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XX1009单片机原理与应用教案end 单片机原理与应用教案龚姝婷xx年9月1日1第一讲项目一单片机基础任务一基础知识授课类型讲授课时数2学时教学目的了解单片机的概念、大致构成、工作过程、种类及用途重点难点MCS-51单片机的特点教学内容（板书） 一、什么是单片机单片机是将CPU、存储器、输入/输出接口、定时/计数器等集成在一块芯片上，是目前销量最大、应用面最广、价格最便宜的微型计算机。 如图1-1所示取指令程序外设CPU定时/计数器I/O口存储器图1-1单片机结构框图例1-1单片机彩灯控制系统（单片机控制8个发光二极管每隔0.1秒轮流点亮。 ）使用单片机实验仪进行演示。 二、单片微型计算机发展概况及典型单片机产品第一阶段（19761978年）低性能单片机的探索阶段。 以Intel公司的MCS-48为代表，采用了单片结构，即在一块芯片内含有8位CPU、定时/计数器、并行I/O口、RAM和ROM等。 主要用于工业领域。 第二阶段（19781982年）高性能单片机阶段，这一类单片机带有串行I/O口，8位数据线、16位地址线可以寻址的范围达到64K字节、控制总线、较丰富的指令系统等。 这类单片机的应用范围较广，并在不断的改进和发展。 第三阶段（19821990年）16位单片机阶段。 16位单片机除CPU为16位外，片内RAM和ROM容量进一步增大，实时处理能力更强，体现了微控制器的特征。 例如Intel公司的MCS-96主振频率为12M，片内RAM为232字节，ROM为8K字节，中断处理能力为8级，片内带有10位A/D转换器和高速输入/输出部件等。 第四阶段（1990年）微控制器的全面发展阶段，各公司的产品在尽量兼容的同时，向高速、强运算能力、寻址范围大以及小型廉价方面发展。 第五阶段（90年代）:单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位向更高水平发展。 三、单片机的特点? （1）体积小、重量轻、功耗低、功能强、性价比高。 ? （2）数据大都在单片机内部传送，运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高。 ? （3）结构灵活，易于组成各种微机应用系统。 ? （4）应用广泛，既可用于工业自动控制等场合，又可用于测量仪器、医疗仪器及家用电器等领域。 四、单片机系列简介目前世界上单片机生产厂商很多,如:Intel、Motorola、Philips、Siemens、NEC、ADM、Zilog等公司,其主流产品有几十个系列,几百个品种。 尽管其各具特色,名称各异,但作为集CPU、RAM、ROM（或EPROM）、I/O接口、定时器/计数器、中断系统为一体的单片机,其原理大同小异。 现以Intel公司的系列产品为例,说明各系列之间的区别。 Intel公司从其生产单片机开始,发展到现在,大体上可分为3大系列:MCS48系列、MCS51系列、MCS96系列。 4、MCS51单片机系列MCS51系列单片机虽已有10多种产品,但可分为两大系列:MCS51子系列与MCS52子系列。 MCS51子系列中主要有 8031、 8051、8751三种类型。 而MCS52子系列也有3种类型 8032、 8052、8752。 在某些性能上略有差异。 由此可见,在本子系列内各类芯片的主要区别在于片内有无ROM或EPROM;MCS51与MCS52子系列间所不同的是片内程序存储器ROM从4KB增至8KB;片内数据存储器由128个字节增至256个字节;定时器/计数器增加了一个;中断源增加了12个。 另外,对于制造工艺为CHMOS的单片机,由于采用CMOS技术制造,因此具有低功耗的特点,如8051功耗约为630mW,而80C51的功耗只有120mW。 五、单片机的应用由于单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低,控制功能强及运算速度快等特点,因而在国民经济建设、军事及家用电器等各个领域均得到了广泛的应用。 （1）家用电器领域目前国内各种家用电器已普遍采用单片机控制取代传统的控制电路，而做成单片机控制系统。 例如洗衣机、电冰箱、空调机、微波炉、电饭煲、电视机、录像机及其它视频音像设备的控制器。 办公自动化领域现代办公室中所使用的大量通信、信息产品多数都采用了单片机，如通用计算机系统中的键盘译码、磁盘驱动、打印机、绘图仪、复印机、电话、传真机、考勤机等。 (3)智能仪表。 用单片机改造原有的测量、控制仪表,促进仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化方向发展。 (4)机电一体化产品。 