MCS-51单片机第1章.ppt

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1、 MCS-51 MCS-51单片机应用教程单片机应用教程 高职高专计算机系列教材高职高专计算机系列教材谭浩强谭浩强 主编主编李叶紫李叶紫 等等 编著编著总总 目目 录录第第1章章 MCS-51单片机系统结构单片机系统结构第第2章章 单片机的指令系统单片机的指令系统第第3章章 单片机的中断系统与定时器单片机的中断系统与定时器/计数器计数器第第4章章 单片机的串行通信单片机的串行通信第第5章章 单片机实用开发步骤单片机实用开发步骤第第6章章 程序设计集锦程序设计集锦第第7章章 基本基本I/O口的应用口的应用(下载源码就到源码网下载源码就到源码网:）总总 目目 录录第第8章章 MCS-51单片机外部

2、中断的应用单片机外部中断的应用第第9章章 定时器定时器/计数器的应用计数器的应用第第10章章 串行口的应用串行口的应用第第11章章 A/D、D/A转换器的应用转换器的应用第第12章章 步进电动机的单片机控制步进电动机的单片机控制第第13章章 单片机的综合应用单片机的综合应用第第14章章 单片机系统抗干扰技术单片机系统抗干扰技术第第1章章 MCS-51单片机系统结构单片机系统结构1.1 概述概述1.2 单片机的内部结构单片机的内部结构1.3 单片机的存储器结构单片机的存储器结构1.4 单片机并行单片机并行I/O口口1.5 单片机的复位电路单片机的复位电路1.6 单片机的时钟与时序单片机的时钟与时

3、序1.7 小结小结习题习题介绍单片机内部结构、存储器结构、介绍单片机内部结构、存储器结构、I/O接口、复接口、复位电路以及单片机的时序。通过对本章的学习，读位电路以及单片机的时序。通过对本章的学习，读者应掌握和了解以下知识：者应掌握和了解以下知识：MCS-51系列单片机的构成及引脚功能系列单片机的构成及引脚功能MCS-51系列单片机存储器分配形式系列单片机存储器分配形式MCS-51单片机寄存器的概念及功能单片机寄存器的概念及功能单片机发展历史及发展趋势单片机发展历史及发展趋势本章学习目标本章学习目标单片机是大规模集成电路技术发展的产物，它将中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

4、（央处理器（CPU）、）、存储器（存储器（ROM/RAM）、）、输入输入输出接口、定时器输出接口、定时器/计数器等主要计算机部件集成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具有功能强、体积小、价格低和抗干扰能力强等特点

5、，被广泛应用于工农业生产、国防、科研及日常点，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。生活等各个领域。1.1 概述概述1974年，美国年，美国Fairchild公司研制出世界上第一台由公司研制出世界上第一台由两块集成电路芯片组成的单片微型计算机两块集成电路芯片组成的单片微型计算机F8，从此从此单片机开始迅速发展。从单片机开始迅速发展。从4位机和位机和8位机到现在的位机到现在的16位机和位机和32位机，单片机的功能越来越强大，应用范位机，单片机的功能越来越强大，应用范围也越来越广泛。围也越来越广泛。1.1.1 单片机的发展历程单片机的发展历程单片机的发展历程通常可以分为以下几个阶

6、段：单片机的发展历程通常可以分为以下几个阶段：（1）第一代单片机（第一代单片机（19741976年）这是单片机年）这是单片机发展的起步阶段。在这个时期生产的单片机属发展的起步阶段。在这个时期生产的单片机属4位位机型，集成度低。典型的代表产品有机型，集成度低。典型的代表产品有Intel公司的公司的4004四位单片机，主要应用于家用电器领域中。四位单片机，主要应用于家用电器领域中。（2）第二代单片机（第二代单片机（19761978年）这是单片机年）这是单片机的发展阶段。这个时代生产的单片机属低、中档的发展阶段。这个时代生产的单片机属低、中档8位机型，片内集成有位机型，片内集成有CPU、输入输出接口

