单片机第一章课件
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单片机第1章绪论PPT课件
特点：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制 的特点进一步突出。现在，MCS-51已成为公认的单 片机经典机种 。
2020/10/9
14
性能提高阶段
近年来，不断有单片机新品出现。如ATMEL公司推出 的单片机AT89C51RD2： 8位CPU；64K字节ROM(有ISP能力）；256字节RAM+1K 字节的XRAM+2K字节EEPROM；1个全双工串行口；3个 16位定时/计数器；7个中断源，4个优先级；硬件看 门狗等。
特点：存储器容量小，寻址范围小（不大于4K）， 无串行接口，指令系统功能不强。
2020/10/9
13
结构成熟阶段
1980年，Intel推出MCS-51系列单片机： 8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1 个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围 64K，并有控制功能较强的布尔处理器。
单片机原理与接口技术
（第2版）
课程特点：
实践性强，旨在应用 硬件、软件结合紧密
学习方法：
课前预习，课后复习 软硬兼顾，上机实践 广阅书刊，用好网络
2020/10/9
2
第1章 绪论
1.1 电子计算机概述 1.2 单片机的发展过程及产品近况 1.3 单片机的特点及应用领域 1.4 单片机应用系统开发过程 1.5 µVision 集成开发环境简介
特点：控制性能优异、种类繁多。 “微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。
2020/10/9
15
1.2.2 单片机产品近况
80C51兼容产品：80C51主流地位已形成，与其兼 容的主要产品有：
ATMEL公司，AT89系列，Flash存储器技术 Philips公司，80C552系列，含ADC 华邦公司，W78C51系列，高速低价 ADI公司，ADµC8xx系列，高精度ADC LG公司，GMS90/97系列，低压高速 Maxim公司，DS89C420系列，高速（50MIPS） Cygnal公司，C8051F系列，高速SOC
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性能提高阶段
近年来，不断有单片机新品出现。如ATMEL公司推出 的单片机AT89C51RD2： 8位CPU；64K字节ROM(有ISP能力）；256字节RAM+1K 字节的XRAM+2K字节EEPROM；1个全双工串行口；3个 16位定时/计数器；7个中断源，4个优先级；硬件看 门狗等。
特点：存储器容量小，寻址范围小（不大于4K）， 无串行接口，指令系统功能不强。
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结构成熟阶段
1980年，Intel推出MCS-51系列单片机： 8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1 个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围 64K，并有控制功能较强的布尔处理器。
单片机原理与接口技术
（第2版）
课程特点：
实践性强，旨在应用 硬件、软件结合紧密
学习方法：
课前预习，课后复习 软硬兼顾，上机实践 广阅书刊，用好网络
2020/10/9
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第1章 绪论
1.1 电子计算机概述 1.2 单片机的发展过程及产品近况 1.3 单片机的特点及应用领域 1.4 单片机应用系统开发过程 1.5 µVision 集成开发环境简介
特点：控制性能优异、种类繁多。 “微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。
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1.2.2 单片机产品近况
80C51兼容产品：80C51主流地位已形成，与其兼 容的主要产品有：
