配套课件-单片机应用技术(第四版)1.ppt

1、第1章 单片机硬件系统 项目项目1 简单信号灯控制简单信号灯控制1.1 概述概述 1.2 MCS-51系列单片机结构和原理系列单片机结构和原理 1.3 并行并行I/O口电路结构口电路结构 1.4 时钟电路与复位电路时钟电路与复位电路 本章小结本章小结 习题习题1 项目项目1 简单信号灯控制简单信号灯控制1实训目的实训目的通过最简单的应用系统实例了解单片机的基本工作过程。2实训设备与器件实训设备与器件(1)设备：计算机、单片机仿真器、实验板。(2)器件与电路：器件包括AT89C51、74LS240、8个发光二极管、8个1 k电阻，电路如图1.1所示。图1.1 硬件电路图3实训步骤及要求实训步骤及

2、要求(1)连接电路。首先将计算机、单片机仿真器及实验板连接起来(参照图1.1)。这一步是使用单片机开发系统的必需步骤。然后再将AT89C51的P1口与8个发光二极管一一连接(实训电路中74LS240为反相驱动器)。注意仿真器和实验板电源的正确连接。(2)输入源程序。新建源文件，并输入源程序。保存文件时，程序名后缀应为.asm，例如LED1.asm。注意，源程序中分号后面的文字为说明文字，输入时可以省略。机器码 地址 源程序 ORG 0000H ；表示程序从地址0000H开始存放75 90 00 0000H START：MOV P1，#00H ；点亮所有发光二极管11 07 0003H ACAL

3、L DELAY；延时一段时间，便于观察75 90 FF 0005H MOV P1，#0FFH ；灭掉所有发光二极管11 02 0008H ACALL DELAY；延时80 F4 000AH SJMP START ；返回，从START开始重复7B C8 000CH DELAY：MOV R3，#200 ；一段延时子程序7C FA 000EH DEL2：MOV R4，#250 00 0010H DEL1：NOP00 0011H NOP DC FC 0012H DJNZ R4，DEL1 DB F8 0014H DJNZ R3，DEL2 22 0016H RET ；子程序返回END ；程序结束上述程序由

4、以下部分组成：左边两列是一组十六进制数机器码和机器码所在存储器中的地址(0000H0016H)。机器码是计算机可以识别的语言。这两列是我们写入单片机内部存储器的内容，表示的是一段程序。(3)对源程序进行汇编和装载。在调试软件时完成以下操作：将汇编语言源程序进行汇编(Assemble)，生成十六进制文件。将汇编后生成的十六进制文件装载(Load)到单片机开发系统的仿真RAM中。(4)运行及调试程序：运行(Execute)程序，观察实验板上8个发光二极管的亮灭状态。单步运行(Step)程序，观察每一条指令运行后实验板上8个发光二极管的亮灭状态。(5)脱机运行程序。将写好程序的AT89C51芯片插入

5、实训电路板的相应位置(固化程序的具体操作过程可参见相应的说明书)，接上电源启动运行，观察8个发光二极管的亮灭状态。4.分析与总结分析与总结(1)本项目的结果：实训电路板中的8个发光二极管按照全亮、全灭的规律不停地循环变化。(2)本项目所涉及的电路参见图1.1。单片机芯片AT89C51的18引脚通过集成芯片74LS240(8个非门)接到8个发光二极管上，8个发光二极管的阳极在各接一个限流电阻后接+5 V电源，阴极连在一起接地。单片机的这8个引脚对应其内部的一个并行I/O口P1口。有关P1口的具体结构在本章1.3.2小节介绍。这是本实训所涉及的硬件部分。从图1.1可见，当P1口的某个引脚为低电平时

6、，发光二极管变亮；当P1口的某个引脚为高电平时，发光二极管熄灭。这样我们可以通过向P1口写入一个8位二进制数来改变每个管脚的电平状态，而向P1口写入数据可以通过相应指令来实现。程序中的第一条指令MOV P1，#00H(其中#表示其后面为常数，H表示其前面的常数为十六进制数，写成二进制形式为#00000000B，B表示二进制数)，对应机器码为75H、90H、00H，表示将00H的数据送给P1口。P1口的8个管脚状态与写入数据之间的关系如下：写入数据位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 0 0 0 0 0 0 0 对应P1口管脚名称P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2

