1、机电控制技术机电控制技术2022年7月28日星期四机电控制技术目目 录录8.1 MCS-51系列单片机的结构及工作原理系列单片机的结构及工作原理8.2 MCS-51系列单片机指令系统及语言设计系列单片机指令系统及语言设计8.3 MCS-51系列单片机存储器扩展系列单片机存储器扩展8.4 MCS-51系列单片机中断与中断系统系列单片机中断与中断系统8.5 MCS-51系列单片机定时系列单片机定时/计数器计数器8.6 MCS-51系列单片机的接口与应用系列单片机的接口与应用8.7 MCS-51系列单片机控制系统设计系列单片机控制系统设计2022年7月28日星期四机电控制技术MCS-51系列单片机芯
2、片的型号较多，如系列单片机芯片的型号较多，如8031、8051、8751、80C51BH，它们的组成、性能和指令系统基本相同，因此，本章主要以较早生，它们的组成、性能和指令系统基本相同，因此，本章主要以较早生产的代表芯片产的代表芯片8051为例，对为例，对MCS-51系列单片机的结构及工作原理进行系列单片机的结构及工作原理进行介绍。介绍。8.1 MCS-51系列单片机的结构及工作原理系列单片机的结构及工作原理单片机（单片机（Single-chip Microcomputer）的实质是微型计算机。它把）的实质是微型计算机。它把CPU、内存和外设接口等集成在一块芯片上，具有集成度高，可靠性好，、内
3、存和外设接口等集成在一块芯片上，具有集成度高，可靠性好，便于使用等优点。随着现代制造技术对机电控制的高精度、智能化、交便于使用等优点。随着现代制造技术对机电控制的高精度、智能化、交互性和网络化的要求越来越高，单片机以其功能强大、体积小和可靠性互性和网络化的要求越来越高，单片机以其功能强大、体积小和可靠性高等优点被广泛应用在精确测量、数据采集、智能控制、设备驱动、智高等优点被广泛应用在精确测量、数据采集、智能控制、设备驱动、智能仪表和现场总线等机电控制领域。能仪表和现场总线等机电控制领域。2022年7月28日星期四机电控制技术8.1.1 MCS-51系列单片机的结构系列单片机的结构 1.MCS-
4、51系列单片机的组成及内部结构系列单片机的组成及内部结构 MCS-51系列单片机是由系列单片机是由CPU、ROM、RAM、并行、并行I/O接口、串行接口、串行I/O接口、定时接口、定时/计数器和中断控制系统等若干部件组成的，再配置一定的外计数器和中断控制系统等若干部件组成的，再配置一定的外围电路，如时钟电路、复位电路等，即可构成一个基本的微型计算机系围电路，如时钟电路、复位电路等，即可构成一个基本的微型计算机系统。统。MCS-51系列单片机的内部结构框图如图系列单片机的内部结构框图如图8-1所示。所示。各个组成部件功能如下：各个组成部件功能如下：（1）CPU。CPU是单片机的核心，通过它可以完
5、成运算和控制功是单片机的核心，通过它可以完成运算和控制功能。能。MCS-51系列单片机的系列单片机的CPU能处理能处理8位二进制数或代码，故称位二进制数或代码，故称为为8位机。位机。（2）ROM和和RAM。MCS-51系列单片机的芯片内部有地址空间相系列单片机的芯片内部有地址空间相互独立的互独立的ROM和和RAM。（3）并行）并行I/O接口。接口。MCS-51系列单片机中共有系列单片机中共有4个个8位位I/O接口接口（P0、P1、P2和和P3），以实现数据的并行输入），以实现数据的并行输入/输出等。输出等。2022年7月28日星期四机电控制技术2022年7月28日星期四机电控制技术 （4）串行
6、）串行I/O接口。接口。MCS-51系列单片机有一个全双工的串行接口，系列单片机有一个全双工的串行接口，以实现单片机与其他设备之间的串行数据通信。该串行接口功能较强，以实现单片机与其他设备之间的串行数据通信。该串行接口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。（5）定时）定时/计数器。计数器。MCS-51系列单片机内共有系列单片机内共有2个个16位的定时位的定时/计数计数器，以实现硬件定时或计数功能，并可根据需要用定时或计数结果对计器，以实现硬件定时或计数功能，并可根据需要用定时或计数结果对计算机进行控制。算机
