ppt-03

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1、单片机的内部结构、外部引脚 存储器的基本知识及8051系列单片机的存储 器系统 并行I/O端口的工作原理 8051的各特殊功能寄存器 单片机的4种工作方式 8051单片机指令系统 汇编语言程序设计,第3章 8051单片机硬件结构及汇编语言,3.1 8051系列单片机的基本结构 3.2 8051系列单片机存储空间配置和功能 3.3 并行I/O端口 3.4 时钟电路及CPU时序 3.5 8051系列单片机的工作方式,本章大纲,3.6 8051系列单片机指令系统,思考与练习,3.7 汇编语言程序设计,3.8 实践训练输入输出信号控制,8051系列单片机的类型很多，但其内部结构与外部引脚功能基本相同。

2、,3.1 8051系列单片机的基本结构,3.1.1 内部结构框图,图3-1 8051系列单片机内部结构框图,3.1.2 外部引脚功能,图3-2 引脚,存储器是计算机的重要组成部分，由大量缓冲寄存器组成，其用途是存放程序和数据，使计算机具有记忆功能。这些程序和数据在存储器中以二进制代码表示，根据计算机的命令，按照指定地址，可以把代码取出来或存入新代码。,3.2 8051系列单片机存储空间配置和功能,3.2.1 存储器的基本概念,图3-3 8051系列单片机存储空间配置图,3.2.2 8051的程序存储器（ROM）,单片机启动复位后，程序计数器PC的内容为0000H，所以系统将从0000H单元开始

3、执行程序。但在程序存储中有两组特殊的单元，这在使用中应加以注意。 其中一组特殊单元是0000H0002H，系统复位后，PC为0000H，单片机从0000H单元开始执行程序，如果程序不是从0000H单元开始，则应在这三个单元中存放一条无条件转移指令，让CPU直接去执行用户指定的程序。 另一组特殊单元是0003H002AH，这40个单元各有用途，它们被均匀地分为五段，它们的定义如下。 0003H000AH外部中断0中断地址区。 000BH0012H定时/计数器0中断地址区。 0013H001AH外部中断1中断地址区。 001BH0022H定时/计数器1中断地址区。 0023H002AH串行中断地址

4、区。,3.2.3 8051的数据序存储器（RAM）,图3-4 内RAM分区,3.2.3 8051的数据序存储器（RAM）,3.2.3 8051的数据序存储器（RAM）,3.2.3 8051的数据序存储器（RAM）,3.2.3 8051的数据序存储器（RAM）,3.2.3 8051的数据序存储器（RAM）,8051系列单片机有P0、P1、P2、P3四个8位的双向并行端口，每个I/O端口都有一个8位数据锁存器，数据锁存器与P0、P1、P2、P3同名，属于21个特殊功能寄存器，对应内部RAM地址分别为80H、90H、A0H、B0H，对I/O端口的控制就是对相应的锁存器的控制。访问并行I/O端口除了可

5、以用字节地址访问外，还可以按位寻址。当单片机复位时，P0P3锁存器的内容均为1。 P0P3四个并行口在结构和功能上各不相同，下面分别叙述各端口的结构、功能和使用方法。,3.3 并行I/O端口,3.3.1 P0口,图3-5 P0口结构原理图,3.3.2 P1口,图3-6 PI口结构原理图,3.3.3 P2口,图3-7 P2口结构原理图,3.3.4 P3口,图3-8 P3口结构原理图,3.3.4 P3口,单片机执行指令的过程就是从ROM中取出指令一条一条地顺序执行，然后进行一系列的微操作控制，来完成各种指定的动作。这一系列微操作控制信号在时间上要有一个严格的先后次序，这种次序就是单片机的时序。时钟

6、是时序的时间基础，单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路就要在唯一的时钟信号控制下按时序进行工作。,3.4 时钟电路及CPU时序,3.4.1 时钟电路,单片机的时钟可以采用内部产生也可以外部引进。,图3-9 采用内部时钟电路 图3-10 外部时钟引入,3.4.2 CPU时序,图3-11 单片机取指/执行时序,8051系列单片机有4种工作方式：复位方式、程序执行方式、低功耗方式和内ROM编程及加密方式。 程序执行是单片机的基本工作方式，CPU总是按照PC所指的地址从ROM中取指并执行。每取一个字节，PC自动加1，只有当调用子程序、中断或执行转移指令时，PC会相应

7、产生新地址，CPU仍然按照PC所指的地址取指并执行。 单片机的编程与加密由专门的编程器或烧录器来完成，类似的产品有很多，功能也不尽相同，用户只需了解其使用方法即可。,3.5 8051系列单片机的工作方式,3.5.1 复位方式,单片机执行程序时总是从地址0000H开始的，所以在进入系统时必须对CPU进行复位。另外，由于程序运行中的错误或操作失误使系统处于死锁状态时，为了摆脱这种状态，也需要进行复位。,图3-12 复位电路,3.5.1 复位方式,3.5.2 低功耗方式,在以电池供电的系统中，有时为了降低电池的功耗，在程序不运行时就要采用低功耗方式，低功耗方式有两种：待机（休闲）方式和掉电方式。掉电

8、保护方式时电流约为75 A。 低功耗方式由电源控制寄存器PCON来控制。PCON字节地址为87H，不能位寻址，其每一位定义的见表3-8。,指令是指挥计算机执行某种操作的命令，一台计算机所有指令的集合称为指令系统。不同类型的计算机有不同的指令系统，一般来说是互不兼容的。指令系统反映了计算机的主要功能，是在设计计算机时确定下来的。计算机只能识别和执行机器语言的指令，机器语言指令采用二进制编码，称为指令的机器码或指令码。每一条指令在存放时都是以其机器码的形式存储的，各条指令的机器码以字节为单位存放，不同指令的字节数不一样。指令字越长，所占用内存单元越多。,3.6 8051系列单片机指令系统,3.6.

