第01章单片机基础优秀课件.ppt

第01章单片机基础第1页，本讲稿共96页主要内容主要内容第第第第0 0章章章章 单片机概述单片机概述单片机概述单片机概述 1.1 1.1微型计算机概述微型计算机概述微型计算机概述微型计算机概述 1.1.2 微型计算机的发展微型计算机的发展 1.2 1.2 微型计算机的组成及其工作原理微型计算机的组成及其工作原理微型计算机的组成及其工作原理微型计算机的组成及其工作原理1.3 单片微型计算机的发展及应用单片微型计算机的发展及应用 第2页，本讲稿共96页19461946年第一台计算机诞生年第一台计算机诞生年第一台计算机诞生年第一台计算机诞生 经历了电子管、晶体管、集成电路、大规模集经历了电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路的过程成电路、超大规模集成电路的过程 计算机产生的目的计算机产生的目的：为了解决日益复杂的计算问题为了解决日益复杂的计算问题为了解决日益复杂的计算问题为了解决日益复杂的计算问题 如今，计算机已经深入到社会的各个领域如今，计算机已经深入到社会的各个领域如今，计算机已经深入到社会的各个领域如今，计算机已经深入到社会的各个领域 随着计算机的普及，计算机在不同的领域、不同的随着计算机的普及，计算机在不同的领域、不同的随着计算机的普及，计算机在不同的领域、不同的随着计算机的普及，计算机在不同的领域、不同的行业的应用。是计算机在结构上发生了深刻的变化，行业的应用。是计算机在结构上发生了深刻的变化，行业的应用。是计算机在结构上发生了深刻的变化，行业的应用。是计算机在结构上发生了深刻的变化，其表现在以下几个方面其表现在以下几个方面其表现在以下几个方面其表现在以下几个方面：第3页，本讲稿共96页（1 1）针对控制领域的特点，即高可靠性，灵活的控制能力，）针对控制领域的特点，即高可靠性，灵活的控制能力，）针对控制领域的特点，即高可靠性，灵活的控制能力，）针对控制领域的特点，即高可靠性，灵活的控制能力，再加上要求体积小、价格低。出现了将微处理器与外围器件再加上要求体积小、价格低。出现了将微处理器与外围器件再加上要求体积小、价格低。出现了将微处理器与外围器件再加上要求体积小、价格低。出现了将微处理器与外围器件集成在一块芯片上计算机集成在一块芯片上计算机集成在一块芯片上计算机集成在一块芯片上计算机单片机（单片机（单片机（单片机（single-chip single-chip Microcomputer)Microcomputer)。它具有灵活的指令系统和位处理能力。它具有灵活的指令系统和位处理能力。它具有灵活的指令系统和位处理能力。它具有灵活的指令系统和位处理能力,抗干扰能力强，功耗低。由于它主要用于控制领域，例如，抗干扰能力强，功耗低。由于它主要用于控制领域，例如，抗干扰能力强，功耗低。由于它主要用于控制领域，例如，抗干扰能力强，功耗低。由于它主要用于控制领域，例如，智能控制设备与仪表机电一体化产品，家电产品等。因此又智能控制设备与仪表机电一体化产品，家电产品等。因此又智能控制设备与仪表机电一体化产品，家电产品等。因此又智能控制设备与仪表机电一体化产品，家电产品等。因此又叫叫叫叫Microcontroling unit.(MCU)Microcontroling unit.(MCU)（2 2）针对信号处理过程中需要大量的复杂计算，例如，语）针对信号处理过程中需要大量的复杂计算，例如，语）针对信号处理过程中需要大量的复杂计算，例如，语）针对信号处理过程中需要大量的复杂计算，例如，语音、图像的处理，编解码处理。信号的提取与恢复等，出音、图像的处理，编解码处理。信号的提取与恢复等，出音、图像的处理，编解码处理。信号的提取与恢复等，出音、图像的处理，编解码处理。信号的提取与恢复等，出现了以密集型计算见长的单片机，即现了以密集型计算见长的单片机，即现了以密集型计算见长的单片机，即现了以密集型计算见长的单片机，即DSPDSP（Digital Digital signal Processor).signal Processor).第4页，本讲稿共96页（3）满足功能多样化的目的，将微处理器，半导体存贮）满足功能多样化的目的，将微处理器，半导体存贮器，器，I/O接口和中断电路及装在一块印刷电路板上，或几接口和中断电路及装在一块印刷电路板上，或几块电路板上，形成单板机或多板机，再加上外设和系统块电路板上，形成单板机或多板机，再加上外设和系统软件，就构成了通用的软件，就构成了通用的PC机。