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1、进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会想起进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会想起那一把蒲扇。蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品。记忆中的故那一把蒲扇。蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品。记忆中的故乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老少，个个手持乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老少，个个手持一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着“怎么这么热怎么这么热”，于是三五成群，聚在大树，于是三五成群，聚在大树下，或站着，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑边乘凉。孩
2、子们却在周下，或站着，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑边乘凉。孩子们却在周围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到“强子，别跑了，快来我给你扇扇强子，别跑了，快来我给你扇扇”。孩。孩子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，这才一跑一踮地围过了，这时子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，这才一跑一踮地围过了，这时母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，“你看热的，跑什么？你看热的，跑什么？”此时这把蒲扇，此时这把蒲扇，是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲的味道！蒲扇是中国传统工艺品，在是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲的味
3、道！蒲扇是中国传统工艺品，在我国已有三千年多年的历史。取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表我国已有三千年多年的历史。取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表面光滑，因而，古人常会在上面作画。古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即面光滑，因而，古人常会在上面作画。古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即今日的蒲扇，江浙称之为芭蕉扇。六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非今日的蒲扇，江浙称之为芭蕉扇。六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲扇。蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，圆，轻巧又便宜的蒲扇。蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，也走过了我们的半个人
4、生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长也走过了我们的半个人生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长长的时间隧道，袅长的时间隧道，袅单片机李衍丹 (2)MCS-51系列系列单片机概述片机概述 MCS-51是指由美国是指由美国Intel公司生产的一系公司生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了许列单片机的总称，这一系列单片机包括了许多型号，如多型号，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等。其中等。其中8051是最早生产、最典型的是最早生产、最典型的产品。产品。MCS-51系列的其他单片机，都是在以系列的其他单片机，都是在以8051为内核的基础上，
