单片机C语言应用与开发()

1、51单片机C语言应用与开发第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识n单片机的全称是单片微型计算机(SCM ,Single Chip Microcomputer)。是一种将中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、I/O接口电路、定时/计数器、串行通信接口及中断系统等部件集成到一块硅芯片上而构成的相对完整的微型计算机系统。n单片机主要应用于控制领域，因而准确反映单片机本质的称谓应该是微控制器MCU（Micro Controller Unit），MCU是单片机领域公认的、最终统一的名词。 n本章主要从应用的角度介绍单片机

2、的基本结构、存储器组织和最小系统的基本组成等相关知识，为后面利用单片机开发相关应用系统打下一定的基础。n本章重点本章重点u单片机的硬件组成u单片机多功能I/O口的引脚功能u单片机的体系结构及存储器组织uC51程序设计语言中，根据数据存储器的访问速度和使用频率，将数据存储器划分的四个存储区域u单片机复位的概念、过程和作用u单片机最小系统的组成和典型电路第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识n本章难点本章难点uMCS-51系列单片机P0、P2口作总线口使用时的特点的工作时序uMCS-51系列单片机P3口的第二功能及用法u单片机的体系结构及存储器组织n本章各章节安排本章各章节安排u

3、1.1 MCS-51系列单片机的基本结构u1.2 8051单片机的存储器组织u1.3 单片机最小系统第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识l1. 1 MCS-51单片机的基本结构单片机的基本结构nMCS-51系列单片机基于简单的嵌入式控制系统结构，广泛应用于从军事到自动控制再到 PC 机键盘等各种应用系统上，是我国目前应用最广泛的单片机系列。 第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识l1.1.1 MCS-51单片机的硬件组成及内部结构单片机的硬件组成及内部结构nMCS-51单片机的硬件组成单片机的硬件组成u 1个8位的CPU，用于进行运算和控制u 1个片内的振

4、荡器及时钟电路u 32个I/O口（4组8位端口），可单独寻址u 2个16位定时计数器u 1个全双工串行通信口u 5个中断源，两级中断优先级嵌套u 128字节内置 RAM，可用作寄存器和数据缓冲器u 4K字节的内置程序存储器ROM（不同型号单片机的内置ROM大小可能不同）u 可独立寻址64K外部数据存储器和64K外部程序存储器的控制电路 第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识l1.1.1 MCS-51单片机的硬件组成及内部结构单片机的硬件组成及内部结构nMCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构 图图1-1 MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构第第1章章 MCS-51

5、单片机的基础知识单片机的基础知识l1.1.2 MCS-51单片机的引脚功能单片机的引脚功能 图图1-2 8051单片机的引脚单片机的引脚 第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识l1.1.2 MCS-51单片机的引脚功能单片机的引脚功能n主电源引脚主电源引脚u Vcc（40脚）：接电源，一般为+5V电源u Vss（20脚）：接电源地n外接晶体或外部振荡器引脚外接晶体或外部振荡器引脚 u XTAL1（19脚）：接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端。当采用外部振荡器时，此引脚应接地。u XTAL2（18脚）：接外部晶振的另一个引脚。在片内接至反相放大器的输

6、出端和内部时钟电路的输入端。当采用外部振荡器时，此脚接外部振荡器的输出端。第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识l1.1.2 MCS-51单片机的引脚功能单片机的引脚功能n控制信号线控制信号线 uRST/VPD（9脚）：复位信号输入端，复位/掉电时内部RAM的备用电源输入端。uALE/ （30脚）：地址锁存允许/编程脉冲输入。对片内EPROM编程时，编程脉冲由此脚输入。u （29脚）：外部程序存储器读选通信号。u /VPP（31脚）：访问外部存储器允许/编程电压输入。接高电平时，访问内部存储器；低电平时，访问外部存储器。对片内EPROM编程时，此脚接21V编程电压。第第1章章