ATMEL公司，AT89系列，Flash存储器技术 Philips公司，80C552系列，含ADC 华邦公司，W78C51系列，高速低价 ADI公司，ADµC8xx系列，高精度ADC LG公司，GMS90/97系列，低压高速 Maxim公司，DS89C420系列，高速（50MIPS） Cygnal公司，C8051F系列，高速SOC
单片机基础第1章概述精品PPT课件
单片机系统是在单片机芯片的基础上扩展其它电路或芯片构成的 具有一定应用功能的计算机系统。如数字频率计等。
单片机应用系统中包括了满足对象（如洗衣机）要求的全部硬件 电路和应用软件。构成各种嵌入式应用的电路系统，统称为单 片机应用系统。
单片微机应用系统结构通常分三个层次，即单片机、单片机系统、 单片机应用系统。
12.10.2020
13
1.2 单片机的发展
1.2.1 单片机发展概述 1.2.2 MCS-51单片机系列 1.2.3 80C51单片机系列
12.10.2020
14
1.2.1 单片机发展概述
一、电子计算机的发展历史
1、第一代（1946—1958）：电子管计算机。
用于：科学计算
2、第二代（1958—1964）：晶体管计算机。
单片机技术及应用
性质：专业技术课 考核方式：考试 学时：72 学分：4.5个
教材：《单片机基础》
编著：李广弟等 北京航空航天大学出版社
参考书：
1、《单片机原理与应用及C51程序设计》 谢维成，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
12.10.2020
4
1.1.1 单片机的名称
单片微机是早期Single Chip Microcomputer的直译，它忠实地反 映了早期单片微机的形态和本质。
单片微型计算机简称单片机（Single Chip Microcomputer）， 又称微控制器（Microcomputer Unit）。
将计算机的基本部件微型化，使之集成在一块芯片上。 片内含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计 数器、中断控制、系统时钟及总线等。 随后，按照面向对象、突出控制功能，在片内集成了许多外围电路 及外设接口，突破了传统意义的计算机结构，发展成microcontroller的 体系结构，目前国外已普遍称之为微控制器MCU（Micro Controller Unit）。 鉴于它完全作嵌入式应用，故又称为嵌入式微控制器Embedded Microcontroller）。
单片机应用系统中包括了满足对象（如洗衣机）要求的全部硬件 电路和应用软件。构成各种嵌入式应用的电路系统，统称为单 片机应用系统。
单片微机应用系统结构通常分三个层次，即单片机、单片机系统、 单片机应用系统。
12.10.2020
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1.2 单片机的发展
1.2.1 单片机发展概述 1.2.2 MCS-51单片机系列 1.2.3 80C51单片机系列
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1.2.1 单片机发展概述
一、电子计算机的发展历史
1、第一代（1946—1958）：电子管计算机。
用于：科学计算
2、第二代（1958—1964）：晶体管计算机。
单片机技术及应用
性质：专业技术课 考核方式：考试 学时：72 学分：4.5个
教材：《单片机基础》
编著：李广弟等 北京航空航天大学出版社
参考书：
1、《单片机原理与应用及C51程序设计》 谢维成，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
12.10.2020
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1.1.1 单片机的名称
单片微机是早期Single Chip Microcomputer的直译，它忠实地反 映了早期单片微机的形态和本质。
单片微型计算机简称单片机（Single Chip Microcomputer）， 又称微控制器（Microcomputer Unit）。
将计算机的基本部件微型化，使之集成在一块芯片上。 片内含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计 数器、中断控制、系统时钟及总线等。 随后，按照面向对象、突出控制功能，在片内集成了许多外围电路 及外设接口，突破了传统意义的计算机结构，发展成microcontroller的 体系结构，目前国外已普遍称之为微控制器MCU（Micro Controller Unit）。 鉴于它完全作嵌入式应用，故又称为嵌入式微控制器Embedded Microcontroller）。
