1、1单片机原理与应用单片机原理与应用 鲁昌华鲁昌华 博士博士 教授教授 博导博导(中科院、合工大中科院、合工大)J 电话电话:2901404.:2901404.逸夫楼逸夫楼6106102课程安排课程安排l理论课:讲述基本原理和软硬件设计方法l实验课:根据实验指导书的要求完成实验本课程是实践性较强的课程。l通过课程的学习，掌握软件编程和硬件电路设计的方法，能够进行单片机系统的设计、调试工作l教学合计40 学时:讲课28学时，实验 12 学时 3课程要求课程要求l考核考核:理论课理论课+实验课实验课=课程成绩课程成绩教材：教材：u单片机原理及应用单片机原理及应用 王琼编王琼编 合工大合工大u单片机原
2、理及应用实验教程单片机原理及应用实验教程 王琼编王琼编 合工大合工大 参考书参考书:u MCS-51MCS-51单片机应用系统设计单片机应用系统设计 何立民编何立民编 北航北航uMCS-51MCS-51单片机应用系统设计单片机应用系统设计 李建中编西电李建中编西电4涉及内容涉及内容lMCS-51的基本硬件结构的基本硬件结构l程序设计程序设计l定时定时/计数器计数器l中断系统中断系统l串行口串行口l存储器存储器l接口设计接口设计5第一章单片机概述第一章单片机概述 单片机的概念单片机的概念 嵌入式系统与单片机嵌入式系统与单片机 单片机的应用特点单片机的应用特点 常用单片机系列产品综述常用单片机系列
3、产品综述 单片机的发展趋势单片机的发展趋势 61.1.1 1 单片机发展简介单片机发展简介l信息技术信息技术 1.1.测量技术测量技术-传感器传感器 2.2.计算技术计算技术-计算机计算机 3.3.通信技术通信技术-标准总线标准总线 71.1.1 1 单片机发展简介单片机发展简介81.1 单片机发展简介l电子计算机是科技发展的产物电子计算机是科技发展的产物l电子计算机的飞速发展归功于电子元件技术的发展电子计算机的飞速发展归功于电子元件技术的发展l计算机发展计算机发展.pptl单片机发展简介单片机发展简介91.1.1 1 单片机发展简介单片机发展简介1 1什么叫单片机什么叫单片机 中央处理器中央
4、处理器CPUCPU、随机存取存储器、随机存取存储器(数据数据)RAM)RAM、只读存储器、只读存储器(程程序序)ROM)ROM、并行接口、并行接口PIOPIO、串行接口、串行接口SIO SIO、定时器、定时器/计数器计数器CTC CTC、模数转、模数转换换A/D A/D、数模转换、数模转换D/A D/A 等等集成在一块芯片中集成在一块芯片中(即即:组成微型计算机的各组成微型计算机的各功能部件功能部件)，构成一个完整的微型计算机。，构成一个完整的微型计算机。2.单片机的发展第一阶段（1971-1974年）：1971年11月美国Fairchild F8+3851Fairchild F8+3851两
5、两片集成芯片片集成芯片,虽说还不是单片机，但从此拉开了研制单片机的序幕。101.1.1 1 单片机发展简介单片机发展简介l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、并行I/O接口、8位定时器/计数器，寻址范围不大于4K，且无串行口。l第三阶段（第三阶段（1978-19831978-1983年）年）：在这一阶段推出的单片机普遍带有串行口，：在这一阶段推出的单片机普遍带有串行口，有多级中断处理系统、有多级中断处理系统、1616位定时器位定时器/计数器。片内计数器。片内RAMRAM、ROMROM容量加大，容量加大，且寻址
6、范围可达且寻址范围可达64KB64KB，有的片内还带有，有的片内还带有A/DA/D转换器接口。这类单片机有转换器接口。这类单片机有IntelIntel公司的公司的MCS-51MCS-51、MotorolaMotorola公司的公司的68016801和和ZilogZilog公司的公司的Z8Z8等。这类等。这类单片机的应用领域极其广泛，这个系列的各类产品仍然是目前国内外单片机的应用领域极其广泛，这个系列的各类产品仍然是目前国内外产品的主流。产品的主流。其中其中MCS-51MCS-51系列产品，以其优良的性能价格比，成为我系列产品，以其优良的性能价格比，成为我国广大科技人员的首选国广大科技人员的首选
7、。111.1.1 1 单片机发展简介单片机发展简介l第四阶段（第四阶段（19831983年年-现在）现在）：16位单片机问世，代表产品是INTEL公司的MCS-96(98)系列，数据宽度增加了一倍，集成度达到了12万只晶体管，RAM增加到了232字节，ROM则达到了8kB，并且有8个中断源，同时配置了多路的A/D转换通道，高速的I/O处理单元，适用于更复杂的控制系统121.1.1 1 单片机发展简介单片机发展简介l世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的单片机。美国世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的单片机。美国MicrochMicrochipip公司发布了一种完全不兼容公司发布了一种
