单片机的基本知识

1、单片机的基本知识单片机的基本知识 1 1、微型计算机的概念、微型计算机的概念输输入入设设备备存存储储器器控控制制器器运运算算器器输输出出设设备备数数据据数数据据数数据据指指令令控控制制信信号号微微型型计计算算机机结结构构框框图图2 2、单片机的定义、单片机的定义 将微型计算机的主要部件（中央处理器将微型计算机的主要部件（中央处理器CPUCPU、随机存储器、随机存储器RAMRAM、只读存储器只读存储器ROMROM、定时器、定时器/ /计数器计数器T/CT/C、中断系统以及输入、中断系统以及输入/ /输出口电输出口电路路I/OI/O等部件）集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。等部件）集成在一块集

2、成电路芯片上的微型计算机。 单片机单片机AT89C52AT89C52外形图外形图 单 片 机直流稳压电源复位电路时钟电路单片机最小系统框图单 片 机直流稳压电源复位电路时钟电路简单的单片机系统框图键盘显示器单 片 机直流稳压电源复位电路时钟电路复杂的单片机应用系统框图键盘显示器输出通道控制对象输入通道控制对象3 3、单片机应用系统组成、单片机应用系统组成 a)a)、单片机硬件系统、单片机硬件系统 b)b)、单片机软件系统：、单片机软件系统： 系统软件（监控程序）、目标代码应用程序系统软件（监控程序）、目标代码应用程序 4 4、单片机开发系统、单片机开发系统 由于单片机的软硬件资源有限，单片机系

3、统本身不能实现自由于单片机的软硬件资源有限，单片机系统本身不能实现自我开发，要进行系统开发设计，必须使用专门的单片机开发系我开发，要进行系统开发设计，必须使用专门的单片机开发系统，因此，单片机开发系统是单片机系统开发调试的工具。统，因此，单片机开发系统是单片机系统开发调试的工具。 单片机开发系统的类型：单片机开发系统的类型： a)a)、微型机开发系统、微型机开发系统MDSMDS；b)b)、在线仿真器、在线仿真器ICEICE； c)c)、软件模拟仿真器（、软件模拟仿真器（ASM51ASM51、KeilKeil）。 5、单片机的程序设计语言和软件、单片机的程序设计语言和软件 单片机开发系统中的语言

4、：单片机开发系统中的语言： a)a)、机器语言：用二进制代码表示的指令。、机器语言：用二进制代码表示的指令。 b)b)、汇编语言：用符号表示的指令。、汇编语言：用符号表示的指令。 不同公司、不同系列的单片机具有不同的汇编语言不同公司、不同系列的单片机具有不同的汇编语言 指令系统，使用时应特别注意。指令系统，使用时应特别注意。 c)c)、高级语言：用符号表示的指令。、高级语言：用符号表示的指令。 常用的有常用的有C-51C-51等。等。 单片机应用系统中的语言：单片机应用系统中的语言： 机器语言机器语言 6 6、MCS-51MCS-51系列单片机分类系列单片机分类资源资源配置配置子系列子系列片内

5、片内ROMROM形式形式片内片内ROMROM容量容量片内片内RAMRAM容量容量定时器定时器/ /计数计数器器中中断断源源并行并行口口串串行行口口无无ROMROMEPROMEPROME E2 2PROMPROM5151子系列子系列803180318051805187518751895189514KB4KB128B128B2 216165 54 48 81 15252子系列子系列803280328052805287528752895289528KB8KB256B256B3 316166 64 48 81 17 7、80C5180C51单片机的逻辑结构及信号引脚单片机的逻辑结构及信号引脚（1 1）

6、 80C5180C51单片机的内部逻辑结构单片机的内部逻辑结构 1 1）、中央处理器）、中央处理器CPUCPU 运算器：运算功能运算器：运算功能 控制器：控制功能控制器：控制功能2 2）、内部数据存储器）、内部数据存储器 功能：执行程序，存放临时数据和最终结果的场所。功能：执行程序，存放临时数据和最终结果的场所。3 3）、内部程序存储器）、内部程序存储器 功能：存放程序、原始数据、常数表格。功能：存放程序、原始数据、常数表格。4 4）、定时器）、定时器/ /计数器计数器 功能：定时功能、计数功能。功能：定时功能、计数功能。5 5）、并行）、并行I/OI/O口口 功能：执行数据的并行输入输出。功