单片机第1章计算机基础知识PPT课件
函数的概念和作用
函数是实现特定功能的代 码块，可以重复使用，提 高代码的可重用性和可维 护性。
THANKS
感谢观看
C语言基础
C语言的基本语法
包括变量定义、数据类型、运算符、控制结构等。
C语言的输入输出函数
如printf()和scanf()函数，用于在单片机程序中实现输入输出功能。
C语言的指针和数组
指针和数组是C语言中的重要概念，用于处理数据和内存地址。
单片机开发中的数据类型与运算符
单片机中的数据类型
01
包括整型、浮点型、字符型等，用于表示不同类型的数据。
按规模
超级计算机、服务器、工作站、个人电脑
计算机的应用领域
数据处理
企业管理、财务管 理等。
辅助设计
CAD、CAE等。
科学计算
气象预报、地质勘 探等领域。
自动控制
工业生产线的控制、 交通指挥等。
人工智能
机器翻译、智能机 器人等。
02
单片机基础知识
单片机的定义与特点
总结词：概述
详细描述：单片机是一种集成计算机硬件和软件的微型计算机系统，具有体积小 、功耗低、可靠性高等特点。
调试器
用于在单片机运行时实时监测和调试 的工具。
单片机开发流程
需求分析
明确单片机应用的功 能需求。
硬件设计
根据需求选择合适的 单片机和外围电路。
软件编程
使用C语言等编程语 言编写程序代码。
编译调试
将代码编译成可在单 片机上运行的二进制 文件，并进行调试。
测试验收
对单片机系统进行全 面测试，确保满足设 计要求。
单片机第1章计算机基础知识 ppt课件
• 计算机基础知识概述 • 单片机基础知识 • 单片机开发环境与工具 • 单片机编程语言与开发基础
单片机1第一章课件
1.4.1 单片机的特点
◆控制性能和可靠性高
实时控制功能特别强，其CPU可以对I/O端口直接 进行操作，位操作能力更是其它计算机无法比拟的。 另外，由于CPU、存储器及I/O接口集成在同一芯片 内，各部件间的连接紧凑，数据在传送时受干扰的 影响较小，且不易受环境条件的影响，所以单片机 的可靠性非常高。
输入设备
存储器
输出设备
控制器
运算器
电子计算机技术的发展，相继经历了五 个时代：
﹡电子管计算机； ﹡晶体管计算机； ﹡集成电路计算机； ﹡大规模集成电路计算机； ﹡超大规模集成电路计算机。
计算机的结构仍然没有突破冯·诺依曼提 出的计算机的经典结构框架。
1.2.2 微型计算机的组成及其应用形态 一、微型计算机的组成
2单片机的应用领域智能仪器仪表单片机用于各种仪器仪表一方面提高了仪器仪表的使用功能和精度高了仪器仪表的使用功能和精度使仪器仪表智能化同时还简化了仪器仪表的硬件结构从而可以方便地完成仪器仪表产品的升级换代
本章分为五节，主要介绍：
1.1 数制与编码的简单回顾 1.2 电子计算机的发展概述 1.3 单片机的发展过程及产品近况 1.4 单片机的特点及应用领域 1.5 单片机应用系统开发简介
近期推出的单片机产品，内部集成有高速I/O口、 ADC、PWM、WDT等部件，并在低电压、低功耗、串 行扩展总线、控制网络总线和开发方式（如在系统 编程ISP）等方面都有了进一步的增强。
◆体积小、价格低、易于产品化
单片机芯片即是一台完整的微型计算机， 对于批量大的专用场合，一方面可以在众多 的单片机品种间进行匹配选择；同时还可以 专门进行芯片设计，使芯片的功能与应用具 有良好的对应关系；在单片机产品的引脚封 装方面，有的单片机引脚已减少到8个或更少。
◆控制性能和可靠性高
实时控制功能特别强，其CPU可以对I/O端口直接 进行操作，位操作能力更是其它计算机无法比拟的。 另外，由于CPU、存储器及I/O接口集成在同一芯片 内，各部件间的连接紧凑，数据在传送时受干扰的 影响较小，且不易受环境条件的影响，所以单片机 的可靠性非常高。
输入设备
存储器
输出设备
控制器
运算器
电子计算机技术的发展，相继经历了五 个时代：
﹡电子管计算机； ﹡晶体管计算机； ﹡集成电路计算机； ﹡大规模集成电路计算机； ﹡超大规模集成电路计算机。
计算机的结构仍然没有突破冯·诺依曼提 出的计算机的经典结构框架。
1.2.2 微型计算机的组成及其应用形态 一、微型计算机的组成
2单片机的应用领域智能仪器仪表单片机用于各种仪器仪表一方面提高了仪器仪表的使用功能和精度高了仪器仪表的使用功能和精度使仪器仪表智能化同时还简化了仪器仪表的硬件结构从而可以方便地完成仪器仪表产品的升级换代
本章分为五节，主要介绍：
1.1 数制与编码的简单回顾 1.2 电子计算机的发展概述 1.3 单片机的发展过程及产品近况 1.4 单片机的特点及应用领域 1.5 单片机应用系统开发简介