7、P1.1P1.0管脚电平状态 低低 低 低 低 低 低 低发光二极管状态 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮 亮所以，在通电运行后，发光二极管会出现全亮的状态。同理，当执行程序中的第三条指令MOV P1，#0FFH(即#11111111B)时，发光二极管会全灭。由此可见，我们可以通过程序来完成对硬件电路的控制。(3)项目中，我们可以借用仿真器来调试程序，也可以事先将程序(机器码)正确地固化到一个单片机芯片(如AT89C51)中，然后把AT89C51芯片插入实验板，接上电源后发光二极管就会按照既定的规律点亮。这说明，AT89C51中的CPU能将写入到芯片内ROM的内容依次读出，并且送入到单片机内部完成相

8、应的功能，而这一切工作都是在单片机CPU的控制下来实现的，也就是说单片机在执行机器码。(4)从本项目可见，单片机芯片内部具有一定容量的片内程序存储器，也有连接外部设备的端口。单片机到底都具有哪些功能？它是如何工作的？这些就是本章重点讨论的内容。1.1 概概 述述1.1.1 单片机及单片机应用系统单片机及单片机应用系统1.微型计算机及微型计算机系统微型计算机及微型计算机系统微型计算机(Microcomputer)简称微机，是计算机的一个重要分类。人们通常按照计算机的体积、性能和应用范围等条件，将计算机分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机等。微型计算机不但具有其它计算机快速、精确、程序控制等

9、特点，而且还具有体积小、重量轻、功耗低、价格便宜等优点。个人计算机简称PC(Personal Computer)机，是微型计算机中应用最为广泛的一种，也是近年来计算机领域中发展最快的一个分支。PC机在性能和价格方面适合个人用户购买和使用，目前，它已经像普通家电一样深入到了家庭和社会生活的各个方面。微型计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件系统是指构成微机系统的实体和装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。其中，运算器和控制器一般做在一个集成芯片上，统称为中央处理单元(Central Processing Unit，简称CPU)，是微机

10、的核心部件。CPU配上存放程序和数据的存储器、输入/输出(Input/Output，简称I/O)接口电路以及外部设备即构成微机的硬件系统。软件系统是微机系统所使用的各种程序的总称。人们通过它对微机进行控制并与微机系统进行信息交换，使微机按照人的意图完成预定的任务。微型计算机系统组成示意图如图1.2所示。图1.2 微型计算机系统组成示意图下面对组成计算机的5个基本部件作简单说明。(1)运算器。运算器是计算机的运算部件，用于实现算术和逻辑运算。计算机的数据运算和处理都在这里进行。(2)控制器。控制器是计算机的指挥控制部件，它使计算机各部分自动、协调地工作。(3)存储器。存储器是计算机的记忆部件，用

11、于存放程序和数据。存储器分为内存储器和外存储器，同时又有RAM和ROM之分。(4)输入设备。输入设备用于将程序和数据输入到计算机中。键盘就是一种输入设备。(5)输出设备。输出设备用于把计算机数据计算或加工的结果，以用户需要的形式显示或打印出来。显示器、打印机等都属于输出设备。通常把外存储器、输入设备和输出设备合在一起称为计算机的外部设备，简称外设。2单片微型计算机单片微型计算机单片微型计算机(简称单片机)是指集成在一个芯片上的微型计算机，它的各种功能部件，如CPU(Central Processing Unit)、随机存取存储器RAM(Random Access Memory)、只读存储器RO

12、M(Read-only Memory)、基本输入/输出(I/O)接口电路、定时器/计数器等都制作在一块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机，可以实现微型计算机的基本功能。单片机内部结构示意图如图1.3所示。图1.3 单片机内部结构示意图3单片机应用系统及组成单片机应用系统及组成单片机应用系统是以单片机为核心，配以输入、输出、显示、控制等外围电路和软件，能实现一种或多种功能的实用系统。与本书配套的单片机组合教具实验箱也是一个单片机的应用系统，它除了主板(单片机最小应用系统)以外，还有许多的扩展应用电路板，利用它再配以后续章节的一系列实训项目，便可以完成很多功能。所以说，单片机应用系统是由硬件和软

