全书配套课件：单片机原理与应用.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单片机原理及应用,目 录,第,1,章 绪论,第,2,章,MCS-51,单片机的结构和原理,第,3,章,MCS-51,单片机的指令系统,第,4,章,MCS-51,单片机的程序设计,第,5,章 中断系统及定时计数器,第,6,章 单片机串行通信及接口,第,7,章 单片机系统扩展,第,8,章,A/D,和,D/A,转换的接口技术,第,9,章 单片机系统的工程设计,第,10,章 基于,C,语言的单片机的程序设计,*,第一章 绪论,二进制数、十进制数和十六进制数之间的换算关系。,二进制数原码、反码和补码的表示方法；,BCD,码和,ASCII,码的基本概念,。,计算机的产生、发展及基本结构。,单片机的发展过程及其应用领域。,*,本章主要内容,1.1,数制与编码,1.2,计算机概述,1.3,单片机的发展过程与应用领域,*,数制：是进位计数制的简称。,十进制：生活中最熟悉的进位计数制。特点：,每一位是,09,十个数码中的一个数码，基数是,10,运算规则：逢十进一，借一当十,例如，十进制数,47.25,按权展开为：,1.1.1,数制及其转换,47.25=410,1,+710,0,+210,-1,+510,-2,*,1.1.1,数制及其转换,1.,二进制数及其转换,（,1,）,二进制数的特点,每一位是,0,、,1,两个数码中的一个数码，基数是,2,运算规则：逢二进一，借一当二,（,2,）,二进制数和十进制数的转换,二进制数 十进制数：乘权求和法。,十进制数整数 二进制数：除,2,取余逆排法。,十进制数小数 二进制数：乘,2,取整顺排法。,*,1.1.1,数制及其转换,2.,十六进制数及其转换,（,1,）,十六进制数的特点,每一位是,09,、,AF,中的一个数码，基数是,16,运算规则：逢十六进一，借一当十六,（,2,）,十六进制数的转换,十六进制数 二进制数：一拉四法。,二进制数 十六进制数：四合一法。,十六进制数与十进制数间的转换类似于二进制,数和十进制数之间的转换,*,1.1.1,数制及其转换,其一是,（,N,）,R,，,R,代表,2,、,10,、,16,等；,其二是在数的结尾以一字母标示,D,（,Decimal,）代表十进制（也可省略）,B,（,Binary,）代表二进制,O,（,Octal,）代表八进制,H,(Hexadecimal),代表十六进制。,如,：（,1010,）,2,（,100,）,10,101B 101D,EFH,为了区分数的不同进制，有两种不同的区分法：,*,机器数：机器中以编码形式表示的数；,真值：原来一般书写形式表示的数。,1.1.2,机器数与真值,有符号的数在数学中用,“,十,”,和,“,”,表示，在计算机中规定用,最高位作为符号位,，用,“,0,”,表示,“,+,”,，用,“,1,”,表示,“,”,。,例：负数,-101 1011B,（,-5BH,）,101 1011B,1,（,DBH,）,机器数,真值,*,1.1.3,原码、反码、补码,在计算机中机器数可以用三种方法表示，即,原码、反码和补码。,原码,：最高位为符号位，其余位为数值位。,反码,：是有符号二进制数的一种表示方法。,正数的反码与原码相同；,负数的反码,符号位为,1,，,数值位,是原码的数值位,按位取反,。,注：,采用,原码,和,反码,表示时，,符号位,不能同数值一道参加运算。,*,1.1.3,原码、反码、补码,例如：,*,1.1.3,原码、反码、补码,补码,：计算机中有符号数的,常用,表示方法。,正数的补码与原码相同；,负数的补码,是反码加,1,。,例如：,*,反码：范围是：,+127-127,；“,0,”,有,2,种表示,补码：范围是：,+127-128,；“,0,”,有,1,种表示,1.1.3,原码、反码、补码,*,1.1.3,原码、反码、补码,三种编码的最高位为符号位，“,0”,表示正，“,1”,表示负。,对于正数，三种编码的表示方法相同。,对于负数，三种编码的符号位均为,1,，数值部分,不同。,8,位二进制数的原码、反码和补码所能表示的数,值范围是不完全相同的。,结论,1,*,1.1.3,原码、反码、补码,补码的加减运算,补码运算的几个公式：,其中，为 的每一位（包括符号位）,都按位取反，再加,1,。