7、、定时器输入输出接口、定时器和和ROM等功能部件，是等功能部件，是8位机的早期产品，存储器位机的早期产品，存储器容量小，性能低，目前已很少应用。典型的产品有容量小，性能低，目前已很少应用。典型的产品有Intel公司的公司的MCS-48系列单片机。系列单片机。（3）第三代单片机（第三代单片机（19791982年）这一代单片年）这一代单片机的存储容量和寻址范围都有扩大，而且增加了中机的存储容量和寻址范围都有扩大，而且增加了中断源、并行断源、并行I/O和定时器和定时器/计数器个数，集成了全双计数器个数，集成了全双工串行通信接口电路。代表产品有工串行通信接口电路。代表产品有Intel公司的公司的MCS

8、-51系列机。系列机。（4）第四代单片机（第四代单片机（1982年以后）这是年以后）这是16位单片位单片机和机和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。16位单片位单片机的特点是工艺先进、集成度高和内部功能强，代机的特点是工艺先进、集成度高和内部功能强，代表产品有表产品有Intel公司的公司的MCS-96系列等。系列等。随着大规模集成电路及超大规模集成电路的发展，随着大规模集成电路及超大规模集成电路的发展，单片机将向着更深层次发展，主要体现在以下几个单片机将向着更深层次发展，主要体现在以下几个方面：方面：（1）高集成度一片单片机内部集成的高集成度一片单片机内部集成的ROM

9、/RAM容量增大，增加了电闪存储器，具有掉电保护功能，容量增大，增加了电闪存储器，具有掉电保护功能，并且集成了并且集成了A/D、D/A转换器、定时器转换器、定时器/计数器、系计数器、系统故障监测和统故障监测和DMA电路等。电路等。（2）引脚多功能化随着芯片内部功能的增强和资引脚多功能化随着芯片内部功能的增强和资源的丰富，一脚多用的设计方案日益显示出其重要源的丰富，一脚多用的设计方案日益显示出其重要地位。地位。1.1.2 单片机的发展趋势单片机的发展趋势（3）高性能这是单片机发展所追求的一个目标，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更高的性能将会使单

10、片机应用系统设计变得更加简单、可靠。单、可靠。（4）低功耗这将是未来单片机发展所追求的一个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。品时首先考虑的指标。单片机的制造商很多，主要有美国的单片机的制造商很多，主要有美国的Intel、Motorola、Zilog公司以及荷兰的公司以及荷兰的Philip公司、德国公司、德国的的Siemens公司、日本的公司、日本的NEC公司等。目前美国的公司等。目前美国的Micr

11、ochip公司生产的公司生产的PIC系列单片机已大量应用于系列单片机已大量应用于市场。市场。在我国，在我国，Intel公司的公司的51系列单片机应用非常广泛，系列单片机应用非常广泛，特别是在单片机教学中应用非常普遍。特别是在单片机教学中应用非常普遍。Intel公司公司MCS-51系列单片机的主要性能见表系列单片机的主要性能见表1-1。（见书（见书4页）页）1.1.3 单片机系列产品介绍单片机系列产品介绍1.单片机的特点单片机的特点（1）可靠性高可靠性高单片机采用三总线结构，抗干扰能力强，可靠性高。单片机采用三总线结构，抗干扰能力强，可靠性高。（2）功能强功能强单片机具有判断和处理能力，可以直接

12、对单片机具有判断和处理能力，可以直接对I/O口进口进行各种操作（输入输出、位操作以及算术逻辑操作行各种操作（输入输出、位操作以及算术逻辑操作等），运算速度高，实时控制功能强。等），运算速度高，实时控制功能强。1.1.4 单片机的应用及特点单片机的应用及特点（3）体积小、功耗低体积小、功耗低 由于单片机包含了运算器等基本功能部件，具有较由于单片机包含了运算器等基本功能部件，具有较高的集成度，因此由单片机组成的应用系统结构简高的集成度，因此由单片机组成的应用系统结构简单、体积小、功能全。电源单一，功耗低。单、体积小、功能全。电源单一，功耗低。（4）使用方便使用方便 由于单片机内部功能强，系统扩展方