机。单片机和单片机和PC机在结构上的区别：机在结构上的区别：PCPC机采用了机采用了机采用了机采用了Ven NeumannVen Neumann结构结构结构结构DSPDSP采用了采用了采用了采用了HavardHavard结构结构结构结构MCU采用类似采用类似Havard结构结构第5页，本讲稿共96页单片微型计算机的发展及应用单片微型计算机的发展及应用1 1 单片机的发展历史单片机的发展历史2 2 单片机的发展趋势单片机的发展趋势3 3 单片机的典型产品单片机的典型产品4 4 单片机的应用单片机的应用 第6页，本讲稿共96页 19741974年年年年1212月月月月，美美美美国国国国仙仙仙仙童童童童（FairchildFairchild）公公公公司司司司推推推推出出出出了了了了世世世世界界界界上上上上第第第第一一一一台台台台8 8位位位位单单单单片片片片机机机机F8F8。单单单单片片片片机的发展过程分为以下几个发展阶段。机的发展过程分为以下几个发展阶段。机的发展过程分为以下几个发展阶段。机的发展过程分为以下几个发展阶段。第一代单片机（第一代单片机（第一代单片机（第一代单片机（1974197619741976年）年）年）年）单片机发展的起步阶段。集成度也较低，并且采用了双片形式。单片机发展的起步阶段。集成度也较低，并且采用了双片形式。单片机发展的起步阶段。集成度也较低，并且采用了双片形式。单片机发展的起步阶段。集成度也较低，并且采用了双片形式。代表产品有代表产品有代表产品有代表产品有FairchildFairchild公司的公司的公司的公司的F8F8和和和和MostekMostek公司的公司的公司的公司的38703870等。等。等。等。第二代单片机（第二代单片机（第二代单片机（第二代单片机（1976197819761978年）年）年）年）这是单片机的发展阶段。这是单片机的发展阶段。这是单片机的发展阶段。这是单片机的发展阶段。最典型的产品有最典型的产品有最典型的产品有最典型的产品有IntelIntel公司的公司的公司的公司的MCS-48MCS-48系列单片机。系列单片机。系列单片机。系列单片机。第三代单片机（第三代单片机（第三代单片机（第三代单片机（19791979一一一一19821982年）年）年）年）这是这是这是这是8 8位单片机的成熟阶段。位单片机的成熟阶段。位单片机的成熟阶段。位单片机的成熟阶段。代表产品有代表产品有代表产品有代表产品有IntelIntel公司的公司的公司的公司的MCS-51MCS-51系列机、系列机、系列机、系列机、MotorolaMotorola公司公司公司公司 的的的的MC6801MC6801系列机、系列机、系列机、系列机、ZilogZilog公司的公司的公司的公司的Z8Z8系列机等。系列机等。系列机等。系列机等。第四代单片机（第四代单片机（第四代单片机（第四代单片机（19831983年以后）年以后）年以后）年以后）1983 1983年以后是年以后是年以后是年以后是1616位单片机和位单片机和位单片机和位单片机和8 8位高性能单片机并行发展的时代。位高性能单片机并行发展的时代。位高性能单片机并行发展的时代。位高性能单片机并行发展的时代。1 1 单片机的发展历史单片机的发展历史第7页，本讲稿共96页目目目目前前前前，单单单单片片片片机机机机正正正正朝朝朝朝着着着着高高高高速速速速度度度度、高高高高性性性性能能能能和和和和多多多多品品品品种种种种方方方方向向向向发发发发展展展展，单单单单片机的发展趋势具体体现在以下四个方面：片机的发展趋势具体体现在以下四个方面：片机的发展趋势具体体现在以下四个方面：片机的发展趋势具体体现在以下四个方面：（1 1 1 1）位位位位、位位位位、位位位位、位位位位单单单单片片片片机机机机共共共共存存存存，并并并并各各各各有有有有自自自自己的生存空间。己的生存空间。己的生存空间。己的生存空间。（2 2 2 2）CPU CPU CPU CPU功能不断增强、运行不断速度提高。功能不断增强、运行不断速度提高。功能不断增强、运行不断速度提高。功能不断增强、运行不断速度提高。（3 3 3 3）内内内内部部部部资资资资源源源源增增增增多多多多，增增增增加加加加存存存存储储储储器器器器容容容容量量量量、片片片片内内内内外外外外设设设设如如如如ADADADAD、DADADADA、LEDLEDLEDLEDLCDLCDLCDLCD驱动、驱动、驱动、驱动、DMADMADMADMA、PWMPWMPWMPWM、WDT WDT WDT WDT。