MCS-51系列单片微计算机-6
单片机名词解释和简答整理
江苏省自考（单片机原理及应用）一、名词解释1.微处理器：即中央处理器CPU，它是把运算器和控制器集成在一块芯片上的器件总称。
2.单片机（单片微型计算机）：把CPU、存储器、I/O接口、振荡器电路、定时器/计数器等构成计算机的主要部件集成在一块芯片上构成一台具有一定功能的计算机，就称为单片微型计算机，简称单片机。
3.程序计数器：程序计数器PC是一个不可寻址的16位专用寄存器(不属于特殊功能寄存器)，用来存放下一条指令的地址，具有自动加1的功能。
4.数据指针：数据指针DPTR是一个16位的寄存器，可分为两个8位的寄存器DPH、DPL，常用作访问外部数据存储器的地址寄存器，也可寻址64K字节程序存储器的固定数据、表格等单元。
5.累加器：运算时的暂存寄存器，用于提供操作数和存放运算结果。
它是应用最频繁的寄存器，由于在结构上与内部总线相连，所以一般信息的传送和交换均需通过累加器A。
6.程序状态字：程序状态字PSW是一个8位寄存器，寄存当前指令执行后的状态，为下条或以后的指令执行提供状态条件。
它的重要特点是可以编程。
7.堆栈：堆栈是一组编有地址的特殊存储单元，数据遵循先进后出的存取原则。
栈顶地址用栈指针SP指示。
8.软件堆栈：通过软件唉内部RAM中定义一个区域作为堆栈（即由软件对SP设置初值），称软件堆栈。
9.振荡周期（晶振周期）：振荡电路产生的脉冲信号的周期，是最小的时序单位。
10.时钟周期：把2个振荡周期称为S状态，即时钟周期。
1个时钟周期=2个振荡周期。
11.机器周期：完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。
1个机器周期=12个振荡周期。
12.指令周期：执行一条指令所需的全部时间称为指令周期。
MCS-51单片机的指令周期一般需要1、2、4个机器周期。
13.地址/数据分时复用总线:是指P0口用作扩展时，先输出低8位地址至地址锁存器，而后再由P0口输入指令代码，在时间上是分开的。
14.准双向并行I/O口：当用作通用I/O口，且先执行输出操作，而后要由输出变为输入操作时，必须在输入操作前再执行一次输出“1”操作（即先将口置成1），然后执行输入操作才会正确，这就是准双向的含义。
MCS-51单片机原理与应用教学设计
MCS-51单片机原理与应用教学设计介绍MCS-51单片机是一种微型计算机芯片，广泛应用于许多嵌入式系统中。
单片机课程是电子信息类专业的重要课程之一，是培养学生嵌入式系统设计能力的基本环节，也是学生熟练掌握C语言编程技能的关键课程。
本文主要介绍MCS-51单片机原理与应用教学设计的相关内容。
教学目标本教学设计旨在通过讲解MCS-51单片机的基本原理及其应用，培养学生以下几个能力：1.理解MCS-51单片机的基本架构和指令系统。
2.掌握MCS-51单片机的编程工具和编程方法，熟练使用Keil软件。
3.能够完成基本的嵌入式系统设计和开发任务，包括输入输出控制、中断处理、定时器计数、串口通信等。
4.能够将所学知识应用于具体的嵌入式系统设计任务中，并在实践中不断提高自己的技能和分析问题的能力。
教学内容第一章：MCS-51单片机体系结构1.1 MCS-51单片机的基本组成介绍MCS-51单片机的基本构成和各部分的功能，包括CPU、存储器、输入输出接口等。
1.2 MCS-51单片机的寄存器介绍MCS-51单片机的寄存器及其作用，包括通用寄存器、特殊功能寄存器、状态寄存器等。
1.3 MCS-51单片机的指令系统介绍MCS-51单片机的指令系统，包括指令格式、指令类型、指令执行时间等。
第二章：Keil软件的使用2.1 Keil软件的介绍介绍Keil软件的基本功能和使用方法。
包括新建、编译、下载和调试程序等。
2.2 Keil软件的项目管理介绍Keil软件的项目管理功能，包括添加、删除、修改源文件，设置编译选项等。
2.3 Keil软件的调试功能介绍Keil软件的调试功能，包括单步执行、断点调试、变量监视等。
第三章：MCS-51单片机的应用3.1 输入输出控制介绍MCS-51单片机的输入输出控制方法，包括端口输入输出、LED和数码管控制等。
3.2 中断处理介绍MCS-51单片机的中断处理机制，包括硬件中断和软件中断，中断优先级等。
第二讲 第2章 MCS-51单片微型计算机结构
S1
S2
S3
读下一个操作 码（丢弃） P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 （a） 单字节，单周期指令 例：MOV A R1
读操作码 读操作码 读第二字节
2
P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 （b） 双字节，单周期指令 例：ADD A dir 读操作码
MCS-51单片机的结构原理