单片机与传统的机械产品相结合,使传统机械产品结构简化,控制智能化。 (5)商业营销领域由于在商业营销系统已广泛使用的电子称、收款机、条形码阅读器、仓储安全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保鲜系统等中，目前已纷纷采用单片机构成专用系统，主要由于这种系统有明显的抗病菌侵害、抗电磁干扰等高可靠性能的保证。 (6)汽车电子与航空航天电子系统通常在这些电子系统中的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驭系统、通信系统以及运行监视器（黑匣子）等都要构成冗余的网络系统。 小结 1、计算机与单片机有何区别？ 2、单片机主要有哪几部分组成？第二讲3任务二信息的存储形式授课类型讲授授课时数学时教学目的掌握MCS-51系列单片机的存储器结构、常用数制编码及相互转换重点难点单片机的存储器结构、常用数制编码及相互转换；存储器的地址分配教学内容 一、复习提问复习上堂内容，单片机是电脑吗？ 二、计算机中的数制与编码（一）常用数制数制也就是进位制，计算机中常用的进位制有二进制（B字母结尾）、十进制（D字母结尾，可省略）、十六进制（H字母结尾）等。 其中二进制是计算机内部使用的，十进制、十六进制通常是人们书写程序或描述计算机工作过程时使用的。 （二）数制间的转换三种进制的对应关系见表1-5。 表2-1三种进制数对照表二进制（B）00000001001000110100010101100111十六进十进制制（H）（D）0123456701234567二进制（B）10001001101010111100110111101111十六进制（H）89.A BC DE F十进制（D）89101112131415数制转换1十进制转换为二进制整数部分的转换方法称为除2取余法。 小数部分的转换方法称为乘2取整法。 2二进制转换成十进制将二进制数的各个非零位分别乘以位权之后相加求和。 3十进制转换成十六进制整数部分的转换方法称为除16取余法。 小数部分的转换方法称乘16取整法。 4十六进制转换成十进制将十六进制数的各个非零位分别乘以位权后相加求和。 5二进制与十六进制之间的转换二进制数转换成十六进制数的方法是4位二进制数对应于1位十六进制数（对应关系见表2-1）。 十六进制数转换为二进制数的方法是将每1位十六进制数用对应的4位二进制数替换。 课堂练习1.将194转换成二进制数2.将10101000B转换成十进制数3将19BH转换成十进制数4将十六进制数7B25H转换为二进制数（三）常用二进制编码1二进制编码的十进制数十进制数用二进制编码的形式来表示，称为二十进制编码，即BCD码（Binary CodeDecimal）。 最常用的是8421BCD码。 表2-2列出了BCD码（8421码）与十进制数的对照表。 互换时，可以按4位对应1位的原则，进行转换。 4十进制数01234课堂练习表2-2BCD （8421）码与十进制数的对照表BCD码十进制数BCD码000000010010001101005678901010110011110001001 （1）将79.32转换成BCD码 （2）将BCD码100001100101转换成十进制2字符编码（ASCll码）计算机中的各种字符，包括09数字、大小写英文字母、标点符号及用于控制的特殊符号等，也必须用二进制编码表示。 在计算机中一般统一使用ASCII码来表示字符。 ASCII码是美国信息交换标准代码的简称。 每个字符的ASCII码是由7位二进制数构成，第八位（最高位）通常定为奇偶校验位。 例如数字09的ASCII码为30H39H；大写字母AZ的ASCII码为41H5AH。 （四）带符号数的表示在计算机中是使用数字0和1来表示数的符号的。 如，+号用0表示；号用1表示。 一个数在计算机中有三种表示方法原码、反码、补码。 下面以8位带符号数为例进行介绍。 1、原码最高位（D7位）作符号位，用0或1表示数的正或负，其余位为数值位，用来表示该数的大小，即绝对值。 例+112原码=01110000B112原码=11110000B原码所能表示的十进制范围是127+127。 2、反码正数的反码与原码相同；负数的反码，符号位为1，数值位是将原码的数值位按位取反（即原来是0的，取为1，原来是1的，取为0）。 例+112反码=01110000B112反码=10001111B反码可表示的十进制范围是127+127。 3、补码表示法正数的补码与原码相同；负数的补码，符号位为1，数值位是将反码的数值位加1形成。 例+112补码=01110000B112补码=10010000B用补码可表示的十进制范围是128+127。 因为带符号数用补码表示，可以简化运算，所以较常用。 （五）无符号数无符号的8位二进制数没有符号位，8位均为数值位。 