单片机原理与应用及C51程序设计（第4版）谢维成全套教案课件

单片机原理与应用教材：单片机原理与应用及C51程序设计（第4版）清华大学出版社谢维成，杨加国西华大学第1章基础知识主要内容：信息在计算机中的表示。单片机概述。51单片机及主要品种。重点:数在计算机内的表示。51单片机概念和特点。1.1信息在计算机中的表示1.1.1数在计算机内的表示计算机中的数通常有两种：无符号数和有符号数。

无符号数<-----

二进制形式表示

例如：123表示成01111011B。

有符号数---

机器数，它的数值称为机器数的真值。3符号位数值位机器数在计算机中有三种表示法：

原码、反码和补码。+0-1机器数在计算机中表示：41.原码符号位绝对值注意:（1）原码表示范围为-(2n-1-1)~+(2n-1-1)，例如：8位的范围为-127~+127。（2）原码表示时，-0的编码为10000000，+0的编码为00000000。（假设机器字长为8位）【例1-1】求+76、-45的原码（机器字长8位）因为

+76

=76=1001100B

-45

=45=101101B所以[+76]原=01001100B[-45]原=10101101B格式:52.反码符号位0绝对值符号位1绝对值各位取反格式:正数负数注意:（1）反码表示范围为-(2n-1-1)~+(2n-1-1)，例如：8位的范围为-127~+127。（2）反码表示时，-0的编码为11111111，+0的编码为00000000。（假设机器字长为8位）63.补码

【例1-3】求+76、-45的补码（机器字长8位）。因为[+76]原=01001100B[-45]原=10101101B所以[+76]补=01001100B[-45]补=11100111B

符号位0绝对值符号位1绝对值各位取反格式:正数负数+17注意:（1）补码表示范围为-(2n-1-1)~+(2n-1)，例如：8位的范围为-128~+127。（2）补码表示时，-0的编码为00000000，+0的编码为00000000。（假设机器字长为8位）[X]补

[-X]补

【例1-4】已知+45的补码为00101101B，用求补运算求-45的补码。因为[45]补

[-45]补所以

[-45]补=11010010+1=11010011B8求补运算：一个二进制数，符号位和数值位一起取反，末位加1。求补运算具有以下的特点：94.补码的加减运算补码的加、减法运算规则如下：[X+Y]补=[X]补+[Y]补[X-Y]补=[X]补-[Y]补=[X]补+[-Y]补=[X]补+{[Y]补}求补即：补码表示时，求两个数之和[X+Y]补，直接用两个数相加（[X]补+[Y]补）；求两个数之差[X-Y]补，可以直接用两个数相减[X]补-[Y]补，也可以先对减数[Y]补求补运算，然后再与被减数[X]补相加。10【例1-5】假设计算机字长为8位，完成下列补码运算。① (＋76)+(-45)因为 [+76]补=01001100B[-45]补=11010011B

[+76]补=01001100B+ [-45]补=11010011B所以[(＋76)+(-45)]补=[+76]补+[-45]补=00011111B=[＋31]补100011111B②

(＋76)-(+45)因为 [+76]补=01001100B[+45]补=00101101B

所以[(＋76)-(+45)]补=[+76]补-[+45]补=[+76]补+｛[+45]补｝求补=00011111B=[+31]补5．十进制数的表示

十进制编码又称为BCD码。分压缩BCD码和非压缩BCD码。压缩BCD码又称为8421码，它是用四位二进制编码来表示一位十进制符号。11例如：十进制数124的压缩BCD码为000100100100。

十进制数4.56的压缩BCD码为0100.01010110。十进制符号压缩BCD编码十进制符号压缩BCD编码000005010110001601102001070111300118100040100910011.1.2字符在计算机内的表示美国信息交换标准代码ASCII码AmericanStandardCodeforInformationInterchange12数字符号0～9：30H—39h26个大写字母：41H—5AH26个小写字母：61H—7AH1.2单片机概述1.2.1单片机的基本概念

单片机属于微型计算机的一种，是把微型计算机中的微处理器、存储器、I/O接口、定时器/计数器、串行接口、中断系统等电路集成在一块集成电路芯片上形成的微型计算机。因而被称为单片微型计算机，简称为单片机。单片机按照用途可分为通用型和专用型两大类。在单片机使用上注意以下几个相互有相同点也有区别的概念“（1）单板机：（2）单片机：（3）多板机：131.2.2单片机发展及其主要品种1.4位单片机2.8位单片机3.16位单片机4.32位单片机

在1978年以前各厂家生产的8位单片机，由于集成度的限制，一般都没有串行接口，只提供小范围的寻址空间（小于8KB），性能相对较低，称为低档8位单片机。

在1978年以后，集成电路水平提高，出现了一些高性能的8位单片机，它们的寻址能力达到了64KB，片内集成了4-8KB的ROM，片内除了带并行I/O口外，还有串行I/O接口，甚至有些还集成A/D转换器。这类单片机称为高档8位单片机。141.2.3单片机的主要特点（1）在存储器结构上，单片机的存储器采用哈佛（Harvard）结构。ROM和RAM是严格分开的。ROM称为程序存储器，只存放程序、固定常数和数据表格。RAM则为数据存储器，用作工作区及存放数据。（2）在芯片引脚上，大部份采用分时复用技术。（3）在内部资源访问上，通过用特殊功能寄存器（SFR）的形式。（4）在指令系统上，采用面向控制的指令系统。（5）内部一般都集成一个全双工的串行接口。（6）单片机有很强的外部扩展能力。151.3.4单片机的应用1.单机应用（1）工业自动化控制。（2）智能仪器仪表。（3）计算机外部设备和智能接口（4）家用电器。2.多机应用3.单片机的等级（1）民用级或商用级。温度适应能力在0