13、件组成的，硬件是应用系统的基础，软件则在硬件的基础上对其资源进行合理调配和使用，从而完成应用系统所要求的任务，二者相互依赖，缺一不可。单片机应用系统的组成如图1.4所示。图1.4 单片机应用系统的组成 单片机应用系统的设计人员必须从硬件和软件两个角度来深入了解单片机，只有将二者有机结合起来，才能形成具有特定功能的应用系统或整机产品。自从1974年美国Fairchild公司研制出第一台单片机F8之后，迄今为止，单片机经历了由4位机到8位机再到16位机、32位机的发展过程。单片机制造商很多，主要有美国的Intel、Motorola、Zilog、Atmel等公司。目前，单片机正朝着高性能、多品种方向

14、发展。近年来，32位单片机已进入了实用阶段，但是由于8位单片机在性能价格比上占有优势，而且8位增强型单片机在速度和功能上并不逊色于16位单片机，因此在未来相当长的时期内，8位单片机仍是单片机的主流机型。1.1.2 MCS-51单片机系列单片机系列1Intel公司的公司的MCS-51系列单片机系列单片机Intel公司可以说是MCS-51系列单片机的“开山鼻祖”，正是Intel公司的8031单片机开创了MCS-51单片机时代。8031单片机的技术特点如下：(1)基于MCS-51核的处理器结构。(2)32个I/O引脚。(3)2个计数/定时器。(4)分为2个优先级的5个中断源。(5)128字节的内部数

15、据存储器(RAM)。MCS-51单片机片内的程序存储器有三种配置形式，即无ROM、掩膜ROM和EPROM。这三种配置形式对应三种不同的单片机芯片(8031、8051和8751)，它们各有特点，也各有其适用场合，在使用时应根据需要进行选择。一般情况下，片内带掩膜ROM的单片机适用于大批量定型产品；片内带EPROM的单片机适用于研制产品样机；片内无ROM的单片机必须外接EPROM才能工作。Intel公司还推出了片内带EEPROM的单片机，可以在线写入程序。2Atmel公司的公司的MCS-51系列单片机系列单片机1)AT89C51单片机AT89C51的资源如下：(1)4 KB的内部Flash程序存储

16、器，可实现3个级别的程序存储器保护功能。(2)128字节的内部数据存储器。(3)32个可编程I/O引脚。(4)2个16位计数/定时器。(5)5个中断源，2个优先级别。(6)1个可编程的串行通信口。2)AT89C2051单片机AT89C2051单片机是另外一种使用非常多的单片机，因其功耗低、体积小等特点而被广大用户所选。此外，AT89C2051单片机还有很多独特的结构和功能，例如具有LED驱动电路、电压比较器等。AT89C2051有两种可编程的电源管理模式：空闲模式，该模式下CPU停止工作，但是RAM、计数器/定时器、串行口和中断系统仍然工作；断电模式，该模式下保存了RAM的内容，但是冻结了其它

17、部分的内容，直至被再次重启。AT89C2051有DIP20和SOIC20两种封装形式，其技术参数如下：(1)2 KB的程序存储器，2个级别的程序存储器保护功能。(2)128字节的内部数据存储器。(3)15个可编程I/O引脚，可以作直接的LED驱动。(4)2个16位计数/定时器。(5)6个中断源，2个优先级别。(6)1个全双工的串行口。(7)片上电压比较控制器。(8)工作电压为2.76 V。3)AT89S51单片机AT89S51单片机是Atmel公司推出的一款在系统可编程(In System Programmed，ISP)单片机。通过相应的ISP软件，用户可对该单片机Flash程序存储器中的代码

18、进行方便的修改。AT89S51和AT89C51的引脚完全兼容，其技术参数如下：(1)4 KB在系统可编程Flash程序存储器，3级安全保护。(2)128字节的内部数据存储器。(3)32个可编程I/O引脚。(4)2个16位计数/定时器。(5)5个中断源，可以在断电模式下响应中断。(6)1个全双工的串行通信口。(7)最高工作频率为33 MHz。(8)工作电压为4.05.5 V。(9)双数据指针使得程序运行得更快。下面简要介绍Atmel 89系列单片机的特点。89系列单片机对一般用户来说，具有以下明显的优点：(1)内部含Flash存储器，因此在系统的开发过程中可以十分容易地修改程序，大大缩短系统的开

