单片机通用课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,应用技术学院 李占芳,办公室：教,3-305,Tel:13813483690,lzhfcumt,微机原理与应用,1.,课程性质,课程性质：专业基础课,学 时：,48,学 分：,3,2.,教材及参考书,教材：,单片机原理及接口技术,编著：,李朝青，北京航空航天大学出版社,参考书：,1,、,单片机原理及其接口技术,胡汉才，清华大学出版社,2,、,单片微型计算机与接口技术,李群芳等，电子工业出版社,3,、,单片机的,C,语言应用程序设计,马忠梅等，北京航空航天大学出版社,3.,主要内容,第,1,章 微机基础知识,第,2,章,89C51,单片机硬件结构和原理,第,3,章,89C51,的指令系统,第,4,章 汇编语言程序设计知识,第,5,章 中断系统,第,6,章 定时器及应用,第,7,章,89C51,串行口及串行通信技术,第,9,章 应用系统配置及接口技术,第,10,章 单片机应用及开发技术,4.,课程特点,以应用为目的，实践性强,硬件与软件紧密结合,课前预习，课后复习,理清概念，勤于实践,广览书刊、网络，立足实际应用,4,上述课程特点决定以下学习方法,5.,考核方法,成绩评定：考试成绩（,70%,，,100,分钟，闭卷）,平时成绩（,20%,，作业,+,考勤,+,提问）,实验成绩（,10%,，徐海）,关于作业、考勤,每次上课前交，不交作业加上考勤不到累计达三次者，平时成绩为零。,第,1,章 微机基础知识,微型计算机概述,1.1,常用数制和编码,1.2,数据在计算机中的表示,3,1.3,本章重点难点：,1,、单片机的概念，与计算机之间的区别,与联系；,2,、常用二进制、十进制、十六进制的表示及相互之间的转换。,1.1,微型计算机概述,几个基本概念,1,单片机的发展历史,2,单片机主要生产厂商,3,单片机的应用领域,4,微处理器：,即CPU，,由运算器和控制器构成，是一台计算机或单片机的心脏。,微型计算机,：,将CPU、存储器、I/O接口电路等组装在一块主机板上，各种适配板卡插在主机板的扩展槽上。,单板机,：将CPU、存储器、I/O接口电路以及简单的输入/输出设备组装在一块印刷电路板上，称其为单板微型计算机。,单片机,：将CPU、存储器、I/O接口电路等集成在一块芯片上，称其为单片微型计算机，简称单片机。,1.几个基本概念,多板机,主板,显卡,声卡,存储器,网卡,输入输出接口,内存条,CPU,CPU,CPU,芯片,内存条,存储器接口,存储器芯片,输入输出接口,输入输出接口,设备,定时计数器,芯片,A/D,、,D/A,芯片,单板机,芯,片,CPU,存储器,控制电路,定时器,时钟电路,I / O,口,单片机,单片机芯片,AT89C51,AT89S51,AT89S52,AT89C2051,单板机,单片机,多板机,1.几个基本概念,第一阶段（,1971,1974,年）：,1971,年,11,月美国,Intel,公司首先设计出集成度为,2000,只晶体管,/,片的,4,位微处理器,Intel 4004,，并且配有随机存取存储器,RAM,、只读存储器,ROM,和移位寄存器等芯片。,1972,年,4,月,Intel,公司又研制成功了,8,位微处理器,Intel 8008,。从此拉开了研制单片机的序幕。,2.,单片机的发展历史,2.,单片机的发展历史,第二阶段（,1974,1978,年）：,初级单片机阶段。以,Intel,公司的,MCS-48,为代表。这个系列单片机内集成有,8,位,CPU,、,1K,的,ROM,、,64,字节的,RAM,、并行,I/O,接口、,8,位定时器,/,计数器，且无串行口。,2.,单片机的发展历史,表,1-1 MCS-48,系列单片机,型 号,片内存储器（字节）,I/O口线,定时/计数器,片外寻址空间（字节）,程 序,数 据,程 序,数 据,8048,1K ROM,64 RAM,27,1个8位,4K,256,8748,1K EPROM,64 RAM,27,1个8位,4K,256,8035,无,64 RAM,27,1个8位,4K,256,8049,2K ROM,128 RAM,27,1个8位,4K,256,8749,2K EPROM,128 RAM,27,1个8位,4K,256,8039,无,128 RAM,27,1个8位,4K,256,8050,4K ROM,256 RAM,27,1个8位,4K,256,8750,4K EPROM,256 RAM,27,1个8位,4K,256,8040,无,256 RAM,27,1个8位,4K,256,2.,单片机的发展历史,第三阶段（,1978,1983,年）：,单片机发展阶段。单片机普遍带有串行口，有多级中断处理系统、,16,位定时器,/,计数器。片内,RAM,、,ROM,容量加大，有的片内还带有,A/D,转换器接口。公司有,Intel,公司、,Motorola,公司、,Zilog,公司等。这类单片机的应用领域极其广泛，仍然是目前国内外产品的主流。其中,MCS-51,系列产品，以其优良的性能价格比，成为我国广大科技人员的首选。