1、单片机原理及应用主讲人：刘炜E-mail：liuweicdt21cn第1章 单片机概述本章重点：本章重点：1、什么是单片机、什么是单片机 2、单片机的分类及特点、单片机的分类及特点 3、什么是嵌入式系统什么是嵌入式系统1.1 单片机概况1.1.1 什么是单片机 单片机单片机 是单片微型计算机的简称。将计算机的是单片微型计算机的简称。将计算机的CPU、RAM、ROM、定时、定时/计数器和多种计数器和多种IO接口集成在一片芯接口集成在一片芯片上，形成了芯片级的计算机。片上，形成了芯片级的计算机。单片机早期的含义称为单片微型计算机单片机早期的含义称为单片微型计算机(single chip micro
2、computer)，直译为单片机。，直译为单片机。准确反映单片机本质的叫法应该是微控制器准确反映单片机本质的叫法应该是微控制器MicroController Unit （MCU）或）或MicroProcesser Unit（MPU）单片机也称为嵌入式微处理器（单片机也称为嵌入式微处理器（Embedded MicroProcesser)或嵌入式微控制器或嵌入式微控制器(Embedded MicroController)1.1.2 单片机的发展简史及未来初级阶段初级阶段：1974-1978年。代表芯片年。代表芯片Intel公司的公司的MCS-48系列，系列，Motorola公司的公司的6801系列
3、和系列和Zilog公司的公司的Z8系列。系列。高性能阶段高性能阶段：1978-1983年。代表芯片年。代表芯片Intel公司的公司的MCS51系列。系列。8位单片机巩固提高阶段位单片机巩固提高阶段：1983年年-现今。这一阶段一方面现今。这一阶段一方面不断完善不断完善8位单片机，另一方面发展位单片机，另一方面发展16位、位、32位机。位机。单片机的发展趋势单片机的发展趋势：8位机是主流，未来是位机是主流，未来是8位机位机与与32位机共同发展的时代。位机共同发展的时代。单片机从结构功能上的发展趋势：单片机从结构功能上的发展趋势：1、大容量高性能化、大容量高性能化2、小容量低价格化、小容量低价格化
4、3、外围电路内装化、外围电路内装化4、RISC结构取代结构取代CISC结构结构1.1.3 单片机的分类及特点1、分类（1）按指令集分类）按指令集分类 复杂指令集（复杂指令集（CISC）结构普林斯顿结构）结构普林斯顿结构 精简指令集（精简指令集（RISC）结构哈佛结构）结构哈佛结构（2）按半导体工艺分）按半导体工艺分 高密度短沟道高密度短沟道MOS工艺工艺HMOS 互补金属氧化物互补金属氧化物HMOS工艺工艺CHMOS（3）按片内程序存储器类型分）按片内程序存储器类型分 无无ROM型、型、QTP型、型、EPROM型、型、OTP型和型和Flash型型（4）按字长分）按字长分 1位、位、4位、位、8
5、位、位、16位、位、32位、位、64位位2、单片机的特点（1）优异的性价比）优异的性价比（2）集成度高、体积小、可靠性高）集成度高、体积小、可靠性高（3）控制功能强）控制功能强（4）低电压、低功耗）低电压、低功耗1.1.4 单片机的应用1、在智能仪器仪表中的应用、在智能仪器仪表中的应用2、在工业方面的应用、在工业方面的应用3、在电信中的应用、在电信中的应用4、在军用导航方面的应用、在军用导航方面的应用5、在日常生活中的应用、在日常生活中的应用6、在其它方面的应用、在其它方面的应用1.2 常用8位系列单片机简介1.2.1 Intel1.2.1 Intel公司8位系列单片机1.2.21.2.2 8
6、9系列单片机1 1、AT89AT89系列（美国Atmel公司）2 2、P89P89系列（Philiips公司）特点：126时钟模式，支持ISP1.2.3 W78E511.2.3 W78E51系列（台湾华邦公司）1.2.4 M68HC081.2.4 M68HC08系列（Motorola公司）Motorola公司单片机命名方法指令系统与指令系统与MCS-51不同不同1.2.5 PIC1.2.5 PIC系列（美国Microchip公司）1.3 单片机与嵌入式系统简介1.3.1 什么是嵌入式系统 嵌入式系统嵌入式系统就是将计算机系统按特定的要求嵌入到就是将计算机系统按特定的要求嵌入到实际应用系统中实际
