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1、第一章 MCS-51单片机系统结构基本内容： 掌握单片机的概念，了解其发展与应用情况；89C51单片机的功能部件与系统框图；89C51的引脚定义及连接方法；89C51的存储器配置；89C51的时序；89C51的I/O口结构及用途。重点内容：89C51单片机的功能部件与系统框图；89C51的引脚定义及连接方法；89C51的存储器配置；89C51的I/O口用途。基本要求：理解并熟练掌握89C51单片机的功能部件、引脚定义及连接方法及89C51的存储器配置；掌握89C51单片机内部的寄存器功能及用法；理解89C51的时序；了解89C51的I/O口结构；掌握89C51 I/O口的用途。难 点：89C5
2、1单片机的引脚定义及连接方法；存储器配置，89C51的时序；89C51的I/O口结构。1.0 概述一、单片机的概念 通常，一个微机系统由微型计算机和外部设备构成，而微型计算机则包含有：微处理器CPU、存储器ROM/RAM、I/O接口及其它功能部件和定时器、中断系统等，由3大总线CB、AB、DB连接，而单片机则将上述微机系统的主要部件集中在一个芯片上，所以单片机可以看成是一个不带外部设备的微型计算机。单片微型计算机：Single-Chip Microcomputer One-Chip Microcomputer单片机作为工业控制和数据处理的计算机，也被称为“微控制器”、 “微处理器”（Micro
3、-controller, Micro-processor）。二、单片机的发展概况从1974年12月，仙童（Fairchild）公司首先推出8位单片机F8，至今经历四代： 第一代：197478，典型代表如Intel公司的MCS-48型8位单片机，采用8位CPU、2个 I/O口、8位定时器/计数器、64 RAM/ 1K ROM、简单中断，寻址小于4K，且无串行口。第二代：197883，高档8位单片机，如MCS-51，MC6801，Zilog公司的Z8等。增加功能：串行I/O、多级中断、16定时/计数器、片内RAM/ROM增大，寻址64K，片内带A/D转换器接口。第三代：198390年代初，16位单
4、片机出现，如MCS-96系列的8096、8098芯片。增加性能：16位CPU，RAM/ROM增大，中断能力增强、A/D、HSIO等第四代：90年代至今，高档16位产品和32位产品的出现，如80196，MC8300等，性能、速度大大提高。三、单片机的应用 （1） 测控系统。 （2） 智能仪表。 （3） 机电一体化产品。 （4） 智能接口。 （5） 智能民用产品。 单片机发展日新月异，在众多产品中，MCS-51系列是继ZILOG公司280单片机之后在工业控制应用广泛的一种系列，如8031（无ROM）、8051（4KROM）、8751（4KEPROM）。89C51与51兼容、功耗低、价格便宜，内置F
5、LASH ROM，是目前应用最广泛的机型，所以本课程主要以ATMEL、PHILIPS、SST等公司生产的89C51为典型进行学习。 * 1.1 89C51单片机的基本组成要达到运用单片机的目的，必须熟练掌握其主要功能部件。课本P17图2-1为便于记忆总结如下：一、一个可编程的全双工串行口二、2个16位的定时/计数器 8位CPU 三、3个基本部分 程序存储器ROM （4KB FLASH ROM） 数据存储器RAM （256B RAM/SFR）四、4个8位可编程的并行I/O口五、5个具有2优先级的中断源其它：振荡器及时序电路，20多个特殊功能寄存器SFR，64K总线扩展控制器*12 89C51芯片
6、的内部结构主要包括中央处理单元、存储器、I/O接口组成。（画结构图讲解）一、 中央处理单元1）运算器（1）算术逻辑单元ALU (Arithmetic Logic Unit)是运算器的主要组成部分，是一个纯粹的运算部件，没有寄存功能。 （2）累加器A (Accumulator)是CPU中使用最忙的关键寄存器。ALU进行运算时一个操作数必需来自累加器，同时也是运算结果的寄存场所。（3）程序状态字PSW（Programe State Word） 存放微机执行一条指令后所处状态的信息。不同的计算机，标志有所不同。常用的标志有：C、AC、OV、P等。（4）寄存器B 一般寄存器，参与乘除运算，也可作为普通
7、寄存器使用。2）控制器功能：完成指令译码，并发出各个操作的控制信号，包括：（1）程序计数器PC(Program Counter) 共16位，可分为PCL、PCH两个8位。存放要读取的指令所在地址的专用寄存器。（2）指令寄存器IR (Instruction Register) 存放CPU从ROM中取出的正要被执行的指令，使整个分析执行的过程，一直在该指令的控制下，而指令的操作码送ID，指令中的操作数，一般为参加运算的地址，被送到地址缓冲寄存器。（3）指令译码器ID (instruction decoded) 接收IR送来的操作码并译码，生成与指令相应的特定操作的启动信息。（4）定时控制逻辑PLA
