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1、第一章第一章 单片机概述单片机概述 1.1 计算机的基本结构及工作过程计算机的基本结构及工作过程 1.2 单片机及应用单片机及应用 1.3 MCS-51的内部结构的内部结构 1.4 MCS-51引脚功能描述引脚功能描述 1.5 存储器地址空间存储器地址空间 CPU控制器控制器控制器控制器存储器存储器输入设备输入设备输出设备输出设备运算器运算器运算器运算器1.1 计算机的基本结构及工作过程计算机的基本结构及工作过程 1.1.1 计算机的基本结构计算机的基本结构1. 运算器运算器 (Arithmetic and logic unit)功能功能 在控制器的控制下，对二进制数进行在控制器的控制下，对二
2、进制数进行算术算术运算运算、逻辑运算逻辑运算及及信息传递信息传递。算术运算算术运算：加、减、乘、除加、减、乘、除逻辑运算逻辑运算：与、或、非与、或、非信息传递信息传递：存取、传递数据存取、传递数据中心部件中心部件 算术逻辑单元算术逻辑单元 ALUALU累加器累加器暂存器暂存器寄存器寄存器（Register）存放第一操存放第一操作数和操作作数和操作运算结果运算结果暂存原始数据、暂存原始数据、中间结果及运中间结果及运算结果算结果2. 控制器控制器 (Control unit)功能功能 控制控制每个每个部件部件在在何时何时做做何事何事。主要部件主要部件 程序（指令）计数器程序（指令）计数器PC (P
3、rogram Counter)PC的功能的功能:(1) 存放当前指令在存储器中的起始地址。存放当前指令在存储器中的起始地址。(2) 处理器每取出一条指令，处理器每取出一条指令，PC自动自动+1，指向指向 下一条指令的起始地址。下一条指令的起始地址。3. 存储器存储器 (Memory)功能功能 存放程序和数据。存放程序和数据。特点特点 一次写，多次读。一次写，多次读。分类：分类：随机存储器随机存储器RAM：随时写入、读出，掉电丢失内容随时写入、读出，掉电丢失内容只读存储器只读存储器ROM：厂家写入，可读出，掉电不丢失厂家写入，可读出，掉电不丢失存储容量单位存储容量单位：位位 bit ：0 或或
4、1字节字节Byte ：8 bit 为一个字节为一个字节字字Word ：计算机数据线的宽度为一个字，计算机数据线的宽度为一个字，16、32或或64位位存储容量存储容量：存储容量存储容量 = 字数字数 位数位数4. 输入输入/输出输出（I/O）设备设备 KeyboardCRTCathode Ray TubePrinter0 0 0 0HProgram Counter指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4CPU存储器存储器0 0 0 0H0 0 0 1H0 0 0 2H0 0 0 3H1.1.2 计算机的工作过程计算机的工作过程 PC的指令地址放到地址总线；的指令地址放到地址总线； 按地址从存储器
5、中取出指令，按地址从存储器中取出指令， 数据总线送数据总线送CPU； PC+1， CPU分析指令，完成指令功能分析指令，完成指令功能 按以上步骤执行下一条指令。按以上步骤执行下一条指令。0 0 0 0HProgram Counter指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4CPU存储器存储器0 0 0 0H1.1.2 计算机的工作过程计算机的工作过程 PC的指令地址放到地址总线；的指令地址放到地址总线； 按地址从存储器中取出指令，按地址从存储器中取出指令， 数据总线送数据总线送CPU； PC+1， CPU分析指令，完成指令功能分析指令，完成指令功能 按以上步骤执行下一条指令。按以上步骤执行下一条