13、便，因此应用由于单片机内部功能强，系统扩展方便，因此应用系统的硬件设计非常简单。系统的硬件设计非常简单。（5）性能价格比较高，易于产品化性能价格比较高，易于产品化 单片机具有功能强、价格便宜、体积小、插接件少、单片机具有功能强、价格便宜、体积小、插接件少、安装调试简单等特点，使单片机应用系统的性能价安装调试简单等特点，使单片机应用系统的性能价格比较高。同时单片机开发工具很多，这些开发工格比较高。同时单片机开发工具很多，这些开发工具都具有很强的软硬件调试功能，使单片机的应用具都具有很强的软硬件调试功能，使单片机的应用开发极为方便，大大缩短了产品研制的周期，并使开发极为方便，大大缩短了产品研制的周

14、期，并使单片机应用系统易于产品化。单片机应用系统易于产品化。2.单片机的应用单片机的应用单片机的应用概括起来，主要有以下几方面：单片机的应用概括起来，主要有以下几方面：（1）单片机在智能仪表中的应用单片机在智能仪表中的应用单片机广泛地应用于各种智能仪器仪表中，简化了单片机广泛地应用于各种智能仪器仪表中，简化了仪器仪表的硬件结构，增强了控制功能，提高了测仪器仪表的硬件结构，增强了控制功能，提高了测量速度和测量精度。量速度和测量精度。（2）单片机在机电一体化中的应用单片机在机电一体化中的应用机电一体化产品集机械技术、电子技术、自动化技机电一体化产品集机械技术、电子技术、自动化技术和计算机技术于一身

15、，是机械工业发展的方向。术和计算机技术于一身，是机械工业发展的方向。将单片机应用于机械行业，发挥它的体积小、可靠将单片机应用于机械行业，发挥它的体积小、可靠性高、功能强和安装方便等优点，提高了机器的自性高、功能强和安装方便等优点，提高了机器的自动化和智能化程度，促进了机电一体化的发展。动化和智能化程度，促进了机电一体化的发展。（3）单片机在实时控制中的应用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。的测量和控制等。（4）单片

16、机在分布式测控系统中的应用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。片机可作为一个处理单元应用于分布式测控系统中。（5）单片机在工业过程控制中的应用单片机在工业过程控制中的应用单片机的单片机的I/O口线多，并具有位操作能力，特别适口线多，并具有位操作能力，特别适用于工业过程控制。用于工业过程控制。（6

17、）单片机在日常生活中的应用单片机在日常生活中的应用由于单片机价格低廉、体积小、逻辑判断及控制功由于单片机价格低廉、体积小、逻辑判断及控制功能强，因此被广泛地应用于日常生活的各个方面，能强，因此被广泛地应用于日常生活的各个方面，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、立体声音响和家用如洗衣机、电冰箱、电子玩具、立体声音响和家用防盗系统等。防盗系统等。MCS-51单片机内部结构框图如图单片机内部结构框图如图1-1所示。所示。1.2 单片机的内部结构单片机的内部结构 1.2.1 内部结构框图内部结构框图图图1-1 单片机内部结构框图单片机内部结构框图8051系列单片机的基本组成如下：系列单片机的基本组成如下：由

18、运算器和控制器组成的由运算器和控制器组成的8位微处理器（位微处理器（CPU）4KB的片内程序存储器（的片内程序存储器（ROM）128B数据存储器（数据存储器（RAM）21个特殊功能寄存器（个特殊功能寄存器（SFR）两个两个16位定时器位定时器/计数器计数器T0、T1 一个全双工串行通信接口一个全双工串行通信接口 4个个8位输入输出接口（位输入输出接口（P0P3），），共共32根根I/O口线口线 5个中断源，可编程为两个优先级个中断源，可编程为两个优先级 内部时钟电路内部时钟电路MCS-51内部各部分的功能简述如下：内部各部分的功能简述如下：1.微处理器（微处理器（CPU）微处理器又称微处理器又