7、应用系统中。嵌入式系统嵌入式系统一般是指非一般是指非PC机系统，它由硬件和软件两机系统，它由硬件和软件两大部分组成。硬件包括微处理器大部分组成。硬件包括微处理器MCU、存储器、存储器、I/O端口及端口及外设、图形控制器等；软件包括操作系统（外设、图形控制器等；软件包括操作系统（OS或实时多任或实时多任务操作系统）、应用程序系统、或称监控程序系统等务操作系统）、应用程序系统、或称监控程序系统等。1.3.2 嵌入式计算机系统与通用型计算机的特点 1.嵌入式系统是面向特定的应用嵌入式系统是面向特定的应用 2.嵌入式系统是知识集成系统嵌入式系统是知识集成系统 3.嵌入式系统的硬、软件必须具有高效率嵌入
8、式系统的硬、软件必须具有高效率 4.嵌入式系统和实际应用有机地结合在一起嵌入式系统和实际应用有机地结合在一起 5.嵌入式系统的软件固化于内部存储器中嵌入式系统的软件固化于内部存储器中 6.嵌入式系统本身无自举开发能力嵌入式系统本身无自举开发能力 1.3.3 1.3.3 嵌入式系统的发展趋势 1.嵌入式系统应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持嵌入式系统应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持 2.联网成为发展的必然趋势联网成为发展的必然趋势 3.支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本 4.应能提供精巧的多媒体人机界面应能提供精巧的
9、多媒体人机界面 1.4 常用单片机开发工具1.4.1 Keil51 集成开发环境 目前常用版本目前常用版本Vision3 V3.31，最新版，最新版Vision4 V9.0。特点：特点：1、集成开发环境，源程序编辑、编译、链接、调试均在、集成开发环境，源程序编辑、编译、链接、调试均在集成环境下集成环境下2、支持多种处理器（包括、支持多种处理器（包括ARM）3、支持、支持C语言和汇编语言语言和汇编语言4、支持源程序调试、支持源程序调试5、支持硬件仿真器、支持硬件仿真器6、支持软件仿真器、支持软件仿真器Keil 软件的启动画面软件的启动画面利用利用Keil 集成开发环境调试程序集成开发环境调试程序
10、1.4.2 Proteus仿真软件仿真软件 目前版本目前版本 V7.8SP2，用的较多的版本是，用的较多的版本是V6.7SP3、V7.12、V7.53和和V7.72 特点：特点：1、可以实现单片机、接口芯片的电路仿真，非常适用、可以实现单片机、接口芯片的电路仿真，非常适用于教学和产品开发的前期阶段。于教学和产品开发的前期阶段。2、与、与MutsimEWB功能相当，但比其小巧，功能相当，但比其小巧，V6.7SP3压缩包仅压缩包仅18.5M。并且可以实现多种单片机。并且可以实现多种单片机（MCS-51、PIC系列、系列、ARM系列）的仿真和程序调试。系列）的仿真和程序调试。3、对计算机的硬件要求非
11、常低（赛扬、对计算机的硬件要求非常低（赛扬2.0 256M内存）内存）利用利用Proteus软件在进行数字电压表的调试和仿真软件在进行数字电压表的调试和仿真1.4.3 有关网站和参考书电子开发网：电子开发网：ddic单片机开发工具网：单片机开发工具网：mcubest力源信息：力源信息：icbase成都力源单片机技术有限公司：成都力源单片机技术有限公司：scdly周立功单片机：周立功单片机：zlgmcuProteus仿真社区：仿真社区：proteus/html/bbs.html中国电子开发网电路仿真分论坛：中国电子开发网电路仿真分论坛：ourdev/bbs/bbs_list.jsp?bbs_id
12、=1037参考书：参考书：单片机原理及应用单片机原理及应用 万文略主编万文略主编 重庆大学出版社重庆大学出版社单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术 李朝青编著李朝青编著 北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社Proteus入门实用教程入门实用教程 周润景周润景 张丽娜张丽娜 刘印群刘印群 编著编著 机械工业出版社机械工业出版社小 结 单片机，单片机，是单片微型计算机的简称。将计是单片微型计算机的简称。将计算机的算机的CPU、RAM、ROM、定时、定时/计数器和多计数器和多种种IO接口集成在一片芯片上，形成了芯片级接口集成在一片芯片上，形成了芯片级的计算机。的计算机。嵌入式系统嵌入式系
