C51单片机的基本结构及工作原理
第4章 单片机的C51语言
4.1 C51的程序结构 4.2 C51的数据结构 4.3 C51与汇编语言的混合编程 4.4 C51仿真开发环境 4.5 C51初步应用编程
第4章单片机的C51语言
51汇编语言能直接操作单片机的系统硬件，指令执行速度 快。但其程序可读性差，且编写、移植困难。
第4章单片机的C51语言
数据类型
【存储类型】
变量名
51单片机的 三个逻辑存储空间：
片内数据存储器，片外数据存储器和程序存储器。
建立C51存储类型与存储空间的对应关系
code区
xdata区
idata区
data区
bdata区
pdata 区
第4章单片机的C51语言
C51的存储类型与存储空间对应关系表
编译模式
SMALL系统
COMPACT系统 LARGE系统
注意：SFR字节地址变量的物理地址是由MCU资源决定的
第4章单片机的C51语言
sbit型
部分SFR具有位地址，如何定义与这些位地址相关的变量？
D0^7
PSW D7H
D0^6
AC
D0^5
D0^4
RS1
D0^3
RS0
D0^2
D0^1
D1H
D0^0
P
相对位地址
D0H 字节地址 绝对位地址
CY
CY
D6H
AC
32
对于“/”和“%”往往会有疑问。这两个符号都涉
及除法运算，但“/”运算是取商，而“%” 运算为取余 数。例如“5/3”的结果（商）为1，而“5%3”的结果 为2（余数）。 表3-3中的自增和自减运算符是使变量自动加1或减1， 自增和自减运算符放在变量前和变量之后是不同的。 ++i，--i：在使用i之前，先使i值加（减）1。
单片机原理与应用及c51程序设计(第3版)
【单片机原理与应用及C51程序设计(第3版)】文章内容内容包括：一、引言二、单片机原理1. 什么是单片机2. 单片机的基本组成3. 单片机的工作原理4. 单片机的应用领域三、C51程序设计1. C51程序设计的基本概念2. C51程序设计的语法和规则3. C51程序设计的应用示例四、单片机原理与C51程序设计的结合应用1. 如何将单片机原理与C51程序设计结合起来2. 结合应用的案例分析五、总结与展望【单片机原理与应用及C51程序设计(第3版)】文章主要介绍了单片机的基本原理、应用以及C51程序设计的相关知识。
在引言部分，我们可以简要介绍单片机在现代电子设备中的重要性以及C51程序设计在单片机应用中的作用。
接下来进入主题内容，首先详细讲解单片机的基本组成和工作原理，包括单片机的核心部件、指令集和数据存储等方面的内容，重点强调单片机在各个领域中的广泛应用。
然后深入介绍C51程序设计的基本概念、语法和规则，通过实际案例对C51程序设计进行深入分析，以便读者能够更加深入地理解和掌握相关知识。
在单片机原理与C51程序设计结合应用的部分，我们可以通过具体的案例分析，展示单片机原理与C51程序设计在实际项目中的应用，包括控制系统、嵌入式系统等方面。
通过这些案例，读者可以更加直观地了解单片机原理与C51程序设计的实际应用场景，有助于加深对相关知识的理解和掌握。
我们对整个主题进行总结与展望，通过对文章内容的回顾和归纳，强调单片机原理与C51程序设计的重要性，并展望未来单片机技术的发展方向和趋势。
我们可以共享自己对这个主题的个人观点和理解，以及对读者的建议和思考，为读者提供更多的思路和参考。
通过以上内容的深入探讨和详细解读，《单片机原理与应用及C51程序设计(第3版)》将会为读者带来全面、深刻和灵活的理解，帮助读者更好地掌握相关知识，为实际应用提供有力支持。
一、引言单片机在现代电子设备中扮演着非常重要的角色，它集成了处理器、存储器和各种输入输出接口，可以用来控制各种电子设备。
51单片机的基本结构
51单片机的基本结构51单片机是一种高性能、低功耗的微控制器，是嵌入式系统中常用的一种芯片。
它具有集成度高、易编程、可编程性强等特点，在各种电子设备中广泛应用，包括家电、工业控制、汽车电子、智能仪器等领域。
51单片机的基本结构主要包括CPU、存储器、输入输出端口、定时计数器和串口通信等部分。
1.CPU51单片机的CPU是其核心部分，负责执行指令、进行运算处理。
它通常采用哈佛结构，即指令和数据分开存储。
51单片机的CPU主要由ALU （算术逻辑单元）、寄存器组、指令寄存器、程序计数器等部分组成，能够完成基本的运算和控制功能。
2.存储器51单片机的存储器包括ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器）。
ROM用于存储程序代码和常量数据，是只读的；RAM用于存储变量数据和临时结果，是可读写的。
在51单片机中，通常ROM用于存储程序代码和初始化数据，RAM用于存储运行时数据和临时结果。
