汽车单片机与车载网络技术第2章 mcs51单片机介绍
项目 一 汽车单片机原理应用(任务五 MCS-51单片机系统扩展)
（3） MCS-51单片机系统地址空间的分配 系统空间分配：通过适当的地址线产生各外部扩展器件的片 选/使能等信号就是系统空间分配。
编址：编址就是利用系统提供的地址总线，通过适当的连接， 实现一个编址惟一地对应系统中的一个外围芯片的过程。编 址就是研究系统地址空间的分配问题。
片内寻址：若某芯片内部还有多个可寻址单元，则称为片内 寻址。
2）全地址译码法
利用译码器对系统地址总线中未被外扩芯片用到的高位 地址线进行译码，以译码器的输出作为外围芯片的片选信 号。常用的译码器有：74LS139，74LS138，74LS154等。 优点是存储器的每个存储单元只有惟一的一个系统空间地 址，不存在地址重叠现象；对存储空间的使用是连续的， 能有效地利用系统的存储空间。缺点是所需地址译码电路 较多，。全地址译码法是单片机应用系统设计中经常采用 的方法。
1。程序和数据之和不大于 存储器总容量。 2。程序必须存放在低地址，
数据存放在高地址。
三、并行I/O口扩展 MCS-51单片机具有四个并行8位I/O口原理均可用做双向并行 I/O接口，但在实际应用中，可提供给用户使用的I/O口只有P1 口和部分P3口线及作为数据总线用的P0口。在单片机的I/O口 线不够用的情况下，可以借助外部器件对I/O口进行扩展 （1）概述 1）单片机I/O口扩展方法 并行I/O口扩展的目的：为外围设备提供一个输入输出通道。 ①并行总线扩展的方法 ②串行口扩展方法（只介绍总线扩展方式下I/O接口扩展方法） ③I/O端口模拟串行方法
二、存储器的扩展 存储器是计算机系统中的记忆装置，用来存放要运行的程 序和程序运行所需要的数据。单片机系统扩展的存储器可分为 程序存储器和数据存储器两种类型。
（1）MCS-51单片机对外部存储器的扩展应考虑的问题
第1节MCS51单片机介绍
第1节MCS51单片机介绍MCS51单片机是一种非常常见且广泛应用于嵌入式系统中的微控制器，它也是全球最流行的8位单片机之一。
本文将对MCS51单片机进行介绍，包括其起源、特点、应用领域以及未来的发展趋势等。
一、起源MCS51单片机最初由英特尔公司于1980年推出，其核心是Intel 8051微控制器。
当时，随着计算机技术的不断发展，市场对于小型化、低成本、低功耗的嵌入式系统需求日益增加。
MCS51单片机的出现填补了市场空白，迅速成为业界的热点。
二、特点1. 8位结构：MCS51单片机采用8位结构，这意味着处理器的每条指令都可以操作8位的数据。
这种结构在相对低成本和功耗的同时，提供了足够的计算和存储能力，适用于大多数嵌入式应用场景。
2. 可编程性：MCS51单片机具备高度的可编程性，开发者可以使用汇编语言或高级语言（如C语言）来编写程序，实现对系统的控制和管理。
这种可编程性使得MCS51单片机极其灵活和适应性强，适用于各种应用领域。
3. 存储能力：MCS51单片机具备内部存储器和外部存储器扩展能力。
内部存储器包括ROM和RAM，用于存放程序和数据。
而外部存储器可以通过扩展接口来连接更大容量的存储器，满足更高要求的应用场景。
4. 周边接口：MCS51单片机提供了大量的周边接口，包括通用输入输出引脚、串行口、定时器/计数器、中断控制器等。
这些接口可以为外围设备的连接提供便利，实现对其他硬件的控制和通信。
三、应用领域MCS51单片机广泛应用于各个领域的嵌入式系统中，包括但不限于以下几个方面：1. 家电控制：MCS51单片机的低功耗、可编程性和丰富的接口特点使得它非常适用于家电控制领域。
例如，电视、空调、洗衣机等家电产品中都可以采用MCS51单片机来实现智能控制和用户交互。
2. 工业自动化：在工业自动化领域，MCS51单片机可用于实现各种控制任务，如数据采集、温度控制、机器人控制等。