7、进行控制。（6）中断控制系统。）中断控制系统。MCS-51系列单片机的中断功能较强，用以满系列单片机的中断功能较强，用以满足控制应用的需要。它包括足控制应用的需要。它包括2个外部中断、个外部中断、2个定时个定时/计数器溢出中断、计数器溢出中断、1个串行接口中断。个串行接口中断。MCS-51系列单片机的中断控制系统可分为高级和低系列单片机的中断控制系统可分为高级和低级两个中断优先级。级两个中断优先级。（7）时钟电路。）时钟电路。MCS-51系列单片机的时钟电路包括以两种构成方系列单片机的时钟电路包括以两种构成方式：式：内部时钟方式。内部时钟方式是指由内部的时钟电路和外接的晶内部时钟方式。内部时钟
8、方式是指由内部的时钟电路和外接的晶振、电容构成自激振荡器，产生脉冲信号。振、电容构成自激振荡器，产生脉冲信号。外部时钟方式。外部时钟方式是指直接将外部的信号源作为时钟。外部时钟方式。外部时钟方式是指直接将外部的信号源作为时钟。2022年7月28日星期四机电控制技术2.MCS-51系列单片机的引脚及其功能系列单片机的引脚及其功能 MCS-51系列单片机的早期芯片系列单片机的早期芯片8031、8051、8751和和8951采用采用HMOS工艺制造，现在的主流芯片工艺制造，现在的主流芯片80C31、80C51、80C71和和80C91采采用用CHMOS工艺制造，在型号中间加字母工艺制造，在型号中间加
9、字母“C”字作区分。其中，字作区分。其中，8031和和80C31内部无内部无ROM，8051和和80C51使用使用ROM作为程序存储器，作为程序存储器，8751和和87C51使用使用EPROM作为程序存储器，作为程序存储器，8951和和89C51使用使用FLASH作为程作为程序存储器。序存储器。采用双列直插采用双列直插DIP封装的封装的MCS-51系列单片机有系列单片机有40个引脚，如图个引脚，如图8-2（a）所示为引脚封装顺序图，是芯片出厂时的实际引脚分布图，常用于绘制所示为引脚封装顺序图，是芯片出厂时的实际引脚分布图，常用于绘制单片机系统的单片机系统的PCB制版图，如图制版图，如图8-2（
10、b）所示为引脚功能顺序图，是按）所示为引脚功能顺序图，是按照引脚功能绘的图，常用于在单片机系统原理设计阶段绘制系统原理图。照引脚功能绘的图，常用于在单片机系统原理设计阶段绘制系统原理图。2022年7月28日星期四机电控制技术2022年7月28日星期四机电控制技术对各引脚的说明分别如下：对各引脚的说明分别如下：（1）主电源引脚。）主电源引脚。主电源引脚主电源引脚Vcc（40引脚）接引脚）接5 V电源。主电电源。主电源引脚源引脚Vss（20引脚）接电源地端。引脚）接电源地端。（2）外接晶体引脚。）外接晶体引脚。外接晶体引脚外接晶体引脚XTAL1（19引脚）为内部反相放引脚）为内部反相放大器的输入端
11、。外接晶体引脚大器的输入端。外接晶体引脚XTAL2（18引脚）为内部反相放大器的输引脚）为内部反相放大器的输出端。使用内部时钟方式时，出端。使用内部时钟方式时，XTAL1引脚和引脚和XTAL2引脚各接在外部晶体引脚各接在外部晶体的一端；使用外部时钟方式时，外部信号源接的一端；使用外部时钟方式时，外部信号源接XTAL1引脚，而引脚，而XTAL2引引脚悬空。脚悬空。（3）I/O引脚。引脚。P0.0P0.7（3932引脚）为引脚）为P0接口的接口的8个引脚，可个引脚，可作为地址作为地址/数据线，也可以作为准双向数据线，也可以作为准双向I/O接口使用。在做外部扩展时，接口使用。在做外部扩展时，P0接口
12、被分时复用为低接口被分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。位地址总线和双向数据总线。P1.0P1.7（18引脚）为引脚）为P1接口的接口的8个引脚。可以作为准双向个引脚。可以作为准双向I/O接口使用。接口使用。P2.0P2.7（2128引脚）为引脚）为P2接口的接口的8个引脚，可作为准双向个引脚，可作为准双向I/O接口，接口，在接有外部存储器或扩展在接有外部存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过接口且寻址范围超过256 B时，可作为高时，可作为高8位位地址总线。地址总线。P3.0P3.7（1017引脚）为引脚）为P3接口的接口的8个引脚。除作为准个引脚。除作为准双向双向I/O接口外，还具有第二