即8位无符号二进制数对应的十进制范围为（0255）。 三、小结 1、真值与码值有何区别？2原码、反码、补码三者之间如何换算？第三讲项目二单片机结构与原理5任务一MCS51单片机的结构与引脚功能授课类型讲授授课时数学时教学目的 1、理解MCS-51单片机分类及特征 2、了解单片机内部组成 3、掌握MCS-51单片机引脚的使用重点:80C51单片机的引脚功能和内部结构,单片机的存储器结构与复位方式.难点单片机的内部结构和工作原理教学内容第二章MCS-51单片机的性能及结构 一、MCS-51单片机的内部的硬件结构MCS-51单片机内部的总体硬件结构，如图所示。 外部时钟源外部计数脉冲振荡器和时钟程序存储器4KB ROM数据存储器256B两个16位定时器/计数器8051CPU64K字节中断系统总线扩展控制并行I/O端口全双工串行口图1-28051单片机的内部基本结构（一）MCS-51单片机特点 （1）一个8位微处理器CPU。 （2）数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR。 （3）内部程序存储器ROM。 （4）两个定时/计数器，用以对外部事件进行计数，也可用作定时器。 （5）四个8位可编程的I/O（输入/输出）并行端口，每个端口既可做输入，也可做输出。 （6）一个串行端口，用于数据的串行通信。 （7）中断控制系统。 （8）内部时钟电路。 6外中断控制外部设备串行通讯（二）80C51单片机的基本结构1)中央处理器（CPU）中央处理器是单片机的核心，完成运算和控制功能。 MCS-51的CPU能处理8位二进制数或代码。 2)内部数据存储器（内部RAM）8051芯片中共有256个RAM单元，但其中后128单元被专用寄存器占用，能作为寄存器供用户使用的只是前128单元，用于存放可读写的数据。 因此通常所说的内部数据存储器就是指前128单元，简称内部RAM。 3)内部程序存储器（内部ROM）8051共有4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据或表格，因此，称之为程序存储器，简称内部ROM。 4)定时/计数器8051共有两个16位的定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。 5)并行I/O口MCS-51共有4个8位的I/O口（P 0、P 1、P 2、P3），以实现数据的并行输入/输出。 在实训中我们已经使用了P1口，通过P1口连接8个发光二极管。 二、MCS-51单片机的引脚8051单片机是HMOS工艺制造，是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，因为受芯片引脚数量的限制，有很多引脚具有双功能。 外形如图3-2所示。 1、主电源引脚V CC芯片工作电源端，接5V。 Vss电源接地端。 2、时钟振荡电路引脚XTAL1内部晶体振荡电路的反相器输入端。 接法如图。 XTAL2内部晶体振荡电路的反相器输出端。 接法如图。 3、控制信号引脚RSTRST为复位信号输入端。 外部接复位电路。 接法如图。 ALEALE为地址锁存允许信号。 在不访问外部存储器时，ALE以时钟振荡频率的16的固定频率输出，用示波器观察ALE引脚上的脉冲信号是判断单片机芯片是否正常工作的一种简便方法。 PSEN外部程序存储器ROM的读选通信号。 到外部ROM取指令时，PSEN自动向外发送负脉冲信号。 1234567891011121314151617181920P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDRXD P3.0TXD P3.1INT0P3.2INT1P3.3T0P3.4T1P3.5WR P3.6RD P3.7XTAL2XTAL1VSSVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.04039383736353433323130292827262524232221EA为访问程序存储器的控制信号。 当信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；当信号为高电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。 4、I/O口P0.0P0.7P0口8位双向口线，数据口及低8位地址口P1.0P1.7P1口8位双向口线。 P2.0P2.7P2口8位双向口线，高8位地址口P3.0P3.7P3口8位双向口线，第二功能。 以上是MCS-51单片机芯片40条引脚的定义及简单功能说明，可以对照实训电路找到相应引脚，在电路中查看每个引脚的连接使用。 P3口线的第二功能。 