项目1 单片机控制的LED流水灯的设计和制

1、项目项目1 单片机控制的单片机控制的LED流水灯的设流水灯的设 计和制作计和制作 o任务任务1.1 初识单片机初识单片机 o任务任务1.2 了解单片机中的数制与码制了解单片机中的数制与码制 o任务任务1.3 学习学习MCS-51单片机的内部配置和引脚功能单片机的内部配置和引脚功能 o任务任务1.4 了解单片机的开发环境了解单片机的开发环境o任务任务1.5 学习单片机学习单片机C51编程编程o任务任务1.6 8位位LED流水灯的控制设计与仿真流水灯的控制设计与仿真 下一页o 任务任务1.1 初识单片机初识单片机1.1.1 什么是单片机什么是单片机1.1.2 单片机的应用形式单片机的应用形式1.1

2、.3 单片机的发展历程单片机的发展历程1.1.4 单片机的主要产品种类单片机的主要产品种类1.1.5 单片机的应用领域单片机的应用领域上一页 下一页返回1.1.1 什么是单片机什么是单片机(原来的叫法原来的叫法SCM）嵌入式微控制器（嵌入式微控制器（Micro Controller Unit，MCU）上一页 下一页返回1.1.2 单片机的应用形式单片机的应用形式 单片机只是一个单独的集成芯片，我们日常见到的交通信号灯单片机只是一个单独的集成芯片，我们日常见到的交通信号灯控制、控制、LED汉字、图形广告屏、电梯控制等电子系统常把单片机作汉字、图形广告屏、电梯控制等电子系统常把单片机作为核心控制芯

3、片。在实际应用中，需要把单片机和外部器件或被控为核心控制芯片。在实际应用中，需要把单片机和外部器件或被控对象进行电气连接，构成一个单片机应用系统，并最终做成一块对象进行电气连接，构成一个单片机应用系统，并最终做成一块PCB板（印刷电路板）。板（印刷电路板）。 看几个例子：上一页 下一页返回上一页 下一页返回上一页 下一页返回上一页 下一页返回1.1.3 单片机的发展历程单片机的发展历程o如果将如果将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段：可分为以下几个阶段：o第一阶段（第一阶段（1976-1978）:单片机芯片化探索

4、阶段。以单片机芯片化探索阶段。以Intel公司的公司的MCS48为代表。为代表。MCS48推出的是在工业控制领域的推出的是在工业控制领域的探索，参与这一探索阶段的还有探索，参与这一探索阶段的还有Motorola、Zilog和和Ti等大公等大公司，它们都取得了满意的探索效果。这就是司，它们都取得了满意的探索效果。这就是SCM（Single Chip Microcomputer）的诞生年代，单片机一词即由此而）的诞生年代，单片机一词即由此而来。这一时期的特点是：来。这一时期的特点是： o1）嵌入式计算机系统的芯片集成设计；）嵌入式计算机系统的芯片集成设计； o2）少资源、无软件，只保证基本控制功能

5、。）少资源、无软件，只保证基本控制功能。 上一页 下一页返回第二阶段（第二阶段（1978-1982）：单片机的完善阶段。）：单片机的完善阶段。Intel公司在公司在MCS48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS51。它。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。 1）完善的外部总线。）完善的外部总线。MCS-51设置了经典的设置了经典的8位单片机的总线位单片机的总线结构，包括结构，包括8位数据总线、位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有多机通位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串

6、行通信接口。信功能的串行通信接口。 2） CPU外围功能单元的集中管理模式。外围功能单元的集中管理模式。 3）体现工控特性的位地址空间及位操作方式。）体现工控特性的位地址空间及位操作方式。 4）指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的）指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。指令。 上一页 下一页返回o 第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着MCS51

7、系列的广泛应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A-D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制器的特征。上一页 下一页返回o第四阶段（1990-）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面、深入地发展和应用，尤其是随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机

8、的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。高端的32位Soc单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。 上一页 下一页返回o目前，单片机正在向微型化、低功耗、大容量、高性能、低价格、目前，单片机正在向微型化、低功耗、大容量、高性能、低价格、高集成度、多资源、网络化、专用型方向发展，主要表现出几大高集成度、多资源、网络化、专用型方向发展，主要表现出几大趋势：趋势：o1）采用多核）采用多核CPU提高处理能力。提高处理能力。o2）加大存储容量，采用新型存储器方便用户擦写程序及数据，加）加大存储容量，

9、采用新型存储器方便用户擦写程序及数据，加强程序的保密措施。强程序的保密措施。o3）单片机内部所集成的部件越来越多，和模拟电路结合越来越紧）单片机内部所集成的部件越来越多，和模拟电路结合越来越紧密，使其应用水平不断提高。如密，使其应用水平不断提高。如NS（美国国家半导体）公司的单（美国国家半导体）公司的单片机已把语音、图像部件也集成到单片机中。片机已把语音、图像部件也集成到单片机中。o4）通信和联网功能不断加强。）通信和联网功能不断加强。o5）集成度不断提高，功耗越来越低，电源电压范围加宽。）集成度不断提高，功耗越来越低，电源电压范围加宽。上一页 下一页返回o单片机系统已经不再只在裸机环境下开发