5、进行了功能的增加以为内核的基础上，进行了功能的增加以及外围接口的改变。因此，人们习惯于用及外围接口的改变。因此，人们习惯于用8051来称呼来称呼MCS-51系列单片机。系列单片机。由由 运算器（运算器（ALU）、控制器（定时控）、控制器（定时控制部件）和专用寄存器组制部件）和专用寄存器组三部分电路三部分电路构成。构成。2.1.2 MCS-51单片机单片机CPU结构结构专用寄存器组专用寄存器组 专用寄存器组主要用来指示当前要执行指令专用寄存器组主要用来指示当前要执行指令的内存地址、存放操作数和指示指令执行后的状的内存地址、存放操作数和指示指令执行后的状态等。它是任何一台计算机的态等。它是任何一台
6、计算机的CPU不可缺少的部不可缺少的部件，寄存器的多寡因机器型号的不同而异。专用件，寄存器的多寡因机器型号的不同而异。专用寄存器组主要包括程序计数器寄存器组主要包括程序计数器PC、累加器、累加器A、程、程序状态寄存器序状态寄存器PSW、堆栈指示器、堆栈指示器SP、数据指针、数据指针DPTR和通用寄存器和通用寄存器B等。等。程序计数器程序计数器PC（16位）位）由两个由两个8 8位计数器位计数器PCHPCH、PCLPCL组成。组成。PCPC是程序的字节地址计数器，是程序的字节地址计数器，PCPC内内容为将要执行的指令地址。容为将要执行的指令地址。改变改变PCPC内容，改变执行的流向。内容，改变执
7、行的流向。PCPC可对可对64KB64KB的的ROMROM直接寻址，也可对直接寻址，也可对80518051片内片内RAMRAM寻址。寻址。返回返回其它寄存器其它寄存器累加器累加器A、程序状态寄存器、程序状态寄存器PSW、堆栈指、堆栈指示器示器SP、数据指针、数据指针DPTR和通用寄存器和通用寄存器B等等在存储器一节讲解。在存储器一节讲解。2.38051存储器结构存储器结构:2.3.12.3.180518051存储器分类存储器分类:2.3.22.3.2程序存储器地址空间程序存储器地址空间:2.3.32.3.3数据存储器地址空间数据存储器地址空间2.3.12.3.1 8051 8051存储器分类存
8、储器分类一、物理结构一、物理结构二、用户角度二、用户角度一、物理结构（哈佛结构）一、物理结构（哈佛结构）二、用户角度二、用户角度图图2-4 8051存储器配置存储器配置2.3.2 2.3.2 程序存储器地址空间程序存储器地址空间一、用途：一、用途：二、编址：二、编址：三、寻址方式：三、寻址方式：一、用途：一、用途：用于存放编好的程序和表格常数。用于存放编好的程序和表格常数。二、编址：二、编址：容量为容量为4KB。地址为。地址为0000H0FFFH。片外最多可扩至片外最多可扩至64KB ROM/EPROM，地址为，地址为1000HFFFFH。片内外统一编址。片内外统一编址。三、寻址方式：三、寻址
9、方式：1、当、当 EA=“1”时：时：在在000000000FFFH0FFFH范围内执行片内范围内执行片内ROMROM中的程序，当指中的程序，当指令地址超过令地址超过0FFFH 0FFFH 后就自动转向片外后就自动转向片外ROMROM中取指令。中取指令。2、当、当 EA=”0”时：时：片内片内ROMROM不起作用，不起作用，CPUCPU只能从片只能从片ROM/EPROMROM/EPROM中取指中取指令。可以从令。可以从 0000H0000H 开始寻址。开始寻址。2.3.3 数据存储器地址空间数据存储器地址空间一、用途：一、用途：二、片外二、片外RAM： 三、片内三、片内RAM： 一、用途：一、
10、用途：用于存放运算的中间结果、数据暂存和用于存放运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等。缓冲、标志位等。二、片外二、片外RAM：地址：地址：0000HFFFFH 寻址：用寻址：用MOVX指令指令三、片内三、片内RAM： 片内数据存储器最大可寻址片内数据存储器最大可寻址256个单元，个单元，它们又分为两部分：它们又分为两部分： 低低128字节字节(00H7FH)是真正的是真正的RAM区；高区；高128字节字节(80HFFH)为特殊功能寄存器为特殊功能寄存器(SFR)区。区。高高128字节和低字节和低128字节字节RAM中的配置及中的配置及含义如图含义如图28和图和图29所示。所示。图图28 低
