单片机原理和应用课件

1单片机原理与应用主讲教师：江娟娟1单片机原理与应用主讲教师：江娟娟12课程简介：“单片机原理及应用”是一门实践性、应用性很强的技术基础课，通过本课程的学习，使学生较好地掌握MCS-51系列单片微型计算机的基本结构、工作原理、接口技术和应用等方面的知识。掌握单片机应用系统的设计和应用程序的设计方法，学习单片机应用于工业测控等方面的基本技术。并通过实践环节的学习，学会单片机应用系统的设计和调试方法。为将来从事自动测控技术、智能电器、电子、检测等工业领域相关工作，进行各种智能化电子产品的设计和研发等提供技术准备，奠定坚实的技术基础。

2课程简介：“单片机原理及应用”是一门实践性、应用性很强的23《单片机原理与应用》第一章

单片机概述

第二章MCS-51单片机的硬件结构与工作

第三章MCS-51单片机的指令系统与程序设计

第四章MCS-51单片机的中断系统

第五章MCS-51定时计数器及其应用

第六章串行接口

第七章MCS-51单片机的系统扩展

第八章单片机应用系统接口技术3《单片机原理与应用》第一章单片机概述

第二章MCS34第一章单片机概述4第一章单片机概述45第二章MCS-51单片机的硬件结构与工作原理5第二章MCS-51单片机的硬件结构与工作原理56第三章MCS-51单片机的指令系统与程序设计6第三章MCS-51单片机的指令系统与程序设计67第四章MCS-51单片机的中断系统7第四章MCS-51单片机的中断系统78第五章MCS—51定时计数器及其应用8第五章MCS—51定时计数器及其应用89第六章串行接口9第六章串行接口910第七章MCS-51单片机的系统扩展10第七章MCS-51单片机的系统扩展1011第八章单片机应用系统接口技术11第八章单片机应用系统接口技术1112《单片机原理与应用》

本门课程主要的教学内容：单片微型机的基本工作原理汇编语言程序设计方法单片微型计算机应用单片微型计算机应用系统设计方法学习方法？☆掌握单片机应用系统硬件原理的分析方法。

单片机与外部设备连接的原理是什么？★掌握软件设计与调试的基本技能。12《单片机原理与应用》本门课程主要的教学内容：学习方法？1213单片机学习邮箱：

mcudsp_auts163密码：

auts_mcu_dsp单片机学习网站网址：

laogu21ic单片机参考书籍：

李广弟，《单片机基础》（修订本）．北京：北京航空航天大学出版社，2019年

13单片机学习邮箱：单片机学习网站网址：单片机参考书籍：1314第一章单片机概述

讲授内容：1.有关微型计算机、单片机的概念2.单片机的一般结构及特点3.单片机的发展过程4.常用单片机系列简介5.单片机的应用领域6.数制、码制复习本章重点：

1.微处理器、微机和单片机的基本概念、单片机的结构特点与应用。

2.数制、码制14第一章单片机概述

讲授内容：1415回顾：有关微型计算机的基础知识

第一节微型计算机与单片机※

常见微型计算机的外形一、微型计算机、微处理器和单片机的概念1、微型计算机的硬件结构15回顾：有关微型计算机的基础知识第一节微型计1516※微型计算机的硬件组成16※微型计算机的硬件组成1617

主板显卡声卡存储器接口网卡输入输出接口内存条CPU微型计算机系统通常由多块印刷电路板制成17显卡声卡存储器接口网卡输入输出接口内存条CPU微1718

软件+

系统※

微型计算机的硬件内部结构

微型计算机系统硬件系统：构成微型计算机的实体和装置，如微处理器，存储器，总线，I/O接口等；软件系统：微型计算机系统所使用的各种程序的总称，如系统软件，应用软件等。18软※微型计算机的硬件内部结构微型计算机18192、单片微型计算机※

单片微型计算机的概念(P1.第一段)

单硅晶片CPU存储器控制电路定时器时钟电路I/O口简单地说，单片微型计算机是指集成在一个芯片上的微型计算机。192、单片微型计算机※单片微型计算机的概念(P1.第一段1920

微处理器（Microprocessor）——微型计算机的控制和运算器部分；微控制器（MicrocontrollerUnit）——为了强调单片机的控制特点，将其称为微控制器；

微型计算机（Microcomputer）——有完整运算及控制功能的计算机，包括微处理器、存储器、输入/输出(I/O)接口电路以及输入/输出设备等；

单片机(singlechipmicrocomputer)——直译为单片微型计算机，它将

CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、输入/输出(I/O)接口电路、中断、串行通信接口等主要计算机部件集成在一块大规模集成电路芯片上，具有一台计算机的属性，即组成单片微型计算机，简称为单片机。

单片机的形态只是一块芯片，但是它已具有了微型计算机的组成结构和功能。由于单片机的结构特点，在实际应用中常常将它完全融入应用系统之中，故而也有将单片机称为嵌入式微控制器(Embeddedmicrocontroller)。

列举几个名称(P1.第二段)20微处理器（Microprocessor）——微型计算2021二、单片机的一般结构及特点

从体系结构来看，一般

单片机有2种基本结构形式：一种是在通用微型计算机中广泛采用的将程序存储器和数据存储器合用一个存储空间的结构，称为冯·诺依曼结构；

另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，称为哈佛(Harvard)结构。目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构较多。第二节单片机的一般结构及特点

1、单片机的基本结构21二、单片机的一般结构及特点从体系结构来看，一般2122一般根据控制应用需要，又可设计成通用型单片机、专用型单片机。(P1.第三段)

通用型单片机：是一种基本芯片，内部资源较丰富，性能全面且适应性强，能覆盖多种应用需求。

专用型单片机：专门针对某个特定产品或控制应用而专门设计的，设计时考虑系统结构最简化、软硬件资源利用最优化、可靠性和成本最佳化。2、单片机的内部结构22一般根据控制应用需要，又可设计成通用型单片机、专用型单片2223

单片机的中央处理器(CPU)和通用微处理器基本相同，只是增设了“面向控制”的处理功能。例如：位处理、查表、多种跳转、乘除法运算、状态检测、中断处理功能等，增强了控制的实用性和灵活性。23单片机的中央处理器(CPU)和通用微处理器23243、单片机的特点★