10、和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，单片机还会不断产生新的变化和进步，最终人们可能发现，单片机与微机系统之间的距离越来越小，甚至难以辨认。o 1.1.4 单片机的主要产品种类o1单片机的分类 单片机作为计算机发展的一个重要分支领域，根据目前发展情况，从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型、工控型/家电型及复杂指令集/精简指令集类型。 上一页 下一页返回o2单片机的主要产品及特点 自单片机诞生以来，其产品

11、得到了迅猛的发展，形成了多公司、多系列、多型号的局面，但目前使用最多的仍是8位单片机，而在8位单片机中，最具典型意义的当属Intel公司的MCS-51系列单片机。MCS-51以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“名机”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。20世纪80年代中期后，Intel公司以专利转让的形式将MCS-51的内核卖给了ATMEL、PHILIPS等公司，后者生产与MCS-51兼容，使用MCS-51指令系统的单片机，我们把这些公司生产的与MCS-51兼容的单片机统称为51系列。一直到现在51系列单片机仍是应用的主

12、流产品，具有基础和典型意义， o1Intel公司MCS-51系列单片机 MCS-51是指由美国Intel公司生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括很多品种，其中8051是最早、最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的。oMCS-51系列单片机分为两大子系列，即51子系列与52子系列。o51子系列：基本型，根据片内ROM的配置，对应的芯片为8031、8051、8751。o52子系列：增强型，根据片内ROM的配置，对应的芯片为8032、8052、8752。上一页 下一页返回o289系列单片机 89系列单片机与MCS-51系列单片机指令和引脚完全兼容，是

13、目前市场占有率第一的单片机，已成为用户的首选主流机型，其主要特征为采用了可反复电擦写的片内Flash程序存储器，能方便地实现单片系统、扩展系统、多机系统。市场上主要有美国Atmel公司的AT89系列单片机和荷兰Philips公司的P89系列单片机，两公司的产品类似。o（1）美国Atmel公司的AT89系列单片机是与MCS51系列单片机兼容的低功耗高性能8位Flash单片机。Atmel公司的AT89系列单片机有多种型号，但以AT89X51和AT89X52为代表。上一页 下一页返回oAT89S和AT89C相比新增加了以下功能：o支持在系统程序设计ISP，使生产及维护更方便;o增加了片内看门狗，使用

14、户的应用系统更坚固;o双数据指针DPTR0和DPDR2,方便了对外部RAM的访问方便;o速度更高，最高可使用33MHZ的晶振；o（2）荷兰Philips公司的P89系列单片机也是一种8位的Flash单片机，与Atmel的89系列产品类似。o3Motorola公司MC68HC系列单片机 MC68HC系列单片机是8位单片机，但是它与51系列单片机不兼容，程序指令也不相同。 o4Microchip（微芯）公司的PIC系列单片机 PIC单片机是由美国Microchip（微芯）公司推出的8位高性能单片机，该系列单片机是首先采用RISC结构的单片机系列。PIC的指令集只有35条指令，四种寻址方式。同时指令

15、集中的指令多为单字节指令。指令总线和数据总线分离，允许指令总线宽于数据总线，即指令线为14位，数据线为8位。PIC有的型号单片机只有8个引脚，为世界上最小的单片机。PIC单片机的主要特点是：精简了指令集，使得指令少，执行速度快。同时，功耗低，驱动能力强，有的型号还具有I2C和SPI串行口总线端口，有利于单片机串行总线扩充外围器件。 1.1.5 单片机的应用领域单片机的应用领域o由于单片机的种种优点和特性，其应用领域无所不至，无论是工由于单片机的种种优点和特性，其应用领域无所不至，无论是工业部门、民用部门和家用等领域，处处可以见到它的身影。主要业部门、民用部门和家用等领域，处处可以见到它的身影。

16、主要应用于以下几个方面：应用于以下几个方面：o1.在智能仪表中的应用在智能仪表中的应用o这是单片机应用最多、最活跃的领域之一。在各类仪器仪表中引这是单片机应用最多、最活跃的领域之一。在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化水平和精度，入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化水平和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高性价比。简化仪器仪表的硬件结构，提高性价比。o2.在工业方面的应用在工业方面的应用上一页 下一页返回o单片机广泛用于工业生产过程的自动控制、物理量的自动检测与处理、工业机器人、智能传感器、电机控制、数据传输等领域中。o3家用电器 现在的家用电器广泛采用了单片机

17、控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备等。o4网络和通信 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话、集群移动通信、无线电对讲机等。o5. 医用设备领域 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机、各种分析仪、监护仪、超声诊断设备及病床呼叫系统等等。上一页 下一页返回o6. 模块化系统模块化系统 某些专用单片机设计用于实现特定功能，从

18、而在各某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，音乐信号以数字的形式存于存储器中，由微如音乐集成单片机，音乐信号以数字的形式存于存储器中，由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号，类似于声卡。在大型电路控制器读出，转化为模拟音乐电信号，类似于声卡。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。坏、错误率，也方便于更换。o7汽车电子汽车电子 单片机在汽车电子中的应用非常

