第1章+++单片机基础知识概要

《第1章+++单片机基础知识概要》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第1章+++单片机基础知识概要（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、单片机原理及应用,第一章 单片机基础知识,目的要求： 1、掌握89C51的主要功能结构 2、掌握89C51 片内程序存储器的容量与地址分布，CPU访问时与引脚EA电平的关系。 3、掌握89C51片内数据存储器RAM的容量与地址分布及三个功能区的划分。 4、掌握89C51专用寄存器SFR的功能与地址分布。 5、掌握程序计数器PC及SFR中A、B、PSW、SP、DPTR的功能。,1.1 概述 微型计算机与单片机 89C51单片机的结构特点,1.1.1 微型计算机与单片机 一台计算机由CPU、程序存储器、数据存储器、输入/输出设备等部分组成，这些部分被分成若干块芯片，安装在一个称为主板的印刷线路板上

2、；而在单片机上这些部分集成在一块电路芯片内称之为单片机或微控制器。,1.1.2 89C51单片机的结构特点 1、程序存储器和数据存储器在空间上分开,并使用不同的寻址方式和地址指针。允许用户在片外扩展存储器。 2、引出线都设计为多功能型。每条引出线在某一时刻起什么作用，由指令和机器状态决定。 3、有21个特殊功能寄存器SFR。,4、有一个全双工的串行接口，在程序的控制下，串行口能工作于四种工作方式。 5、有一个能进行独立操作的位处理器，它有自己的累加器以及可寻址的RAM、特殊功能存储器和I/O口，并设有专门的按位操作的指令。,1.2 MCS-51与 89C51的比较 Intel公司的MCS-51

3、 和ATMEL公司的89系列单片机是目前市场上性价比较好的流行品种。由表1-1可比较其性能的差异。,1.3 89C51内部结构及功能部件,1.3.1 89C51内部结构 89C51内部结构框图如图1.1所示。,图1.1 89C51单片机的系统结构框图,1.3.2 89C51的功能部件 由图1.1可以看出，单片机内部主要包含下列几个部件： u 一个8位CPU； u 一个时钟电路； u 4Kbyte程序存储器； u 128byte数据存储器； u 21个专用寄存器； u 两个16位定时/计数器； u 64Kbyte扩展总线控制电路； u 四个8-bit并行I/O端口； u 一个可编程串行接口； u

4、 五个中断源，其中包括两个优先级嵌套中断 。,1.4 CPU微处理器,CPU微处理器 CPU即中央处理器的简称，是单片机的核心部件，它完成各种运算和控制操作，CPU由运算器和控制器两部分电路组成。 （1）运算器电路 运算器电路包括ALU（算术逻辑单元）、ACC（累加器）、B寄存器、状态寄存器、暂存器1和暂存器2等部件，运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。 （2）控制器电路 控制器电路包括程序计数器PC、PC加1寄存器、指令寄存器、指令译码器、数据指针DPTR、堆栈指针SP、缓冲器以及定时与控制电路等。控制电路完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。,1、 程序计数器PC 在物理上是独立的

5、，不属于专用计数器，寻址范围0000H0FFFFH（64K），具有以下三个功能： （1）复位功能：复位时为0000H （2）计数功能：CPU取指令时，总是以PC内的内容作地址，从ROM中取指令，然后PC加1。 （3）直接置位功能：程序跳转时，将地址赋予PC。,2 、 累加器ACC 累加器为8位寄存器，是程序中最常用的专用寄存器，在指令系统中累加器的助记符为A。大部分单字节操作数指令的操作取自累加器，很多双字节操作数指令的一个操作数也取自累加器。加、减、乘和除等算术运算指令的运算结果都存放在累加器A或AB寄存器中，在变址寻址方式中累加器被作为变址寄存器使用。,3 、 B寄存器 B寄存器为8位寄存

6、器，主要用于乘、除指令中。乘法指令的两个操作数分别取自累加器A和寄存器B，其中B为乘数，乘法结果的高8位存放于寄存器B中。除法指令中，被除数取自A，除数取自B，除法的结果商数存放于A，余数存放于B中。在其它指令中，B寄存器也可作为一般的数据单元来使用。 4 、程序状态字PSW 程序状态字是一个8位寄存器，它包含程序的状态信息。在状态字中，有些位状态是根据指令执行结果，由硬件自动完成设置的，而有些状态位则必须通过软件方法设定。PSW中的每个状态位都可由软件读出，PSW的各位定义如表1.1。,表1.1 PSW的各状态位定义,(1)CY：进位标志位 在执行某些算术和逻辑指令时，可以被硬件或软件置位或