3.输入输出端口51单片机的输入输出端口用于与外部设备进行数据交换。
它可以通过不同的接口与外部设备连接，比如并行口、串行口、通用输入输出口等。
通过输入输出端口，51单片机可以与外部设备进行数据传输和通信，实现各种功能。
4.定时计数器51单片机的定时计数器可以用于计时和计数，通常用于控制时序和频率。
在51单片机中，定时计数器可以生成各种定时中断，实现定时控制功能。
定时计数器可以根据需要设定不同的时钟源和计数模式，实现灵活的定时控制。
5.串口通信51单片机的串口通信功能可以用于与外部设备进行串行通信，比如与PC机、外围设备等进行数据传输。
串口通信包括串行口和UART（通用异步收发器），可以通过串行口进行双向数据传输。
串口通信在51单片机中广泛应用于各种通信设备和控制系统中。
总的来说，51单片机的基本结构包括CPU、存储器、输入输出端口、定时计数器和串口通信等部分，通过这些部分的组合和协作，可以实现各种功能和应用。
在实际应用中，设计人员可以根据需要对这些部分进行配置和扩展，实现更丰富的功能和性能要求。
第四章 单片机C51简介
五、C51常用运算符
赋值运算符、算数运算符、关系运算符、 逻辑运算符、位运算符、条件运算符….
位运算符 位运算是按位对变量进行运算的，但并不改变参与 运算的变量的值。 C51 中位运算符只能对整数进行操作，不能对浮点 数进行操作。C51中的位运算符有： & 按位与 ︱ 按位或 ∧ 按位异或 ～ 按位取反 << 左移 >> 右移
//声明单个位
2. C51数据存储类型
存储类型 data 与存储空间的对应关系 直接寻址片内数据存储区，访问速度快（128字节) 可位寻址片内数据存储区，允许位与字节混合访问（16字 节) 间接寻址片内数据存储区，可访问片内全部RAM地址空 间（256字节) 分页寻址片外数据存储区（低256字节) 寻址片外数据存储区（64K字节) 寻址代码存储区（64K字节)
bit bdata flags；
float idata x，y，z；
unsigned int pdata dimension； unsigned char xdata vector[10][4][4]；
unsigned char code a[]={0x00,0x01}；
P78 例4-2、4-3(自行看书)
•sfr16 16位特殊功能寄存器
sfr16占用两个内存单元，值域为 0～65535。sfr16和sfr 一样用于操作特殊功能寄存 器，不同的是它用于操作占两 个字节的寄存器，如定时器T2。 sfr16 T2=0xCC； //定义8052定时器2，低8位地址为
// T2L=CCH，高8位T2H=CDH
指针
当定义一个指针变量时，若未指定它所指向的 对象的存储类型，则该指针变量被认为是一般 指针； 指定了它所指对象的存储类型，则该指针被认 为是基于存储器的指针。
第4章单片机原理及应用(C51编程)
4.3 C51的函数
4.3.1
返回值类型 { 函数体 }
C51函数的定义
函数名（形式参数列表）[编译模式][reentrant][interrupt n][using n]
一般形式:
编译模式为SMALL、COPACT或LARGE reentrant用于定义可重入函数 interrupt n 用于定义中断函数,n为中断号,可以为0~31 using n 确定工作寄存器组，取值为0~3
从而使DBYTE用于以字节形式对data区访问，可以写成：
与此类似： CBYTE用于以字节形式对code区进行访问； PBYTE用于以字节形式对pdata区进行访问； XBYTE用于以字节形式对xdata区进行访问。
CWORD、DWORD、PWORD和XWORD用于以字形式对 code区、data区、pdata区和xdata区进行访问。
4.2.4
C51程序编写示例
C51源程序
C51编译器
浮动目标码模块 系统库 连接器
列表文件 用户库
绝对定位目标码文件
映像文件
软件模拟器
转换器
硬件仿真器
OMF51格式文件 写入程序存储器 编程器
【例4-1】将30H至3FH共16个RAM单元初始化为“55H”。 #include <reg52.h> #include <absacc.h> void main(void) { unsigned char i; for (i=0;i<=15;i++) { DBYTE[0x30+i]=0x55; } while(1); } 编译系统自动连接了 startup.a51生成代码 一是将内部RAM的 00H～7FH清0； 二是设置堆栈指针SP。 有全局变量赋值时 编译系统会自动连接 init.a51生成代码