19、广泛，例如汽车中单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于的发动机控制器，基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器、总线的汽车发动机智能电子控制器、GPS导航系统、导航系统、ABS防抱死系统、制动系统、胎压检测等。防抱死系统、制动系统、胎压检测等。o此外，单片机在工商、金融、科研、教育、电力、通信、物流和此外，单片机在工商、金融、科研、教育、电力、通信、物流和国防航空航天等领域也都有着十分广泛的用途。国防航空航天等领域也都有着十分广泛的用途。上一页 下一页返回o任务任务1.2 学习单片机中的数制与码制学习单片机中的数制与码制o1.2.1 数制数制 o1. 十进制十进制 在

20、日常生活中，人们最常用的是十进位计数制，即按照在日常生活中，人们最常用的是十进位计数制，即按照逢十进一的原则进行计数的，简称十进制。逢十进一的原则进行计数的，简称十进制。o特点：基数为特点：基数为10，有，有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十个数十个数码，逢码，逢10进进1；各位的权为；各位的权为10i。以后缀。以后缀D（Decimal）或什么）或什么都不加表示十进制数。都不加表示十进制数。o2. 二进制二进制 特点：基数为特点：基数为2，有，有0，1两个数码，逢两个数码，逢2进进1；各位的；各位的权为权为2i 。以后缀。以后缀B（Binary）表示二进制数。）表示二进制数。o但由于二进

21、制数书写时位数太长，不方便阅读和记忆，因而人们但由于二进制数书写时位数太长，不方便阅读和记忆，因而人们在书写计算机的语言时多用十六进制。在书写计算机的语言时多用十六进制。o3. 十六进制十六进制 特点：基数为特点：基数为16，有，有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F十六个数码，其中十六个数码，其中AF相当于十进相当于十进制数的制数的1015，逢，逢16进进1.上一页 下一页返回o1.2.2 各种数制间的转换o1. J进制转换为十进制 方法：只需按权展开相加即可。o例如：110110B = 125 + 124 + 023 + 122 + 121 + 020 = 32+

22、16+0+4+2+0 = 54o2. 十进制转换为J进制 十进制转换为J进制时，必须将整数部分和小数部分分开转换。o整数部分的转换：把十进制的整数不断地除以所需要的基数J，直至商为零，所得余数依倒序排列，就能转换成以J进制数的整数部分，这种方法称为除基取余法。o小数部分的转换：将一个十进制小数转换成J进制小数时，可不断地将十进制小数部分乘以J，并取整数部分，直至小数部分为零或达到一定精度时为止，将所得整数依顺序排列，就可以得到J进制数的小数部分，这种方法称为乘基取整法。 o例如：115.375D = 1110011.011Bo116.84375D = 74.DBHo3. 二进制与十六进制数的相

23、互转换 由于二进制的基数是2，而十六进制的基数为16=24，4位二进制数正好对应一位十六进制数，其对应关系如表1-4所示，因此二者之间的转换十分方便。o十六进制数转换为二进制：把十六进制数中的每一位用4位二进制数表示即可。o二进制数转换为十六进制：以小数点为中心，整数部分从右向左，每4位二进制数对应为一位16进制数，整数部分不足4位高位加0；小数部分从左向右，每4位二进制数对应一位16进制数，小数部分不足4位低位加0。o例如：7A.8H = 0111 1010 . 1000 = 1111010.1Bo101011.011B = 0010 1011 . 0110 = 2B.6H o 1.2.3

24、计算机中数的表示计算机中数的表示o1. 机器数与真值机器数与真值o机器数是指机器中数的表示形式。它将数值连同符号位一起数机器数是指机器中数的表示形式。它将数值连同符号位一起数码化，表示成一定长度的二进制数，其长度通常为码化，表示成一定长度的二进制数，其长度通常为8的整数倍。的整数倍。机器数通常有两种：有符号数和无符号数。有符号数的最高位机器数通常有两种：有符号数和无符号数。有符号数的最高位为符号位，代表了数的正负，其余各位用于表示数值的大小；为符号位，代表了数的正负，其余各位用于表示数值的大小；无符号数的最高位不作符号位，所有各位都用来表示数值的大无符号数的最高位不作符号位，所有各位都用来表示

25、数值的大小。小。 o真值是指机器数所代表的实际正负数值。真值是指机器数所代表的实际正负数值。o有符号数的符号数码化的方法通常是将符号用有符号数的符号数码化的方法通常是将符号用“0正正1负负”的原的原则表示，并以二进制数的最高位作为符号位。则表示，并以二进制数的最高位作为符号位。 上一页 下一页返回o2. 有符号数的表示方法 o有符号数的表示方法有原码、反码和补码三种。以下均以长度为8位的二进制数表示有符号数。o（1）原码表示法o将8位二进制数的最高位（D7位）作为符号位（0正1负），其余七位D6D0表示数值的大小。o例如：X1 = +1011101B X1原 = 01011101Bo X1 =

26、 -1011101B X1原 = 11011101Bo有符号数的原码表示范围为127+127（FFH7FH），其中0的原码有两个00H和80H，分别是+0的原码和0的原码。原码表示简单，与真值转换方便，但进行加、减运算时电路实现较为繁杂。上一页 下一页返回o2）反码表示法）反码表示法o正数的反码与原码相同，但负数的反码其符号位不变，其余各正数的反码与原码相同，但负数的反码其符号位不变，其余各数值位按位取反。数值位按位取反。o例如：例如： X1 = +1011101B X1反反 = 01011101Bo X1 = -1011101B X1反反 = 10100010Bo +0的反码为的反码为 0