19、发周期。同时，在系统工作过程中，能有效地保存一些数据信息，即使外界电源损坏也不会影响信息的保存。(2)和80C51插座兼容。89系列单片机的引脚是和80C51一样的，所以，用89系列单片机可直接替换80C51。(3)静态时钟方式。89系列单片机采用静态时钟方式，所以可以节省电能，这对于降低便携式产品的功耗十分有用。(4)可进行反复系统试验。用89系列单片机设计的系统，可以反复进行系统试验。每次试验可以编入不同的程序，这样可以保证用户的系统设计达到最优。而且随用户的需要和发展，还可以进行修改，使系统不断追随用户的最新要求。89系列单片机一共有7种型号，分别为AT89C51、AT89LV51、AT

20、89C52、AT89LV52、AT89C2051、AT89C1051和AT89S51。其中，AT89LV51和AT89LV52分别是AT89C51和AT89C52的低电压产品，最低电压可以低至2.7 V；而AT89C2051和AT89C1051则是低档型低电压产品，它们的引脚只有20个，最低电压也为2.7 V。3单片机的发展趋势单片机的发展趋势纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势：(1)低功耗CMOS化。MCS-51系列的8031推出时的功耗达630 mW，而现在的单片机功耗普遍都在100 mW左右。因为用户要求单片机的功耗越来越低，所以现在的各个单片机制造商基本上都采用了CMOS(

21、互补金属氧化物半导体)工艺，比如80C51就采用了HMOS(高密度金属氧化物半导体)工艺和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体)工艺。CMOS工艺虽然功耗较低，但其物理特征决定其工作速度不够高；而CHMOS工艺则具备了高速和低功耗的特点，所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。(2)微型单片化。现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储器(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口、中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上。增强型的单片机还集成了A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)等。有些单片机将LCD(液晶)驱动电路也

22、都集成在单一的芯片上。单片机包含的单元电路越多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要体积小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。(3)主流与多品种共存。现在虽然单片机的品种繁多、各具特色，但以8051为核心的单片机仍占主流，兼容其结构和指令系统的有Philips公司的产品、Atmel公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也

23、有着强劲的发展势头。中国台湾的Holtek公司近年的单片机产量与日俱增，以其低价优质的优势，占据了一定的市场分额。此外Motorola公司的产品、日本几大公司的专用单片机等也占据了一定的市场份额。在一定的时期内，这种情形将延续下去，即不会出现某个单片机一统天下的垄断局面，而是多个品种依存互补、相辅相成、共同发展。1.2 MCS-51系列单片机结构和原理系列单片机结构和原理1.2.1 MCS-51内部组成及信号引脚内部组成及信号引脚18051单片机的基本组成单片机的基本组成8051单片机的基本组成请参见图1.5。下面介绍各部分的基本情况。图1.5 8051单片机的基本组成1)中央处理器(CPU)

24、中央处理器是单片机的核心，是计算机的控制和指挥中心，它由运算器和控制器等部件组成。运算器包括一个可进行8位算术运算和逻辑运算的单元(ALU)、8位的暂存器、8位的累加器(ACC)、寄存器B和程序状态寄存器(PSW)等。控制器包括程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、指令译码器(ID)、振荡器及定时电路等。2)内部数据存储器(内部RAM)8051芯片中共有256个RAM单元，但其中的后128个单元被专用寄存器占用；能作为寄存器供用户使用的只有前128个单元，用于存放可读/写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是指前128个单元。3)内部程序存储器(内部ROM)8051共有4 KB掩膜ROM，

25、用于存放程序、原始数据或表格，因此，称之为程序存储器。4)定时/计数器8051共有两个16位的定时/计数器，可实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。5)并行I/O口8051共有4个8位的I/O口(P0、P1、P2、P3)，可实现数据的并行输入/输出。在实训中我们已经使用了P1口，通过P1口连接了8个发光二极管。6)串行口8051单片机有一个全双工的串行口，可实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。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。7)中断控制系统8051单片机的中断功能较强，可满足控制应用的需要。8051共有5个中断源，即外中断两个

