单片机原理及应用第3章 80C51系列单片机的硬件基础知识--2版
第3章80C51系列单片机的硬件基础知识
(3) P2口（21脚～28脚）：P2口的8条引脚也有两种不同的 功能： 1) 准双向输入／输出接口，每一位也可独立控制。
2) 在接有片外存储器或扩展I／O接口时，P2口作为高8位地
址总线。
引脚
第二功能
说 明
P3.0
RXD
串行口输入
外部中断0输入，低电平
(4) P3口（10 脚～17脚）： 8条引脚也有两种不同的功能： P3.1 TXD P3口的 串行口输出
STC
Winbond(华邦) W78C54，W78C58，W78E54，W78C58等 Intel(英特尔) i87C54，i87C58，i87L54，i87C51FB，i87C51FC
Siemens(西门子) C501-1R，C501-1E，C513A-H，C503-1R，C504-2R
3.1.3 80C51系列单片机的选择依据
3.1.1 MCS-51系列单片机
1980年美国INTEL公司推出了高性能的8位单片机： MCS-51系列单片机。 系列单片机是指同一厂家生产的具有相同系统结构 的多种型号的单片机。 MCS-51系列单片机又可分为51和52两个子系列。
各个子系列所含有的芯片型号及其硬件资源的区别如表3-1所示。
MCS-51系列 型号 8031 片内ROM 无 4KB掩膜ROM 4KB EPROM 无 8KB掩膜ROM 片内 RAM 128B 128B 128B 256B 256B 定时器/计数 中断源数量 器 2×16位 2×16位 2×16位 3×16位 3×16位 5 5 5 6 6
PDIP (T2)P1.0 (T2EX)P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST (RXD)P3.0 (TXD)P3.1 1 40 39 38 37 36 35 VCC P0.0(AD0) P0.1(AD1) P0.2(AD2) P0.3(AD3) P0.4(AD4) P0.5(AD5) P0.6(AD6) P0.7(AD7) EA/VPP ALE/PROG PSEN P0.4(AD4) P0.5(AD5) P2.7 P0.6(AD6) P2.6 P0.7(AD7) EA/VPP P2.5 NC P2.4 ALE/PROG PSEN P2.3 P2.7 P2.6 P2.2 P2.5 P2.1 P2.0
第3章80C51系列单片机的硬件基础知识
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图3-8 80C51单片机对外三总线构成
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四个I/O端口P0、P1、P2、P3的作用总结： P2口负责输出高8位地址， P0口以分时方式承担输出低8位地址信息和数据输入/输出的 双重任务。 P3口则作为和外设沟通的控制线， P1口可随意用作I/O口。 51系列单片机的对外三总线总结： AB(地址总线)： P2口负责高8位地址， P0口输出低8位地址。 DB(地址总线)： P0口作为8位数据输入/输出口。 CB(地址总线)： P3口作为和外设沟通的控制线。
各个子系列所含有的芯片型号及其硬件资源的区别如表3-1所示。
片内 RAM 128B 128B 128B 256B 256B 定时器/计数 中断源数量 器 2×16位 2×16位 2×16位 3×16位 3×16位 5 5 5 6 6
MCS-51系列
型号 8031
片内ROM 无 4KB掩膜ROM 4KB EPROM 无 8KB掩膜ROM
51子序列 (基本型)
8051 8751 8032 8052
52子序列 (增强型)
在不同型号的MCS-51系列单片机中，除片内存储器(ROM、RAM) 容量与种类、定时器/计数器的个数、中断源的数量有所不同外， 指令系统和芯片引脚是完全兼容的。
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80C51单片机引脚主要分为主电源引脚、外接晶体 引脚 、输入／输出引脚与控制引脚四类，以PDIP 封装的单片机为例，引脚介绍如下： 1. 主电源引脚(2条) 2. 外接晶体引脚(2条) 3. 输入/输出（I/O）引脚(32条) 4. 控制引脚(4条)
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3. 并行输入/输出端口(I/O口)