13、统就是将计算机系统按特定的要就是将计算机系统按特定的要求嵌入到实际应用系统中。嵌入式系统一般是求嵌入到实际应用系统中。嵌入式系统一般是指非指非PC机系统，它由硬件和软件两大部分组机系统，它由硬件和软件两大部分组成。成。作 业教材：教材：P17 1-1，1-4，1-61-1、什么叫单片机？它有哪些特点？、什么叫单片机？它有哪些特点？1-4、单片机主要应用在哪些方面？、单片机主要应用在哪些方面？1-6、什么叫嵌入式系统？它与单片机的关系如何？、什么叫嵌入式系统？它与单片机的关系如何？第二章单片机内部结构及原理本章要点本章要点MCS5152系列系列CPU内部结构特点内部结构特点MCS5152系列单片
14、机存储器的结构系列单片机存储器的结构MCS-5152系列单片机系列单片机I/O端口结构及驱动能力，使用时的注意事项端口结构及驱动能力，使用时的注意事项MCS5152系列单片机存储器空间结构及位寻址空间系列单片机存储器空间结构及位寻址空间 2.1 Intel公司的MCS-51/52系列单片机内部结构原理2.1.1 MCS-51/522.1.1 MCS-51/52系列单片机CPUCPU的结构 MCS-51/52系列单片机内部由一个系列单片机内部由一个8位位CPU、128256B数据数据存储器、程序存储器、存储器、程序存储器、23个个16位定时器、位定时器、4个个8位的可编程位的可编程I/O端端口和
15、可编程全双工口和可编程全双工UART串行口等组成串行口等组成。1 1 控制器 控制器由程序计数器控制器由程序计数器（PC，16位）、指令寄存器（位）、指令寄存器（IR，8位）位）、指令译码器（指令译码器（ID）、定时控制与条件转移逻辑电路等组成。它的功）、定时控制与条件转移逻辑电路等组成。它的功能是对来自存储器中的指令进行译码，通过定时控制电路，在规定能是对来自存储器中的指令进行译码，通过定时控制电路，在规定的时刻发出各种操作所需的全部内部和外部的控制信号，使各部分的时刻发出各种操作所需的全部内部和外部的控制信号，使各部分协调工作，完成指令所规定的功能。协调工作，完成指令所规定的功能。2 2
16、运算器 运算器由算术逻辑单元运算器由算术逻辑单元ALU、累加器、累加器ACC、暂存器、程序状态、暂存器、程序状态字寄存器字寄存器PSW、BCD码运算调整电路等组成。码运算调整电路等组成。（1）累加器累加器ACC ACC是一个是一个8位的寄存器，简称为位的寄存器，简称为A，它通过暂存器与，它通过暂存器与ALU相连。相连。它是它是CPU执行指令时使用最频繁的寄存器，用来存一个操作数或中执行指令时使用最频繁的寄存器，用来存一个操作数或中间结果。间结果。（2）算术逻辑单元算术逻辑单元ALU ALU是由加法器和其它逻辑电路等组成的，它用于对数据进行算术是由加法器和其它逻辑电路等组成的，它用于对数据进行算
17、术四则运算和逻辑运算、移位操作、位操作等功能。四则运算和逻辑运算、移位操作、位操作等功能。ALU的两个操作数，的两个操作数，一个由一个由A通过暂存器通过暂存器2输入，另一个由暂存器输入，另一个由暂存器1输入，运算结果的状态送输入，运算结果的状态送PSW。（3）程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSW PSW是一个是一个8位的专用寄存器，用于存程序运行中的各种状态信息。位的专用寄存器，用于存程序运行中的各种状态信息。它可以进行位寻址。它可以进行位寻址。PSW各位的定义如下各位的定义如下:D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0HCYACF0RS1RS0OVF1P PSWPSW位地址位地址字节
18、地址字节地址D0HD0H CY(PSW.7)：进位标志，在进行加或减运算时，如果操作结果进位标志，在进行加或减运算时，如果操作结果最高位有进位或借时，最高位有进位或借时，CY由硬件置由硬件置“1”，否则清，否则清“0”。在进行位操。在进行位操作时，作时，CY又可以被认为是位累加器，它的作用相当于又可以被认为是位累加器，它的作用相当于CPU中的累加中的累加器器A。AC(PSW.6)：辅助进位标志（又称半进位），在进行加或减运辅助进位标志（又称半进位），在进行加或减运算时，低四位数向高四位产生的进位或借位，将由硬件置算时，低四位数向高四位产生的进位或借位，将由硬件置“1”，否，否则清则清“0”。A