7、能：执行数据的并行输入输出。 名称：名称：P0P0、P1P1、P2P2、P3P3口。口。6 6）、串行口）、串行口 功能：执行数据的串行通信。功能：执行数据的串行通信。7 7）、中断控制系统）、中断控制系统 功能：处理紧急事件。功能：处理紧急事件。8 8）、时钟电路）、时钟电路 功能：为单片机工作产生必须的时钟脉冲序列信号。功能：为单片机工作产生必须的时钟脉冲序列信号。9 9）、位处理器（布尔处理器）、位处理器（布尔处理器） 功能：执行位处理操作，以便单片机实现控制功能。功能：执行位处理操作，以便单片机实现控制功能。 注意：位处理器为注意：位处理器为MCS-51MCS-51系列单片机所特有。系

8、列单片机所特有。1010）、总线（单片机片内总线）、总线（单片机片内总线） 功能：完成所有信息的传送。功能：完成所有信息的传送。（2 2）、芯片引脚介绍）、芯片引脚介绍 1 1）信号引脚介绍）信号引脚介绍（第一功能）（第一功能） P0.0P0.0P0.7P0.7：P0P0口口8 8位双向位双向输入输出输入输出口线口线，完成数据的传送；，完成数据的传送； P1.0P1.0P1.7P1.7：P1P1口口8 8位双向位双向输入输出输入输出口线口线，完成数据的传送；，完成数据的传送； P2.0P2.0P2.7P2.7：P2P2口口8 8位双向位双向输入输出输入输出口线口线，完成数据的传送；，完成数据的

9、传送； P3.0P3.7：P3口口8位双向输入输出口线，完成数据的传送；位双向输入输出口线，完成数据的传送；ALEALE：地址锁存控制信号地址锁存控制信号 输出输出1/6 fosc1/6 fosc（晶体振荡器振荡频率晶体振荡器振荡频率）的）的周期性连续脉冲周期性连续脉冲 信号信号/EA：访问程序存储器控制信号。：访问程序存储器控制信号。 当当/EA保持低电平时保持低电平时,则单片机只访问外部程序存储器；则单片机只访问外部程序存储器； 当当/EA保持高电平时，则单片机先访问内部程序存储器，保持高电平时，则单片机先访问内部程序存储器， 后访问外部程序存储器。后访问外部程序存储器。RST：复位信号，

10、高电平有效。但有效的高电平信号必须维持：复位信号，高电平有效。但有效的高电平信号必须维持 两个机器周期以上，用以完成单片机复位初始化操作。两个机器周期以上，用以完成单片机复位初始化操作。 XTAL1XTAL1和和XTAL2XTAL2：外接晶体引线端外接晶体引线端 当使用芯片内部时钟时，用于外接石英当使用芯片内部时钟时，用于外接石英晶体晶体 和微调电容；和微调电容； VSS: VSS: 地线地线 VCC: +5VVCC: +5V电源电源 2 2）信号引脚的）信号引脚的第第二二功能功能 P3口口线的第二功能：见口口线的第二功能：见P3口口线第二功能表口口线第二功能表注意：注意： 引脚第一功能与第二

11、功能的实现是单片机在不同工作方式引脚第一功能与第二功能的实现是单片机在不同工作方式下完成的，因此，不会发生使用上的矛盾；下完成的，因此，不会发生使用上的矛盾； 对于对于P3口口线口口线, 在实际使用时应优先考虑其第二功能。在实际使用时应优先考虑其第二功能。P3P3口口线第二功能表口口线第二功能表P3P3口口线口口线第二功能第二功能信号名称信号名称P3.0P3.0 RXDRXD 串行数据接收串行数据接收 输入输入 P3.1P3.1 TXDTXD 串行数据发送串行数据发送 输出输出 P3.2P3.2 /INT0/INT0 外部中断外部中断0 0申请申请 输入输入 P3.3P3.3 /INT1/IN

12、T1 外部中断外部中断1 1申请申请 输入输入 P3.4P3.4 T0T0 T/C0T/C0计数输入计数输入 输入输入 P3.5P3.5 T1T1 T/C1T/C1计数输入计数输入 输入输入 P3.6P3.6 /WR/WR 外部外部RAMRAM写选通写选通 输出输出 P3.7P3.7 /RD/RD 外部外部RAMRAM读选通读选通 输出输出 8 80C518 80C51单片机的存储器体系结构单片机的存储器体系结构MCS-51MCS-51的存储器配置在物理结构上有四个存储器空间：的存储器配置在物理结构上有四个存储器空间：（1 1）、片内程序存储器；）、片内程序存储器； （2 2）、片外程序存储器