11、低128字节字节RAM区区图图29 高高128字节字节RAM区区(SFR区，特区，特殊功能寄存器区殊功能寄存器区)1) 低低128字节字节RAM8051的32个工作寄存器与RAM安排在同一个队列空间里，统一编址并使用同样的寻址方式(直接寻址和间接寻址)。00H1FH地址安排为4组工作寄存器区，每组有8个工作寄存器(R0R7)，共占32个单元，见表2-4。通过对程序状态字PSW中RS1、RS0的设置，每组寄存器均可选作CPU的当前工作寄存器组。若程序中并不需要4组，那么其余可用作一般RAM单元。CPU复位后，选中第0组寄存器为当前的工作寄存器。工作寄存器区后的16字节单元(20H2FH)，可用位
12、寻址方式访问其各位。在89系列单片机的指令系统中，还包括许多位操作指令，这些位操作指令可直接对这128位寻址。这128位的位地址为00H7FH，其位地址分布见图28。2) 高128字节RAM特殊功能寄存器(SFR)8051片内高片内高128字节字节RAM中，有中，有21个特个特殊功能寄存器殊功能寄存器(SFR)，它们离散地分布在，它们离散地分布在80HFFH的的RAM空间中。访问特殊功空间中。访问特殊功能寄存器只允许使用直接寻址方式。能寄存器只允许使用直接寻址方式。这些特殊功能寄存器见图这些特殊功能寄存器见图29。各。各SFR的名称及含义如表的名称及含义如表25所列。所列。(1) 累加器累加器
13、ACC(E0H) 累加器累加器ACC是是8051最常用、最忙碌的最常用、最忙碌的8位特殊功能寄存器。在位特殊功能寄存器。在CPU执行指令前，执行指令前，两个操作数中一个通常存放在两个操作数中一个通常存放在ACC中，运中，运算完成后结果也存放于算完成后结果也存放于ACC中。在指令系中。在指令系统中用统中用A作为累加器作为累加器ACC的助记符。的助记符。(2) 寄存器寄存器B(F0H)在乘、除指令中，用到了在乘、除指令中，用到了8位寄存器位寄存器B。乘法指令。乘法指令的两个操作数分别取自的两个操作数分别取自A和和B，乘积存于，乘积存于B和和A两两个个8位寄存器中。除法指令中，位寄存器中。除法指令中
14、，A中存放被除数，中存放被除数，B中放除数，商存放于中放除数，商存放于A，B中存放余数。中存放余数。在其他指令中，在其他指令中，B可作为一般通用寄存器或一个可作为一般通用寄存器或一个RAM单元使用。单元使用。(3) 程序状态寄存器程序状态寄存器PSW(D0H)PSW是一个是一个8位特殊功能寄存器，它的各位包位特殊功能寄存器，它的各位包含了程序执行后的状态信息，供程序查询或判含了程序执行后的状态信息，供程序查询或判别之用。各位的含义及其格式如下表所列。别之用。各位的含义及其格式如下表所列。PSW除有确定的字节地址除有确定的字节地址(D0H)外，每一位均外，每一位均有位地址，见下表有位地址，见下表
15、D7D6D5D4D3D2D1D0CYACF0RS1RS0OV-P进、借辅进用户标定寄存器组选择溢出保留奇/偶(4) 栈指针栈指针SP(81H)堆栈指针堆栈指针SP为为8位特殊功能寄存器，位特殊功能寄存器，SP的的内容可指向内容可指向8051片内片内00H7FH RAM的任的任何单元。系统复位后，何单元。系统复位后，SP初始化为初始化为07H，即指向即指向07H的的RAM单元。单元。在图210中，假若有8个RAM单元，每个单元都在其右面编有地址，栈顶由堆栈指针SP自动管理。每次进行压入或弹出操作以后，堆栈指针便自动调整以保持指示堆栈顶部的位置。这些操作可用图210说明。图210 堆栈的压入与弹出
16、(5) 数据指针数据指针DPTR(83H，82H)DPTR是一个是一个16位的特殊功能寄存器，其高位位的特殊功能寄存器，其高位字节寄存器用字节寄存器用DPH表示表示(地址地址83H)，低位字节，低位字节寄存器用寄存器用DPL表示表示(地址地址82H)。DPTR既可以作既可以作为一个为一个16位寄存器来处理，也可以作为两个独位寄存器来处理，也可以作为两个独立的立的8位寄存器位寄存器DPH和和DPL使用。使用。DPTR主要用于存放主要用于存放16位地址，以便对位地址，以便对64 KB片外片外RAM作间接寻址。作间接寻址。(6) /端口端口P0P3(80H，90H，A0H，B0H)P0P3为为4个个