P3的8条口线都定义有第二功能 78031805187515、举例单片机P1.0点灯的应用电路 三、小结 1、MCS-51系列机种类 2、MCS-51内部结构有几部分？特点？ 3、MCS-51机DIP有多少引脚？ALE、PSEN、EA作用？布置作业（2分钟）P254第四讲任务二输入/输出（I/O）端口的结构授课类型讲授授课时数学时教学目的 1、掌握P 0、P 1、P 2、P3口的使用 2、了解P 0、P 1、P 2、P3口的结构特点 3、掌握单片机的工作周期 84、了解单片机的工作方式，重点是复位方式重点难点P 0、P 1、P 2、P3口的使用及单片机的工作方式和电路结构教学内容 一、输入输出端口的结构与功能单片机芯片内还有一项主要内容就是并行I/O口。 MCS-51共有4个8位的并行I/O口，分别记作P 0、P 1、P 2、P3。 每个口都包含一个锁存器、一个输出驱动器和输入缓冲器。 实际上，它们已被归入专用寄存器之列，并且具有字节寻址和位寻址功能。 在访问片外扩展存储器时，低8位地址和数据由P0口分时传送，高8位地址由P2口传送。 在无片外扩展存储器的系统中，这4个口的每一位均可作为双向的I/O端口使用。 1.P0口 （1）结构P0口是一个三态双向口,可作为地址/数据分时复用口,也可作为通用I/O接口。 其1位的结构原理如图所示。 P0口由8个这样的电路组成:锁存器起输出锁存作用,8个锁存器构成了特殊功能寄存器P0;场效应管（FET）V 1、V2组成输出驱动器,以增大带负载能力;三态门1是引脚输入缓冲器;三态门2是用于读锁存器端口;与门 3、倒相器4及模拟转换开关构成输出控制电路。 （2）.地址/数据分时复用功能当P0口作为地址/数据分时复用总线时,可分为两种情况一种是从P0口输出地址或数据,另一种是从P0口输入数据。 在访问片外存储器需从P0输出地址或数据信号时,控制信号应为高电平1,使转换开关MUX把反向器4的输出端与V1接通,同时把与门3打开。 （3）通用I/O接口功能当P0口作为通用I/O接口使用,在CPU向端口输出数据时,对应的控制信号为0,转换开关把输出级与锁存器端接通,同时因与门3输出为0使V2截止,此时,输出级是漏极开路电路。 当P0口作为通用I/O接口时,要注意两点:第一,在输出数据时,由于V2截止,输出级是漏极开路电路,要使1信号正常输出,必须外接上拉电阻。 第二,P0口作为通用I/O使用时是一准双向口。 （4）端口操作MCS51单片机有不少指令可直接进行端口操作,例如:ANL P0,A;（P0）（P0）（A）ORL P0,data;（P0）（P0）data DECP0;（P0）（P0） 12、P1口P1口为准双向口,其1位的内部结构如图所示。 它在结构上与P0口的区别在于输出驱动部分,其输出驱动部分由场效应管V1与内部上拉电阻组成。 当其某位输出高电平时,可以提供拉电流负载,不必象P0口那样需要外接电阻。 从功能上来看P1只有一种功能（对MCS51子系列）,即通用输入输出I/O接口,具有输入、输出、端口操作3种工作方式,每1位口线能独立地用作输入或输出线。 3、P2口P2口也是一准双向口,其1位的内部结构如图29所示。 它具有通用I/O接口或高8位地址总线输出两种功能,所以其输出驱动结构比P1口输出驱动结构多了一个输出模拟转换开关MUX和反相器3。 当作为准双向通用I/O接口使用时,控制信号使转换开关接向左侧,锁存器Q端经反相器3接V1,其工作原理与P1相同,也具有输入、输出、端口操作三种工作方式,负载能力也与P19口相同。 4、P3口P3口的1位结构如图210所示。 它的输出驱动由与非门 3、V1组成,比P 0、P 1、P2口结构多了一个缓冲器4。 P3口除了可作为通用准双向I/O接口外,每1根线还具有第2功能。 当P3口作为通用I/O接口时,第2功能输出线为高电平,使与非门3的输出取决于口锁存器的状态。 在这种情况下,P3口仍是1个准双向口,它的工作方式、负载能力均与P 1、P2口相同。 当P3口作为第2功能（各引脚功能见表23）使用时,其锁存器Q端必须为高电平,否则V1管导通,引脚被箝位在低电平,无法输入或输出第2功能信号。 当Q端为高电平时,P3口的口线状态就取决于第2功能输出线的状态。 读锁存器VCC内部上拉电阻内部总线写锁存器DQP1.X锁存器QP1.X引脚CP读引脚 二、单片机的工作周期计算机在执行指令时,通常将一条指令分解为若干基本的微操作,这些微操作所对应的脉冲信号在时间上的先后次序称为计算机的时序。 为便于理解时序,先介绍几个常用名词。 振荡周期:为单片机提供定时信号的振荡源的周期（晶振周期或外加振荡源周期）。 状态周期:2个振荡周期为1个状态周期,用S表示。 机器周期:1个机器周期含6个状态周期,用S 1、S 2、S6表示,共有12个节拍。 