27、0000000B； 0的反码为的反码为 1 1111111 B； +127的反码为的反码为 0 1111111 B 127的反码为的反码为 1 0000000 Bo有符号数的反码表示的范围为有符号数的反码表示的范围为127+127，其中，其中0的反码的反码与原码类似，也有两个值。与原码类似，也有两个值。o（3）补码表示法）补码表示法上一页 下一页返回o正数的补码与原码相同，负数的补码等于其反码加正数的补码与原码相同，负数的补码等于其反码加1（即相应（即相应数值的原码按位取反，再加数值的原码按位取反，再加1）。）。o例如：例如： X1 = +1011101B X1补补 = 01011101Bo

28、X1 = -1011101B X1补补 = 10100011Bo有符号数补码表示的范围为有符号数补码表示的范围为128+127，其，其0的补码只有的补码只有一种表示，即一种表示，即+0 = 0 = 00000000。当有符号数用补码。当有符号数用补码表示时，可以把减法转换为加法进行计算。表示时，可以把减法转换为加法进行计算。o原码虽然简单、直观，但采用原码进行加减运算时，计算机的原码虽然简单、直观，但采用原码进行加减运算时，计算机的电路实现将比较复杂；如果采用补码，就可以把减法变成加法电路实现将比较复杂；如果采用补码，就可以把减法变成加法运算，省去了减法器，大大简化了硬件电路。运算，省去了减法

29、器，大大简化了硬件电路。o例如：例如： 25 12 = 25 + 【-12】补】补 = 13上一页 下一页返回o用二进制运算如下： 0 0 0 1 1 0 0 1o + ）1 1 1 1 0 1 0 0 o 1 0 0 0 0 1 1 0 1o因为在8位机中，最高位D7的进位已超出计算机字长的范围，所以会因溢出而自然丢失。由此可见，在不考虑最高位产生进位的情况下，作减法运算与补码相加的结果完全相同。对补码运算的结果仍为补码，（13）补 = 00001101B。 o1.2.4 常用二进制编码o1. BCD码（Binary Code Decimal）计算机内毫无例外地都使用二进制数进行运算，但日常

30、生活中，人们最熟悉的数制是十进制，因此专门规定了一种以二进制表示的十进制数码，称为BCD码，又称二十进制编码，它用四个二进制位来储存表示一个十进制的数码，使二进制和十进制之间的转换得以快捷的进行。因为4位二进制数共有24=16种组合状态，故可选其中十种编码来表示09十个数字，不同的选法对应不同的编码方案。o2. ASCII码 美国标准信息交换码简称ASCII（American Standard Code for Information Interchange）码，是由美国国家标准学会制定的标准的单字节字符编码方案，它最初是美国国家标准，用于表示在计算机中需要进行处理一些字母、符号等西文字符编码

31、，现已被国际标准化组织（International Organization for Standardization, ISO）定为国际标准，称为ISO 646标准。 o 任务任务1.3 学习学习MCS-51单片机的内部配置和引脚单片机的内部配置和引脚功能功能 o 1.3.1 MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构o 1.3.2 MCS-51单片机的引脚功能单片机的引脚功能o 1.3.3 MCS单片机的存储器结构单片机的存储器结构o 1.3.4 单片机最小系统的概念单片机最小系统的概念 上一页 下一页返回o 1.3.1 89S51单片机的内部结构单片机的内部结构o89S51的内部结构如图

32、所示，其基本组成部分包括：的内部结构如图所示，其基本组成部分包括：上一页 下一页返回l适于控制应用的适于控制应用的8位位CPU；l一个片内振荡器及时钟电路，最高工作频率可达一个片内振荡器及时钟电路，最高工作频率可达33MHz；l4KB Flash程序存储器；程序存储器；l128B内部数据存储器（内部内部数据存储器（内部RAM)；l可寻址可寻址64K外部数据存储器空间及外部数据存储器空间及64K程序存储器空间的控制电程序存储器空间的控制电路；路；l32根双向可按位寻址的根双向可按位寻址的I/O口线；口线；l1个全双工串行口；个全双工串行口；l2个个16位定时位定时/计数器；计数器；l5个中断源，

33、具有两个优先级；个中断源，具有两个优先级；l三总线（地址总线、数据总线、控制总线）。三总线（地址总线、数据总线、控制总线）。o若程序存储器带有若程序存储器带有4KB ROM/EPROM，即为，即为8051/8751；若若RAM/EPROM容量为容量为256B/8KB，则为，则为52子系列。子系列。上一页 下一页返回o 1.3.2 MCS-51单片机的引脚功能单片机的引脚功能o89S51单片机的封装共分为单片机的封装共分为PDIP、PLCC 及及PQFP三种形式，三种形式，常用为常用为PDIP封装方式。其引脚如所示。封装方式。其引脚如所示。上一页 下一页返回oPLCC :Plastic Lead