19、称CPU，是计算机的运算控制中心，由是计算机的运算控制中心，由运算器和控制器及中断控制电路等几部分组成。运算器和控制器及中断控制电路等几部分组成。CPU字长有字长有4位、位、8位、位、16位和位和32位之分，字长越长位之分，字长越长运算速度越快，数据处理能力也越强。运算速度越快，数据处理能力也越强。MCS-51单单片机的片机的CPU字长为字长为8位。位。（1）运算器运算器以算术逻辑运算单元运算器运算器以算术逻辑运算单元ALU为核为核心，包括累加器心，包括累加器A、状态字寄存器状态字寄存器PSW、B寄存器寄存器等部件。算术逻辑单元（等部件。算术逻辑单元（ALU）在控制器的作用下，在控制器的作用下

20、，进行各种算术运算和逻辑运算。如加法、减法、加进行各种算术运算和逻辑运算。如加法、减法、加1、减、减1等操作。等操作。（2）控制器控制器包括程序计数器控制器控制器包括程序计数器PC、指令寄存指令寄存器、指令译码器、振荡器、定时电路及控制电路等器、指令译码器、振荡器、定时电路及控制电路等部件，能根据不同的指令产生相应的操作时序和控部件，能根据不同的指令产生相应的操作时序和控制信号，控制单片机各部分的运行。制信号，控制单片机各部分的运行。PC是一个是一个16位计数器，具有自动加位计数器，具有自动加1功能。功能。CPU每每执行一条指令则执行一条指令则PC自动加自动加1，并指向要执行的下一，并指向要执

21、行的下一条指令的地址，最大寻址范围为条指令的地址，最大寻址范围为64K。可以通过控可以通过控制转移指令改变制转移指令改变PC值，实现程序的转移。值，实现程序的转移。2.存储器存储器MCS-51单片机片内只读存储器（单片机片内只读存储器（ROM）用作程序用作程序存储器，用于存放已编好的程序、数据表格等；片存储器，用于存放已编好的程序、数据表格等；片内读写存储器（内读写存储器（RAM）又称随机存取存储器，可又称随机存取存储器，可用于存放输入、输出数据和中间计算结果，同时还用于存放输入、输出数据和中间计算结果，同时还作为数据堆栈区。当存储器的容量不够时，可以外作为数据堆栈区。当存储器的容量不够时，可

22、以外部扩展。部扩展。3.I/O口口（1）4个个8位并行位并行I/O口口P0P3，均可以并行输入均可以并行输入输出输出8位数据。位数据。（2）串行串行I/O口用于数据的串行输入输出。口用于数据的串行输入输出。4.定时器定时器/计数器计数器定时器定时器/计数器既可以用于产生定时脉冲，实现单计数器既可以用于产生定时脉冲，实现单片机的定时控制，也可以用于计数方式，对外部事片机的定时控制，也可以用于计数方式，对外部事件的脉冲计数。件的脉冲计数。MCS-51系列单片机的引脚如图系列单片机的引脚如图1-2所示。所示。1.2.2 引脚定义及功能引脚定义及功能图图1-2 单片机引脚图单片机引脚图（1）电源引脚电

23、源引脚VCC+5V电源电源VSS接地端接地端（2）外接晶体引脚外接晶体引脚XTAL1外接晶振输入端外接晶振输入端XTAL2外接晶振输入端外接晶振输入端（3）输入输出引脚输入输出引脚P0.0P0.7访问片外存储器时，访问片外存储器时，P0分时复用为低分时复用为低8位位地址线和双向数据线。地址线和双向数据线。P0口不作为地址口不作为地址/数据线使数据线使用时，可作为准双向用时，可作为准双向I/O口使用。但必须外接上拉口使用。但必须外接上拉电阻。电阻。P1.0P1.7带内上拉电阻的带内上拉电阻的8位准双向通用位准双向通用I/O口。口。P2.0P2.7带内上拉电阻的带内上拉电阻的8位准双向通用位准双向