一、计算机的经典组成 计算机的经典结构见 图1.1 所示。这种结 构是由计算机的开 拓者——数学家约 翰· 诺依曼最先提 冯· 出的，所以就称之 为冯· 诺依曼计算机 体系结构，也叫普 林斯顿结构。
图 1.1 计算机经典结构
二、 MCS-51单片机的基本组成
(一) 8051单片机的结构
﹡IP B8H ﹡IE A8H TMOD ﹡TCON TL0 TH0 TL1 TH1 PCON ﹡SCON 寄存器 SBUF
IP.7～IP.0 BFH～B8H 中断优先控制器 IE.7～IE.0 AFH～A8H 中断允许控制器 89H 定时器方式选择 88H TCON.7～TCON.0 8FH～88H 定时控制寄存器 8AH 定时器T0低8位 8CH 定时器T0高8位 8BH 定时器T1低8位 8DH 定时器T1高8位 87H 电源控制及波特率选择 98H SCON.7～SCON.0 9FH～98H 串行口控制 99H 串行口数据缓冲器
F0H E0H D0H B8H B0H A8H A0H 98H 90H 88H 80H
特 殊 功 能 寄 存 器 中 位 寻 址
FFFFH 外部 RAM
《单片微型计算机与接口技术》思考题与习题解答01
《单片微型计算机与接口技术》思考题与习题解答第0章基础知识0.1 将下列十进制数转换为十六进制数：64，98，80，100，125，255。
0.1 40H，62H，50H，64H，7DH，FFH0.2 将下列十六进制无符号数转换为十进制数：32CH，68H，I)5H，100H，B78H，3ADH。
O.2 812，104，213，256，2936，9410.3 写出下列十进制数的原码和补码，用8位或16位数填人表1中(要求用十六进制数表示)。
表10．3，9350H，CF42H。
O.4 机器数的真值分别为：27，233，-128，-8，14717，31467，-27824，-124780.5 用补码运算完成下列算式，并指出溢出OV和进位CY：(1) 33H+5AH (2) -29H-5DH (3) 65H-3EH (4) 4CH-68HO.5 (1) 33H+5AH=8DH，OV=1，CY=O (2) -29H-5DH=7AH，OV=0，CY=1(3) 65H-3EH=27H，OV=0，CY=1 (4) 4CH-68H=E4H，0V=O，CY=O0.6 将表2中的十进制数按要求转换，用十六进制数填入。
表2O.60.7 写出下列ASCII码表示的十六进制数(如313035H为105H)：374341H，32303030H，3841353DH。
0.7 ASCIl码表示的十六进制数分别为：105H，7CAH，200¨。
H，8A50H第1章 MCS-51单片机1.1 什么是嵌入式系统?其控制核心有哪几种类型?1.1 见绪论1.2 单片微型计算机与微处理器在结构上和使用中有什么差异?单片机和DSP在使用上有什么差别?1.2 单片微型计算机是包含CPU、存储器和I／O接口的大规模集成芯片，即它本身包含了除外部设备以外构成微机系统的各个部分，只需接外设即可构成独立的微机应用系统。
微机处理器仅为CPU，CPU是构不成独立的微机系统的。
MCS-51单片机系统结构
*提供驱动外设的电压或电流； *DMA（直接存储器存取）控制和中断控制。
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1.1 单片微型计算机
一、单片机的发展历史
第一阶段（1976-1978）：单片机的探索阶段。探索
计算机的单芯片集成，单片机（Single Chip Microcomputer） 的定名即缘于此。产品以Intel公司的MCS-48为代表。
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➢数据总线 DB：CPU与存储器、I/O接口之间 (双向)传送数据的公共通路。 * 数据总线的条数决定CPU一次最多可以传送的
数据宽度（位数）。 如：8位机的DB有8条，CPU一次可读写8位数据
16位机的DB有16条，CPU一次可读写16位
➢控制总线 CB：用来传送各种控制或状态信号 * CPU送出和接受的对存储器、I/O接口读写
运算器 控制器 寄存器组
内存储器
输入输出 接口电路
总线
外部设备
软件
7
二、微型计算机的结构
AB: Address Bus DB: Data Bus CB: Control Bus
微
处
内
存
理
储
器
器
CPU
地址总线 AB
I/O
输
I/O
接
入
接
口
设口备源自输 出 设 备I/O 接 口
数据总线 DB
控制总线 CB
特点： • 以微处理器（CPU）为核心 • CPU与其他部件间通过三总线连接
BUS
I/O接口
C/T
4
系统级——微型计算机系统
• 以微型计算机为中心，配以相应的外围设 备以及控制微型计算机工作的软件，就构 成了完整的微型计算机系统。
51单片机系统.