,上面式子中,，,x,1,、,x,2,、,（,x,1,+x,2,）,、,（,x,1,x,2,）,必,须在,2,n-1,2,n-1,范围内，否则机器会产生,溢出错误,。,*,1.1.3,原码、反码、补码,例,1-9,用补码进行运算，求,x,1,+x,2,x,1,+0011101B,+29,，,x,2,0000110B,6,00011101,+11111010,00010111,真值为：,+0010111B=+23,由此可见，符号在参加运算后结果是正确的。,则,x,1,补,+,x,2,补,为：,自然丢失,1,解：,*,1.1.3,原码、反码、补码,例,1-10,用补码进行运算，求,x,1,x,2,x,1,+0001000B,+8,，,x,2,+0001111B,+15,00001000,+11110001,11111001,真值为：,-0000111B=-7,则,x,1,补,+,-,x,2,补,为：,解：,*,求出参加运算的两个数的补码。,用补码相加进行加法运算，用减数变补相加完成,减法运算。,运算时符号位应当作为数的一部分参与运算，符,号位有进位则丢弃。,运算结果仍为补码，要得到真值须再转换。负数,的补码求原码时，符号位不变，数值位按位取反,后再加“,1”,。,补码运算结果超出机器允许范围，会产生,“,溢出,”,而出错。,结论,2,*,1.1.4,BCD,码和字符的,ASCII,码,计算机只能识别,“,0,”,和,“,1,”,两个符号，而计算机处理的信息却有多种形式，例如,数字、标点符号、运算符号、各种命令、文字和图形,等。要表示这么多的信息并识别它们，必须对这些信息进行,编码,。计算机中根据信息对象不同，编码的方式也不同。常见的码制有,BCD,码,和,ASCII,码,等。,*,1.BCD,码（十进制数的二进制编码）,1.1.4,BCD,码和字符的,ASCII,码,BCD,（,Binary Coded Decimal,）码也叫,二,十进,制,编码，是指将十进制数的,0,9,十个数字用,二进,制数表示,的编码。,由于十进制数有十个不同的数码，因此需用,4,位,二进制数来表示。而,4,位二进制编码有,16,种,不同,的组合，从中取出,10,种组合来表示,0,9,十个数有,多种方案，所以,BCD,码也有多种方案。,最常用的编码是,8421,码,，它是一种恒权码，,8,（,2,3,）、,4,（,2,2,）、,2,（,2,1,）、,1,（,2,0,）分别是,4,位二进制数的权值。,*,1.1.4,BCD,码和字符的,ASCII,码,表,1-2 BCD,（,8421,）码与十进制数对应关系,十进制数,8421BCD,码,十进制数,8421BCD,码,0,0000,5,0101,1,0001,6,0110,2,0010,7,0111,3,0011,8,1000,4,0100,9,1001,*,2.ASCII,码（字符编码）,1.1.4,BCD,码和字符的,ASCII,码,在计算机内，任何信息都是用代码表示的，字母、数字和符号也是用二进制代码表示的。国际上通用的是美国国家信息交换标准字符码，即,ASCII,码（,American Standard Code for Information Interchange,）。,ASCII,码是一种,8,位代码，最高位一般用于奇偶校验，用,7,位代码对,128,字符进行编码。其中,32,个是控制字符，,96,个是图形字符，如下图所示。,7,位,ASCII,码字符表，最高位未列出，一般表示时以,0,来代替。列为高三位二进制码，行为低,4,位二进制码。,附录,C ASCII,码表,*,1946,年,2,月,15,日，第一台电子数字计算机问世，标志着计算机时代的到来。,1.2.1,电子计算机的产生及发展,1.2,计算机概述,ENIAC,奠定了电子计算机的发展基础，在计算机史上具有划时代的意义，标志着电子计算机时代的到来。,*,计算机的发展,1.2.1,电子计算机的产生及发展,采用不同物理器件的发展历程,电子管计算机,晶体管计算机,中小规模集成电路计算机,大、超大规模集成电路计算机,机器语言,汇编语言,高级语言,软件（编程语言）发展,*,冯,诺依曼,提出的,“,二进制运算,”,和,“,程序存储,”,的思想，构建了计算机经典结构。,1.2.2,计算机的基本结构,图,1-1,计算机的基本结构框图,*,单片机定义：,把,CPU,和一定容量的,存储器,、,中断系统,、一些,并,/,串接口,电路及,定时,/,计数器,电路集成在一块,芯片,上。