,2.,单片机的发展历史,表,1-2 MCS-51,系列单片机,型 号,片内存储器（字节）,I/O口线,定时/计数器,片外寻址空间（字节）,程 序,数 据,程 序,数 据,8051,4K ROM,128,32,2个16位,64K,64K,8751,4K EPROM,128,32,2个16位,64K,64K,8031,无,128,32,2个16位,64K,64K,80C51,4K ROM,128,32,2个16位,64K,64K,80C31,无,128,32,2个16位,64K,64K,8052,8K ROM,256,32,3个16位,64K,64K,8752,8K EPROM,256,32,3个16位,64K,64K,8032,无,256,32,3个16位,64K,64K,串行,通信,UART,UART,UART,UART,UART,UART,UART,UART,2.,单片机的发展历史,第四阶段（,1983,年现在）：,8,位单片机巩固发展及,16,位单片机推出阶段。此阶段主要特征是一方面发展,16,位单片机；另一方面不断完善高档,8,位单片机，改善其结构，以满足不同的用户需要。,2.,单片机的发展历史,表,1-3 MCS-96,系列单片机,型 号,片内存储器（字节）,I/O口线,定时/计数器,片外寻址空间（字节）,串行,通信,A/D,转换,程 序,数 据,8094,无,232B,32,2个16位,64K,UART,无,8795,无,232B,32,2个16位,64K,UART,4路10位,8096,无,232B,48,2个16位,64K,UART,无,8097,无,232B,48,2个16位,64K,UART,4路10位,8394,8KB,232B,32,2个16位,64K,UART,无,8395,8KB,232B,32,2个16位,64K,UART,4路10位,8396,8KB,232B,48,2个16位,64K,UART,无,8397,8KB,232B,48,2个16位,64K,UART,8路10位,其它功能：高速I/O、PWM输出。,3.,单片机主要生产厂商,生产厂商：,美国：,Intel (,美国英特尔,),、,Motorola (,美国摩托罗拉） 、,Zilog,（美国齐洛格）、,Microchip,、,Atmel (,美国,Atmel,） 、,SST,荷兰:,Philips,（荷兰菲利浦）,日本：,National(,日本松下）、,Hitachi(,日本日立）、,NEC,（日本电气）,中国台湾：凌阳科技,目前主流的单片机：,Intel,公司：8051、89,C51,、,89C2051,AtmelAT89CXX,系列,Motorola,公司的,68HCXX,系列,2.,单片机的发展历史,1.1.3,主要单片机生产厂商,本课程将以,89C51,（,AT89C51,、,P89C51,、,STC89C51,）为代表，讲解单片机的硬件结构、原理、接口技术、编程及其应用技术。,4.,单片机的应用领域,煤矿领域,自动配煤系统中的皮带秤,输送皮带机跑偏保护装置,基于单片机的瓦斯（或甲烷）检测仪,风速检测仪,皮带秤,瓦斯检测仪,风速检测仪,4.,单片机的应用领域,工业领域,数控机床,自动生产线控制,电机控制,温度控制,数据采集和测控技术,机器人技术,机械电子计算机一体化技术,机器人,机器狗,数控车床,4.,单片机的应用领域,生活用品,智能冰箱,智能电饭褒,电磁炉,洗衣机,空调机,彩电,其他各种电子消费品,电子秤量设备,微波炉,电磁炉,mp4,照相机,电饭褒,4.,单片机的应用领域,计算机网络和通信领域,计算机的键盘,打印机,传真机,复印机,电话机,手机,楼宇自动通信呼叫系统,列车无线通信,无线电对讲机等。,传真机,手机,打印机,电话机,无线通信系统,4.,单片机的应用领域,医用设备,医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备,病床呼叫系统等等,医用呼吸机,多功能心电监护仪,螺旋,CT,机,4.,单片机的应用领域,军事领域,飞机,大炮,坦克,军舰,导弹,火箭,雷达等,飞机,飞机,军舰,大炮,单片机技术的应用遍布国民经济与人民生活的各个领域,4.,单片机的应用领域,1.2,常用数制和编码,1.2 常用数制和编码,1.2.1,数制及数制间转换,1.2.2,计算机中常用的编码,1.,2.1,数制及数制间转换,1.2.1 数制及数制间转换,1. 数制,计数的进位制,计数的进位制（进位计数制）：有序数字低位和相邻高位之间进位的关系。,在计算机内部，数都是用二进制表示的，二进制数比较复杂，与十六进制很容易转换。因此我们需要掌握十进制、二进制和十六进制的用法。,1）十进制数, 以后缀,D或d,或下缀,( ),10,表示十进制数（Decimal），但该后缀可以省略。,特点：, 使用,10,个数字符号,(0,1,2,9),的不同组合来表示一个十进制数；, 低位和相邻高位之间的关系是：,“,逢十进 一、借一当十,”,；,1.,2.1,数制及数制间转换,任意一个十进制数,N,可用10个数字符号表示为：,并列表示法,:,1234,按权展开式,:,= 110,3,+210,2,+310,1,+410,0,1.,2.1,数制及数制间转换,例：,(567.8),10,= 510,2,+610,1,+710,0,+810,-1,以,10,为基数的十进制数。