34、ed Chip CarrieroPQFP :Plastic Quad Flat Packageo89S51共共40个引脚，大致可分为四类：个引脚，大致可分为四类：o（1）电源引脚）电源引脚oVCC：电源端，：电源端，+5V。oVSS：接地端（：接地端（GND）。）。o（2）时钟电路引脚）时钟电路引脚oXTAL1：外接晶振输入端。：外接晶振输入端。oXTAL2：外接晶振输出端。：外接晶振输出端。o（3）I/O引脚引脚oP0.0P0.7/AD0AD7：一组：一组8位漏极开路型双向位漏极开路型双向I/O口，口，也是地址也是地址/数据总线复用口。作输入数据总线复用口。作输入/输出口用时，必须外接上拉输

35、出口用时，必须外接上拉电阻，它可驱动电阻，它可驱动8个个TTL门电路。当访问片外存储器时，用作地址门电路。当访问片外存储器时，用作地址/数据分时复用口线。数据分时复用口线。上一页 下一页返回oP1.0P1.7：一组内部带上拉电阻的：一组内部带上拉电阻的8位准双向位准双向I/O口，可驱口，可驱动动4个个TTL门电路。门电路。oP2.0P2.7/A8A15：一组内部带上拉电阻的：一组内部带上拉电阻的8位准双向位准双向I/O口，可驱动口，可驱动4个个TTL门电路。当访问片外存储器时，用作高门电路。当访问片外存储器时，用作高8位地址总线。位地址总线。oP3.0P3.7：一组内部带上拉电阻的：一组内部带

36、上拉电阻的8位准双向位准双向I/O口。口。出于芯片引脚数的限制，出于芯片引脚数的限制，P3端口每个引脚具有第二功能。端口每个引脚具有第二功能。（4）控制线引脚）控制线引脚oRESET/VPD：复位端：复位端/备用电源输入端。当备用电源输入端。当RESET端出现持端出现持续两个机器周期以上的高电平时，可实现复位操作。续两个机器周期以上的高电平时，可实现复位操作。VPD端可外端可外接备用电源，以便在接备用电源，以便在VCC掉电时向掉电时向RAM供电。供电。o /VPP ：片外程序存储器选择端：片外程序存储器选择端/ Flash存储器编程电源。存储器编程电源。若要访问外部程序存储器则若要访问外部程序

37、存储器则 端必须保持低电平。端必须保持低电平。VPP 端用于端用于Flash存储器编程时的编程允许电源存储器编程时的编程允许电源+12V输入端。输入端。 EAEA上一页 下一页返回o ALE/ ：地址锁存允许端：地址锁存允许端/编程脉冲输入端。编程脉冲输入端。当访问外部程序存储器或数据存储器时，当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉输出脉冲用于锁存冲用于锁存P0口分时送出的低口分时送出的低8位地址（下降沿有位地址（下降沿有效）。不访问外部存储器时，该端以时钟频率的效）。不访问外部存储器时，该端以时钟频率的1/6输出固定的正脉冲信号，可用作外部时钟。对内部输出固定的正脉冲信号，可用作外

38、部时钟。对内部Flash存储器编程期间，该引脚用于输入编程脉冲。存储器编程期间，该引脚用于输入编程脉冲。 o ：读片外程序存储器选通信号输出端。当：读片外程序存储器选通信号输出端。当89S51从外部程序存储器取指令时，该脚有效（上升从外部程序存储器取指令时，该脚有效（上升沿）。每个机器周期沿）。每个机器周期 均产生两次有效输出信号。均产生两次有效输出信号。PSENPROGPSEN上一页 下一页返回o 1.3.3 MCS-51单片机的存储器结构o89S51单片机的存储器配置在物理结构上有4个存储空间，如图所示。（a） 程序存储器地址分配程序存储器地址分配 （b）数据存储器地址分配）数据存储器地址

39、分配上一页 下一页返回o单片机的程序存储器一般用于存放编好的程序、表格和常数。单片机的程序存储器一般用于存放编好的程序、表格和常数。其中，单片机内部有其中，单片机内部有4KB的程序存储器，地址为的程序存储器，地址为0000H0FFFH。片外最多可扩展空间达。片外最多可扩展空间达64KB，地址为，地址为0000HFFFFH，片内与片外程序存储器的最大寻址范围为，片内与片外程序存储器的最大寻址范围为64K（即地址为（即地址为0000HFFFFH）。由于单片机的程序存储）。由于单片机的程序存储器采用片内、片外统一编址，则地址范围为器采用片内、片外统一编址，则地址范围为0000H0FFFH是在片内存储

40、器还是片外存储器，取决于单片机外围引脚是在片内存储器还是片外存储器，取决于单片机外围引脚EA的状态。如果的状态。如果EA接高电平（即接高电平（即EA=1），表示），表示0000H0FFFH在片内程序存储器中；如果在片内程序存储器中；如果EA接低电平接低电平（即（即EA=0），则表示），则表示0000H0FFFH在片外程序存储器中。在片外程序存储器中。上一页 下一页返回o一般来说，对于有内部程序存储器的单片机，应将引脚端一般来说，对于有内部程序存储器的单片机，应将引脚端EA接高电平，使程序从内部程序存储器开始执行。当程序超出内接高电平，使程序从内部程序存储器开始执行。当程序超出内部程序存储器的容