51单片机原理介绍
51单片机原理介绍单片机是一种控制芯片，一个微型的计算机，而加上晶振，存储器，地址锁存器，逻辑门，七段译码器（显示器），按钮（类似键盘），扩展芯片，接口等那是单片机系统，以下是8051系列单片机原理和内部结构基础介绍外部引脚功能存储空间配置和功能片内RAM结构和功能特殊功能寄存器的用途和功能程序计数器PC的作用和基本工作方式I/O端口结构、工作原理及功能 时钟和时序 复位电路、复位条件和复位后状态 低功耗工作方式的作用和进入退出的方法§2-1 单片机原理简介和引脚功能一、内部结构二、引脚功能40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O 引脚。
⒈ 电源: ⑴ VCC - 芯片电源，接+5V；⑵ VSS - 接地端；⒉ 时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。
⒊ 控制线:控制线共有4根，⑴ ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲① ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址② PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。
⑵ PSEN:外ROM读选通信号。
⑶ RST/VPD:复位/备用电源。
① RST（Reset）功能：复位信号输入端。
② VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。
⑷ EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
① EA功能：内外ROM选择端。
② Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。
⒋ I/O线80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。
P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。
C51单片机的基本结构及工作原理
• 堆栈是开辟在存储器中的具有“先 进后出”特点的一段缓冲区。 80C51 的 堆栈开辟在内部 RAM 的 08H~7FH 的区 域，考虑工作寄存器区和位寻址区，一 般设在 30H~7FH 范围内。复位后 SP 的 初始值为 07H 。 内部 RAM 低 128B 中，除了作为工 作寄存器、位寻址和堆栈区以外的单元 都可以作为数据缓冲器使用。
I/O口小结（应用功能）
• P0：系统扩展；一般I/O口（输出时，需 接上拉电阻。）
• P1：专供用户使用的I/O口 • P2：系统扩展；通用I/O口 • P3：功能口，每位独立定义；通用I/O口。
整理课件
I/O口小结（负载能力）
• P0驱动8个LSTTL负载 • P1~P3驱动3~4个LSTTL负载
整理课件
I/O口小结（读入方式）
• 每个I/O口均有两种读入方式（用命令区分） – 读锁存器 – 读引脚
• ANL A，#0FH • MOV A，P1 • 注意：读引脚时，需先向锁存器写“1”。
系统复位时，所有口锁存器均置“1”。
整理课件
说明
• 双向口：可使引脚悬浮作高阻输入 • 准双向口：其引脚具有内部拉高电阻，
整理课件
（ 2 ）位寻址区
• 80C51 位寻址区包括两个部分。 ① 内部 RAM 的 20H ～ 2FH ，共有 16 个 RAM 单元，计 128 位，每一位都赋予一个位 地址，位地址范围 00H ～ 7FH 。 ② 特殊功能寄存器中地址能被 8 整除的单元， 位地址范围 80H ～ FFH ，共 128 位（实际使 用 93 位） 。 80C51 单片机具有布尔处理功能，布尔处理机 的存储空间就是指位寻址区。
待机方式（PCON的IDL=‘1’等中断） 掉电方式（PCON的PD=‘1’保护内RAM）
51单片机结构原理
51单片机结构原理51单片机是一种典型的微控制器，具有由英特尔公司(Intel)设计和生产的基于哈佛结构的原理。
51单片机的基本结构包括中央处理器部分(CPU)、存储器部分、输入/输出(I/O)部分以及定时/计数器(Timer/Counter)等功能模块。
在中央处理器部分，51单片机采用了8位位宽的数据总线和16位位宽的地址总线。
它具有一组通用寄存器，可以用于存储中间数据和运算结果。
另外，还有一个累加器，用于存储加法操作的结果。
CPU还包括一套指令系统，用于控制程序的执行。