其稳定性和可靠性使得它成为工业环境中的理想选择。
MCS51单片机原理及嵌入式系统应用课程设计 (2)
MCS51单片机原理及嵌入式系统应用课程设计一、课程设计背景嵌入式系统是一个以计算机技术为基础，集成了计算机硬件和软件系统的设备。
随着信息技术的飞速发展，嵌入式系统已经成为各种各样产品的重要组成部分，如家电、汽车、医疗器械等。
因此，对嵌入式系统的研究和开发也变得越来越重要。
MCS51是一种被广泛应用于嵌入式系统设计的单片机。
MCS51拥有稳定的性能和丰富的硬件资源，同时使用起来也非常方便。
在本课程设计中，我们将探究MCS51单片机的原理以及其在嵌入式系统中的应用，旨在帮助学生更好地理解嵌入式系统，提高其技能水平，为未来就业做好准备。
二、课程设计内容2.1 MCS51单片机原理MCS51单片机由CPU、存储器、输入输出接口及其它外设组成。
本部分内容主要包括以下几个方面：•MCS51的CPU结构和工作原理•存储器及存储器扩展方式•输入输出接口及其应用•定时器和中断控制器的原理2.2 嵌入式系统应用MCS51单片机在嵌入式系统中的应用非常广泛，包括控制电路、仪器设备、工业控制等领域。
本部分内容将侧重于MCS51单片机在嵌入式系统中的具体应用，主要包括以下几个方面：•定时器的应用•中断的应用•A/D转换的应用•串口通信的应用•基于MCS51的嵌入式系统设计案例2.3 课程设计实践课程设计实践环节是本设计的重点部分。
学生将按照以下流程完成实践：•组建小组，编写嵌入式系统设计方案•搭建硬件平台，包括MCS51单片机和相关外设•编写程序，完成设计方案的实现•测试程序，调试错误并进行优化三、课程设计评估本课程设计采用绩效考核制度。
学生将分小组完成课程设计，小组成员之间责任明确，根据完成情况和实现效果，将对小组进行绩效评估。
评估方案主要从以下方面考虑：•设计方案的合理性•实现方案的正确性及完整性•程序的优化程度及代码质量四、总结本课程设计旨在通过MCS51单片机的原理和应用让学生更好地理解嵌入式系统的设计和开发过程。
课题一 汽车车载网络技术基础
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任务二
掌握MCS-51单片机的结构和 原理
(二)MCS-51单片机的中央处理器 1.运算器 运算器主要用来对操作数进行算术、逻辑运算和位操作。运 算器主要包括算术/逻辑运算单元(ALU) ,累加器A、程序状态字寄 存器(PST)以及BCD码修正电路等 (1)算术/逻辑运算单元 ALU的功能十分强大，它不仅可对8位变量进行逻辑“与”、 “或”、“异或”、循环、求补和清0等基本操作，还可以进行加、 减、乘、除等基本算术运算。MCS-51单片机的ALU还具有位处理 操作功能，它可对位(bit)变量进行位处理，如置位、清0、求补、 测试转移及逻辑“与”、“或”等操作
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任务二
掌握ＭＣＳ-５１单片机的结 构和原理
１第一阶段（１９７１—１９７４年） 这是单片机发展的起步阶段。１９７１年１１月，美国Ｉｎ ｔｅｌ公司推出了４００４微处理器，这是最早出现的微处理器。 ２第二阶段（１９７４—１９７８年） 这是初级单片机阶段，此阶段以Ｉｎｔｅｌ公司的ＭＣＳ ４８为代表，该系列单片机无串行口，其寻址范围不大于４Ｋ。 这个阶段生产的单片机已经能够在单块芯片内集成有８位中央处 理器、随机存取存储器、只读存储器、并行输入／输出接口、８ 位定时器／计数器等功能部件，但性能低、品种少，应用范围也 不广。
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任务二
掌握ＭＣＳ-５１单片机的结 构和原理