（）引脚的多功能化（）引脚的多功能化（）引脚的多功能化（）引脚的多功能化 （）低电压和低功耗（）低电压和低功耗（）低电压和低功耗（）低电压和低功耗 （）结结结结合合合合ASICASICASICASIC和和和和RISCRISCRISCRISC技技技技术术术术，使使使使单单单单片片片片机机机机的的的的应应应应用用用用范范范范围围围围进进进进一一一一步步步步扩扩扩扩大。大。大。大。2 2 单片机的发展趋势单片机的发展趋势第8页，本讲稿共96页3 3 单片机的典型产品单片机的典型产品18位低档系列机位低档系列机 MCS-48系列是系列是Intel公司公司1976年后推出的八位系列年后推出的八位系列机单片机机单片机28位高档系列机位高档系列机 MCS-51 MCS-51系列单片机是系列单片机是系列单片机是系列单片机是IntelIntel公司公司公司公司19801980年以后推出的年以后推出的年以后推出的年以后推出的8 8位位位位高档机高档机高档机高档机 316位单片机系列位单片机系列 Intel公司从公司从1984年开始推出高性能的十六位年开始推出高性能的十六位MCS-96系列单片机系列单片机 432单片机单片机以以ARM公司的公司的ARM711为代表为代表第9页，本讲稿共96页 单单单单片片片片机机机机具具具具有有有有集集集集成成成成度度度度高高高高、结结结结构构构构简简简简单单单单、可可可可靠靠靠靠性性性性高高高高、控控控控制制制制功功功功能能能能强强强强、应应应应用用用用灵灵灵灵活活活活方方方方便便便便和和和和价价价价格格格格低低低低等等等等优优优优点点点点，因因因因此此此此广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用于于于于国国国国民民民民经经经经济济济济的的的的各各各各个个个个领领领领域域域域。单单单单片片片片机机机机的的的的应应应应用用用用提提提提高高高高了了了了机机机机电电电电设设设设备备备备的的的的技技技技术术术术水水水水平平平平和和和和自自自自动动动动化化化化程程程程度度度度，对对对对各各各各行行行行各各各各业业业业的的的的技技技技术术术术改改改改造造造造和和和和产产产产品品品品更更更更新新新新换换换换代代代代起起起起到到到到了了了了重重重重要要要要的的的的推推推推动动动动作用。作用。作用。作用。1单片机特别适用于机、电、仪一体的智能产品单片机特别适用于机、电、仪一体的智能产品 （1 1）单片机在日常生活中的应用）单片机在日常生活中的应用）单片机在日常生活中的应用）单片机在日常生活中的应用 （2 2）单片机在数据处理方面的应用）单片机在数据处理方面的应用）单片机在数据处理方面的应用）单片机在数据处理方面的应用 （3 3）单片机在智能化的仪器仪表中应用）单片机在智能化的仪器仪表中应用）单片机在智能化的仪器仪表中应用）单片机在智能化的仪器仪表中应用 2 2单片机在工业控制中的应用单片机在工业控制中的应用单片机在工业控制中的应用单片机在工业控制中的应用 3 3单片机在通讯方面的应用单片机在通讯方面的应用单片机在通讯方面的应用单片机在通讯方面的应用 4 4 单片机的应用单片机的应用第10页，本讲稿共96页第11页，本讲稿共96页单片机成功地应用于玩具、游戏机、无绳电话、充电器、单片机成功地应用于玩具、游戏机、无绳电话、充电器、单片机成功地应用于玩具、游戏机、无绳电话、充电器、单片机成功地应用于玩具、游戏机、无绳电话、充电器、按摩器、按摩器、按摩器、按摩器、ICIC卡电话、卡电话、卡电话、卡电话、ICIC卡水表、卡水表、卡水表、卡水表、ICIC卡煤气表、卡煤气表、卡煤气表、卡煤气表、ICIC卡电度表、卡电度表、卡电度表、卡电度表、流量温控仪表、家庭自动化、电子锁、电子秤、步进电机、流量温控仪表、家庭自动化、电子锁、电子秤、步进电机、流量温控仪表、家庭自动化、电子锁、电子秤、步进电机、流量温控仪表、家庭自动化、电子锁、电子秤、步进电机、防盗报警、电子日历时钟等这些日常生活的产品中。防盗报警、电子日历时钟等这些日常生活的产品中。防盗报警、电子日历时钟等这些日常生活的产品中。防盗报警、电子日历时钟等这些日常生活的产品中。图图图图形形形形终终终终端端端端、彩彩彩彩色色色色黑黑黑黑白白白白复复复复印印印印机机机机、软软软软盘盘盘盘及及及及硬硬硬硬盘盘盘盘驱驱驱驱动动动动器器器器、磁磁磁磁带带带带机机机机、打印机的内部都采用单片机进行控制。