7、 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识PROGPSENEAl1.1.2 MCS-51单片机的引脚功能单片机的引脚功能n多功能多功能I/O 口口u P0 口（3239脚） 双向口（三态），既可当作通用输入/输出口，也可当作总线使用。用作通用输入/输出口时，可驱动8个LSTTL门电路；用作总线时，作为分时复用的地址/数据总线口，对外部程序或数据存储器进行寻址和读写数据：单片机先送低8位地址信号到P0口，然后发地址锁存信号ALE，在ALE的下降沿将地址信号锁存到地址锁存器，最后，通过P0口完成数据的读写。整个数据的读写过程在单片机的控制下自动完成，不需软件参与。第第1章章 MCS-51单片机

8、的基础知识单片机的基础知识l1.1.2 MCS-51单片机的引脚功能单片机的引脚功能n多功能多功能I/O 口口u P1 口（18脚）准双向口（三态），可驱动4个LSTTL门电路。用作输入线时，P1口锁存器必须由单片机先写入“1”。P1口的每一位都可编程为输入或输出线。u P2 口（2128）准双向口（三态），可驱动4个LSTTL门电路。既可作为通用输入/输出口，也可作为总线使用。作总线使用时，为地址总线的高8位，与P0口一起组成16位地址总线，用于对外部存储器及接口电路进行寻址。第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识l1

9、.1.2 MCS-51单片机的引脚功能单片机的引脚功能n多功能多功能I/O 口口u P3口（1017脚）准双向口（三态），可驱动4个LSTTL门电路。双功能口，作为第一功能使用时，与P1口一样；作为第二功能使用时，每一位都有特殊的用途，其特殊用途如表1-1所示。第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识l1.1.2 MCS-51单片机的引脚功能单片机的引脚功能n多功能多功能I/O 口口uP3口的第二功能端口引脚第二功能注 释P3.0RXD串行口数据接收端P3.1TXD串行口数据发送端P3.2/INT0外中断请求0P3.3/INT1外中断请求1P3.4T0定时/计数器0外部计数信号

10、输入P3.5T1定时/计数器1外部计数信号输入P3.6/WR外部RAM写选通信号输出P3.7/RD外部存储器读选通信号输出l1.1.3 MCS-51单片机的单片机的CPU 由8位运算器（算术/逻辑运算部件）ALU、布尔处理器、定时/控制部件和若干寄存器等主要部件组成。 n算术算术/逻辑运算部件逻辑运算部件ALU u由1个加法器、2个8位暂存器（TMP1和TMP2，对用户不开放）和1个功能强大的布尔处理器组成。u布尔处理机是单片机CPU中一个独立的位处理机，用于完成位运算。 n定时控制部件定时控制部件 u由定时控制逻辑、指令寄存器IR和一个由反向放大器构成的振荡器OSC等电路组成。 第第1章章

11、MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识l1.1.3 MCS-51单片机的单片机的CPUn专用寄存器组专用寄存器组(特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFR)专用于专用于控制、选择、管理、存放单片机内部各部分的工作方式、条件、状态、结果的寄存器。l不同的SFR管理不同的硬件模块，负责不同的功能各司其职l换言之：要让单片机实现预定的功能，必须有相应的硬件和软件，而软件中最重要的一项工作就是对SFR写命令（要求）。 第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识标识符号地址寄存器名称ACC0E0H累加器B0F0HB寄存器PSW0D0H程序状态字SP81H堆栈指针DPTR82H、83H数据指

12、针(16位)含DPL和DPHIE0A8H中断允许控制寄存器IP0B8H中断优先控制寄存器P080HI/O口0寄存器P190HI/O口1寄存器P20A0HI/O口2寄存器标识符号地址寄存器名称P30B0HI/O口3寄存器PCON87H电源控制及波特率选择寄存器SCON98H串行口控制寄存器SBUF99H串行数据缓冲寄存器TCON88H定时控制寄存器TMOD89H定时器方式选择寄存器TL08AH定时器0低8位TH08CH定时器0高8位TL18BH定时器1低8位TH18DH定时器1高8位l1.1.3 MCS-51单片机的单片机的CPUn专用寄存器组专用寄存器组 包括累加器A、程序指针计数器PC、程序