C~70C，适用于机房和一般的办公环境。（2）工业级。温度适应能力在-40C~85C，适用于工厂和工业控制中，对环境的适应能力较强。（3）军用级。温度适应能力在-65C~125C，运用于环境条件苛刻，温度变化很大的野外。主要用在军事上。16171.351单片机及主要品种3大系列：51系列、PIC系列和AVR系列1.3.151单片机概述Intel公司生产的51单片机及其他公司生产的采用51内核单片机。1.3.251单片机的主要品种1．MCS-51系列单片机美国Intel公司、1980年，包含51和52两个子系列。51子系列，有8031、8051、8751三种机型，52子系列，有8032、8052、8752三种机型。采用两种半导体工艺生产：HMOS工艺和CHMOS工艺。采用CHMOS的器件在编号中用一个C来加以区别：如80C31、80C51等。182．ATMEL公司的AT89系列单片机美国20世纪80年代中期成立，技术优势是Flash存储器技术。AT89C5X系列单片机与MCS-51单片机完全兼容，代表产品为AT89C51系列和AT89S5X系列。除了具有MCS-51/52系列的特点外，AT89C51系列片内集成4k/8k字节Flash闪速存储器，工作频率可达24MHZ。AT89S5X系列是在AT89C5X系列之后推出的新机型，代表产品为AT89S51和AT89S52。在继承了AT89C5X系列的所有软硬件资源的前提下，作了以下方面的改进：片内集成双数据指针（DPTR），增加看门狗定时器（WDT）、在系统编程（ISP，也称在线编程）、串行外设接口（SPI），工作频率上限提高到33MHZ。目前，AT89S5X系列在实际中得到了广泛应用。193．STC系列51单片机STC是深圳宏晶科技有限公司生产的单片机系列符号。宏晶公司是中国单片机技术的领航者，致力于高性能单片机的设计和制造。具有自主知识产权，处于国际领先地位。4．SST公司的SST89系列单片机SST89系列单片机是美国SST公司推出的高可靠、小扇区结构的51内核单片机。所有产品均带IAP（在应用可编程）和ISP（在系统可编程）功能，不占用用户资源，通过串行接口即可在系统仿真和编程。204．SiliconLabs公司51单片机5．华帮W77系列、W78系列单片机1.3.3其他系列的8位单片机1．PIC系列单片机PIC系列单片机是美国Microchip公司开发的单片机，有多种机型，其8位单片机主要有PIC10、PIC12、PIC16、PIC18几个系列。与51单片机主要在这几个方面不一样：21(1)总线结构：51的总线结构是冯-诺依曼型，计算机在同一个存储空间取指令和数据，两者不能同时进行；而PIC的总线结构是哈佛结构，程序和数据可以同时进行访问。(2)流水线结构：MCS-51的取指和执行采用单指令流水线结构，即取一条指令，执行完后再取下一条指令；而PIC的取指和执行采用双指令流水线结构，当一条指令被执行时，允许下一条指令同时被取出，这样就实现了单周期指令。(3)寄存器组：PIC的所有寄存器，包括I/O口，定时器和程序计数器等都采用RAM结构形式，而且都只需要一个指令周期就可以完成访问和操作；而MCS-51需要两个或两个以上的周期才能改变寄存器的内容。222．AVR系列单片机AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(ReducedInstructionSetCPU)精简指令集高速8位单片机。指令简单，宽度固定，指令周期短，具备1MIPS/MHz（百万条指令每秒/兆赫兹）的高速处理能力。AVR单片机特点如下：1）AVR单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略。2）AVR单片机内嵌高质量的Flash程序存储器，擦写方便，支持ISP和IAP，便于产品的调试、开发、生产、更新。3）AVR单片机的I/O线全部可单独设定为输入/输出，可上拉电阻输入/输出，可高阻输入，驱动能力强。功能强大，使用灵活。234）AVR单片机片内具备多种独立的时钟分频器，分别供URAT、I2C、SPI使用。5）AVR单片机包含丰富的外部设备。6）低功耗。习题：1、2、3、4、5单片机原理与应用教材：单片机原理与应用及C51程序设计（第4版）清华大学出版社谢维成，杨加国西华大学第2章单片机基本原理主要内容：MCS-51单片机的中央处理器结构存储器的组织外部引脚及片内总线252.151系列单片机简介2.251系列单片机的结构原理2.351系列单片机的外部引脚及片外总线2.451系列单片机的工作方式2.551系列单片机的时序章节262.1MCS-51系列单片机简介MCS-51系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的高性能8位单片机，它包含51和52两个子系列。对于51子系列，主要有8031、8051、8751三种机型，它们的指令系统与芯片引脚完全兼容，仅片内程序存储器有所不同，8031芯片不带ROM，8051芯片带4KROM，8751芯片带4KEPROM。51子系列的主要特点：◆8位CPU。◆片内带振荡器，频率范围1．2~12MHZ。◆片内带128字节的数据存储器。◆片内带4K的程序存储器。◆程序存储器的寻址空间为64K字节。◆片外数据存储器的寻址空间为64K字节。◆128个用户位寻址空间。27◆21个字节特殊功能寄存器。◆4个8位的并行I/O接口：P0、P1、P2、P3。◆2个16位定时器/计数器◆2个优先级别的5个中断源。◆1个全双工的串行I/O接口，可多机通信。◆111条指令，含乘法指令和除法指令。◆片内采用单总线结构。◆有较强的位处理能力。◆采用单一+5V电源。对于52子系列，有8032、8052、8752三种机型。52子系列与51子系列相比大部分相同，不同之处在于：片内数据存储器增至256字节；8032芯片不带ROM，8052芯片带8KROM，8752芯片带8KEPROM；有3个16位定时器/计数器；6个中断源。本书以51子系列的8051介绍MCS-51单片机的基本原理2851子系列的主要特点：2.2MCS-51系列单片机的结构原理2.2.1MCS-51系列单片机的基本组成29PSENALERESETXLAT1P0.0~P0.7P2.0~P2.7RAM地址寄存器RAMP0锁存器P2锁存器EPROM或ROM程序地址寄存器缓冲器B寄存器ACC暂存器2暂存器1ALUPSWSPPC增量器PCDPTRP0驱动器P2驱动器特殊功能寄存器指令寄存器定时及控制P1锁存器P3锁存器P1驱动器P3驱动器振荡器VssP1.0~P1.7P3.0~P3.7EAXLAT2Vcc2.2.2MCS-51系列单片机的内部结构302.2.38051的中央处理器（CPU）1.运算部件以算术逻辑运算单元ALU为核心，包含累加器ACC（A）、B寄存器、暂存器1、暂存器2、标志寄存器PSW等部件。