13、；）、片外程序存储器；（3 3）、片内数据存储器；）、片内数据存储器； （4 4）、片外数据存储器）、片外数据存储器FFFFHFFFFH1000H1000H外部外部ROMROM0FFFH0FFFH内部内部ROMROMEA = 1EA = 1外部外部ROMROMEA = 0EA = 0工作工作寄存器寄存器0 03 3组组位寻址区位寻址区RAMRAMSFRSFR20H20H30H30H80H80HFFHFFH外部外部RAMRAMFFFFHFFFFH MCS-51MCS-51的存储器配置在逻辑结构上有三个存储器地址空间：的存储器配置在逻辑结构上有三个存储器地址空间： （1 1）、片内外统一编址的）、

14、片内外统一编址的64K64K字节的程序存储器空间字节的程序存储器空间，地址范，地址范 围（围（0000H0000HFFFFHFFFFH）；）； （2 2）、片内）、片内256256字节的数据存储器地址空间字节的数据存储器地址空间，地址范围，地址范围 （00H00HFFHFFH）；）； （3 3）、片外）、片外64K64K字节的数据存储器地址空间字节的数据存储器地址空间，地址范围，地址范围 （0000H0000HFFFFHFFFFH）。）。 片内片内256256字节的数据存储器地址空间字节的数据存储器地址空间又可以分为三个部分：又可以分为三个部分： （1 1）、内部数据存储器）、内部数据存储器，

15、地址范围（，地址范围（00H00H7FH7FH）；）； （2 2）、特殊功能寄存器（）、特殊功能寄存器（SFRSFR），地址范围（，地址范围（80H80HFFHFFH）；）； （3 3）、位地址空间）、位地址空间，地址范围（，地址范围（00H00HFFHFFH）。）。 80C5180C51单片机内部单片机内部RAMRAM位寻址区的位地址位寻址区的位地址单元单元地址地址MSB MSB 位地址位地址 LSB LSB 2FH2FH2EH2EH2DH2DH2CH2CH2BH2BH2AH2AH29H29H28H28H27H27H26H26H25H25H24H24H23H23H22H22H21H21H20

16、H20H7FH7FH77H77H6FH6FH67H67H5FH5FH57H57H4FH4FH47H47H3FH3FH37H37H2FH2FH27H27H1FH1FH17H17H0FH0FH07H07H7EH7EH76H76H6EH6EH66H66H5EH5EH56H56H4EH4EH46H46H3EH3EH36H36H2EH2EH26H26H1EH1EH16H16H0EH0EH06H06H7DH7DH75H75H6DH6DH65H65H5DH5DH55H55H4DH4DH45H45H3DH3DH35H35H2DH2DH25H25H1DH1DH15H15H0DH0DH05H05H7CH7CH74

17、H74H6CH6CH64H64H5CH5CH54H54H4CH4CH44H44H3CH3CH34H34H2CH2CH24H24H1CH1CH14H14H0CH0CH04H04H7BH7BH73H73H6BH6BH63H63H5BH5BH53H53H4BH4BH43H43H3BH3BH33H33H2BH2BH23H23H1BH1BH13H13H0BH0BH03H03H7AH7AH72H72H6AH6AH62H62H5AH5AH52H52H4AH4AH42H42H3AH3AH32H32H2AH2AH22H22H1AH1AH12H12H0AH0AH02H02H79H79H71H71H69H69H61

18、H61H59H59H51H51H49H49H41H41H39H39H31H31H29H29H21H21H19H19H11H11H09H09H01H01H78H78H70H70H68H68H60H60H58H58H50H50H48H48H40H40H38H38H30H30H28H28H20H20H18H18H10H10H08H08H00H00H符号符号单元地址单元地址名称名称位地址位地址符号符号地址地址* * ACCACCE0HE0H累加器累加器ACC.7ACC.7ACC.0ACC.0E7HE7HE0HE0H* * B BF0HF0HB B寄存器寄存器B.7B.7B.0B.0F7HF7HF0HF

19、0H* * PSWPSWD0HD0H程序状态字程序状态字PSW.7PSW.7PSW.0PSW.0D7HD7HD0HD0H SP SP81H81H堆栈指针堆栈指针 DPL DPL82H82H数据指针数据指针( (低低8 8位位) ) DPH DPH83H83H数据指针数据指针( (高高8 8位位) )* * IEIEA8HA8H中断允许控制寄存器中断允许控制寄存器IE.7IE.7IE.0IE.0AFHAFHA8HA8H* * IPIPB8HB8H中断优先控制寄存器中断优先控制寄存器IP.7IP.7IP.0IP.0BFHBFHB8HB8H* * P0P080H80HI/OI/O口口0 0P0.7P