19、C位可用于位可用于BCD码调整时的判断位。码调整时的判断位。F0(PSW.5)：用户标志位，由用户置位或复位。它可作为用户自用户标志位，由用户置位或复位。它可作为用户自行定义的一个状态标记。行定义的一个状态标记。RS1 RS0(PSW.4 PSW.3)：工作寄存器组指针，用以选择工作寄存器组指针，用以选择CPU当当前工作的寄存器组。前工作的寄存器组。RS1 RS0与工作寄存器组的对应关系与工作寄存器组的对应关系 OV(PSW.2)：溢出标志，当进行算术运算时，如果产生溢出，则溢出标志，当进行算术运算时，如果产生溢出，则由硬件将由硬件将OV位置位置1，否则清，否则清“0”。当执行有符号数的加法指
20、令当执行有符号数的加法指令ADD或减法指令或减法指令SUBB时，当时，当D6位有向位有向D7位的进位或借位时位的进位或借位时 D6CY=1时，而时，而D7位没有向位没有向CY位的进位或借位位的进位或借位D7CY=0时，则时，则OV=1或或D6CY=0，D7CY=1则则OV=1所以溢出的逻辑表达式所以溢出的逻辑表达式为为:OV=D6CY D7CY F1(PSW.1)：用户标志位，同用户标志位，同F0。P(PSW.0)：奇偶标志位，该位始终跟踪累加器奇偶标志位，该位始终跟踪累加器A内容中内容中“1”的奇的奇偶性。当偶性。当累加器累加器A内容中有奇数个内容中有奇数个“1”时，时，P置置1；否则，；否
21、则，P置置“0”。改变。改变累加器累加器A中内容的指令均会影响中内容的指令均会影响P标志位。标志位。2.1.2 MCS-51/52单片机存储器结构1 1 MCS-51/52MCS-51/52单片机存储器划分方法2 2 程序存储器 MCS-51/52单片机的程序存储器一般用于存放编好的程序、表格单片机的程序存储器一般用于存放编好的程序、表格和常数。和常数。8051片内有片内有4KB的的ROM，8751片内有片内有4KB的的EPROM，8031片内无程序存储器，片内无程序存储器，8052片内有片内有8KB的的ROM，8752片内有片内有8KB的的EPROM，8032片内无程序存储器。片内无程序存储
22、器。当当EA=1时，时，PC在在00FFFH范围内执行片内范围内执行片内ROM中的程序；中的程序；PC在在1000H0FFFFH范围内执行片外范围内执行片外ROM中的程序。中的程序。当当EA0时，时，PC在在00FFFFH，64k范围内执行片外范围内执行片外ROM中的程序。中的程序。MCS-51/52单片机的程序存储器中有单片机的程序存储器中有7个特殊地址单元个特殊地址单元。0000H:MCS-5152单片机复位后单片机复位后PC=0000H，即程序从，即程序从0000H开开始执行指令。始执行指令。0003H:外部中断外部中断0入口地址入口地址 000BH:定时器定时器0溢出中断入口地址溢出中
23、断入口地址 0013H:外部中断外部中断1入口地址入口地址 001BH:定时器定时器1溢出中断入口地址溢出中断入口地址 0023H:串行口中断入口地址串行口中断入口地址 002BH:定时器定时器2溢出，溢出，T2EX(P1.1)端负跳变时的入口地址端负跳变时的入口地址(仅对仅对52子系列单片机所具有子系列单片机所具有)。3 3 数据存储器 数据存储器用于存放运算中间结果、数据暂存和缓冲、标志数据存储器用于存放运算中间结果、数据暂存和缓冲、标志位、待调试的程序等。数据存储器在物理上和逻辑上都分为两个位、待调试的程序等。数据存储器在物理上和逻辑上都分为两个地址空间：一个是片内地址空间：一个是片内1
24、28/256字节的字节的RAM，另一个是片外最大可，另一个是片外最大可扩充扩充64K字节的字节的RAM。访问片内。访问片内RAM使用使用MOV指令，访问片外指令，访问片外RAM使用使用MOVX指令。指令。对片外对片外RAM只能采用间接寻址方式，用只能采用间接寻址方式，用R0、R1和和DPTR作为作为间址寄存器；前两者是低间址寄存器；前两者是低8位地址指针，寻址范围为位地址指针，寻址范围为256B，而，而DPTR是是16位地址指针，故寻址范围可达位地址指针，故寻址范围可达64K字节。字节。片内数据存储器在物理上又可分为二个不同的区片内数据存储器在物理上又可分为二个不同的区:（1）00H7FH(0
25、127)单元组成低单元组成低128字节的片内字节的片内RAM区，对区，对其访问可采用直接寻址或间接寻址的方式其访问可采用直接寻址或间接寻址的方式。其中：。其中：01FH共共32个个单元分为单元分为4组，每组组，每组8个单元组成工作寄存器个单元组成工作寄存器R0R7；20H2FH共共16个字节、个字节、128个位的地址为个位的地址为007FH；30H7FH共共80个单元，为个单元，为用户用户RAM区，做为堆栈或数据缓冲。区，做为堆栈或数据缓冲。（2）80HFFH(128256)单元组成高单元组成高128字节的专用字节的专用寄存器寄存器(SFR)区，只能采用直接寻址方式来访问。区，只能采用直接寻址