体积小，重量轻★电源单一，功耗低★

功能强，价格低★

运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高4、单片机的芯片封装形式双列直插式贴片式可以直接嵌入到电子产品中——嵌入式应用系统243、单片机的特点★体积小，重量轻4、单片机的芯片封装形24255、单片机应用系统☆掌握单片机应用系统硬件原理的分析方法。单片机与外部设备连接的原理是什么？★掌握软件设计与调试的基本技能。255、单片机应用系统☆掌握单片机应用系统硬件原理2526三、单片机的历史与发展第一阶段:(1974-1976)单片机初级阶段，以仙童公司的F8为代表。第二阶段:(1976-1978)低性能单片机阶段，以MCS-48系列单片机为代表。第三阶段:(1978-至今)

高性能单片机阶段，以MCS-51系列单片机为代表。

第四阶段:(1982-至今)在8位单片机基础上，推出16位、32位单片机，是单片机向微控制器发展的阶段。第三节单片机的发展过程1、单片机的发展过程单片机的发展经历了由1位到4位，4位到8位，再到16位/32位机的发展过程。8位指的是什么？单片机CPU内部总线的个数，即有多少条总线，这也就决定了单元的个数！

目前，8位机仍是单片机的主流机型，教学中选用MCS-51系列单片机，主要因为其通用性强，应用广泛。26三、单片机的历史与发展第一阶段:(1974-1976)2627第四节常用单片机系列

※

ATMEL单片机

ATMEL公司所生产的ATMEL89系列单片机（简称89系列单片机），就是基于Intel公司的MCS-5l系列而研制的，该公司技术优势在于Flash存储器技术。应用较多的有：

AT89C51系列

STC89C51/52系列

SST89系列

AT-tiny、AT90/、ATmega等系列的AVR单片机这些都是一种可下载的Flash单片机，它和IBM微机通信进行下载程序十分方便。1、常用单片机系列的简介27第四节常用单片机系列※ATMEL单2728※

Philips单片机

Philips公司的的单片机都属于MCS-51系列兼容的单片机。※

Maxim-Dallas单片机※

WinBond单片机※

Motorola单片机※其他公司的单片机

1）NEC单片机；

2）东芝单片机；

3）Epson单片机；提示：经常上网查询，关注发展动态．28※Philips单片机2829第五节单片机的应用领域

1、工业方面电梯、生产工具、生产设备、黑匣子（安装于飞机、轮船上，用于实时保存重要的数据和参数）2、民用方面数码照相机、电视机、收音机、空调、洗衣机、电饭煲等。一般电脑电饭煲，内部只有一个单片机，这种控制系统是单核嵌入；对于分体式空调，室内机与室外机中分别有1个单片机，为双核嵌入结构。29第五节单片机的应用领域1、工业方面电梯、生产工具29303、电讯方面手机、CALL机、电话机、交换机4、汽车方面越高档的汽车越能见到单片机的应用。303、电讯方面手机、CALL机、电话机、交换机4、汽车方面30315、数据处理方面打印机等6、智能仪表方面智能化仪表内部基本上都是用单片机进行信息控制与处理，扩展了单片机在智能仪器中的应用。315、数据处理方面打印机等6、智能仪表方面智能化仪表内部基3132（1）总线(BUS)

总线是连接CPU与各功能部件并进行信息传递的公共通道。总线通常分为三种，即数据总线(DB)地址总线(AB)和控制总线(CB)。

复习一微型计算机的基本结构及工作原理

1.微型计算机的基本结构微型计算机──由微处理器（CPU）、存储器、输入输出接口（I/O接口）三部分组成，各部分用总线相连。32（1）总线(BUS)复习一微型计算机的基本结构及工3233(2)输入输出(I/O)接口

由于I/O设备中类繁多，它们在速度、电平、功率、信息形式等很多方面有很大差别，不能直接与CPU连接，必须经过I/O接口电路解决它们之间的匹配问题。

(3)存储器

存储器分类

存储器存储的信息

存储器的读写操作过程

33(2)输入输出(I/O)接口3334(4)微处理器（CPU）

运算器寄存器阵列控制器内部总线

2.复习基本概念与常用术语（1）位(Bit)位是计算中构成信息的最小单位，表示二进制数中的某个数位“0”或“1”。Bit是BinargDigit的缩写。（2）字(Word)字是CPU与输入/输出设备和存储器之间传送数据的基本单位，由若干位组成它与数据总线的宽度(根数)一致。（3）字节(Byte)一字节为8位(bit)。

34(4)微处理器（CPU）3435（4）指令(Instruction)：指规定计算机完成某种操作的命令。目前计算机只能直接识别由二进制编码的指令，即机器码（5）指令系统(InstnctionSet)：指一台计算机所能识别的全部指令的集合。。

（6）程序(Progrom)：为完成特定任务而设计的一组指令有序的集合。（7）地址(Address)地址指存贮单元的编号。（8）K和KB计算机的存储器容量较大，K和KB常用作计算存储器容量的单位1K=210=1024;KB=1024Byte。（9）关于时序的概念所谓时序，就是计算机在工作过程中，CPU控制器所发出的一系列控制信号在时间上的相互关系。

35（4）指令(Instruction)：指规定计算机完3536复习内容二计算机系统中的数制、码制复习1.数制及其互换

常用数制：十进制、二进制、十六进制和八进制十进制：符合人们的习惯。二进制：便于物理实现。十六进制：便于识别、书写。※二进制特点：以2为底（基数），逢2进位；只有0、1两个符号。（B）2=Bn-1*2n-1+Bn-2*2n-2+……+B0*20+B-1*2-1+.......+B-m*2-m※十六进制特点：以16为底（基数），逢16进位。（B）16=Bn-1*16n-1+Bn-2*16n-2+……+B0*160+B-1*16-1+.......+B-m*16-m36复习内容二计算机系统中的数制、码制复习1.数制及其3637※各进制数间的转换非十进制到十进制的转换方法：按相应进位计数制的权表达式展开（待转换的数按位展开，各位数乘以相应的权值，再进行相加运算）。