8、完全不兼容MCS-51MCS-51的新一代的新一代PICPIC系列单片机，引起了系列单片机，引起了业界的广泛关注，特别它的产品只有业界的广泛关注，特别它的产品只有3333条精简指令集吸引了不少用户，条精简指令集吸引了不少用户，使人们从使人们从INTELINTEL的的111111条复杂指令集中走出来。条复杂指令集中走出来。PICPIC单片机获得了快速的单片机获得了快速的发展，在业界中占有一席之地。发展，在业界中占有一席之地。131.1.2 MCS-512 MCS-51单片机性能特点单片机性能特点（1 1）集成度高）集成度高（2 2）系统结构简单）系统结构简单（3 3）可靠性高可靠性高:军用品、工
9、业品和商用品。军用品、工业品和商用品。（4 4）处理功能强，速度快）处理功能强，速度快（5 5）容易产品化）容易产品化14产品等级的概念产品等级的概念一、民用级产品一、民用级产品主要是用于机房、办公环境，其工作环境温度为主要是用于机房、办公环境，其工作环境温度为070；二、军用级产品二、军用级产品工作环境有求较高，其工作环境温度要求在工作环境有求较高，其工作环境温度要求在-65+125；三、工业级产品三、工业级产品工作环境在工作环境在-4085，在生产流程上具有：，在生产流程上具有：1、采用密封式封装；、采用密封式封装；2、在规定的温度范围内进行电气特性测试；、在规定的温度范围内进行电气特性测
10、试；3、产品经过、产品经过125 温度下温度下44小时老化；小时老化；4、老化后、老化后100%进行电气特性测试及最终质量检查。进行电气特性测试及最终质量检查。151.1.2 MCS-512 MCS-51单片机单片机lMCS-51MCS-51单片机系列产品单片机系列产品资源配置子系列片内ROM形式片内ROM容量片内RAM容量定时器/计数器中断源无ROMEPROME2PROMMCS-51子系列80318051875189514KB128B2165MCS-52子系列80328052875289528KB256B316616微型计算机与单片机在硬件结构上的比较微型计算机与单片机在硬件结构上的比较 微
11、型计算机微型计算机 单片机单片机数据RAMCPU并行I/O程序ROM定时/计数器串型端口中断控制器扩展I/O端口系统总线（DB、AB、CB）微型计算机的组成框图（由多个IC芯片组装在一个主电路板上）MCS-51单片机所有单元都组装在一个IC芯片上返回17嵌入式系统与单片机嵌入式系统与单片机l什么是嵌入式系统什么是嵌入式系统 Embedded system 个人电脑嵌入式系统 简单的讲，嵌入式系统是指操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中。广义的讲，可以认为凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可以称为嵌入式系统1819嵌入式系统的定义l以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用
12、系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统20嵌入式系统的基本组成嵌入式系统的基本组成l嵌入式系统主要由嵌入式系统主要由嵌入式处理器嵌入式处理器、相关支撑硬件相关支撑硬件、嵌入式操作系统嵌入式操作系统及及应用软件系统应用软件系统等组成，它是集软等组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的硬件于一体的可独立工作的“器件器件”21嵌入式系统的组成要素（嵌入式系统的组成要素（4 4个个）l嵌入式处理器及其硬件平台嵌入式处理器及其硬件平台l嵌入式软件系统嵌入式软件系统l嵌入式操作系统（可选嵌入式系统的组成要素（嵌入式操作系统（可选嵌入式系统的组成要素（4个）个）-实时操作系统实时操作系统
13、RTOSlI/O接口系统接口系统22嵌入式系统的组成要素（嵌入式系统的组成要素（4 4个）个）以嵌入式处理器为核心的硬件平台嵌入式操作系统嵌入式应用软件系统应用系统的I/O接口23嵌入式微处理器的分类l嵌入式微处理器的分类24数字式测角仪数字式测角仪交直流电压电流表交直流电压电流表位移传感器位移传感器单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更