26、、定时/计数中断两个、串行口中断一个。全部中断分为高级和低级两个优先级别。8)时钟电路8051芯片的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。系统允许的晶振频率一般为6 MHz和12 MHz。28051单片机的内部结构单片机的内部结构8051单片机的内部结构如图1.6所示。图1.6 8051单片机的内部结构图3.8051的信号引脚的信号引脚8051是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，其引脚排列请参见图1.7。图1.7 8051的引脚图 1)信号引脚介绍 P0.0P0.7：P0口8位双向口线。P1.0P1.7：P1口8位双向口线。P2.0P2.7：P2口8

27、位双向口线。P3.0P3.7：P3口8位双向口线。ALE：地址锁存控制信号。在系统扩展时，ALE用于把P0口输出的低8位地址锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。此外，由于ALE是以晶振的1/6固定频率输出的正脉冲，因此它可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。：外部程序存储器读选通信号。有效(低电平)时，可实现对外部ROM单元的读操作。PSENPSEN：访问程序存储控制信号。当信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；当信号为高电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始的，并可延至外部程序存储器。RST：复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用以完成单片

28、机的复位初始化操作。在进行单片机应用系统设计时，这个引脚一定要连接相应的电路，即复位电路。VSS：地线。VCC：+5 V电源。以上是8051单片机芯片40条引脚的定义及简单功能说明。EAEAEA2)信号引脚的第二功能由于工艺及标准化等原因，芯片的引脚数目是有限制的。例如，8051系列把芯片引脚数目限定为40条，但单片机为实现其功能所需要的信号数目却远远超过此数，因此就出现了需要与可能的矛盾。解决这个矛盾的惟一可行的办法，是给一些信号引脚赋以双重功能。如果把前述的信号定义为引脚的第一功能的话，则根据需要再定义的信号就是它的第二功能。(1)P3口线的第二功能。P3的8条口线都定义有第二功能，详见表

29、1.1。(2)用EPROM固化程序时所需要的信号。有内部EPROM的单片机芯片(例如8751)，为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源，这些信号也是由信号引脚以第二功能的形式提供的，即：编程脉冲：30脚(ALE/)；编程电压(25 V)：31脚(/VPP)。PROGEA表表1.1 P3口各引脚与第二功能表口各引脚与第二功能表(3)备用电源引入。8051单片机的备用电源也是以第二功能的方式由9脚(RST/VPD)引入的。当电源发生故障，电压降低到下限值时，备用电源经此端向内部RAM提供电压，以保护内部RAM中的信息不丢失。以上把8051单片机的全部信号引脚分别以第一功能和第二功能的形式列出。对

30、于MCS-51其它型号的芯片，其引脚的第一功能信号是相同的，所不同的只是引脚的第二功能信号。对于9、30和31这三个引脚，由于第一功能信号与第二功能信号是单片机在不同工作方式下的信号，因此不会发生使用上的矛盾。但是P3口的情况却有所不同，它的第二功能信号都是单片机的重要控制信号。因此，在实际使用时，都是先按需要选用第二功能信号，剩下的才以第一功能信号的身份作数据位的输入/输出使用。1.2.2 MCS-51内部数据存储器内部数据存储器1.内部数据存储器低内部数据存储器低128单元单元8051的内部RAM共有256个单元，通常把这256个单元按其功能划分为两部分：低128单元(单元地址00H7FH

31、)和高128单元(单元地址80HFFH)。表1.2所示为低128单元的配置情况。表表1.2 RAM的低的低128单元的配置单元的配置低128单元是单片机的真正RAM存储器，按其用途划分为寄存器区、位寻址区和用户RAM区等3个区域。1)寄存器区8051共有4组寄存器，每组8个寄存单元(各为8位)，各组都以R0R7作为寄存单元编号。寄存器常用于存放操作数及中间结果等。由于它们的功能及使用不作预先规定，因此称之为通用寄存器，有时也叫工作寄存器。4组通用寄存器占据内部RAM的00H1FH单元地址。在任一时刻，CPU只能使用其中的一组寄存器，并且把正在使用的那组寄存器称为当前寄存器组。到底是哪一组，由程