10110010B=(?)1013FAH=(?)10※二进制与十六进制的转换方法：用4位二进制数表示1位十六进制数。例：

0101’1000’1001.1100

589.C※十六进制与二进制的转换方法：8421码37※各进制数间的转换※二进制与十六进制的转换例：※十六进制37382）十进制到非十进制的转换

十进制到二进制转换：整数部分：除2取余；小数部分：乘2取整。

(12.125)10=(?)2

十进制到十六进制转换：

整数部分：除16取余；小数部分：乘16取整。以小数点为起点，求得整数和小数的各个位。382）十进制到非十进制的转换38392.二进制数的运算二进制数分为无符号二进制数和有符号二进制数。运算分为算术运算和逻辑运算。

有符号数的定义计算机中有符号数的表示方法：将二进制数的最高位定义为符号位，符号位=0，是正数符号位=1，是负数

无符号数一个N位的无符号二进制数X的表示范围为[0,2n-1],若运算结果超出这个范围,则产生溢出。判别方法：运算时，当最高位向更高位有进位（或借位）时，则产生溢出。例：11111111

+00000001

100000000

392.二进制数的运算有符号数的定义无符号数例3940逻辑运算与,或,非,异或特点：按位运算，无进借位。※逻辑与逻辑“与”的特点：凡是与“0”相与的，都是0；与“1”相与的，原来是什么还是什么机器数：连同符号位一起数值化了的数。真值：机器数所表示的真实的数值。

+52=+0110100=0011010040逻辑运算与,或,非,异或逻辑“与”的特点：凡是与“4041无符号数的算术运算加法：1+1=0（有进位）减法：0-1=1（有借位）乘法：乘以2相当于左移一位除法：除以2相当于右移一位例：

00001011*0100=00101100B00001011/0100=00000010B※逻辑非逻辑“非”的特点：0的非是1，1的非是0。※逻辑异或逻辑“异或”的特点：两个状态不相同，则取1；相同则取0。※逻辑或逻辑“或”的特点：无论原来是0还是1，只要和1相或，就为1；和0相或，还是它本身。41无符号数的算术运算例：※逻辑非逻辑“非”的特点：41423.原码、反码、补码特点：⑴8位二进制数表示原码、反码、补码的范围

(-127~+127、-127~+127、-128~+127)⑵补码的运算

在微型计算机中，带符号数用补码表示，减法可用补码相加来实现，运算结果为补码。423.原码、反码、补码4243主要内容：1.MCS-51单片机组成（结构、引脚功能）2.MCS-51单片机存储器组织与操作

3.MCS-51单片机并行I/O端口4.MCS-51单片机的时钟与定时5.MCS-51单片机的系统复位6.单片机的工作过程重点理解：

1.MCS-51系列单片机存储器结构特点2.单片机特殊功能寄存器的作用3.不同场合下单片机引脚的复用功能4.单片机的位处理功能及其作用第二章MCS-51单片机的硬件结构与工作原理43主要内容：重点理解：第二章MCS-51单片机的硬件结4344时钟源T0T1P0

P1

P2

P3TXDRXDINT0INT1时钟电路SFR和RAMROM定时/计数器CPU串行I/O口中断系统并行I/O口系统总线图2-1MCS-51系列单片机片内结构8位CPU、只读存储器EPROM／ROM、读写存储器RAM、并行I／O口、串行I／O口、定时器／计数器、中断系统、振荡器和时钟电路等部分组成。各部分之间通过内部总线相连。

第一节MCS-51系列单片机的硬件结构

一、单片机的硬件结构课本11页图2-144时钟源T0T1P0P1P2P3T44451、MCS-51单片机的基本组成※中央处理单元CPU：8位，数据处理（运算）和控制功能（如位测试、置位、复位）。※内部RAM：共有128个RAM单元（52系列为256B），用来存储单片机运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等。※内部ROM：4KBROM（8031无ROM，8751有4KBEPROM），用于存放程序、原始数据和表格。※定时/计数器:两个16位的定时/计数器，实现定时或计数的功能。※并行输入/输出I/O口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。※串行口：一个全双工串行口。※中断控制系统：5个中断源（外部中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个）※时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率是6MHZ和12MHZ。※位处理器：布尔处理器，有较强的位处理功能。※内部总线：上述部件通过总线连接起来，构成一个完整的计算机系统。芯片内的地址信号、数据信号和控制信号是通过总线传递的。※特殊功能寄存器：21个SFR，用于CPU对片内各功能部件进行管理、控制、监视。451、MCS-51单片机的基本组成※中央处理单元CPU：4546中央处理器CPU组成：主要包括运算器和控制器两部分。地位：中央处理器（CPU）是单片机最核心的部分，是指挥中心和执行机构。功能：读入、分析每条指令，根据指令要求，控制部件完成特定的功能。☆CPU组成课本15页CPU46中央处理器CPU组成：主要包括运算器和控制器两部分。地位4647（1）是CPU中使用最频繁的8位寄存器，CPU中的数据传送大多通过A。（2）A是ALU单元的数据处理源之一，又是ALU运算结果的存放单元，如ADDA,#data（3）因为A用的最频繁，容易产生堵塞现象，这是累加器结构特有的瓶颈现象。（1）B是专门为执行乘除运算而设置的8位寄存器。（2）不在执行乘除指令的情况下，可以把寄存器B当作一个普通的寄存器使用。（1）完成二进制数的加、减、乘、除四则运算（2）完成逻辑与、或、异或、循环、求补、清零等操作。（3）进行位处理操作，如置位、清零、求补、测试转移、逻辑与、或等。（4）根据运算的结果改变程序状态字PSW的值。

☆算术逻辑单元ALU☆累加器A（ACC）☆寄存器B☆程序状态字PSWPSW用来存放程序运行的状态信息。课本23页47（1）是CPU中使用最频繁的8位寄存器，CPU中的数据传4748课本16页图2-4PSW的格式48课本16页图2-4PSW的格式4849（1）PC内容为下一条将要执行的指令在程序存储器中的地址。（2）PC是一个16位的计数器，寻址范围达64KB。（3）PC没有地址，是不可寻址的（但物理上存在的），因此用户无法对它进行读/写。（4）PC有自动加1功能，从而实现程序的顺序执行。（5）可能通过转移、调用返回等指令改变PC值，以实现程序的转移。☆程序计数器PC☆数据指针DPTR（1）DPTR是唯一一个用户可使用的16位寄存器，由两个8位的寄存器DPH

