《单片机实验与实训指导》课件第1章

1.1单片机芯片的内部结构及原理1.2MCS-51系列单片机指令系统

一、单片机的概念

单片机即单片微型计算机，就是将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种I/O接口电路都集成在一块芯片上的微型计算机。

二、单片机的类型

MCS-51系列单片机包括许多类型，常用的有80C51子系列、80C52子系列，其配置如表1.1所示。MCS-51系列单片机与AT89C51和87C51芯片内部结构及原理兼容。1.1单片机芯片的内部结构及原理表1.1MCS-51系列单片机配置一览表

三、MCS-51系列单片机的内部结构

MCS-51单片机结构框图如图1.1所示，各功能部件由内部总线连接在一起。

MCS-51单片机芯片内部集成包括下列部件：

(1)一个8位微处理器CPU。

(2) 256B数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR。

(3) 4KB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)具有五个中断源、两个优先级的中断结构。

(8)内部有一个振荡器和时钟电路。

(9)有一个可编程全双工的串行口。

(10)可寻址64KB的外部数据存储空间和64KB的外部程序存储器的控制电路。图1.1MCS-51单片机结构框图

四、MCS-51系列单片机的引脚功能

MCS-51系列单片机引脚及总线结构如图1.2所示。

(1)主电源引脚VCC和VSS。

(2)外接晶振引脚XTAL1和XTAL2。

(3)控制或其他电源复用引脚RST/VPD、ALE/和/

VPP。

(4)输入/输出引脚P0、P1、P2、P3(共32根)。图1.2MCS-51系列单片机引脚及总线结构(a)引脚图；(b)引脚功能分类五、MCS-51系列单片机存储器结构

1.程序存储器对于80C51来说，程序存储器(ROM)的内部地址为0000H～0FFFH，共4KB；外部地址为1000H～FFFFH，共60KB。程序存储器的结构如图1.3所示。当=1，程序计数器由内部0FFFH执行到外部1000H时，会自动跳转；当

=0时，只执行外部程序。对于87C51来说，内部有4KB的EPROM，将它作为内部程序存储器；80C31内部无程序存储器，必须外接程序存储器。图1.3MCS-51单片机存储器空间结构图(a)程序存储器；(b)内部数据存储器；(c)外部数据存储器

80C31最多可外扩64KB程序存储器，其中6个单元地址具有特殊用途，保留给系统使用，如表1.2所示。其中，0000H是系统的启动地址，一般在该单元中存放一条绝对跳转指令；另外0003H、000BH、0013H、001BH和0023H对应5个中断源的中断服务入口地址。表1.2MCS-51单片机复位、中断入口地址

2.内部数据存储器

MCS-51单片机片内RAM的配置如图1.3(b)所示。片内RAM为256字节，地址范围为00H～FFH，分为两大部分：低128字节(00H～7FH)为真正的RAM区；高128字节

(80H～FFH)为特殊功能寄存器区SFR。

在低128字节RAM中，00H～1FH共32单元是4个通用工作寄存器区。每一个区有8个通用寄存器R0～R7。寄存器和RAM地址对应关系如表1.3所示。RAM中的位寻址区地址表如表1.4所示，SFR特殊功能寄存器地址表如表1.5所示。表1.3寄存器和RAM地址对照表表1.4RAM中的位寻址区地址表表1.5SFR特殊功能寄存器地址表

MCS-51系列单片机指令按照功能可分为数据传送类指令、算术运算类指令、逻辑运算与循环类指令、程序转移类指令和位操作类指令。

1.2MCS-51系列单片机指令系统

一、数据传送类指令

1．访问RAM和SFR的指令

(1)以A为目的操作数：4．数据交换字节交换：XCHA，Rn ；(A)(Rn)XCHA，direct ；(A)(direct)XCHA，@Ri ；(A)((Ri))半字节交换：XCHDA，@Ri ；(A0～3)((Ri)0～3)SWAPA ；(A0～3)(A4～7)

5．堆栈操作

所谓堆栈是指在片内RAM中按“先进后出，后进先出”原则设置的专用存储区。数据的进栈和出栈由指针SP统一管理。堆栈操作有如下两条专用指令：

PUSHdirect ；(SP)←(SP)+1，((SP))←(direct)