近期推出的单片机产品，内部集成有高速I/O口、 ADC、PWM、WDT等部件，并在低电压、低功耗、串 行扩展总线、控制网络总线和开发方式（如在系统 编程ISP）等方面都有了进一步的增强。
◆体积小、价格低、易于产品化
单片机芯片即是一台完整的微型计算机， 对于批量大的专用场合，一方面可以在众多 的单片机品种间进行匹配选择；同时还可以 专门进行芯片设计，使芯片的功能与应用具 有良好的对应关系；在单片机产品的引脚封 装方面，有的单片机引脚已减少到8个或更少。
第1章 单片机概述 ppt课件
22
1.7 各种衍生品种的8051单片机 1.7.1 STC系列单片机 1.7.2 C8051F×××单片机 1.7.3 ADµC812单片机11 1.7.4 华邦W77系列、W78系列单片机
1.8 PIC系列单片机与AVR系列单片机 1.8.1 PIC系列单片机 1.8.2 AVR系列单片机
1.9 其他的嵌入式处理器简介 1.9.1 嵌入式DSP处理器 1.9.2 嵌入式微处理器
1.4 单片机的应用
软硬件结合、体积小，容易嵌入到各种应用系统中。得到广
泛应用。
PPT课件
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1．工业检测与控制
主要应用：工业过程控制、智能控制、设备控制、数据采集 和传输、测试、测量、监控等。在工业自动化的领域中， 机电一体化技术将发挥愈来愈重要的作用，在这种集机械、 微电子和计算机技术为一体的综合技术（如机器人技术） 中，单片机发挥着非常重要的作用。
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1.2 单片机的发展历史
单片机按其处理的二进制位数主要分为：4位单片机、8位单 片机、16位单片机和32位单片机。
发展大致分为4个阶段。
第一阶段（1974年～1976年）：单片机初级阶段。因工艺限 制，单片机采用双片的形式而且功能比较简单。1974年12 月，仙童公司推出了8位的F8单片机，实际上只包括了8位 CPU、64B RAM和2个并行口。
第二阶段（1976年～1978年）：低性能单片机阶段。1976年
Intel的MCS-48单片机（8位）极大地促进了单片机的变革
PPT课件
99
和发展，1977年GI公司推出了PIC1650，但这个阶段仍处于 低性能阶段。
第三阶段（1978年～1983年）：高性能单片机阶段。1978年， Zilog公司推出Z8单片机，1980年，Intel公司在MCS-48系 列基础上推出MCS-51系列，Mortorola推出6801单片机。 使单片机的性能及应用跃上新的台阶。
单片机 第一章 微计算机基础知识精品PPT课件
微型 计算机 系统
硬件系统
微型 计算机 (主机)
外设
软件系统
系统软件 应用软件
微处理器 存储器 I/O接口 总线
ALU 寄存器 控制器
键盘、鼠标 显示器 软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪
电子实验中心
三 计算机的主要性能指标
1、字长 2、运算速度 3、存储容量 4、指令系统、软件配置 5. 外设扩展能力及配置
参考书
❖《单片微型计算机原理、接口及应用》， 徐惠民，北京邮电大学出版社
❖《单片机原理与应用及C51程序设计》， 清华大学出版社
❖《51系列单片机及C51程序设计》，王建 校，科学出版社
电子实验中心
第一章 微型计算机基础知识
1.1 微型计算机概述
电子实验中心
一 计算机的历史与发展
电子实验中心
电子实验中心
电子实验中心
◆非80C51结构单片机新品不断推出，给 用户提供了更为广泛的选择空间 ，近年来推 出的非80C51系列的主要产品有：
﹡Intel的MCS-96系列16位单片机 ； ﹡Microchip的PIC系列RISC单片机 ； ﹡TI的MSP430F系列16位低功耗单片机 。
电子实验中心
2) 按CPU的分类 CPU的性能可以用两个主要参数来描述：
学习计算机硬件、软件的工作原理与相关知识。 2、观念转变（教师角色、学生地位的转变）: 教师角色的转变：
教师从原来以教师为中心的“讲解者”的角 色转化为学生学习的指导者。 学生地位的转变:学生由原来单纯听讲、接受灌 输的被动地位转化为：主动参与、发现、探究的 主体地位 ;
电子实验中心
教材
❖《单片机原理及应用》，郑郁正，四川大 学出版社
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单片机原理及应用
常州轻工职业技术学院