,1.2.3,单片微型计算机,图,1-2,单片机内部结构示意图,*,单芯片微机形成阶段,1.3,单片机的发展过程与应用领域,1.3.1,单片机的发展过程,特点,：体积小，价格低，存储器容量小，寻址范围小（不大于,4K,），无串行接口，指令系统功能不强。,1976,年，,Intel,公司推出了,MCS-48,系列单片机。,8,位,CPU,、,1K,字节,ROM,、,64,字节,RAM,、,27,根,I/O,线和,1,个,8,位定时,/,计数器,。,*,性能完善提高阶段,1.3.1,单片机的发展过程,特点,：虽然仍是,8,位机，但其,结构体系完善，性能已大大提高，品种全、兼容性强、软硬件资源丰富、面向控制的特点进一步突出、性能价格比高。现在，,MCS-51,已成为公认的单片机经典机种。,1980,年，,Intel,公司推出了,MCS-51,系列单片机：,8,位,CPU,、,4K,字节,ROM,、,128,字节,RAM,、,4,个,8,位并口、,1,个全双工串行口、,2,个,16,位定时,/,计数器,。寻址范围,64K,，并有控制功能较强的,布尔处理器,。,*,微控制器化阶段,1.3.1,单片机的发展过程,特点,：,片内面向测控系统电路增强，使之可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。“微控制器”的称谓更能反应单片机的本质。,1983,年，,Intel,推出,MCS-96,系列单片机。芯片内集成：,16,位,CPU,、,8K,字节,ROM,、,232,字节,RAM,、,5,个,8,位并口、,1,个全双工串行口、,2,个,16,位定时,/,计数器,。寻址范围,64K,。片上还有,4,路或,8,路,10,位,ADC,、,1,路,PWM,输出及高速,I/O,部件,等。,*,1.3.1,单片机的发展过程,微控制器的,CPU,核仍以,CISC,为主，但向,RISC,演化,。,单片机发展趋势,提升指令执行速度。,集成大容量片上,FLASH,存储器，实现,ISP,、,IAP,。,普遍使用混合信号（数字、模拟相混合）集成,技术。,增加可联网的外设接口。,追求低电压、低功耗、低价位、,LPG,。,*,1.3.2,单片机的特点和应用领域,体积小，价格低，应用广。,1.,单片机的特点,通用性、灵活性强，易扩展,。,可靠性高、抗干扰能力强,。,实时控制能力强,。,微型计算机具有运算速度快、精度高、方便灵活、适应范围广和可靠性高等特点。作为其分支的单片机，由于特殊的硬件结构和指令系统，还具有以下突出特点。,*,1.3.2,单片机的特点和应用领域,工业方面：各种测控系统、数据采集系统、工,业机器人、机电一体化产品等。,2.,单片机的应用领域,智能仪器仪表方面：如齿轮精度检验仪类的各,种工业检验、测量仪器、医疗器械等。,通信方面：调制解调器、程控交换技术。,民用方面：全自动洗衣机、智能电饭锅、电话机、录像机、空调机和电子玩具等。,导弹与控制方面：导弹控制、鱼雷制导控制、智能武器装备、航天飞机导航系统等。,*,1.3.3,MCS-51,系列单片机简介,MCS-51,系列单片机采用,HMOS,（如,8051,）和,CHMOS,（如,80C51,）工艺。这两种单片机完全兼容。,1.Intel,公司的,MCS-51,系列单片机,MCS-51,系列单片机按片内,有无程序存储器及程序存储器的形式,分为三种基本产品：,8031,、,8051,和,8751,。它们的引脚与指令系统完全兼容，但在内部结构及应用特性方面存在一些差异。,8031,内部包括一个,8,位,的,CPU,、,128 KB,的,RAM,、,21,个,特殊功能寄存器、,4,个,8,位,并行,I/O,口、,1,个,全双工的串行口、,2,个,16,位,的定时,/,计数器。但,无程序存储器,，使用时需外扩,EPROM,芯片。,*,1.3.3,MCS-51,系列单片机简介,8051,是在,8031,的基础上，片内集成有,4 KB,的,ROM,，,ROM,中的程序是由单片机芯片厂固化的，适合大批量的生产。,8751,片内含有,4 KB,的,EPROM,，单片机应用开发人员可以把编写好的程序用开发机或编程器写入其中，也可以反复修改程序。但其价格相对于,8031,较贵。