14、加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。25数控车床数控车床数控线切割机床数控线切割机床用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。261.智能冰箱 2智能饭煲 3智能食品配料机 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。27 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机
15、智能控制。手机电话机程控交换机楼宇自动通信呼叫系统列车无线通信日常工作中随处可见的移动电话集群移动通信，无线电对讲机等。28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电池分析仪 医用呼吸机医用呼吸机麻醉信息管理系统麻醉信息管理系统29单片机的发展趋势l1 1、低功耗、低功耗CMOSCMOS化化l2 2、微型单片化、微型单片化l3 3、主流与多品种共存、主流与多品种共存30第二章第二章.MCS-51.MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构a.40a.40脚的双列直插脚的双列直插DIPDIP封装；封装；b.44b.44脚的脚的PLCCPLCC。31MCS-51单片机内部方框图 时
16、钟电路4KROM程序存储器256BRAM数据存储器2X16位定时/计数器CPU处理器64KB总线扩展控制器可编程I/O端口P0-3可编程串行口32第二章第二章.MCS-51.MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构33第二章第二章.MCS-51.MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构(1)8(1)8位中央处理器（位中央处理器（CPUCPU）运算器运算器+控制器控制器=中央处理器中央处理器 中央处理器简称CPU，是单片机的核心，完成运算和控制操作。中央处理器包括运算器和控制器两部分电路。l（1）运算器电路l 运算器电路是单片机的运算部件，用于实现算术和逻辑运算。图2.1中的ALU（算术
17、逻辑单元）、ACC（累加器）、B寄存器、程序状态字和两个暂存寄存器等属于运算器电路。运算器电路以ALU为核心，基本的算术运算和逻辑运算均在其中进行，包括加、减、乘、除、增量、减量、十进制调整、比较等算术运算，与、或、非等逻辑运算，左、右移位和半字节交换等操作。运算和操作结果的状态由状态寄存器（PSW）保存。34第二章第二章.MCS-51.MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构（2 2）控制电路）控制电路 控制电路是单片机的指挥控制部件，保证各部分能自动而协调地工控制电路是单片机的指挥控制部件，保证各部分能自动而协调地工作。图作。图2.12.1中的中的PCPC（程序计数器）、（程序计数器）
18、、PCPC加加1 1寄存器、指令寄存器、指令寄存器、指令寄存器、指令译码器、定时和控制电路等均属于控制电路。译码器、定时和控制电路等均属于控制电路。(2)(2)内部程序存储器内部程序存储器 内部程序存储器中包括4KB/8KB的存储器（ROM或EPROM），对于8051、80C51内部共有4KB的掩膜ROM，用于存放程序和原始数据。35第二章第二章.MCS-51.MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构(3)(3)内部数据存储器内部数据存储器(4)(4)并行的并行的I/OI/O口口(5)(5)定时器定时器/计数器计数器(6)串行口串行口(7)(7)时钟电路时钟电路(8)(8)位处理器位处理器
19、(9)(9)总线总线36第二章第二章.MCS-51.MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构下面将这下面将这4040条引脚按功能分为四部分叙述其功能。条引脚按功能分为四部分叙述其功能。1.1.主电源引脚主电源引脚VccVcc和和VssVss VccVcc（4040脚）：接脚）：接+5V+5V电压电压 VssVss（2020脚）：接地脚）：接地2.2.外接晶体引脚外接晶体引脚XTAL1XTAL1和和XTAL2XTAL237第二章第二章.MCS-51.MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构TTL(a)内部振荡器方式XTAL1R外部振荡器XTAL2VCCXTAL2XTAL1VSS(b)80