41、量时，自动转向外部程序存储器部程序存储器的容量时，自动转向外部程序存储器1000HFFFFH地址范围执行。地址范围执行。o89S51单片机执行程序时，是由程序计数器单片机执行程序时，是由程序计数器PC控制程序执行控制程序执行的顺序。的顺序。o单片机中的程序计数器单片机中的程序计数器PC（Program Counter）是一个）是一个16位的专用寄存器，用来存放即将执行的下一条指令所在的地位的专用寄存器，用来存放即将执行的下一条指令所在的地址。它具有自动加址。它具有自动加1的功能。当的功能。当CPU要取指令时，要取指令时，PC的内容送的内容送至地址总线上，从至地址总线上，从PC所指向的存储器地址

42、中取出指令，所指向的存储器地址中取出指令，PC内内容则自动加容则自动加1，指向下一条指令，以保证程序按顺序执行。，指向下一条指令，以保证程序按顺序执行。上一页 下一页返回o当单片机接通电源时，当单片机接通电源时，PC会被复位为会被复位为0000H，此时，单片机，此时，单片机从从0000H开始将指令依次取出执行。开始将指令依次取出执行。89S51的程序存储器中的程序存储器中有有5个特殊地址单元，用于中断程序的入口地址。个特殊地址单元，用于中断程序的入口地址。l0003H:外部中断外部中断0入口地址入口地址l000BH:定时定时/计数器计数器0中断入口地址中断入口地址l0013H:外部中断外部中断

43、1入口地址入口地址l001BH:定时定时/计数器计数器1中断入口地址中断入口地址l0023H:串行口中断入口地址串行口中断入口地址上一页 下一页返回o 数据存储器数据存储器o数据存储器（数据存储器（RAM）用于存放运算中间结果、数据暂存和缓冲、）用于存放运算中间结果、数据暂存和缓冲、待调试的程序。数据存储器在物理上和逻辑上都分为两个地址空待调试的程序。数据存储器在物理上和逻辑上都分为两个地址空间：一个是由间：一个是由128B的片内的片内RAM和和21个特殊功能寄存器（个特殊功能寄存器（SFR）构成的内部数据存储器，另一个是片外最大可扩充构成的内部数据存储器，另一个是片外最大可扩充64KB的数据

44、的数据存储器，如前图（存储器，如前图（b）所示。）所示。o片外数据存储器的使用通常出现在单片机内部片外数据存储器的使用通常出现在单片机内部RAM容量不够的情容量不够的情况下。扩展容量可由用户根据需要确定，最大可扩充况下。扩展容量可由用户根据需要确定，最大可扩充64K，地址，地址范围范围0000HFFFFH。需要注意的是，。需要注意的是，89S51单片机扩展的单片机扩展的I/O接口与片外数据存储器统一编址。接口与片外数据存储器统一编址。o使用片内和片外数据存储器时采用不同的指令加以区别。在访问使用片内和片外数据存储器时采用不同的指令加以区别。在访问片内数据存储器时，可使用片内数据存储器时，可使用

45、MOV指令；要访问片外数据存储器可指令；要访问片外数据存储器可使用使用MOVX指令。对片外数据存储器只能采用间接寻址方式，可指令。对片外数据存储器只能采用间接寻址方式，可使用使用R0、R1和和DPTR作间址寄存器。作间址寄存器。R0、R1作为作为8位地址指针，位地址指针，寻址范围为寻址范围为256B；而；而DPTR是是16位地址指针，故寻址范围可达位地址指针，故寻址范围可达64KB。上一页 下一页返回o89S51单片机的内部数据存储器只有地址为单片机的内部数据存储器只有地址为007FH共共128BRAM可供用户使用，与片内可供用户使用，与片内RAM统一编址的统一编址的80HFFH地址空间中只有

46、地址空间中只有21个存储空间被特殊功能寄存器（个存储空间被特殊功能寄存器（SFR）占用。）占用。o1. 片内数据存储区（片内数据存储区（007FH）o片内数据存储区地址为片内数据存储区地址为007FH空间的使用划分为工作寄存器区、空间的使用划分为工作寄存器区、位寻址区及用户位寻址区及用户RAM区三部分。区三部分。o（1）工作寄存器区（）工作寄存器区（00H1FH）o工作寄存器区共工作寄存器区共32个存储单元，分为个存储单元，分为4组，每组由组，每组由8个地址单元个地址单元组成通用寄存器组成通用寄存器R0R7。每组寄存器均可作为。每组寄存器均可作为CPU当前的工作当前的工作寄存器，当前工作寄存器

47、可通过特殊功能寄存器中的程序状态字寄存器，当前工作寄存器可通过特殊功能寄存器中的程序状态字PSW的的RS1、RS0两位进行设置。例如，如果两位进行设置。例如，如果RS1 RS0=01H，则表示选中了第则表示选中了第1组，地址为组，地址为08H0FH构成当前的工作寄存器构成当前的工作寄存器R0R7。o当当CPU复位后，自动选中第复位后，自动选中第0组工作寄存器。一旦选中了一组工组工作寄存器。一旦选中了一组工作寄存器，其他作寄存器，其他3组的地址空间只能用于数据存储器使用，不能作组的地址空间只能用于数据存储器使用，不能作为寄存器使用。如果要使用必须重新设置为寄存器使用。如果要使用必须重新设置RS1