13、状态字寄存器PSW、堆栈指针寄存器SP、数据指针寄存器DPTR和通用寄存器B等。用来指示当前要执行指令的内在地址、存放操作数和指示指令执行后的状态等。u累加器累加器A p最常用的一个8位专用寄存器，专门用来存放操作数或运算结果 ，记作ACC。u通用寄存器通用寄存器B p专为乘法和除法而指令设置的寄存器，8位寄存器。执行乘法或除法指令前用来存放乘数或除数，运算完成后用于存放乘积和高8位或除法的余数。 第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识l1.1.3 MCS-51单片机的单片机的CPUn专用寄存器组专用寄存器组u程序指针计

14、数器程序指针计数器PC p16位程序地址寄存器，用来存放下一条将要执行指令的首地址。u程序状态字程序状态字PSW p8位标志寄存器，用来存储指令执行后的有关状态，其各标志位的定义为： PSW7PSW6PSW5PSW4PSW3PSW2PSW1PSW0CYACF0RS1RS0OVPl1.1.3 MCS-51单片机的单片机的CPUn专用寄存器组专用寄存器组u数据指针寄存器数据指针寄存器DPTR p16位专用寄存器，主要用于访问单片机外部数据存储器或扩展的I/O口，也可以用来访问片内或片外程序存储器中的表格数据。DPTR由DPH、DPL两个8位专用寄存器拼装而成。u堆栈指针寄存器堆栈指针寄存器SPp8

15、位寄存器。复位时，（SP）=07H。汇编语言中，可以通过MOV指令对SP赋值；而在C51程序设计语言中，堆栈指针寄存器SP可以做为一个变量，通过赋值语句对其进行赋值。 第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识l1.2 MCS-51单片机的存储器组织单片机的存储器组织l1.2.1 存储器组织存储器组织n与典型微型计算机的冯.诺依曼体系结构不同， MCS-51单片机的存储系统采用哈佛体系结构，其存储器由逻辑上和物理上都完全分开、各自独立的程序存储器和数据存储器组成，通过不同的地址指针、寻址方式和控制信号进行寻址。n从物理结构上看存在4个相互独立的存储器空间；从逻辑上看，存在三个不同

16、的存储空间。nMCS-51单片机的存储器结构如图1-3所示。 第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识l1.2.1 存储器组织存储器组织 图图1-3 8051的存储器结构的存储器结构 第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识l1.2.1 存储器组织存储器组织n程序存储器程序存储器u物理上的两个独立的存储空间，逻辑上为一个统一的存储空间。u用来存放可执行程序，也称为代码段。 u地址指针PC是一个16位的寄存器，可寻址的地址空间为64K字节。u如果要让单片机执行片内ROM/EPROM中的程序，必须将单片机的EA引脚接高电平。u单片机读取片外程序存储器中的指令时，以P

17、C的内容作为地址，以PSEN作为控制信号。 第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识l1.2.1 存储器组织存储器组织n数据存储器数据存储器u无论在物理上还是逻辑上，都是两个独立的存储空间。u一个为内部数据存储器，汇编语言中用MOV指令访问，访问速度快；另一个为外部数据存储器，汇编语言中访用MOVX指令访问，访问速度慢。 u在单片机C51程序设计语言中，根据存储器的访问速度和使用情况，将数据存储器划分为DATA区、BDATA区、IDATA区、XDATA区等四个不同的存储区域。第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识l1.2.1 存储器组织存储器组织n数据存储器数

18、据存储器uDATA区区p8051单片机内128字节的内部RAM或8052单片机内前128字节的内部RAM。p主要用来存放频繁使用的变量或局部变量等临时数据，访问速度很快。pDATA区中还包含中两个子区：一个子区为四组寄存器组，每组包含八个寄存器，共32个寄存器；另外一个子区叫做位寻址区（BDATA区），有16个字节（共128位），每一位都可单独寻址，单独作为位变量使用。 第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识00H00H20H20H2FH2FH7FH7FH1FH1FH30H30H80H80HFFHFFH52子系列才有子系列才有的的RAM区区普通普通RAM区区位寻址区位寻址区工