存储器部分包括程序存储器ROM(Read-Only Memory)和数据存储器RAM(Random Access Memory)。
ROM用于存储程序代码，RAM用于存储数据和程序的临时变量。
51单片机使用Harvard结构，将程序存储器和数据存储器分开，可以同时访问两个存储器，提高了执行效率。
输入/输出(I/O)部分包括多个通用I/O端口，可以用于连接外部设备。
这些I/O端口可以通过外部扩展器进行扩展，以满足不同应用的需求。
此外，51单片机还提供了串行通信接口、定时器/计数器等特殊功能引脚。
定时/计数器模块是51单片机的重要功能之一。
它可以生成精确的定时信号，并可以用来计数外部事件的频率。
定时/计数器模块可以通过寄存器配置，实现不同的定时和计数功能。
总之，51单片机结构的核心是中央处理器部分、存储器部分、输入/输出部分和定时/计数器模块。
通过这些功能模块的协同工作，51单片机可以实现各种应用需求，如控制、计算、通信等。
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第二节80C51的结构
一、引脚功能
• 逻辑符号图 • 片外三总线
– AB：P0口经地址锁存后提供低8位地址，P2 口直接提供高8位地址
– DB：P0口提供8位数据 – CB：EA，ALE，PSEN ，RD，WR，RST等
第二章 单片机的基本结构与工作原理
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主要掌握
• 基本组成（内部资源） • 存储器的配置 • 时序及电路 • 工作方式 • I/O口的应用功能(第四章)
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第一节 80C51系列单片机的结构
（以80C51为代表）讲解： 基本组成 内部结构 特殊功能寄存器
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3
基本组成框图
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第二节80C51的引脚功能
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时序电路及时序
• 时钟电路 – 内部方式 – 外部方式
• 时序：注意ALE的地址锁存 – T机器=12T时钟（6个状态12拍） – 取指令 – 执行指令
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第三节 80C51存储器配置
• 计算机结构分类
• （ 1 ）哈佛（ Harvard ）型结构：哈佛 （ Harvard ）型结构是将程序存储器与数据 存储器分开。一般单片机采用这种结构。
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80C51的内部结构
二 、80C51的内部结构（见图P13） • 算术逻辑部件ALU • 定时控制部件 • 寄存器组
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80C51CPU的结构和特点
• PC：程序地址寄存器，16位，执行指令 后自动加一，常将PC值设置成程序第一 条指令的内存地址。访问范围： 0000H~0FFFFH
• ACC：累加器，8位，特殊用途的寄存器， 专门存放操作数或运算结果。
作寄存器、位寻址和堆栈区以外的单元
都可以作为数据缓冲器使用。
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2 ．片内高 128 字节数据存储器 RAM
• 片内高 128 字节 RAM 中离散分布着21 （26）个特殊功能寄存器 SFR 。 如累加器 A 、寄存器 B 、程序状态字寄存 器 PSW 等。 SFR 的地址能被8整除时，可以位寻址 （11个）。
• B ：8位，专门为乘除法而设置的寄存器
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常用寄存器（PSW、SP、DPTR）
• PSW：程序状态字，8位，存放指令执行后 的有关状态。（见P17）
• SP：堆栈指针，8位，专门存放堆栈的栈顶 位置。遵循“先进后出”的原则。 注意：禁 止用传送指令存放数据。
• DPTR：数据地址指针，16位，存放程序存 储器的地址和外部数据存储器的地址。
• （ 2 ）冯·诺依曼型结构：冯·诺依曼型结构 是对程序存储器和数据存储器不作逻辑上的 区分，共用一个存储器。