48、、RS0的状态。的状态。上一页 下一页返回o（2）位寻址区）位寻址区（20H2FH）o位寻址区共位寻址区共16个字节，个字节，每个字节每个字节8位，共位，共128位，这位，这128位用位地址位用位地址编号，范围为编号，范围为00H7FH。这些位地。这些位地址单元构成了布尔处理址单元构成了布尔处理器的存储空间，其地址器的存储空间，其地址分布见下表所示。位寻分布见下表所示。位寻址区既可采用位寻址方址区既可采用位寻址方式访问，也可以采用字式访问，也可以采用字节寻址方式。访问，这节寻址方式。访问，这种位寻址能力是种位寻址能力是51系系列单片机一个重要特点。列单片机一个重要特点。上一页 下一页返回o （

49、3）用户）用户RAM区（区（30H7FH）o 用户用户RAM区共区共80个单元，可作为堆栈或数据缓冲使个单元，可作为堆栈或数据缓冲使用。用。o 2. 特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFR）区（）区（80HFFH）o 89S51单片机中共有单片机中共有21个特殊功能寄存器个特殊功能寄存器（SFR），这些寄存器离散地分布在内部数据存储），这些寄存器离散地分布在内部数据存储器的器的80HFFH这这128字节的地址空间中。字节的地址空间中。o 对这些特殊功能寄存器只能采用直接寻址及位寻址，对这些特殊功能寄存器只能采用直接寻址及位寻址，其中，地址为其中，地址为X0H和和X8H的各寄存器可以位寻址，的各

50、寄存器可以位寻址，见下表所示。表中用见下表所示。表中用“*”表示可位寻址的寄存器。表示可位寻址的寄存器。上一页 下一页返回上一页 下一页返回上一页 下一页返回o这些特殊功能寄存器（这些特殊功能寄存器（SFR）都和单片机的相关部件有关，如）都和单片机的相关部件有关，如ACC、B、PSW与与CPU有关，有关，SP、DPTR与存储器有关，与存储器有关，P0P3与与I/O端口有关，端口有关，IP、IE与中断系统有关，与中断系统有关，TCON、TMOD、TH0、TL0、TH1、TL1与定时与定时/计数器有关，计数器有关，SCON、SBUF与串行口有关，与串行口有关，PCON与电源有关。这些与电源有关。这

51、些SFR专门用来设专门用来设置单片机内部的各种资源，记录电路的运行状态，参与各种运算置单片机内部的各种资源，记录电路的运行状态，参与各种运算及输入及输入/输出操作。如设置中断和定时器的工作方式、进行并行及输出操作。如设置中断和定时器的工作方式、进行并行及串行输入串行输入/输出等。输出等。o下面简述几个常用的特殊功能寄存器的功能。下面简述几个常用的特殊功能寄存器的功能。o（1）累加器）累加器ACCoACC是一个具有特殊用途的是一个具有特殊用途的8位寄存器，主要用于存放操作数或位寄存器，主要用于存放操作数或运算结果。运算结果。89S51指令系统中大多数指令的执行都要通过累加器指令系统中大多数指令的

52、执行都要通过累加器ACC进行。因此，在进行。因此，在CPU中，累加器的使用频率是很高的。当采中，累加器的使用频率是很高的。当采用寄存器寻址时，可用用寄存器寻址时，可用A表示累加器。表示累加器。o（2）寄存器）寄存器Bo寄存器寄存器B在乘、除法指令中用于暂存数据。乘法指令的两个操作数在乘、除法指令中用于暂存数据。乘法指令的两个操作数分别取自于分别取自于A和和B，其结果存放在，其结果存放在BA寄存器对中。具体应用见第寄存器对中。具体应用见第三章中的乘法、除法指令。三章中的乘法、除法指令。上一页 下一页返回o（3）程序状态字）程序状态字PSWoPSW是一个可编程的是一个可编程的8位寄存器，用来存放与

53、当前指令执行结果位寄存器，用来存放与当前指令执行结果相关的状态。相关的状态。89S51有些指令的执行会自动影响有些指令的执行会自动影响PSW相关位的相关位的状态，在编程时要加以注意。同时，状态，在编程时要加以注意。同时，PSW中某些位的状态也可中某些位的状态也可通过指令设置。通过指令设置。PSW各标志位的定义如下：各标志位的定义如下： oCY：进位标志位。当累加器：进位标志位。当累加器A的最高位有进位（加法）或借位的最高位有进位（加法）或借位（减法）时，（减法）时，CY=1；否则；否则CY=0。在布尔操作时，它是各种位。在布尔操作时，它是各种位操作的操作的“累加器累加器”。CY在指令中常简记为