20、51外时钟源接法8051NC外部振荡器XTAL1XTAL2VSS(c)80C51外时钟源接法80C51C1C2 时钟信号的产生C1C1、C2 30pFC2 30pF左右，晶体振荡器的频率范围通常是左右，晶体振荡器的频率范围通常是1.21.212MHz12MHz。383.3.控制或其他电源复用引脚控制或其他电源复用引脚RST/VPDRST/VPD、ALE/PROGALE/PROG、PSENPSEN、EA/VPPEA/VPP RST/VPDRST/VPD（9 9脚）脚）：振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器：振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平使单片机复位。建议在此引脚与周期的高电平使
21、单片机复位。建议在此引脚与VssVss之间连接一个约之间连接一个约8.2k8.2k的下拉电阻，与的下拉电阻，与VccVcc引脚之间连接一个约引脚之间连接一个约1010F F的电容，以的电容，以保证可靠的复位（详见复位电路内容）。保证可靠的复位（详见复位电路内容）。VccVcc掉电期间，此引脚可掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保持内部接上备用电源，以保持内部RAMRAM的数据不丢失。的数据不丢失。39l在复位状态下：所有在复位状态下：所有SFRSFR的内容全变为的内容全变为“0”,0”,端口输出端口输出“1”1”。RAMRAM内容内容不变。不变。MCS-51RSTVccMCS-51RSTVcc
22、1K10tVT延长上电复位时间的电路和RST端上电电压曲线具有手动复位功能 的复位电路RC4087 46 3 52 1 VoVcc触发触发信号VoVc87 46 3 52 1 VoRSTVccP1.0VccP1.0VoV备用使用使用555555电路构成的掉电保护电路电路构成的掉电保护电路由555构成的单稳态电路、波形 单稳态单路构成的掉电保护电路、波形41ALE/PROG（30脚）：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍然以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器的1/6。因此，它可以用作对外输出的时钟，或用于定时。对于
23、EPROM型的单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。42 PSENPSEN（2929脚）脚）：此引脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部此引脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期它二次有效。但在此期间，每当程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期它二次有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这二次有效信号将不出现。它同样可以驱动（吸收或输出访问外部数据存储器时，这二次有效信号将不出现。它同样可以驱动（吸收或输出电流）电流）8 8个个LSLS型的型的TTLTTL输入电路。输入电路。EA/VPPEA/
24、VPP（3131脚）脚）：当这引脚保持高电平时，访问内部程序存储器，但在当这引脚保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PCPC（程序计数器）值超过程序计数器）值超过0FFFH0FFFH（对对8051/87518051/8751）或）或1FFFH1FFFH（对对80528052）时将自动转向执）时将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当这引脚保持低电平时，则只访问外部程序存储器。行外部程序存储器内的程序。当这引脚保持低电平时，则只访问外部程序存储器。对于对于80318031来说，无内部程序存储器，端口必须保持低电平，即接地，才能只选来说，无内部程序存储器，端口必须保持低电平，即接地，才能只选择外
25、部程序存储器。对于择外部程序存储器。对于EPROMEPROM型的单片机（如型的单片机（如87518751），在），在EPROMEPROM编程期间，此引编程期间，此引脚也用于施加脚也用于施加21V21V的编程电源（的编程电源（VPPVPP）。）。434.4.输入输入/输出（输出（I/OI/O）引脚引脚P0P0、P1P1、P2P2、P3P3（共共3232根）根）P0P0口（口（3939脚脚3232脚）：脚）：是双向是双向8 8位三态位三态I/OI/O口，三功能。口，三功能。1 1：I/OI/O口口;2;2：数据：数据线线P0.0-P0.7;3:”P0.0-P0.7;3:”地址总线地址总线”AD0.