6、指令。0 0 0 1HCPU0 0 0 2HCPU0 0 0 3HCPU1.1.2 计算机的工作过程计算机的工作过程 PC的指令地址放到地址总线；的指令地址放到地址总线； 按地址从存储器中取出指令，按地址从存储器中取出指令， 数据总线送数据总线送CPU； PC+1， CPU分析指令，完成指令功能分析指令，完成指令功能 按以上步骤执行下一条指令。按以上步骤执行下一条指令。 0000H指令指令1 0001H指令指令2 0002H指令指令3 0003H指令指令4 存储器存储器0 0 0 0HProgram CounterCPU0 0 0 1H0 0 0 2H0 0 0 3H0 0 0 4H1.2 单
7、片机及应用单片机及应用 单片计算机（单片计算机（single chip microcomputer）又称又称微控制器（微控制器（microcontroller）五个组成部分：五个组成部分：运算器运算器 存储器存储器 控制器控制器输入接口电路输入接口电路 输出接口电路输出接口电路分类：分类：通用型通用型单片机单片机专用专用型型单片机单片机 （用于过程控制、参数检测、信号处理等方面）（用于过程控制、参数检测、信号处理等方面）1.2.1 单片机的发展概况单片机的发展概况 推出时间推出时间公司公司型号系列型号系列位数位数197619801983IntelMCS 40MCS 51MCS 968816Mo
8、torala68016802ZilogZ 8ATMEL89 51MCS 51 系列系列51子系列子系列52子系列子系列80318051875180328052多一个多一个16位定时位定时/计数器计数器含含265B的内部数据存储器的内部数据存储器 存储器类型存储器类型单片机系列单片机系列 掩膜掩膜ROMEPROM MCS 51518031 80514KB 8751 4KB528032 80528KB MCS 51单片机程序存储器配置单片机程序存储器配置1 KB(Kilobyte) = 210B B=1024 B803180518751P0口地址口地址和数据总线和数据总线P1口口通用口通用口P2口
9、口地址总线地址总线P3口口RXDTXDINT0INT1T0T1WRRDVCCVSSRST/VDDEA/VPPPSENALE/PROGXTAL1XTAL2MCS 51系列系列逻辑符号图逻辑符号图1.2.2 单片机的硬件特性单片机的硬件特性 1.集成度高集成度高;2. CPU、ROM（4KB，8031无）、无）、RAM（128KB）3. 2个个16位定时位定时/计数器、计数器、4个个8位并行口、全双工并行口位并行口、全双工并行口2. 系统结构简单、使用方便、模块化系统结构简单、使用方便、模块化;3. 可靠性高可靠性高（达（达 106 107 小时无故障）小时无故障）；4. 功能强、速度快功能强、速
10、度快（执行最长指令只需（执行最长指令只需4 s） ；5. 属工业品属工业品（比商用品可靠、比军用品价廉）（比商用品可靠、比军用品价廉） 。1.2.3 单片机的应用单片机的应用 1 . 智能化仪器仪表智能化仪器仪表2. 适时工业控制适时工业控制3. 计算机智能终端计算机智能终端4. 通信设备通信设备5. 导航系统导航系统6. 家用电器家用电器1.3 MCS - 51 的内部结构的内部结构MCS - 51 的结构方块图的结构方块图时钟电路时钟电路定时定时/计数器计数器64KB64KB总线总线扩展控制器扩展控制器中断控制中断控制CPUROMRAM并行并行接口接口串行串行接口接口T0T1串行口串行口1
11、P1P1锁存器锁存器P1P1驱动器驱动器P0P0驱动驱动器器P0P0锁存锁存器器定时定时 及及控制控制指指令令寄寄存存器器ALUPSW程序地址程序地址寄存器寄存器P3P3锁存器锁存器P3P3驱动器驱动器暂存暂存2 2暂存暂存1 1PCONSCONTMODTCONT2CONTHOTL0TH1TL1TH2*TL2*RLDH*RLDL*SBUFIEIP中断、串行口、定时器中断、串行口、定时器DPTRPCPC+1缓冲器缓冲器ACC寄存器寄存器 B BSPRAM地地址寄存器址寄存器RAMP2P2驱动驱动器器P2P2锁存锁存器器EPROM/ROM总总体体结结构构框框图图VCCVSSPSENALEEARST