逻辑运算单元ALU：8位的运算器，可以实现算术运算、逻辑运算，数据传输、程序转移等功能。

累加器ACC（A）：参与绝大多数运算处理。寄存器B称为辅助寄存器：辅助累加器ACC（A）完成乘法和除法运算。

标志寄存器PSW：用于保存指令执行的状态，以供程序查询和判别；4位状态标志和2位控制标志。D7D6D5D4D3D2D1D0CACF0RS1RS0OV-PPSWC（PSW.7）：进位或借位标志位。AC（PSW.6）：辅助进位或借位标志位。F0（PSW.5）：用户标志位。RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）：寄存器组选择位OV(PSW.2)：溢出标志位。P(PSW.0)：偶校验标志位。RS1RS0工作寄存器组000组（00H-07H）011组（08H-0FH）102组（10H-17H）113组（18H-1FH）33【例2-1】试分析下面指令执行后，累加器A，标志位C、AC、OV、P的值。

MOVA,#67H

ADDA,#58H

加法运算过程如下：

67H=01100111B58H=01011000B

01100111B

+

01011000B

10111111=0BFH则执行后累加器A中的值为0BFH，由相加过程得C=0、AC=0、OV=1、P=1。2.控制部件

包括定时和控制电路、指令寄存器、指令译码器、程序指针PC、PC增量器、堆栈指针SP、数据指针DPTR以及信息传送控制部件等。程序指针寄存器PC是一个16位的寄存器，8051单片机通过PC控制从程序存储器取指令。堆栈指针寄存器SP，8位，用于控制对堆栈空间进行操作，堆栈空间位于片内数据存储器。数据指针寄存器DPTR，16位，DPTR作指针控制对片外64KB数据存储器进行访问。可分为高8位（DPH）和低8位（DPL）。3.AT89S5X单片机的双数据指针和辅助寄存器

AT89S5X单片机，两个数据指针寄存器DPTR0(DPTR)和DPTR1，两个辅助寄存器AUXR和AUXR1。其中：DPS=0，选择数据寄存器DPTR0；DPS=1，选择数据寄存器DPTR1；默认DPS=0。D7D6D5D4D3D2D1D0

-------DPSA2H3737D7D6D5D4D3D2D1D0

---WDIDLEDISRTO--DISALE8EH其中：DISALE：ALE的禁止/允许位。ALE=0，ALE信号有效，发ALE脉冲；DISRTO：禁止/运行看门狗定时器WDT溢出时输出复位信号。DISRTO=0，WDT溢出时，允许向RST引脚输出一个高电平脉冲，使单片机复位。DISRTO=1，禁止。WDIDLE：WDT在空闲模式下的禁止/允许位。

WDIDLE=0，允许WDT在空闲模式下计数；

WDIDLE=0，禁止。复位时，AUXR寄存器值为0。2.2.48051的存储器结构存储器存放程序，一般由只读存储器芯片构成，又可简称为ROM；也可存放固定不变的常数和数据表格，数据存储器：存放数据，一般用随机存储器构成，所以又可简称为RAM。通常用作工作区及存放数据。程序存储器：1.程序存储器1） 程序存储器的编址与访问程序存储器总容量为64KB，地址范围0000H～0FFFFH。从物理结构分片内和片外，8031和8032片内没有集成程序存储器，8751情况与8051片内集成4KB，8052和8752内部集成了8KB程序存储器。

片内程序存储器地址范围0000H～0FFFH（1FFFH），片外程序存储器地址范围0000H～FFFFH。片内和片外通过芯片上（—EA）片外程序存储器选用端引脚区分。具体见下图：2） 程序存储器的特殊地址地址特点0000H复位地址0003H外部中断0中断入口地址000BH定时/计数器0中断入口地址0013H外部中断1中断入口地址001BH定时/计数器1中断入口地址0023H串行口中断入口地址002BH定时/计数器2中断入口地址(仅52子系列有)2.数据存储器1）片内数据存储器分为片内随机存储块和特殊功能寄存器（SFR）块。片内随机存储块128或256（52）字节，地址范围00H～7FH或FFH（52）。

特殊功能寄存器（SFR）块128字节，地址范围80H～0FFH；片内随机存储块按功能又可以分成以下几个部分：工作寄存器组区、位寻址区、一般RAM区和堆栈区。（1）工作寄存器组区（通用寄存器）00H～1FH单元，共32个字节。分4组，称为0组、1组、2组和3组。每组8个，依次用R0～R7表示和使用。组的选择见前面。（2）位寻址区。20H～2FH单元，16字节，128位。可以按位方式使用，位地址范围为00H～7FH。字节单元地址D7D6D5D4D3D2D1D020H070605040302010021H0F0E0D0C0B0A090822H171615141312111023H1F1E1D1C1B1A191824H272625242322212025H2F2E2D2C2B2A292826H373635343332313027H3F3E3D3C3B3A393828H474645444342414029H4F4E4D4C4B4A49482AH57565554535251502BH5F5E5D5C5B5A59582CH67666564636261602DH6F6E6D6C6B6A69682EH77767574737271702FH7F7E7D7C7B7A7978（3）一般RAM区。30H～7FH或FFH(52)是一般RAM区，也称为用户RAM区，共80(208)字节，用字节地址按字节方式使用。（4）堆栈区与堆栈指针。存储器中按“先入后出、后入先出”的原则进行管理的一段存储区域。通过堆栈指针SP管理。堆栈有入栈和出栈两种操作，入栈时先改变堆栈指针SP，再送入数据，出栈时先送出数据，再改变堆栈指针SP。根据入栈方向堆栈一般分两种：向上生长型和向下生长型。向上生长型堆栈

向下生长型堆栈8051单片机堆栈：向上生长型，位于片内随机存储块，以字节为单位，复位时，SP的初值为07H，因此复位时堆栈实际上是从08H开始。（5）特殊功能寄存器。