和DPL组成。（2）DPTR可作为16位寄存器使用，也可作为2个独立的8位寄存器使用。（3）DPTR用户可读/写。如MOV DPTR，#2000H（4）DPTR通常用来存放16位的地址，可访问片外RAM，也可访问ROM中的数据。如 MOVX A，DPTR MOVC A，A+DPTR课本18页课本23页49（1）PC内容为下一条将要执行的指令在程序存储器中的地址4950二、MCS-51单片机的封装DIP封装Double

In-line

Package双列直插式封装40个引脚PLCC封装Plastic

Leaded

Chip

Carrier

塑封J引线芯片封装44个引脚（4个空脚）QFG封装Quad

Flat

Package四角扁平封装44个引脚（4个空脚）课本12、13页图2-2、2-350二、MCS-51单片机的封装DIP封装PLCC封装QFG5051三、MCS-51单片机的信号引脚P3口线的第二功能课本13页课本12页图2-251三、MCS-51单片机的信号引脚P3口线的第二功能课本15152

40脚分三类：1、I/O口线32根----MCS-51系列单片机P0、P1、P2、P3共32位，对应着芯片的32根引脚。2、控制线4根RST/VPD——复位信号，晶振工作后2个机器周期的高电平复位CPU.ALE——地址锁存信号访问外部存储器时该信号锁存低8位地址；无RAM时，ALE为晶振6分频；PSEN*——外部程序存储器读从程序存储器中取指令或读取数据时，该信号有效。EA*/VPP——程序存储器有效地址，EA=1从内部开始执行程序；EA=0从外部开始执行程序.3、电源引脚2根

VCC，VSS（GND）——电源和地+5V电源供电。4、时钟引脚2根XTAL1——时钟振荡器输入端，内部振荡器输入端；XTAL2——时钟振荡器输出端，内部振荡器输出端；对于信号引脚的小结5240脚分三类：对于信号引脚的小结5253引脚功能电源引脚VCC40接+5V电源正端GND20接+5V电源地端外接晶体引脚XTAL119接外部石英晶体的一端。片内反相放大器的输入端XTAL218接外部石英晶体的一端。片内反相放大器的输出端I/O引脚P0口P0.0~P0.739~32准双向I/O口使用分时复用为低8位地址总线和双向数据总线P2口P2.0~P2.721~28准双向I/O口使用用作高8位地址总线P1口P1.0~P1.71~8准双向I/O口使用P3口P3.0~P3.710~17准双向I/O口使用可以将每一位用于第二功能控制引脚30地址锁存有效信号输出端在编程期间，该引脚用作编程脉冲PROG的输入端29片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效RST/VPD9上电复位或掉电保护端31片外程序存储器选用端53引脚功能电源VCC40接+5V电源正端GND20接+55354P3.0、P3.1：又可以作为串行通讯的两条线；

P3.2、P3.3：既是I/O控制端子又作为外部中断的请求输入信号；

P3.4、P3.5：定时/计数器对外部事件进行计数的输入端；

P3.6、P3.7：单片机与外部的数据存储器进行数据传输时的选通控制信号。★P3口线的第二功能除此之外，脚30、脚31和脚9均可以被复用。四、信号引脚的第二功能★EPROM存储器程序固化所需要的信号

以89C51为例，其内部有EPROM，要写入程序时，需要提供专门的编程脉冲和编程电源。

编程脉冲：30脚,(ALE/PROG*)编程电压(+12V或者+5V)：31脚,(EA*/VPP)54P3.0、P3.1：又可以作为串行通讯的两条线；★5455一、MCS-51单片机的内部存储器第二节MCS-51单片机存储器组织与操作

MCS-51系列单片机其存储结构特点是：在物理上有以下几个相互独立的存储空间，片内程序存储器(4KB)和片外程序存储器；片内数据存储器(128B)和片外数据存储器；特殊功能寄存器SFR和位地址空间。

在逻辑上有三个彼此独立的地址空间：（1）片内外统一编地址的64KB程序存储器地址间；（2）128字节的片内数据存储器地址空间；（3）64KB片外数据存储器地址空间55一、MCS-51单片机的内部存储器第二节MCS-55556外部RAM外部ROM扩展外部RAM和外部ROM56外部RAM外部ROM扩展外部RAM和外部ROM56571、程序存储器课本26页图2-6571、程序存储器课本26页图2-657587个特殊单元：0000H复位后,PC=0000H.开始执行程序

0003H外部中断0（INT0）入口

000BH定时器0中断（TF0）入口

0013H外部中断1（INT1）入口

001BH定时器1（TF1）入口

0023H串行口中断TI/RI入口

002BH定时计数器2溢出或T2EX输入负跳变（52系列）

MCS-5l单片机采用16位的程序计数器PC和l6位的地址总线，64KB片内、外的程序存储器空间连续、统一。587个特殊单元：0000H复位后,PC=0000H.58592、数据存储器课本20页课本17页592、数据存储器课本20页课本17页5960

数据存储器地址空间由内部和外部数据存储器空间组成。内部和外部数据存储器空间存在重叠，通过不同指令来区别。

内部数据存储器在物理上又可分成2部分：低128字节RAM、专用寄存器SFR(高128字节RAM仅8032／8052才有)。1.00H---1FH——工作寄存器区2.20H---2FH——位寻址区，既可进行字节寻址，又可进行位寻址。这16个单元共有16×8＝128位。3.30H---7FH用户RAM区4.片外数据存储器

0000H～FFFFH范围为64K字节，采用R0、R1或DPTR寄存器间址方式访问。当采用R0、R1间址时只能访问低256字节，采用DPTR间址可访问整个64K字节空间。60数据存储器地址空间由内部和外部数据存储器空间组成。6061特殊功能寄存器

共有21个专用寄存器SFR(SpecialFunctionalRegister)，它们离散地分布在80H～0FFH单元中。程序计数器PC不占据RAM单元，在除PC外的专用寄存器SFR中，有12个专用寄存器既可字节寻址，又可位寻址。