26、方式来访问。（3）MCS-52子系列中的片内子系列中的片内RAM增大了增大了128字节，其字节，其地址范围也是从地址范围也是从80HFFH；为了与；为了与SFR区分，对此段的区分，对此段的范围只能采用间接寻址方式来访问。范围只能采用间接寻址方式来访问。4 4 专用寄存器SFRSFR MCS-51/52中共有中共有23个专用寄存器个专用寄存器SFR(又称特殊功能寄存又称特殊功能寄存器器)，其中，其中3个仅个仅52子系列单片机所拥有，子系列单片机所拥有，5个是双字节寄存器，个是双字节寄存器，11个具有位寻址能力（特点：字节地址可以被个具有位寻址能力（特点：字节地址可以被8整除），这些专整除），这些
27、专用寄存器离散地分布在片内用寄存器离散地分布在片内RAM的高的高128字节地址中。专用寄字节地址中。专用寄存器并未占满存器并未占满80HFFH整个地址空间，对空闲地址的操作是无整个地址空间，对空闲地址的操作是无意义的。若访问到空闲地址，则读入的是随机数。意义的。若访问到空闲地址，则读入的是随机数。单片机特殊功能寄存器SFR注意：系统复位后，注意：系统复位后，(SP)07H，P0P3为为0FFH，SBUF内容不定，内容不定，IP、IE、PCON部分位的值不确定外，其余寄存器内容均为部分位的值不确定外，其余寄存器内容均为0.2.1.3 MCS-51/522.1.3 MCS-51/52系列单片机引脚
28、及功能 下面分别说明各主要引脚的功能：下面分别说明各主要引脚的功能：1.主电源引脚主电源引脚Vss和和Vcc Vss(20脚脚):接地接地 Vcc(40脚脚):主电源主电源+5V，正，正常操作和对常操作和对EPROM编程及验证编程及验证时均接时均接+5V电源。电源。2.外接晶振引脚外接晶振引脚XTAL1和和XTAL2 XTAL1(19脚脚)和和XTAL2(18脚脚)：接外部晶振的两个引脚。：接外部晶振的两个引脚。3.控制信号引脚控制信号引脚 RSTVPD(9脚脚):单片机复位备用电源引脚。单片机复位备用电源引脚。ALEPROG(30脚脚):当访问片外存储器时，当访问片外存储器时，ALE(地址锁
29、存允许地址锁存允许)的输出用于锁存低字节地址信号。当的输出用于锁存低字节地址信号。当CPU不访问外部不访问外部RAM时，该引脚时，该引脚输出晶振频率输出晶振频率1/6频率的正脉冲信号。对于频率的正脉冲信号。对于EPROM型单片机，该引脚型单片机，该引脚在编程期间用于输入编程脉冲。在编程期间用于输入编程脉冲。PSEN（29脚）脚）:输出访问片外程序存储器的读选通信号。输出访问片外程序存储器的读选通信号。EAVpp(31脚脚):当该输入端输入高电平时，当该输入端输入高电平时，CPU可访问片内程可访问片内程序存储器序存储器4KB或或8KB的地址范围。若的地址范围。若PC值超出值超出4KB/8KB地址
30、时，将地址时，将自动转向访问片外程序存储器。当自动转向访问片外程序存储器。当EA输入低电平时，则只能访问片外输入低电平时，则只能访问片外程序存储器，不论片内是否有程序存储器。对于程序存储器，不论片内是否有程序存储器。对于EPROM型单片机型单片机(8751)，在对，在对EPROM 编程期间，此引脚用于施加编程期间，此引脚用于施加+21V的编程电压的编程电压Vpp。注意：注意：ALE和和PSEN引脚的驱动能力均为引脚的驱动能力均为8个个LSTTL负载。负载。4.输入输出引脚输入输出引脚P0、P1、P2、P3 P0.0P0.7(3932脚脚):P0口是一个口是一个8位漏极开路型位漏极开路型准双向准
31、双向IO端口。端口。在访问片外存储器时，它分时做低在访问片外存储器时，它分时做低8位地址总线和位地址总线和8位双向数据总线位双向数据总线（AD0 AD7）。在）。在EPROM编程时，由编程时，由P0口输入指令字节；而在验证口输入指令字节；而在验证程序时，则输出指令字节。验证程序时和做为双向程序时，则输出指令字节。验证程序时和做为双向I/O端口一样，要求外端口一样，要求外接上拉电阻。接上拉电阻。P0口能以吸收电流的方式驱动口能以吸收电流的方式驱动8个个LSTTL负载负载。P1.0P1.7(18脚脚):P1口是一个带内部弱上拉电阻的口是一个带内部弱上拉电阻的8位位准双向准双向IO口。在口。在EPR
