地址的。 (2) 位尋址區(qū) 20H2FH這16個(gè)字節(jié)單元為位尋址區(qū)。它有雙重尋址功能，既可以進(jìn)行位尋址操作，也可以同普通RAM單元一樣按字節(jié)尋址操作。該區(qū)域共有16個(gè)字節(jié)單元，共128個(gè)二進(jìn)制位。這128位每一位都可以按位尋址，進(jìn)行位運(yùn)算。每一位都有一個(gè)位地址，位地址范圍為00H7FH。,1. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的配置,(3) 用戶RAM區(qū) 8051單片機(jī)的30H7FH區(qū)間共80個(gè)字節(jié)單元為普通RAM區(qū)。用于存放用戶數(shù)據(jù)，只能按字節(jié)存取。另外，對(duì)于前兩區(qū)中

13、未用的單元也可作為用戶RAM單元使用。一般應(yīng)用時(shí)，常把堆棧開(kāi)辟在此區(qū)中。 對(duì)52子系列，用戶RAM區(qū)除30H7FH范圍空間外，還有128B空間，地址范圍是80HFFH。但這段區(qū)域只能采用間接尋址方式訪問(wèn)，以此來(lái)區(qū)別同地址空間的特殊功能寄存器區(qū)，特殊功能寄存器區(qū)只能采用直接尋址方式訪問(wèn)。,1. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的配置,(4) 堆棧區(qū) 在MCS-51單片機(jī)中，堆棧是在片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中設(shè)置的按先入后出、后入先出的原則進(jìn)行管理的一段存儲(chǔ)區(qū)域。堆棧通常用于臨時(shí)保護(hù)數(shù)據(jù)及子程序調(diào)用時(shí)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)。在具體使用時(shí)堆棧應(yīng)避開(kāi)工作寄存器、位尋址區(qū)，一般設(shè)在2FH以后的單元，如工作寄存器和位尋址區(qū)未用，也可開(kāi)辟

14、為堆棧。,1. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的配置,(5) 特殊功能寄存器區(qū) 在片內(nèi)RAM的80HFFH這一區(qū)間，8051集合了一些特殊用途的寄存器，一般稱之為特殊功能寄存器SFR。特殊功能寄存器（SFR）也稱專用寄存器，專門用于控制、管理片內(nèi)算術(shù)邏輯部件、并行I/O口、串行口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能模塊的工作，用戶在編程時(shí)可以給其設(shè)定值，但不能移作它用。 凡是字節(jié)地址可被8整除的特殊功能寄存器均可以位尋址。,1. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的配置,(3) 用戶RAM區(qū) 8051單片機(jī)的30H7FH區(qū)間共80個(gè)字節(jié)單元為普通RAM區(qū)。用于存放用戶數(shù)據(jù)，只能按字節(jié)存取。另外，對(duì)于前兩區(qū)中未用的單元也可作為用戶RAM

15、單元使用。一般應(yīng)用時(shí)，常把堆棧開(kāi)辟在此區(qū)中。 對(duì)52子系列，用戶RAM區(qū)除30H7FH范圍空間外，還有128B空間，地址范圍是80HFFH。但這段區(qū)域只能采用間接尋址方式訪問(wèn)，以此來(lái)區(qū)別同地址空間的特殊功能寄存器區(qū)，特殊功能寄存器區(qū)只能采用直接尋址方式訪問(wèn)。,1. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的配置,(4) 堆棧區(qū) 在MCS-51單片機(jī)中，堆棧是在片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中設(shè)置的按先入后出、后入先出的原則進(jìn)行管理的一段存儲(chǔ)區(qū)域。堆棧通常用于臨時(shí)保護(hù)數(shù)據(jù)及子程序調(diào)用時(shí)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)。在具體使用時(shí)堆棧應(yīng)避開(kāi)工作寄存器、位尋址區(qū)，一般設(shè)在2FH以后的單元，如工作寄存器和位尋址區(qū)未用，也可開(kāi)辟為堆棧。,2. 片處數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

