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1、第一章 51单片机的硬件结构,1、微型计算机的概念,2、单片机的定义将微型计算机的主要部件（中央处理器CPU、随机存储器RAM、 只读存储器ROM、定时器/计数器T/C、中断系统以及输入/输出口电路I/O等部件）集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。单片机AT89C52外形图,3、单片机应用系统组成a)、单片机硬件系统b)、单片机软件系统：系统软件（监控程序）、目标代码应用程序 4、单片机开发系统由于单片机的软硬件资源有限，单片机系统本身不能实现自 我开发，要进行系统开发设计，必须使用专门的单片机开发系 统，因此，单片机开发系统是单片机系统开发调试的工具。单片机开发系统的类型：a)、微型机开发
2、系统MDS；b)、在线仿真器ICE；c)、软件模拟仿真器（ASM51、Keil）。,5、单片机的程序设计语言和软件单片机开发系统中的语言：a)、机器语言：用二进制代码表示的指令。b)、汇编语言：用符号表示的指令。不同公司、不同系列的单片机具有不同的汇编语言指令系统，使用时应特别注意。c)、高级语言：用符号表示的指令。常用的有C-51等。单片机应用系统中的语言：机器语言,6、MCS-51系列单片机分类,7、80C51单片机的逻辑结构及信号引脚,（1） 80C51单片机的内部逻辑结构,1）、中央处理器CPU运算器：运算功能控制器：控制功能 2）、内部数据存储器功能：执行程序，存放临时数据和最终结果
3、的场所。 3）、内部程序存储器功能：存放程序、原始数据、常数表格。 4）、定时器/计数器功能：定时功能、计数功能。 5）、并行I/O口功能：执行数据的并行输入输出。名称：P0、P1、P2、P3口。,6）、串行口功能：执行数据的串行通信。 7）、中断控制系统功能：处理紧急事件。 8）、时钟电路功能：为单片机工作产生必须的时钟脉冲序列信号。 9）、位处理器（布尔处理器）功能：执行位处理操作，以便单片机实现控制功能。注意：位处理器为MCS-51系列单片机所特有。 10）、总线（单片机片内总线）功能：完成所有信息的传送。,（2）、芯片引脚介绍1）信号引脚介绍（第一功能） P0.0P0.7：P0口8位双
4、向输入输出口线，完成数据的传送；在构造单片机应用系统片外总线时，既作为8位数据总线（D0D7），又作为地址总线的低8位（A0A7）分时使用。P1.0P1.7：P1口8位双向输入输出口线，完成数据的传送. P2.0P2.7：P2口8位双向输入输出口线，完成数据的传送；在构造单片机应用系统片外总线时，作为地址总线的高8位（A8A15）使用。,P3.0P3.7：P3口8位双向输入输出口线，完成数据的传送；ALE：地址锁存控制信号 在不扩展单片机系统时不使用，但ALE端仍产生频率为晶体振荡器振荡频率fosc的1/6的周期性正脉冲信号，此信号可以作为外部时钟或外部定时脉冲使用；在扩展单片机系统时，ALE
5、的输出用于控制把P0口输出的低8位地址送锁存器锁存，即锁存地址的低位字节，以实现低位地址和数据总线信息的分离。/PSEN：外部程序存储器读选通信号在读外部ROM时，/PSEN有效（低电平），以实现外部ROM单元的操作。,/EA：访问程序存储器控制信号。当/EA输入端保持高电平，CPU访问内部程序存储器4KB的地址范围。但在PC（程序计数器）值超过OFFFH时(即PC值超出4KB地址时),将自动转向执行片外程序存储器内的程序；当/EA保持低电平时,则单片机只访问外部程序存储器，此时不管单片机是否有内部程序存储器。 注意:对于常用的8031来说无内部程序存储器,因此,/EA脚必须常接地,这样单片机