32、OM编程和验证程序时，由它输入低编程和验证程序时，由它输入低8位地址。位地址。P1能驱动能驱动4个个LSTTL负载负载。在在52子系列单片机中，子系列单片机中，P1.0还相当于专用功能端还相当于专用功能端T2，即定时器的计，即定时器的计数输入数输入/时钟输出端；时钟输出端；P1.1还相当于专用功能端还相当于专用功能端T2EX，即定时器，即定时器T2的重装的重装载载/捕捉捕捉/方向等外部控制端。方向等外部控制端。P2.0P2.7(2128脚脚):P2口是一个带内部弱上拉电阻的口是一个带内部弱上拉电阻的8位位准双向准双向IO口。在访问外部存储器时，由它输出高口。在访问外部存储器时，由它输出高8位地
33、址（位地址（A8 A15）。在对）。在对EPROM编程和程序验证时，由它输入高编程和程序验证时，由它输入高8位地址。位地址。P2可以驱动可以驱动4个个LSTTL负载负载。P3.0P3.7(1017脚脚):P3口是一个带内部弱上拉电阻的口是一个带内部弱上拉电阻的准双向准双向IO口。在口。在MCS-51/52中，这中，这8个引脚还用于专门的第二功能，见下表。个引脚还用于专门的第二功能，见下表。P3口口能驱动能驱动4个个LSTTL负载负载。P3口的第二功能表口的第二功能表小 结1、51系列单片机是系列单片机是8位机。位机。52系列与系列与51系列的差别。系列的差别。2、51系列单片机的存储器在物理上
34、分为系列单片机的存储器在物理上分为4个存储空间，在逻辑个存储空间，在逻辑上分为上分为3个存储空间。个存储空间。3、程序存储器中、程序存储器中7个特殊的单元。个特殊的单元。4、内部、内部RAM 07FH根据用途不同分为根据用途不同分为3个空间。个空间。5、SFR的地址范围在内部的地址范围在内部RAM 80H0FFH空间内，其中部分空间内，其中部分寄存器可以位寻址。寄存器可以位寻址。6、系统复位后各个寄存器的值。、系统复位后各个寄存器的值。7、单片机各引脚的功能及其驱动能力。、单片机各引脚的功能及其驱动能力。2-2、MCS5152系列单片机内部包含哪些主要逻辑功能部件？系列单片机内部包含哪些主要逻
35、辑功能部件？2-4、MCS5152单片机的存储器从物理上和逻辑上分别可划分单片机的存储器从物理上和逻辑上分别可划分几个空间？几个空间？2-6、MCS51单片机片内单片机片内256B的数据存储器可分为几个区？分的数据存储器可分为几个区？分别做什么用？别做什么用？2-10、程序状态寄存器、程序状态寄存器PSW的作用是什么？常用状态有哪些位？的作用是什么？常用状态有哪些位？作用是什么？作用是什么？作 业教材教材P41 2-2，2-4，2-6，2-102.1.4 单片机IO端口结构1 P0口的结构及功能口的结构及功能(1)P0口结构口结构 它由它由1个输出锁存器、个输出锁存器、2个三态输入缓冲器、个三
36、态输入缓冲器、1个输出驱动电路和个输出驱动电路和1个输出控制电路组成。输出驱动电路由一对个输出控制电路组成。输出驱动电路由一对FET(场效应管场效应管)组成，其组成，其工作状态受输出控制电路的控制；输出控制电路由一个与门电路，工作状态受输出控制电路的控制；输出控制电路由一个与门电路，1个反相器和个反相器和1个路多路开关个路多路开关MUX组成组成(2)P0口的功能口的功能 P0口做一般口做一般IO口使用时口使用时 多路开关多路开关MUX的位置由的位置由CPU发出的控制信号决定。当发出的控制信号决定。当P0口做口做IO端口使用时，端口使用时，CPU内部发出控制电平内部发出控制电平0信号封锁与门，使
37、输出上信号封锁与门，使输出上拉场效管拉场效管T1截止，同时多路开关把输出锁存器截止，同时多路开关把输出锁存器Q端与输出场效应管端与输出场效应管T2的栅极接通。此时的栅极接通。此时P0即做通用的即做通用的IO口使用。口使用。当当P0口做输出口时：内部数据总线上的信息由写脉冲锁存至输出口做输出口时：内部数据总线上的信息由写脉冲锁存至输出锁存器，输入锁存器，输入D=0时，时，Q0而而Q1，T2导通，导通，P0口引脚输出口引脚输出“0”；当当D=1时，时，Q1而而Q0，T2截止，截止，P0口引脚输出口引脚输出1。输出驱动级是。输出驱动级是漏极开路电路，若要驱动漏极开路电路，若要驱动NMOS或其他拉电流