17、8位特殊功能寄存器，分别是位特殊功能寄存器，分别是4个并行个并行/端口的锁存器。它们都有字节地址，每一个口锁存端口的锁存器。它们都有字节地址，每一个口锁存器还有位地址，每一条器还有位地址，每一条/线均可独立用作输入或输线均可独立用作输入或输出。出。用作输出时，可以锁存数据；用作输入时，数据可以用作输出时，可以锁存数据；用作输入时，数据可以缓冲。缓冲。图图2-11所示为各个所示为各个SFR所在的字节地址位置。空格部分所在的字节地址位置。空格部分为未来设计新型芯片可定义的为未来设计新型芯片可定义的SFR位置。位置。图图2-11 特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFR的位置的位置2.2 MCS-51单片
18、机引脚及其功能单片机引脚及其功能2.2.1MCS-51单片机引脚单片机引脚2.2.2 MCS-51单片机引脚功能单片机引脚功能2.2.1 8051单片机引脚单片机引脚80518051单片机引脚图单片机引脚图2.2.2 8051单片机引脚功能单片机引脚功能一一、I/O端口端口P0、P1、P2和和P3二二、电源引脚：、电源引脚：Vcc和和Vss三三、时钟电路引脚：、时钟电路引脚：XTAL1和和XTAL2四四、控制信号引脚、控制信号引脚RST、ALE、PSEN和和EA四、四、I/OI/O端口端口P0P0、P1P1、P2P2和和P3P31 1、准双向、准双向2 2、P0P0口口3 3、P1P1口口4
19、4、P2P2口口5 5、P3P3口口1、准双向、准双向当当I/OI/O口作为输入时，应先向此口锁口作为输入时，应先向此口锁存器写入全存器写入全1 1， 此时该口引脚浮空，此时该口引脚浮空，可作高阻抗输入。可作高阻抗输入。MOV P1MOV P1， #0FFH#0FFHMOV A, P1MOV A, P12、P0口：口：P0P0口可作为一个数据输入口可作为一个数据输入/ /输出口；输出口；P0P0口无上拉电阻，输出时需接上拉口无上拉电阻，输出时需接上拉电阻。电阻。3、P1口：口：P1口也是一个准双向口。口也是一个准双向口。P1口口内内部部有有上上拉拉电电阻阻。当当P1口口输输出出高高电电平平时时
20、，能能向向外外提提供供拉拉电电流流负负载载，所以不必再接上拉电阻。所以不必再接上拉电阻。4、P2口：口：带带内内部部上上拉拉电电阻阻的的8位位准准双双向向I/O端端口口在在CPU访访问问片片外外存存储储器器时时，它它输输出出高高8位地址位地址。5、P3口：口：带内部上拉电阻的带内部上拉电阻的8 8位准双向位准双向I/OI/O端端口口P3P3口除作为一般口除作为一般I/OI/O口外，每个引脚口外，每个引脚都有第二功能。都有第二功能。表表2-10 P3口线与第二功能表口线与第二功能表返回返回二、电源引脚：二、电源引脚：Vcc和和Vss1Vcc(40脚)：电源端，为+5V。2Vss(20脚)：接地端
21、。图图2-32-3三、时钟电路引脚：三、时钟电路引脚：XTAL1和和XTAL2XTAL2XTAL2（1818脚）：接外部晶体和微调电容的一端；在脚）：接外部晶体和微调电容的一端；在8051 8051 片内它是振荡电路反向放大器的输出端，振荡电片内它是振荡电路反向放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时钟电路路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。时，该引脚输入外部时钟脉冲。XTAL1XTAL1（1919脚）：接外部晶体和微调电容的另一端；在脚）：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路反向放大器的输入端，在采用外部片内它是振荡电路
22、反向放大器的输入端，在采用外部时钟时，该引脚接地。时钟时，该引脚接地。8051的片内振荡器及时钟发生器的片内振荡器及时钟发生器外部脉冲输入外部脉冲输入 四、控制信号引脚：四、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和和EARSTRST（9 9脚）：脚）：RSTRST：复位信号输入端，高电平有效。当此：复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持两个机器周期的高电平时，就可输入端保持两个机器周期的高电平时，就可以完成复位操作。以完成复位操作。返回返回复位操作的主要功能复位操作的主要功能主要功能是把主要功能是把PC初始化为初始化为0000H，使单，使单片机从片机从0000H单元开始执行程序。单元开始执