,位权值为：,10,2,，,10,1, 10,0, 10,-1,1.,2.1,数制及数制间转换,2）二进制数,特点：,使用,2,个数字符号,(0,1),的不同组合来表示一个二进制数；,低位和相邻高位之间的关系是：,“,逢二进 一、借一当二”,；, 以后缀,B,或,b,或,下缀,( ),2,表示二进制数（,Binary,）。,1.,2.1,数制及数制间转换,任意一个二进制数可以这样表示：,1.,2.1,数制及数制间转换,并列表示法,:,1010,按权展开式,:,= 12,3,+02,2,+12,1,+02,0,= 1,2,3,+1,2,2,+0,2,1,+1,2,0,+0,2,-1,+1,2,-2,以,2,为基数的二进制数。,位权值为：,2,3,，,2,2, 2,1, 2,0, 2,-1, 2,-2,例,: (1101.01),2,1.,2.1,数制及数制间转换,2）,十六进制数,特点：, 使用,16,个数字符号,(0,1,2,3,9,A,B,C,D,E,F),的不同组合来表示一个十六进制数，其中,A,F,依次表示,10,15,；,低位和相邻高位之间的关系是：,“逢十六进一，借一当十六”,；, 以,后缀,H,或,h,或,下缀,( ),16,表示十六进制数（,Hexadecimal,）。,1.,2.1,数制及数制间转换,任意一个十六进制数可以这样表示：,1.,2.1,数制及数制间转换,并列表示法,:,1234,按权展开式,:,= 116,3,+216,2,+316,1,+416,0,例如,1.,2.1,数制及数制间转换,1.,2.1,数制及数制间转换,部分数的3种数制对照表,十进制,二进制,十六进制,0,0,0,1,1,1,2,10,2,3,11,3,4,100,4,5,101,5,6,110,6,7,111,7,十进制,二进制,十六进制,8,1000,8,9,1001,9,10,1010,A,11,1011,B,12,1100,C,13,1101,D,14,1110,E,15,1111,F,2. 不同数制之间的转换,十进制,二进制,十六进制,1.,2.1,数制及数制间转换,2. 不同数制之间的转换,1）任意进制数转换成十进制数,二进制、十六进制以至任意进制数转换为十进制数的方法很简单，只要,按下式各位按权展开（即该位的数值乘于该位的权）求和即可,。,1.,2.1,数制及数制间转换,并列表示法,:,1234,按权展开式,:,= 116,3,+216,2,+316,1,+416,0,【,例,1】,将二进制数,(110101,101),2,转换为十进制数。,解：,(110101,101),2,12,5,+l2,4,+02,3,+12,2,+02,1,+l2,0,+12,-1,+02,-2,+12,-3,32+16+0+4+0+1+0.5+0+0.125,(53,625),10,【,例,2】,将十六进制数,(4E5.8),16,转换为十进制数。,解：,(4E5.8),16,4(16),2,+ E(16),1,+ 5(16),0,+ 8(16),-1,4256 + 1416 + 51 + 8(1/16),(1253.5),10,2. 不同数制之间的转换,1.,2.1,数制及数制间转换,2）十进制转换成二进制,将整数部分和小数部分分别转换，,最后将两部分和在一起。,整数部分的转换：,小数部分的转换：,【例,3】,将,(59.625),10,转换为二进制数。,除,2,取余法,乘,2,取整法,1.,2.1,数制及数制间转换,1.,2.1,数制及数制间转换,0.625, 2,即,(59.625),D,=,（,111011.101),B,2）十进制转换成二进制,整数部分,余数,29 1,2 59,2,14 1,2,7 0,2,3 1,2,1 1,2,0 1,低位,高位,反序,小数部分,1.250, 1,整数,0.500, 0,1.000, 1,高位,低位,正序,0.250, 2,0.500, 2,【,例,4】,将十进制数,(427.34357),10,转换成十六进制数。,3）十进制转换成十六进制,整数部分,余数,26 11,16 427,16,1 10,16,0 1,低位,高位,反序,0.34357, 16,小数部分,5.50000, 5,整数,8.00000, 8,高位,低位,正序,0.50000, 16,即,(427.34357),10,=(1AB.58),16,1.,2.1,数制及数制间转换,4）二进制与十六进制之间的转换,因为,2,4,=16,，即可用四位二进制数表示一位十六进制数，所以可得到如下所述的二进制数与十六进制数之间的转换方法。,将二进制数转换为十六进制数的方法：,以小数点为界，向左（整数部分）每四位为一组，高位不足,4,位时补,0,；向右（小数部分）每四位为一组，低位不足,4,位时补,0,。然后分别用一个,16,进制数表示每一组中的,4,位二进制数。,将十六进制数转换为二进制数的方法：,直接将每一位十六进制数写成其对应的四位二进制数。,1.,2.1,数制及数制间转换,【,例,5】,将二进制数（,10110101011.100101),B,转换成十六进制数。,解：,10110101011.100101,=,0101,1010,1011,.,1001,0100,所以,(10110101011.100101),B,=,（,5AB.94),H, A, B, 5, 9, 4,1.,2.1,数制及数制间转换,【,例,6】,将十六进制数（,75E.C6),H,转换成二进制数。