电子电气工程系
课件制作: 高雪 冯云菊 朱世杰 冷雪峰 蒋正炎
第一章
认识单片机
一、什么是单片机？
单片机是将CPU、存储器、输入/输出接口、 定时/计数器等集成在一块芯片上，是目前销量最
大、应用面最广、价格最便宜的微型计算机。
单片机
存储器 时钟电路 控制电路 CPU 定时器
表1-4 特殊功能寄存器地址对照表
SPR名称 B寄存器 累加器A 程序状态字 中断优先级控制 符号 B ACC PSW IP P3 IE P2 SBUF D7 F7 E7 D7 CY BF ----I/O端口3 中断允许控制 B7 F6 E6 D6 AC BE ----B6 位地址/位定义 F5 E5 D5 F0 BD -----B5 F4 E4 D4 RS1 BC PS B4 F3 E3 D3 RS0 BB PT1 B3 D0 F2 E2 D2 OV BA PX1 B2 F1 E1 D1 -----B9 PT0 B1 F0 E0 D0 P B8 PX0 B0 （B0H） （A8H） （A0H） （99H） （B8H） 字节地址 （F0H） （E0H） （D0）
8051的外接石英晶体的时钟电路
电容容量范围为30PF±10PF，石英晶体频率的范围 为1．2～12MHZ，常用6MHZ或12MHz。
3．时序单位 （1）时钟周期（是时钟信号频率fosc的倒数） 时钟周期 = 1 / fosc （2）机器周期： 机器周期 = 12 × 时钟周期 （3）指令周期 一条指令从被读取到被执行的整个过程所需 的时间称为指令周期。 思考题： fosc分别为6MHZ和12MHZ时，机器周 期分别为多少？ 如图1-６所示。
PSW主要用于存放程序状态信息以及运算结果的标志， 所以又称标志寄存器。其格式如下（D1位没有定义）：
D7
D6
D5 F0
D4
D3
D2
D1 —
D0 P
CY AC
RS1 RS0 OV
CY—— 进位标志位 AC—— 辅助进位标志位 F0 —— 用户标志位 RS1、RS0 ——工作寄存器区选择控制位 OV—— 溢出标志位 P —— 奇偶标志位
Hale Waihona Puke 31H29H 21H 19H 11H 09H 01H
30H
28H 20H 18H 10H 08H 00H
③用户区 （ 30H～7FH） 为一般数据缓冲区，堆栈区通常也设置在这个区域内。 （2）高128字节（特殊功能寄存器区） 8051内部有21个特殊功能寄存器（简称SFR），它们均为8 位的寄存器，离散分布在80H～FFH区域，剩下107个单元 是没有定义的，用户不能使用。见表1-4。 有11个SFR的字节地址可被8整除（地址以0和8结尾），可 以位寻址（表中已给出它们的位地址）。
3．数据存储器 数据存储器主要用于存放各种数据。以下只对 内部数据存储器进行介绍。 7FH 30H 2FH
用户区
位寻址区（位地址00~7F）
20H 1FH 工作寄存器区3（R0~R7）
工作寄存器区2（R0~R7） 工作寄存器区1（R0~R7） 00H 工作寄存器区0（R0~R7）
(1) 低128B的内部数据存储器
PSEN
3、控制信号引脚
RST ————RST为复位信号输入端。外部接复位电 路。接法如图1-4。 ALE ————ALE为地址锁存允许信号。 在不访问外 部存储器时，ALE以时钟振荡频率的1／6的固定频率 输出，用示波器观察ALE引脚上的脉冲信号是判断单 片机芯片是否正常工作的一种简便方法。
到外部ROM取指令时，自动向外发送负脉冲信号。 PSEN ————为访问程序存储器的控制信号。
00H 内部数据存储器
图1-7 8051的存储器 结构
0000H 外部数据存储器
EA
与8051不同的是，8751片内包含4KB的 EPROM程序存储器，而8031内部不包含程序 存储器。 2．程序存储器 （1）程序存储器主要用于存放程序和表格常 数。 （2）程序存储器分为片内、片外两部分，总 容量最大为64KB，地址为0000H～ FFFFH。 （3） 引脚的接法 对于8051、8751等片内有程序存储器的芯片， 引脚应该接高电平；对于8031这种片内无程序 存储器的芯片，引脚应该接低电平。
4、并行I／Ｏ端口引脚
P0口（P0.0 ～ P0.7）；P1口（P1.0 ～ P1.7）； P2口（P2.0 ～ P2.7）；P3口（P3.0 ～ P3.7）。
如图1.3
（
a）引脚图 图1-3
(b) MCS-51引脚图
逻辑符号
（三）复位电路与时钟电路 1．复位电路 （1）复位电路
单片机的RST引脚是复位信号输入端，RST引脚上
片
I / O口
晶
单 硅
二、典型单片机产品