打印机的内部都采用单片机进行控制。打印机的内部都采用单片机进行控制。打印机的内部都采用单片机进行控制。在在各各类类仪仪器器仪仪表表中中（包包括括医医疗疗器器械械、色色谱谱仪仪、温温度度、湿湿度度、流流量量、流流速速、电电压压、频频率率、功功率率、厚厚度度、角角度度、长长度度、硬硬度度、元元素素测测定定等等）引引R入入单单片片机机，使使仪仪器器仪仪表表数数字字化化、智能化、微型化，功能大大提高。智能化、微型化，功能大大提高。第12页，本讲稿共96页计算机的新分类通用计算机通用计算机：具有计算机的标准形态，有操：具有计算机的标准形态，有操作系统，可以装上不同的应用软件，应用于作系统，可以装上不同的应用软件，应用于不同的领域，其典型产品是通用不同的领域，其典型产品是通用PC机。机。嵌入式计算机：嵌入式计算机：以应用为中心，以计算机技以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，针对具体的应用术为基础，软硬件可裁减，针对具体的应用环境和要求而设计，是一台专用的计算机系环境和要求而设计，是一台专用的计算机系统。统。单片机、单片机、DSP、ARM等为核心的系统等为核心的系统都是嵌入式系统。都是嵌入式系统。第13页，本讲稿共96页 本本本本教教教教材材材材主主主主要要要要讲讲讲讲述述述述MCS-51MCS-51单单单单片片片片机机机机，包包包包括括括括它它它它的的的的硬硬硬硬件件件件、软软软软件件件件及及及及其其其其应用。应用。应用。应用。本章介绍本章介绍本章介绍本章介绍MCS-51MCS-51单片机的结构、工作原理及其组成部件和单片机的结构、工作原理及其组成部件和单片机的结构、工作原理及其组成部件和单片机的结构、工作原理及其组成部件和各部件的功能。各部件的功能。各部件的功能。各部件的功能。1.1 MCS-51 1.1 MCS-51系列单系列单系列单系列单片机的结构片机的结构 1.2 8051 1.2 8051单片机单片机单片机单片机内部结构和功能内部结构和功能内部结构和功能内部结构和功能1.3 MCS-51单片机单片机的引脚功能的引脚功能的引脚功能的引脚功能1.4 MCS-51单片机的单片机的工作方式工作方式工作方式工作方式 1.5 MCS-51单片机的时序单片机的时序单片机的时序单片机的时序第第1 1章章 MCS-51 MCS-51单片机的结构和工作原理单片机的结构和工作原理第14页，本讲稿共96页 1.1.2 MCS-51单片机的应用特性单片机的应用特性1.1.1 MCS-51 单片机的基本组成单片机的基本组成1 11 MCS-511 MCS-51系列单片机的结构系列单片机的结构第15页，本讲稿共96页 1.2.1 1.2.1 中央处理器中央处理器CPU 1.2.2 1.2.2 存储器结构存储器结构 1.2.3 1.2.3 定时器定时器定时器定时器/计数器（计数器（计数器（计数器（T/C)1.2.4 1.2.4 并行并行并行并行I/OI/O接口接口接口接口 1.2.5 1.2.5 串行口串行口串行口串行口 1.2.6 中断系统中断系统中断系统中断系统1 12 80512 8051单片机单片机内部结构和功能内部结构和功能第16页，本讲稿共96页 1.1.1 MCS-51 1.1.1 MCS-51 单片机的基本组成单片机的基本组成存储器存储器I/OI/OI/OI/O接口接口接口接口第17页，本讲稿共96页 MCS-51 MCS-51单片机芯片有许多种：单片机芯片有许多种：单片机芯片有许多种：单片机芯片有许多种：如如如如80518051、80318031、87518751、80C5180C51、80C3180C31等。等。等。等。它由它由8个部件组成，个部件组成，1 1、中央处理器（、中央处理器（、中央处理器（、中央处理器（CPUCPU）核心核心核心核心 2、时钟电路、时钟电路 12MHz12MHz 3、程序存储器（、程序存储器（ROM/EPROM）4KB 4 4、数据存储器（、数据存储器（、数据存储器（、数据存储器（RAMRAM）128B+128B SFR128B+128B SFR 5、并行、并行I/O口（口（P0P3口）口）P0P0和和和和P2P2兼作外总线兼作外总线兼作外总线兼作外总线 6 6、串行口、串行口、串行口、串行口 全双工串行口全双工串行口全双工串行口全双工串行口 7 