24、通用I/O口。访口。访问片外存储器时，问片外存储器时，P2口用作高口用作高8位地址线。位地址线。P3.0P3.78位准双向位准双向I/O接口，每个引脚还具有第二接口，每个引脚还具有第二功能，详见表功能，详见表1-7。（见书。（见书12页）页）（4）控制线控制线ALE/PROGALE用于地址锁存信号输出端。该端输出的脉冲频用于地址锁存信号输出端。该端输出的脉冲频率为系统时钟频率的率为系统时钟频率的1/6，在访问片外存储器时，在访问片外存储器时，其下降沿用于控制锁存其下降沿用于控制锁存P0口输出的低口输出的低8位地址。位地址。PROG用于对片内用于对片内EPROM输入编程脉冲。输入编程脉冲。PSE

25、N片外程序存储器读选通信号输出端。片外程序存储器读选通信号输出端。RST/VPDRST是复位端。当是复位端。当RST端出现持续两个机器周期以端出现持续两个机器周期以上的高电平时，即可实现复位操作。上的高电平时，即可实现复位操作。VPD为备用电为备用电源输入端。源输入端。VCC掉电期间，掉电期间，VPD如接有备用电源，如接有备用电源，可用于保存片内可用于保存片内RAM中的数据。当中的数据。当VCC下降到某下降到某规定值以下，备用电源便向片内规定值以下，备用电源便向片内RAM供电。供电。EA/VDDEA为片外程序存储器选用端。该引脚接高电平时，为片外程序存储器选用端。该引脚接高电平时，选用片内程序

26、存储器，但当选用片内程序存储器，但当PC值超过片内程序存值超过片内程序存储器范围时，将自动转向片外程序存储器去执行程储器范围时，将自动转向片外程序存储器去执行程序；该引脚接低电平时，单片机选用片外程序存储序；该引脚接低电平时，单片机选用片外程序存储器。器。VDD用于对用于对8751的的EPROM编程时输入编程时输入21V编编程电压。程电压。MCS-51系列单片机的存储器在结构上分为程序存系列单片机的存储器在结构上分为程序存储器（储器（ROM）和数据存储器（和数据存储器（RAM），），其内部采其内部采用程序存储器与数据存储器各自独立编址的结构形用程序存储器与数据存储器各自独立编址的结构形式。在物

27、理结构上共有式。在物理结构上共有4个存储空间：片内程序存个存储空间：片内程序存储器、片外程序存储器以及片内数据存储器和片外储器、片外程序存储器以及片内数据存储器和片外数据存储器。单片机的存储器结构如图数据存储器。单片机的存储器结构如图1-3所示。所示。1.3 单片机的存储器结构单片机的存储器结构图图1-3 单片机存储器结构单片机存储器结构程序存储器用于存放程序、表格以及常数等，程序程序存储器用于存放程序、表格以及常数等，程序存储器的寻址范围可达存储器的寻址范围可达64K。8051/8751型单片机有型单片机有4KB内部程序存储器，编址为内部程序存储器，编址为0000H0FFFH。当当需要扩展程

28、序存储器时，通过引脚需要扩展程序存储器时，通过引脚EA来选择内外来选择内外程序存储器。当程序存储器。当EA引脚接高电平时，片内、片外引脚接高电平时，片内、片外程序存储单元统一编址，外部程序存储器从程序存储单元统一编址，外部程序存储器从1000H开始编址，按先片内、后片外的顺序。当开始编址，按先片内、后片外的顺序。当PC 0FFFH（对于对于51系列）时，系列）时，CPU自动转去片外程自动转去片外程序存储器取指。当序存储器取指。当EA引脚接低电平时，单片机只引脚接低电平时，单片机只执行片外程序存储器中的程序。此时外部程序存储执行片外程序存储器中的程序。此时外部程序存储器单元从器单元从0000H开

