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1、MCS-51MCS-51系列单片机系列单片机 原理及其应用原理及其应用章节内容章节内容第一章 概述第二章第二章 MCS-51MCS-51单片机系统结构单片机系统结构第三章 MCS-51存储器和寻址方式第四章 8051指令系统与汇编语言第五章第五章 MCS-51MCS-51单片机系统扩展与应用单片机系统扩展与应用章开始幻灯片号：章开始幻灯片号： 1 1，3 3，8 8，4545，4848，7070章开始幻灯片号：章开始幻灯片号： 1 1，3 3，8 8，4545，4848，7070章开始幻灯片号：章开始幻灯片号： 1 1，3 3，8 8，4545，4848，7070 单片机（SCM）u即单片微型
2、计算机Singl Chip Microcomputeru组成： P(微处理器微处理器)、RAM、E2PROM、ROM、Flash、多I/O并口、串口（可有多种：UART 如RS232、I2C总线，线，SPI 、USB等等 ）、定时器/计数器、AD/DA、中断控制、PWM（脉冲调制器）、看门狗和唤醒、DTMF（双音频双音频）、内置内置LCD驱动、动态刷驱动、动态刷新、电源管理新、电源管理等功能集成在一块芯片上，具有一台小微机的功能。u发展：嵌入式微控制器（Embedded Microcontroller) DSP（数字信号处理器）1.1.1 什么是单片机什么是单片机第一章概述1.1.2单片机厂家
3、与品种uIntel MSC51 (48/31) /96/198系列,uMicrochip PIC16/17/18CuAtemel 89、AVR系(89C51/52,89C2051,40MHz) uMotorola 68xxx系列系列uPhilip 80C51/87C51/80C52/87C52，51LPC系列（高速）uTI MSP430uLG GMS90系列系列 （兼容8051，有40MHz的）uZilog Z8x系列系列 uScenix 8位RISC结构SX系列 uEpson SMC60/63/88系列系列uMicon MDT20XX系列系列uCygnal C8051系列系列（兼容，但数据地
4、址不复用，128K） uNS国家半导体 COP8，u台湾义隆台湾义隆 EM78系列系列OTP型单片机型单片机(与PIC16C兼容)u台湾凌阳台湾凌阳 SPMC65/75系列（816 位） u日立日立、东芝东芝(870系列,90系列，Mips3000 )、三菱三菱等1.2 MCS-51系列单片机主要功能8位CPU；哈佛Harvard结构（程序与数据存贮器分开）,内部具有数据和程序存贮器,以及特殊功能控制寄存器4个8位I/O并口并口外部数据和程序存贮空间总线信号与并口复用2个（3个）16位定时/计数器；2个优先级，2-7中断源；1个全双工串行（RS232）I/O口；1个布尔运算器；111条指令，有
5、乘除指令；112MHZ晶振，片内振荡器；现可达40MHZ。软件：监控程序,小操作系统,汇编,C ,Keil平台程序存贮器用E2PROM的用于开发，用ROM的仅1次编程，适合产品。均具有保密功能。1.2.2 MCS-51系列单片机 产品系列型 号制造技术片内程序存储器片内数据存储器8051AHH MOSROM (4k)128字节8031AHAH MOS无128字节8751HH MOSEPROM（4K）128字节AT89C51/AT89S51CHMOSFLASHROM （4K）128字节80C31CHMOS无128字节8051H MOSROM （8K）256字节8031H MOS无256字节其中A
6、T89S51单片机是一种新型的在线可编程的单片机1.3 单片机的特点及应用u 特点特点 小而灵活、成本低、可多级和分布控制、易于产品化 可靠性好，适应温度范围宽，编程方便，程序保密u 应用领域应用领域u商用、家用、个人u 电子秤、收款机、条形码识别等u 空调系统、制冷系统、报警系统、考勤机等。u 学习机、PAD，MP3/4，儿童职能玩具u网络通讯外设u 网络路由CPU，通讯如GPS，GPRS，u 计算机外设用（打印机，复印机） 扫描仪，盘控）u工业自动化u 测控系统，数控系统、数据采集系统、智能仪器u 工业机器人工业机器人 ，机、电一体化产品，生产流水线等u国防军事装备航天飞机导航系统、智能武