7、定时器、定时器、定时器、定时器/计数器计数器计数器计数器 2 2个个个个1616位位位位 8 8、中断系统、中断系统、中断系统、中断系统 5 5个中断源，高级和低级两级优先级别个中断源，高级和低级两级优先级别个中断源，高级和低级两级优先级别个中断源，高级和低级两级优先级别 它们都是通过单一总线连接，并被集成在一块半导体芯片上，它们都是通过单一总线连接，并被集成在一块半导体芯片上，它们都是通过单一总线连接，并被集成在一块半导体芯片上，它们都是通过单一总线连接，并被集成在一块半导体芯片上，为单片微型计算机（为单片微型计算机（为单片微型计算机（为单片微型计算机（Single-Chip MicrocomputerSingle-Chip Microcomputer）Microcontroling unitMicrocontroling unit片内存储器片内存储器片内片内片内片内I/OI/O接口接口接口接口第18页，本讲稿共96页1.MCS-51单片机系列单片机系列 两大系列：两大系列：两大系列：两大系列：MCS-51MCS-51子系列和子系列和子系列和子系列和MCS-52MCS-52子系列。子系列。子系列。子系列。其中其中51子系列是子系列是基本型基本型，而，而52子系列属于子系列属于增强型增强型增强型增强型。各子系列配置如表各子系列配置如表各子系列配置如表各子系列配置如表2-12-1所示。所示。所示。所示。(P46)(P46)片内片内片内片内ROMROM形式形式形式形式 无无无无 ROM EPROM ROM EPROM 8031 8051 8751 80C31 80C51 87C51 80C31 80C51 87C51 8032 8052 8752 80C32 80C52 87C52112 MCS-51单片机的应用特性单片机的应用特性5151子系子系子系子系统统统统5252子系子系子系子系统统统统第19页，本讲稿共96页52子子系系列列与与51子子系系列列相相比比，其其功功能能增增强强的的具体方面如下：具体方面如下：1片内片内RAM从从128字节增加到字节增加到256字节字节2片内片内ROM从从4KB 增加到增加到8KB3定时器定时器/计数器从计数器从2个增加到个增加到3个个4中断源从中断源从5个增加到个增加到67个个第20页，本讲稿共96页!80C51 80C51 中央处理单元；中央处理单元；中央处理单元；中央处理单元；!8K 8K 字节内部程序存储器，可外部扩展到字节内部程序存储器，可外部扩展到字节内部程序存储器，可外部扩展到字节内部程序存储器，可外部扩展到64K 64K 字节；字节；字节；字节；!256 256 字节片内数据字节片内数据字节片内数据字节片内数据RAM RAM，可外部扩展到，可外部扩展到，可外部扩展到，可外部扩展到64K 64K 字节；字节；字节；字节；!3 3 个个个个16 16 位定时位定时位定时位定时/计数器计数器计数器计数器T0 T0，T1 T1（标准（标准（标准（标准80C51 80C51）和附加的）和附加的）和附加的）和附加的T2 T2（捕获（捕获（捕获（捕获&比比比比较）；较）；较）；较）；!内置内置内置内置PWMPWMPWMPWM；!带带带带 8 8 路模拟输入的路模拟输入的路模拟输入的路模拟输入的10 10 位位位位ADC ADC；!快快快快 速速速速8 8 位位位位ADC ADC 选项；选项；选项；选项；!5 5 个个个个8 8 位位位位I/O I/O 口加上一个与模拟输入复用的口加上一个与模拟输入复用的口加上一个与模拟输入复用的口加上一个与模拟输入复用的8 8 位输入口；位输入口；位输入口；位输入口；2 2!带带带带 字节方式主和从功能的字节方式主和从功能的字节方式主和从功能的字节方式主和从功能的I 2C I 2C 总线串行总线串行总线串行总线串行I/O I/O 口；口；口；口；!片内看门狗定时器；片内看门狗定时器；片内看门狗定时器；片内看门狗定时器；!宽温度范围；宽温度范围；宽温度范围；宽温度范围；!全全全全 静态操作：静态操作：静态操作：静态操作：0 0 16MHz 16MHz；!操作电压范围：操作电压范围：操作电压范围：操作电压范围：2.7 2.7 5.5V 5.5V（0 0 16MHz 16MHz）；）；）；）；!保密位：保密位：保密位：保密位：OTP OTP（3 3 位）；位）；位）；位）；!64 64 字节加密阵列；字节加密阵列；字节加密阵列；字节加密阵列；第21页，本讲稿共96页2.