４第四阶段（１９８３年以后） 此阶段为８位单片机和１６位单片机并行发展的时代。最早 的１６位微处理器出现在１９７４年，现在１６位微处理芯片已 经进入超大规模集成电路行列，如Ｉｎｔｅｌ８０２８６就包含 了１３００个器件。此阶段一方面发展１６位单片机及专用单片 机，另一方面不断完善高档８位单片机以满足不同的用户需要。 １６位单片机的特点是工艺先进、集成度高和内部功能强、运算 速度快，而且允许用户采用面向工业控制的专用语言，如ＰＬ／ Ｍ、ＰＬＵＳＣ和Ｆｏｒｔｈ语言等，具有代表性的产品有ＭＣ Ｓ９６系列、ＴＩ公司的ＴＭ９９００、ＮＥＣ公司的７８３ 系列和ＮＳ公司的ＨＰＣ１６０４０等。
51单片机介绍
51系列单片机指令快速记忆法2007年10月25日工控吧-;随着微电子技术和超大规模集成电路技术的发展，单片微型计算机以其体积小、性价比高、功能强、可靠性高等独有的特点，在各个领域（如工业控制、家电产品、汽车电子、通信、智能仪器仪表）得到了广泛的应用。
学习、使用单片机的人越来越多，而生产单片机的厂家很多，单片机种类繁杂，不知如何选择。
据统计，八位单片机占全球单片机销量的65％。
在八位单片机中，Intel公司的8051单片机内核已成为8位单片机事实上的标准。
因此，对初学者而言，选择8051单片机来学习不失为明智的选择。
学习单片机，除了搞清单片机内部功能、存储空间分配及I/O接口外，还应掌握其指令系统。
MCS－51共有111条指令，现介绍我们总结出的快速记忆MCS－51指令的方法，供大家参考。
大家都知道，汇编语言指令由操作码、操作数两部分组成。
MCS－51使用汇编语言指令，它共有44个操作码助记符，33种功能，其操作数有＃data、direct、Rn、@Ri等。
这里先介绍指令助记符及其相关符号的记忆方法。
一、助记符号的记忆方法1 表格列举法把44个指令助记符按功能分为五类，每类列表记忆。
此处从略，请读者自己总结。
2 英文还原法单片机的操作码助记符是该指令功能的英文缩写，将缩写还原成英语原文，再对照汉语有助于理解其助记符含义，从而加强记忆。
例如：增量INC－Incremect 减量DNC－Decrement 短转移SJMP－Short jump 长转移LJMP －Long jump 比较转移CJNE－Compare jump not equality 绝对转移AJMP－Absolute jump 空操作NOP－No operation 交换XCH－Exchange 加法ADD－Addition 乘法MUL－Multiplication 除法DIV－Division 左环移RL－Rotate left 进位左环移RLC－Rotate left carry 右环移RR－Rotate right 进位右环移RRC－Rotate right carry3 功能模块记忆法单片机的44个指令助记符，按所属指令功能可分为五大类，每类又可以按功能相似原则为2～3组。
第一章 汽车单片机原理
4.并行I/O口
8051共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入/ 输出。 P0口：P0.0 ～ P0.7 (39～32脚)，8位双向I/O口线。此口在CPU的控制 下，可以选为双向数据总线口，可以输出或输入数据；也可选为地址总 线的低8位输出线口。 P1口：P1.0 ～ P1.7 (1～8脚)，8位双向I/O口线。仅有双向数据总线 口功能。 P2口：P2.0 ～ P2.7 (28～21脚)，8位双向I/O口线。此口在CPU的控制 下，可以选为双向数据总线口；也可选为地址总线的高8位输出线口。 P3口：P3.0 ～ P3.7 (10～17脚)，8位双向I/O口线。双向数据总线口 和第二功能口。第二功能口见表1-1。