29、始编址。开始编址。1.3.1 程序存储器程序存储器对于片内无程序存储器的对于片内无程序存储器的8031和和8032，单片机，单片机EA引脚应保持低电平，以便能正确访问片外程序存储引脚应保持低电平，以便能正确访问片外程序存储器。器。程序存储器中的某些单元是系统固定占用的，用户程序存储器中的某些单元是系统固定占用的，用户不能占用，如系统复位入口地址和不能占用，如系统复位入口地址和5个中断源入口个中断源入口地址。系统占用地址见表地址。系统占用地址见表1-2。（见书。（见书8页）页）1.外部数据存储器外部数据存储器在单片机系统内部在单片机系统内部RAM容量不够的情况下，需要容量不够的情况下，需要扩展外

30、部数据存储器。扩展容量可根据需要确定，扩展外部数据存储器。扩展容量可根据需要确定，最大扩展空间为最大扩展空间为64K，地址范围地址范围0000HFFFFH。需要说明的是，需要说明的是，MCS-51单片机系统扩展的单片机系统扩展的I/O接口接口与外部存储器统一编址。与外部存储器统一编址。1.3.2 数据存储器数据存储器2.内部数据存储器内部数据存储器内部数据存储器由内部数据存储器由128B的片内的片内RAM及及21个专用寄个专用寄存器（存器（SFR）构成，地址范围为构成，地址范围为00HFFH。128B的片内的片内RAM又可划分为工作寄存器区、位寻址区又可划分为工作寄存器区、位寻址区和数据缓冲器

31、区，如图和数据缓冲器区，如图1-3(b)所示。所示。（1）工作寄存器区工作寄存器区00H1FH单元为工作寄存器区，又称通用寄存器区，单元为工作寄存器区，又称通用寄存器区，有有32个单元，分成个单元，分成4个组，每组个组，每组8个寄存器，均用个寄存器，均用R0R7来表示。当单片机系统复位后第来表示。当单片机系统复位后第0组为当前组为当前组，可通过改变组，可通过改变PSW中的中的RS1和和RS0来设定当前工来设定当前工作寄存器组。作寄存器组。（2）位寻址区位寻址区片内片内RAM后面的后面的16个寄存器具有位寻址功能，字个寄存器具有位寻址功能，字节地址为节地址为20H2FH，该区域的该区域的16个单

32、元的每一位都个单元的每一位都可位寻址，位地址依次编址为可位寻址，位地址依次编址为00H7FH，共共128个个位地址，见表位地址，见表1-3。（见书。（见书9页）位寻址区的页）位寻址区的16个单个单元可以按字节操作，也可以按位操作。元可以按字节操作，也可以按位操作。（3）数据缓冲区数据缓冲区数据缓冲区用于存放中间结果，或设定为堆栈区。数据缓冲区用于存放中间结果，或设定为堆栈区。（4）特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRMCS-51系列单片机中有系列单片机中有21个特殊功能寄存器个特殊功能寄存器SFR，它们离散地分布在它们离散地分布在80HFFH的地址空间中。特的地址空间中。特殊功能寄存器一览表见表

33、殊功能寄存器一览表见表1-4。（见书。（见书10页）页）下面介绍几个常用特殊功能寄存器的功能及用法。下面介绍几个常用特殊功能寄存器的功能及用法。累加器累加器A（E0H）累加器累加器A是最常用的专用寄存器，用来进行算术逻是最常用的专用寄存器，用来进行算术逻辑运算和存放运算结果。辑运算和存放运算结果。程序状态字程序状态字PSW（D0H）PSW是程序状态字寄存器，用于存放程序的状态信是程序状态字寄存器，用于存放程序的状态信息。每一位均可用软件置位或清零。各位的含义如息。每一位均可用软件置位或清零。各位的含义如表表1-5所示。（见书所示。（见书11页）页）CY（PSW.7）进位标志位。执行加进位标志位