POP   direct ；(direct)←(SP)，(SP)←(SP) -1二、算术运算类指令

1．加法指令

ADDA，Rn ；(A)←(A)+(Rn)

ADDA，direct ；(A)←(A)+(direct)

ADDA，@Ri ；(A)←(A)+((Ri))

ADDA，#data ；(A)←(A)+#data

2．带进位加法指令

ADDCA，Rn ；(A)←(A)+(Rn)+(C)

ADDCA，direct ；(A)←(A)+(direct)+(C)

ADDCA，@Ri ；(A)←(A)+((Ri))+(C)

ADDCA，#data ；(A)←(A)+#data+(C)3．带借位减法指令

SUBBA，Rn ；(A)←(A) -(Rn) -(C)

SUBBA，direct ；(A)←(A) -(direct) -(C)

SUBBA，@Ri ；(A)←(A) -((Ri)) -(C)

SUBBA，#data ；(A)←(A) -#data -(C)

4．乘法指令

MULAB ；(B)(A)←(A)×(B)。A和B中各存放一

；个8位无符号数，指令执行后，16位

；乘积的高8位在B中，低8位存A中5．除法指令

DIVAB ；(A)÷(B)→商在A中，余数在B中

6．加1指令

INCA ；(A)←(A)+1

INCRn ；(Rn)←(Rn)+1

INCdirect ；(direct)←(direct)+1

INC@Ri ；((Ri))←((Ri))+1

INCDPTR ；(DPTR)←(DPTR)+17．减1指令

DECA ；(A)←(A) -1

DECRn ；(Rn)←(Rn) -1

DECdirect ；(direct)←(direct) -1

DEC@Ri ；((Ri))←((Ri)) -1

8．十进制调整指令

DAA；把A中按二进制相加的结果调

整成按BCD码相加的结果三、逻辑运算与循环类指令

1．“与”操作指令

ANLA,direct ；(A)←(A)∧(direct)

ANLA,Rn ；(A)←(A)∧(Rn)

ANLA,@Ri ；(A)←(A)∧((Ri))

ANLA,#data ；(A)←(A)∧#data

ANLdirect,A ；(direct)←(direct)∧(A)

ANLdirect,#data ；(direct)←(direct)∧#data2．“或”操作指令

ORLA,direct ；(A)←(A)∨(direct)

ORLA,Rn ；(A)←(A)∨(Rn)

ORLA,@Ri ；(A)←(A)∨((Ri))

ORLA,#data ；(A)←(A)∨#data

ORLdirect,A ；(direct)←(direct)∨(A)

ORLdirect,#data ；(direct)←(direct)∨#data3．“异或”操作指令

XRLA,direct ；(A)←(A)

(direct)

XRLA,Rn ；(A)←(A)

(Rn)

XRLA,@Ri ；(A)←(A)

((Ri))

XRLA,#data ；(A)←(A)

#data

XRLdirect,A ；(direct)←(direct)

(A)

XRLdirect,#data ；(direct)←(direct)

#data四、程序转移类指令

1．无条件转移指令

绝对(短)转移指令：

AJMPaddr11 ；(PC0～10)←addr11

长转移指令：

LJMPaddr16 ；(PC)←addr16

短(相对)转移指令：

SJMPrel ；(PC)←(PC)+2+rel

间接转移指令：

JMP @A+DPTR ；(PC)←(A)+(DPTR)2．条件转移指令

累加器为零(非零)转移指令：

JZrel ；若(A)=0，则(PC)←(PC)+rel，否则程序顺序执行

JNZrel；若(A)≠0，则(PC)←(PC)+rel，否则程序顺序执行

减1非零转移指令：

DJNZRn,rel ；(Rn)←(Rn) -1，若(Rn)≠0，则

(PC)←(PC)+rel，否则顺序执行

DJNZdirect,rel；(direct)←(direct)-1，若(direct)≠0，则

(PC)←(PC)+rel，否则顺序执行两数不等转

移指令：五、位操作类指令

1．位传送指令

MOVC,bit ；(CY)←(bit)

MOVbit,C ；(bit)←(CY)

2.位置位和位清零指令

CLRC ；(CY)←0

CLRbit ；(bit)←0

SETBC ；(CY)←1

SETBbit ；(bit)←14.位控制转移指令

JBbit,rel ；若(bit)=1