1．MCS-51系列 美国Intel公司生产的8位字长单片机。基本型 产品有8051、8031、8751等。 2．AT89C51系列 美国ATMEL公司生产的8位字长单片机。与 MCS-51系列单片机兼容，内含4KB的flash存储 器。
三、MCS-51单片机的内部的硬 件结构及引脚
图1-6 时序图
四、MCS-51单片机的内部硬件的主要功能 （一）中央处理单元CPU 它由运算器和控制器两部分组成。 1．运算器 运算器是进行各种算术运算和逻辑运算的部 件。与运算器有关的寄存器包括ACC、B、 PSW。 （1）累加器ACC（8位寄存器） （2） B寄存器（8位） （3）程序状态字寄存器PSW （8位）
2．控制器 （1）控制器的组成 控制器是由程序计数器PC、指令寄存器、译码器、 定时与控制电路等组成的。 （2）程序计数器PC PC是一个16位的寄存器，PC中的内容是下一条将 要执行的指令代码的起始存放地址。当单片机复位 之后，（PC）=0000H，引导CPU到0000H地址读 取指令代码， CPU每读取一个字节的指令，PC的 内容会自动加1，指向下一个地址，使CPU按顺序 去读取后面的指令，从而引导CPU按顺序执行程 序。
当前工作寄存 器区 0区 1区 2区 3区
思考题：单片机复位时，当前工作寄存器区是哪个？
②位寻址区（20H～2FH）
位寻址区有16个单元组成，共128个位，每个位具 有位地址，表1-3中表格数据是每个位的位地址。
每个单元也可作一般的数据缓冲单元使用。
字节 地址
表1-3 片内RAM的位寻址
位地址映象
保持两个机器周期（24个时钟周期）以上的高电平
时，可使单片机内部可靠复位。
单片机常用的外部复位电路
(a)上电复位电路
(b)上电复位兼手动复位电路
图1-4
MCS-51的复位电路
（2）复位状态 复位后，单片机内部的各寄存器的内容将被初始化，
包括程序计数器PC和特殊功能寄存器，其中（PC）
=0000H，特殊功能寄存器的状态见表1-1。复位不
TH1
TL1 SBUF SCON PCON
00H
00H 不确定 00H 0ХХХХХХХB
2．时钟电路
时钟电路用于产生时钟信号，时钟信号是单片
机内部各种微操作的时间基准，在此基础上，
控制器按照指令的功能产生一系列在时间上有
一定次序的信号，控制相关的逻辑电路工作，
实现指令的功能。如图1-2所示。
图1-5
(一) MCS-51单片机内部的总体硬件结构
8051单片机的内部基本结构，如图1-2所示。
(二) MCS-51单片机的引脚
8051单片机是HMOS工艺制造，外形为40条引 脚，如图1-3所示。因为受芯片引脚数量的限 制，有很多引脚具有双功能。如图1-3所示。
1、主电源引脚 VCC：芯片工作电源端，接 ＋5V。 Vss：电源接地端。 2、时钟振荡电路引脚 XTAL1：内部晶体振荡电路的反相器输 入端。接法如图1-5。 XTAL2：内部晶体振荡电路的反相器输出端。 接法如图1-5。
（二）存储器 1．8051的存储器分为两大存储空间： 程序存储器（ROM）空间 （1）片内4KB 的程序存储器， 其地址为0000H～0FFFH
（2）片外64KB的程序存储器，
其地址为0000H～FFFFH
数据存储器（RAM）空间
（1）片内256B的数据存储器，00H～7FH为
通用的数据存储区，80H～FFH为专用的特殊
EA ———— 外部程序存储器ROM的读选通信号。
外部时钟源
外部计数脉冲
振荡器和 时钟电路
程序存储器 4KB ROM
数据存储器 256B RAM/SFR
两个16位 定时器/计数器
8051 CPU 中断系统
64K字节 总线扩展控制
并行I/O端 口
全双工 串行口
外中断 图1-2
控制
外部设备
串行通讯
8051单片机的内部基本结构
7FH 7EH 7DH 7CH 7BH 7AH 79H 78H
2FH 2EH 2DH 2CH 2BH 2AH 29H 28H 27H 26H 25H 24H 23H 22H 21H 20H
77H
6FH 67H 5FH
76H
6EH 66H 5EH
75H
6DH 65H 5DH
74H
6CH 64H 5CH
TH1 TH0 TL1 TL0 TWOD TCON GATE 8F TF1 C/T 8E TR1 W1 8D TF0 W0 8C TR0 GATE 8B IE1 C/T 8A IT1 W1 89 IE0 W0 88 IT0
（8DH） （8CH） （8BH） （8A） （89H） （88H）
电源控制与波特率选择 数据指针高字节 数据指针低字节 堆栈指针 I/O端口0
P3.7
AF EA I/O端口2 串行数据缓冲 A7
常州轻工职业技术学院