,高档单片机主要包括：将原来的,8031/8051/8751,进行扩展为,8032/8052/8752,；低功耗,CHMOS,工艺芯片,80C31H/87C51/80C51BH,；具有高级语言编程的芯片,8052H-BASIC,；高性能的,8XCX52,系列。,*,1.3.3,MCS-51,系列单片机简介,Atmel,公司生产的,MCS-51,系列单片机提供了丰富的,外围接口,和,专用的控制器,，可用于特殊用途。例如电,压比较、,USB,控制、,MP3,解码及,CAN,控制,等。此外，,Atmel,公司还把,ISP,技术,集成在,MCS-51,系列单片机中，使用户能够方便地,改变程序代码,，从而方便地进行系统调试。,Atmel,公司还提供了各种产品的不同封装，以方便用户进行选择。,2.Atmel,公司的,MCS-51,系列单片机,*,1.3.3,MCS-51,系列单片机简介,2.Atmel,公司的,MCS-51,系列单片机,表,1-3 AT89,系列单片机常用产品特性一览表,型号,片内存储器,I/O,口线,定时,/,计数器,模拟比较器,中断源,串行口,程序存储器,数据存储器,89C1051,1 KB FPEROM,64 B,15,1,个,16,位,1,个,3,个,无,89C2051,2 KB FPEROM,128 B,15,2,个,16,位,1,个,5,个,2,级,UART,89C51,4 KB FPEROM,128 B,32,2,个,16,位,无,5,个,2,级,UART,89C52,8 KB FPEROM,256 B,32,3,个,16,位,无,6,个,2,级,UART,*,本课小结,计算机中所有信息都采用,二进制,表示，对于数值型数据，常采用几种进位计数制表示，不同数制之间可以相互转换。对有符号数的表示有,真值,、,机器数,、,原码,、,反码,和,补码,。在,机器中采用补码加减运算规则,做加减运算。为了方便书写程序和数据，观察处理结果，同时又能符合计算机只能识别二进制的特点，对,十进制数采用,BCD,编码,，对,常用字符编码采用,ASCII,码,。,单片机是把,微处理器,、,存储器,、,输入输出接口,、,定时,/,计数器,以及,串行通信接口,等集成在一块芯片上，它具有体积小、价格和功耗低、可靠性高等特点，其应用领域十分广泛。,*,思考题及习题,1-1.,对下列不同数制的数据进行转换。,（,1,）,(10011010),2,(),16,(),10,(0110.011)2,(),16,(),10,（,2,）,(12.375),10,(),2,(),16,(127.875),10,(),2,(),16,（,3,）,(0B7),16,(),2,(),10,(3EF.8),16,(),2,(),10,1-2.,将下列二进制带符号数分别用原码、反码和补码表示。,（,1,）,+1101110,（,2,）,-1111111,（,3,）,+1010111,（,4,）,-1000000,*,思考题及习题,1-3.,写出下列各十进制数的,BCD,码。,（,1,）,(47),10,（,2,）,(,68),10,（,3,）,(1986.7),10,（,4,）,(1969),10,1-4.,计算机中为什么要采用二进制数？十六进制数能被微型计算机直接执行吗？为什么要学习十六进制数？,1-5.,单片机有哪些方面的应用？发展前景如何？,1-6.,什么是单片机？它由哪几部分组成？,1-7.,计算机的基本结构有哪几部分组成？各部分作用,如何？,*,第二章,MCS-51,单片机的结构和原理,MCS,51,系列单片机的基本结构、,CPU,的组成。,MCS,51,系列单片机的存储器结构、功能区划分和各自寻址特点。,MCS,51,系列单片机,4,个,8,位并行,I/O,端口的各自功能和应用特点。,MCS,51,系列单片机器件的外部引脚功能、封装形式及单片机的工作方式。,*,2.1 MCS-51,单片机基本结构,2.2,中央处理器,CPU,2.3,存储器,2.4,并行输入,/,输出接口,2.5,单片机的引脚及其功能,本章主要内容,*,2.1 MCS-51,单片机基本结构,MCS-51,系列单片机都是以,8051,为核心电路发展起来的，包括,51,子系列（基本型）和,52,子系列（增强型）两大类，因此它们都具有,MCS-51,的基本结构与软件特征，具有很强的兼容性。