26、0-AD0.7”AD0.0-AD0.7。在外接存储器时，与地址总线的低在外接存储器时，与地址总线的低8 8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动8 8个个LSLS型的型的TTLTTL输入负载。输入负载。P1P1口（口（1 1脚脚8 8脚）：脚）：是准双向是准双向8 8位位I/OI/O口。一个功能口。一个功能I/OI/O口。由于这种接口输口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/OI/O口。口。P1P1口可以驱动（吸收口可以驱动（吸收或输出电流）或输出电流）4 4个个LSLS型的
27、型的TTLTTL负载。对负载。对EPROMEPROM编程和程序验证期间，它接收低编程和程序验证期间，它接收低8 8位地址。位地址。44 P2口（21脚28脚）：是准双向是准双向8 8位位I/OI/O口，二口，二功能。功能。1 1：I/OI/O口口;2:;2:地址总线地址总线”AD0.8-AD0.15”AD0.8-AD0.15。在访问外部程序存储器时，它可以作为扩展电路高在访问外部程序存储器时，它可以作为扩展电路高8 8位地址总线送出高位地址总线送出高8 8位地址。在对位地址。在对EPROMEPROM编程和程序验证期间，它接收高编程和程序验证期间，它接收高8 8位位地址。地址。P2P2口可以驱动
28、（吸收或输出电流）口可以驱动（吸收或输出电流）4 4个个LSLS型的型的TTLTTL输入负载。输入负载。P3P3口（口（1010脚脚1717脚）：脚）：是准双向是准双向8 8位位I/OI/O口，口，二功能。二功能。1 1：I/OI/O口口;2:;2:功功能线能线，这，这8 8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。P3P3口可以驱动（吸收或口可以驱动（吸收或输出电流）输出电流）4 4个个LSLS型的型的TTLTTL输入负载。作为第一功能使用时，为普通输入负载。作为第一功能使用时，为普通I/OI/O口，口，功能和操作方法与功能和操作方法与P1P1口相同。作为第
29、二功能使用时，各引脚的定义见表口相同。作为第二功能使用时，各引脚的定义见表2.22.2。值得强调的是，值得强调的是，P3P3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。二功能。45 P3 P3口线的第二功能定义口线的第二功能定义0INT1INTWRRD口线引脚功能P3.010RxD(串行输入口)P3.111TxD(串行输出口)P3.212 (外部中断0)P3.313 (外部中断1)P3.414T0(定时器0外部输入)P3.515T1(定时器1外部输入)P3.616 (外部数据存储器写脉冲)P3.717 (外部数据存储器读脉冲)46
30、2.2 MCS-512.2 MCS-51单片机的存储器的配置单片机的存储器的配置47MCS-51MCS-51单片机的存储器的配置特点单片机的存储器的配置特点l在在MCS-51单片机的内部集成了单片机的内部集成了4K的程序存储器和的程序存储器和256B的的数据存储器，同时还可以使用片外的程序存储器和数据存数据存储器，同时还可以使用片外的程序存储器和数据存储器，其扩展能力都是储器，其扩展能力都是64K。l从物理结构的角度讲，从物理结构的角度讲，51单片机的存储系统可以分为四个单片机的存储系统可以分为四个存储空间：既片内存储空间：既片内ROM，RAM和片外和片外ROM、RAM。l从逻辑上讲（既用户编
31、程的角度讲）从逻辑上讲（既用户编程的角度讲）51单片机的存储系统单片机的存储系统又可分为三个存储空间。既片内又可分为三个存储空间。既片内RAM，片外片外RAM和片内、和片内、外的程序存储器外的程序存储器ROM。48从物理结构上单片机系统的存储器结构图从物理结构上单片机系统的存储器结构图（四个部分）（四个部分）MCS-51单片机片内ROM4K片内RAM256B片外RAM64K片外ROM64K返回返回上一次494.如果如果EA=1（使用片内的程序存储器时）：（使用片内的程序存储器时）：程序从程序从0000H开始执行。开始执行。注意：在这种情况下，注意：在这种情况下，如果程序计数器的指针如果程序计数