34、。执行加/减运算时，减运算时，表示运算结果是否有进表示运算结果是否有进/借位。借位。1表示有进表示有进/借位，借位，0表示无进表示无进/借位。进行布尔操作时，借位。进行布尔操作时，CY作为位累加作为位累加器使用。器使用。AC（PSW.6）辅助进位标志位（半进位标志）。辅助进位标志位（半进位标志）。执行加执行加/减运算时，低半字节向高半字节有进减运算时，低半字节向高半字节有进/借位，借位，则则AC置置1，否则清，否则清0。F0（PSW.5）用户标志位。由用户定义的一个状用户标志位。由用户定义的一个状态标志。态标志。RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）工作寄存器组选工作寄存器组选择位。在选择工

35、作寄存器组时，可通过软件对它们择位。在选择工作寄存器组时，可通过软件对它们置位和清零。工作寄存器的选择见表置位和清零。工作寄存器的选择见表1-6。（见书。（见书11页）页）OV（PSW.2）溢出标志位。在做带符号数加溢出标志位。在做带符号数加/减减运算时，当运算结果超出运算时，当运算结果超出128127范围时，产范围时，产生溢出，由硬件置生溢出，由硬件置1，否则清零。，否则清零。P（PSW.0）奇偶标志位。奇偶标志位。CPU根据根据A中的内容中的内容对对P自动置自动置1或清或清0。当累加器。当累加器A中中“1”的个数为奇的个数为奇数时，则数时，则P置置1；当；当A中中“l”的个数为偶数时，则的

36、个数为偶数时，则P清清0。D1 未定义。未定义。寄存器寄存器B（0F0H）在作乘在作乘/除法运算时，除法运算时，B中存放乘数中存放乘数/除数。除数。B也可也可作为通用寄存器使用。作为通用寄存器使用。堆栈指针寄存器堆栈指针寄存器SP（81H）堆栈指针寄存器堆栈指针寄存器SP是一个是一个8位的特殊功能寄存器，位的特殊功能寄存器，用来指示堆栈顶部地址。用来指示堆栈顶部地址。数据指针寄存器数据指针寄存器DPTR（83H、82H）DPTR是是16位特殊功能寄存器，它由位特殊功能寄存器，它由DPH（83H）和和DPL（82H）两个两个8位寄存器组成，作为访问片位寄存器组成，作为访问片外外RAM或外部或外部

37、I/O口的地址指针，也可分成两个口的地址指针，也可分成两个8位寄存器使用。位寄存器使用。寄存器寄存器P0、P1、P2、P3寄存器寄存器P0、P1、P2、P3与端口与端口P0、P1、P2、P3同同名。它们作为端口名。它们作为端口P0、P1、P2、P3的锁存器，与的锁存器，与普通寄存器的操作方法一样。普通寄存器的操作方法一样。1.4单片机并行单片机并行I/O口口MCS-51单片机有单片机有32条条I/O口线，分为口线，分为4个个8位双向端位双向端口口P0、P1、P2、P3。每个端口均由锁存器、输出每个端口均由锁存器、输出驱动电路和输入缓冲器组成，每一组驱动电路和输入缓冲器组成，每一组I/O口线均能

38、口线均能独立的进行输入输出操作，但独立的进行输入输出操作，但4个端口的结构不尽个端口的结构不尽相同，因此它们的功能和用途也不相同。相同，因此它们的功能和用途也不相同。（1）P0口口P0口是双向口是双向I/O口，可作为通用口，可作为通用I/O口使用，也可以口使用，也可以作为数据作为数据/地址线使用。当单片机系统需要扩展片地址线使用。当单片机系统需要扩展片外存储器或者需要扩展具有数据外存储器或者需要扩展具有数据/地址线的芯片时，地址线的芯片时，P0口只能用作地址口只能用作地址/数据线，而不能再作通用数据线，而不能再作通用I/O口口使用。使用。P0口作为地址口作为地址/数据总线使用时，无需外接数据总

