第1章++MCS-51单片机结构_2013
单片机原理及应用作业答案
作业答案0-1绪论1．单片机是把组成微型计算机的各功能部件即（微处理器（CPU））、（存储器（ROM 和RAM））、（总线）、（定时器/计数器）、（输入/输出接口（I/O口））及（中断系统）等部件集成在一块芯片上的微型计算机。
2．什么叫单片机？其主要特点有哪些？解：将微处理器（CPU）、存储器（存放程序或数据的ROM和RAM）、总线、定时器/计数器、输入/输出接口（I/O口）、中断系统和其他多种功能器件集成在一块芯片上的微型计机，称为单片微型计算机，简称单片机。
单片机的特点：可靠性高、便于扩展、控制功能强、具有丰富的控制指令、低电压、低功耗、片内存储容量较小、集成度高、体积小、性价比高、应用广泛、易于产品化等。
第1章MCS-51单片机的结构与原理15. MCS-51系列单片机的引脚中有多少根I/O线？它们与单片机对外的地址总线和数据总线之间有什么关系？其地址总线和数据总线各有多少位？对外可寻址的地址空间有多大？解：MCS-51系列单片机有4个I/O端口，每个端口都是8位双向口，共占32根引脚。
每个端口都包括一个锁存器（即专用寄存器P0～P3）、一个输入驱动器和输入缓冲器。
通常把4个端口称为P0～P3。
在无片外扩展的存储器的系统中，这4个端口的每一位都可以作为双向通用I/O端口使用。
在具有片外扩展存储器的系统中，P2口作为高8位地址线，P0口分时作为低8位地址线和双向数据总线。
MCS-51系列单片机数据总线为8位，地址总线为18位，对外可寻址空间为64KB。
25. 开机复位后，CPU使用的是哪组工作寄存器（R0-R n）？它们的地址是什么？CPU如何确定和改变当前工作寄存器组（R0-R n）？解：开机复位后，CPU使用的是第０组工作寄存器。
它们的地址是00H－07H。
CPU通过对程序状态字PSW中RS1和RS0的设置来确定和改变当前工作寄存器组。
27. MCS-51单片机的时钟周期、机器周期、指令周期是如何定义的？当主频为12MHz的时候，一个机器周期是多长时间？执行一条最长的指令需要多长时间？解：时钟周期又称为振荡周期，由单片机内部振荡电路OSC产生，定义为OSC时钟频率的倒数。
MCS-51系列单片机的结构及原理
阻。P1口可驱动4个LSTTL门电路。
第2章 MCS-51系列单片机的结构及原理
图2-4 P1口的位结构图
第2章 MCS-51系列单片机的结构及原理
(2) P1口其他功能。
P1口在EPROM编程和验证程序时输入低8位地址；在 8032/8052系列中P1.0和P1.1是多功能的，P1.0可作定时器/计数 器2的外部计数触发输入端T2，P1.1可作定时器/计数器2的外部 控制输入端T2EX。 3) P2口——准双向口 P2口(P2.0～P2.7，21～28脚)的位结构如图2-5所示，引脚 上拉电阻同P1口。在结构上，P2口比P1口多一个输出控制部分。
第2章 MCS-51系列单片机的结构及原理
图2-3 P0口的位结构图来自第2章 MCS-51系列单片机的结构及原理
(1) P0口作地址/数据复用总线使用。
若从P0口输出地址或数据信息，此时控制端应为高电平， 转换开关MUX将反相器输出端与输出级场效应管V2接通，同 时与门开锁，内部总线上的地址或数据信号通过与门去驱动V1 管，又通过反相器去驱动V2管，这时内部总线上的地址或数据 信号就传送到P0口的引脚上。例如，若地址/数据为0时，该信 号一方面通过与门使V1截止，另一方面，在控制信号作用下， 该信号经反相器使V2导通，从而在引脚上输出0信号；反之， 若地址/数据为1时，将会使V1导通，V2截止，引脚输出1信号。 工作时低8位地址与数据线分时使用P0口。低8位地址由ALE信 号的负跳变使它锁存到外部地址锁存器中，而高8位地址由P2
第2章 MCS-51系列单片机的结构及原理
4个并行I/O端口作为通用I/O口使用时，共有写端口、读端
口和读引脚三种操作方式。写端口实际上就是输出数据，是将 累加器A或其他寄存器中的数据传送到端口锁存器中，然后经 输出锁存器自动从端口引脚线上输出。读端口不是真正地从外 部输入数据，而是将端口锁存器中的输出数据读到CPU的累加 器。读引脚才是真正的输入外部数据的操作，是从端口引脚线 上读入外部的输入数据。端口的上述三种操作实际上是通过指 令或程序来实现的，这些将在以后的章节中详细介绍。
mcs-51系列单片机基本结构与工作原理
▪
1）电源引脚VCC和VSS
▪
VCC：40脚，电源端，+5V
▪
VSS：20脚，接地端（GND）
▪
2）时钟电路引脚
▪
XTAL1：19脚，外接晶振输入引脚。
▪
XTAL2：18脚，外接晶振输出引脚。