80C51片内有4个8位的I/O接口：P0、P1、P2和P3，每个I/O接 口内部都有一个8位锁存器和一个8位驱动器，既可用作输出 口，也可用作输入口。 80C51单片机没有专门的I/O口操作指令，而是把I/O口当作寄 存器使用，通过传送指令实现数据的输入和输出操作。
单片机原理及应用复习内容
单片机原理及应用复习内容单片机原理及应用复习内容第1章复习内容1. 微处理器、微计算机、微处理机、CPU、单片机、嵌入式处理器它们之间有何区别？答：微处理器、微处理机和CPU它们都是中央处理器的不同称谓，微处理器芯片本身不是计算机。
而微计算机、单片机它们都是一个完整的计算机系统，单片机是集成在一个芯片上的用于测控目的的单片微计算机。
2. AT89S51单片机相当于MCS-51系列单片机中的哪一型号的产品？“S”的含义是什么？答：相当于MCS-51系列中的87C51，只不过是AT89S51芯片内的4K字节Flash 存储器取代了87C51片内的4K字节的EPROM。
3. 单片机可分为商用、工业用、汽车用以及军用产品，它们的使用温度范围各为多少？答：商用：温度范围为0～+70℃；工业用：温度范围为-40～+85℃；汽车用：温度范围为-40～+125℃；军用：温度范围为-55～+150℃。
4. 解释什么是单片机的在系统编程（ISP）与在线应用编程（IAP）。
答：单片机的在系统编程ISP（In System Program），也称在线编程，只需一条与PC机USB口或串口相连的ISP下载线，就可把仿真调试通过的程序代码从PC机在线写入单片机的Flash存储器内，省去了编程器。
在线应用编程（IAP）就是可将单片机的闪存内的应用程序在线修改升级。
5. 什么是“嵌入式系统”? 系统中嵌入了单片机作为控制器，是否可称其为“嵌入式系统”?答：广义上讲，凡是系统中嵌入了“嵌入式处理器”，如单片机、DSP、嵌入式微处理器，都称其为“嵌入式系统”。
但多数人把“嵌入”嵌入式微处理器的系统，称为“嵌入式系统”。
目前“嵌入式系统”还没有一个严格和权威的定义。
目前人们所说的“嵌入式系统”，多指后者。
6. 嵌入式处理器家族中的单片机、DSP、嵌入式微处理器各有何特点？它们的应用领域有何不同？答：单片机体积小、价格低且易于掌握和普及，很容易嵌入到各种通用目的的系统中，实现各种方式的检测和控制。
经典：2-80C51单片机的基本结构和工作原理
8751是将8051片内的ROM换成EPROM
89C51则换成4KB的闪速EEPROM
89S51结构同89C51，4KB的闪速EEPROM可在线编程
增强型52、54、58系列的存储容量为普通型分别为
8KB、16KB、64KB
4
②数据存储器（RAM）
数据存储存放程序运行中所需要的常数和变量。51 系列内部RAM容量为128B，52系列为256B。
需要注意的是，在80C51单片机，还有一部分可以不 经过累加器A的传送指令，如：寄存器直接寻址单元之间； 直接寻址单元与间接寻址单元之间；寄存器、直接寻址单 元、间接寻址单元与立即数之间的传送指令。其目的是加 快传送速度，减少累加器A的堵塞现象。
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③ B寄存器
B寄存器为8位寄存器，主要用于乘除指令中。乘法 中，ALU的两个输入分别为A、B，运算结果存放在AB寄 存器对中。A中存放积的低8位，B中存放积的高8位。除 法中，A中存放被除数，B中放入除数，商数存放于A，余 数存放于B。当然B寄存器也可作为一个普通的内部RAM 单元使用。
1
0
寄存器2组（10H～17H）
1
1
寄存器3组（18H～1FH）
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d. PSW.5（F0，用户标志位）
该位为用户定义的状态标记，用户根据需要用软件 对其置位或清零，也可以用软件测试F0的状态来实现分支 转移。
Байду номын сангаасe. PSW.6（AC，辅助进位标志位）
进行加法或减法操作时，当发生低四位向高四位进 位或借位时，AC由硬件置位，否则AC位被清“0”。在进 行十进制调整指令时，将借助AC状态进行判断。
④程序状态字
程序状态字PSW（Program Status Word）是一个逐位 定义的8位标志寄存器，它保存指令执行结果的特征信息， 以供程序查询和判别。其各位的定义如下：
80c51单片机定时器计数器工作原理
80c51单片机定时器计数器工作原理80C51单片机是一种常用的微控制器，其定时器/计数器（Timer/Counter）是实现定时和计数功能的重要组件。
以下简要介绍80C51单片机定时器/计数器的工作原理：1. 结构：定时器/计数器由一个16位的加法器构成，可以自动加0xFFFF（即65535）。
定时器/计数器的输入时钟可以来自系统时钟或外部时钟源。