7、器装备、导弹控制等第二章、第二章、MCS-51MCS-51单片机系统结构单片机系统结构2.1MCS-51 单片机的硬件结构一、MCS 51片内结构CPU运算部件运算部件控制部件控制部件BRAMP0口口P2口口ROM(EPROM)串行口串行口 C / T中断中断系统系统SFRP1口口8P3口口888XTAL1XTAL2EA PSEN ALE RESET 外部总线外部总线VccVssu按功能可分成8个部件，通过片内单一总线连接起来1.微处理器2.数据存储器3.程序存储器4.I/O口5.串行口6.定时/计数器7.中断系统8.特殊功能寄存器u控制方式：SFR对各功能部件集中控制与与RAM统一编址统一编
8、址2.2 8051单片机外部特性-引脚一、引脚逻辑图u8051单片机为40条引脚双列直插式封装u引脚可分为三个部分X1 X2 EA PSEN ALE RST VCC GND 8051 P0 P1 P2 P3 P00P07 P10P17 P20P27 P30P37 控制引脚并行I/O口引脚电源及时钟引脚AD7:0A15:8复用定义见后复用定义见后X1 X2 EA PSEN ALE RST VCC GND 8051 P0 P1 P2 P3 P00P07 P10P17 P20P27 P30P37 引脚转义引脚功能说明P3.0RXD串行数据接收端P3.1TXD串行数据发送端P3.2INT0外部中断0请
9、求P3.3INT1外部中断1请求P3.4T0计数器0外部输入P3.5T1计数器1外部输入P3.6WR外部数据存储器写P3.7RD外部数据存储器读二、并行I/O口引脚(复用)P0口口 8位双向三态I/O口； u使用外存时，分时复用地址线(低8位)/数据总线P1口口8位（带上拉电阻）准双向I/O口；P2口口 8位准双向I/O口；u访问外存时只输出地址高8位P3口口8位准双向I/O口；u每个脚还具有第二功能ALE地址锁存信号q 用于访问外存时锁存低8位址；q ALE为晶振6分频；三、控制引脚RST复位信号q 晶振工作后2个机器周期的高电平复位CPU。 外部程序存储器读q从程序存储器中取指令或读取数据
10、时，该信号有效。 PSENX1 X2 EA PSEN ALE RST VCC GND 8051 P0 P1 P2 P3 P00P07 P10P17 P20P27 P30P37 2.3 中央处理单元CPU四、电源及时钟引脚 X1接外部晶体此引脚接地l又是内部振荡器的输入端； X2接外部晶体的另一端l又是内部振荡器输出端； VCC，VSS电源和地l +5V电源供电，l 使用TTL电平。 8051核心部件是8位CPU： 由运算部件和控制部件构成 运算部件：算术、逻辑、位及数据传送等操作 控制部件：以主频为基准，控制CPU的时序，读指、指令译码、控制各硬件环节协调工作一、算术逻辑单元ALUq8位，完成
11、算术/逻辑运算。二、寄存器（一）通用寄存器（8位）q4组，8个寄存器/组R0R7;qR0和R1可用于间接寻址。 允许访问片内外程序 存储器控制端qEA=1从内部开始执行程序；qEA=0只访问外程序存储器；EA（二）特殊功能寄存器（SFR）u共有21个1、累加器A (Acc)u8051是累加器结构，所有的运算都是以累加器为一个源操作数和目的操作数2、累加器Bu乘、除指令中的一个操作数u可以作为一般变量使用3、程序状态字PSWu8位寄存器，保存指令执行状态PSW:CyCyACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOV- -P PCy进（借）位标志进（借）位标志u保存算术运算的进或借位u位操作的累