注意：（1)表中共有5个双字节寄存器。（2)PC也为双字节寄存器，但是不在80H--FFH范围内。（3)表中，凡地址能被8整除的寄存器都是可位寻址的寄存器。课本21页表2-261特殊功能寄存器共有21个专用寄存器SFR(Spe6162标识符名称地址*Acc累加器E0H*BB寄存器F0H*PSW程序状态字D0HSP堆栈指针81HDPTR数据指针(DPH和DPL)82H,83H*P0口080H*P1口190H*P2口2A0H*P3口3B0H*IP中断优先级寄存器B8H*IE中断控制寄存器A8HTMOD定时器方式寄存器89H*TCON定时器控制寄存器88H标识符名称地址TH0计数器0高位8CHTL0计数器0低位8AHTH1计数器1高位8DHTL1计数器1低位8BH*SCON串行口控制98HSBUF串行数据缓冲器99HPCON电源控制97H特殊功能寄存器地址空间课本21页表2-262标识符名称地址*Acc累加器E0H*BB寄存器F62631.累加器ACC—累加器A在大部分的算术运算中存放某个操作数和运算结果。2.寄存器B—寄存器B主要用于与累加器A配合执行乘法和除法指令的操作。3.程序状态字PSW——8位寄存器，用来存放程序状态信息。某些指令的执行结果会自动影响PSW的有关状态标志位，有些状态位可用指令来设置。

特殊功能寄存器的功用D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OV-PCY：进位标志位AC：半进位标F0：用户标志位RS1、RS0：工作寄存器组选择OV：溢出标志

P：奇偶标志,A中1的个数为奇数P=1；否则P=0。RS1RS0寄存器组内部RAM地址00寄存器组000H～07H01寄存器组108H～0FH10寄存器组210H～17H11寄存器组318H～1FH课本21页631.累加器ACC—累加器A在大部分的算术运算中存放某个63644.堆栈指针SP——堆栈是在片内数据RAM区中一个特殊的存储区，用来暂时存放数据和地址，它是按照“先进后出”的原则存放数据。栈指针SP是在MCS-51中存放当前的堆栈栈顶所指存储单元地址的一个8位寄存器，每存入(或取出)一个字节数据，SP就自动加1(或减1)，SP始终指向新的栈顶。

堆栈共有两种操作：进栈和出栈。不论是数据进栈还是数据出栈，都是对栈顶单元进行的，即对栈顶单元的写和读操作。

MCS-51单片机的堆栈是向上生成的：进栈时，SP的内容增加的；出栈时，SP的内容是减少的。

MCS-51的堆栈区域可用软件设置堆栈指示器（SP）的值，在片内数据RAM区中予以定义。

系统复位后，SP内容为07H。如不重新定义，则以07H为栈底，压栈的内容从08H单元开始存放。通过软件对SP的内容重新定义，使堆栈区设定在片内数据RAM区中的某一区域内，堆栈深度以不超过片内RAM空间为限。644.堆栈指针SP——堆栈是在片内数据RAM区中一个特殊的6465堆栈是为子程序调用和中断操作而设立的。其具体功能有两个:保护断点和保护现场。在MCS-51单片机中，既有与子程序调用和中断程序相伴随自动进栈和出栈，还有对堆栈的进栈和出栈指令（PUSH、POP）操作。5.数据指针DPTR——16位的专用寄存器，由高位字节DPH和低位字节DPL组成。可作为一个16位寄存器使用，也可以作为2个独立的8位寄存器DPH和DPL使用。6.I/O端口P0～P3

专用寄存器P0～P3分别是I/O端口P0～P3的锁存器。可以把I/O口当作—般的专用寄存器来使用，没有专门设置的口操作指令，全部采用统一的MOV指令。65堆栈是为子程序调用和中断操作而设立的。其具体功能有两个:6566

片外数据存储器

（1）根据地址总线宽度，在片外可扩展的存储器最大容量为64KB，地址范围为0000H～FFFFH。（2）片外数据存储器与程序存储器的操作使用不同的指令和控制信号，允许两者的地址重复。因此，片外要扩展的数据存储器与程序存储器各为64KB。（3）片外数据存储器与片内数据存储器的操作指令亦不同(对片外RAM用MOVX指令)，所以也允许两者的地址重复，内部数据存储器的地址00-FFH，外部扩展数据存储器的地址可以从0000H-FFFFH。注意：采用R0、R1或DPTR寄存器间址方式访问片外数据存储器。当采用R0、R1间址时只能访问低256字节，采用DPTR间址可访问整个64K字节空间。66片外数据存储器（1）根据地址总线宽度，在片外可扩展6667内部RAM位寻址区的位地址

位地址表示方法：1.直接用位地址表示：如20H单元的0~7位可表示为00H~07H。2.采用第n单元第n位表示：如27单元第6位表示为27H.6。3.对特殊功能寄存器直接用寄存器名称加位数表示：如PSW.7。课本24页表2-367内部RAM位寻址区的位地址位地址表示方法：课6768第三节MCS-51单片机的并行I/O接口

P3.0、P3.1：又作为串行通讯的两条线；

P3.2、P3.3：既是I/O控制端子又作为外部中断的请求输入信号；

P3.4、P3.5：定时/计数器对外部事件进行计数的输入端；

P3.6、P3.7：单片机与外部的数据存储器进行数据传输时的选通控制信号。一、并行I/O接口的内部结构

1、并行I/O口的特点※4个8位并行I/O口：P0、P1、P2、P3；※均可以作为双向I/O端口使用。▲P0口：访问片外扩展存储器时，复用为低8位地址线和数据线；▲P2口：高8位地址线；▲P1口：双向I/O端口；▲P3口：第二功能。课本26页68第三节MCS-51单片机的并行I/O接口P3.068692、并行I/O口的逻辑结构※例1

：I/O口的输出举例指令1：MOVP1,#00H指令2：MOVP1,#0FFH指令3：MOVP1,#0AAH指令4：CLRP1.0指令5：SETBP1.0692、并行I/O口的逻辑结构※例1：I/O口的输出举例指6970※例2