6、才能选择到外部程序存储器执行片外程序储器内的程序。RST：复位信号，高电平有效。但有效的高电平信号必须维持两个机器周期以上，用以完成单片机复位初始化操作。,XTAL1和XTAL2：外接晶体引线端 当使用芯片内部时钟时，用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于连接外部时钟脉冲信号，此时， XTAL1接地， XTAL2连接外部时钟脉冲信号。VSS: 地线VCC: +5V电源 2）信号引脚的第二功能ALE/PROG：编程脉冲输入端 在单片机处于编程工作方式时，输入编程脉冲。/EA/VPP：编程电压(25V或21V)输入端,RST/VPD：备用电源引入端VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源。
7、一旦芯片在使用过程中，当VCC电源发生故障（电压突然下降或断电，称掉电，或失电），电压下掉到低于规定的值，备用电源经此端向内部RAM提供电压，以保护内部RAM中的信息不丢失，使单片机复电后，能正常运行。P3口口线的第二功能：见P3口口线第二功能表注意：对于ALE/PROG，/EA/VPP和RST/VPD，由于第一功能信号与第二功能信号是单片机在不同工作方式下的信 号，因此，不会发生使用上的矛盾；对于P3口口线, 在实际使用时应优先考虑其第二功能。,P3口口线第二功能表,8 80C51单片机的存储器体系结构,MCS-51的存储器配置在物理结构上有四个存储器空间： （1）、片内程序存储器； （2）
8、、片外程序存储器； （3）、片内数据存储器； （4）、片外数据存储器,MCS-51的存储器配置在逻辑结构上有三个存储器地址空间： （1）、片内外统一编址的64K字节的程序存储器空间，地址范围（0000HFFFFH）；（2）、片内256字节的数据存储器地址空间，地址范围（00HFFH）；（3）、片外64K字节的数据存储器地址空间，地址范围（0000HFFFFH）。在访问三个不同的逻辑空间时应采用不同形式的指令。 片内256字节的数据存储器地址空间又可以分为三个部分：（1）、内部数据存储器，地址范围（00H7FH）；（2）、特殊功能寄存器（SFR），地址范围（80HFFH）； （3）、位地址空间，
9、地址范围（00HFFH）。,内部数据存储器低128单元区,内部数据存储器低128单元又分为寄存器区、位寻址区、用户RAM区三个部分。80C51单片机内部数据存储器低128单元配置图 1）、寄存器区寄存器区共32个单元，地址范围00H1FH，共分为四组，组号依次为0、1、2、3，每组8个寄存器，寄存器名依次为R0R7，每个寄存器都是8位，都有一个字节地址与之相对应。通用寄存器与内部RAM字节地址对照表。寄存器区的32个寄存器也通常称之为通用寄存器或工作寄存器，因此，寄存器区通常也称之为通用寄存器区或工作寄存器区。其功能用于存放操作数及中间结果，由用户使用时规定。,在任一时刻，CPU只能使用其中的
10、一组寄存器，正在使用的寄存器组，我们称之为当前寄存器组。CPU究竟使用的是那一组，由程序状态字寄存器PSW中的RS1，RS0位的状态组合来决定。通用寄存器有两种使用方法：a)、以寄存器的形式使用，用寄存器符号表示；b)、以存储单元的形式使用，用单元（字节）地址表示。,2）、位寻址区MCS-51单片机内部RAM的20H2FH单元（共16个RAM单元）称之为位寻址区。它既可以作为一般RAM使用，进行字节操作，也可以对单元中的每一位进行位操作，位寻址区共有128位，位地址范围为00H7FH。位寻址区的“位”有两种表示方式：a)、以位地址的形式表示；位寻址区的最后一个“位”可表示为7FH。b)、以存储
11、单元地址加位的形式表示位寻址区的最后一个“位”也可表示为2FH.7。80C51单片机内部RAM位寻址区的位地址,3）、用户RAM区共有80个RAM单元，单元地址范围为30H7FH，一般可作为堆栈或数据缓冲使用，由用户使用时规定。,内部数据存储器高128单元,内部数据存储器高128单元，其功能和名称由系统规定，用户不能随意更改，单元地址范围为80HFFH，用于存放单片机相应功能部件的控制命令、状态或数据。共22个，其中可寻址的为21个，也称之为专用寄存器或特殊功能寄存器，它们离散分布在内部数据存储器高128单元中。80C51单片机专用寄存器一览表专用寄存器简介,（1）程序计数器（PCProgra