32、器的指针PC值超值超过过0FFFH（4K）时，）时，单片机就要自动的转向片外的单片机就要自动的转向片外的ROM存储器（尽管存储器（尽管EA=1），且从片外），且从片外ROM的的1000H单元开始单元开始执行程序。但单片机是无法使用片外执行程序。但单片机是无法使用片外ROM的的0000H-0FFFH这这4K单元。单元。返回50MCS-51MCS-51单片机片内、外程序存储器的使用示意图单片机片内、外程序存储器的使用示意图 0FFFH0000H0FFFH0000HFFFFH1000HEA=1时，ROM的使用EA=0时ROM的使用片外程序存储器（最大64K）单片机内部程序存储器（4K）返回51程序存
33、储器六个特殊的单元程序存储器六个特殊的单元l在程序存储器中，在程序存储器中，有六个单元有六个单元是具有特定功能。编程者是是具有特定功能。编程者是不能随便使用的。不能随便使用的。0000H单元：单元：上电时，程序计数器上电时，程序计数器PC所指向的单元所指向的单元0003H单元：单元：外部中断外部中断/INT0的入口地址；的入口地址；000BH单元单元：定时器定时器T0的溢出中断入口地址；的溢出中断入口地址；0013H单元：单元：外部中断外部中断/INT1的入口地址；的入口地址；001BH单元：单元：定时器定时器T1的溢出中断入口地址；的溢出中断入口地址；0023H单元：单元：串行口接收、传送的
34、中断入口地址。串行口接收、传送的中断入口地址。返回522.2.1 2.2.1 内部数据存储器低内部数据存储器低128128单元单元 片内片内RAMRAM（内部数据存储器）的地址范围是内部数据存储器）的地址范围是00H00HFFHFFH。内内部数据存储器低部数据存储器低128128单元的地址范围是单元的地址范围是00H00H7FH7FH。分三个区。分三个区。（1 1）工作寄存器区）工作寄存器区 00H00H1FH1FH单元共单元共32B32B，是是4 4个通用工作寄存器组，每组含个通用工作寄存器组，每组含8 8个寄个寄存器（存器（R0R0R7R7）。）。切换切换CPUCPU的工作寄存器组，只要的
35、工作寄存器组，只要CPUCPU执行一条执行一条单周期指令改变程序状态字单周期指令改变程序状态字PSWPSW（特殊功能寄存器）的第特殊功能寄存器）的第3 3、4 4位，见表位，见表2.22.2。若程序中不需要。若程序中不需要4 4组工作寄存器，那么剩下的工组工作寄存器，那么剩下的工作寄存器组所对应的单元也可以作一般的数据缓冲器使用。作寄存器组所对应的单元也可以作一般的数据缓冲器使用。Mcs-51特点之一：工作寄存器以特点之一：工作寄存器以RAM形式形成，分成形式形成，分成4个工个工作寄存器区，每个区分成作寄存器区，每个区分成8个工作寄存器，个工作寄存器，R0R7，工作寄存，工作寄存器区通过器区通
36、过PSW第第3 3、4 4位确定。位确定。53表2.2 工作寄存器组的选择PSW.4（RS1）PSW.3（RS0）当前使用的工作寄存器组R0R7000组（00H07H）011组（08H0FH）102组（10H17H）113组（18H1FH）54（2 2）位寻址区）位寻址区 20H20H2FH2FH单元共单元共1616个字节。这个字节。这1616个个RAMRAM单元具有双重功能。它们单元具有双重功能。它们既可以像普通既可以像普通RAMRAM单元一样按字节存取，也可以单独存取，这就是单元一样按字节存取，也可以单独存取，这就是位寻址。位寻址。20H20H2FH2FH单元用作位寻址时，共有单元用作位寻
37、址时，共有16168=1288=128位，每位分位，每位分配了一个特定的地址，即配了一个特定的地址，即00H00H7FH7FH，这些地址称为位地址，如图这些地址称为位地址，如图2.2.3 3所示。位地址在位寻址时使用。例如：把所示。位地址在位寻址时使用。例如：把24H24H单元中最高位（位单元中最高位（位地址为地址为27H27H）置位成置位成1 1，则可以使用如下置位指令：，则可以使用如下置位指令：SETB 27H SETB 27H ；27H 127H 1，SETBSETB为置位指令的操作码为置位指令的操作码 位地址的另一种表示方法是采用字节地址和位地址结合的表示位地址的另一种表示方法是采用字