54、在指令中常简记为C。oAC：辅助进位标志位。当累加器：辅助进位标志位。当累加器A的的D3位向位向D4位进位或借位时，位进位或借位时，AC=1；否则为；否则为0。有时。有时AC也被称为半进位标志。也被称为半进位标志。oF0：用户标志位。可以根据需要用程序将其置位或清零，以控制：用户标志位。可以根据需要用程序将其置位或清零，以控制程序的转向。程序的转向。oRS1、RS0：工作寄存器区选择位。：工作寄存器区选择位。RS1、RS0可由指令置位可由指令置位或清零，用来选择单片机的工作寄存器区。或清零，用来选择单片机的工作寄存器区。 上一页 下一页返回oOV：溢出标志位。当有符号数采用补码运算时，其结果超

55、出范围：溢出标志位。当有符号数采用补码运算时，其结果超出范围（127+128）时，有溢出，）时，有溢出，OV=1；否则；否则OV=0。o：保留位。：保留位。oP：奇偶校验位。指示累加器：奇偶校验位。指示累加器A中操作结果的中操作结果的“1”的个数的奇偶的个数的奇偶性。凡是改变累加器性。凡是改变累加器A中内容的指令均影响中内容的指令均影响P标志位。当标志位。当A中有奇中有奇数个数个“1”，则，则P=1；否则；否则P=0。此标志位对串行通信中的数据。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方法来校验传输有重要的意义。在串行通信中常采用奇偶校验的方法来校验数据传输的可

56、靠性。数据传输的可靠性。o（4）堆栈指针）堆栈指针SPo堆栈是存储区中一个存放数据地址的特殊区域，主要是用来暂存堆栈是存储区中一个存放数据地址的特殊区域，主要是用来暂存数据和地址的，操作时按先进后出的原则存放数据，其生成方向数据和地址的，操作时按先进后出的原则存放数据，其生成方向由低地址到高地址。由低地址到高地址。o堆栈指针堆栈指针SP是一个是一个8位特殊功能寄存器，指示堆栈的底部在片内位特殊功能寄存器，指示堆栈的底部在片内RAM中的位置。系统复位后，中的位置。系统复位后，SP的初始值为的初始值为07H。由于。由于08H1FH单元分属于工作寄存器区单元分属于工作寄存器区13，一般将，一般将SP

57、的初值改的初值改变至片内变至片内RAM的高地址区（的高地址区（30H以上）。如图所示。以上）。如图所示。上一页 下一页返回上一页 下一页返回o 1.3.4 单片机最小系统的概念单片机最小系统的概念在单片机实际应用系统中，由于应用条件在单片机实际应用系统中，由于应用条件及控制要求的不同，其外围电路的组成各及控制要求的不同，其外围电路的组成各不相同。单片机的最小系统就是指在尽可不相同。单片机的最小系统就是指在尽可能少的外部电路条件下，能使单片机独立能少的外部电路条件下，能使单片机独立工作的系统。工作的系统。由于由于89S51内部已经有内部已经有4KB的的Flash E2PROM及及128B的的RA

58、M，因此只需要，因此只需要接上时钟电路和复位电路就可以构成单片接上时钟电路和复位电路就可以构成单片机的最小系统，如图所示。机的最小系统，如图所示。上一页 下一页返回时钟电路时钟电路时钟电路对单片机系统而言是必需的。由于单片机内部是由各种各时钟电路对单片机系统而言是必需的。由于单片机内部是由各种各样的数字逻辑器件（如触发器、寄存器、存储器等）构成，这些数样的数字逻辑器件（如触发器、寄存器、存储器等）构成，这些数字器件的工作必须按时间顺序完成，这种时间顺序就称为时序。时字器件的工作必须按时间顺序完成，这种时间顺序就称为时序。时钟电路就是提供单片机内部各种操作的时间基准的电路，没有时钟钟电路就是提供

59、单片机内部各种操作的时间基准的电路，没有时钟电路单片机就无法工作。电路单片机就无法工作。1. 时钟电路的产生方式时钟电路的产生方式根据根据89S51单片机产生时钟方式的不同，可将时钟电路分为内部时单片机产生时钟方式的不同，可将时钟电路分为内部时钟方式及外部时钟方式两种形式。钟方式及外部时钟方式两种形式。如果在如果在XTAL1和和XTAL2引脚之间外接石英晶体振荡器及两个谐振引脚之间外接石英晶体振荡器及两个谐振电容，就可以构成内部时钟电路，如上图中的电路。内部时钟电路电容，就可以构成内部时钟电路，如上图中的电路。内部时钟电路的石英晶体振荡器频率一般选择在的石英晶体振荡器频率一般选择在4MHz12

60、MHz之间，谐振电之间，谐振电容采用容采用2030pF的瓷片电容。的瓷片电容。上一页 下一页返回o如果单片机的时钟采用某一个外接的时钟信号，则可以按下图所示连接。如果单片机的时钟采用某一个外接的时钟信号，则可以按下图所示连接。对于对于89S51一般可采用下图（一般可采用下图（b）所示外接时钟信号。）所示外接时钟信号。o2. 单片机的时序单位单片机的时序单位o时钟电路产生的最小时序单位称为时钟周期，它是由石英晶体振荡器的时钟电路产生的最小时序单位称为时钟周期，它是由石英晶体振荡器的振荡频率决定的，又称振荡周期。振荡频率决定的，又称振荡周期。o将石英晶体振荡器的振荡频率进行二分频，就构成了状态周期