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第三节 80C51存储器配置
• 存储空间：物理空间(4) 、逻辑空间(3)
• 片内/片外程序存储器64K （0000~0FFFFH）P22
• 128B的片内数据存储器（00~7FH）
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（ 3 ）堆栈和数据缓冲区
• 堆栈是开辟在存储器中的具有“先
进后出”特点的一段缓冲区。 80C51 的
堆栈开辟在内部 RAM 的 08H~7FH 的区
域，考虑工作寄存器区和位寻址区，一
般设在 30H~7FH 范围内。复位后 SP 的
初始值为 07H 。
内部 RAM 低 128B 中，除了作为工
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寄存器区的使用
• 内部RAM的00~1FH分为4个区，每个区 有8个单元，分别用R0~R7来表示。
RS1~RS2=00时： R0~R7=00H~07H的地址 RS1~RS2=01时： R0~R7=08H~0FH的地址 RS1~RS2=10时： R0~R7=10H~17H的地址 RS1~RS2=11时： R0~R7=18H~1FH的地址
可 分DPH和DPL两个独立8位寄存器使用。
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程序执行前，PSW中的F0=1，RS0RS1=00 问执行下列指令后PSW中的各位的状态？
• MOV A，#0FH ADD A，#0F8H 00001111
（+） 11111000 —————— 100000111
• CY=1，AC=1，P=1
• OV=CP异或CS=1异 或1=0
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（ 2 ）位寻址区
• 80C51 位寻址区包括两个部分。 ① 内部 RAM 的 20H ～ 2FH ，共有 16 个 RAM 单元，计 128 位，每一位都赋予一个位 地址，位地址范围 00H ～ 7FH 。 ② 特殊功能寄存器中地址能被 8 整除的单元， 位地址范围 80H ～ FFH ，共 128 位（实际使 用 93 位） 。 80C51 单片机具有布尔处理功能，布尔处理机 的存储空间就是指位寻址区。
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单片机的工作方式
• 复位工作方式 • 正常工作方式 • 编程工作方式:89C51Flash • 低功耗工作方式:
待机方式（PCON的IDL=‘1’等中断） 掉电方式（PCON的PD=‘1’保护内RAM）
• 复位工作方式 • 正常工作方式 • 编程工作方式:89C51Flash • 低功耗工作方式:
待机方式（PCON的IDL=‘1’等中断） 掉电方式（PCON的PD=‘1’保护内RAM）
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复位电路
• RST引脚保持两个机器周期以上的高电平 • 复位电路
– 上电复位电路 – 外部复位电路 – 外部上电复位电路 – 抗干扰复位电路
• 128B特殊功能寄存器SFR（80~0FFH离散 分布）
• 位寻址区（20H~2FH）
• 片外数据存储器64K（0000~0FFFFH）
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（ 1 ）工作寄存器区
• 工作寄存器区的编址从 00H ～ 1FH ，共 分为四组寄存器。每个组都是 8 个单元， 各组都以 R0~R7 作为寄存器单元编号。 使用时， CPU 只能使用其中一组工作寄 存器，由程序状态字 PSW 中的 RS1 ~ RS0 两位的状态组合来进行选择。
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3、片外数据存储器 RAM
• 在某些应用时，需要存储大量数据， 可扩展片外数据存储器（片外 RAM ）。
•
80C51 单片机可扩展 64KB 的片外数
据存储器。其扩展的外部数据存储器与扩
展的外部I/O 口统一编址，都在同一个地
址空间内，采用相同的寻址方式，使用相
同的指令 MOVX 。
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第四节单片机的工作方式