MCS－51系列单片机（一）
MCS-51系列单片机是美国Intel公司1980年以后 推出的新产品。其性能超过了MCS-48系列单片机。该 系列有三种形式，根据片内的程序存储器的不同有以下
三种产品型号，8051（片内有4KBROM），8751 （片内有4KB EPROM）和8031（片内无ROM和
中断系统 定时/计数系统
中断系统（一）
所谓中断控制，指的是在通常情况下，单片机 执行自己的主程序，只有当外设发出中断请求时， 单片机才停止执行主程序，而去执行处理中断子程 序，在中断子程序结束后，又回到原来执行的主程 序。
MCS-51单片机共提供5个中断源。其中2个为 外部中断请求INT0和INT1；2个为片内定时/计数 器溢出中断请求TF0和TF1；1个为片内串行口中断 请求TI或RI。
44脚的封装有四个NC(空）引脚。
对外有40条引脚线，其中2条专用于主电源的引脚， 2条外接晶体的引脚，4条复用的引脚，32条I/O引 脚。
主电源引脚 :Vcc(+5V--- 40脚)和Vss(GND 20 脚);
外接晶体引脚：XTAL1（19脚）、XTAL2（18脚）， 只要在这两个引脚之间接入一个晶体振荡器，单片 机就可以以此晶体的频率开始工作。常用的晶体频 率有0-24MHZ，频率越高，单片机的工作速度就越 快，但单片机的功耗就要增加。
MCS－51系列单片机（二）
除此之外，MCS-51系列还有CMOS型产品， 例如：80C51，87C51，80C31BH等。其功能 与8051完全兼容，特点是功耗低，抗干扰能 强，得到了广泛应用。
51单片机的主要资源
内部程序存储器ROM ( 以89C51为例 )：4K的存储容量； 内部数据存储器RAM：256B(128B的RAM+21B的SFR) ； 寄存器区：设有4组寄存器，每组有R0-R7八个工作寄存器； 8位并行输入输出端口：P0、P1、P2和P3； 定时/计数器：2个16位的定时/计数器； 串行口： 全双工的端口（RXD：接收端，TXD发送端）； 中断系统：设有5个中断源； 系统扩展能力：可外接64K的 ROM 和64K的 RAM；
第2章MCS--51系列单片机的结构及原理
（4）工作寄存器组选择位RS1、RS0（PSW.4，
PSW.3）： RS1、RS0与工作寄存器组的对应关系
如下：
RS1 RS0 工作寄存器组 片内RAM地址
00
第0组
00H～07H
01
第1组
指令执行后，A=D1H最高位无进位，故Ｃ=0；低半字节有进位，AC=1； OV=0 1=1，发生溢出；A中1的个数为偶数，故P=0。
CPU时序
一．振荡器
CPU执行指令的一系列动作是在时序电路的控制下一拍一拍进行的。 其节拍信号由振荡器产生，MCS--51系列单片机的内部有一个高增益的反 相放大器。外接晶体后可构成自激振荡器产生节拍信号，接法见图2-1, 也可使用片外振荡器，采用不同工艺制造的单片机芯片接法不同：
RST/VPO：双功能引脚，在单片机工作期间， 当此引脚上出现连接2个机器周期的高电平时可 实现复位操作，详见2.4节。
在Vcc掉电期间，若该引脚接备用电源 （+5v），可向片内RAM供电，以保存片内RAM中 的信息。
2.2 MCS—51系列单片机的微处理器与CPU时序
运算器由算逻运算单元ALU、累加器A、B寄存器、暂存器1、 暂存器2、及程序状态字PSW构成。程序状态字PSW是1个8位 的专用寄存器，用于存放程序运行中的各种状态信息，可 进行位寻址，
P
图2—3 程序状态字各位的含义
（1）进位标志C（PSW.7）；很多算术逻辑运算指令执行 后都会影响进位标志C。例如加减运算，若运算结果有进 位或借位，则C=1，若无，则C=0。可用专门的指令或硬件 将C置位或清零，在进行位操作时，C又起着位累加器的作 用，类似于累加器A。
第一章习题答案
第⼀章习题答案选择题、1、MCS-51系列单⽚机的CPU主要由 A 组成。
A、运算器、控制器B、加法器、寄存器C、运算器、加法器D、运算器、译码器2、单⽚机中程序计数器⽤来 C 。
A、存放指令B、存放正在执⾏的指令的地址C、存放下⼀条指令的地址D、存放上⼀条指令的地址3、8031单⽚机的/EA引脚A 。
A、必须接地B、必须接5V电源C、可悬空D、按需要⽽定4、外部扩展存储器时，分时复⽤数据线和地址线的是 A 。