,解：,将每位十六进制数写成对应的四位二进制数,7 5 E . C 6, 1110, 0101, 0111, 1100, 0110,所以,(75E.C6),H,=(0111 0101 1110. 1100 0110),B,=(111 0101 1110. 1100 011),B,1.,2.1,数制及数制间转换,1.2.2,计算机中常用的编码,1.2.2 计算机中常用编码,1. BCD码（Binary Coded Decimal）,BCD码是用4位二进制代码,（0，1两个数码）,表示一位十进制数。,十进制数,BCD码,二进制数,0,0000,1,0001,2,0010,3,0011,4,0100,5,0101,6,0110,7,0111,8,1000,9,1001,0,1,10,11,100,101,110,111,1000,1001,1.2.2,计算机中常用的编码,1. BCD码特点,与自然二进制数排列一至，,1010,1111,为冗余码；,8421,码与十进制的转换关系为,直接转换,关系,有权码，从左到右为,8 4 2 1,；,例,:,（,0001 0011.0110 0100),BCD,=(13.64),10,1.2.2,计算机中常用的编码,2. ASCII码,ASCII(American Standard Code for Information Interchange,，美国信息互换标准代码,),主要用于微机与外设通信。,包含内容：,控制字符：回车键、退格、换行键等。,可显示字符：英文大小写字符、阿拉伯数字和西文符号。,1.2.2,计算机中常用的编码,2. ASCII码,ASCII,码用,7,位二进制,来表示一个符号，这样共可以表示,2,7,=128,个符号。,在计算机的存储单元中，一个,ASCII,码值占一个字节,(8,个二进制位,),，其,最高位,(b7),用作奇偶校验位,。,1.2.2,计算机中常用的编码,表1 美国信息交换标准码（ASCII码）表,位765,位4321,000,001,010,011,100,101,110,111,0000,NUL,DLE,SP,0,P,p,0001,SOH,DC1,!,1,A,Q,a,q,0010,STX,DC2,”,2,B,R,b,r,0011,ETX,DC3,#,3,C,S,c,s,0100,EOT,DC4,$,4,D,T,d,t,0101,ENQ,NAK,%,5,E,U,e,u,0110,ACK,SYN,&,6,F,V,f,v,0111,BEL,ETB,7,G,W,g,w,1000,BS,CAN,(,8,H,X,h,x,1001,HT,EM,),9,I,Y,i,y,1010,LF,SUB,*,:,J,Z,j,z,1011,VT,ESC,+,;,K,k,1100,FF,FS,N,n,1111,SI,US,/,?,O,_,o,DEL,1.3,数据在计算机中的表示,对于带符号的二进制数，其正负符号如何表示呢？,通常用二进制数的最高位表示数的符号。对于一个字节型二进制数来说，,D7,位为符号位，,D6,D0,位为数值位。,在符号位中，规定用“0”表示正，“1”表示负，而数值位表示该数的数值大小。,一个带符号数在计算机中有,原码、反码和补码,三种表示方法。,1.3,数据在计算机中的表示,1.,原码,正数的符号位用,0,表示,负数的符号位用,1,表示,数值部分用数的绝对值来表示,原码用,X,原,表示,例：,+5,和,-5,在计算机中（设机器数的位数是,8,）其原码可分别表示为,+5,原,= 000001,0,1B;,-5,原,= 100001,0,1B,1.3,数据在计算机中的表示,2.,反码,正数的反码,等于该数的原码,;,负数的反码,由其正数的原码按位取反形成,;,反码用,X,反,表示。,例,: X=+3,X,反,=,X,原,=00000011B;,X=-3,X,原,=10000011B,则,X,反,=11111100B,。,1.3,数据在计算机中的表示,3.,补码,正数的补码与原码相同,;,负数的补码是把反码的最低位加一。,+4,的原码、反码、补码相同：,00000100,-4,的原码为,10000100,-4,的反码为,11111011,-4,的补码为,11111100,1.3,数据在计算机中的表示,4.,机器数及真值,机器数：,计算机中二进制形式表示的数。,真值：,机器数所代表的数值。,例如：机器数,10001010B,，它的真值为,无符号数,原码,反码,补码,138,-10,-117,-118,1.3,数据在计算机中的表示,1),原码转换为真值,符号位决定数的正负,原码数值位各位按权展开求和,例,8,已知,x,原,=00011111B,，,y,原,=10011101B,，求,x,和,y,x=+(0,2,6,+0,2,5,+1,2,4,+1,2,3,+1,2,2,+1,2,1,+1,2,0,)=31,y=-(0,2,6,+0,2,5,+1,2,4,+1,2,3,+1,2,2,+0,2,1,+1,2,0,)=-29,1.3,数据在计算机中的表示,2,）,反码转换为真值,先求出反码对应的原码,再各位按权展开求和即可求出其真值。