32、序状态字寄存器PSW中RS1、RS0位的状态组合来决定。通用寄存器为CPU提供了就近存储数据的便利，有利于提高单片机的运算速度。此外，使用通用寄存器还能提高程序编制的灵活性。因此，在单片机的应用编程中应充分利用这些寄存器，以简化程序设计，提高程序运行速度。2)位寻址区内部RAM的20H2FH单元，既可作为一般RAM单元使用，进行字节操作，也可以对单元中每一位进行位操作，因此把该区称为位寻址区。位寻址区共有16个RAM单元，128位，位地址为00H7FH。MCS-51具有布尔处理机功能，这个位寻址区可以构成布尔处理机的存储空间。这种位寻址能力是MCS-51的一个重要特点。表1.3为片内RAM位寻

33、址区的位地址表。表表1.3 片内片内RAM位寻址区的位地址位寻址区的位地址单元地址 MSB 位地址 LSB 2FH 2EH 2DH 2CH 2BH 2AH 29H 28H 27H 26H 25H 24H 23H 22H 21H 20H 7F 77 6F 67 5F 57 4F 47 3F 37 2F 27 1F 17 0F 07 7E 76 6E 66 5E 56 4E 46 3E 36 2E 26 1E 16 0E 06 7D 75 6D 65 5D 55 4D 45 3D 35 2D 25 1D 15 0D 05 7C 74 6C 64 5C 54 4C 44 3C 34 2C 24 1C

34、 14 0C 04 7B 73 6B 63 5B 53 4B 43 3B 33 2B 23 1B 13 0B 03 7A 72 6A 62 5A 52 4A 42 3A 32 2A 22 1A 12 0A 02 79 71 69 61 59 51 49 41 39 31 29 21 19 11 09 01 78 70 68 60 58 50 48 40 38 30 28 20 18 10 08 00 3)用户RAM区在内部RAM低128单元中，通用寄存器占去了32个单元，位寻址区占去了16个单元，剩下80个单元，这就是供用户使用的一般RAM区，其单元地址为30H7FH。对用户RAM区的使用没有

35、任何规定或限制，但在一般应用中常把堆栈开辟在此区中。2.内部数据存储器高内部数据存储器高128单元单元内部RAM的高128单元是供给专用寄存器使用的，其单元地址为80HFFH。因这些寄存器的功能已作专门规定，故称之为专用寄存器(Special Function Register)，也可称为特殊功能寄存器。1)专用寄存器(SFR)简介8051共有21个专用寄存器，现把其中部分寄存器简单介绍如下：(1)程序计数器(Program Counter，PC)。在实训中，我们已经知道PC是一个16位的计数器，它的作用是控制程序的执行顺序。其内容为将要执行指令的地址，寻址范围达64 KB。PC有自动加1功能

36、，从而可实现程序的顺序执行。PC没有地址，是不可寻址的，因此用户无法对它进行读/写，但可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，以实现程序的转移。PC因地址不在SFR(专用寄存器)之内，所以一般不用作专用寄存器。(2)累加器(Accumulator，ACC)。累加器为8位寄存器，是最常用的专用寄存器，其功能较多，地位重要。它既可用来存放操作数，也可用来存放运算的中间结果。MCS-51单片机中大部分单操作数指令的操作数就取自累加器，许多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。(3)B寄存器。B寄存器是一个8位寄存器，主要用于乘/除运算。进行乘法运算时，B存乘数；乘法操作后，乘积的高8位存于B中。

37、进行除法运算时，B存除数；除法操作后，余数存于B中。此外，B寄存器也可作为一般数据寄存器使用。(4)程序状态字(Program Status Word，PSW)。程序状态字是一个8位寄存器，用于存放程序运行中的各种状态信息。其中有些位的状态是根据程序执行结果，由硬件自动设置的，而有些位的状态则由软件方法设定。PSW的位状态可以用专门指令进行测试，也可以用指令读出。一些条件转移指令将根据PSW某些位的状态进行程序转移。PSW各位的定义如下：除PSW.1位保留未用外，其余各位的定义及使用如下：CY(PSW.7)进位标志位。CY是PSW中最常用的标志位，其功能有二个：一是存放算术运算的进位标志，在进

38、行加或减运算时，如果操作结果的最高位有进位或借位，则CY由硬件置“1”，否则被清“0”；二是在位操作中作累加位使用。位传送、位与位或等位操作，操作位之一固定是进位标志位。AC(PSW.6)辅助进位标志位。在进行加或减运算中，若低4位向高4位进位或借位，则AC由硬件置“1”，否则被清“0”。在BCD码调整中也要用到AC位状态。F0(PSW.5)用户标志位。这是一个供用户定义的标志位，需要利用软件方法置位或复位，用来控制程序的转向。RS1和RS0(PSW.4，PSW.3)寄存器组选择位。它们被用于选择CPU当前使用的通用寄存器组。通用寄存器共有4组，其对应关系如下：这两个选择位的状态是由软件设置的