控制器是计算机的指挥控制部件，它 控制计算机各部分自动、协调地工作。 其包括：指令寄存器（IR）、指令 译码器（ID）、数据指针寄存器（ DPTR）、程序指针寄存器（PC）、堆 栈指针（SP）；
1.取指令，并指出下一指令位置，传递到控制 总线上，与ALU协调工作。 2.译指令 3.指挥并控制数据流向
存储器和地址空间
表1-2 特殊功能寄存器(SFR)的名称、符号和地址 特殊功能寄存器名称 累加器 B寄存器 程序状态字 堆栈指针 数据寄存器指针（低8位） 数据寄存器指针（高8位） P0口锁存器 SFR符号 ACC B PSW SP DPL DPH P0 地址 E0H F0H D0H 81H 82H 83H 80H
计算机控制技术
（1）计算机控制技术（概念、控制过程） （2）计算机控制（分类、特点）
开环控制
闭环控制
快 速 性
稳定性
微机控制三步骤：
数据采集 实时决策 实时控制
第二节 微型计算机基础
第1节MCS51单片机介绍
第1章MCS51单片机介绍1.1 数字集成电路的发展历程从20世纪60年代开始，数字集成电路在集成度方面的发展经历了以下4个阶段：包含几十到几百个逻辑门的小规模集成电路（Small Scale Integration，SSI）；包含几百到几千个逻辑门的中规模集成电路（Medium Scale Integration，MSI）；包含几千到几万个逻辑门的大规模集成电路（Large Scale Integration，LSI）；包含几万个以上逻辑门的超大规模集成电路（Very Large Scale Integration，VLSI）。
在工作原理方面，数字集成电路可以划分为标准逻辑器件、微处理器和专用集成电路。
1.1.1 标准逻辑器件标准逻辑器件在集成度方面属于中小规模集成电路，它包括基于TTL工艺的54/74系列和基于CMOS工艺的4000系列的各种逻辑门、触发器、译码器、多路选择器、计数器等器件。
这些器件的工作原理和应用在《数字电路逻辑设计》课程中有详细的介绍。
作为传统数字系统设计中使用的主要器件，标准逻辑器件的产量很大，因此它们的生产成本低廉、价格便宜。
由于这些器件的功能确定，芯片设计时主要考虑如何提高器件的性能，因此标准逻辑器件的工作速度快，但是由于集成度较低，采用它们设计的数字系统需要较多的器件，这就使得电路连线复杂，系统的可靠性降低。
由于用户无法修改这类器件的功能，修改系统设计必须通过对电路重新设计和组装来实现。
1.1.2 微处理器微处理器，包括在本书中将要学习的单片机，在集成度方面属于大规模集成电路。
它们被应用于数字系统的设计起始于20世纪70年代。
这类器件可以通过编写程序来实现系统功能。
基于微处理器所设计电路的逻辑功能可由软件配置，这个特点使得设计灵活性得到提高，当修改系统设计时，设计者不需要，或者较少需要修改电路连线。
相对于由标准逻辑器件构成的数字系统，基于微处理器设计的系统工作速度较低；其次，微处理器的工作仍需要一些标准逻辑器件或者相关逻辑器件构成的外围电路的支持。
MCS-51单片机的基本组成 - 单片机
MCS-51单片机的基本组成 - 单片机MCS-51 单片机的基本组成单片机单片机，这个在现代电子技术领域中扮演着重要角色的小家伙，其中 MCS-51 单片机更是具有代表性。
要了解 MCS-51 单片机，咱们得先从它的基本组成说起。
MCS-51 单片机就像是一个小巧而精密的“大脑”，主要由以下几个关键部分构成。
首先是中央处理器（CPU），这可是单片机的核心。
它就像是整个系统的指挥官，负责控制和协调各个部分的工作。
通过执行指令，对数据进行运算和处理，让单片机能够有条不紊地完成各种任务。
接着是存储器。
这又分为程序存储器和数据存储器。
程序存储器用来存放单片机运行所需的程序代码，就好像是预先设定好的操作指南。
而数据存储器呢，则用于存储运行过程中的临时数据，比如计算的中间结果、输入输出的数据等等。