,例,9,已知,x,反,=00001111B,，,y,反,=11100101B,，求,x,和,y,解,x,原,= ,x,反,=00001111B,x,=+(0,2,6,+0,2,5,+0,2,4,+1,2,3,+1,2,2,+1,2,1,+1,2,0,)=15,y,原,=10011010B,y,=-(0,2,6,+0,2,5,+1,2,4,+1,2,3,+0,2,2,+1,2,1,+0,2,0,)= -26,1.3,数据在计算机中的表示,3.,补码转换为真值,先求出补码对应的原码,再各位按权展开求和即可求出其真值,例,10,已知,x,补,=00001111B,，,y,补,=11100101B,，求,x,和,y,解,x,原,= ,x,补,=00001111B,，,x,=+(0,2,6,+0,2,5,+0,2,4,+1,2,3,+1,2,2,+1,2,1,+1,2,0,)=15,y,原,=,y,补,补,=10011011B,，,y,=-(0,2,6,+0,2,5,+1,2,4,+1,2,3,+0,2,2,+1,2,1,+1,2,0,)= -27,1.3,数据在计算机中的表示,八位二进制数所能表示的数据范围,机器数 无符号数 原码 反码 补码,00000000 0 +0 +0 +0,00000001 1 +1 +1 +1,. . . . .,01111111 127 +127 +127 +127,10000000 128 -0 -127 -128,10000001 129 -1 -126 -127,. . . . .,. . . . .,11111110 254 -126 -1 -2,11111111 255 -127 -0 -1,1.3,数据在计算机中的表示,本章小结,1,、单片机的发展历史经历了四个阶段；,2,、单片机由,CPU,、存储器、,I/O,接口电路等集成在一块芯片上,；,3,、微机中常用的编码有二进制，二进制、十进制、和十六进制之间的转换。,1.3,数据在计算机中的表示,作业：,P16,：,6,、,10 ,1. CPU,主要的组成部部分为,( ),。,B,加法器，寄存器,C,运算器,寄存器,D,运算器，指令译码器,A,运算器，控制器,课堂练习,2.,数,123,可能是,( ),。,A.,二进制数,B.,十六进制数,C.,十进制数,3.,十进制数,126,其对应的十六进制可表示为,( ),。,A,8F B,8E C,FE D. 7E,4.,二进制数,110010010,对应的十六进制数可表示为,( ),A.192H B,C90H C,1A2H D. CA0H,5. -3,的补码是,( ),。,A,10000011 B. 11111100 C,11111110,D,11111101,A,B,，C,D,A,D,2.1 89C51,单片机芯片内部结构及特点,2.2 89C51,单片机引脚及其功能,2.3 89C51,单片机存储器配置,2.4,时钟电路及,89C51 CPU,时序,2.5,复位操作,第,2,章,89C51,单片机的结构和原理,2.6 89C51,单片机的低功耗工作方式,2.7,输入输出端口,2.1.1 89C51,单片机的基本组成,2.1.2 89C51,单片机芯片内部结构,2.1 89C51,单片机芯片内部结构及特点,2.1 89C51,单片机芯片内部结构及特点,256B,8,位,CPU, 256,字节,RAM,4KB ROM,4,个,8,位,I/O,口,2,个定时,/,计数器,5,个中断源,1,个全双工串行口,片内振荡器和时序产生电路（最高允许振荡频率为,24MHz,）,2.1.1 89C51,单片机的基本组成,2.1.1 89C51,单片机的基本组成,组成：,（,1,）一个,8,位的微处理器（,CPU,）。,（,2,）片内数据存储器,RAM(128B/256B),。,存放可以读,/,写的数据,-,运算的中间结果、最终结果、欲显示的数据等。,（,3,）片内程序存储器,ROM/EPROM(4KB),。,存放程序，一些原始数据和表格。,（,4,）四个,8,位并行,I/O,接口,P0-P3,。,每个口既可以用作输入，也可以用作输出。,2.1.1 89C51,单片机的基本组成,（,5,）两个定时器,/,计数器。,每个定时器,/,计数器既可以定时也可以计数。,（,6,）五个中断源的中断控制系统。,（,7,）一个全双工的串行,I/O,口。,用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信。,（,8,）片内振荡器和时钟产生电路。,但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率,24MHZ,。,2.1.2 89C51,单片机芯片的内部结构,P0,驱动器,P2,驱动器,P0,锁存器,P2,锁存器,RAM,地址寄存器,128BRAM,4KB,Flash ROM,B,寄存器,暂存器,1,暂存器,2,ACC,SP,程序地址寄存器,缓冲器,PC,增,1,PC,DPTR,中断,、,串行口和定时器,PSW,P1,锁存器,P1,驱动器,P3,锁存器,P3,驱动器,定时控制,指令寄存器,指令译码器,OSC,ALU,P0.0-P0.7,P2.0-P2.7,P3.0-P3.7,P1.0-P1.7,XTAL1,XTAL2,PSEN,ALE,EA,RST,2.1.2 89C51,单片机芯片的内部结构,一、中央处理单元（,CPU,）,CPU,是单片机的核心，是计算机的控制和指挥中心，由运算器和控制器等部件组成。