A、P0⼝B、P1⼝C、P2⼝D、P3⼝5、PSW中的RS1、RS0⽤来 A 。
A、选择⼯作寄存器组B、指⽰复位C、选择定时器D、选择⼯作⽅式6、单⽚机复位后，PC的内容为 A 。
A、0000HB、0003HC、000BHD、0800H7、intel8051单⽚机是 C 位的。
A、16B、4C、8D、准168、程序是以 C 形式存放在程序存储器中的。
A、C语⾔源程序B、汇编程序C、⼆进制编码D、BCD码9、MCS-51系列单⽚机的程序计数器PC是16位的，其寻址范围是 D 。
A、8KBB、16KBC、32KBD、64KB10、MCS-51系列单⽚机的ALE引脚是以晶振频率的C 固定频率输出正脉冲，因此它可以作为外部时钟或外部定时脉冲使⽤。
A、1/2B、1/4C、1/6D、1/12(1) A (2)C (3)A (4) A (5)A(6) A (7)C (8)C (9) D (10)C填空题1、单⽚机应⽤系统是由硬件系统和软件系统组成的。
2、除了单⽚机和电源外，单⽚机最⼩系统还包括时钟和复位电路。
3、在进⾏单⽚机应⽤系统设计时，除了电源和地线引脚外，XTAL1 、XTAL2 、RST 和EA引脚信号必须连接相应电路。
4、MCS-51单⽚机的XTAL1和XTAL2 是时钟电路引脚。
5、MCS-51系列单⽚机的存储器共有4个物理存储空间，即⽚内数据存储器、⽚内程序存储器、⽚外数据存储器和⽚外程序存储器。
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6.3 中断处理过程 1）中断系统的功能
a. 实现中断响应和中断返回 CPU 中断响应过程如下： a) 首先，将断点处的 PC 值（即下一条应执行指令的地址）推入堆栈 保留起来，这称为保护断点，由硬件自动执行； b) 将有关的寄存器内容和标志位状态推入堆栈保留起来，这称为保 护现场，由用户自己编程完成。 c) 保护断点和现场后即可执行中断服务程序。
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2）中断处理的过程
中断响应、中断处理、中断返回 a. 中断响应 中断响应是 CPU 对中断源中断请求的响应，包括保护断点和将程序转向 中断服务程序的入口地址（通常称矢量地址）。 CPU 响应中断的条件有: •有中断源发出中断请求。 •中断总允许位 EA = 1。 •申请中断的中断源允许。 满足以上基本条件，CPU 一般会响应中断，但若有下列任何一种情况存 在，则中断响应会受到阻断。 •CPU 正在响应同级或高优先级的中断。 •当前指令未执行完。 •正在执行 RETI 中断返回指令或访问专用寄存器 IE 和 IP 的指令。
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编写中断服务程序时需注意： •各中断源的中断入口地址之间只相隔 8 个字节，容纳不下普通的中断 服务程序，因此，在中断入口地址单元，通常存放一条无条件转移指令， 可将中断服务程序转至存储器的其它任何空间。 •若要在执行当前中断程序时禁止其它更高优先级中断，需先用软件关 闭 CPU 中断，或用软件禁止相应高优先级的中断，在中断返回前再开 放中断。 •在保护和恢复现场时，为了不使现场数据遭到破坏或造成混乱，一般 规定此时 CPU不再响应新的中断请求。因此，在编写中断服务程序时， 要注意在保护现场前关中断，在保护现场后若允许高优先级中断，则应 开中断。同样，在恢复现场前也应先关中断，恢复之后再开中断。
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可在中断服务程序中采用两条指令： ANL P1，#0FEH ORL P1，#01H 来撤除外部中断请求。
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6.5 中断响应时间 中断响应时间是指从中断请求标志位置位到 CPU 开始执行中 断服务程序的第一条指令所持续的时间。 断服务程序的第一条指令所持续的时间
P1.0 P1.1 8051 P1.2 P1.3
中断服务程序如下： 中断服务程序如下：