7、清零。在算术运算中它可作为进位标志，在位运算中，它作累加器使用，在位传送、位与、位或等位操作中，都要使用进位标志位。 (2) AC：辅助进位标志 进行加法或减法操作时，当发生低四位向高四位进位或借位时，AC由硬件置位，否则AC位被置“0”。在进行十进制调整指令时，将借助AC状态进行判断。,(3)用户标志位 该位为用户定义的状态标记，用户根据需要用软件对其置位或清零，也可以用软件测试F0来控制程序的跳转。 (4)RS1和RS0：寄存器区选择控制位 该两位通过软件置“0”或“1”来选择当前工作寄存器区。 (5)OV：溢出标志位 当执行算术指令时，由硬件置位或清零来指示溢出状态。在带符号的加减运算中

8、，OV1表示加减运算结果超出了累加器A所能表示的符号数有效范围（128127），即运算结果是错误的，反之，OV0表示运算正确，即无溢出产生。 无符号数乘法指令MUL的执行结果也会影响溢出标志，若置于累加器A和寄存器B的两个数的乘积超过了255，则OV1，反之OV0。由于乘积的高8位存放于B中，低8位存放于A中，OV0则意味着只要从A中取得乘积即可，否则要从BA寄存器对中取得乘积结果。,在除法运算中，DIV指令也会影响溢出标志，当除数为0时，OV1，否则OV0。 (6) P：奇偶标志位 每个指令周期由硬件来置位或清零用以表示累加器A中1的个数的奇偶性，若累加器中1的个数为奇数则P1，否则P0。

9、5 、 数据指针DPTR 数据指针DPTR为一个16位的专用寄存器，其高位用DPH表示，其低位用DPL表示，它即可以作为一个16位的寄存器来使用，也可作为两个8位的的寄存器DPH和DPL使用。DPTR在访问外部数据存储器时既可用来存放16位地址，也可作地址指针使用。如MOVX DPTR，A。,6 、 堆栈指针SP 8位地址寄存器，SP用来管理堆栈。它指向内部RAM的一个存储单元，且总是指向栈顶单元。 MCS-51的堆栈是内部RAM中的一个部分，符合“先进后出、后进先出”原则。,1.5 程序存储器与数椐存储器 在本节中我们将对单片机的内部数据存储器、内部程序存储器和外部存储器分别作一介绍。,图1

10、.2 存储器结构,1.5.1 内部数据存储器,1、 内部数据存储器低128单元 在低128字节存储单元中，前32个单元（00H1FH）作为工作寄存器使用，这32个寄存器分作4组，每组由8个通用寄存器（R0R7）组成，组号依次为0、1、2和3。通过对程序状态字中RS1和RS0的设置，可以决定选用哪一组工作寄存器，通常没有选中的单元也可作为一般的数据缓存使用。系统上电复位时，默认选中第0组寄存器。,在工作寄存器后的16个数据单元（20H2FH），它们既可以作为一般的数据单元使用，由可以按位对每个单元进行操作，因此这16个数据单元又称作位寻址区。位寻址区共计128位，其位地址为00H0FH。 在内部

11、RAM的低128个单元中，剩余的80个数据单元即30H7FH为真正的用户RAM区，对于这些区域，用户只能以存储单元的形式来使用，通常在应用中也把堆栈开辟在这段区域。,2 、 外部数据存储器 在MCS51中，其片外数据存储器和I/O口与片内数据存储器空间0000FHFFFFH是重叠的。在8051单片机中采用MOV和MOVX两种指令来区分片内外RAM空间，其中片内RAM使用MOV指令，片外RAM和I/O口使用MOVX指令。,1.5.2 程序存储器 在MCS51系列中，程序存储器被用来存放程序、常数或表格等。在8051中，其片内有4K字节的ROM存储单元，地址为0000H0FFFH。8751有4K字

12、节的EPROM，而8052和8752则有8K字节的片内存储器。8031和8032无片内程序存储器，所以片内程序存储器的有无是区分芯片的主要标志。 在程序存储器中，以下6个单元具有特殊含义：,0000H：单片机复位后，PC0000H，程序从0000H开始执行指令。 0003H：外部中断0入口地址。 000BH：定时器0中断入口地址。 0013H：外部中断1入口地址。 001BH：定时器1中断入口地址。 0023H：串行口中断入口地址。 在系统中断响应之后，将自动转到各中断入口地址处执行程序，而中断服务程序一般无法存放于几个单元之内，因此在中断入口地址处往往存放一条无条件转移指令进行跳转，以便执行中断服务程序。,1.5.3 专用寄存器SFR 内部数据存储器的高128个单元是为专用寄存器提供的，因此该区也称作特殊功能寄存器区（SFR），它们主要用于存放控制命令、状态或数据。除去程序计数器PC外，还有21个特殊功能寄存器，其地址空间为80HFFH。这21个寄存器中有11个特殊功能寄存器具有位寻址能力，它们的字节地址刚好能被8整除。,