39、，被选中的寄存器组即为当前通用寄存器组。但当单片机上电或复位后，RS1 RS0=00。OV(PSW.2)溢出标志位。在带符号数加减运算中，OV=1表示加减运算超出了累加器A所能表示的符号数有效范围(-128+127)，即产生了溢出，因此运算结果是错误的；OV=0表示运算正确，即无溢出产生。在乘法运算中，OV=1表示乘积超过255，即乘积分别在B与A中；OV=0表示乘积只在A中。在除法运算中，OV=1表示除数为0，除法不能进行；OV=0表示除数不为0，除法可正常进行。P(PSW.0)奇偶标志位。P标志位表明累加器A中内容的奇偶性，如果A中有奇数个“1”，则P置“1”，否则置“0”。凡是改变累加器

40、A中内容的指令均会影响P标志位。此标志位对串行通信中的数据传输有重要的意义，因为在串行通信中常采用奇偶校验的办法来校验数据传输的可靠性。(5)数据指针(DPTR)。DPTR为16位寄存器。编程时，DPTR既可以按16位寄存器使用，也可以按两个8位寄存器分开使用，即：DPH DPTR高位字节DPL DPTR低位字节DPTR通常在访问外部数据存储器时用作地址指针。由于外部数据存储器的寻址范围为64 KB，故把DPTR设计为16位。(6)堆栈指针(Stack Pointer，SP)。堆栈是一个特殊的存储区，用来暂存数据和地址，它是按“先进后出”的原则存取数据的。堆栈共有两种操作：进栈和出栈。由于MC

41、S-51单片机的堆栈设在内部RAM中，因此SP是一个8位寄存器。系统复位后，SP的内容为07H，因而复位后堆栈实际上是从08H单元开始的。但08H1FH单元分别属于工作寄存器13区，如程序要用到这些区，最好把SP值改为1FH或更大的值。一般在内部RAM的30H7FH单元中开辟堆栈。SP的内容一经确定，堆栈的位置也就跟着确定下来。由于SP可被初始化为不同值，因此堆栈位置是浮动的。关于堆栈更为详细的介绍，可参考本书4.6节。2)专用寄存器中的字节寻址和位地址MCS-51系列单片机有21个可寻址的专用寄存器，其中有11个专用寄存器是可以位寻址的。下面把各寄存器的字节地址及位地址一并列于表1.4中。表

42、表1.4 MCS-51专用寄存器地址表专用寄存器地址表SFR MSB 位地址/位定义 LSB 字节地址 B F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 F0 F0H ACC E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0 E0H D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 PSW CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P D0H BF BE BD BC BB BA B9 B8 IP/PS PT1 PX1 PT0 PX0 B8H B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 P3 P3.7 P3.6 P3.5 P3.4 P3.3 P3.2 P3.1 P3.0 B0H AF AE AD

43、 AC AB AA A9 A8 IE EA/ES ET1 EX1 ET0 EX0 A8H A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 P2 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 A0H SBUF (99H)9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 SCON SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI 98H 97 96 95 94 93 92 91 90 P1 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 90H TH1 (8DH)TH0 (8CH)TL1 (8BH)TL0 (8AH)TMOD

44、 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0(89H)8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88 TCON TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 88H PCON SMOD/(87H)DPH (83H)DPL (82H)SP (81H)87 86 85 84 83 82 81 80 P0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 80H 对专用寄存器的字节寻址问题作如下几点说明：(1)21个可字节寻址的专用寄存器是不连续地分散在内部RAM高128单元之中的，尽管还余有许多空闲地址，但用户并不能使用。(2)程序计