13、种功能，即能输出控制信号和输入外部状态接口外，还具有第二种功能，即能输出控制信号和输入外部状态信息等。信息等。2022年7月28日星期四机电控制技术（4）ALE引脚。引脚。ALE引脚（引脚（30引脚）为地址锁存有效信号的输出端。引脚）为地址锁存有效信号的输出端。在访问外部在访问外部ROM期间，每个机器周期该信号出现两次，其下降沿用于控期间，每个机器周期该信号出现两次，其下降沿用于控制锁存制锁存P0接口输出的低接口输出的低8位地址。对于内部含位地址。对于内部含EPROM的机型，在编程期的机型，在编程期间，此引脚用作编程脉冲的输入端。间，此引脚用作编程脉冲的输入端。（5）PSEN引脚。引脚。PSE
14、N引脚（引脚（29引脚）为外部引脚）为外部ROM读选通信号的输出读选通信号的输出端，或称为外部端，或称为外部ROM取指信号输出端。在向外部取指信号输出端。在向外部ROM读取指令或常数读取指令或常数期间，每个机器周期该信号两次有效（低电平），以通过数据总线期间，每个机器周期该信号两次有效（低电平），以通过数据总线P0接接口读取指令或常数，在访问外部口读取指令或常数，在访问外部RAM期间，期间，PSEN信号将不出现。信号将不出现。（6）RST引脚。引脚。RST引脚（引脚（9引脚）为复位端。当该引脚上出现持续两引脚）为复位端。当该引脚上出现持续两个机器周期的高电平时单片机复位，各个寄存器的状态改变为
15、初始状态。个机器周期的高电平时单片机复位，各个寄存器的状态改变为初始状态。通电时，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通电时，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10 ms以上才能保证有效复位。以上才能保证有效复位。（7）EA/VPP引脚。引脚。EA/VPP引脚（引脚（31引脚）为外部引脚）为外部ROM的选用端。读的选用端。读取外部取外部ROM中的程序，该引脚接低电平有效，当该引脚接高电平时，内中的程序，该引脚接低电平有效，当该引脚接高电平时，内部部ROM有效并首先从内部有效并首先从内部ROM中读取程序，如果扩展了外部中读取程序，如果扩展了外部ROM，在，在读取
16、内部读取内部ROM的所有程序后才会自动读取外部的所有程序后才会自动读取外部ROM上的数据。上的数据。2022年7月28日星期四机电控制技术综上所述，对综上所述，对MCS-51系列单片机的引脚特点可归纳出以下两点：系列单片机的引脚特点可归纳出以下两点：（1）MCS-51系列单片机的功能多，引脚数少，以至于许多引脚都具系列单片机的功能多，引脚数少，以至于许多引脚都具有第二功能。有第二功能。（2）MCS-51系列单片机对外呈三总线形式，由系列单片机对外呈三总线形式，由P0接口和接口和P2接口组接口组成成16位地址总线，由位地址总线，由P0接口分时复用为数据总线，由接口分时复用为数据总线，由ALE、P
17、SEN、RST、EA与与P3接口中的接口中的INT0、INT1、T0、T1、WR、RD共共10个引脚组个引脚组成控制总线。由于它们组成成控制总线。由于它们组成16位地址总线，因而使外部位地址总线，因而使外部ROM和外部和外部RAM的寻址范围均能达到的寻址范围均能达到64 K字节。字节。2022年7月28日星期四机电控制技术8.1.2 MCS-51系列单片机系列单片机的工作原理的工作原理 所谓最小系统是指所谓最小系统是指用最少的元件构成的能用最少的元件构成的能够让单片机正常工作的够让单片机正常工作的系统。它是构成其他系统。它是构成其他单片机系统的核心模块。单片机系统的核心模块。在最小系统的基础上
18、，在最小系统的基础上，配合外围元件和相关电配合外围元件和相关电路，就构成了不同功能路，就构成了不同功能的单片机系统。如图的单片机系统。如图8-3所示为所示为MCS-51单片机最小单片机最小系统的组成图。系统的组成图。2022年7月28日星期四机电控制技术1.汇编指令的执行过程汇编指令的执行过程 指令的执行又可分为取出指令和执行指令两项步骤。例如，要使指令的执行又可分为取出指令和执行指令两项步骤。例如，要使MCS-51系系列单片机进行列单片机进行08H+5BH=63H这样的运算，并将结果这样的运算，并将结果63H送单片机内部送单片机内部RAM 35H单元。具体的操作步骤如下：单元。具体的操作步骤
19、如下：（1）编写汇编语言程序。）编写汇编语言程序。MOV A，#08H；将立即数；将立即数08H送到累加器送到累加器A中，即（中，即（A）=08H。ADD A，#5BH；将累加器；将累加器A中的内容与立即数中的内容与立即数5BH相加，结果送到累加器相加，结果送到累加器A中，中，即即A（A）+5BH。MOV 35H，A；将结果送入内部；将结果送入内部RAM 35H单元。单元。8.2 MCS-51系列单片机的指令系统及语言设计系列单片机的指令系统及语言设计8.2.1 MCS-51系列单片机指令系统概述系列单片机指令系统概述 在在MCS-51系列单片机的指令系统中，程序是指令的有序集合，运行程系列单