电子电气工程系
课件制作: 高雪 冯云菊 朱世杰 冷雪峰 蒋正炎
第一章
认识单片机
一、什么是单片机？
单片机是将CPU、存储器、输入/输出接口、 定时/计数器等集成在一块芯片上，是目前销量最
大、应用面最广、价格最便宜的微型计算机。
单片机
存储器 时钟电路 控制电路 CPU 定时器
表1-4 特殊功能寄存器地址对照表
SPR名称 B寄存器 累加器A 程序状态字 中断优先级控制 符号 B ACC PSW IP P3 IE P2 SBUF D7 F7 E7 D7 CY BF ----I/O端口3 中断允许控制 B7 F6 E6 D6 AC BE ----B6 位地址/位定义 F5 E5 D5 F0 BD -----B5 F4 E4 D4 RS1 BC PS B4 F3 E3 D3 RS0 BB PT1 B3 D0 F2 E2 D2 OV BA PX1 B2 F1 E1 D1 -----B9 PT0 B1 F0 E0 D0 P B8 PX0 B0 （B0H） （A8H） （A0H） （99H） （B8H） 字节地址 （F0H） （E0H） （D0）
8051的外接石英晶体的时钟电路
电容容量范围为30PF±10PF，石英晶体频率的范围 为1．2～12MHZ，常用6MHZ或12MHz。
3．时序单位 （1）时钟周期（是时钟信号频率fosc的倒数） 时钟周期 = 1 / fosc （2）机器周期： 机器周期 = 12 × 时钟周期 （3）指令周期 一条指令从被读取到被执行的整个过程所需 的时间称为指令周期。 思考题： fosc分别为6MHZ和12MHZ时，机器周 期分别为多少？ 如图1-６所示。
PSW主要用于存放程序状态信息以及运算结果的标志， 所以又称标志寄存器。其格式如下（D1位没有定义）：
D7
D6
D5 F0
D4
D3
D2
D1 —
D0 P
CY AC
RS1 RS0 OV
CY—— 进位标志位 AC—— 辅助进位标志位 F0 —— 用户标志位 RS1、RS0 ——工作寄存器区选择控制位 OV—— 溢出标志位 P —— 奇偶标志位
Hale Waihona Puke 31H29H 21H 19H 11H 09H 01H
30H
28H 20H 18H 10H 08H 00H
③用户区 （ 30H～7FH） 为一般数据缓冲区，堆栈区通常也设置在这个区域内。 （2）高128字节（特殊功能寄存器区） 8051内部有21个特殊功能寄存器（简称SFR），它们均为8 位的寄存器，离散分布在80H～FFH区域，剩下107个单元 是没有定义的，用户不能使用。见表1-4。 有11个SFR的字节地址可被8整除（地址以0和8结尾），可 以位寻址（表中已给出它们的位地址）。
3．数据存储器 数据存储器主要用于存放各种数据。以下只对 内部数据存储器进行介绍。 7FH 30H 2FH
用户区
位寻址区（位地址00~7F）
20H 1FH 工作寄存器区3（R0~R7）
工作寄存器区2（R0~R7） 工作寄存器区1（R0~R7） 00H 工作寄存器区0（R0~R7）
(1) 低128B的内部数据存储器
PSEN
3、控制信号引脚
RST ————RST为复位信号输入端。外部接复位电 路。接法如图1-4。 ALE ————ALE为地址锁存允许信号。 在不访问外 部存储器时，ALE以时钟振荡频率的1／6的固定频率 输出，用示波器观察ALE引脚上的脉冲信号是判断单 片机芯片是否正常工作的一种简便方法。
到外部ROM取指令时，自动向外发送负脉冲信号。 PSEN ————为访问程序存储器的控制信号。
00H 内部数据存储器
图1-7 8051的存储器 结构
0000H 外部数据存储器
EA
与8051不同的是，8751片内包含4KB的 EPROM程序存储器，而8031内部不包含程序 存储器。 2．程序存储器 （1）程序存储器主要用于存放程序和表格常 数。 （2）程序存储器分为片内、片外两部分，总 容量最大为64KB，地址为0000H～ FFFFH。 （3） 引脚的接法 对于8051、8751等片内有程序存储器的芯片， 引脚应该接高电平；对于8031这种片内无程序 存储器的芯片，引脚应该接低电平。
4、并行I／Ｏ端口引脚
P0口（P0.0 ～ P0.7）；P1口（P1.0 ～ P1.7）； P2口（P2.0 ～ P2.7）；P3口（P3.0 ～ P3.7）。
如图1.3
（
a）引脚图 图1-3
(b) MCS-51引脚图
逻辑符号
（三）复位电路与时钟电路 1．复位电路 （1）复位电路
单片机的RST引脚是复位信号输入端，RST引脚上
片
I / O口
晶
单 硅
二、典型单片机产品