2. 工作模式：定时模式：当定时器/计数器的输入时钟源驱动加法器不断计数时，可以在达到一定时间后产生中断或产生其他操作。
计数模式：当外部事件（如电平变化）发生时，定时器/计数器的输入引脚可以接收信号，使加法器产生一个增量，从而计数外部事件发生的次数。
3. 定时常数：在定时模式下，定时常数（即定时时间）由预分频器和定时器/计数器的初值共同决定。
例如，如果预分频器设置为1，定时器/计数器的初值为X，那么实际的定时时间 = (65535 - X) 预分频系数输入时钟周期。
在计数模式下，定时常数由外部事件发生的时间间隔决定。
4. 溢出和中断：当加法器达到65535（即0xFFFF）时，会产生溢出，并触发中断或其他操作。
中断处理程序可以用于执行特定的任务或重置定时器/计数器的值。
5. 控制寄存器：定时器/计数器的操作可以通过设置相关的控制寄存器来控制，如启动/停止定时器、设置预分频系数等。
6. 应用：定时器/计数器在许多应用中都很有用，如时间延迟、频率测量、事件计数等。
为了充分利用80C51单片机的定时器/计数器功能，通常需要根据实际应用需求配置和控制相应的寄存器，并编写适当的软件来处理定时器和计数器的操作。
单片机原理及应用_第二版课后习题完整答案
第一章习题1.什么是单片机？单片机和通用微机相比有何特点？答：单片机又称为单片微计算机，它的结构特点是将微型计算机的基本功能部件（如中央处理器（CPU）、存储器、输入接口、输出接口、定时/计数器及终端系统等）全部集成在一个半导体芯片上。
虽然单片机只是一个芯片，但无论从组成还是从逻辑功能上来看，都具有微机系统的定义。
与通用的微型计算机相比，单片机体积小巧，可以嵌入到应用系统中作为指挥决策中心，是应用系统实现智能化。
2.单片机的发展有哪几个阶段？8位单片机会不会过时，为什么？答：单片机诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段，早期的SCM单片机都是8位或4位的。
其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上发展出了MCS51系列MCU系统。
基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。
随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。
90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。
随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。
然而，由于各应用领域大量需要的仍是8位单片机，因此各大公司纷纷推出高性能、大容量、多功能的新型8位单片机。
目前，单片机正朝着高性能和多品种发展，但由于MCS-51系列8位单片机仍能满足绝大多数应用领域的需要，可以肯定，以MCS-51系列为主的8位单片机，在当前及以后的相当一段时间内仍将占据单片机应用的主导地位。
3.举例说明单片机的主要应用领域。
答：单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：智能仪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、电流、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。
第3章 80C51系列单片机指令系统
变址寻址示图
内部ROM 内部RAM
3AH 0046H 65H
操作数
寄存器
目的地
3AH 0046H
A
DPTR PC
基址寄存器 0012H
变址寄存器 34H
MOVC A, @A+DPTR
• 6．位寻址方式
•
80C51具有位处理功能，可以对数据位进行操作。 位寻址指令中应直接使用位地址，它属于直接寻址方式， 因此与直接寻址执行过程基本相同，但参与操作的数据 是1位，而不是8位。
指令一般由两部分组成，即操作码（表示指令的操作功能）和 操作数（参加操作的数据或数据地址）。 •由于计算机只能识别二进制数，所以计算机的指令均由二进制 代码组成。为了阅读和书写方便，常把它写成十六进制形式， 通常称这样的指令为机器指令。
• 机器语言级指令格式： • 1、单字节指令：对于单字节指令有两种情况：一种是 操作码、操作数均包含在这一个字节之内；另一种情况 是只有操作码无操作数；格式为： • 操作码 • 如：“MOV A，R0”所对应的机器语言指令为“E8H”。 • 2、双字节指令：对于双字节指令，均为一个字节是操 作码，一个字节是操作数；格式为： • 操作码 操作数 • 如：“MOV A，20H”所对应的机器语言指令为“E520H”。 • 3、三字节指令：对于三字节指令，一般是一个字节为 操作码，二个字节为操作数；格式为： • 操作码 第一操作数 第二操作数 • 如：“MOV 20H，#46H”所对应的机器语言指令为 “E52046H”。（）