23、行程序。复位操作还对其他一些寄存器有影响，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表它们的复位状态如表28所列。所列。表表28中的符号意义如下：中的符号意义如下：各特殊功能寄存器的复位值各特殊功能寄存器的复位值返回返回一、上电自动复位：一、上电自动复位：是通过外部复位电路的电容充电实现。是通过外部复位电路的电容充电实现。如如图图 (a)所示。所示。二、按键手动复位：二、按键手动复位：按键电平复位方式：按键电平复位方式：如如图图 (b)所示。所示。返回返回复位的两种方式复位的两种方式返回返回四、控制信号引脚：四、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和和EA用于程序运行或者写入时的控制
24、。后面陆续用于程序运行或者写入时的控制。后面陆续讲解讲解2.4CPU时序时序2.4.1片内振荡器及时钟信号的产生片内振荡器及时钟信号的产生返回返回2.4.2机器周期和指令周期机器周期和指令周期2.4.3CPU取指、执行周期时序取指、执行周期时序2.4.1 片内时钟信号的产生片内时钟信号的产生8051芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为放大器的输入端为XTAL1，输出端为，输出端为XTAL2，两端跨接石英晶体，两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。电容器和通及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。电
25、容器和通常取常取30 pF左右，可稳定频率并对振荡频率有微调作用。振荡脉冲左右，可稳定频率并对振荡频率有微调作用。振荡脉冲频率范围为频率范围为fOSC=024 MHz。晶体振荡器的频率为晶体振荡器的频率为fOSC，振荡信号从，振荡信号从XTAL2端输入到片内的端输入到片内的时钟发生器上。时钟发生器上。返回返回4一个机器周期是指一个机器周期是指CPU访问存储器一次所访问存储器一次所需的时间。需的时间。例如，取指令、读存储器、写例如，取指令、读存储器、写存储器等等。存储器等等。4一个机器周期包括一个机器周期包括12个振荡周期，分为个振荡周期，分为6个个S状态：状态：S1S6。4每个状态又分为两拍，
26、称为每个状态又分为两拍，称为P1和和P2。4因此，一个机器周期中的因此，一个机器周期中的12个振荡周期表个振荡周期表示为示为S1P1，S1P2，S2P1，S6P1，S6P2。4若采用6MHz晶体振荡器，则每个机器周期为2s（微秒）机机器器周周期期如图所示如图所示返返回回4指令周期：执行一条指令所需的指令周期：执行一条指令所需的时间。时间。4每条指令由一个或若干个字节组每条指令由一个或若干个字节组成。成。有单字节指令，双字节指令，多字节指令等。字节数少则占存储器空间少。4每条指令的指令周期都由一个或每条指令的指令周期都由一个或几个几个机器周期机器周期组成。组成。有单周期指令、双周期指令、和四周期
27、指令。机器周期数少则执行速度快。指指令令周周期期如图所示如图所示返返回回2. 机器周期和指令周期3. 基本时序定时单位综上所述，综上所述，8051或其他或其他80C51单片机的基本时序定时单位有如下单片机的基本时序定时单位有如下4个。个。振荡周期：振荡周期： 晶振的振荡周期，为最小的时序单位。晶振的振荡周期，为最小的时序单位。状态周期：状态周期： 振荡频率经单片机内的二分频器分频后提供给片内振荡频率经单片机内的二分频器分频后提供给片内CPU的时钟周期。因此，一个状态周期包含的时钟周期。因此，一个状态周期包含2个振荡周期。个振荡周期。机器周期（机器周期（MC）：）： 1个机器周期由个机器周期由12个振荡周期组成，是计算机个振荡周期组成，是计算机执行一种基本操作的时间单位。执行一种基本操作的时间单位。指令周期：指令周期： 执行一条指令所需的时间。一个指令周期由执行一条指令所需的时间。一个指令周期由14个机个机器周期组成，依据指令不同而不同，见附录。器周期组成，依据指令不同而不同，见附录。2.8 思考题与习题1. 8051单片机片内包含哪些主要逻辑功能部件?2. 8051的端有何用途?3. 8051的存储器分哪几个空间?如何区别不同空间的寻址?4. 简述8051片内RAM的空间分配。5. 简述布尔处理存储器的空间分配，片内RAM中包含哪些可位寻址单元。