例如:外接晶振为12MHz时,MCS51单片机的4个时间周期的具体值为:振荡周期=1/12s;状态周期=1/6s;机器周期=1s;指令周期=14s。 三、复位电路与复位状态1.复位电路通过某种方式,使单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作称为复位。 MCS51单片机在时钟电路工作以后,在RST/VPD端持续给出2个机器周期的高电平就可以完成复位操作（一般复位正脉冲宽度大于10ms）。 复位分为上电复位和外部复位两种方式。 2.复位状态MCS51单片机复位后,程序计数器PC和特殊功能寄存器复位的状态如表29所示。 复位不影响片内RAM存放的内容,而ALE、在复位期间将输出高电平。 由表29可以看到一些SFR复位时的状态。 (1)PC）=0000H表示复位后程序的入口地址为0000H;10 (2)（PSW）=00H,其中RS1(PSW.4)=0,RS0(PSW.3)=0,表示复位后单片机选择工作寄存器0组; (3)（SP）=07H表示复位后堆栈在片内RAM的08H单元处建立; (4)P0口P3口锁存器为全1状态,说明复位后这些并行接口可以直接作输入口,无须向端口写1; (5)定时器/计数器、串行口、中断系统等特殊功能寄存器复位后的状态对各功能部件工作状态的影响,将在后续有关章节介绍小结 1、P0口地址低8位与数据线分时使用端口， 2、P1口按位可编址的输入输出端口， 3、P2口地址高8位输出口 4、P3口双功能口。 若不用第二功能，也可作通用I/O口。 5、按三总线划分地址线P0低八位地址，P2高八地址；数据线P0输入输出8位数据；控制线P3口的8位加上/PSEN、ALE共同完成控制总线。 6、单片机的工作方式布置作业P254，7。 第五讲任务三存储器的配置授课类型讲授授课时数学时教学目的 1、了解特殊功能寄存器名称 2、了解单片机位地址空间分配 3、掌握MCS-51单片机内部存储器的空间与分配重点难点单片机外部引脚的使用，单片机外部引脚的功能11复习提问 1、MCS-51系列单片机有几种典型机型？有何区别？ 2、MCS-51单片机有多少外部引脚？ALE、EA、PSEN、RET的作用？ 3、MCS-51单片机的特点？教学内容MCS-51单片机的芯片内部有RAM和ROM两类存储器，即所谓的内部RAM和内部ROM 一、存储器结构分类FFH特殊功能寄存器80H7FH通用RAM区30H2FH20H1FH工作寄存器00H区0000H外部数据存储器（b）0000H0FFFH0FFFH位寻址区1000H F0H E0H D0H B8H B0H A8H A0H98H90H88H80H特殊功能寄存器中位寻址FFFFH外部RAM(I/O口地址)FFFFH外部ROM内部ROM(EA=1)0000H外部ROM(EA=0)程序存储器（c）内部数据存储器（a）MCS-51的程序存储器用于存放编好的程序和表格常数。 8051片内有4KB的ROM，8751片内有4KB的EPROM，8031片内无程序存储器。 MCS-51的片外最多能扩展64KB程序存储器，片内外的ROM是统一编址的。 如端保持高电平，8051的程序计数器PC在0000H0FFFH地址范围内(即前4KB地址)是执行片内ROM中的程序，当PC在1000HFFFFH地址范围时，自动执行片外程序存储器中的程序；当保持低电平时，只能寻址外部程序存储器，片外存储器可以从0000H开始编址。 MCS-51的程序存储器中有些单元具有特殊功能，使用时应予以注意。 其中一组特殊单元是0000H0002H。 系统复位后，(PC)=0000H，单片机从0000H单元开始取指令执行程序。 如果程序不从0000H单元开始，应在这三个单元中存放一条无条件转移指令，以便直接转去执行指定的程序。 还有一组特殊单元是0003H002AH，共40个单元。 这40个单元被均匀地分为5段，作为5个中断源的中断地址区。 其中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串行中断地址区12中断响应后，按中断种类，自动转到各中断区的首地址去执行程序，因此在中断地址区中理应存放中断服务程序。 但通常情况下，8个单元难以存下一个完整的中断服务程序，因此通常也是从中断地址区首地址开始存放一条无条件转移指令，以便中断响应后，通过中断地址区，再转到中断服务程序的实际入口地址。 （一）MCS-51内部数据存储器 1、内部数据存储器低128单元8051的内部RAM共有256个单元，通常把这256个单元按其功能划分为两部分低128单元（单元地址00H7FH）和高128单元（单元地址80HFFH）。 如图52所示为低128单元的配置图。 7FH工作寄存器区（00H1FH）如下表52该区均分为四个小区，任何时候，只有一个区的工作寄存器可以工用户区作，称为当前工作寄存器区。 