• 为了便于记忆和使用，制造厂家对指令系统的每一条指令都 给出了助记符。助记符是根据机器指令不同的功能和操作对 象来描述指令的符号。由于助记符是用英文缩写来描述指令 的特征，因此它不但便于记忆，也便于理解和分类。这种用 助记符形式来表示的机器指令称为汇编语言指令。计算机的 指令一般用汇编语言指令来表示。 • 80C51汇编语言指令格式如下： • [标号：] 操作码 [目的操作数]
单片机原理及应用总结
单片机原理及应用第一章绪论1.什么叫单片机？其主要特点有哪些？在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机。
特点：控制性能和可靠性高、体积小、价格低、易于产品化、具有良好的性价比。
第二章80C51的结构和原理1.80C51的基本结构a.CPU系统●8位CPU，含布尔处理器；●时钟电路；●总线控制逻辑。
b.存储器系统●4K字节的程序存储器（ROM/EPROM/FLASH，可外扩至64KB）；●128字节的数据存储器（RAM，可外扩至64KB）；●特殊功能寄存器SFR。
c.I/O口和其他功能单元●4个并行I/O口；●2个16位定时/计数器；●1个全双工异步串行口；●中断系统（5个中断源，2个优先级）2.80C51的应用模式a.总线型单片机应用模式◆总线型应用的“三总线”模式；◆非总线型应用的“多I/O”模式3.80C51单片机的封装和引脚a.总线型DIP40引脚封装●RST/V PO：复位信号输入引脚/备用电源输入引脚；●ALE/PROG：地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚；●EA/V PP：内外存储器选择引脚/片内EPROM编程电压输入引脚；●PSEN：外部程序存储器选通信号输出引脚b.非总线型DIP20封装的引脚●RST：复位信号输入引脚4.80C51的片内存储器增强型单片机片内数据存储器为256字节，地址范围是00H~FFH。
低128字节的配情况与基本型单片机相同。
高128字节一般为RAM，仅能采用寄存器间接寻址方式询问。
注意：与该地址范围重叠的特殊功能寄存器SFR 空间采用直接寻址方式询问。
5.80C51的时钟信号晶振周期为最小的时序单位。
一个时钟周期包含2个晶振周期。
晶振信号12分频后形成机器周期。
即一个机器周期包含12个晶振周期或6个时钟周期。
6.80C51单片机的复位定义：复位是使单片机或系统中的其他部件处于某种确定的初始状态。
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特点：
AT89S51是51单片机家族中的一员，它可与家族中 其他单片机兼容
该单片机片内有容量为4K bytes的Flash存储器作为 程序存储器使用可进行在线编程，寿命为10000次的擦 写操作。
工作电压范围为4.0V-5.5 V 支持全静态操作，工作频率范围为0Hz--33MHz 三级程序存储器锁 片内RAM容量为128 x 8-bit 32个可编程If0口 两个16位的定时/计数器 6个中断源 全双工通用异步串行通信通道 低功耗的休眠和停电模式 停电模式下的中断恢复 看门狗定时器 双DPTR指针寄存器 断电标志 快速编程时间 灵活的在线编程〔Byte和Page模式) 环保封装选择(无铅/无卤化物)
第3章 80C51系列单片机的硬件基础
3.1 8051系列单片机概述 3.2 80C51系列单片机引脚功能 3.3 80C51系列单片机的编程结构
3.4 80C51系列单片机的存储器 3.5 80C51单片机的工作方式 3.6 80C51系列单片机的时序 3.7 80C51单片机最小应用系统
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(8) 4个8位并行I／O接口：P0、P1、P2、P3。 (9) 1个全双工串行I／O接口，可多机通信。 (10) 2/3个16位定时器／计数器。 (11) 中断系统有5/6个中断源，可编程为两级优先级。 (12) 111条指令，含乘法指令和除法指令。 (13)含布尔处理器，有强的位寻址、位处理能力。 (14) 片内采用单总线结构。 (15) 用单一+5V电源。
3×16位
6
在不同型号的MCS-51系列单片机中，除片内存储器(ROM、RAM)
容量与种类、定时器/计数器的个数、中断源的数量有所不同外，