38、负载时，需外接上拉电或其他拉电流负载时，需外接上拉电阻。阻。P0口中的输出可以驱动口中的输出可以驱动8个个LSTTL负载。负载。P0口做输入口时：端口中有口做输入口时：端口中有2个三态输入缓冲器用于读操作。其中个三态输入缓冲器用于读操作。其中输入缓冲器输入缓冲器2的输入与端口引脚相连，故当执行一条读端口输入指令时，的输入与端口引脚相连，故当执行一条读端口输入指令时，产生读引脚的选通将该三态门打开，端口引脚上的数据经缓冲器产生读引脚的选通将该三态门打开，端口引脚上的数据经缓冲器2读入读入内部数据总线。内部数据总线。输入缓冲器输入缓冲器1并不能直接读取端口引脚上的数据，而是读取输出锁并不能直接读取
39、端口引脚上的数据，而是读取输出锁存器存器Q端的数据。端的数据。Q端与引脚处的数据是一致的。结构上这样的安排是端与引脚处的数据是一致的。结构上这样的安排是为了适应为了适应“读读-修改修改-写写”一类指令的需要。一类指令的需要。端口进行输入操作前，应先向端口输出锁存器写入端口进行输入操作前，应先向端口输出锁存器写入“1”，使，使Q=0则输出级的两个则输出级的两个FET管均截止，引脚处于悬空状态，变为高阻抗输入。管均截止，引脚处于悬空状态，变为高阻抗输入。这就是所谓的这就是所谓的准双向准双向I/O口。单片机的口。单片机的P0P3都是准双向都是准双向IO口。口。P0口做地址数据总线复用时口做地址数据总
40、线复用时 在扩展系统中，在扩展系统中，P0端口做为地址数据总线使用，此时可分为两种端口做为地址数据总线使用，此时可分为两种情况情况:一种是以一种是以P0口引脚输出地址数据信息。口引脚输出地址数据信息。另一种情况由另一种情况由P0口输入数据，此时输入的数据是从引脚通过输入缓口输入数据，此时输入的数据是从引脚通过输入缓冲器冲器2进入内部总线。进入内部总线。当当P0口做地址口做地址/数据总线复用时，它就不能再做通用数据总线复用时，它就不能再做通用I/O口使用了。口使用了。2 P1口的结构及功能口的结构及功能 （1）P1口结构口结构 P1口也是一个准双向口也是一个准双向IO口，其结构见图所示。口，其结
41、构见图所示。P1口在结构上与口在结构上与P0口的区别是口的区别是:没有多路开关没有多路开关MUX和控制电路部和控制电路部分；输出驱动电路部分与分；输出驱动电路部分与P0也不相同，只有一个也不相同，只有一个FET场效应管，同时场效应管，同时内部带上拉电阻，此电阻与电源相连。内部带上拉电阻，此电阻与电源相连。（2）P1口的功能口的功能 P1口可做通用双向口可做通用双向IO口使用，当口使用，当P1口输出高电平时，能向外口输出高电平时，能向外部提供拉电流负载，因此不必再外接上拉电阻。当端口用做输入时，部提供拉电流负载，因此不必再外接上拉电阻。当端口用做输入时，和和P0口一样，为了避免误读，必须先向对应
42、的输出锁存器写入口一样，为了避免误读，必须先向对应的输出锁存器写入“1”，使使FET截止。然后再读端口引脚。截止。然后再读端口引脚。在在52子系列单片机和子系列单片机和89系列单片机中，系列单片机中，P1.0和和P1.1是多功能位。是多功能位。除做一般双向除做一般双向IO口外，口外，P1.0还可以做为定时器计数器还可以做为定时器计数器2的外部输的外部输入端，这时此引脚以入端，这时此引脚以T2来表示；来表示；P1.1还可做为定时器计数器还可做为定时器计数器2的外的外部控制输入，以部控制输入，以T2EX来表示。来表示。3P2口的结构及功能口的结构及功能 （1）P2口的结构口的结构 P2口的位结构中
43、上拉电阻的结构与口的位结构中上拉电阻的结构与P1相同，但比相同，但比P1口多了一个输口多了一个输出转换多路控制部分。出转换多路控制部分。（2）P2口的功能口的功能 当多路开关当多路开关MUX倒向锁存器输出倒向锁存器输出Q端时，构成了一个准双向端时，构成了一个准双向IO口此时口此时P2做通用的做通用的IO口用。口用。P2引脚的数据与内部总线相同。当系统引脚的数据与内部总线相同。当系统扩展有大于扩展有大于256字节字节64K字节的外部存储器时，在字节的外部存储器时，在CPU的控制下，转的控制下，转换开关换开关MUX倒向内部地址线一端，此时倒向内部地址线一端，此时P2口可用于输出高口可用于输出高8位
44、的地址。位的地址。因为访问外部存储器的操作是连续不断的，因为访问外部存储器的操作是连续不断的，P2口要不断输出高口要不断输出高8位地址，位地址，故此时故此时P2口不可能再做通用口不可能再做通用IO口使用。口使用。4P3口的结构及功能口的结构及功能 （1）P3口的结构口的结构 同样同样P3口与口与P1口的输出驱动部分及内部上拉电阻相同，比口的输出驱动部分及内部上拉电阻相同，比P1口口多了一个第二功控制部分的逻辑电路多了一个第二功控制部分的逻辑电路(由一个与非门和一个输入缓冲由一个与非门和一个输入缓冲器组成器组成)。（2）P3口的功能口的功能 P3口是一个多功能的端口。当第二输出功能保持高电平时，