38、节地址和位地址结合的表示方法。位地址方法。位地址05H05H可以表示成可以表示成20H.520H.5。55（3 3）用户数据区用户数据区 30307FH7FH总共有总共有8080个个RAMRAM单元，存放用户数据或作堆栈操作使用。单元，存放用户数据或作堆栈操作使用。中断系统中的堆栈一般都设在这一区域内，中断系统中的堆栈一般都设在这一区域内，MCS-51MCS-51对用户数据区中对用户数据区中的每个的每个RAMRAM单元是按字节存取的。单元是按字节存取的。5657表2.2 工作寄存器组的选择PSW.4（RS1）PSW.3（RS0）当前使用的工作寄存器组R0R7000组（00H07H）011组（0
39、8H0FH）102组（10H17H）113组（18H1FH）58（3 3）用户数据区用户数据区 30307FH7FH总共有总共有8080个个RAMRAM单元，存放用户数据或作堆栈操作使用。单元，存放用户数据或作堆栈操作使用。中断系统中的堆栈一般都设在这一区域内，中断系统中的堆栈一般都设在这一区域内，MCS-51MCS-51对用户数据区中对用户数据区中的每个的每个RAMRAM单元是按字节存取的。单元是按字节存取的。59602.2.2 2.2.2 内部数据存储器高内部数据存储器高128128单元单元 在在MCS-51MCS-51系列单片机中，内部系列单片机中，内部RAMRAM的高的高128128单
40、元是供给特殊功单元是供给特殊功能寄存器能寄存器SFRSFR（Special function registerSpecial function register）使用的。所谓特殊使用的。所谓特殊功能寄存器是指有特殊用途的寄存器集合，也称专用寄存器。它功能寄存器是指有特殊用途的寄存器集合，也称专用寄存器。它们位于片内数据存储器之上，离散地分布在们位于片内数据存储器之上，离散地分布在80H80HFFHFFH的地址空间的地址空间范围内。范围内。特殊功能寄存器的实际个数和单片机的型号有关：特殊功能寄存器的实际个数和单片机的型号有关：80518051或或8038031 1的的SFRSFR有有2121个，
41、个，80528052的的SFRSFR有有2626个。个。它们在它们在80H80HFFHFFH的地址空间范围内，不为的地址空间范围内，不为SFRSFR占用的占用的RAMRAM单元单元实际并不存在，访问它们是没有意义的。表实际并不存在，访问它们是没有意义的。表2.32.3列出了这些列出了这些SFRSFR的的助记符号、名称和地址。助记符号、名称和地址。61表2.3 特殊功能寄存器地址映像表 符号名称地址符号名称地址P0#P0锁存器80HP1#P1锁存器90HSP堆栈指针81HSCON#串行口控制寄存器98HDPL数据指针低位字节82HSBUF串行数据缓冲器99HDPH数据指针高位字节83HP2#P2
42、锁存器A0HPCON电源控制及波特率选择87HIE#中断允许寄存器A8HTCON#定时器/计数器控制寄存器88HP3#P3锁存器B0HTMOD定时方式选择寄存器89HIP#中断优先级寄存器B8HTL0定时器/计数器0低位字节8AHB#B寄存器F0HTL1定时器/计数器1低位字节8BHPSW#程序状态寄存器D0HTH0定时器/计数器0高位字节8CHACC#累加器E0HTH1定时器/计数器1高位字节8DH 621.1.特殊功能寄存器特殊功能寄存器下面简单介绍下面简单介绍SFRSFR块中的部分寄存器，其他块中的部分寄存器，其他SFRSFR寄存器将在有关章节中介绍。寄存器将在有关章节中介绍。（1 1）
43、程序计数器）程序计数器PCPC程序计数器程序计数器PCPC用于存放下一条要执行的指令地址，是一个用于存放下一条要执行的指令地址，是一个1616位专用寄存器，位专用寄存器，可寻址范围为可寻址范围为0 06553565535（64K64K）。）。PCPC在物理上是独立的，不属于在物理上是独立的，不属于SFRSFR。（2 2）累加器累加器A A累加器累加器A A是一个最常用的专用寄存器，属于是一个最常用的专用寄存器，属于SFRSFR，也称也称ACCACC。大部分单操作数大部分单操作数指令的操作数取自累加器，很多双操作数指令的一个操作数取自累加器，指令的操作数取自累加器，很多双操作数指令的一个操作数取