8、(Programmable Logic Array) 又称可编程逻辑阵列。ID送出的电平信号与外部时钟脉冲在该电路中组合，形成各种内部CON信号和外部控制信号。（5）振荡及定时电路二、 存储器1、 程序存储器 （Flash Rom）4KB，地址从0000H开始。用于存放程序和表格常数2、 数据存储器（RAM）128B（解释为何与前面介绍的256B不同），00H7FH，存放中间结果、数据暂存与数据缓冲。三、 I/O接口4个 8位并行准双向口和一个全双工串行口。 *13 89C51的引脚及功能采用2种封装形式1、40引脚的双列直插形式DIP2、44引脚的方形封装PLCC（1，12，23 ，34为空
9、引脚）1主电源引脚VSS（20）接地VCC（40）接+5V电源2外接晶体引脚XTAL1，XTAL2接外部晶体。3控制引脚 1）RST复位信号输入当此引脚上出现2个机器周期的高电平时，将使单片机复位。复位是初始化操作。功能：把PC初始化位0000H（所以单片机从0000H处开始执行程序），端口寄存器为0FFH，堆栈指针为07H，SBUF不定，内部RAM不定。具体课参考P37P38。 2）ALE/地址锁存器允许信号及编程脉冲输入访问外部存储器时，ALE输出低电平将地址锁存，非访问外部存储器时，此引脚输出正脉冲信号，频率为振荡频率的1/6。对单片机编程时此引脚用于输入编程脉冲。3）程序存储器选通信号
10、，低电平有效 从外部ROM取指令或常数时，每个机器周期出现2次低电平。从内部ROM取指时不产生。可带8个LS型TTL门电路。4）/VDD访问内部ROM与外部ROM选通信号 =0：只访问外部ROM；=1：访问内部ROM；PC值超过0FFFH（4KB）时，自动转向外ROM。VPP -在片内ROM编程期间，为12V编程电源输入端。4多功能I/O引脚 1）P0 P0.0P0.7此8位引脚作为8位双向I/O接口，是地址/数据引脚，用于传输低8位地址和8位数据。 2）P1 8位双向I/O接口 3）P2 8位双向I/O接口 用于做高8位地址输出（有外部存储器），当无外部存储器时，即地址范围在0255时，此口
11、可做通用I/O接口。 4）P3 P3.0P3.7 可做通用I/O 接口，输入输出8位信息，还可有第二功能：P3.0 RXD 串行数据接受端P3.1 TXD 串行数据发送端P3.2 外部中断0请求端,低电平有效P3.3 外部中断1请求端,低电平有效P3.4 T0 定时器0外部事件记数脉冲输入端P3.5 T1 定时器1部事件记数脉冲输入端P3.6 外部数据存储器写选通端,低电平有效P3.7 外部数据存储器读选通端,低电平有效.根据下图讲解3大总线的工作原理根据下图讲解I/O的基本工作原理及为什么做I/O输入时先向其写1*13 89C51的存储器配置微机原理中学到，计算机存储器分两大类：内部存储器、
12、外部存储器。内部存储器可分ROM、RAM，其中ROM中数据写入后只能读出，不能写入，掉电后信息不丢失，而RAM是可读写的，掉电后，信息丢失。ROM和RAM在同一个队列里分配不同的地址空间，即每个地址对应唯一的存储单元，可以是ROM也可以是RAM，称为普林斯顿结构。单片机的存储器主要也有这两种，由于ROM 的非易失性，常常在ROM存储始终保留的固定程序和一些常用不变的数据。一般，ROM又称为程序存储器；RAM中数据易丢失，并且可以改写，一般用来存放程序运行过程中所需的数据和中间结果。在物理上有4个存储器空间：片内ROM、片外ROM、片内RAM、片外RAM。采用ROM和RAM分开的结构形式成为哈佛
13、结构。在逻辑上有3个存储器空间：片内外统一的64KB的ROM空间（0000H0FFFFH）、256B的内部RAM空间（00H0FFH）及64KB的外部RAM空间（0000H0FFFFH）。地址重复，如何区别访问？访问ROM用MOVC指令，访问内部RAM时用MOV指令，访问外部RAM时用MOVX指令下面我们逐一详述：1.3.1 程序存储器ROM用于存放编制的程序及表格常数当系统程序较大超过4K时，必须进行扩展。MCS-51由P2口提供16位地址，所以最大扩展为64K，那么扩展后，系统是如何区别访问内部ROM与外部ROM 的呢？（通过16位程序计数器PC访问），之前我们讲过，51的引脚有一个/VP0，当接+5V时先访问内部ROM，地址超过4K/8K时自动转向外部ROM访问。若无片内ROM ，所以此引脚必须接地。为什么在0000H处存放一条绝对转移指令？系统复位后，