30H8051共有4组寄存器，每组8个寄存单元（各为8），各组都以R02FH位寻址区R7作寄存单元编号。 寄存器常用于存放操作数中间结果等。 由于它们的(位地址007F)功能及使用不作预先规定，因此称之为通用寄存器，有时也叫工作寄存20H器。 4组通用寄存器占据内部RAM的00H1FH单元地址。 1FH工作寄存器区3(R0R7)在任一时刻，CPU只能使用其中的一组寄存器，并且把正在使用的工作寄存器区2(R0R7)那组寄存器称之为当前寄存器组。 到底是哪一组，由程序状态字寄存器PSW中RS 1、RS0位的状态组合来决定。 工作寄存器区1(R0R7)通用寄存器为CPU提供了就近存储数据的便利，有利于提高单片机工作寄存器区0(R0R7)的运算速度。 此外，使用通用寄存器还能提高程序编制的灵活性，因此，00H在单片机的应用编程中应充分利用这些寄存器，以简化程序设计，提高表52内RAM结构程序运行速度。 当前区的选择可通过对寄存器PSW中的RS 1、RS0两个位的设置来进行，见表5-3。 思考题单片机复位时，当前工作寄存器区是RS1RS0当前工作寄存器区哪个？000区011区102区113区表53当前工作寄存器区的选择 2、位寻址区内部RAM的20H2FH单元，既可作为一般RAM单元使用，进行字节操作，也可以对单元中每一位进行位操作，因此把该区称之为位寻址区。 位寻址区共有16个RAM单元，计128位，地址为00H7FH。 MCS-51具有布尔处理机功能，这个位寻址区可以构成布尔处理机的存储空间。 这种位寻址能力是MCS-51的一个重要特点。 3、用户RAM区在内部RAM低128单元中，通用寄存器占去32个单元，位寻址区占去16个单元，剩下80个单元，这就是供用户使用的一般RAM区，其单元地址为30H7FH。 对用户RAM区的使用没有任何规定或限制，但在一般应用中常把堆栈开辟在此区中。 4、内部数据存储器高128单元（特殊功能寄存器区）内部RAM的高128单元是供给专用寄存器使用的，其单元地址为80HFFH。 因这些寄存器的功能已作专门规定，故称之为专用寄存器（Special FunctionRegister），也可称为特殊功能寄存器。 8051内部有21个特殊功能寄存器（简称SFR），它们均为8位的寄存器，离散分布在80HFFH区域，剩下107个单元是没有定义的，用户不能使用。 见表1-4。 13有11个SFR的字节地址可被8整除（地址以0和8结尾），可以位寻址（表中已给出它们的位地址）。 8051共有21个专用寄存器，现把其中部分寄存器简单介绍如下程序计数器（PCProgram Counter）。 在实训中，我们已经知道PC是一个16位的计数器，它的作用是控制程序的执行顺序。 其内容为将要执行指令的地址，寻址范围达64KB。 PC有自动加1功能，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，但可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，以实现程序的转移。 因地址不在SFR（专用寄存器）之内，一般不计作专用寄存器。 累加器（ACCAumulator）。 累加器为8位寄存器，是最常用的专用寄存器，功能较多，地位重要。 它既可用于存放操作数，也可用来存放运算的中间结果。 MCS-51单片机中大部分单操作数指令的操作数就取自累加器，许多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。 B寄存器。 B寄存器是一个8位寄存器，主要用于乘除运算。 乘法运算时，B存乘数。 乘法操作后，乘积的高8位存于B中，除法运算时，B存除数。 除法操作后，余数存于B中。 此外，B寄存器也可作为一般数据寄存器使用。 程序状态字（PSWProgram StatusWord）。 程序状态字是一个8位寄存器，用于存放程序运行中的各种状态信息。 其中有些位的状态是根据程序执行结果，由硬件自动设置的，而有些位的状态则使用软件方法设定。 PSW的位状态可以用专门指令进行测试，也可以用指令读出。 一些条件转移指令将根据PSW有些位的状态，进行程序转移。 PSW的各位定义如下PSW位地址字节地址D7H D6H D5H F0D4H RS1D3H RS0D2H OVD1H F1D0H P CY AC除PSW.1位保留未用外，其余各位的定义及使用如下CY（PSW.7）进位标志位。 CY是PSW中最常用的标志位。 其功能有二一是存放算术运算的进位标志，在进行加或减运算时，如果操作结果的最高位有进位或借位时，CY由硬件置1，否则清0；二是在位操作中，作累加位使用。 位传送、位与位或等位操作，操作位之一固定是进位标志位。 AC（PSW.6）辅助进位标志位。 