12、1P1P1锁存器锁存器P1P1驱动器驱动器P0P0驱动驱动器器P0P0锁存锁存器器定时定时 及及控制控制指指令令寄寄存存器器ALUPSW程序地址程序地址寄存器寄存器P3P3锁存器锁存器P3P3驱动器驱动器暂存暂存2 2暂存暂存1 1PCONSCONTMODTCONT2CONTHOTL0TH1TL1TH2*TL2*RLDH*RLDL*SBUFIEIP中断、串行口、定时器中断、串行口、定时器DPTRPCPC+1缓冲器缓冲器ACC寄存器寄存器 B BSPRAM地地址寄存器址寄存器RAMP2P2驱动驱动器器P2P2锁存锁存器器EPROM/ROMVCCVSSPSENALEEARST1.3.1 中央处理单
13、元中央处理单元 CPU1.3.2 程序存储器程序存储器1P1P1锁存器锁存器P1P1驱动器驱动器P0P0驱动驱动器器P0P0锁存锁存器器定时定时 及及控制控制指指令令寄寄存存器器ALUPSW程序地址程序地址寄存器寄存器P3P3锁存器锁存器P3P3驱动器驱动器暂存暂存2 2暂存暂存1 1PCONSCONTMODTCONT2CONTHOTL0TH1TL1TH2*TL2*RLDH*RLDL*SBUFIEIP中断、串行口、定时器中断、串行口、定时器DPTRPCPC+1缓冲器缓冲器ACC寄存器寄存器 B BSPRAM地地址寄存器址寄存器RAMP2P2驱动驱动器器P2P2锁存锁存器器EPROM/ROMVC
14、CVSSPSENALEEARST1.3.3 数据存储器数据存储器1P1P1锁存器锁存器P1P1驱动器驱动器P0P0驱动驱动器器P0P0锁存锁存器器定时定时 及及控制控制指指令令寄寄存存器器ALUPSW程序地址程序地址寄存器寄存器P3P3锁存器锁存器P3P3驱动器驱动器暂存暂存2 2暂存暂存1 1PCONSCONTMODTCONT2CONTHOTL0TH1TL1TH2*TL2*RLDH*RLDL*SBUFIEIP中断、串行口、定时器中断、串行口、定时器DPTRPCPC+1缓冲器缓冲器ACC寄存器寄存器 B BSPRAM地地址寄存器址寄存器RAMP2P2驱动驱动器器P2P2锁存锁存器器EPROM/
15、ROMVCCVSSPSENALEEARST1.3.4 并行输入并行输入/输出端口输出端口1P1P1锁存器锁存器P1P1驱动器驱动器P0P0驱动驱动器器P0P0锁存锁存器器定时定时 及及控制控制指指令令寄寄存存器器ALUPSW程序地址程序地址寄存器寄存器P3P3锁存器锁存器P3P3驱动器驱动器暂存暂存2 2暂存暂存1 1PCONSCONTMODTCONT2CONTHOTL0TH1TL1TH2*TL2*RLDH*RLDL*SBUFIEIP中断、串行口、定时器中断、串行口、定时器DPTRPCPC+1缓冲器缓冲器ACC寄存器寄存器 B BSPRAM地地址寄存器址寄存器RAMP2P2驱动驱动器器P2P2
16、锁存锁存器器EPROM/ROMVCCVSSPSENALEEARST1.4 MCS - 51 引脚功能描述引脚功能描述（40脚双列直插式脚双列直插式）803180518751P0口地址口地址和数据总线和数据总线P1口口通用口通用口P2口口地址总线地址总线P3口口RXDTXDINT0INT1T0T1WRRDVCCVSSRST/VDDEA/VPPPSENALE/PROGXTAL1XTAL2 电源电源EPROM编编程和校验时程和校验时接接+5V电源地电源地 外接晶振外接晶振或接收外部或接收外部振荡信号振荡信号 电源电源EPROM编编程和校验时程和校验时接接+5V803180518751P0口地址口地址和数据总线和数据总线P1口口通用口通用口P2口口地址总线地址总线P3口口RXDTXDINT0INT1T0T1WRRDVCCVSSRST/VDDEA/VPPPSENALE/PROGXTAL1XTAL2