▪
3）控制线引脚
▪
共4根，其中3根为双功能
▪
①RST/VPD ：9脚，复位/备用电源。
▪
RST---通过外接复位电路实现上电复位或按键复位。
直接寻址 寄存器寻址
(4)MOV 60H，@R1 直接寻址 寄存器间接寻址
表2-2 特殊功能寄存器SFR的名称及地址（一）
§ MCS-51的扩展应用
▪ 一、单片机Байду номын сангаас展的基本概念 ▪ 1、单片机最小系统：使单片机运行的最少器件构成的 ▪ 系统，就是最小系统。 ▪ 无ROM芯片：8031 必须扩展ROM，复位、晶振电路 ▪ 有ROM芯片：89C51等，不必扩展ROM，只要有复位、 ▪ 晶振电路 ▪ 2、扩展使用的三总线：
▪ 清零，用来选择8051的工作寄存器区。其选择方法见表2-1
▪ OV、（ PSW.2）溢出标志位。当带符号数运算（加法或减法）结果超 ▪ 出范围（-127-+127）时，有溢出，OV=1；否则OV=0。 ▪ --、（ PSW.1）用户定义标志位。 ▪ P、（ PSW.0）奇偶校验位。在每个指令周期由硬件按累加器A中“1”的 ▪ 个数为奇数或偶数而为“1”或“0”。因此，P可用指示操作结果（累加器
direct
8 位内部RAM单元的地址
＃data：
指令中的8 位常数。
＃data16
指令中的16位常数。
MCS51单片机的结构
MCS-51系列单片机配置一览表
系列
片内存储器（字节）
定时器 并行 串行 中
无
片内ROM
片内 计数器
有ROM 有EPROM RAM
I/O
I/O
断 源
Intel MCS-51 子系列
8031 8051
8751
128
80C31 80C51 87C51 字节
第二章 MCS-51单片机芯片的硬件结构
内容提要:
§2-1 MCS-51 单片机内部结构及引脚 §2-2 单片机存储器配置 §2-3 CPU 时序 §2-4 MCS-51 工作方式
MCS-51单片机
? 美国Intel公司于1980年推出的8位高档单片机系 列产品
? Atmel、Infoneon Technologies( 原Siemens AG) 、Maxim Integrated Products 、NXP(原Philips Semiconductor) 、Nuvoton(原Winbond) 、ST Microelectronics 、Silicon Laboratories( 原 Cygnal)、Texas Instruments 、Cypress Semiconductor 等
可寻址
64K 字节
片外
ROM
0000H
单片机的程序存储器特殊单元
系统启动单元 ：系统复位（ PC）＝0000H—— 占用地址区 0000H-0003H 中断矢量： MCS-51 单片机的 5 个中断源分别对 应有各自的 中断服务程序入口地址 ——中断矢量
中断源 外部中断0( INT0) 定时/ 计数器0(T0) 外部中断1( INT1) 定时/ 计数器1(T1) 串行口接收/发送 定时/ 计数器2(T2)
MCS-51系列单片机的结构
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
3.控制总线
(1)
：ALE为地址锁存允许信号。在访问外部
存储器时，ALE用来把扩展地址低8位锁存到外部锁存器。在
不访问外部存储器时，ALE引脚以不变的频率(时钟振荡器频
率的1/6)周期性地发出正脉冲信号，因而它又可用作外部定
品有8031和87510 8031是一个无ROM的8051，它从外部ROM 获取所用的指令，8751是一个用EPROM代替ROM的8051， 除此之外，三者的内部结构及引脚完全相同。今后，除特另 11说明外，用8051这个名称来代表8031、8051和87510
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
二功能是在访问外部存储器时，它分时作为低8位地址线和8 位双向数据线。当P0口作为普通输入口使用时，应先向口锁 存器写“1”。 (2) P1口(P1. 0~P1. 7)是一个内部带上拉电阻的准双向I/O口。 当P1口作为普通输入口使用时，应先向口锁存器写“1” 。
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
(1)带进位和不带进位的加法。 (2)带借位减法。 (3) 8位无符号数乘法和除法。 (4)逻辑与、或、异或操作。 (5)加1、减1操作。 (6)按位求反操作。 (7)循环左、右移位操作。 (8)半字节交换。 (9)二一十进制调整。 (10)比较和条件转移的判断等操作。