12、m Counter）PC是一个16位的计数器，其内容为将要执行的指令地址，寻址范围为64KB（065535）。 PC具有自动加1功能，当CPU要取指令时，PC的内容送到地址总线上，从存储器中取出指令后，PC内容则自动加1。指向下一条指令，从而实现程序的顺序执行。PC没有地址是不可寻址的，因此，用户无法对它进行读，写。但可以通过执行转移、调用、返回等指令自动改变其内容，以实现程序的转移。 （2）累加器A或ACC（E0H） 它是最常用的专用寄存器，为8位寄存器，用于存放一个操作数或中间结果。,MCS-51单片机中，大部分单操作数指令的操作数取自A。很多双操作数指令中的一个操作数，也取自于A，加、减
13、、乘、除运算指令的运算结果都存放在A或A和B寄存器中。 （3）B寄存器（F0H）它是一个8位寄存器，主要用于乘除运算。乘法运算时，A为被乘数，B为乘数，其积的高8位存于B中，低8位存于A中。除法运算时，A为被除数，B为除数，其商存放在A中，余数存放在B中。此外，它也作为一般数据寄存器使用。,（4）程序状态字PSW（0D0H）它是一个8位可读写的寄存器，用于寄存程序运行的状态信息，它的不同位包含了程序状态的不同信息。 PSW中有些位的状态是根据程序执行结果，由硬件自动设置的，而有些状态位则使用软件方法设定。 PSW中的位状态可以用专门的指令进行测试，也可用指令读出，一些条件转移指令将根据PSW有
14、关位的状态，进行程序转移。 PSW的各位定义如下：,CY：进位标志位功能:1)在进行算术运算（加或减）时，如果操作结果最高位有进位或借位时，就存于其中，它是通过硬件置“1”实现的，否则，由硬件清“0”。2)在进行逻辑运算即位传送，位与，位或等位操作时，操作位之一固定是进位标志位。3）在位处理器中，作累加位使用，相当于CPU中的累加器A。 AC：辅助进位标志位功能:1)在加减运算中，当有低四位向高四位进位或借位时，AC由硬件置“1”，否则，AC位被清0。2)在十进制数运算时需要十进制调整，要用到AC位状态。,F0：用户标志位 功能：供用户定义的标志位，需要时可用软件方法置位或复位，也可用软件测试
15、F0以控制程序的转向，编程时，该标志位特别有用。 RS1和RS0：寄存器组选择位 功能：用于设定通用寄存器的组号。,单片机系统上电时，单片机默认选择第0组通用寄存器为当前工作寄存器组，即RS1和RS0均为00，此时R0R7的地址范围为00H07H。在实际应用中，根据需要，用户可以利用传送指令或位操作指令来改变其状态。这样的设置，对程序中保护现场提供了方便。例如：SETB RS1；（RS1=1）SETB RS0；（RS0=1）当前工作寄存器组为第3组，R0R7的地址范围为18H1FH。CLR RS1；（RS1=0） SETB RS0；（RS0=1）当前工作寄存器组为第1组，R0R7的地址范围为0
16、8H0FH。,OV：溢出标志位功能：当进行算术运算时，如果产生溢出，则由硬件将OV位置1，否则，由硬件清0。1）、在带符号数加减法运算中，OV =1表示加减运算超出了A所能表示的符号数有效范围（-128+127），即产生了溢出，因此运算结果是错误的，否则，OV=0表示运算结果正确，即无溢出产生。 2）、在乘法运算中，OV=1，表示乘积超过255，即积分别在B与A中，否则，OV=0，表示乘积只在A中。 3）、在除法运算中，OV =1表示除数为0，除法不能进行，否则OV=0，除数不为0，除法可正常进行。,P：奇偶标志位 功能：该位始终跟踪累加器A中二进制数1的个数的奇偶性，如果有奇数个1，则P显示1，否则为0，凡是改变A中内容的指令均会影响P的标志位。在每个指令周期由硬件根据A的内容对P位自动置位或复位。 F1：系统未定义，用户可根据需要自行定义使用。 （5）数据指针DPTR它是MCS-51中唯一的一个16位寄存器，为专用地址指针寄存器，主要用于存放16位地址，作间址寄存器使用。 编程时，DPTR既可以按16位寄存器使用，也可以按两个8位寄存器分开使用。DPH：DPTR高位字节（83H）；DPL：DPTR低位字节（82H）。,