除PC外，8051有18个特殊功能寄存器，其中3个为双字节，共占用21个字节。对于52子系列，特殊寄存器有21个，其中5个为双字节，共占用26个字节。CPU专用寄存器：累加器A(E0H)，寄存器B(F0H)，程序状态寄存器PSW（D0H），堆栈指针SP（81H），数据指针DPTR（82H、83H）。并行接口：P0～P3（80H、90H、A0H、B0H）。串行接口：串口控制寄存器SCON（98H），串口数据缓冲器SBUF（99h），电源控制寄存器PCON（87H）。定时/计数器：方式寄存器TMOD（89H），控制寄存器TCON（88H），初值寄存器TH0、TL0（8CH、8AH）/TH1、TL1（8DH、8BH）。中断系统：中断允许寄存器IE（A8H），中断优先级寄存器IP（B8H）。定时/计数器2相关寄存器：定时/计数器2控制寄存器T2CON(CBH)，定时/计数器2自动重装寄存器RLDL、RLDH(CAH、CBH)，定时/计数器2初值寄存器TH2、TL2(CDH、CCH)(仅52子系列有)。见书表2.4。注意：字节地址能够被8整除的特殊功能寄存器，既能按字节方式处理，也能按位方式处理。2） 片外数据存储器

片外用RAM芯片扩展，最多为64KB，地址范围为0000H～0FFFFH。通过DPTR作指针间接方式访问。低端的256字节，也可用两位十六进制地址编址，地址范围为00H～0FFH，用R0和R1间接方式访问。8051单片机的存储器地址空间程序存储器64KB，地址范围为0000H—0FFFFH片内数据存储器256B，地址范围为00H—0FFH片外数据存储器64KB，地址范围为0000H—0FFFFH片外数据存储器低256B，地址范围为0000H—0FFFFH位数据256B，地址范围为00H—0FFH注意：第一，64K的程序存储器和64K的片外数据存储器地址空间都为0000H—0FFFFH，地址空间是重叠的，它们如何区分呢？第二，位数据、片内数据存储器和片外数据存储器的低256字节的地址空间是重叠的，它们如何区分呢？512.2.58051的输入/输出接口

4个8位的并行I/O接口：P0、P1、P2和P3。既可以作输入，也可以作输出，既可按8位处理，也可按位方式使用。输出时具有锁存能力，输入时具有缓冲功能。1.P0口地址/数据分时复用接口。通用的I/O接口

作通用的I/O接口，输出时，须外接上拉电阻。输入时，须先向输出锁存器写写“1”。2.P1口只能作通用I/O接口使用。通用I/O输入时，也须先向输出锁存器写写“1”。3.P2口

通用I/O接口高8位地址线。通用I/O输入时，也须先向输出锁存器写写“1”。4.P3口

通用I/O接口每一根线还具有独立的第二种功能P3口的引脚第二功能P3.0

RXD串行口输入端P3.1

TXD串行口输出端P3.2

外部中断0请求输入端，低电平有效P3.3外部中断1请求输入端，低电平有效P3.4

定时/计数器0外部计数脉冲输入端P3.5

定时/计数器1外部计数脉冲输入端P3.6—WR外部数据存储器写信号，低电平有效P3.7

—RD外部数据存储器读信号，低电平有效通用I/O输入时，也须先向输出锁存器写“1”。P3口的结构2.3MCS-51系列单片机的外部引脚及片外总线57一．输入/输出引脚（1）P0口（39~32脚）：P0.0~P0.7统称为P0口。在不接片外存储器与不扩展I/O口时，作为准双向输入/输出口。在接有片外存储器或扩展I/O口时，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。（2）P1口（1~8脚）：P1.0~P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O口使用。对于52子系列，P1.0与P1.1还有第二功能：P1.0可用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2，P1.1可用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。（3）P2口（21~28脚）：P2.0~P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O口使用；在接有片外存储器或扩展I/O口且寻址范围超过256字节时，P2口用作高8位地址总线。（4）P3口（10~17脚）：P3.0~P3.7统称为P3口。除作为准双向I/O口使用外，还可以将每一位用于第二功能，而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。58二．控制线（1）ALE/PROG（30脚）：地址锁存信号输出端。ALE在每个机器周期内输出两个脉冲。（2）

（29脚）：片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。（3）RST/VPD（9脚）：RST即为RESET，VPD为备用电源。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机回复到初始状态。上电时，考虑到振荡器有一定的起振时间，该引脚上高电平必须持续10ms以上才能保证有效复位。（4）/VPP（31脚）：EA为片外程序存储器选用端。该引脚低电平时，选用片外程序存储器，高电平或悬空时选用片内程序存储器。三．主电源引脚VCC（40脚）：接+5V电源正端。VSS（20脚）：接+5V电源地端。59四．外接晶体引脚XTAL1、XTAL2（19、18脚）：当使用单片机内部振荡电路时，这两个引脚用来外接石英晶体和微调电容，如图（a）。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，XTAL1引脚接地，XTAL2接片外振荡脉冲输入（带上拉电阻）；对于CHMOS单片机，XTAL2引脚接地，XTAL1接片外振荡脉冲输入（带上拉电阻），如图（b）和（c）。XTAL1XTAL2外部振荡信号XTAL1XTAL2VccVssR外部振荡信号XTAL2XTAL1VccVssR（a）内部时钟方式（b）HMOS工艺外接时钟（c）CHMOS工艺外接时钟602.3.2片外总线结构控制总线:P3第二功能和RST、EA、ALE和PSEN控制线。61地址总线：16位（A15~A0），寻址范围都为64KB。P0低8位，P2高8位。数据总线：8位（D7~D0），P0口直接提供。用户I/O线:P1口，P3口第二功能没有使用的信号线，P0、P2口(没有用作地址线、数据线时)2.4MCS-51系列单片机的工作方式2.4.1复位方式在时钟电路工作以后，当外部电路使得RST端出现2个机器周期（24个时钟周期）以上的高电平，系统内部复位。复位有两种方式：上电复位和按钮复位。如图所示。VccRSTVssMCS-51VccRSTVssMCS-511k1k200

（a）上电复位电路（b）按钮复位电路62特殊功能寄存器初始内容特殊功能寄存器初始内容A00HTCON00HPC0000HTL000HB00HTH000HPSW00HTL100HSP07HTH100HDPTR0000HSCON00HP0~P3FFHSBUFXXXXXXXXBIPXX000000BPCON0XXX0000BIE0X000000BTMOD00H632.4.2程序执行方式2.4.3单步执行方式单步执行：在外部单步脉冲的作用下，使单片机一个单步脉冲执行一条指令后就暂停下来，再一个单步脉冲再执行一条指令后又暂停下来。它通常用于调试程序、跟踪程序执行和了解程序执行过程。