单片机芯片的半导体工艺单片机芯片的半导体工艺MCS-51MCS-51系列单片机采用以下两种半导体工艺生产系列单片机采用以下两种半导体工艺生产系列单片机采用以下两种半导体工艺生产系列单片机采用以下两种半导体工艺生产 HMOS HMOS 芯片型号中芯片型号中芯片型号中芯片型号中不带有字母不带有字母“C”的，的，的，的，功耗较大。功耗较大。功耗较大。功耗较大。CHMOS CHMOS 芯片型号中芯片型号中芯片型号中芯片型号中凡带有字母凡带有字母“C”的，的，具有高速度、高密度、低功耗的特点具有高速度、高密度、低功耗的特点具有高速度、高密度、低功耗的特点具有高速度、高密度、低功耗的特点 例例例例如如如如 80518051的的的的功功功功耗耗耗耗为为为为630mW630mW，80C5180C51的的的的功功功功耗耗耗耗只只只只有有有有120mW120mW。在在便便携携式式、手手提提式式或或野野外外作作业业仪仪器器设设备备或或长长期期无无人人值值守守自自动动监监测测、监监控控的的仪仪表表上上是是非非常常有有意意义义的的。因因此此在在这些产品中最好使用这些产品中最好使用CHMOS型单片机芯片型单片机芯片.第22页，本讲稿共96页3.3.片内片内ROMROM存储器的配置形式及应用环境存储器的配置形式及应用环境 MCS-51MCS-51单片机内程序存储器的配置形式有三种：单片机内程序存储器的配置形式有三种：单片机内程序存储器的配置形式有三种：单片机内程序存储器的配置形式有三种：掩模掩模掩模掩模ROMROM型型型型 （由厂家一次写入，成本低）（由厂家一次写入，成本低）（由厂家一次写入，成本低）（由厂家一次写入，成本低）EPROM EPROM型型型型 （由用户可反复写入，成本较高）（由用户可反复写入，成本较高）（由用户可反复写入，成本较高）（由用户可反复写入，成本较高）87C51 87C51 FLASH FLASH型型型型 （以（以（以（以FLASHFLASH存贮器为程序存贮器）存贮器为程序存贮器）存贮器为程序存贮器）存贮器为程序存贮器）如如如如：89S51/89C5189S51/89C51 无无无无ROM ROM （需在片外扩展）（需在片外扩展）（需在片外扩展）（需在片外扩展）80318031 各有特点，也各有其适用场合，可根据需要进行各有特点，也各有其适用场合，可根据需要进行各有特点，也各有其适用场合，可根据需要进行各有特点，也各有其适用场合，可根据需要进行选择选择 环境温度范围，划分为三个等级环境温度范围，划分为三个等级环境温度范围，划分为三个等级环境温度范围，划分为三个等级 民用级民用级民用级民用级 0 07070 工业级工业级 4085 军用级军用级军用级军用级 6565125125 因此在使用中应注意根据现场温度因此在使用中应注意根据现场温度因此在使用中应注意根据现场温度因此在使用中应注意根据现场温度选择选择选择选择芯片。芯片。芯片。芯片。第23页，本讲稿共96页1.2 80511.2 8051单片机内部结构和功能单片机内部结构和功能第24页，本讲稿共96页一运算器一运算器 1 1算术逻辑单元（算术逻辑单元（ALUALUArithmetic Logic UnitArithmetic Logic UnitArithmetic Logic UnitArithmetic Logic Unit）2 2累加器（累加器（ACCACCAccumulatorAccumulatorAccumulatorAccumulator）3 3 3 3寄存器寄存器寄存器寄存器 BB 4 4程序状态字（程序状态字（PSWProgram Status WordProgram Status WordProgram Status WordProgram Status Word）5 5布尔处理器布尔处理器二、控制器二、控制器二、控制器二、控制器1 1程序计数器（程序计数器（程序计数器（程序计数器（PCPCProgram CounterProgram CounterProgram CounterProgram Counter）2 2指令译码器指令译码器ID ID 3 3 3 3数据指针（数据指针（数据指针（数据指针（DPTRDPTR）4.4.4.4.