在进行加减运算中，当低4位向高4位进位或借位时，AC由硬件置1，否则AC位被清0。 在BCD码调整中也要用到AC位状态。 14F0（PSW.5）用户标志位。 这是一个供用户定义的标志位，需要利用软件方法置位或复位，用以控制程序的转向。 RS1和RS0（PSW.4，PSW.3）寄存器组选择位。 它们被用于选择CPU当前使用的通用寄存器组。 通用寄存器共有4组，其对应关系如下000组011组102组113组这两个选择位的状态是由软件设置的，被选中的寄存器组即为当前通用寄存器组。 但当单片机上电或复位后，RS1RS0=00。 OV（PSW.2）溢出标志位。 在带符号数加减运算中，OV=1表示加减运算超出了累加器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表示运算正确，即无15溢出产生。 P（PSW.0）奇偶标志位。 表明累加器A中内容的奇偶性。 如果A中有奇数个1，则P置1，否则置0。 凡是改变累加器A中内容的指令均会影响P标志位。 此标志位对串行通信中的数据传输有重要的意义。 在串行通信中常采用奇偶校验的办法来校验数据传输的可靠性。 数据指针（DPTR）。 数据指针为16位寄存器。 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，即DPH DPTR高位字节，DPL DPTR低位字节。 DPTR通常在访问外部数据存储器时作地址指针使用。 由于外部数据存储器的寻址范围为64KB，故把DPTR设计为16位。 堆栈指针（SPStack Pointer）。 堆栈是一个特殊的存储区，用来暂存数据和地址，它是按先进后出的原则存取数据的。 堆栈共有两种操作进栈和出栈。 由于MCS-51单片机的堆栈设在内部RAM中，因此SP是一个8位寄存器。 系统复位后，SP的内容为07H，从而复位后堆栈实际上是从08H单元开始的。 但08H1FH单元分别属于工作寄存器13区，如程序要用到这些区，最好把SP值改为1FH或更大的值。 对专用寄存器的字节寻址问题作如下几点说明 (1)21个可字节寻址的专用寄存器是不连续地分散在内部RAM高128单元之中，尽管还余有许多空闲地址，但用户并不能使用。 (2)程序计数器PC不占据RAM单元，它在物理上是独立的，因此是不可寻址的寄存器。 (3)对专用寄存器只能使用直接寻址方式，书写时既可使用寄存器符号，也可使用寄存器。 （二）程序存储器 （1）程序存储器主要用于存放程序和表格常数。 （2）程序存储器分为片内、片外两部分，总容量最大为64KB，地址为0000HFFFFH。 （3）EA引脚的接法与8051不同的是，8751片内包含4KB的EPROM程序存储器，而8031内部不包含程序存储器。 对于 8051、8751等片内有程序存储器的芯片，EA引脚应该接高电平；对于8031这种片内无程序存储器的芯片，EA引脚应该接低电平。 为一般数据缓冲区，堆栈区通常也设置在这个区域内。 小结MCS51存储结构分配是怎样的？SFR中各寄存器的名称？第六讲16任务四CPU的时序及辅助电路授课类型讲授授课时数学时教学目的了解单片机最小系统的概念，掌握晶振电路和复位电路的结构和功能。 重点难点晶振电路的原理教学内容 一、复位电路与时钟电路1复位电路 （1）复位电路单片机的RST引脚是复位信号输入端，RST引脚上保持两个机器周期（24个时钟周期）以上的高电平时，可使单片机内部可靠复位。 单片机常用的外部复位电路如图1-4。 （2）复位状态（a）上电复位电路（b）复位后，单片机内部的各寄存器的内容将被初始化，包括程序计数器PC和特殊功能寄存器，其中（PC）=0000H，特殊功能寄存器的状态见表6-1。 复位不影响片内RAM和片外RAM中的内容。 SFR名称ACC BPSW SPDPL DPHP0P3IP IE初始状态00H00H00H07H00H00H FFH00000B000000B SFR名称TMOD TCONTH0TL0TH1TL1SBUF SCONPCON初始状态00H00H00H00H00H00H不确定00H0B(a)(b)1k?VSSR2VSS22?FVCCMCS-51RESET22?FRESETR1200?VCCMCS-51VCC VCCRESET上电复位兼手动复位电路表6-1复位后特殊功能寄存器的初始状态3.时钟电路17在MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。 而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路。 时钟电路用于产生时钟信号，时钟信号是单片机内部各种微操作的时间基准，在此基础上，控制器按照指令的功能产生一系列在时间上有一定次序的信号，控制相关的逻辑电路工作，实现指令的功能。 