,1.,运算器,包括可进行,8,位算术运算和逻辑运算的单元,ALU,，,8,位的暂存器,1,，暂存器,2,，,8,位的累加器,ACC,，寄存器,B,和程序状态寄存器,PSW,等。,ALU,：,可对,4,位（半字节），,8,位（一字节）和,16,位（双字节）数据进行操作。能作加、减、乘、除、加,1,、减,1,、,BCD,数十进制调整及比较等算术运算和与、或、异或、求补及循环移位等逻辑操作。,2.1.2 89C51,单片机芯片的内部结构,ACC,：,累加器，,8,位，一个运算数经暂存器,2,进入,ALU,的输入端，与另一个来自暂存器,1,的运算数进行运算，运算结果送回,ACC,。在指令中用助记符,A,来表示。,PSW,：程序状态寄存器，,8,位，用于指示指令执行后的状态信息。,B,：,8,位，在乘、除运算时，,B,寄存器用来存放一个操作数，也用来存放运算后的一部分结果；若不做乘、除运算时，则可作为通用寄存器使用。,2.1.2 89C51,单片机芯片的内部结构,2.,控制器,程序计数器,PC,：,16,位，由两个,8,位的计数器,PCH,及,PCL,组成。是程序的字节地址计数器，,PC,中的内容是将要执行的下一条指令的地址。,指令寄存器,IR,及指令译码器,ID,：,将要执行的指令经指令寄存器,IR,送至指令译码器,ID,，由,ID,对指令进行译码，并送,PLA,产生一定序列的控制信号，以执行指令所规定的操作。,振荡器及定时电路：,89C51,单片机片内有振荡电路，只需外接石英晶体和频率微调电容（,2,个,30pF,左右），其,频率范围为,1.2MHz-24MHz,。,2.1.2 89C51,单片机芯片的内部结构,二、存储器,1.,程序存储器（,ROM,）,89C51,的片内程序存储器容量为,4KB,，地址范围,0000H-0FFFH,，用于,存放程序和表格常数,。,2.,数据存储器（,RAM,）,89C51,片内数据存储器为,256B,，地址为,00H-FFH,。,00H-7FH,低,128B,范围的空间，用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓冲等。,80HFFH,的空间内部有,SP,，,DPTR,，,PCON,，,，,IE,，,IP,等特殊功能寄存器。,2.1.2 89C51,单片机芯片的内部结构,三、,I/O,接口,89C51,有四个,8,位并行接口，即,P0-P3,。,它们都是双向端口，每个端口有,8,条,I/O,线，均可输入,/,输出。,P0-P3,口四个锁存器同,RAM,统一编址，可以把,I/O,口当作特殊功能寄存器来寻址。,2.2 89C51,单片机引脚及其功能,DIP,封装,QFP,封装,两种封装形式,40引脚的双列直插封装(DIP)形式,44引脚的方型封装结构(QFP)，其中4条(标有NC)的引脚是不连线的。,2.2 89C51,单片机引脚及其功能,2.2 89C51,单片机引脚及其功能,P0,驱动器,P2,驱动器,P0,锁存器,P2,锁存器,RAM,地址寄存器,128BRAM,4KB,Flash ROM,B,寄存器,暂存器,1,暂存器,2,ACC,SP,程序地址寄存器,缓冲器,PC,增,1,PC,DPTR,中断,、,串行口和定时器,PSW,P1,锁存器,P1,驱动器,P3,锁存器,P3,驱动器,定时控制,指令寄存器,指令译码器,OSC,ALU,P0.0-P0.7,P2.0-P2.7,P3.0-P3.7,P1.0-P1.7,XTAL1,XTAL2,PSEN,ALE,EA,RST,2.2 89C51,单片机引脚及其功能,P1,口,P3,口,P0,口,P2,口,时钟端,复位端,控制信号,电源端,接地端,微机原理及应用,2.2 89C51,单片机引脚及其功能,1.,电源引脚,Vcc,和,Vss,Vcc,（,40,脚）：电源端，为,+5V,。,Vss,（,20,脚）：接地端。,XTAL1,单片机,XTAL2,2.,时钟引脚,XTAL1,和,XTAL2,外接晶体引脚,注意：,要检查,89C51,的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看,XTAL2,端是否有脉冲信号输出。,微机原理及应用,2.2 89C51,单片机引脚及其功能,3.,复位引脚,RST/V,PD,RST/V,PD,(9,脚）：,复位信号,/,备用电源的输入端。,高电平有效。保持,两个机器周期,的高电平时，就可以完成复位操作。,第二功能是,备用电源,的输入端。,ALE/PROG(30,脚）：,地址锁存允许信号端,/,编程脉冲输入端。,当,89C51,上电正常工作后，,ALE,引脚不断向外输出正脉冲信号，,此频率为振荡器频率,f,osc,的,1/6,。,4.,控制信号引脚,ALE,，,/PSEN,和,/EA,微机原理及应用,2.2 89C51,单片机引脚及其功能,注意,：,如果想确定,89C51,芯片的好坏，可用示波器查看,ALE,端是否有脉冲信号输出，如有脉冲信号输出，则,89C51,基本上是好的。,第二功能,PROG,在对片内带有,4KB EPROM,的,89C51,编程写入（固化程序）时，作为编程脉冲输入端。