然后是输入/输出（I/O）端口。
这相当于单片机与外部世界沟通的“嘴巴”和“耳朵”。
通过这些端口，单片机可以接收外部的信号，比如各种传感器的数据，也可以向外部设备输出控制信号，驱动电机、显示屏等工作。
还有定时器/计数器。
它们能为单片机提供精确的定时和计数功能。
想象一下，需要在特定的时间间隔内执行某项操作，或者对外部事件进行计数，这时候定时器/计数器就派上用场啦。
中断系统也是重要的组成部分。
当有紧急或重要的事件发生时，比如外部设备请求数据传输，中断系统能让单片机暂停当前的工作，优先处理这些紧急事件，处理完后再回到原来的工作，大大提高了系统的响应能力和效率。
在 MCS-51 单片机中，还有一个特殊功能寄存器（SFR）区域。
这些寄存器用于控制和配置单片机的各种功能，比如设置 I/O 端口的工作模式、控制定时器/计数器的运行等。
下面咱们详细说一说这些组成部分。
中央处理器（CPU）由运算器和控制器组成。
运算器能够进行算术运算和逻辑运算，保证数据的处理和计算准确无误。
控制器则根据程序的指令，控制整个单片机的工作流程，决定什么时候读取数据、什么时候执行运算、什么时候进行数据存储等等。
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第2章 MCS-51单片机介绍
(4) 2个可编程的16位定时/计数器T0、T1，用于对外部 脉冲进行计数，也可用来实现定时操作。
(5) 4个8位的并行I/O口P0、P1、P2、P3，可用来实现 数据的并行输入与输出。
(6) 1个全双工异步串行接口，可用来实现单片机与其 他设备之间的串行数据通信。该串行口功能较强，既可作为 全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。
第2章 MCS-51单片机介绍
2.1.3 单片机在汽车电子控制系统中的应用 在现代的汽车中，电子设备比比皆是，均已涉及汽车的各
主要部件(见表1-1)。其控制装置中的单片机既有功能强大的16 位机或32位机，也有低性能的8位机。
例如，现代汽车发动机的功能越来越完善，其控制系统也 越来越复杂。控制系统需要不断地采集各个传感器的信息，并 按照预定的程序进行实时计算，所以对单片机的运算速度、数 据字长、与外部设备的接口等方面不断提出新的要求。目前， 发动机控制系统内单片机的总线频率已经提高到几十兆赫，机 型多为16位机或32位机。Motorola公司生产的 MC68HC912DG128A单片机就被德尔福等汽车电子企业选用在 自己的电控单元的产品中。
第2章 MCS-51单片机介绍
单片机具有功能强、体积小、成本低、功耗小、配置灵 活等特点。以单片机为核心构成的控制系统，成本低廉且能 够适应各种现场环境，具有实时、快速的外部响应，因而被 广泛应用在工业控制、智能化仪器仪表、通信、家电、汽车 等领域中。事实上，单片机是世界上数量最多的计算机。现 代人类生活中，几乎所用的每件电子和机械产品中都会集成 有单片机。手机、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标 等电脑配件中会有1～2部单片机；汽车上一般会配备40多部 单片机；复杂的工业控制系统上甚至可能会有数百台单片机 同时工作。
第2章 MCS-51单片机介绍
目前，世界上通用型单片机芯片的主要生产厂家有美国 Intel公司、Motorola公司、荷兰Philips公司、德国Siemens公 司、日本Toshiba公司、韩国的Samsung公司等。其中，Intel 公司的单片机最具有代表性，应用也最广。自1976年起， Intel公司相继开发了MCS-48、MCS-51、MCS-96三大系列 产品。此三大系列产品是我国目前的主流系列。在Intel公司 对MCS-51系列单片机实行技术开放政策之后，许多公司， 如Philips、Siemens、Atmel、华邦、LG等都以MCS-51中的 8051为基核推出了许多各具特色且具有优异性能的单片机。 以8051为基核推出的各种型号的兼容型单片机统称为51系列 单片机。Intel公司MCS-51系列单片机中的8051是最基础的 单片机型号。