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3) 外部中断请求的撤除 外部中断可分为边沿触发型和电平触发型。 a) 对于边沿触发的外部中断 0 或 1，CPU 在响应中断后，无 需采取其它措施。
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b) 对于电平触发外中断，CPU 在响应中断后，硬件不会自动 清除其中断请求标志位 IE0 或 IE1，同时，也不能用软件将其 清除，所以，在 CPU 响应中断后，应立即撤除 INT0 或 INT1 引脚上的低电平。否则，就会引起重复中断而导致错误。但是， CPU 又不能控制 INT0或 INT1引脚的信号，因此，只有通过硬 INT0 INT1 件再配合相应软件才能解决这个问题。
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b. a)
中断处理
中断处理就是执行中断服务程序。中断服务程序从中断入口地址开始 执行，到返回指令“RETI”为止。 b) 在进入中断服务程序后，一般要先保护现场，然后，执行中断处理程 序，在中断返回之前再恢复现场。 c) 中断处理一般包括两部分内容，一是保护现场，二是完成中断源请求 的服务。
D0
RI
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2) 中断控制标志
1） IE (A8H)寄存器中的中断开/关控制
2） IP (B8H)寄存器中的中断优先级控制
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3) 5个中断源
1) INT0 ：外部中断 0 请求，由 P3.2 脚输入。通过 IT0 脚（TCON.0）来 决定是低电平有效还是下跳变有效。一旦输入信号有效，就向 CPU 申请中断，并建立 IE0 标志。 2) INT1 ：外部中断 1 请求，由 P3.3 脚输入。通过 IT1 脚（TCON.2） 来决定是低电平有效还是下跳变有效。一旦输入信号有效，就向 CPU 申请中断，并建立 IE1 标志。 3) TF0：定时器 0 溢出中断请求。当定时器 0 产生溢出时，定时器 0 中 断请求标志位（TCON.5）置位（由硬件自动执行），请求中断处理。 4) TF1：定时器 1 溢出中断请求。当定时器 1 产生溢出时，定时器 1 中 断请求标志位（TCON.7）置位（由硬件自动执行），请求中断处理。 5) RI 或 TI：串行中断请求。当接收或发送完一串行帧时，内部串行口 中断请求标志位 RI（SCON.0）或 TI（SCON.1）置位（由硬件自动 执行），请求中断。
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6.2 中断系统的构成及管理
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1） 中断源请求标志
a. TCON (88H)寄存器中的中断标志位
TR1
TR0
b. SCON (98H)寄存器中的中断标志位
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1
TI
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第6章 MCS-51的中断系统
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6-1 中断的概念
主程序 执行主 程序 中断请求 断点 继续执行 主程序 中断响应 执行 中断 处理 程序 中断返回
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2）中断的功能