44、自累加器，加、减、乘、除算术运算指令的运算结果都存放在累加器加、减、乘、除算术运算指令的运算结果都存放在累加器A A或或A A和和B B寄存器寄存器中。中。63（3 3）B B寄存器寄存器 在乘除指令中，用到了在乘除指令中，用到了B B寄存器。乘除指令的两个操作数分别取自寄存器。乘除指令的两个操作数分别取自A A和和B B，其结果存放在其结果存放在A A和和B B寄存器中。例如除法指令中，被除数取自寄存器中。例如除法指令中，被除数取自A A，除数取除数取自自B B，商数存放于商数存放于A A，余数存放于余数存放于B B。（4 4）堆栈指针堆栈指针SPSP堆栈指针堆栈指针SPSP是一个是一个8
45、8位专用寄存器。它指示出堆栈顶部在内部位专用寄存器。它指示出堆栈顶部在内部RAMRAM块中的位块中的位置。系统复位后，置。系统复位后，SPSP初始化为初始化为07H07H，使得堆栈事实上由使得堆栈事实上由08H08H单元开始。单元开始。0 08H8H1FH1FH单元分别属于工作寄存器组单元分别属于工作寄存器组1 13 3，在程序设计中用到这些区，在程序设计中用到这些区，最好把最好把SPSP值改置为值改置为1FH1FH或更大的值。或更大的值。MCS-51MCS-51的堆栈是向上生成的，若的堆栈是向上生成的，若SPSP=60H=60H，CPUCPU执行一条调用指令或响应中断后，执行一条调用指令或响
46、应中断后，PCPC进栈，进栈，PCLPCL保护到保护到61H61H，PCHPCH保护到保护到62H62H，SP=62HSP=62H。64（5 5）数据指针）数据指针DPTRDPTR 数据指针数据指针DPTRDPTR是一个是一个1616位的位的SFRSFR，其高字节寄存器用其高字节寄存器用DPHDPH表示，低字节寄表示，低字节寄存器用存器用DPLDPL表示。表示。DPTRDPTR可以作为一个可以作为一个1616位的寄存器位的寄存器DPTRDPTR来用，也可以作来用，也可以作为两个独立的为两个独立的8 8位寄存器位寄存器DPHDPH和和DPLDPL来用。来用。（6 6）程序状态字）程序状态字（PS
47、WPSWProgram status wordProgram status word）程序状态字是一个程序状态字是一个8 8位的寄存器用于寄存指令执行的状态信息。其中有位的寄存器用于寄存指令执行的状态信息。其中有些位状态是根据指令执行结果，由硬件自动设置的，而有些位状态则些位状态是根据指令执行结果，由硬件自动设置的，而有些位状态则是用软件方法设定的。是用软件方法设定的。PSWPSW的位状态可以用专门的指令进行测试，也可的位状态可以用专门的指令进行测试，也可以用指令读出。一些条件转移指令将根据以用指令读出。一些条件转移指令将根据PSWPSW中有关位信息来进行程序中有关位信息来进行程序转移。转移。
48、PSWPSW的各位定义如下：的各位定义如下：65表2.4 PSW各位的定义位 序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位标志CYACF0RS1RS0OV/P66 RS1RS1和和RS0RS0（PSW.4PSW.4和和PSW.3PSW.3）寄存器组选择位。它用于设定当前寄存器组选择位。它用于设定当前通用寄存器的组号。通用寄存器共有通用寄存器的组号。通用寄存器共有4 4组，其对应关系见表组，其对应关系见表2.22.2。这。这两个选择位的状态是由软件设置的，被选中的寄存器组即为当前通两个选择位的状态是由软件设置的，被选中的寄存器组即为当前通用寄存器。用寄存器
49、。OVOV（PSW.2PSW.2）溢出标志位。溢出标志位。在带符号数的加减运算中，在带符号数的加减运算中，OV=1OV=1表示加减运算结果超出了累加器表示加减运算结果超出了累加器A A所能表示的符号数有效范围（所能表示的符号数有效范围（128128+127+127），因此运算结果是错），因此运算结果是错误的。误的。在乘法运算中，在乘法运算中，OV=1OV=1表示乘积超过表示乘积超过255255，即乘积分别在寄存器，即乘积分别在寄存器B B与与A A中；反之，中；反之，OV=0OV=0表示乘积只在表示乘积只在A A中。中。在除法运算中，在除法运算中，OV=1OV=1表示除数为表示除数为0 0，除法不能进行；反之，除法不能进行；反之OV=0OV=0，表示除数不为表示除数不为0 0，除法能正常进行。，除法能正常进行。