堆栈指针堆栈指针堆栈指针堆栈指针(SPStack PointerStack PointerStack PointerStack Pointer)1 12 21 1 中央处理器中央处理器CPUCPU第25页，本讲稿共96页 功能：运算部件功能：运算部件功能：运算部件功能：运算部件 实现算术、逻辑运算、位变量处理、移位、数据传送实现算术、逻辑运算、位变量处理、移位、数据传送实现算术、逻辑运算、位变量处理、移位、数据传送实现算术、逻辑运算、位变量处理、移位、数据传送 1 1 1 1算术逻辑单元（算术逻辑单元（算术逻辑单元（算术逻辑单元（ALU）8 8位位位位 其累加器是其累加器是ACC 二进制四则运算和布尔代数的逻辑运算二进制四则运算和布尔代数的逻辑运算二进制四则运算和布尔代数的逻辑运算二进制四则运算和布尔代数的逻辑运算 运算结果影响运算结果影响运算结果影响运算结果影响PSWPSW的有关标志位的有关标志位的有关标志位的有关标志位 2.累加器（累加器（ACCACC）8位位 存放操作数和中间结果存放操作数和中间结果 工作频繁，大多数操作均通过它进行工作频繁，大多数操作均通过它进行 3寄存器寄存器BB 8 8位位位位 乘法时用于存乘数乘法时用于存乘数乘法时用于存乘数乘法时用于存乘数/积的高积的高积的高积的高8 8位位位位 除法时用于存除数除法时用于存除数除法时用于存除数除法时用于存除数/余数余数余数余数 4程序状态字（程序状态字（PSWPSW）8 8位位位位 特殊功能寄存器特殊功能寄存器特殊功能寄存器特殊功能寄存器 5 5布尔处理器布尔处理器布尔处理器布尔处理器 1 1位位位位 它以进位标志（它以进位标志（它以进位标志（它以进位标志（CCY）作为累加位）作为累加位）作为累加位）作为累加位 进行位操作进行位操作进行位操作进行位操作 一、运算器一、运算器第26页，本讲稿共96页CYACF0RS1 RS0OVP PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0CY(PSW.7)进位标志位进位标志位 ACAC（PSW.6PSW.6）辅助进位（或称半进位）标志辅助进位（或称半进位）标志辅助进位（或称半进位）标志辅助进位（或称半进位）标志F0（PSW.5）用户标志位用户标志位 RS1RS1和和和和RS0RS0（PSW.4PSW.4，PSW.3PSW.3）工作寄存器组选择位）工作寄存器组选择位）工作寄存器组选择位）工作寄存器组选择位 OVOV（PSW.2PSW.2）溢出标志位溢出标志位溢出标志位溢出标志位 PSW.1 未定义位未定义位P（PSW.0）奇偶标志位奇偶标志位 程序状态字程序状态字PSW各位标志的含义各位标志的含义第27页，本讲稿共96页 CYY是是是是PSWPSW中最常用的标志位。中最常用的标志位。由硬件或软件置位和清零。由硬件或软件置位和清零。字节运算中字节运算中字节运算中字节运算中(ALUALU)：它表示运算结果是否有进位（或借位）。它表示运算结果是否有进位（或借位）。它表示运算结果是否有进位（或借位）。它表示运算结果是否有进位（或借位）。加法时：有进位加法时：有进位加法时：有进位加法时：有进位 CyCy由硬件置由硬件置由硬件置由硬件置“1”“1”即即即即Cy=1Cy=1；无进位无进位无进位无进位 C CYY被硬件清被硬件清“0”即即Cy=0。减法时：有借位减法时：有借位 Cy由硬件置由硬件置“1”即即Cy=1；无借位无借位无借位无借位 C CYY被硬件清被硬件清被硬件清被硬件清“0”“0”即即即即Cy=0Cy=0。位操作（位操作（位操作（位操作（布尔操作布尔操作）时，）时，CYY作为累加器使用，其作用相作为累加器使用，其作用相作为累加器使用，其作用相作为累加器使用，其作用相当于字节操作的累加器当于字节操作的累加器当于字节操作的累加器当于字节操作的累加器ACCACC。CY第28页，本讲稿共96页在指令中可作为转移的条件在指令中可作为转移的条件在指令中可作为转移的条件在指令中可作为转移的条件 J JC C rel rel ；cy=1 cy=1转移转移转移转移 JNC rel ；cy=0 转移转移 位操作指令中做累加器位操作指令中做累加器 ANL ANL CC,bit ANL CC,/bit bit ORL ORL CC,bit ORL,bit ORL CC,/bit bit SETB SETB C C CLR C CPL C CPL C MOV MOV CC,bit,bit MOV bit,c c 第29页，本讲稿共96页ACAC（PSW.6PSW.6）辅助进位（或称半进位）标志。辅助进位（或称半进位）标志。辅助进位（或称半进位）标志。辅助进位（或称半进位）标志。