,*,2.1.1 MCS-51,系列的内部结构,（,1,）面向控制的,8,位中央处理器（,CPU,）,（,2,）具有布尔处理（即位处理）能力,（,3,）,64KB,程序存储器空间,（,4,）,64KB,数据存储器空间,（,5,）,4KB,片内程序存储器（,ROM,）,（,6,）,128B,内部数据存储器（,RAM,）,（,7,）一组特殊功能寄存器（,SFR,）,（,8,）,32,根双向并可按位寻址的,I/O,口线,（,9,）,2,个,16,位定时器,/,计数器,（,10,）,5,个中断源，具有两个优先级,（,11,）一个全双功异步串行口,（,12,）片内振荡器和时钟电路,VCC,ALE,RAM,地址寄存器,RAM,P0,锁存器,P2,锁存器,ROM,P0,驱动器,P2,驱动器,ACC,寄存器,B,暂存,2,暂存,1,SP,程序地址寄存器,缓冲器,PC,加,1,PC,DPTR,PSW,P1,驱动器,P3,驱动器,P1,锁存器,P3,锁存器,SFR,特殊功能寄存器,PSEN,VSS,EA,RESET,内部时钟,外接晶振,P1.0P1.7,P3.0P3.7,P0.0P0.7,P2.0P2.7,中断、串行口及定时器,ALU,定,时,及,控,制,指,令,寄,存,器,指令译码器,用,EPROM,为,8751,无,ROM,为,8031,*,2.1.2 MCS-51,系列单片机的结构,P0 P1 P2 P3,并行接口,C,P,U,时钟电路,串行接口,中断系统,ROM,RAM,定时,/,计数器,T0 T1,TXD RXD,*,2.2,中央处理器,CPU,1.CPU,结构,MCS,51,内部有一个,8,位,CPU,（,8,位是,CPU,的字长，指,CPU,对数据的处理是按一个字节进行的），它象通常的微处理器一样，也是由算术逻辑运算单元,ALU,、定时控制部件（即控制器）和各种专用寄存器等组成的。,2.2.1 MCS-51,系列单片机,CPU,的结构和,功能部件,*,ALU,由定时和控制部件构成的控制器，包括定时控制逻辑、指令寄存器、指令译码器、数据指针,DPTR,、程序计数器,PC,、堆栈指针,SP,、,RAM,地址寄存器以及,16,位地址缓冲器等。,运算器（,ALU,、专用寄存器）,1.CPU,结构,*,2.CPU,的专用寄存器组,MCS-51,的,CPU,专用寄存器组包括程序计数器,PC,、累加器,ACC,、寄存器,B,、程序状态标志寄存器,PSW,、堆栈指针,SP,和数据指针,DPTR,等,6,个寄存器。,除,PC,外，其余,5,个寄存器均为可编程可访问寄存器。,PC,只能用在查表指令,MOVC,中，不可直接访问。,专用寄存器组中只有,PC,在物理上是独立的（即没有与其他器件共同编码的物理地址），,其余,5,个寄存器都有相应的直接地址编码（称字节地址）。,*,是一个独立的计数器，用于存放下一条待执行指令的地 址。,PC,的基本工作过程可以描述为：,PC,中的数作为指令地址输出给程序存储器，程序存储器按此地址输出指令字节，同时,PC,本身自动加,1,，指向下一条指令。,在执行转移、调用类指令或响应中断等操作时，,PC,的工作过程将有所不同。,MCS-51,的,PC,是一个,16,位寄存器，其寻址范围是,64KB,（即,2,16,Byte,）。,（,1,）程序计数器,PC,（,Program Counter,）,2.CPU,的专用寄存器组,*,（,2,）累加器,ACC,（,Accumulator,）,简称,A,寄存器或累加器,A,，是一个具有特殊用途的,8,位寄存器，主要用来存放一个操作数或存放运算的结果。,累加器,ACC,是,CPU,中使用最频繁的寄存器，,MCS-51,指令系统中多数指令的执行都通过它进行。,2.CPU,的专用寄存器组,*,（,3,）寄存器,B,寄存器,B,也是一个,8,位寄存器，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,AB,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,；运算结果商存于,A,，而余数存于,B,。其它情况下，,B,可作为一个工作寄存器使用。