指令系统和芯片引脚是完全兼容的。
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它们的主要硬件特性：
(1) 8位CPU。 (2) 片内带振荡器,振荡频率fosc范围为1.2～12MHz；可有时钟输出。 (3) 128/256B的片内数据存储器。 (4) 0/4/8KB的片内程序存储器。 (5) 程序存储器的寻址范围为64KB。 (6) 片外数据存储器的寻址范围为64KB。 (7) 21/26个字节专用寄存器。
单片机是一个大规模集成电路芯片，但仅有一 块单片机不能完成特定的控制任务，只有当它与 其他器件和设备有机地组合在一起并配以特定的 程序时，才能构成一个真正的单片机应用系统， 完成特定的任务。
在单片机应用系统中单片机是核心器件，要 设计单片机应用系统，必须首先掌握单片机的硬 件基础知识。
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Features •.Compatible with MCSR-51 Products •4K Bytes of In-System Programmable (ISP) Flash Memory - Endurance: 10,000 Write/Erase Cycles •4.0V to 5.5V Operating Range •Fully Static Operation: 0 Hz to 33 MHz •Three-level Program Memory Lock •128×8-bit Internal RAM •32 Programmable I/O Lines •Two 16-bit Timer/Counters •Six Interrupt Sources •Full Duplex UART Serial Channel •Low-power Idle and Power-down Modes •Interrupt Recovery from Power-down Mode •Watchdog Timer •Dual Data Pointer •Power-off Flag •Fast Programming Time •Flexible ISP Programming (Byte and Page Mode) •Green (Pb/Halide-free) Packaging Option
MCS-51系列 型号 片内ROM
片内 定时器/计数 中断源数量
RAM
器
8031
无
128B
2×16位
5
51子序列 (基本型)
8051 4KB掩膜ROM
128B
2×16位
5
8751 4KB EPROM 128B
2×16位
5
52子序列 8032
无
256B
3×16位
6
(增强型) 8052 8KB掩膜ROM 256B
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1. 程序存储器
程序存储器用于存放单片机应用系统的目标程序。通过编程 器或直接在系统编程(ISP)将目标程序写入单片机。
单片机的程序存储器目前供应的类型有EPROM、 OTPROM、Mask ROM和Flash EEPROM。容量有1KB、2KB、 4KB、8KB、16KB、32KB和64KB。
3.1 8051系列单片机概述
3.1.1 MCS-51系列单片机
1980年美国INTEL公司推出了高性能的8位单片机： MCS-51系列单片机。 系列单片机是指同一厂家生产的具有相同系统结构 的多种型号的单片机。
MCS-51系列单片机又可分为51和52两个子系列。
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各个子系列所含有的芯片型号及其硬件资源的区别如表系列单片机是采用HMOS工艺制造的，具有高速度、 高密度的特点，但功耗较大。
出于对降低功耗的要求，MCS-51系列单片机后来推出的产品采用 了CMOS和HMOS结合的CHMOS工艺。
采用CHMOS工艺制造的51子系列对应的低功耗产品分别为80C31、 80C51、87C51，52子系列对应的低功耗产品分别为80C32、80C52。
(a) 技术特点英文描述
(b) 技术特点中文翻译
图3-1 AT89C51单片机技术手册中关于特点的概述
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3.1.2 80C51系列单片机的选择依据
不同型号的80C51单片机，内部资源或多或少有些 差异，我们在选择时，可从以下几个方面考虑： 1. 程序存储器 2. 数据存储器 3. 功耗 4. 体积