20、片机的指令系统中，程序是指令的有序集合，运行程序就是按顺序一条一条执行指令的过程。指令的机器码一般由操作码和操作序就是按顺序一条一条执行指令的过程。指令的机器码一般由操作码和操作数地址两部分组成，操作码在前，操作数地址在后。操作码决定指令的操作数地址两部分组成，操作码在前，操作数地址在后。操作码决定指令的操作类型（如加、减、乘、除等算术操作），操作数地址指示了参加运算的操作类型（如加、减、乘、除等算术操作），操作数地址指示了参加运算的操作数来自何处。因此，指令是构成数来自何处。因此，指令是构成MCS-51系列单片机程序的基本元素。系列单片机程序的基本元素。2022年7月28日星期四机电控制技术
21、（2）通过查指令表得出各指令的机器码。机器码是在单片机的）通过查指令表得出各指令的机器码。机器码是在单片机的ROM中以中以“1”和和“0”的形式存放的实际码值，可以通过查指令表得出。机器码难于记忆和的形式存放的实际码值，可以通过查指令表得出。机器码难于记忆和书写，使用助记符来替代后就是汇编指令，它和机器指令是一一对应的。各书写，使用助记符来替代后就是汇编指令，它和机器指令是一一对应的。各指令的机器码见表指令的机器码见表8-1。2022年7月28日星期四机电控制技术 表表8-1中中MOV A，#08H是一条汇编指令，是一条汇编指令，MOV是操作码，是操作码，A和和#08H都是都是操作数。操作数。
22、74H 08H是机器码，是机器码，74H是操作码，是操作码，08H是操作数。是操作数。（3）将操作码存入）将操作码存入ROM中。例如，从存储地址为中。例如，从存储地址为8000H的的ROM单元开始单元开始存放程序的机器码见表存放程序的机器码见表8-2。2022年7月28日星期四机电控制技术（4）程序执行过程。先使用赋值令）程序执行过程。先使用赋值令PC=8000H，第一条指令的执行过程可分，第一条指令的执行过程可分为以下几步：为以下几步：PC送出当前地址送出当前地址8000H，选中，选中ROM 8000H单元。单元。CPU发出访问发出访问ROM信号，从信号，从8000H单元中取出第一条指令的操
23、作单元中取出第一条指令的操作码码74H。PC内容自动加内容自动加1，指向下一个存储单元。，指向下一个存储单元。CPU把操作码把操作码74H送到内部指令译码器中，经译码操作后，得知送到内部指令译码器中，经译码操作后，得知是一条把立即数送到是一条把立即数送到A的指令。的指令。PC送出当前地址送出当前地址8001H，选中，选中ROM 8001H单元。单元。CPU再发出访问再发出访问ROM信号，从信号，从8001H单元中取出第一条指令的操单元中取出第一条指令的操作码作码08H送到累加器送到累加器A中。中。PC内容自动加内容自动加1，指向下一个存储单元。，指向下一个存储单元。接下去接下去CPU取出第二条
24、指令，并完成加法运算后将结果送到累加器取出第二条指令，并完成加法运算后将结果送到累加器A中，最中，最后完成把累加器后完成把累加器A中的内容传送到地址为中的内容传送到地址为35H的单元的指令。每条指令的执行的单元的指令。每条指令的执行步骤与前面所述基本相同，不再细述。步骤与前面所述基本相同，不再细述。2022年7月28日星期四机电控制技术2.MCS-51系列单片机的汇编指令系列单片机的汇编指令 MCS-51系列单片机使用系列单片机使用44种助记符。通过助记符、指令中源操作数种助记符。通过助记符、指令中源操作数及目的操作数的不同组合，构成及目的操作数的不同组合，构成MCS-51系列单片机系列单片机
25、111种指令。种指令。1）按汇编指令所占存储器的字节数分）按汇编指令所占存储器的字节数分 按汇编指令所占存储器的字节数可分为以下几种：按汇编指令所占存储器的字节数可分为以下几种：（1）单字节指令（）单字节指令（49条）。条）。（2）双字节指令（）双字节指令（45条）。条）。（3）三字节指令（）三字节指令（17条）。条）。2022年7月28日星期四机电控制技术2）按汇编指令执行的周期分）按汇编指令执行的周期分 按汇编指令执行的周期可分为以下几种：按汇编指令执行的周期可分为以下几种：（1）单周期指令（）单周期指令（64条）。条）。（2）双周期指令（）双周期指令（45条）。条）。（3）四周期指令（）