单片机没有单步执行中断，MCS-51单片机的单步执行也要利用中断系统完成。MCS-51的中断系统规定，从中断服务程序中返回之后，至少要再执行一条指令，才能重新进入中断。

将外部脉冲加到INT0引脚，平时让它为低电平，通过编程规定INT0为电平触发。那么，不来脉冲时INT0总处于响应中断的状态。在INT0的中断服务程序中安排下面的指令：PAUSE0：JNBP3.2，PAUSE0；若INT0=0，不往下执行PAUSE1：JBP3.2，PAUSE1；若INT0=1，不往下执行RETI；返回主程序执行下一条指令642.4.4AT89S5X单片机的空闲和掉电方式1.空闲工作方式空闲工作方式：CPU进入睡眠状态，即CPU停止工作（实际是关断送给CPU的时钟信号），而片内外的功能部件任然继续工作，内部RAM、SFR、PC、SP、PSW、P0~P3端口等都保持进入空闲工作方式前的状态不变。空闲工作方式的进入是CPU通过执行指令把电源控制寄存器PCON中的IDL位置1实现。65D7D6

D5D4D3D2D1D0PCONSMOD—

——GF1GF0PDIDLSMOD(PCON.7)：波特率加倍位。GF1、GF0：通用标志位。PD(PCON.1)：掉电方式位。当PD=1时，进入掉电方式。IDL(PCON.0)：空闲方式位。当IDL=1时，进入空闲方式。2.4.4AT89S5X单片机的空闲和掉电方式2.掉电工作方式PCON寄存器的PD位置1，进入掉电工作方式。振荡器和片内的功能部件都停止工作，芯片的VCC可由备用电源供电。内部RAM和SFR等都保持进入掉电工作方式前的状态不变。66空闲工作方式和掉电工作方式的退出也有两种：一种是硬件复位；一种是外部中断。

672.4.5AT89S5X单片机的ISP编程方式1．AT89S5X单片机Flash存储器编程概述在系统编程（ISP），有串行和并行两种编程模式，通常采用串行编程模式。特点：常规电压4-5V。接口简单，下载接口通常直接和开发板做在一起，通过ISP下载编程器和微机的USB接口连接。在编程过程中一般同时完成擦除、写入、校验和加密工作。2．AT89S5X单片机Flash存储器加密3．AT89S5X单片机ISP接口MOSI（串行数据输入线，P1.5引脚）、MISO（串行数据输出线，P1.6引脚）和SCK（串行时钟线，P1.7引脚）3根线，同时需要将RST接VCC。2.5MCS-51系列单片机的时序2.5.1时钟周期、机器周期和指令周期指令周期：计算机取一条指令至执行完该指令需要的时间称为指令周期。机器周期：机器周期是单片机的基本操作周期，每个机器周期包含S1、S2、

、S66个状态，每个状态包含2拍P1和P2，每一拍为一个时钟周期（振荡周期）。因此，一个机器周期包含12个时钟周期。依次可表示为S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、…、S6P1、S6P2。68时钟周期(振荡周期)：单片机内部时钟电路产生(或外部时钟电路送入)的信号周期。69S1S2S3S4S5S6读操作码读无效（丢失）单字节单机器周期指令S1S2S3S4S5S6读操作码读第二个字节双字节单机器周期指令70S1S2S3S4S5S6读操作码S1S2S3S4S5S6三次读操作无效（丢失）单字节、双机器周期指令的时序712.5.2.访问外部ROM的时序

用到P0和P2口，P0分时用做低位地址总线和数据总线，P2口用做高8位地址总线。

控制信号ALE和72访问外部ROM过程如下：（1）在S1P2时刻ALE信号有效。（2）在P0口送出ROM地址低8位，在P2口送出ROM地址高8位。A0~A7只持续到S2P2结束，故在外部要用锁存器加以锁存，用ALE作为锁存信号。A8~A15在整个读指令过程都有效，不必再接锁存器。到S2P2前ALE失效。（3）在S3P1时刻开始低电平有效，用它来选通外部ROM的使能端，所选中ROM单元的内容，即指令，从P0口读入到CPU，然后失效。（4）在S4P2后开始第2次读人，过程与第1次相同。73用到P0和P2口，P0分时用做低位地址总线和数据总线，P2口用做高8位地址总线。

控制信号ALE、、和2.5.3.访问外部RAM的时序74访问外部RAM的过程如下：（1）在第一次ALE有效到第二次ALE有效之间的过程，是和读外部程序ROM过程一样的，即P0口送出ROM单元低8位地址，P2口送出高8位地址，然后在有效后，读入ROM单元的内容。（2）第二次ALE有效后，P0口送出RAM单元的低8位地址，P2口送出RAM单元的高8位地址。（3）第二个机器周期的第一次ALE信号不再出现，此时也保持高电位（无效），而在第二个机器周期的S1P1时读信号开始有效，可用来选通RAM芯片，然后从P0口读出RAM单元的数据。（4）第二机器周期的第二次ALE信号仍然出现，也进行一次外部ROM的读操作，但仍属于无效的操作。若是对外部RAM进行写操作，则应用

写信号来选通RAM芯片，其余的过程与读操作是相似的。习题2、4、5、7、9、10、11、1475单片机原理与应用教材：单片机原理与应用及C51程序设计（第4版）清华大学出版社谢维成，杨加国西华大学77第3章