,2.CPU,的专用寄存器组,*,（,4,）程序状态字,PSW,（,Program State Word,）,Cy,AC,F0,RS1,RS0,OV,P,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,PSW,进位标志、,“,位累加器,”,辅助进位标志,用户通用状态标志,溢出标志,奇偶标志位,保留位,工作寄存器组选择控制位,若,A,中有奇数个,“,1,”,，则,P,置位，否则清零,2.CPU,的专用寄存器组,*,RS1,、,RS0,与片内工作寄存器组的对应 关系,RS1,RS0,寄存器组,片内,PAM,地址,通用寄存器名称,0,0,0,组,00H,07H,R0R7,0,1,1,组,08H,0FH,R0R7,1,0,2,组,10H,17H,R0R7,0,1,3,组,18H,1FH,R0R7,2.CPU,的专用寄存器组,*,堆栈是指用户在单片机内部,RAM,中开辟的、遵循“先进后出”原则、只能从一端存取数据的一个存储区。,存取数据的一端称为栈顶。,（,5,）堆栈指针,SP,（,Stack Pointer,）,2.CPU,的专用寄存器组,*,堆栈中的数据压入和弹出过程,凡是关系到堆栈操作的场合，都需要借助,MCS-51,的,CPU,中一个专用,8,位寄存器,SP,来间接指示堆栈中数据存取的位置，该寄存器被称为堆栈指针,SP,。,MCS-51,的堆栈是向上（即向地址增加的方向）生成的，堆栈指针,SP,的初始值称为栈底。在堆栈操作过程中，,SP,始终指向堆栈的栈顶。,单片机复位后,SP,的值为,07H,，因此入栈数据将从,08H,存起。,08H1FH,与工作寄存器区,13,，通常把栈底设计在片内,RAM,中地址值较高的地方，如,60H,等。,2.CPU,的专用寄存器组,*,入栈操作时首先将,SP,的内容,记为（,SP,）,自动增,1,，将,SP,间接指示的栈区片内,RAM,存储单元地址向上调整一次，再把数据压入由,SP,最新指示的片内,RAM,单元中；出栈操作时，首先将当前栈顶的内容弹出到相应位置，然后把,SP,的内容自动减,1,。可见，在堆栈操作过程中，,SP,的值将自动增,1,或减,1,。,89H,80H,70H,50H,栈底,SP,SP,入栈过程,PUSH ACC,出栈过程,POP ACC,SP,89H,SP,89H,A,A,89H,80H,70H,50H,栈底,2.CPU,的专用寄存器组,*,6.,数据指针寄存器,DPTR,数据指针,DPTR,是一个,16,位的专用寄存器，其高位字节寄存器用,DPH,表示、低位字节寄存器用,DPL,表示。既可作为一个,16,位寄存器,DPTR,来处理，也可作为两个独立的,8,位寄存器,DPH,和,DPL,来处理。,DPTR,主要用来存放,16,位地址，可通过它访问,64 KB,外部数据存储器或外部程序存储器空间。,2.CPU,的专用寄存器组,*,2.2.2 MCS-51,系列的,CPU,时序,CPU,以不同的方式，通过复杂的时序电路执行并完成各种不同指令功能。,CPU,的控制器按照指令的功能发出一系列在时间上有一定次序的信号去控制和启动一部分逻辑电路，完成某种操作。,在一定时刻发出一定的控制信号去启动一定的逻辑部件动作，这就是,CPU,的时序。,*,1.,系统时钟与时钟周期,系统时钟是一切微处理器、微控制器内部电路工作的基础。单片机内部有一个自激振荡电路，可以通过它或外部提供振荡源驱动内部时钟电路产生系统时钟信号。,系统时钟信号的振荡周期简称时钟周期,。,系统时钟组成了单片机机器周期的状态序列。,2.2.2 MCS-51,系列的,CPU,时序,*,2.,机器周期与指令周期,CPU,完成一种基本操作所需要的时间,称为,机器周期,Tcy,。,基本的机器周期有取指周期、存储器读周期和存储器写周期等，各种指令功能都是由这几种基本机器周期实现的。,CPU,执行一条指令所需要的时间称为指令周期，它以机器周期为单位。,MCS-51,的指令可以分为单周期指令、双周期指令和四周期指令三种，它们的执行时间依次是,1,个、,2,个和,4,个机器周期。,2.2.2 MCS-51,系列的,CPU,时序,*,机器周期与时钟周期的关系,MCS,51,系列单片机的的,1,个机器周期包括,12,个时钟周期。为了叙述方便，可将,1,个机器周期分为,6,个状态,S1,S6,，每个状态又分为两节拍,P1,、,P2,，则,1,个机器周期的,12,个节拍依次为,S1P1,、,S1P2,、,S2P1S6P2,。