,2.2 89C51,单片机引脚及其功能,2.2 89C51,单片机引脚及其功能,微机原理及应用,2.2 89C51,单片机引脚及其功能,PSEN(29,脚,),：,程序存储允许输出信号端。,在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为,读片外存储器的选通信号,。此引脚接,EPROM,的,OE,端。,微机原理及应用,2.2 89C51,单片机引脚及其功能,PSEN(29,脚,),：,程序存储允许输出信号端。,在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为,读片外存储器的选通信号,。,此引脚接,EPROM,的,OE,端。,注意：,要检查一个,89C51,小系统上电后,CPU,能否正常到,EPROM/ROM,中读取指令码，也可用示波器看,PSEN,端有无脉冲输出。如有则说明基本上工作正常。,微机原理及应用,2.2 89C51,单片机引脚及其功能,EA/Vpp(31,脚,),：,外部程序存储器地址允许输入端,/,固化编程电压输入端。,当,EA,引脚接,高电平,时，,CPU,只访问片内指令。,当,EA,引脚接,低电平,(,接地,),时，,CPU,只访问外部并执行外部指令。,微机原理及应用,2.2 89C51,单片机引脚及其功能,EA/Vpp(31,脚,),：,外部程序存储器地址允许输入端,/,固化编程电压输入端。,当,EA,引脚接,高电平,时，,CPU,只访问片内指令。,当,EA,引脚接,低电平,(,接地,),时，,CPU,只访问外部并执行外部指令。,第二功能,Vpp,是对片内,EPROM,固化编程时，作为施加较高编程电压,(,一般,12V-21V),的输入端。,微机原理及应用,2.2 89C51,单片机引脚及其功能,5.,输入,/,输出端口,P0,，,P1,，,P2,和,P3,P0,口,(P0.0-P0.7,39-32,脚,),：,P0,口是一个漏极开路的,8,位准双向,I/O,端口。,P1,口,(P1.0-P1.7,1-8,脚,),：,P1,口是一个带内部上拉电阻的,8,位准双向,I/O,端口。,P2,口,(P2.0-P2.7,21-28,脚,),：,P2,口是一个带内部上拉电阻的,8,位准双向,I/O,端口。,P3,口,(P3.0-P3.7,10-17,脚,),：,P3,口是一个带内部上拉电阻的,8,位准双向,I/O,端口。,2.2 89C51,单片机引脚及其功能,ALE,WR RD,P1. 0,P1. 1,P1. 2,P1. 3,P1. 4,P1. 5,P1. 6,P1. 7,指令,1,：,MOV P1,#00H,指令,2,：,MOV P1,#0FFH,指令,3,：,MOV P1,#0AAH,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,0,1,0,1,0,1,指令,4,：,CLR P1.0,指令,5,：,SETB P1.0,1,1,1,1,1,1,1,1,0,+5V,+5V,端口,P0,，,P1,，,P2,和,P3,的应用,1,课堂练习,3.,程序计数器,PC,用来,( ),。,A,存放指令,B,存放上一条的指令地址,D,存放正在执行的指令地址,C,存放下一条的指令地址,C,C,1.,在单片机中，通常将一些中间计算结果放在（ ）中。,A.,累加器,B.,控制器,C.,程序存储器,D.,数据存储器,A,2.,单片机,89C51,的,ALE,引脚是（ ）。,A.,输出高电平,B.,输出低电平,C.,输出矩形脉冲，频率为,fosc,的,1/6 D.,输出矩形脉冲，频率为,fosc,的,1/2,4.,89C51,基本型单片机内部程序存储器容量为（ ）。,A. 16K B. 8K C. 4K D. 2K,5.,在,89C51,单片机应用系统中，可以作为时钟输出的是（ ）引脚。,A.,RXD B. RST C. ALE D. XTAL2,6.,所谓,CPU,是指（）。,A.,运算器和控制器,B.,运算器和存储器,C.,输入输出设备,D.,控制器和存储器,7.,在,CPU,内部，反映程序运行状态或反映运算结果的一些特征的寄存器是（ ）。,A. PC B. PSW C. A D. SP,C,D,A,B,2.3 89C51,存储器配置,2.3 89C51,存储器配置,2.3.1 89C51,存储器概述,2.3.2,程序存储器地址空间,2.3.3,数据存储器地址空间,2.3.1 89C51,存储器概述,普林斯顿结构,只有一个地址空间，程序和数据可以随意安排在这一地址范围内不同的空间。,哈佛结构,程序存储器和数据存储器分开设计。,计算机,89C51,单片机,0000H,FFFFH,ROM,RAM,XXXXH,0000H,FFFFH,RAM,0000H,FFFFH,ROM,2.3.1 89C51,存储器概述,1234567891011121314,2827262524232221 201918171615,RAM,1234567891011121314,2827262524232221 201918171615,EPROM,1234567891011121314151617181920,4039383736353433323130292827262524242221,89C51,片内,RAM,片内,ROM,256B,4K,物理结构,64K,64K,2.3.1 89C51,存储器概述, 物理结构,片内,ROM,4K,片外,ROM,64K,片内,RAM,256B,片外,RAM,64K,89C51,存储器,数据存储器,RAM,程序存储器,ROM,2.3.2,程序存储器地址空间,每个ROM单元(byte)对应一个唯一的16bit地址编码(Address)。