单片机汇编程序设计学习重点：51单片机的寻址方式51单片机的指令系统常用汇编程序设计77章节3.151系列单片机汇编指令格式及标识3.251单片机指令的寻址方式3.351单片机的指令系统3.451单片机汇编程序常用伪指令3.551单片机汇编程序设计783.1MCS-51系列单片机汇编指令格式及标识3.1.1指令格式[标号：]操作码助记符[目的操作数][，源操作数][；注释]（1）操作码助记符表明指令的功能，不同的指令有不同的指令助记符，它一般用说明其功能的英文单词的缩写形式表示。（2）操作数用于给指令的操作提供数据、数据的地址或指令的地址，操作数往往用相应的寻址方式指明。（3）标号是该指令的符号地址，后面须带冒号。（4）注释是对该指令的解释，前面须带分号。79指令：计算机完成基本操作的命令。指令系统：一种计算机能够执行的全部指令的集合。指令通常由操作码和操作数两部分组成。3.1.2指令中用到的标识符（1）Ri和Rn：表示当前工作寄存器区中的工作寄存器，i取0或1，表示R0或R1。n取0~7，表示R0~R7。（2）#data：表示包含在指令中的8位立即数。（3）#data16：表示包含在指令中的16位立即数。（4）rel：以补码形式表示的8位相对偏移量，范围为-128~127，主要用在相对寻址的指令中。（5）addr16和addr11：分别表示16位直接地址和11位直接地址。（6）direct：表示直接寻址的地址。（7）bit：表示可位寻址的直接位地址。80（8）（X）：表示X单元中的内容。（9）（10）/和→符号：“/”表示对该位操作数取反，但不影响该位的原值。“→”表示操作流程，将箭尾一方的内容送入箭头所指一方的单元中去。3.2MCS-51系列单片机寻址方式MCS-51单片机的寻址方式按操作数的类型，可分为数的寻址和指令寻址，数的寻址有：常数寻址（立即寻址）、寄存器数寻址（寄存器寻址）、存储器数寻址（直接寻址方式、寄存器间接寻址方式、变址寻址方式）和位寻址，指令的寻址有绝对寻址和相对寻址，813.2.1常数寻址——立即寻址立即寻址：操作数是常数，直接在指令中给出，常数前面以“#”符号作前缀。例如：MOVA,#20H3.2.2寄存器数寻址——寄存器寻址寄存器寻址：操作数存放在寄存器中，指令中直接给出寄存器名称的寻址方式。寄存器：八个通用寄存器R0～R7、累加器A、寄存器B和数据指针寄存器DPTR。例如：MOVA,R03.2.3存储器数寻址1.直接寻址直接寻址：操作数在存储器中，指令中直接提供存储单元的地址的寻址方式。对象：片内数据存储器和特殊功能寄存器。例如：MOVA,20H执行后累加器A的内容为30H2.寄存器间接寻址寄存器间接寻址：操作数在存储器中，存储单元的地址存放在寄存器中，在指令中通过寄存器来提供的存储单元的地址。形式为：@寄存器名。例如：MOVA,@R0执行后累加器A的内容为12H3.变址寻址变址寻址：操作数在存储器中，操作数的地址由基址寄存器中的内容加上变址寄存器中的内容得到。基址寄存器：数据指针寄存器DPTR和程序计数器PC变址寄存器：累加器A访问对象：程序存储器。例如：MOVCA,@A+DPTR执行后累加器A中的内容为30H3.2.4位寻址位寻址：操作数是二进制位的寻址方式。位地址的表示方式：(1)直接位地址(00H～0FFH)。例如，20H。(2)字节地址带位号。例如，20H.3表示20H单元的3位。(3)特殊功能寄存器名带位号。例如，P0.1表示P0口的1位。(4)位符号地址。例如，TR0是定时/计数器T0的启动位。3.2.5指令寻址1.绝对寻址绝对寻址：指令的操作数中直接提供目的位置的地址或地址的一部分。2.相对寻址相对寻址：相对转移指令中，由当前程序计数器PC值加上指令中给出的偏移量rel得到目的位置的地址。注意：(1)当前PC值是指转移指令执行时的PC值，它等于转移指令的地址加上转移指令的字节数。实际上是转移指令的下一条指令的地址。(2)偏移量rel是8位有符号数，以补码表示，它的取值范围为-128～+127。当为负值时向前转移，当为正数时向后转移。相对寻址的目的地址为：目的地址=当前PC+rel=转移指令的地址+转移指令的字节数+rel3.351系列单片机的指令系统分五大类：数据传送指令、算术运算指令、逻辑操作指令、控制转移指令和位操作指令。3.3.1数据传送指令指令系统中数量最多、使用也最频繁的一类指令。共29条，涉及到8个助记符：MOV、MOVX、MOVC、XCH、XCHD、PUSH、POP和SWAP。89分组格式功能说明片内数据存储器传送指令MOVA,#dataMOVA,RnMOVA,directMOVA,@RiA←#dataA←RnA←(direct)A←(Ri)以A为目的操作数。MOVRn,AMOVRn,directMOVRn,#dataRn←ARn←(direct)Rn←#data以Rn为目的操作数。MOVdirect,AMOVdirect,RnMOVdirect,directMOVdirect,@RiMOVdirect,#data(direct)

←A(direct)

←Rn(direct)

←(direct)(direct)

←(Ri)(direct)

←#data以直接地址direct为目的操作数。MOV@Ri,AMOV@Ri,directMOV@Ri,#data(Ri)

←A(Ri)←(direct)(Ri)←#data以间接地址@Ri为目的操作数。MOVDPTR,#data16DPTR←#data16以DPTR为目的操作数。90分组格式功能说明片内数据存储器传送指令MOVDPTR,#data16DPTR←#data16以DPTR为目的操作数。片外数据存储器传送指令MOVXA,@RiMOVXA,@DPTRA←(Ri)A←(DPTR)把片外数据存储器的内容读到A。MOVX@Ri,AMOVX@DPTR,A(Ri)←A(DPTR)←A把A的内容写到片外数据存储器。程序存储器传送指令MOVCA,@A+DPTR

MOVCA,@A+PCA←(A+DPTR)A←(A+PC)把程序存储器的内容读到A。数据交换指令XCHA,RnXCHA,directXCHA,@RiXCHD

A,@RiSWAP

AA<=>RnA<=>(direct)A<=>(Ri)A0～3<=>(Ri)0～3A0～3<=>A4～7前3条A和Rn、(direct)、(Ri)字节交换第4条A和(Ri)半字节交换SWAP累加器A高低4位互换堆栈操作指令PUSHdirectPOP

directSP←SP+1(SP)←(direct)(direct)←(SP)SP←SP-1PUSH入栈POP出栈说明如下：1.数据传送指令不影响。2.源操作数和目的操作数中的Rn和@Ri不能相互配对。如不允许有“MOVRn，Rn”，“MOV@Ri，Rn”这样的指令。如果涉及到相应处理，可通过累加器A中间处理。3.片外数据存储器、程序存储器都只能通过累加器A传送，程序存储器只能读，不能写。4.堆栈操作指令通常是用来保存和恢复数据，如果多个数据的保存和恢复，要先入栈的数据后出栈恢复，后入栈的数据先出栈恢复。92【例3-1】将R0的内容送R6 MOVA,R0 MOVR6,A