45、打口是一个多功能的端口。当第二输出功能保持高电平时，打开与非门，锁存器输出可以通过与非门送开与非门，锁存器输出可以通过与非门送FET管输出到引脚端，这是管输出到引脚端，这是做通用做通用IO口的输出使用情况。输入时，引脚数据通过三态缓冲器口的输出使用情况。输入时，引脚数据通过三态缓冲器2和和3在读引脚选通控制下进入内部总线。在读引脚选通控制下进入内部总线。P3口除了做通用口除了做通用IO使用外，它的各位还具有第二功能。当使用外，它的各位还具有第二功能。当P3口口某一位用于第二功能做输出时，该位的锁存器应置某一位用于第二功能做输出时，该位的锁存器应置“1”，打开与非门，打开与非门，第二功能端内容通
46、过第二功能端内容通过“与非门与非门”和和FET送至端口引脚。当做第二功能送至端口引脚。当做第二功能输入时，端口引脚的第二功能信号通过缓冲器输入时，端口引脚的第二功能信号通过缓冲器3送到第二输入功能端。送到第二输入功能端。总之，无论总之，无论P3口做通用输入口还是做第二输入功能口用，相应位口做通用输入口还是做第二输入功能口用，相应位的输出锁存器和第二输出功能端都应置的输出锁存器和第二输出功能端都应置“1”，使，使FET截止。截止。P3口的引口的引脚信号输入通道中有脚信号输入通道中有2个缓冲器，当做第二输入功能时，引脚输入信号个缓冲器，当做第二输入功能时，引脚输入信号取自缓冲器取自缓冲器3的输出；
47、做通用输入口时输入信号取自三态缓冲器的输出；做通用输入口时输入信号取自三态缓冲器2。5.端口负载能力和接口要求端口负载能力和接口要求 P0口的输出级与口的输出级与P1P3口的输出级在结构上是不相同的，因此他口的输出级在结构上是不相同的，因此他们的负载能力和接口要求也各不相同。们的负载能力和接口要求也各不相同。（1）P0口的每一位输出可驱动口的每一位输出可驱动8个个LSTTL负载。负载。P0口在驱动拉电口在驱动拉电流和流和MOS负载时必须要接上拉电阻。负载时必须要接上拉电阻。（2）P1P3口的输出级均接有内部上拉电阻，他们的每一位输出口的输出级均接有内部上拉电阻，他们的每一位输出可以驱动可以驱动
48、4个个LSTTL负载。负载。（3）P0P3口都是口都是准双向准双向IO口，做输入时，口，做输入时，必须必须先向相应端先向相应端口的锁存器写入口的锁存器写入“1”，使驱动管，使驱动管FET截止。截止。P0口输入时呈高阻态，而口输入时呈高阻态，而P1P3口内部有上拉负载电阻，当系统复位时，口内部有上拉负载电阻，当系统复位时，P0P3端口锁存器全端口锁存器全为为“1”。2.3 2.3 单片机的振荡器及时序电路单片机的振荡器及时序电路几个概念：几个概念：指令周期指令周期：单片机执行一条指令所需的时间。一般由几个机器周期：单片机执行一条指令所需的时间。一般由几个机器周期组成。组成。机器周期机器周期：CP
49、U访问存储器一次所需要的时间。机器周期由若干个访问存储器一次所需要的时间。机器周期由若干个时钟周期组成。时钟周期组成。时钟周期（时钟周期（状态周期状态周期）：由）：由2个节拍构成。个节拍构成。节拍节拍振荡周期振荡周期1fosc单片机的一个机器周期包含单片机的一个机器周期包含6个个状态周期，即状态周期，即12个个振荡周期。依次用振荡周期。依次用S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、S6P1、S6P2表示。表示。2.3.12.3.1 振荡器和时钟电路 1.单片机内部时钟电路单片机内部时钟电路 图为图为HMOS型单片机的振荡电路，当外接晶振时，型单片机的振荡电路，当外接晶振时，C1和和C2值通值通
50、常选择常选择30pF；外接陶瓷谐振器时，；外接陶瓷谐振器时，C1和和C2的典型值约为的典型值约为47pF。在。在设计印刷电路板时，晶体或陶瓷谐振器和电容应尽可能安装在单片机设计印刷电路板时，晶体或陶瓷谐振器和电容应尽可能安装在单片机芯片附近，以减少寄生电容，保证振荡器稳定和可靠工作。为了提高芯片附近，以减少寄生电容，保证振荡器稳定和可靠工作。为了提高温度稳定性，应采用温度稳定性，应采用NPO电容。电容。C1、C2对频率有微调作用，振荡频对频率有微调作用，振荡频率范围是率范围是1.2MHz12MHz。2.HMOS型单片机外部时钟源的接法型单片机外部时钟源的接法 对对HMOS型单片机，外部振荡器的