因此，51系列单片机的地址的编码范围(通常称为寻址范围)：,0000 0000 0000 0000B 0000 1111 1111 1111B（二进制）,0 0 0 0 H 0 F F F H（十六制）,0 4095 （十进制）,编址,CPU,要到某个,ROM,单元去取指令，是通过把地址写入一个,16bit,的特殊功能寄存器,程序计数器,PC(Program Counter),来实现,寻址,2.3.2,程序存储器地址空间,每个ROM单元(byte)对应一个唯一的16bit地址编码(Address),。因此，51系列单片机的地址的编码范围(通常称为寻址范围)：,0000 0000 0000 0000B 1111 1111 1111 1111B（二进制）,0 0 0 0 H F F F F H（十六制）,0 65535 （十进制）,编址(外部),CPU,要到某个,ROM,单元去取指令，是通过把地址写入一个,16bit,的特殊功能寄存器,程序计数器,PC(Program Counter),来实现,寻址,寻址,0000H,0FFFH,(4K),0000H,FFFFH,(64K),EA=1 EA=0,内部ROM,外部ROM,当 EA=“1”时：,当指令地址超过0FFFH 后就自动转向片外ROM中取指令。,当,EA=“0”,时：,CPU,只能从片外,Flash ROM/EPROM,中取指令。,指令：,MOVC,2.3.2,程序存储器地址空间,用途,程序存储器用于存放编好的应用程序和表格之类的固定常数。,问题：如果,89C51,扩展了,64KB,片外,ROM/EPROM,，那么它能够访问的,ROM,空间是多少？地址为多少？,2.3.2,程序存储器地址空间,0000H,0FFFH,(4K),0000H,FFFFH,(64K),EA=1 EA=0,内部ROM,外部ROM,用途,数据存储器用于存放数据。,89C51/8751,片内,RAM,的容量为,256B,，地址为,00H-FFH,，,具体又分为低,128B,和高,128B,（特殊功能寄存器区）；,片外最多可扩至,64KB,，地址为,0000H-FFFFH,数据，片内外分开编址。,问题：如果,89C51,扩展了,64KB,片外,RAM,，那么它能够访问的,RAM,空间是多少？地址为多少？,2.3.3,数据存储器地址空间,数据,存储器,1.,低,128B,00H,FFH,7FH,80H,内部,RAM,(,高,128B),(,低,128B),特殊寄存器,工作寄存器区,可位寻址区,20H,2FH,7F 78,07 00,30H,7FH,数据缓冲区,/,堆栈区,0,组,R0,R7,R0,R7,R0,R7,R0,R7,1,组,2,组,3,组,低,128B,18H,1FH,10H,17H,08H,0FH,00H,07H,RS1,RS0,0,0,0组,0,1,1组,1,0,2组,1,1,3组,2.3.3,数据存储器地址空间,2.3.3,数据存储器地址空间,1.,低,128B,2FH,2EH,2DH,2CH,2BH,2AH,29H,28H,27H,26H,25H,24H,23H,22H,21H,20H,7F,77,6F,67,5F,57,4F,47,3F,37,2F,27,1F,17,0F,07,MSB,位地址,LSB,7E,76,6E,66,5E,56,4E,46,3E,36,2E,26,1E,16,0E,06,7D,75,6D,65,5D,55,4D,45,3D,35,2D,25,1D,15,0D,05,7C,74,6C,64,5C,54,4C,44,3C,34,2C,24,1C,14,0C,04,7B,73,6B,63,5B,53,4B,43,3B,33,2B,23,1B,13,0B,03,7A,72,6A,62,5A,52,4A,42,3A,32,2A,22,1A,12,0A,02,79,71,69,61,59,51,49,41,39,31,29,21,19,11,09,01,78,70,68,60,58,50,48,40,38,30,28,20,18,10,08,00,单元地址,2.3.3,数据存储器地址空间,例如：将,24H,的最低位内容变为,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,位地址,单元地址,单元地址,14H,24H,20H,可位寻址区与工作寄存器区或字节寻址区的区别：,用指令：,MOV 14H,，,#01H,用位指令：,SETB 20H,；,或,SETB 24H.0,可位寻址区中每一位都有地址编号，而字节寻址区中没有；,可位寻址区中每一位可以单独操作，而字节寻址区中不可以,例如：将,14H,的最低位内容变为,1,89C51,片内高,128B RAM,中，有,21,个特殊功能寄存器（,SFR,