1．MCS-51系列 美国Intel公司生产的8位字长单片机。基本型 产品有8051、8031、8751等。 2．AT89C51系列 美国ATMEL公司生产的8位字长单片机。与 MCS-51系列单片机兼容，内含4KB的flash存储 器。
三、MCS-51单片机的内部的硬 件结构及引脚
图1-6 时序图
四、MCS-51单片机的内部硬件的主要功能 （一）中央处理单元CPU 它由运算器和控制器两部分组成。 1．运算器 运算器是进行各种算术运算和逻辑运算的部 件。与运算器有关的寄存器包括ACC、B、 PSW。 （1）累加器ACC（8位寄存器） （2） B寄存器（8位） （3）程序状态字寄存器PSW （8位）
2．控制器 （1）控制器的组成 控制器是由程序计数器PC、指令寄存器、译码器、 定时与控制电路等组成的。 （2）程序计数器PC PC是一个16位的寄存器，PC中的内容是下一条将 要执行的指令代码的起始存放地址。当单片机复位 之后，（PC）=0000H，引导CPU到0000H地址读 取指令代码， CPU每读取一个字节的指令，PC的 内容会自动加1，指向下一个地址，使CPU按顺序 去读取后面的指令，从而引导CPU按顺序执行程 序。
当前工作寄存 器区 0区 1区 2区 3区
思考题：单片机复位时，当前工作寄存器区是哪个？
②位寻址区（20H～2FH）
位寻址区有16个单元组成，共128个位，每个位具 有位地址，表1-3中表格数据是每个位的位地址。
每个单元也可作一般的数据缓冲单元使用。
字节 地址
表1-3 片内RAM的位寻址
位地址映象
保持两个机器周期（24个时钟周期）以上的高电平
时，可使单片机内部可靠复位。
单片机常用的外部复位电路
(a)上电复位电路
(b)上电复位兼手动复位电路
图1-4
MCS-51的复位电路
（2）复位状态 复位后，单片机内部的各寄存器的内容将被初始化，
包括程序计数器PC和特殊功能寄存器，其中（PC）
=0000H，特殊功能寄存器的状态见表1-1。复位不
TH1
TL1 SBUF SCON PCON
00H
00H 不确定 00H 0ХХХХХХХB
2．时钟电路
时钟电路用于产生时钟信号，时钟信号是单片
机内部各种微操作的时间基准，在此基础上，
控制器按照指令的功能产生一系列在时间上有
一定次序的信号，控制相关的逻辑电路工作，
实现指令的功能。如图1-2所示。
图1-5
(一) MCS-51单片机内部的总体硬件结构
8051单片机的内部基本结构，如图1-2所示。
(二) MCS-51单片机的引脚
8051单片机是HMOS工艺制造，外形为40条引 脚，如图1-3所示。因为受芯片引脚数量的限 制，有很多引脚具有双功能。如图1-3所示。
1、主电源引脚 VCC：芯片工作电源端，接 ＋5V。 Vss：电源接地端。 2、时钟振荡电路引脚 XTAL1：内部晶体振荡电路的反相器输 入端。接法如图1-5。 XTAL2：内部晶体振荡电路的反相器输出端。 接法如图1-5。
（二）存储器 1．8051的存储器分为两大存储空间： 程序存储器（ROM）空间 （1）片内4KB 的程序存储器， 其地址为0000H～0FFFH
（2）片外64KB的程序存储器，
其地址为0000H～FFFFH
数据存储器（RAM）空间
（1）片内256B的数据存储器，00H～7FH为
通用的数据存储区，80H～FFH为专用的特殊
EA ———— 外部程序存储器ROM的读选通信号。
外部时钟源
外部计数脉冲
振荡器和 时钟电路
程序存储器 4KB ROM
数据存储器 256B RAM/SFR
两个16位 定时器/计数器
8051 CPU 中断系统
64K字节 总线扩展控制
并行I/O端 口
全双工 串行口
外中断 图1-2
控制
外部设备
串行通讯
8051单片机的内部基本结构
7FH 7EH 7DH 7CH 7BH 7AH 79H 78H
2FH 2EH 2DH 2CH 2BH 2AH 29H 28H 27H 26H 25H 24H 23H 22H 21H 20H
77H
6FH 67H 5FH
76H
6EH 66H 5EH
75H
6DH 65H 5DH
74H
6CH 64H 5CH
TH1 TH0 TL1 TL0 TWOD TCON GATE 8F TF1 C/T 8E TR1 W1 8D TF0 W0 8C TR0 GATE 8B IE1 C/T 8A IT1 W1 89 IE0 W0 88 IT0
（8DH） （8CH） （8BH） （8A） （89H） （88H）
电源控制与波特率选择 数据指针高字节 数据指针低字节 堆栈指针 I/O端口0
P3.7
AF EA I/O端口2 串行数据缓冲 A7