：I/O口的输入举例读端口：MOVP3,#11111111BMOVA,P3寄存器

A70※例2：I/O口的输入举例读端口：MOVP3,#117071★P0口某位的组成P0口某位的结构图

三态缓冲器多路转换开关●数据输出锁存器（1个）：进行数据位的锁存

●三态输入缓冲器（2个）：锁存器数据和引脚数据的输入缓冲

●输出驱动电路（2个）：由2个场效应管T1、T2组成，上一个FET构成上拉电路。●输出控制电路（2个）：由1个与门，一个反相器和一个多路开关MUX构成。3、并行I/O口课本27页图2-771★P0口某位的组成P0口某位的结构图三态缓冲器多路转换7172P0口的位结构与功能：8位漏极开路型双向并行I／O口。使用：P0口为三态双向口，即可作为一般I/O口使用，也可作地址/数据总线口。(1)P0口作为通用I/O口使用;“读引脚先写1”---“在输入数据时应先把口置1，使两个FET都截止，引脚处于悬浮状态，可作高阻抗输入。”(2)P0口作为单片机系统的地址/数据线使用；访问外部存储器时，它是一个复用的地址/数据总线。（分时使用）输出地址总线低8位A7~A0（利用ALE信号的下降沿将地址锁存，锁存）作数据总线D7~D0。P0口

72P0口的位结构与功能：8位漏极开路型双向并行I／O口。P7273

P0用作通用I/O口

在这种情况下，单片机硬件自动使C=0，MUX开关接向锁存器的反相输出端。另外，与门输出的“0”使输出驱动器的上拉场效应管T1处于截止状态。因此，输出驱动级工作在需外接上拉电阻的漏极开路方式。

P0用作输出口CPU执行口的输出指令，内部数据总线上的数据在“写锁存器”信号的作用下由D端进入锁存器，经锁存器的反向端送至场效应管T2，再经T2反向，在P0.X引脚出现的数据正好是内部总线的数据。73P0用作通用I/O口在这种情况下，单片机硬件自动使C7374

数据可以读自口的锁存器，也可以读自口的引脚。这要根据输入操作采用的是“读锁存器”指令还是“读引脚”指令来决定。

P0用作输入口执行“读—修改—写”类输入指令时：如：ANLP0，A，内部产生的“读锁存器”操作信号，使锁存器Q端数据进入内部数据总线，在与累加器A进行在执行“MOV”类输入指令时（如：MOVA，P0），内部产生的操作信号是“读引脚”。注意，在执行该类输入指令前要先把锁存器写入“1”，使场效应管T2截止，使引脚处于悬浮状态，可以作为高阻抗输入。否则，在作为输入方式之前曾向锁存器输出过“0”，则T2导通会使引脚箝位在“0”电平，使输入高电平“1”无法读入。

逻辑运算之后，结果又送回P0的口锁存器并出现在引脚。读口锁存器可以避免因外部电路原因使原口引脚的状态发生变化造成的误读。74数据可以读自口的锁存器，也可以读自口的引7475P0用作地址/数据总线

在这种情况下，单片机内硬件自动使C=1，MUX开关接向反相器的输出端，这时与门的输出由地址/数据线的状态决定。

CPU在执行输出指令时，低8位地址信息和数据信息分时地出现在地址/数据总线上P0.X引脚的状态与地址/数据线的信息相同。CPU在执行输入指令时，首先低8位地址信息出现在地址/数据总线上，P0.X引脚的状态与地址/数据总线的地址信息相同。然后，CPU自动地使转换开关MUX拨向锁存器，并向P0口写入FFH，同时“读引脚”信号有效，数据经缓冲器进入内部数据总线。75P0用作地址/数据总线在这种情况下，单片机内硬件自动使7576P1口也是一个准双向I／O口，通常作一般I/O口使用。P1口

P1口某位的结构图

P0口某位的结构图

从结构图来看，P1口和P0口相比，少了多路转换开关MUX。课本28页图2-876P1口也是一个准双向I／O口，通常作一般I/O口使用。P7677（1）在结构上比P0口少了一个输出转换控制部分，多路开关MUX的倒向由CPU命令控制，且P2口内部接有固定的上拉电阻。（2）P2口既可作为通用I／O口使用（先写“1”），又可作为地址总线口，输出高8位地址。（A15~A8）

P0口某位的结构图

P2口

P2口通常作为系统的高8位地址。P2口某位的结构图

课本28页图2-977（1）在结构上比P0口少了一个输出转换控制部分，多路开关7778P3口与Pl口的输出驱动部分及内部上拉电阻相同，但比P1口多了一个第二功能控制部分的逻辑电路。

P3口

P3口某位的结构图

P1口某位的结构图

课本29页图2-1078P3口与Pl口的输出驱动部分及内部上拉电阻相同7879P3.0(RXD)：串行输入端。P3.1(TXD)：串行输出端。P3.2(INT0)：外部中断0输入端，低电平有效。P3.3(1NT1)：外部中断1输入端，低电平有效。P3.4(T0)：定时／计数器0外部事件计数输入端。P3.5(T1)：定时／计数器1外部事件计数输入端。P3.6(RD)：外部数据存储器写选通信号，低电平有效。P3.7(WR)：外部数据存储器读选通信号，低电平有效。

P3口的第二功能79P3.0(RXD)：串行输入端。P3口的第二功能7980P0～P3的功能及使用时的注意事项1.在无片外扩展存储器的系统中，这四个端口的每一位都可以作为准双向通用I／O端口使用。在具有片外扩展存储器的系统中，P2口作为高

8位地址线，P0口作为双向总线，分时作为低8位地址和数据的输入／输出线。

3.P3口除了作通用I／O使用外，它的各位还具有第二功能。当P3口某一位用于第二功能作输出时，则不能再作通用I／O使用。4.当P0～P3端口用作输入时，为了避免误读，都必须先向对应的输出锁存器写入“l”，使FET截止。然后再读端口引脚。如：MOVP1,#0FFHMOVA,P15.I/O口可按字节寻址，也可按位寻址。2.P0口作为通用I/O口时，必须用上拉电阻。而P1~P3口则不用，因为内部已经有上拉电阻，不过此上拉电阻是由两个场效应管组成的等效电路。课本30页I/O端口应用特性80P0～P3的功能及使用时的注意事项1.在无片外80816.作为通用I/O口：