20、0.7P0.0P0.087H87H80H80H* * P1P190H90HI/OI/O口口1 1P1.7P1.7P1.0P1.097H97H90H90H* * P2P2A0HA0HI/OI/O口口2 2P2.7P2.7P2.0P2.0A7HA7HA0HA0H* * P3P3B0HB0HI/OI/O口口3 3P3.7P3.7P3.0P3.0B7HB7HB0HB0H PCON PCON87H87H电源控制寄存器电源控制寄存器* * SCONSCON98H98H串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCON.7SCON.7SCON.0SCON.09FH9FH98H98H SBUF SBUF99H99H串行

21、数据缓冲器串行数据缓冲器* * TCONTCON88H88H定时控制寄存器定时控制寄存器TCON.7TCON.7TCON.0TCON.08FH8FH88H88H TMOD TMOD89H89H定时器方式选择寄存器定时器方式选择寄存器 TL0 TL08AH8AH定时器定时器0 0低低8 8位位 TL1 TL18BH8BH定时器定时器1 1低低8 8位位 TH0 TH08CH8CH定时器定时器0 0高高8 8位位 TH1 TH18DH8DH定时器定时器1 1高高8 8位位80C5180C51单片机专用寄存器一览表单片机专用寄存器一览表9 9 程序存储器程序存储器 80C51 80C51单片机单片机

22、片内有片内有4KB4KB的的ROMROM存储单元存储单元，简称内部程序存储，简称内部程序存储器地址范围器地址范围（0000H0000H0FFFH0FFFH），当），当内部程序存储器单元不够使内部程序存储器单元不够使用时，可在用时，可在80C5180C51单片机的外部扩展单片机的外部扩展程序存储器，程序存储器，扩展的扩展的程序存程序存储器简称外部程序存储器，地址范围储器简称外部程序存储器，地址范围（1000H1000HFFFFHFFFFH）。）。 在程序存储器中有些特殊单元，使用时应注意：在程序存储器中有些特殊单元，使用时应注意： 第一组：第一组：0000H0000H0002H0002H，是系统

23、的启动单元，系统上电或复，是系统的启动单元，系统上电或复位后位后, ,（PCPC）= 0000H= 0000H，即单片机从，即单片机从0000H0000H单元开始取指令执行，单元开始取指令执行，如果主程序不从如果主程序不从0000H0000H单元开始，应在此三单元中存放一条无条单元开始，应在此三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主程序。件转移指令，以便直接转去执行指定的主程序。 第二组：第二组：0003H0003H002AH002AH，共，共4040个单元，均匀分为五段，作为个单元，均匀分为五段，作为五个中断源中断地址区。五个中断源中断地址区。 0003H0003H000AH

24、000AH：外部中断：外部中断0 0中断地址区中断地址区 000BH000BH0012H0012H：定时器：定时器/ /计数器计数器0 0中断地址区中断地址区 0013H0013H001AH001AH：外部中断：外部中断1 1中断地址区中断地址区 001BH001BH0022H0022H：定时器：定时器/ /计数器计数器1 1中断地址区中断地址区 0023H0023H002AH002AH：串行中断地址区：串行中断地址区 一般来说，在上述各中断地址区，应存放中断服务程序，一般来说，在上述各中断地址区，应存放中断服务程序，MCS-51MCS-51单片机在响应中断后，应按中断种类，自动转到各中断单片

25、机在响应中断后，应按中断种类，自动转到各中断区的中断服务程序的首地址去执行中断服务程序，但在通常情区的中断服务程序的首地址去执行中断服务程序，但在通常情况下，况下，8 8个单元难以存下一个完整的中断服务程序。因此，通常个单元难以存下一个完整的中断服务程序。因此，通常只在上述中断地址区首地址开始存放一条无条件转移指令，以只在上述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去。入口地址去。 10 80C5110 80C51单片机的并行单片机的并行I/OI/O口口 口：是一种由各种电

26、路形式组成的一个复杂的电路结构，它口：是一种由各种电路形式组成的一个复杂的电路结构，它可以完成芯片所要求的功能。可以完成芯片所要求的功能。 MCS-51MCS-51单片机具有单片机具有4 4个双向的个双向的8 8位并行位并行I/OI/O口：口：P0P0P3P3，它们具，它们具有系统规定的字节地址，有系统规定的字节地址，每个口都包含一个锁存器、一个输出每个口都包含一个锁存器、一个输出驱动器和输入缓冲器。每个口驱动器和输入缓冲器。每个口均有一个均有一个8 8位锁存器位锁存器，在上电复位在上电复位后初态为全后初态为全“1”1”，使，使P0P0P3P3口均处于输入状态。口均处于输入状态。 这些口在结构

