51单片机介绍原理及应用

在执行转移、调用、返回等指令时能自动改变PC内容，以改 变程序的执行顺序。
复位时，PC自动装入0000H，使程序从0000H单元开始执行。
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DPTR（数据指针）
16位特殊功能寄存器，也可作为两个8位寄存器，高8位用 DPH表示，低8位用DPL表示。
它是MCS-51中唯一一个供用户使用的16位寄存器。 功能： ✓ 在访问外部RAM时作地址指针使用。 ✓ 在变址寻址方式中，用作基址寄存器，用于对ROM的访问。
累加器A是一个8位寄存器，它是CPU中使用最频繁的寄存器 。累加器A的功能有：
① 用于存放操作数，是ALU数据的一个来源。单片机中大部分 单操作数指令的操作数都取自累加器A，许多双操作数指令中 的一个操作数也取自累加器A。
② 累加器A是ALU运算结果的暂存单元，用于存放运算的中间结 果。
③ 累加器A是数据传送的中转站，单片机中的大部分数据传送都 通过累加器进行。
清0； 在减法运算中存放借位标志，有借位时CY置1，无借位时CY
清0； 在位操作中作累加位使用，在位传送和位运算中都要用到CY； 在带进位的移位操作中用于构成循环移位通路。 【注意】对于加/减运算，无论参与运算的数是带符号数还是无
符号数，都按无符号数的原则来设置进/借位标志位CY。
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☺ AC （PSW.6）—— 半进位标志位
断电，降到一定电压值时，可通过VPD为单片机内部RAM提供电 源，以保护片内RAM中的信息不丢失，上电后能继续正常运行。 ALE / PROG （30引脚） ： ALE为地址锁存允许信号 ➢ 在系统扩展时，ALE用于控制把P0口输出的低8位地址送入锁存器 锁存起来，以实现低8位地址和数据的分时传送。
无）
④ 18个（52子系列为21个）特殊功能寄存器SFR。 ⑤ 4个8位并行I/O接口：P0口、 P1口、 P2口、 P3口 ⑥ 1个串行I/O接口 ⑦ 2个（52子系列为3个）16位定时器/计数器 ⑧ 1个具有5个（52子系列为6个或7个）中断源，可编程为2个优
先级的中断系统。它可以接收外部中断申请、定时器/计数器 中断申请和串行口中断申请。
包括RAM（128×8位）和RAM地址寄存器等。 80C51芯片中共有256个RAM单元，但其中后128单元被特殊 功能寄存器占用，供用户使用的只有前128单元，用于存放可 读写的数据。故“内部RAM”指前128单元。
3. 内部程序存储器（内部ROM）
包括ROM（4K×8位）和程序地址寄存器等。 80C51共有4KB掩膜ROM，用于存放程序和原始数据。
RS1和RS0 （PSW.4 和 PSW.3 ）—— 工作寄存器组选择位
OV （PSW.2） —— 溢出标志位。 由硬件置位或清零。
PSW.1 —— 未定义位
P （PSW.0） —— 奇偶标志位（A中1的个数：偶0 ，奇1 ）
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☺ CY（PSW.7）—— 进位标志位
CY是PSW中最为常用的标志位，共有4项功能： 在加法运算中存放进位标志，有进位时CY置1，无进位时CY
④ 在变址寻址方式中把累加器A作为变址寄存器使用。
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B寄存器
B寄存器是一个8位寄存器，主要用于乘除运算。 乘法运算时，A中为被乘数，B中为乘数；乘法操作完成后，乘
积的高8位存于B中，低8位存于A中。 除法运算时，A中为被除数，B中为除数；除法操作完成后，余
数存于B中，商存于A中。 其他情况下，B寄存器也可以作为一般的数据寄存器使用，地
P2.0～P2.7（21脚～28脚）：8位带上拉电阻的准双向I/O口
当使用片外ROM和RAM时，输出高8位地址。
P3.0～P3.7（10脚～17脚）：8位带上拉电阻的准双向I/O口
P3口具有第二功能
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P3口的第二功能
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3. 控制信号引脚
RST/VPD（9引脚）：RST为复位信号输入端。 ➢ 当RST端保持2个机器周期以上高电平时，单片机完成复位操作。 ➢ 第二功能VPD为内部RAM的备用电源输入端。当主电源VCC发生
这两个选择位的状态由软件设置，被选中的工作寄存器组即 为当前工作寄存器组。
☺ P （PSW.0）—— 奇偶标志位
① 表明累加器A中1的个数的奇偶性：若1的个数为偶数，则P=0； 若1的个数为奇数，则P=1 。
② 在每个指令周期由硬件根据A的内容对P位进行置位或复位。
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☺ OV （PSW.2）—— 溢出标志位
➢ 访问外部RAM或内部ROM时，不会产生有效的PSEN信号。
➢ PSEN可驱动8个LSTTL门。 EA/VPP（31引脚）：EA为访问程序存储器（ROM）控制信号 ➢ 对8051和8751，它们的片内有4KB的ROM，当EA为高电平时，
若访问的地址空间在0~4KB范围内，CPU访问片内ROM；若访 问的地址范围超过4KB时，CPU将自动访问外部ROM。 ➢ EA保持低电平，则访问外部ROM。 ➢ 对于8031， EA必须接地，只能访问外部ROM。 ➢ 第二功能为对8751的+25V编程电源输入。
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MCS-51单片机芯片内部结构框图