【例3-2】若入栈保存时入栈的顺序为：

PUSHA PUSHB

则出栈的顺序为：

POPB POPA3.3.2算术运算指令算术运算指令实现、减、乘、除运算。共24条，涉及8个助记符：ADD、ADDC、INC、SUBB、DEC、MUL、DIV和DA。分为五组：加法指令、减法指令、乘法指令、除法指令和十进制调整指令。分组格式功能说明加法指令ADDA,RnADDA,directADDA,@RiADDA,#dataA←A+RnA←A+(direct)A←A+(Ri)A←A+#data一般的加法指令累加器A和第2个操作数相加，结果送回A。

ADDCA,RnADDCA,directADDCA,@RiADDCA,#dataA←A+Rn+CA←A+(direct)+CA←A+(Ri)+CA←A+#data+C带进位加法指令累加器A和第2个操作数相加，再加进位，结果送回A。

INCAINCRnINCdirectINC@RiINCDPTRA←A+1Rn←Rn+1(direct)←(direct)+1(Ri)←(Ri)+1DPTR←DPTR+1加1指令分组格式功能说明减法指令SUBBA,RnSUBBA,directSUBBA,@RiSUBBA,#dataA←A-Rn-CA←A-(direct)-CA←A-(Ri)-CA←A-#data-C带借位减法指令累加器A和第2个操作数相减，再加减位，结果送回A。DECADECRnDECdirectDEC@RiA←A-1Rn←Rn-1direct←

(direct)-1(Ri)←(Ri)-1减1指令乘法指令MULABA←A×B积低8位B←A×B积高8位A和B中两个8位无符号相乘，结果送B和A除法指令DIVABA←A÷B的8位商B←A÷B的8位余数A和B中两个8位无符号相除，结果送B和A十进制调整指令DAA对A中的结果按BCD码调整95说明：1.算术运算指令执行要影响标志位。其中：ADD、ADDC和SUBB指令要影响CY、AC、OV和P标志位，INC和DEC只影响P标志位；MUL指令执行后CY复位，当积大于255时，OV为1，否则，OV为0；DIV指令执行后一般情况下CY和OV都清0，而当B寄存器中的除数为0时，CY和OV置1。2.51单片机只有带借位减法，没有一般减法，一般减法可通过带借位减法实现，只需要执行带借位减法前先把借位清零。3.51单片机的乘法和除法指令都只有一条，针对的只能是无符号数。4.十进制调整指令只有一条DAA，只能用在ADD或ADDC指令的后面，用来对两个二位压缩的BCD码数通过用ADD或ADDC指令相加后存于累加器A中的结果进行调整，使之得到正确的十进制结果。调整过程：(1)若累加器A的低四位为十六进制的A～F或辅助进位标志AC为1，则累加器A中的内容做加06H调整。(2)若累加器A的高四位为十六进制的A～F或进位标志CY为1，则累加器A中的内容做加60H调整。【例3-3】求R3←

R2

-

R1。程序： MOVA,R2 CLRC SUBBA,R1 MOVR3,A【例3-4】在R3中有十进制数67，在R2中有十进制数85，用十进制运算，运算的结果放于R5中。程序： MOVA,R3 ADDA,R2 DAA MOVR5,A3.3.3逻辑操作指令逻辑操作指令对操作数按逻辑量处理。共24条指令，涉及到9个助记符：ANL、ORL、XRL、CLR、CPL、RL、RR、RLC和RRC。分为五组：逻辑与、逻辑或、逻辑异或、逻辑清零和求反以及循环移位指令。分组格式功能说明逻辑与指令ANLA,Rn

ANLA,directANLA,@Ri

ANLA,#dataANLdirect,AANLdirect,#data

A←

AÙ

RnA←

AÙ(direct)A←

AÙ(Ri)A←

AÙdata(direct)←(direct)ÙA(direct)←(direct)ÙdataA的数据和第2个操作数的数据按位相与，结果送回A中。逻辑或指令ORLA,Rn

ORLA,directORLA,@RiORLA,#dataORLdirect,AORLdirect,#data

A←

AÚ

RnA←

AÚ(direct)A←

AÚ(Ri)A←

AÚdata(direct)←(direct)ÚA(direct)←(direct)ÚdataA的数据和第2个操作数的数据按位相或，结果送回A中。分组格式功能说明逻辑异或指令XRLA,RnXRLA,directXRLA,@Ri

XRLA,#dataXRLdirect,AXRLdirect,#data

A←

A"

RnA←

A"(direct)A←

A"(Ri)A←

A"data(direct)←(direct)"A(direct)←(direct)"dataA的数据和第2个操作数的数据按位相异或，结果送回A中。逻辑清零和求反指令CLRACPLAA←

0A←

/A累加器A清零累加器A取反循环移位指令RLARRARLCARRCA累加器A循环左移累加器A循环右移带进位的循环左移带进位的循环右移100说明：1.逻辑与通常用于实现对指定位清0，其余位不变；逻辑或通常用于实现对指定位置1，其余位不变；逻辑异或通常用于实现指定位取反，其余位不变。2.循环移位指令通常用于把一个字节各位依次取出使用。【例3-5】写出完成下列功能的指令段。(1)

对累加器A中的1、3、5位清0，其余位不变。

ANLA,#11010101B(2)

对累加器A中的2、4、6位置1，其余位不变。

ORLA,#01010100B(3)

对累加器A中的0、1位取反，其余位不变。

XRLA,#00000011B3.3.4控制转移指令控制转移指令用于改变程序执行的顺序，实现循环结构和分支结构。共17条，涉及到12个助记符：LJMP、AJMP、SJMP、JMP、JZ、JNZ、CJNE、DJNZ、ACALL、LCALL、RET和RETI。分为四组：无条件转移指令、条件转移指令、子程序调用及返回指令。分组格式功能说明无条件转移指令