,如果系统时钟的晶振频率为,f,osc,=12MHz,，则,1,T,cy,=12,T,osc,=12/,f,osc,=12/(1210,6,),=1s,即：,1,个机器周期的时间为,1s,。,2.2.2 MCS-51,系列的,CPU,时序,单字节单周期指令,例：,INC A,双字节单周期指令,例：,ADD A,，,DATA,单字节双周期指令例：,INC DPTR,CPU,取指,/,执行时序,*,一个机器周期,P1 P2,P1 P2,读操作码（丢弃）,MOVX,类指令,(,单字节双周期指令）,无取指（无,ALE,）,地址,数据,访问外部存储器,双字节双周期指令 例：,MOV Rn,direct,读第二字节操作码,当,CPU,对外部,RAM,读写时，,ALE,不是周期信号,*,2.3,存储器,普林斯顿（,Princeton,）结构：,将程序和数据合用一个存储器空间的结构。,哈佛（,Harvard,）结构：,为绝大多数单片机所采用。程序存储器和数据存储器截然分开，,ROM,和,RAM,独立编址并分别寻址的结构，相互间不会冲突。,在,MCS-51,系列单片机中，不仅在片内预留了一定容量的程序存储器、数据存储器以及众多的特殊功能寄存器（,SFR,），而且还具有很强的外部存储器扩展能力，程序存储器和数据存储器的寻址能力均可达,64KB,，寻址和操作简单方便。,*,1234567891011121314,2827262524232221 201918171615,EPROM,2764,1234567891011121314,2827262524232221 201918171615,EPROM,2764,1234567891011121314151617181920,4039383736353433323130292827262524242221,1234567891011121314,2827262524232221 201918171615,RAM,6264,1234567891011121314,2827262524232221 201918171615,RAM,6264,8031,8751,8051,89C51,片内,RAM,片内,ROM,256B,（字节）,4KB,64K,64K,2.3,存储器,*,MCS,51,存储器结构,三大逻辑存储空间,内部数据存储器,程序存储器,外部,ROM,0FFFFH,1000H,外部,RAM,及,输入输出端口,（,64 K,）,0000H,0FFFFH,0FFFH,0000H,内部,ROM,EA=,1,0FFFH,0000H,外部,ROM,EA=,0,0080H,00FFH,特殊功,能寄存器,0000H,007FH,内部,RAM,外部数据存储器,2.3,存储器,*,2.3.1,程序存储器,程序存储器（,Program memory,）主要用于存放经调试正确的应用程序和常数表格。由于,MCS-51,系列单片机采用,16,位的程序计数器,PC,和,16,位的地址总线，因而程序存储器可扩展的地址空间为,64KB,，并且这,64KB,地址在空间分布范围上是连续和统一的。,*,1.,程序存储器的分类,单片机应用系统中的程序存储器一般用半导体只读存储器即,ROM,（,Read Only Memory,）。这种存储器在计算机运行时只能对其执行读操作，即使整机掉电后存于其中的信息也不会丢失，显然适于存放用户程序、常数和表格等。,(1)Mask ROM,型,：掩膜,ROM,。其编程只能由制造商通过半导体掩膜技术完成，用户无法改写，所以对用户而言，它是严格意义上的只读存储器，适用于有固定程序且大批量生产的产品中。如,8051,中的,4KB,程序存储器就是这一种。,2.3.1,程序存储器,*,（,2,）,OTPROM,型,一次可编程,ROM,（,One Time Programmable ROM,）。用户可通过专门设备对其一次性写入程序，此后便不能改写。这种程序存储器可靠性很高，适合于存放已调试成功的用户程序，投入规模生产，但调试阶段不宜用。,目前，国内外有很多单片机制选商提供片内集有,OTRROM,的单片机产品，可供用户选择。,2.3.1,程序存储器,*,(3)EPROM,型,可擦除可编程,ROM,（,Erasable Programmable Rom,）,其典型外观标志是芯片上有一个紫外线擦除窗口。