26、四周期指令（2条）。条）。3）按汇编指令的功能分）按汇编指令的功能分 按汇编指令的功能可分为以下几种：按汇编指令的功能可分为以下几种：（1）数据传输指令（）数据传输指令（29条）。条）。（2）算术运算指令（）算术运算指令（24条）。条）。（3）逻辑运算指令（）逻辑运算指令（24条）。条）。（4）控制转移指令（）控制转移指令（17条）。条）。（5）位操作指令（）位操作指令（17条）。条）。2022年7月28日星期四机电控制技术8.2.2 MCS-51系列单片机寻址方式系列单片机寻址方式 所谓寻址方式是指如何找到存放被操作数位置（地址）的方法。所谓寻址方式是指如何找到存放被操作数位置（地址）的方法
27、。MCS-51系列单片机的指令系统提供了系列单片机的指令系统提供了7种寻址方式，分别为立即寻址、直接寻址、寄种寻址方式，分别为立即寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、相对寻址和位寻址。一条指令可能存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、相对寻址和位寻址。一条指令可能含有多种寻址方式。含有多种寻址方式。1.立即寻址立即寻址 将立即参与操作的数据直接写在指令中，这种寻址方式称为立即寻址。将立即参与操作的数据直接写在指令中，这种寻址方式称为立即寻址。立即寻址的指令中直接含有所需的操作数。该操作数可以是立即寻址的指令中直接含有所需的操作数。该操作数可以是8位的，也可以是位的，也可以是16
28、位的，常常处在指令的第二字节和第三字节的位置上。立即数通常使用位的，常常处在指令的第二字节和第三字节的位置上。立即数通常使用#data或或#data16表示，在立即数前面加表示，在立即数前面加“#”标志，用以和直接寻址中的直接标志，用以和直接寻址中的直接地址（地址（direct或或bit）相区别。）相区别。MCS-51系列单片机中除了一条指令（系列单片机中除了一条指令（MOV DPTR，#data16）是）是16位长的立即数外，其余都是位长的立即数外，其余都是8位的立即数。位的立即数。例如，例如，MOV A，#32H，若执行前（，若执行前（A）=51H，则执行后（，则执行后（A）=32H。“#
29、”号表示其后面的数为立即数而非直接地址。号表示其后面的数为立即数而非直接地址。2022年7月28日星期四机电控制技术2.直接寻址直接寻址 将操作数的地址直接存放在指令中，这种寻址方式称为直接寻址，也就将操作数的地址直接存放在指令中，这种寻址方式称为直接寻址，也就是在指令中直接给出操作数所在单元的地址。是在指令中直接给出操作数所在单元的地址。例如，例如，MOV A，20H，若执行前（，若执行前（A）=51H，内部，内部RAM 20H地址单元的内容地址单元的内容为为96H，执行后（，执行后（A）=（96H）。）。3.寄存器寻址寄存器寻址 操作数存放在操作数存放在MCS-51系列单片机内部的某个工作
30、寄存器系列单片机内部的某个工作寄存器Rn（R0R7）或部分专用寄存器中，这种寻址方式称为寄存器寻址。可寻址的寄存器除或部分专用寄存器中，这种寻址方式称为寄存器寻址。可寻址的寄存器除R0R7外还有累加器外还有累加器A、寄存器、寄存器B、数据指针、数据指针DPTR和位处理累加器和位处理累加器Cy。PSW是程序状态字寄存器，地址为是程序状态字寄存器，地址为D0HD7H，其中，其中，D3H为为RS0，D4H为为RS1，它们统称为工作寄存器组的选择位。，它们统称为工作寄存器组的选择位。RS0和和RS1取不同的值，构成的二取不同的值，构成的二进制数对应不同的寄存器组的组号，例如，进制数对应不同的寄存器组的
31、组号，例如，RS0和和RS1分别取分别取“1”和和“0”时，时，对应寄存器组的第对应寄存器组的第2组。组。2022年7月28日星期四机电控制技术4.寄存器间接寻址寄存器间接寻址 寄存器间接寻址是指以指定的地址寄存器的内容作为地址，并以该地址寄存器间接寻址是指以指定的地址寄存器的内容作为地址，并以该地址所指定的存储单元数据为指令的操作对象。所指定的存储单元数据为指令的操作对象。MCS-51系列单片机的地址寄存器系列单片机的地址寄存器只能为只能为R0、R1和和DPTR。当以。当以R0或或R1为地址寄存器时，可以寻址内部为地址寄存器时，可以寻址内部RAM的地址空间的地址空间00HFFH内的内的256