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
2)指令寄存器IR (Instruction Register) 指令寄存器是一个8位寄存器，用于暂存待执行的指令，等
哈工大单片机教程—chap2—MCS-51单片机的硬件结构
其字节地址的末位是0H或8H可位寻址。
下面介绍SFR块中的某些寄存器。
表2-2
SFR的名称及其分布
1．堆栈指针SP
指示堆栈顶部在内部RAM块中的位置
复位后，SP中的内容为07H。
（1）保护断点
（2）现场保护 堆栈向上生长 2. 数据指针DPTR 高位字节寄存器用DPH表示，低位字节寄存器用 DPL表示。 3. I/O端口P0～P3 P0～P3分别为I/O端口P0～P3的锁存器。
(1) P0口：双向8位三态I/O口，此口为地址总线 （低8位）及数据总线分时复用口，可驱动8个LS 型TTL负载。 (2) P1口：8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL 负载。 (3) P2口：8位准双向I/O口，与地址总线（高8 位）复用，可驱动4个LS型TTL负载。
(4) P3口：8位准双向I/O口，双功能复用口，可驱 动4个LS型TTL负载。
2.4.4
位地址空间
211个（128个+83个）寻址位。位地址范围为： 00H～FFH。 内部RAM的可寻址位128个(字节地址20H～2FH)见表 2-3（P24）。
特殊功能寄存器SFR为83个可寻址位，见表2-4 （P24）。
表2-3
内部RAM的可寻址位及位地址
表2-4 SFR中的位地址分布
注意:准双向口与双向三态口的差别。 • 当3个准双向I/O口作输入口使用时，要向该口先写 “1”。
• 准双向I/O口无高阻 “浮空”状态。
2.3 MCS-51的CPU 由运算器和控制器所构成 2.3.1 运算器 对操作数进行算术、逻辑运算和位操作。
1．算术逻辑运算单元ALU
2．累加器A
使用最频繁的寄存器，可写为Acc。
P0口某一位的电路包括：
MSC51单片机
§1.2.2 MCS-51系列单片机 产品系列
型 号 8051AH 8031AH 8751H AT89C51/ AT89S51 80C31 8051 8031 制造技术 H MOS AH MOS H MOS CHMOS CHMOS H MOS H MOS 片内程序存储 器 ROM (4k) 无 EPROM（4K） FLASHROM （4K） 无 ROM （8K） 无 片内数据存 储器 128字节 128字节 128字节 128字节 128字节 256字节 256字节
转义引脚 RXD TXD
功能说明
X1 P3.0
P3.1
P0 P00~P07 串行数据接收端
串行数据发送端
X2 EA P3.2 PSEN P3.3 P1口——8位（带上拉电阻）准 ALE 双向I/O口； P3.4 RST P3.5 P2口—— 8位准双向I/O口； VCC P3.6 GND 访问外存时只输出地址高8位
C1
(三) 复位电路 8051复位初始化后，从程序 存储器的0000H单元开始执 行,用A/LJMP转到所用户程 序的首地址 上电阻容复位电路，可用专 门的复位IC芯片 Vcc 10 F 8.2K
8051
X1
TTL
Vcc
8051
RST
8051
X2 X1
C2 X
X2
Vss
振荡电路
外接时钟源
CPU的时序（主频、节拍状态 周期机器周期、、）
MCS-51系列单片机 原理及其应用
章节内容
第一章 概述 第二章 MCS-51单片机系统结构 第三章 MCS-51存储器和寻址方式
第四章 8051指令系统与汇编语言
第五章 MCS-51单片机系统扩展与应用
MCS51单片机应用教程谭浩强主编清华大学第1章.ppt
（3） 单片机在实时控制中的应用 单片机被广泛地应用于各种实时控制系统中。例如 对工业生产过程中温度、湿度、流量和压力等参数 的测量和控制等。 （4） 单片机在分布式测控系统中的应用 分布式测控系统的主要特点是系统中有多个处理单 元，各自完成特定的任务，可通过网络通信相互联 系、协调工作，具有功能强、可靠性高的特点。单 片机可作为一个处理单元应用于分布式测控系统中。
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总 目 录
第8章 MCS-51单片机外部中断的应用 第9章 定时器/计数器的应用 第10章 串行口的应用 第11章 A/D、D/A转换器的应用 第12章 步进电动机的单片机控制 第13章 单片机的综合应用 第14章 单片机系统抗干扰技术
第1章 MCS-51单片机系统结构