第2章 MCS-51单片机介绍
2.1.2 单片机的产品分类 根据应用范围的不同，单片机可分为通用型单片机和专
用型单片机两种。 1. 通用型单片机 通用型单片机是由单片机厂家生产的、供广大用户选择
使用的、具有基本功能的芯片，其性能全面、适应性强、能 够满足多种控制的需要。但使用时用户必须进行二次开发设 计，即根据需要以通用单片机为核心配以其他外围电路、芯 片，从而构成控制系统，同时还需要编写控制程序。
2.1.1 单片机的含义 单片机(Single Chip Micro Computer)也称为微控制器
MCU(Micro Controller Unit)。它是采用超大规模集成电路技 术把中央处理器(CPU)、一定容量的存储器(RAM/ROM等)、 多种输入/输出(I/O)接口和中断系统、定பைடு நூலகம்计数器等功能电 路(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、A/D转换器 等电路)集成到一块硅片上而构成的一个小而完善的计算机 处理系统。简单地说，一个单片机就相当于一个微型的计算 机。与计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。
另外，随着汽车上电子控制单元的增多，为节省导线、 易于布线以及在各控制单元之间快速地传输信息，网络技术 便成为了有效的手段。
第2章 MCS-51单片机介绍
2.2 MCS-51单片机的基本结构
2.2.1 MCS-51单片机的性能介绍 MCS-51单片机的基本结构如图2-1所示。其内部具有以下 硬件资源： (1) 8位的中央处理器(CPU)。CPU是单片机的核心，由运 算器和控制器组成。MCS-51单片机的CPU能同时处理8位二进 制数或代码，故称为8位机。 (2) 256个字节的内部RAM(包括21个SFR)。RAM主要用 于存储可读写的数据，因此又称为数据存储器。 (3) 内部ROM。由于ROM通常用于存放程序、原始数据、 表格等，所以又称为程序存储器。8051的内部有4 K字节的掩 膜ROM和4 K字节的EPROM，而8031无片内ROM。
第2章 MCS-51单片机介绍
2. 专用型单片机 专用型单片机是专门针对某一类产品甚至是某一个产品 而设计制造的单片机。此类型的单片机即不需要进行二次设 计，也不用进行功能开发，一般由厂家与芯片制造商合作生 产设计。例如全自动洗衣机、来电显示电话上的单片机都是 专用型单片机。专用型单片机通用性差，但由于是专门针对 某一控制系统设计的，因此其结构紧凑、资源优化、成本低， 在其应用领域具有明显的综合优势。
第2章 MCS-51单片机介绍
第2章 MCS-51单片机介绍
2.1 单片机概述 2.2 MCS-51单片机的基本结构 2.3 MCS-51单片机的指令 2.4 MCS-51单片机的并行接口 2.5 中断 2.6 定时/计数器 2.7 串行接口 2.8 模拟通道接口
第2章 MCS-51单片机介绍
2.1 单 片 机 概 述
第2章 MCS-51单片机介绍
再如，车身电子系统大量采用电子技术，其目标是提高 驾驶舒适程度并为驾驶员提供车况信息。如空调系统、座椅 调节系统、电动车窗、电动后视镜等，这些应用系统通常以 较低的速率进行数据传输，但要求有大电流驱动模块来驱动 电动机和执行机构。由于控制对象的数目众多，必须考虑成 本，因而廉价的8位控制器就成了首选。