32、 B个单元，以及外部个单元，以及外部RAM页内地址空间的页内地址空间的256 B个单元，页内地址为个单元，页内地址为P2的内容；以的内容；以16位寄存器位寄存器DPTR作为间接寻址寄存器时，作为间接寻址寄存器时，可寻址外部存储器的可寻址外部存储器的64 KB地址空间。地址空间。例如，例如，MOVX A，DPTR的含义是把的含义是把DPTR中的内容作为地址，按这个地址中的内容作为地址，按这个地址找到的外部找到的外部RAM单元中的内容，并将该内容传给累加器单元中的内容，并将该内容传给累加器A。若执行前（若执行前（A）=20H，DPTR=2000H，外部，外部RAM2000H地址单元的内容地址单元的
33、内容为为79H，则执行指令后（，则执行指令后（A）=79H。2022年7月28日星期四机电控制技术5.变址寻址变址寻址 操作数存放在变址寄存器（累加器操作数存放在变址寄存器（累加器A）和基址寄存器（）和基址寄存器（DPTR或或PC）相加）相加形成的形成的16位地址单元中，位地址单元中，DPTR或或PC中的内容是基地址，中的内容是基地址，A中的内容是地址中的内容是地址偏移量，这种寻址方式称为基址加变址寄存器间接寻址，简称为变址寻址。偏移量，这种寻址方式称为基址加变址寄存器间接寻址，简称为变址寻址。也就是说，在寄存器间接寻址中，地址放在寄存器的某个单元里，如果地址也就是说，在寄存器间接寻址中，地址
34、放在寄存器的某个单元里，如果地址不是放在一个寄存器里，而是放在两个寄存器里，两个寄存器中存放的地址不是放在一个寄存器里，而是放在两个寄存器里，两个寄存器中存放的地址之和形成一个新的地址，按照这个地址可以找到操作数。之和形成一个新的地址，按照这个地址可以找到操作数。6.相对寻址相对寻址 将程序计数器将程序计数器PC的当前值（取出本条指令后的的当前值（取出本条指令后的PC值）与指令第二个字节值）与指令第二个字节给出的偏移量（给出的偏移量（rel）相加，形成新的转移目标地址，这种寻址方式称为相对）相加，形成新的转移目标地址，这种寻址方式称为相对寻址。寻址。相对寻址是为了实现程序的相对转移而设计的，为
35、相对转移指令所使用，相对寻址是为了实现程序的相对转移而设计的，为相对转移指令所使用，其指令码中含有相对地址偏移量，能生成浮动代码。例如，其指令码中含有相对地址偏移量，能生成浮动代码。例如，SJMP rel；（；（PC）（PC）+2+rel，其也可以表示作为相对转移指令的目的地址指令地址，其也可以表示作为相对转移指令的目的地址指令地址指令字节数偏移量指令字节数偏移量2022年7月28日星期四机电控制技术7.位寻址位寻址 MCS-51系列单片机中设有独立的位处理器，可对寻址系列单片机中设有独立的位处理器，可对寻址的位进行处理。在指令系统中共有的位进行处理。在指令系统中共有17条位操作指令。位操条位
36、操作指令。位操作指令中的操作数仅允许采用位寻址方式。位寻址方式类作指令中的操作数仅允许采用位寻址方式。位寻址方式类似于直接寻址方式，同样是在指令中直接给出操作数的地似于直接寻址方式，同样是在指令中直接给出操作数的地址。址。每一种寻址方式所对应的寻址空间见表每一种寻址方式所对应的寻址空间见表8-3。2022年7月28日星期四机电控制技术2022年7月28日星期四机电控制技术8.2.3 MCS-51系列单片机汇编语言的程序设计系列单片机汇编语言的程序设计 例例8-2 在在MCS-51系列单片机最小系统的基础上，实现一个发光二系列单片机最小系统的基础上，实现一个发光二极管的闪烁。极管的闪烁。2022
37、年7月28日星期四机电控制技术 如图8-4所示为发光二极管闪烁的电路图。相应程序代码如下：ORG 2000HMAIN：SETB P0.0；让P0.0置1CALL DELAY；调用延时程序CLR P0.0；让P0.0置0 CALL DELAY；调用延时程序AJMP MAINDELAY：MOV R1，#250；给R1置立即数250D1：MOV R2，#250；给R2置立即数250D2：DJNZ R2，D2；内层循环DJNZ R1，D1；外层循环RETEND 2022年7月28日星期四机电控制技术8.3 MCS-51系列单片机存储器扩展系列单片机存储器扩展在有些场合中，在有些场合中，MCS-51系列