（3） 高性能这是单片机发展所追求的一个目标， 更高的性能将会使单片机应用系统设计变得更加简 单、可靠。 （4） 低功耗这将是未来单片机发展所追求的一个 目标，随着单片机集成度的不断提高，由单片机构 成的系统体积越来越小，低功耗将是设计单片机产 品时首先考虑的指标。
1.1.3 单片机系列产品介绍
1.1 概述
单片机是大规模集成电路技术发展的产物，它将中 央处理器（CPU）、存储器（ROM/RAM）、输入 输出接口、定时器/计数器等主要计算机部件集成 在一片芯片上，因此单片机被称为单片微型计算机 （Single Chip Microcomputer）。目前单片机是计 算机家族中重要的一员。单片机配上适当的外围设 备和软件，便可构成一个单片机应用系统。单片机 具有功能强、体积小、价格低和抗干扰能力强等特 点，被广泛应用于工农业生产、国防、科研及日常 生活等各个领域。
MCS-51单片机原理和接口技术习题参考答案
MCS-51单片机原理和接口技术习题参考答案第一章绪论1-1解答：第一台计算机的研制目的是为了计算复杂的数学难题。
它的特点是：计算机字长为12位，运算速度为5000次/，使用18800个电子管，1500个继电器，占地面积为150m2，重达30t，其造价为100多万美元。
它的诞生，标志着人类文明进入了一个新的历史阶段。
1-2解答：单片微型计算机简称单片机。
一个完整的单片机芯片至少有中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定时/计数器及I/O接口等部件。
1-3解答：单片机的发展大致经历了四个阶段：第一阶段（1970—1974年），为4位单片机阶段；第二阶段（1974—1978年），为低中档8位单片机阶段；第三阶段（1978—1983年），为高档8位单片机阶段；第四阶段（1983年至今），为8位单片机巩固发展阶段及16位单片机、32位单片机推出阶段。
1-4解答：Intel公司的MCS-48系列、MCS-51系列、MCS-96系列产品；Motorola公司的6801、6802、6803、6805、68HC11系列产品；Zilog公司的Z8、Super8系列产品；Atmel公司的AT89系列产品；Fairchild公司的F8和3870系列产品；TI公司的TMS7000系列产品；NS公司的NS8070系列产品；NEC公司的μCOM87（μPD7800）系列产品；National公司的MN6800系列产品；Hitachi公司的HD6301、HD63L05、HD6305。
1-5解答：（1）8031/8051/8751三种型号，称为8051子系列。
8031片内没有ROM，使用时需在片外接EPROM。
8051片内含有4KB的掩模ROM，其中的程序是生产厂家制作芯片时烧制的。
8751片内含有4KB的EPROM，用户可以先用紫外线擦除器擦除，然后再利用开发机或编程器写入新的程序。
（2）8032A/8052A/8752A是8031/8051/8751的增强型，称为8052子系列。
第一章 8051单片机基本结构
交道时，完成数据传送。
3）寄存器 B（ 8位寄存器）
作用：在乘法和除法运算中用作ALU的输入之一。乘法
运算时，ALU的两个输入分别为A、B，运算结果存放在A、B 寄存器中，其中A存放积的低8位，B则存放积的高8位。除法 运算时，被除数取自A，除数取自B；运算结果商数存于A， 而余数存于B。不作乘、除运算时，寄存器B可作通用寄存器
1）程序计数器（PC）
16位专用寄存器，寻址范围为64KB。 作用：存放CPU执行的下一条待执行指令的地址 工作原理： 当一条指令按照PC所指的地址从程序存储器中取 出后，PC会自动加1，指向下一条指令。 执行 有条件或无条件转移指令时，程序计数器将 被置入新的数值，从而使程序的流向发生变化。
PSW.1 PSW.0
CY
AC
F0
RS1 RS0 OV
-
P
P（PSW.0） 奇偶标志位
P标志表明累加器ACC中1的个数的奇偶性。在 每条指令执行完后，单片机根据ACC的内容对P 位 自动置位或复位。
若累加器ACC中有奇数个“1”，则P=1； 若累加器ACC中有偶数个“1”，则P=0。
PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0
CY
AC
F0
RS1 RS0 OV
-
P
CY是PSW中最常用的标志位。 由硬件或软件置位和清零。 在字节运算时：它表示运算结果是否有进位（或借位）。 加法时：有进位 Cy由硬件置“1” 即Cy=1；
无进位 CY被硬件清“0” 即Cy=0。
减法时：有借位 Cy由硬件置“1” 即Cy=1； 无借位 CY被硬件清“0” 即Cy=0。
定 时 控 制