a. 中断可以解决快速的 CPU 与慢速的外设之间的矛盾，使 CPU 和外设 同时工作。CPU在启动外设工作后继续执行主程序，同时外设也在工作。 每当外设做完一件事就发出中断申请，请求 CPU 中断它正在执行的程 序，转去执行中断服务程序（一般情况是处理输入/输出数据），中断处 理完之后，CPU 恢复执行主程序，外设也继续工作。这样，CPU 可启 动多个外设同时工作，大大地提高了 CPU 的效率。 b. 在实时控制中，现场的各种参数、信息均随时间和现场而变化。这些 外界变量可根据要求随时向 CPU 发出中断申请，请求 CPU 及时处理中 断请求。如中断条件满足，CPU 马上就会响应，进行相应的处理，从而 实现实时处理。 c. 针对难以预料的情况或故障，如掉电、存储出错、运算溢出等，可通 过中断系统由故障源向 CPU 发出中断请求，再由 CPU 转到相应的故障 处理程序进行处理。
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b. 实现优先权排队 计算机按中断源优先权高低逐次响应的过程称为优先权排队。当多 个中断源同时发出中断请求时，优先权高的中断能先被响应，只有 优先权高的中断处理结束后才能响应优先权低的中断。
c. 实现中断嵌套 当 CPU 响应某一中断时，若有优先权高的中断源发出中断请求，则 CPU 会中断正在进行的中断服务程序，并保留这个程序的断点（类 似于子程序嵌套），响应高级中断。高级中断处理结束以后，再继 续进行被中断的中断服务程序，这个过程称为中断嵌套。
6.1 中断的概念 1）定义
当CPU在执行程序的过程中，外部事件向 CPU 发出信号，请求 CPU 迅速去处理，于是， CPU暂时中止执行当前程序，转去处 理相应的事件，待处理完毕后，再继续执行原来被中止的程序， 这样的过程称为 “中断”。 中断系统 中断源（I/o设备、实时时钟及外界计数信号、故障、调试程序） 中断申请Jiaotong University
中断系统通过硬件自动生成长调用指令（LACLL），该指令将自动 把断点地址压入堆栈保护（不保护累加器 A、状态寄存器 PSW 和其 它寄存器的内容），然后，将对应的中断入口地址装入程序计数器 PC（由硬件自动执行），使程序转向该中断入口地址，执行中断服 务程序。 MCS-51系列单片机各中断源的入口地址由硬件事先设定，分配如下：
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4) 中断优先级
8051 单片机有两个中断优先级，每个中断源都可以通过编程确定为高优 先级中断或低优先级中断。因此，可实现二级嵌套。
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同一优先级别中的中断源可能不止一个，因此，也有一个中 断优先权排队的问题。
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6.3 中断处理过程 1）中断系统的功能
a. 实现中断响应和中断返回 中断返回过程如下： a) 首先，恢复原保留寄存器的内容和标志位的状态，这称为恢复现 场，由用户编程完成； b) 再加返回指令 RETI，RETI指令的功能是恢复 PC 值，使 CPU 返回 断点，这称为恢复断点。 c) 恢复现场和断点后，CPU将继续执行原主程序，中断响应过程到此 为止。
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6.4 中断请求的撤除 CPU 响应中断请求后即进入中断服务程序，在中断返回前， 应撤除该中断请求，否则，会引起重复中断，从而导致错 误。8051 各中断源中断请求撤消的方法有以下几种： 1) 定时器中断请求的撤除 对于定时器 0 或 1 溢出中断，CPU 在响应中断后即由硬件 自动清除其中断标志位 TF0或 TF1，无需采取其它措施。 2) 串行口中断请求的撤除 对于串行口中断，CPU 在响应中断后，硬件不能自动清除 中断请求标志位 TI、RI，必须在中断服务程序中用软件将 其清除。
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c. 中断返回 a) 中断返回是指中断服务完后，计算机返回原来断开 的位置（即断点），继续执行原来的程序。 b) 中断返回由中断返回指令 RETI 来实现。该指令的功 能是把断点地址从堆栈中弹出，送回到程序计数器 PC，此外，还通知中断系统已完成中断处理，并同 时清除优先级状态触发器。 c) 特别要注意不能用“RET”指令代替“RETI”指令。