16、器的配置,MCS-51單片機(jī)片內(nèi)有128字節(jié)或256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，當(dāng)這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量不夠時(shí)，可進(jìn)行外部擴(kuò)展，擴(kuò)展的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器最多可到64KB，地址范圍為0000H0FFFFH，通過(guò)DPTR作數(shù)據(jù)指針間接尋址方式訪問(wèn)，對(duì)于低地址端的256字節(jié)，地址范圍為00H0FFH，可通過(guò)R0或R1間接尋址方式訪問(wèn)。,3. 程序存儲(chǔ)器的配置,通常MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部都具有4KB的程序存儲(chǔ)器，一般是由Rom,EEPROM等組成，AT89S51單片機(jī)則采用了FlashRom。 當(dāng)內(nèi)部有程序存儲(chǔ)器時(shí)，一般不需外擴(kuò)容量。8031片內(nèi)沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，使用時(shí)必須外部擴(kuò)展。當(dāng)用戶程序大小超過(guò)片內(nèi)的程序存儲(chǔ)器的

17、容量時(shí)，也可以通過(guò)擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器的方法來(lái)增加容量。程序存儲(chǔ)器配置圖如圖1-7所示。,3. 程序存儲(chǔ)器的配置,圖1-7 程序存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖,MCS-51系列單片機(jī)將片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址，單片機(jī)中有專門的程序計(jì)數(shù)器PC來(lái)存放下一條指令的地址，因此容量最多可達(dá)64KB，并通過(guò)管腳 來(lái)區(qū)分是片內(nèi)還片外。,3. 程序存儲(chǔ)器的配置,在內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中，用戶在編寫(xiě)程序時(shí)要注意，有7個(gè)特殊地址有特定用途。 0003H002BH有6個(gè)中斷入口地址。見(jiàn)表1-5所示。,表1-5 中斷源入口地址表,1.2.4 并行輸入/輸出接口,MCS-51系列單片機(jī)有4個(gè)8位的并行I/O接口，記作P0、P1、P

18、2和P3口。無(wú)外部擴(kuò)展時(shí)4個(gè)并行接口可用作通用I/O口，且4個(gè)口是雙向的，既可以作輸入，也可以作輸出，既可按字節(jié)處理，也可按位方式使用。輸出時(shí)具有鎖存能力，輸入時(shí)具有緩沖功能。當(dāng)系統(tǒng)有外部擴(kuò)展時(shí)，并行I/O接口用作系統(tǒng)總線。四個(gè)并行接口的端口鎖存器是特殊功能寄存器中的4個(gè)，記作P0、P1、P2和P3。,1. P0口,P0口有八條端口線，命名為P0.0P0.7，其中P0.0為低位，P0.7為高位。P0口每一條口線由一個(gè)數(shù)據(jù)輸出鎖存器、兩個(gè)三態(tài)數(shù)據(jù)輸入緩沖器、輸出驅(qū)動(dòng)電路和控制電路組成。,圖1-8 P0口的一位結(jié)構(gòu)圖,1. P0口,當(dāng)控制信號(hào)C為低電平時(shí)，P0口用作通用I/O口。P0口作為通用I/O口時(shí)，在作為輸入方式之前,要先向鎖存器寫(xiě)入“1”，使T1截止。否則，輸入高電平“1”無(wú)法讀入。因此，P0口作為通用I/O口時(shí)，屬于準(zhǔn)雙向口。由于輸出級(jí)是漏極開(kāi)路，要使“1”信號(hào)正常輸出，必須外接上拉電阻。 控制信號(hào)C為高電平“1”， P0口用作地址(低8位)數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用總線。此時(shí)P0口是一個(gè)真正的雙向口。 P0口的輸出驅(qū)動(dòng)電路由T1和T2形成推挽式結(jié)構(gòu)，帶負(fù)載能力大大提高。具有驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載的能力，輸出電流不大于800A 。,1. P0口,2. P1口,P1口有八條端口線，命名為P1.0P1.7，每條線由一個(gè)輸出鎖存器、兩個(gè)三態(tài)輸入緩沖