27、和特性上是基本相同的，但又各具特点。这些口在结构和特性上是基本相同的，但又各具特点。P0P0口口 P0 P0口的字节地址口的字节地址80H80H，位地址，位地址808087H87H，口的各位口线具有完，口的各位口线具有完全相同但又相互独立的逻辑电路。全相同但又相互独立的逻辑电路。VCC地地址址/ /数数据据控控制制锁锁存存器器P0.XDCPQQMUXV1V2P0.X引引脚脚读读锁锁存存器器写写锁锁存存器器内内部部总总线线读读引引脚脚&1 PO PO口的结构口的结构 a a）、一个数据输出锁存器。）、一个数据输出锁存器。 b b）、两个三态数据输入缓冲器。）、两个三态数据输入缓冲器。 c

28、 c）、数据输出驱动电路：一对）、数据输出驱动电路：一对FETFET（场效应管）。（场效应管）。 d d）、控制电路：一个与门，一个反相器，）、控制电路：一个与门，一个反相器，1 1路多路开关路多路开关MUXMUX。 注意：注意：P0口作为一般口作为一般I/O使用时，要求上拉电阻。使用时，要求上拉电阻。 P1 P1口的字节地址口的字节地址90H90H，位地址，位地址909097H97H，口的各位口线具有完，口的各位口线具有完全相同但又相互独立的逻辑电路。全相同但又相互独立的逻辑电路。P1口口VCC锁锁存存器器P1.XDCPQQP1.X引引脚脚读读锁锁存存器器写写锁锁存存器器内内部部总总线线读读

29、引引脚脚内内部部上上拉拉电电阻阻 P2口口 P2 P2口的字节地址口的字节地址A0HA0H，位地址，位地址A0A0A7HA7H，口的各位口线具有完，口的各位口线具有完全相同但又相互独立的逻辑电路。全相同但又相互独立的逻辑电路。锁锁存存器器P2.XDCPQQ读读锁锁存存器器写写锁锁存存器器内内部部总总线线读读引引脚脚VCCP2.X引引脚脚内内部部上上拉拉电电阻阻1地地址址 控控制制MUXP3口口 P3 P3口的字节地址口的字节地址B0HB0H，位地址，位地址B0B0B7HB7H，口的各位口线具有完，口的各位口线具有完全相同但又相互独立的逻辑电路。全相同但又相互独立的逻辑电路。锁锁存存器器P3.X

30、DCPQQ读读锁锁存存器器写写锁锁存存器器内内部部总总线线读读引引脚脚VCCP3.X引引脚脚内内部部上上拉拉电电阻阻&第第二二输输出出功功能能第第二二输输入入功功能能11 11 时钟电路时钟电路（1 1）时钟信号的产生）时钟信号的产生1XTAL1XTAL2C1C2晶晶振振8051至至内内部部时时钟钟电电路路( (振振荡荡信信号号) )M MC CS S- -5 51 1单单片片机机的的振振荡荡电电路路 电路组成：电路组成：石英晶体石英晶体：（：（1.2MHz1.2MHz12MHz12MHz40MHz40MHz） 微调电容：微调电容：一般一般取值取值30pF30pF左右左右 注意：单片机

31、振荡电路产生的脉冲信号称振荡信号，它的注意：单片机振荡电路产生的脉冲信号称振荡信号，它的 频率等于频率等于石英晶体石英晶体的振荡频率（的振荡频率（f foscosc）, ,简称晶振频简称晶振频 率，振荡脉冲信号还不是单片机工作所需的时钟信率，振荡脉冲信号还不是单片机工作所需的时钟信 号，时钟信号必须由振荡脉冲信号经单片机片内时号，时钟信号必须由振荡脉冲信号经单片机片内时 钟电路的处理后才能产生。钟电路的处理后才能产生。 MCS-51MCS-51单片机的时钟电路框图单片机的时钟电路框图 注意：注意：1 1）时钟脉冲信号的频率等于）时钟脉冲信号的频率等于1/2 f1/2 foscosc； 2 2）ALEALE引脚上脉冲信号的频率等于引脚上脉冲信号的频率等于1/6 f1/6 foscosc； 3 3）机器周期脉冲信号的频率等于）机器周期脉冲信号的频率等于1/12 f1/12 foscosc。12 12 复位电路复位电路（1 1）复位操作）复位操作 复位操作的目的：复位操作的目的： a a）、完成单片机的初始化）、完成单片机的初始化, ,即把即把PCPC初始化为初始化为0000H0000H，使单片机，使单片机从从0000H0000H单元开始执行程序；单元开始执行程序； b b）、当由于程序运行出错或操作