9、1 指令系统概述,8051系列单片机的指令系统共有111条指令，从不同的角度看具有不同的分类方式。根据功能不同分为5种类型：数据传送类29条，算术运算类和逻辑运算类各24条，控制转移类和位操作类各17条；根据寻址方式方式的不同可分为立即寻址方式、寄存器寻址方式、直接寻址方式、寄存器间接寻址方式、相对寻址方式、基址寄存器加变址寻址方式、位寻址方式；从指令的执行时间看，单周期64条，双周期指令45条，4周期指令2条；从指令机器码字的节数来看，单字节指令有49条，双字节指令45条，3字节指令17条；根据汇编时功能不同可分为汇编指令和伪指令。,3.6.1 指令系统概述,1、指令的表达形式 每条指令有两

10、种不同的表达形式：二进制代码（机器码）指令和助记符（汇编语言）指令。助记符指令必须转换成二进制代码指令才能存入存储器。 2、汇编语言指令格式 操作码 第一操作数 ，第二操作数 ，第三操作数 操作码：用来规定指令进行何种操作，是指令中不能空缺的部分。 操作数：表示参与指令操作的数据或数据所在的地址。为可选项。 有两个操作数时，前一个为目的操作数，后一个为源操作数。,3.6.2 寻址方式,寻址方式是指在指令中提供操作数的方式，就是确定参与操作的参数的实际地址。指令系统中的一种操作可以使用多种寻址方式。寻址方式越多，则计算机的功能就越强，灵活性亦越大，能更有效地处理各种数据。8051系列单片机的寻址

11、方式主要有7种：立即寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、基址加变址寻址、相对寻址和位寻址。应当注意的是，寻址方式在各种计算机的指令系统中具有重要的意义，透彻理解各种寻址方式对于学习和掌握指令系统极为重要。,3.6.2 寻址方式,1、立即寻址 立即寻址是在指令中直接给出操作数的寻址方式，操作数前有标志符“#”，即操作数直接包含在指令中，和操作码一起构成机器码，位于操作码之后，存放在程序存储器中。操作数就是存放在程序存储器的常数，这样的操作数一般就称为立即数。 2、直接寻址 直接寻址是在指令中直接给出操作数地址的寻址方式，操作数位于操作码之后，存放在程序存储器中，而实际参数则存放在该地址所

12、指向的存储单元中。 3、寄存器寻址 寄存器寻址是指通过寄存器提供操作数的寻址方式，即参与运算的操作数在某一寄存器中，能实现这种寻址的寄存器有R0R7及累加器A，其中工作寄存器（R0R7）由指令码的低三位表示，累加器A则隐含在指令码中。,3.6.2 寻址方式,4、寄存器间接寻址 寄存器间接寻址是指通过寄存器来间接提供操作数的寻址方式，一般简称寄存器间址，即在指令中给出存放操作数地址的寄存器，而操作数本身则存放在该地址所指向的存储单元中。 为了区别于寄存器寻址，当寄存器作为间接寻址时，在间址寄存器前面加上“”。 5、基址加变址寻址 这种寻址方式的全称是基址寄存器加变址寄存器间接寻址，一般简称变址寻

13、址，类似于寄存器间址。指令中给出的也是操作数的地址，不同的其地址由两部分组成，以16位的数据指针DPTR或程序计数器PC作为基址寄存器，以累加器A作为变址寄存器，基址寄存器的内容与变址寄存器的内容之和作为操作数地址。,3.6.2 寻址方式,6、相对寻址 相对寻址方式是为了实现程序的相对转移而设计的。相对寻址方式是以PC的当前值作为基地址，加上指令中给定的偏移量rel所得结果作为转移地址。PC的当前值是指执行完这条相对转移指令时PC中的地址值，即该转移指令的下一条指令的地址。偏移量rel是8位的符号数，以补码形式置于操作码之后存放。转移时以下一条指令的PC值为起点，转移范围是128127。 7、

14、位寻址方式 位寻址方式是对片内RAM的位寻址空间进行位操作的寻址方式。在进行位寻址时，借助于进位标志位CY作为位操作的累加器，操作数直接给出该位的地址，然后根据操作码的性质对其进行位操作。位寻址的位地址与直接寻址的字节地址形式完全一样，二者主要由操作码区分，使用时应特别注意分清是直接寻址还是位寻址。,3.6.3 8051单片机指令系统,8051的指令按功能分为五大类：数据传送、算术运算、逻辑运算、控制转移和位操作指令。,1、数据传送类指令 （1）内部数据传送指令 MOV A，Rn ； A（Rn） MOV A, direct ; A（direct） MOV A，Ri ; A (Ri) MOV A

15、，#data ; A#data MOV Rn，A ； Rn（A） MOV Rn，direct ; Rn（direct）,3.6.3 8051单片机指令系统,（1）内部数据传送指令 MOV Rn，# data ; Rn# data MOV direct , A ；direct （A） MOV direct , Rn ；direct （Rn） MOV direct , Ri ; direct (Ri) MOV direct1,direct2 ; direct1(direct2) MOV direct, #data ; direct#data MOV Ri, A ; ( Ri) ( A) MOV Ri, direct ; ( Ri) ( direct) MOV Ri, #data ; ( Ri) #data MOV DPTR， #data16 ；DPTR#data16 ）,3.6.3 8051单片机指令系统,（2）外部数据传送指令 读指令如下所示： MOVX A ，DPTR ；A（DPTR） MOVX A ， Ri ; A(Ri) 写指令如下所示： MOVX