P0口是真正的双向口，P1~P3是准双向口。真正的双向口：读引脚时，先向锁存器写“1”，使T2截止，由于T1也截止，引脚浮空，此时端口可作高阻输入。准双向口：读引脚时，先向锁存器写“1”，使T2截止。此时，该位的引脚由内部上拉电路拉成高电平，也可由外部电路拉成低电平。7.驱动能力。P0口的每一位口线可以驱动8个LSTTL负载。P1、P2、P3口的每一位能驱动4个LSTTL负载（通常把100μA的电流定义为一个TTL负载的电流）。注意P0使用时要加上拉电阻，建议并行口输出时都加上1k--10k的上拉电阻，接非门如74LS04再输出。P0-P3口作输出控制端时，应尽量采用低电平控制方法，这是因为在低电平时，I/O口允许灌入的电流比高电平时要大，一般情况下，低电平的灌入电流为高电平的4倍。P0～P3的功能及使用时的注意事项课本30页I/O端口应用特性816.作为通用I/O口：7.驱动能力。P0～P3的功能及使8182地址线：P0低8位地址，P2高8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。二、单片机的片外三总线结构

82地址线：P0低8位地址，P2高8地址；二、单片机的片外三8283单片机的位处理功能很强，体现在：（1）具有专门的位累加器Cy；（2）具有专门的位存储区；（3）一些特殊功能寄存器可以位寻址；（4）具有丰富的位操作指令。如SETBP1.0CLRP1.0三、单片机的位处理功能

83单片机的位处理功能很强，体现在：三、单片机的位处理功能8384一、时钟电路及工作方式第四节MCS-51单片机的时钟与定时时钟电路：用于产生单片机工作所需要的时钟信号。时序：所研究的是指令执行中各个信号在时间上的相互关系。

稳定自激振荡器图2-11MCS-51单片机的振荡电路

1、片内振荡器与外部谐振电路（内部振荡方式）★

振荡电路内部结构：电阻和高增益反相放大器构成一个稳定的自激振荡器。XTAL1为输入，XTAL2为输出，对应于单片机的18、19管脚。芯片外部：在XTAL1为输入，XTAL2之间接晶体振荡器和微调电容。电容一般选择30PF(皮法)的磁片电容。晶振频率为1.2MHZ~12MHZ。单片机本身是一个复杂的同步时序系统，为保证同步工作方式的实现，单片机必须有时钟信号，以使其系统在时钟信号的控制下按时序协调工作。课本31页课本31页图2-1184一、时钟电路及工作方式第四节MCS-51单片机的时8485★

分频电路振荡电路产生的振荡脉冲并不能直接使用，经分频后再为系统所用。振荡脉冲经过二分频后才作为系统的时钟信号，在二分频的基础上再三分频产生ALE信号，同时在二分频的基础上再六分频得到机器周期信号。85★分频电路振荡电路产生的振荡脉冲并不能直接使用，经分频85862、从外部引入脉冲信号驱动时钟电路（外部振荡方式）在由多个单片机构成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，应当引入唯一的公用外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲。接法如右图，外部脉冲信号经XTAL2引脚注入。

对于80C51单片机，外引脉冲信号需从XTAL1引脚注入，而XTAL2引脚悬空。862、从外部引入脉冲信号驱动时钟电路（外部振荡方式）在由多8687

各指令的微操作在时间上有严格的次序，这种微操作的时间次序我们称作时序。

二、CPU时序振荡周期：振荡器产生的振荡脉冲的周期，也称节拍（用P表示）。振荡电路产生的振荡信号并不直接为单片机所用。课本32页87各指令的微操作在时间上有严格的次序，这种微操作的时间8788时钟周期单片机的基本时间单位振荡脉冲经二分频后，就是单片机的时钟信号，把时钟信号的周期定义为时钟周期（注意时钟信号与振荡脉冲之间的二分频关系，否则会造成概念上的错误），时钟周期也称状态（用S表示）。这样，一个状态包含两个节拍，其前半周期对应的节拍叫节拍1（P1），后半周期对应的节拍叫节拍2（P2）。

机器周期6个时钟周期构成一个一个机器周期。一个机器周期的宽度为6个状态，并依次表示为S1~S6，而一个状态又分为两个节拍，因此，一个机器周期共有12个节拍，即S1P1，S1P2，…，S6P2。当振荡周期脉冲频率为12MHz时，一个机器周期为1μs；当振荡周期脉冲频率为6MHz时，一个机器周期为2μs。指令周期指令周期是指一条指令所需要的时间。指令周期以机器的数目来表示。51系统的指令周期根据指令不同，可包含1个、2个或4个机器周期。课本33页88时钟周期机器周期指令周期课本33页8889

有关MCS-51单片机CPU的时序（1）振荡周期：指为单片机提供定时信号的振荡源的周期，若为内部产生方式时，为石英晶体的振荡周期。（2）时钟周期：也称为状态周期，用S表示。时钟周期是计算机中最基本的时间单位，在一个时钟周期内，CPU完成一个最基本的动作。MCS—51单片机中一个时钟周期为振荡周期的2倍。（3）机器周期：完成一个基本操作（例如，取指令、存储器读、存储器写等）所需要的时间称为机器周期。MCS—51的一个机器周期含有6个时钟周期。（4）指令周期完成一条指令所需要的时间称为指令周期。MCS—5l的指令周期含1～4个机器周期不等，其中多数为单周期指令，还有2周期和4周期指令。4周期指令只有乘、除两条指令。89有关MCS-51单片机CPU的时序（1）振荡周期：8990例1当单片机外接晶振频率12Mhz,各种时序单位的大小：振荡周期=1/fosc=1/12Mhz=0.0833微秒状态周期=2/fosc=2/12Mhz=0.167微秒机器周期=12/fosc=12/12Mhz=1微秒指令周期=（1~4）机器周期=1~4微秒

机器周期=12/foscfosc为晶振90例1当单片机外接晶振频率12Mhz,各种时序单位的大9091第五节MCS-51单片机的系统复位一、MCS-51单片机的复位方式和复位电路