38、单片机内部集成的系列单片机内部集成的ROM和和RAM难以满足工艺对难以满足工艺对系统的要求，用户必须在单片机外部扩展系统的要求，用户必须在单片机外部扩展ROM。MCS-51系列单片机外部有系列单片机外部有16条地址线，即条地址线，即P0接口和接口和P2接口，因此，最大寻址范围为接口，因此，最大寻址范围为64 KB（0000HFFFFH）。选择存储芯片中的单元的方法有单译码法和双译码法。）。选择存储芯片中的单元的方法有单译码法和双译码法。（1）单译码法。）单译码法。（2）双译码法。）双译码法。把存储芯片中的基本单元按线性排列，用把存储芯片中的基本单元按线性排列，用2N条地址线条地址线选择选择2N
39、个存储单元，这种译码的方法称为单译码法。个存储单元，这种译码的方法称为单译码法。这种方法虽然结构简单但是需要太多的地址线。这种方法虽然结构简单但是需要太多的地址线。把存储芯片中的基本单元按矩阵排列，用把存储芯片中的基本单元按矩阵排列，用N条行选择条行选择线和线和N条列选择线作为地址线，可以选择条列选择线作为地址线，可以选择2N2N个存个存储单元，这种译码的方法称为双译码法。这种方法需储单元，这种译码的方法称为双译码法。这种方法需要很少的地址线即可实现寻址，例如，为了寻址要很少的地址线即可实现寻址，例如，为了寻址64 KB的存储单元，由于这的存储单元，由于这65 536个存储单元成矩阵排列，个存
40、储单元成矩阵排列，因而行和列上需要因而行和列上需要64+64=128根译码器输出线。根译码器输出线。2022年7月28日星期四机电控制技术（1）地址总线。）地址总线。（2）数据总线。）数据总线。（3）控制总线。）控制总线。地址总线（地址总线（adress bus，简称为，简称为AB）的功能是传）的功能是传送地址，其传送方向是单向的，只能从单片机内部送地址，其传送方向是单向的，只能从单片机内部向外部发送地址信息。向外部发送地址信息。数据总线数据总线(data bus，简称为，简称为DB)的功能是传送数的功能是传送数据，其传送方向是双向的，既可以从单片机内部向据，其传送方向是双向的，既可以从单片机
41、内部向外部发送数据信息，也可以采集外界的信号，从单外部发送数据信息，也可以采集外界的信号，从单片机外部向内部发送数据信息。片机外部向内部发送数据信息。控制总线（控制总线（control bus，简称为，简称为CB）的功能是传）的功能是传送控制信息，其传送方向是双向的，既可以从单片送控制信息，其传送方向是双向的，既可以从单片机内部向外部发送控制信息，也可以从单片机外部机内部向外部发送控制信息，也可以从单片机外部向内部发送控制信息。向内部发送控制信息。8.3.1 MCS-51系列单片机三总线的概念和构成系列单片机三总线的概念和构成 1.三总线的概念三总线的概念 MCS-51系列单片机的结构是基于三
42、总线的冯系列单片机的结构是基于三总线的冯诺依曼结构，即三种总线分别是地诺依曼结构，即三种总线分别是地址总线、数据总线和控制总线。系统中的各个部件都是通过这三类总线传递信息。址总线、数据总线和控制总线。系统中的各个部件都是通过这三类总线传递信息。2022年7月28日星期四机电控制技术2.MCS-51系列单片机扩展三总线的构成系列单片机扩展三总线的构成 MCS-51系列单片机由于受引脚数目的限制，使得数据线和低系列单片机由于受引脚数目的限制，使得数据线和低8位地址线复位地址线复用，为了将它们分离出来，需要外加地址锁存器，从而构成与一般用，为了将它们分离出来，需要外加地址锁存器，从而构成与一般CPU
43、相类似相类似的外部三总线，如图的外部三总线，如图8-5所示。所示。2022年7月28日星期四机电控制技术8.3.2 MCS-51系列单片机系列单片机ROM扩展扩展 MCS-51系列单片机中的系列单片机中的8051单片机的内部有单片机的内部有4KB的的ROM，能满足一般，能满足一般系统的需求，但如果系统规模比较大，需要存放较大的程序，就需要扩展系统的需求，但如果系统规模比较大，需要存放较大的程序，就需要扩展ROM。在选择。在选择ROM芯片时，首先必须满足程序容量，其次在价格合理情况下芯片时，首先必须满足程序容量，其次在价格合理情况下尽量选用容量大的芯片。在单片机应用系统硬件设计中应注意，尽量减少
44、芯尽量选用容量大的芯片。在单片机应用系统硬件设计中应注意，尽量减少芯片的使用个数，使得电路结构简单，提高可靠性。片的使用个数，使得电路结构简单，提高可靠性。1.2732芯片芯片 2732芯片的容量为芯片的容量为4 K8位。位。4 K表示有表示有41 024个存储单元，个存储单元，8位表示位表示每个单元存储数据的宽度为每个单元存储数据的宽度为8位。前者确定了地址线的位数为位。前者确定了地址线的位数为12位（位（A0A11），后者确定了数据线的位数为），后者确定了数据线的位数为8位（位（O0O7）。）。2732芯片采用芯片采用+5 V供供电，最大静态工作电流为电，最大静态工作电流为100 mA，维