12、加器AC辅助进位标志辅助进位标志u运算结果从D3产生进位或借位时AC=1u主要用于BCD码调整F0用户标志用户标志u可以使用的位变量u可以随PSW被保存RS1,RS0寄存器组选择寄存器组选择 0 0 组0（00H07H） 0 1 组1（08H0FH） 1 0 组2（10H17H） 1 1 组3（18H1FH）D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0CyCyACACF0F0RSRS1 1RSRS0 0OVOV- -P Pq 有符号数运算结果超出允许范围OV=1,否则OV=0。 (双符号位双符号位,00 +无溢无溢; 01 +溢溢; 10 -溢溢 ; 11 -无溢无溢)P奇偶标志位q 每个机
13、器周期根据累加器A中的内容的奇偶性由硬件置/复位。q A中1的个数为奇P=1;q 否则为P=0;4、堆栈及堆栈指针SP(1)堆栈（存储区）q 按先进后出先进后出的原则读写数据q 堆栈空间用内部RAM(256)OV溢出标志位q 用于保护现场和恢复现场。(2)堆栈指针SP q 8位寄存器，指示栈顶位置。q 进栈：SP+1，再压栈；q 出栈：先出栈，再SP-1。5、数据指针寄存器DPTRq 16位寄存器，q 可以寻址64K地址空间。6、程序计数器PC（16位）q 不属于SFR, 但有联系q 用于存放下一条的指令地址Vcc10F8.2KRST80518051X2X2X1X1VssVssTTLTTL外接
14、时钟源Vcc(三) 复位电路 8051复位初始化后，从程序存储器的0000H单元开始执行,用A/LJMP转到所用户程序的首地址 上电阻容复位电路，可用专门的复位IC芯片(一) 时钟 8051也是在时钟同步下工作，所以上电时必须复位。(二) 时钟电路 需外接晶振1.212MHZ， C1和C2取3010PF三、时钟及复位电路 VCC上升时间不超过1mS，振荡器启动时间不超过10mS，此电路能保证可靠复位。X1X2C2 C1X 8051振荡电路 CPU的时序（主频、节拍状态周期机器周期、）(四) 时序：主频、节拍、状态、基本机器周期、指令周期：S1S2S3S4S5S6S1S2P1 P2 P1 P2
15、P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2fosc一个状态周期一个机器周期机器T=12/foscX21个指令周期个指令周期=1-4机器周期机器周期1个机器周期个机器周期 =6个状态周期个状态周期1个状态周期个状态周期 =2个节拍个节拍CLKS1S2S5S3S6S412MHz时，时，T=Ius多路开关多路开关功能功能：用于控制选通I/O方式还是地址/数据输出方式1)方式控制方式控制：由内部控制信号产生输入锁存器输入锁存器两个输入缓冲器两个输入缓冲器(BUF1和BUF2)推拉式推拉式I/O驱动器驱动器2.4 并行并行I/O结构及操作结构及操作8051共有4个8位双向I/
16、O口，共32脚。每位均有自己的锁存器(SFR)，输出驱动器和输入缓冲器。（一）P0口位图内部结构BUF2BUF1说明：1、当控制信号为0时，P0口做双向I/O口，为漏极开路（3态）2、控制信号为1时，P0口为地址/数据复用总线（用于口扩展）3、P0W为端口输出写信号，用于锁存输出状态4、P0R1为读锁存器读锁存器信号，执行“ANL P0,#0FH”时该信号有效5、P0R2为读引脚读引脚信号，执行“MOV A,P0”时该信号有效6、读引脚（端口）时，输出锁存器应为“1”QQDCVcc控制AD0P0R1 P0W2D0P0W图1、P0口内部结构读锁存器读引脚锁存器内部总线写锁存器地址/数据P00多路开关10（二）P1口内部结构Vcc P10 Q Q D C P1R1 P1R2 D0 P1W R* 图2、P1口内部结构 uP1口内部结构如图2所示u输出部分有内部上拉电阻R*约为20K。u其他部分与P0端口使用相类似。写数据读端口 P10 Vcc P11 8051 K1 D1 R1 图2.1、P1口应用 （二）P2口内部结构2、当控制信号为1时FP2口输出地址信息，F此时单片机完成外部的取指操作