LJMP

addr16PC←addr16长转移指令AJMP

addr11PC10～0

←addr11绝对转移指令SJMP

relPC←PC+2+rel相对转移指令JMP

@A+DPTRPC←A+DPTR间接转移指令条件转移指令JZrelJNZrel若A=0,则PC←PC+2+rel若A¹0,则PC←PC+2+rel累加器A判零条件转移指令判非0指令判非0指令CJNEA,#data,relCJNERn,#data,relCJNE@Ri,#data,relCJNEA,direct,rel比较转移指令分组格式功能说明条件转移指令DJNZRn,relDJNZdirect,rel先将第1个操作数中的内容减1,再判断内容是否等于零,若不为零,则转移减1不为零转移指令子程序调用指令LCALLaddr16PC←PC+3SP←SP+1(SP)←PC7～0

SP←SP+1(SP)←PC15～8

PC←addr16长调用指令ACALL

addr11PC←PC+2SP←SP+1(SP)←PC7～0

SP←SP+1(SP)←PC15～8PC10～0←addr11绝对调用指令返回指令RETPC15～8←(SP)SP←SP-1PC7～0←(SP)SP←SP-1子程序返回指令RETIPC15～8←(SP)SP←SP-1PC7～0←(SP)SP←SP-1中断优先级触发位清零中断返回指令103说明：1.无条件转移指令当指令执行后，程序将无条件地转移到指令指定的地方。条件转移指令当条件满足时，程序转移到指定位置，条件不满足时，程序将继续顺次执行。2.LJMP和AJMP是绝对转移，其他都是相对转移。LJMP可实现程序存储器64KB空间范围内转移，AJMP实现当前位置2KB空间内转移，相对转移转移范围为-128--+127字节。3.子程序调用指令转移前会先将当前的PC值(指令执行的PC值)入栈保存。RET（RETI）放在子程序（中断服务子程序）的最后位置，用来返回主程序的断点位置，RETI和RET基本操作相同，只是RETI在回主程序前要将先将相应的中断优先级触发位清零。4.对于SJMP指令，在单片机汇编程序设计中，通常在最后位置放一条：HERE：SJMPHERE（或SJMP$），转移到指令自己本身，进入等待状态，使程序不再向后执行以避免执行后面的内容而出错。5.JMP

@A+DPTR是51单片机中唯一一条间接转移指令，这条指令一般和一个无条件转移指令表一起实现多分支转移程序，因而又称为多分支转移指令，具体情况后面程序设计部分介绍。6.累加器A判零条件转移指令和比较转移指令通常用来实现分支结构，减1不为零转移指令通常用来实现循环结构。104【例3-6】把片外RAM的30H单元开始的数据块传送到片内RAM的40H开始的位置，直到出现零为止。片内、片外数据传送以累加器A过渡。每次传送一个字节，通过循环处理，直到处理到传送的内容为0结束。程序如下： MOVR0,#30H MOVR1,#40HLOOP:MOVXA,@R0 MOV@R1,A INCR1 INCR0 JNZLOOP SJMP$105【例3-7】统计片内RAM中30H单元开始的20个数据中0的个数，放于R7中。用R2做循环变量，最开始置初值为20；用R7做计数器，最开始置初值为0；用R0做指针访问片内RAM单元，最开始置初值为30H；用DJNZ指令对R2减1转移进行循环控制，在循环体中用指针R0依次取出片内RAM中的数据，判断如为0，则R7中的内容加1。程序段如下：MOVR0,#30HMOVR2,#20MOVR7,#0LOOP:MOVA,@R0CJNEA,#0,NEXTINCR7NEXT:INCR0DJNZR2,LOOPSJMP$3.3.5位操作指令位操作指令共有17条，涉及到12个助记符：MOV、CLR、SETB、ANL、ORL、JC、JNC、JB、JNB和JBC。分为三组：位传送、位逻辑运算、位控制转移等操作。分组格式功能说明位传送MOV

C，bitMOV

bit，CC←(bit)(bit)←C位运算器C与一般位之间的相互传送。位逻辑运算

CLR

CCLR

bitC←0(bit)←0位清0SETB

CSETB

bitC←1(bit)←1位置1CPL

CCPL

bitC←/C(bit)←/(bit)位取反ANL

C,bitANL

C,/bitC←C∧(bit)C←C∧/(bit)位与ORL

C,bitORL

C,/bitC←C∨(bit)C←C∨/(bit)位或分组格式功能说明位控制转移指令JC

relJNC

rel若C=1,则转移,PC←PC+2+rel;若C=0,则转移,PC←PC+2+rel;以C为条件的位转移指令JB

bit,relJNB

bit,relJBC

bit,rel若(bit)=1,则转移,PC←PC+3+rel;若(bit)=0,则转移,PC←PC+3+rel;若(bit)=1,则转移,PC←PC+3+rel,且(bit)←0;以bit为条件的位转移指令空操作指令NOPPC←PC+1108说明：1.位传送必须有位运算器C参与，不能直接实现两位之间的传送。2.位逻辑运算指令通常用来实现各种各样的逻辑功能。3.位转移指令通常用来实现各种位测试。4.空操作指令执行时，不做任何操作，但要消耗一个机器周期时间，常常用它来构造延时程序。109位逻辑运算指令可以实现各种各样的逻辑功能。【例3-8】利用位逻辑运算指令编程实现图所示硬件逻辑电路的功能。程序：MOVC,P1.0ANLC,P1.1CPLCORLC,/P1.2MOVF0,CMOVC,P1.3ORLC,P1.4ANLC,F0CPLCMOVP1.5,CSJMP$110【例3-15】从片外RAM的30H单元处开始有100个数据，统计当中正数、0和负数的个数，分别放于R5、R6、R7中。设用R2作计数器，用DJNZ指令对R2减1转移进行循环控制，在循环体外设置R0指针，指向片外RAM30H单元，对R5、R6、R7清零，在循环体中用指针R0依次取出片外RAM中的100个数据，然后判断，如大于0，则R5中的内容加1；如等于0，则R6中的内容加1；如小于0，则R7中的内容加1。程序：MOVR2,#100MOVR0,#30HMOVR5,#0MOVR6,#0MOVR7,#0LOOP:MOVXA,@R0CJNEA,#0,NEXT1INCR6SJMPNEXT3NEXT1:CLRCSUBBA,#80HJCNEXT2INCR7SJMPNEXT3NEXT2:INCR5NEXT3:IN