当执行当执行加减运算加减运算加减运算加减运算时，其运算结果产生时，其运算结果产生低四位向高低四位向高低四位向高低四位向高四位进位或借位四位进位或借位四位进位或借位四位进位或借位时时时时,AC,AC由硬件置由硬件置由硬件置由硬件置“1”“1”；否则；否则；否则；否则ACAC位被位被位被位被自动清自动清自动清自动清“0”“0”。一般在一般在一般在一般在BCDBCD码运算时，系统用于进行十进制调整码运算时，系统用于进行十进制调整码运算时，系统用于进行十进制调整码运算时，系统用于进行十进制调整 AC第30页，本讲稿共96页 OV（PSW.2）溢出标志位溢出标志位 它它它它反反反反映映映映运运运运算算算算结结结结果果果果是是是是否否否否溢溢溢溢出出出出，溢溢溢溢出出出出时时时时则则则则由由由由硬硬硬硬件件件件将将将将OV OV 位位位位置置置置“1”“1”；否否否否则则则则置置置置“0”“0”。只只只只有有有有在在在在补补补补码码码码运运运运算算算算时时时时起作用。起作用。起作用。起作用。OV第31页，本讲稿共96页 溢出和进位是两种不同性质的概念。溢出和进位是两种不同性质的概念。溢出和进位是两种不同性质的概念。溢出和进位是两种不同性质的概念。溢出是指有正负号的两个数运算时，运算结果超溢出是指有正负号的两个数运算时，运算结果超出了累加器以补码所能表示一个有符号数的范围。出了累加器以补码所能表示一个有符号数的范围。而进位则表示两数运算最高位（而进位则表示两数运算最高位（D7）相加（或相）相加（或相减）有无进位（或借位）。减）有无进位（或借位）。因此使用时应加以注意。因此使用时应加以注意。OV 与 CyOV与CY第32页，本讲稿共96页F0F0（PSW.5PSW.5）用户标志位。用户标志位。用户标志位。用户标志位。用户可根据自己的需要对用户可根据自己的需要对用户可根据自己的需要对用户可根据自己的需要对F0F0位赋予一定的含义，由位赋予一定的含义，由用户置位或复位，作为软件标志。用户置位或复位，作为软件标志。SETB F0 ;SETB F0 ;置位置位置位置位 CLR F0 CLR F0 ;复位复位复位复位 相当于高级语言中的逻辑变量相当于高级语言中的逻辑变量相当于高级语言中的逻辑变量相当于高级语言中的逻辑变量FO第33页，本讲稿共96页 P（PSW.0）奇偶标志位奇偶标志位 P标志表明累加器标志表明累加器ACC中中1的个数的奇偶性。的个数的奇偶性。在每条指令执行完后，单片机根据在每条指令执行完后，单片机根据ACC的内容对的内容对P 位自动置位或复位。位自动置位或复位。若累加器若累加器若累加器若累加器ACCACC中有奇数个中有奇数个中有奇数个中有奇数个“1”“1”，则，则，则，则P=1P=1；若累加器若累加器若累加器若累加器ACCACC中有偶数个中有偶数个中有偶数个中有偶数个“1”“1”，则，则，则，则P=0P=0。PP第34页，本讲稿共96页1 1程序计数器（程序计数器（程序计数器（程序计数器（PCPC）1616位计数器（位计数器（位计数器（位计数器（重要重要重要重要）PCPC是程序的字节地址计数器，是程序的字节地址计数器，是程序的字节地址计数器，是程序的字节地址计数器，其内容是将要执行的下其内容是将要执行的下其内容是将要执行的下其内容是将要执行的下一条指令的地址，寻址范围达一条指令的地址，寻址范围达一条指令的地址，寻址范围达一条指令的地址，寻址范围达64KB64KB。PC 有自动加有自动加1功能，从而实现程序的顺序执行。功能，从而实现程序的顺序执行。可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，以实现可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，以实现程序的转移。程序的转移。二、控制器二、控制器第35页，本讲稿共96页2指令译码器指令译码器ID 当指令取出经指令寄存器当指令取出经指令寄存器IR送至指令译码器送至指令译码器ID时时，ID对该指令进行译码，即把指令转变成所需的电平信号，对该指令进行译码，即把指令转变成所需的电平信号，CPU 根据根据ID输出的电平信号使定时控制电路定时地产输出的电平信号使定时控制电路定时地产生执行该指令所需的各种控制信号，以使计算机能正确生执行该指令所需的各种控制信号，以使计算机能正确执行程序所要求的各种操作。执行程序所要求的各种操作。程序程序程序程序存储器存储器PCPC取出取出取出取出指令码指令码指令码指令码指令指令指