1.复位操作2.复位信号及其产生※

单片机复位的条件必须使RST引脚持续2微秒高电平（外部时钟为12MHZ）RST引脚（管脚9）是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，其有效时间应至少要保持2个机器周期(24个振荡周期)以上，才完成一次复位。

复位是单片机的初始化操作，其作用是使CPU和系统中其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。课本34页2.7.1第一段文字图2-15MCS-51的片内复位结构91第五节MCS-51单片机的系统复位一、MCS-519192★复位后片内各专用寄存器的状态(非常重要)寄存器内容寄存器内容PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0～P30FFHSCON00HIPXXX00000BSBUFXXXXXXXXBIE0XX00000BPCON0XXXXXXXB课本34页表2-6SFR复位状态92★复位后片内各专用寄存器的状态(非常重要)寄存器内容寄存92933.复位方式MCS-51系列单片机有两种复位方式上电复位（加电复位）按键复位

电平式

脉冲式按键电平复位按键脉冲复位上电复位abab933.复位方式MCS-51系列单片机有两种复位方式上9394第六节MCS-51单片机的工作过程例：MOVA,#09H74H09H;把09H送到累加器A中00020001000001110100000010010000H课本17页2.3.2第2自然段94第六节MCS-51单片机的工作过程例：MOV9495例：

MOV A, #0E0H（机器码是74H E0H），功能是把操作数E0H送入累加器A。设：0000H单元中已经存放74H，0001H单元中已存放E0H。95例：9596取指阶段：（1）开机时，（PC）=0000H，PC值被送到地址寄存器，然后（PC）=0001H。（2）地址寄存器的内容（0000H）通过地址译码电路译码选中0000H单元。（3）CPU使读控制线有效，在读信号下将0000H单元中的内容（74H）送到数据总线上，并送到指令寄存器中。分析和执行指令： 根据指令寄存器中的内容（74H），指令译码器就知道该指令是将一个数送到A中，而该数存放在下一个存储单元。所以还要把下一个单元内容取出来，这次取出内容送的不是指令寄存器，而是累加器A。96取指阶段：分析和执行指令：9697本章重点(课本39页)

指令的寻址方式、功能、使用方法程序设计的一般方法和技巧

讲授内容：

MCS-51单片机的寻址方式

MCS-51单片机指令分类程序设计方法和算法分析应用程序设计举例

第三章

MCS-51单片机的指令系统与程序设计97本章重点(课本39页)第三章

MCS-51单片机的指令系9798用户命令CPU98用户命令CPU9899一、单片机指令系统概述※程序：为完成某项特定任务的一组指令的集合。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，用户要设计各种程序。1、相关概念※指令：能够完成特定功能的命令。※指令系统：CPU所能执行的各种指令的集合。※机器语言：用二进制代码表示指令和数据，CPU可直接识别。※汇编语言：为起到助记作用，指令常以其英文名称或缩写形式来作为助记符表示的指令称为汇编语言。第一节

MCS-51单片机的寻址方式99一、单片机指令系统概述※程序：为完成某项特定任务的一组指991002、MCS-51单片机的指令格式※单字节指令※双字节指令※三字节指令单字节指令：操作码和操作数共同占用一个字节，在MCS-51指令系统中有49条单字节指令。

双字节指令：共有两个字节，前一个字节为操作码，后一个字节为操作数，在MCS-51指令系统中有45条双字节指令。

指令码为例：MOVA,#data

课本39页3.21002、MCS-51单片机的指令格式※单字节指令※双字100101☆指令的格式操作码操作数或操作数地址标号注释三字节指令：共有三个字节，操作码占一个字节，操作数占两个字节，操作数可以是数据也可以是地址，在MCS-51指令系统中有17条双字节指令。

例：ANLdirect,#data；直接寻址单元与立即数进行“与”操作

指令码为指令的表示方式：由两个部分组成，操作码和操作数。操作码是用来规定指令进行什么操作。操作数则是指令操作的对象，可以是一个具体的数也可以指出到哪里取得数据的地址和符号。例：DELAY:MOVR3,#0FFH；一段延时程序101☆指令的格式操作码操作数或操作数地址标号注释三字节指101102二、寻址方式

MCS-51单片机的指令系统共有111条指令，7种寻址方式,共分为5大类：数据传送类指令，算术运算类指令，逻辑运算类指令，控制转移类指令，位操作类指令1、寻找操作数方式的举例（课本40页，3.3指令系统的寻址方式）102二、寻址方式MCS-51单片机的指令系统共有11102103#data8、#data16：分别表示8位、16位立即数。direct：片内RAM单元地址（8位），也可以指特殊功能寄存器的地址或符号名称。addr11、addr16：分别表示11位、16位地址码。rel：相对转移指令中的偏移量，为8位带符号数（补码形式）。bit：片内RAM中（可位寻址）的位地址。A：累加器A；ACC则表示累加器A的地址。Rn：当前寄存器组的8个工作寄存器R0~R7。Ri：可用作间接寻址的工作寄存器，只能是R0、R1。＠：间接寻址的前缀标志。＄——当前指令存放的地址（x）——x中的内容2、MCS-51单片机指令常用符号说明（课本44页，汇编指令中的符号约定）103#data8、#data16：分别表示8位、16位立即103104★立即寻址

立即寻址是指在指令中直接给出其操作数，该操作数称为立即数。为了与直接寻址指令中的直接地址相区别，在立即数前面必需加上前缀“#”。例如：MOVA，#55HA55H3、七种寻址方式MOVRn，#01Hn=0~7MOVDPTR，#1FFFH注意：寻址方式是以什么形式来定义？以“逗号”后面的寻找操作数的方式来确定的，逗号后就是操作数的，为立即寻址！与逗号前面的部分无关！！这是一个约定，请大家记住！！MOVdirect，#88Hdirect的特定含义，一定要记住！

direct是指在单片机内部RAM中00H-FFH范围内内部RAM，只要有单元地址，可以用通用的符号direct来表示。（课本40页）104★立即寻址A55H3、七种寻址方式MOVRn，#104105★直接寻址

直接寻址是指在指令中直接给出存放数据的地址（注意：不是立即数,并且只限于片内RAM范围）。直接寻址只能访问特殊功能寄存器、内部数