45、数器PC不占据RAM单元，它在物理上是独立的，因此是不可寻址的寄存器。(3)对专用寄存器只能使用直接寻址方式，书写时既可使用寄存器符号，也可使用寄存器单元地址。表1.4中，凡字节地址不带括号的寄存器都是可以进行位寻址的寄存器，带括号的是不可以进行位寻址的寄存器。全部专用寄存器可寻址的位共83位，这些位都具有专门的定义和用途。这样，加上位寻址区的128位，在MCS-51的内部RAM中共有211(即128+83)个可寻址位。1.2.3 MCS-51内部程序存储器内部程序存储器MCS-51的程序存储器用于存放编好的程序和表格常数。8051片内有4 KB的ROM，8751片内有4 KB的EPROM，8

46、031片内无程序存储器，89C51片内有4 KB的FPEROM。MCS-51片外最多能扩展64 KB程序存储器，片内、外的ROM是统一编址的。如端保持高电平，8051的程序计数器PC在0000H0FFFH地址范围内(即前4 KB地址)，则执行片内ROM中的程序；如PC在1000HFFFFH地址范围内，则自动执行片外程序存储器中的程序。如保持低电平，则只能寻址外部程序存储器，片外存储器可以从0000H开始编址。EAEAMCS-51的程序存储器中有些单元具有特殊功能，使用时应予以注意。其中有一组特殊单元是0000H0002H。系统复位后，(PC)=0000H，单片机从0000H单元开始取指令执行程

47、序。如果程序不从0000H单元开始，则应在这三个单元中存放一条无条件转移指令，以便直接转去执行指定的程序。还有一组特殊单元是0003H002AH，共40个单元。这40个单元被均匀地分为5段，作为5个中断源的中断地址区。其中：0003H000AH 外部中断0中断地址区000BH0012H 定时/计数器0中断地址区0013H001AH 外部中断1中断地址区001BH0022H 定时/计数器1中断地址区0023H002AH 串行中断地址区中断响应后，按中断种类，自动转到各中断区的首地址去执行程序，因此在中断地址区中理应存放中断服务程序。但通常情况下，8个单元难以存下一个完整的中断服务程序，因此通常也

48、是从中断地址区首地址开始存放一条无条件转移指令，以便中断响应后，通过中断地址区，再转到中断服务程序的实际入口地址。程序存储器结构图如图1.8所示。图1.8 程序存储器结构1.3 并行并行I/O口电路结构口电路结构MCS-51共有4个8位的并行I/O口，分别记作P0、P1、P2、P3。每个口都包含一个锁存器、一个输出驱动器和两个输入缓冲器。实际上，它们已被归入专用寄存器之列，并且具有字节寻址和位寻址功能。在访问片外扩展存储器时，低8位地址和数据由P0口分时传送，高8位地址由P2口传送。在无片外扩展存储器的系统中，这4个口的每一位均可作为双向的I/O端口使用。1.3.1 P0口口P0口的口线逻辑电

49、路如图1.9所示。图1.9 P0口的口线逻辑电路 由图1.9可见，电路中包含有一个数据输出锁存器、两个三态数据输入缓冲器、一个数据输出的驱动电路和一个输出控制电路。当对P0口进行写操作时，由锁存器和驱动电路构成数据输出通路。由于通路中已有输出锁存器，因此数据输出时可以与外设直接连接，而不需再加数据锁存电路。考虑到P0口既可以作为通用的I/O口进行数据的输入/输出，也可以作为单片机系统的地址/数据线使用，为此在P0口的电路中设有一个多路转接电路MUX。在控制信号的作用下，多路转接电路可以分别接通锁存器输出或地址/数据线。当P0口作为通用的I/O口使用时，内部的控制信号为低电平，封锁与门，使输出驱

50、动电路的上拉场效应管(FET)截止，同时使多路转接电路MUX接通锁存器端的输出通路。当P0口作为输出口使用时，内部的写脉冲加在D触发器的CP端，数据写入锁存器，并向端口引脚输出。Q当P0口作为输入口使用时，应区分读引脚和读端口两种情况，为此，在口电路中有两个用于读入驱动的三态缓冲器。所谓读引脚，就是读芯片引脚的数据，这时使用下方的数据缓冲器，由“读引脚”信号把缓冲器打开，把端口引脚上的数据从缓冲器通过内部总线读进来。读端口是指通过上面的缓冲器读锁存器Q端的状态。在端口已处于输出状态的情况下，Q端与引脚的信号是一致的，这样安排的目的是为了适应对口进行“读修改写”操作指令的需要。对于这类“读修改写