电容容量范围为30PF10PF，石英晶体频率的范围为1212MHZ，常用6MHZ或12MHz。 +5V XTAL1MCS-51XTAL2TTL XTAL1V SS图6-28051的外接石英晶体的时钟电路C1CYS C2MCS-51外部时钟源XTAL23时序单位指令周期机器周期S2S3P1P2P1P2P1P2XTAL2(OSC)振荡周期时钟周期 （1）时钟周期（是时钟信号频率f osc的倒数）:为单片机提供时钟信号的振荡源的周期。 时钟周期=1/f osc （2）机器周期通常将完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。 机器周期=12时钟周期 （3）指令周期一条指令从被读取到被执行的整个过程所需的时间称为指令周期。 一个指令周期通常含有14个机器周期。 ?思考题f osc分别为6MHZ和12MHZ时，机器周期分别为多少？ 二、MCS-51单片机的内部硬件的主要功能（一）中央处理单元CPU它由运算器和控制器两部分组成。 1运算器运算器是进行各种算术运算和逻辑运算的部件。 与运算器有关的寄存器包括ACC、B、PSW。 18机器周期S1S4S4S5S6S1S2S3S5S6P2P1P2P1P2P P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P21P2P1 （1）累加器ACC（8位寄存器） （2）B寄存器（8位） （3）程序状态字寄存器PSW（8位）PSW主要用于存放程序状态信息以及运算结果的标志，所以又称标志寄存器。 其格式如下（D1位没有定义）D7D6D5D4D3D2D1D0CY ACF0RS1RS0OVPCY进位标志位。 AC辅助进位标志位。 F0用户标志位RS 1、RS0工作寄存器区选择控制位OV溢出标志位。 P奇偶标志位。 2控制器 （1）控制器的组成控制器是由程序计数器PC、指令寄存器、译码器、定时与控制电路等组成的。 （2）程序计数器PC PC是一个16位的寄存器，PC中的内容是下一条将要执行的指令代码的起始存放地址。 当单片机复位之后，（PC）=0000H，引导CPU到0000H地址读取指令代码，CPU每读取一个字节的指令，PC的内容会自动加1，指向下一个地址，使CPU按顺序去读取后面的指令，从而引导CPU按顺序执行程序。 小结通过本节课程的学习，能够明白最小系统的功能和作用，能画出最基本的最小系统电路结构图，并能做出实物图。 第七讲19项目三单片机的指令系统任务一1汇编语言指令格式及分类授课类型讲授授课时数学时教学目的 1、了解MCS-51指令的分类 2、掌握MCS-51汇编语言指令格式重点难点指令的基本格式及错误的指令确认教学设计 1、借助多媒体教学,一方面可以使课堂生动,另一方面可以腾出大量时间加强对重难点知识的讲解. 2、借助EWB软件做演示实验,增强学生对知识的理解,同时提高他们对本学科的兴趣.复习提问 1、51单片机的基本结构是什么？ 2、cpu是什么，有什么组成？教学内容 一、汇编语言程序设计的意义 1、什么是程序？完成某项特定任务的指令的集合。 计算机按程序一条一条地依次执行指令，从而完成指定任务。 要让计算机完成各项任务，就应设计各种程序。 2、程序设计语言机器语言、汇编语言、高级语言汇编语言程序的每一条语句都与计算机的某一条指令对应，所以必需熟悉指令系统。 3、指令应具有以下功能 （1）操作码指明执行什么性质和类型的操作。 例如，数的传送、加法、减法等。 （2）操作数指明操作的数本身或者是操作数所在的地址。 （3）指定操作结果存放的地址。 指令=操作码+操作数操作码表示了该指令所能执行的操作功能。 操作数表示参加操作的数的本身或操作数所在的地址。 4、MCS-51指令格式标号操作码助记符第一操作数，第二操作数；注释指令格式标号操作码操作数或操作数地址；注释标号是程序员根据编程需要给指令设定的符号地址，可有可无；标号由18个字符组成，第一个字符必须是英文字，不能是数字或其它符号；标号后必须用冒号。 操作码表示指令的操作种类，如MOV表示数据传送操作，ADD表示加法操作等。 20操作数或操作数地址表示参加运算的数据或数据的有效地址。 操作数一般有以下几种形式没有操作数项，操作数隐含在操作码中，如RET指令；只有一个操作数，如CPL A指令；有两个操作数，如MOV A,#00H指令，操作数之间以逗号相隔；有三个操作数，如CJNE A,#00H,NEXT指令，操作数之间也以逗号相隔。 注释是对指令的解释说明，用以提高程序的可读性；注释前必须加分号。 二、MCS-51系列单片机的指令系统MCS-51单片机指令系统有如下特点 （1）指令执行时间快。 （2）指令短，约有一半的指令为单字节指令。 （3）用一条指令即可实现2个一字节的相乘或相除。 （4）具有丰富的位操作指令。 （5）可直接用传送指令实现端口的输入输