19、作寄存器区工作寄存器区27H22H21H20H26H24H25H23H28H2FH单元地址单元地址07 06 05 04 03 02 01 000F 0E 0D 0C 0B 0A 09 0817 16 15 14 13 12 11 101F 1E 1D 1C 1B 1A 19 1827 26 25 24 23 22 21 202F 2E 2D 2C 2B 2A 29 2837 36 35 34 33 32 31 303F 3E 3D 3C 3B 3A 39 3847 46 45 44 43 42 41 407F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78位地址位地址总共总共128个可个可按位按位

20、寻址寻址的位的位l片内RAM中有128个可按位寻址的位。 位地址:00H7FH 分布在:20H2FH单元l1.2.1 存储器组织存储器组织n数据存储器数据存储器uIDATA区区pMCS-51系列的一些单片机如8052，附加有128字节的内部RAM，位于从0 x80开始的地址空间。p地址和特殊功能寄存器的地址重叠，只能通过间接寻址来访问。p访问IDATA区的速度比访问DATA区慢，但比后面介绍的XDATA区快。 第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识l1.2.1 存储器组织存储器组织n数据存储器数据存储器uXDATA区区 p外部数据区。8051单片机的最后一个存储空间，最大64

21、KB，用16位地址寻址。p包括外部RAM（如SRAM）或一些需要通过总线接口的外围器件。 p访问XDATA区时，必须先对DPTR初始化，访问速度最慢。p使用XDATA区中的数据前，必须先用指令将它们移动到DATA区或IDATA区，当数据处理完之后，再将结果返回到XDATA区。 第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识存储器配置（片内RAM）l89C51片内RAM 128字节（00H7FH）l89C52片内RAM 256字节（00H0FFH）00H00H20H20H2FH2FH7FH7FH1FH1FH30H30H80H80HFFHFFH52子系列才有子系列才有的的RAM区区普通普

22、通RAM区区位寻址区位寻址区工作寄存器区工作寄存器区SFR分布在分布在80H-FFH其中其中92个位个位可位寻址可位寻址80H80HFFHFFH89C51 128128字节字节89C52 256256字节字节只能直接寻址只能直接寻址只能寄存器间接寻址只能寄存器间接寻址(P14)既可间接寻址既可间接寻址,又可直接寻址又可直接寻址l1.2.2 特殊功能寄存器特殊功能寄存器(SFR)nMCS-51系列单片机有21个SFR（8052有26个），用来管理单片机内部的各个功能部件。n特殊功能寄存器离散地分布在0 x800 xFF的地址范围内，有些反映相关逻辑部件的工作状态，有些则是相关功能单元的控制命令字

23、。n特殊功能寄存均可由单片机按字节地址访问，而其中一部分（凡是字节地址能被8整除）可按位寻址。n特殊功能寄存器的定义及功能见课本表1-2。第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识l1.3 单片机最小系统单片机最小系统n单片机最小系统是指使单片机能运行程序、正常工作的最简单电路系统，是保证单片正常启动、开始工作的必须电路，缺一不可。n单片机最小系统一般由单片机、程序存储器、时钟电路和复位电路组成。n由于8051单片机片内有4K的程序存储器，所以其最小系统除了单片机本身外，只需外接时钟电路与复位电路。 第第1章章 MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识l1.3.1 复位及复位电路复位及复位电路n8051单片机的复位单片机的复位u复位是使CPU和系统中其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。u8051单片机在RST输入端（第9脚）出现高电平时开始系统的复位和初始化。要实现系统的正常复位，此高电平至少应保持两个机器周期以上。u复位的内部操作使SP为0 x07，各端口（P0P3）为0 xFF，特殊功能寄存器为0。 uRST变低、复位结束后，从0 x0000开始执行程序。u8051单片机通电后并不运行ROM里的程序，只有正常复位后，才开始工作，