这种存储器编程使用一定的直流电源（如,+21V,电压），而擦除则用紫外线灯光照射芯片窗口（一般需,15,30,分钟），重新编程后用不透明标签将窗口贴覆遮盖住即可。,目前仍有许多用户在单片机产品开发中用此类器件，但由于这种器件不是本质非易失器件（阳光或日光灯照射时间足够长也会擦除程序）、编程电压要求高、编程时间长等原因，应用范围正在萎缩，相信不久即会被新型器件替代。,MCS-51,系列单片机,8751,的片内,ROM,以及,27,系列存储器芯片都属于此类产品。,2.3.1,程序存储器,*,（,4,）,E,2,PROM,型,电可擦除可编程,ROM,（,Electrically Erasable Programmable ROM,），较新型只读存储器，编程速度较快且可在线改写，擦除、写入和读出电压均为,+5V,。,28,系列存储器属于此类产品。,2.3.1,程序存储器,*,(5)Flash ROM,型,闪速只读存储器，是最新型的半导体只读存储器，其集成度、速度和易用性等远非传统,ROM,可比。在,+5V,电源下，改写时无需擦除操作，高端产品擦写速度可达,ns,级，已进入推广阶段。如,ATMEL,公司的,AT89,系列单片机中均集有容量不等的,Flash ROM,，是产品开发用的理想机种。,其唯一的缺点是可靠性尚需提高，若设计调试时用,Flash ROM,型产品，投入生产时改用,OTPROM,型，在目前应是最佳选择。,专门的,Flash ROM,器件，有,93,系列等。很多大规模可编程逻辑器件（如,CPLD,）在存储性质上与,Flash ROM,一致。,2.3.1,程序存储器,*,2.MCS-51,系列单片机程序存储器的应用形态,MCS-51,片内程序存储器为固定的只读存储器,ROM,。如,8051,中含有,4KB,容量的掩膜,ROM,，,8751,中含有,4KB,容量的,EPROM,，,89C51,中含有,4KB,容量的,Flash ROM,。,8031/8032,中不设程序存储器，这种单片机在供应状态上称为,ROM Less,型器件，使用过程中必须外扩,ROM,。,2.3.1,程序存储器,*,.,.,.,程序,存储器,(PC),中断,5,中断,4,中断,3,中断,2,中断,1,0000H,0001H,0002H,0003H,000BH,0013H,001BH,0023H,002BH,定时器,1,中断,外部中断,0,定时器,0,中断,外部中断,1,串行口中断,8,位,0FFFH,0FFEH,0000H,FFFFH,(64K),0000H,0FFFH,(4K),内部,EA=1,程序,存储器资源分布,中断入口地址,外部,EA=0,2.3.1,程序存储器,引脚接高电平时，,CPU,可访问内部和外部,ROM,，且程序自片内程序存储器开始执行，,PC,值超出片内,ROM,容量时，会自动转向片外程序存储器中的程序。,*,3.,程序存储器中的特定程序入口,ROM,地址,功能分配,ROM,地址,功能分配,0000H,系统复位或非屏蔽中断,0013H,外部中断,1,中断服务程序入口,0003H,外部中断,0,中断服务程序入口,001BH,定时器,/,计数器,1,中断服务程序入口,000BH,定时器,/,计数器,0,中断服务程序入口,0023H,串行口中断服务程序入口,2.3.1,程序存储器,*,0000H,FFFFH,(64K),外部,数据,存储器,00H,FFH,7FH,80H,(,高,128B),(,低,128B),内部,RAM,专用寄存器,0,组,R0,R7,R0,R7,R0,R7,R0,R7,1,组,2,组,3,组,工作寄存器区,可位寻址区,20H,2FH,7F 78,07 00,30H,7FH,数据缓冲区,/,堆栈区,内部,RAM,存储器,18H,1FH,10H,17H,08H,0FH,00H,07H,2.3.2,内部数据存储器,RS1,RS0,0,0,0,组,0,1,1,组,1,0,2,组,0,1,3,组,*,2.3.2,内部数据存储器,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,MSB,位地址,LSB,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,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,