45、持电流为，维持电流为35 mA，读出时间最大为，读出时间最大为250 ns。2732芯片的封装形式为芯片的封装形式为DIP24，其引脚图如图，其引脚图如图8-7所示。所示。2022年7月28日星期四机电控制技术 2022年7月28日星期四机电控制技术2.ROM扩展的硬件电路扩展的硬件电路 8051单片机扩展一片单片机扩展一片2732芯片的电路图，如图芯片的电路图，如图8-8所示。所示。2022年7月28日星期四机电控制技术3.扩展扩展ROM地址范围的确定地址范围的确定 单片机扩展单片机扩展ROM的关键是搞清楚扩展芯片的地址范围。决定的关键是搞清楚扩展芯片的地址范围。决定ROM芯片的芯片的地址范
46、围的因素有两个：一个是片选端的连接方法，另一个是地址范围的因素有两个：一个是片选端的连接方法，另一个是ROM芯片的地芯片的地址线与单片机地址线的连接。在确定地址范围时，必须保证片选端为低电平。址线与单片机地址线的连接。在确定地址范围时，必须保证片选端为低电平。例例8-3 根据控制要求需要在根据控制要求需要在8051单片机外部扩展单片机外部扩展32K的的ROM，完成系统的硬，完成系统的硬件设计。件设计。解解 要扩展要扩展32 K的外部的外部ROM，可通过多种方法实现，但应该选择集成度，可通过多种方法实现，但应该选择集成度尽可能高的芯片，这样设计的电路结构简单易行、可靠性高，所以选择尽可能高的芯片
47、，这样设计的电路结构简单易行、可靠性高，所以选择27256芯片。因为芯片。因为8051单片机的单片机的P0接口既要传输数据又要传输地址，所以需要接口既要传输数据又要传输地址，所以需要8位位的锁存器锁存低的锁存器锁存低8位地址，可以选择位地址，可以选择74LS373锁存器，锁存器，8051单片机单片机ROM的扩的扩展图如图展图如图8-9所示。所示。2022年7月28日星期四机电控制技术 2022年7月28日星期四机电控制技术8.3.3 MCS-51系列单片机系列单片机RAM扩展扩展 MCS-51系列单片机中的系列单片机中的8051单片机内部有单片机内部有128 B的的RAM。CPU对内部对内部R
48、AM具有丰富的操作指令，但是当单片机用于实时数据采集具有丰富的操作指令，但是当单片机用于实时数据采集或处理大批量数据时，仅靠内部或处理大批量数据时，仅靠内部RAM提供的操作指令是远远不够的。此时，提供的操作指令是远远不够的。此时，可以利用单片机的扩展功能，扩展外部可以利用单片机的扩展功能，扩展外部RAM。常用的外部常用的外部RAM包括静态包括静态RAM（Static Random Access Memory，简称，简称为为SRAM）和动态）和动态RAM（Dynamic Random Access Memory，简称为，简称为DRAM）。前者的优点是读写速度高，一般都是）。前者的优点是读写速度高
49、，一般都是8位宽度，易于扩展，而且大位宽度，易于扩展，而且大多数的多数的RAM和与它相同容量的和与它相同容量的EPROM的引脚相兼容，有利于印刷板的电路的引脚相兼容，有利于印刷板的电路设计，使用方便；缺点是集成度低、成本高、功耗大。后者的优点是设计，使用方便；缺点是集成度低、成本高、功耗大。后者的优点是EPROM的集成度高、功耗相对较低；缺点是需要使用的集成度高、功耗相对较低；缺点是需要使用EPROM就需要增加一个刷新电就需要增加一个刷新电路，增加了额外的成本。路，增加了额外的成本。8051单片机扩展外部单片机扩展外部RAM的地址线也是由的地址线也是由P0接口和接口和P2接口提供的，因此，接口
50、提供的，因此，其最大寻址范围为其最大寻址范围为64 KB（0000HFFFFH）。）。2022年7月28日星期四机电控制技术1.8051单片机的硬件电路单片机的硬件电路 8051单片机与单片机与6116芯片连接的电路图如图芯片连接的电路图如图8-10所示。所示。2022年7月28日星期四机电控制技术2.8051单片机芯片的选择单片机芯片的选择 8051单片机常用的单片机常用的SRAM芯片有芯片有6116（2 K8位）芯片、位）芯片、6264（8 K8位）芯片、位）芯片、62256（32 K8位）芯片等。位）芯片等。6116芯片的引脚图如图芯片的引脚图如图8-11所示。所示。2022年7月28日