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1. 中央处理器CPU（8位）
单片机内部的核心部件，完成运算和控制操作。包括运算 器、控制器以及若干寄存器等部件组成。
运算器
以算术逻辑单元ALU为核心，加上累加器ACC、寄存器B、暂存 器TMP1和TMP2、 程序状态寄存器PSW、十进制调整电路及专 门用于位操作的布尔处理机组成的。 功能：实现数据的算术逻辑运算，位变量处理和数据传送操作。
信号的输入端。
XTAL2 （18脚） 用作晶体振荡电路的反相器输出端，内部 接至时钟发生器。当采用外部时钟时, 对于HMOS单片机，该 引脚接收振荡器信号；对于CHMOS单片机，该引脚悬浮。
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2. 输入/输出（I/O）引脚
在单片机中，“口”是一个集 数据输入缓冲、输出驱动及锁 存等多项功能于一体的I/O电路。
址为F0H。
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PSW（程序状态字）
PSW是一个8位的标志寄存器，它保存指令执行结果的特征信 息，以供程序查询和判别。 PSW格式及含义如下:
CY （PSW.7）—— 进位标志位
AC （PSW.6）—— 辅助进位（或称半进位）标志
F0 （PSW.5）—— 由用户定义的标志位。复位时该位为“0”
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PC（程序计数器）
PC是专门用来控制指令执行顺序的寄存器，其内容为将要执 行的下一条指令的地址，即下一条将要从ROM中取出的指令 地址。
PC是一个16位的寄存器，它在物理上是独立的，不在内部 RAM之列，没有地址，是不可寻址的。 16位地址的寻址范围 为64KB（ROM ）。
用户不需要也无法对PC进行读/写，PC的内容是通过执行指 令改变的。在执行指令过程中，PC具有自动加 1 功能。
第 2 章 MCS-51单片机基本结构
2.1 引脚及功能 2.2 结构及组成 2.3 存储器结构 2.4 并行I/O口电路 2.5 时钟电路与时序 2.6 工作方式
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MCS-51系列单片机芯片引脚
(a) 管脚图
(b) 引脚功能分类
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80C51单片机芯片引脚
(a) 引脚排列
(b) 逻辑符号
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2.1 MCS-51系列单片机芯片引脚及其功能
① 在加／减运算中，当低 4 位向高 4 位有进／借位时，AC由硬 件置位，否则AC被清0。
② 在进行十进制数运算时需要十进制调整，此时要用到AC位的 状态进行判断。
☺ F0 （PSW.5）—— 用户标志位
由用户定义使用的标志位。用户可根据需要用软件方法置位 或复位。
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☺ RS1和RS0（PSW.4 和 PSW.3，则表示运算结果超出了累加器 A所能表示的符号数的有效范围（-128 ~ +127），运算结果是 错误的，即产生了溢出；否则， OV=0，则表示运算结果正确，
即未产生溢出。溢出的判断：OV=C6⊕C7
② 在乘法运算中，OV=1表示乘积超过255，即乘积分别在B（高 8位）与A（低8位）中；否则，OV=0表示乘积只在A中。
③ 在除法运算中，OV=1表示除数为0，除法不能进行；否则， OV=0表示除数不为0，除法可正常进行。
④ 【注意】对于加／减运算，无论参与运算的数是带符号数还
是无符号数，都按带符号数的原则来设置溢出标志位。
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布尔处理机
布尔处理（即位处理）是MCS-51单片机ALU所具有的一种功 能。
单片机指令系统中的布尔指令集（17条位操作指令）, 存储器 中的位地址空间（内部RAM中的128个位和特殊功能寄存器里 的位地址空间），以及借用程序状态标志寄存器PSW中的进位 标志CY作为位操作“累加器”，构成了单片机内的布尔处理机。
80C51是标准的40引脚双列直插封装（DIP）集成电路芯片
1. 主电源和时钟振荡电路引脚
VCC （40脚）
运行和程序校验时接+5V电源
VSS （20脚)
地线
XTAL1（19脚） 用作晶体振荡电路的反相器输入端，内部接
至振荡器的反相放大器。当采用外部时钟时, 对于HMOS单片
机，该引脚接地；对于CHMOS单片机，该引脚作为外部振荡
可对直接寻址的位(bit)变量进行位处理，如置位、清零、取反、 测试转移以及逻辑"与"、"或"等位操作，使用户在编程时可以 利用指令完成原来单凭复杂的硬件逻辑所完成的功能，并可方 便地设置标志等。
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控制器
控制器是单片机的神经中枢，识别指令并根据指令性质 控制单片机各部件，保证单片机各部分能自动而协调地 工 作 。 它 包 括 程 序 计 数 器 （ PC ） 、 数 据 指 针 寄 存 器 （DPTR）、指令寄存器（IR）、指令译码器、条件转移 逻辑电路以及定时和控制电路等部件。 功能：控制指令的读出、译码和执行。对指令的执行过 程定时控制，并根据执行结果决定是否分支转移。