39、线使用时，无需外接上拉电阻；上拉电阻；P0口用作通用口用作通用I/O接口使用时，必须外接口使用时，必须外接上拉电阻。接上拉电阻。1.4 单片机并行单片机并行I/O口口 1.4.1 P0P3口的功能口的功能（2）P1口口P1口是一个准双向口是一个准双向I/O口，它只能作为通用口，它只能作为通用I/O口使口使用，没有第二功能。其内部已接有上拉电阻，因此用，没有第二功能。其内部已接有上拉电阻，因此P1口在作为通用输出口使用时，不需要再外接上拉口在作为通用输出口使用时，不需要再外接上拉电阻。当电阻。当P1口作为输入口使用时，需要向口作为输入口使用时，需要向P1口锁存口锁存器先写入器先写入“1”，然后读

40、取，然后读取P1口的输入信号。口的输入信号。（3）P2口口P2口是一个准双向口是一个准双向I/O口。口。P2口作为通用口作为通用I/O口使用口使用时，不需要外接上拉电阻；当用于输入时，需要向时，不需要外接上拉电阻；当用于输入时，需要向锁存器先写入锁存器先写入“l”，然后再读取然后再读取P2口的输入。当口的输入。当系统有外部扩展存储器或系统有外部扩展存储器或I/O时，时，P2口作为地址高口作为地址高8位信号线，此时位信号线，此时P2口只能作地址线使用，而不能作口只能作地址线使用，而不能作其他用。其他用。（4）P3口口P3口是一个准双向口是一个准双向I/O口，除可作为通用口，除可作为通用I/O口使

41、用口使用外，还具有第二功能。外，还具有第二功能。P3口第二功能见表口第二功能见表1-7。（见书（见书12页）页）MCS-51单片机中单片机中P0、P2和和P3口具有第二功能，而口具有第二功能，而P1口不具有第二功能。口不具有第二功能。P0口是三态输出，其每个管口是三态输出，其每个管脚均可以驱动脚均可以驱动8个个TTL，而而P1、P2和和P3口的输出级口的输出级均有上拉电阻，每个管脚可驱动均有上拉电阻，每个管脚可驱动4个个TTL。对于每对于每个并行口，如果作为一般的输入输出口，均可定义个并行口，如果作为一般的输入输出口，均可定义一部分管脚为输入脚，另一部分管脚为输出脚，没一部分管脚为输入脚，另一

42、部分管脚为输出脚，没有使用的管脚可以悬空。当系统复位后，有使用的管脚可以悬空。当系统复位后，P0、P1、P2和和P3口均输出高电平。口均输出高电平。1.4.2 P0P3口的特点口的特点MCS-51单片机有一个复位信号引脚单片机有一个复位信号引脚RST/VPD，在在该引脚上保持该引脚上保持2个机器周期以上的高电平，单片机个机器周期以上的高电平，单片机就会被复位。复位后，片内特殊功能寄存器的状态就会被复位。复位后，片内特殊功能寄存器的状态见表见表1-8。（见书。（见书13页）页）1.5 单片机的复位电路单片机的复位电路 1.5.1 复位方式复位方式实现单片机复位有以下几种方法：实现单片机复位有以下

43、几种方法：（1）上电复位打开电源后利用上电复位打开电源后利用RC充电来实现上电充电来实现上电复位，如图复位，如图1-4(a)所示。所示。（2）手动复位利用按键闭合使单片机复位端上保手动复位利用按键闭合使单片机复位端上保持接通高电平状态两个机器周期以上，如图持接通高电平状态两个机器周期以上，如图1-4(b)所示。所示。1.5.2 复位方法复位方法图图1-4 单片机复位电路单片机复位电路（3）利用看门狗技术实现自动复位由于单片机系利用看门狗技术实现自动复位由于单片机系统的工作环境不同，系统所受到的各种干扰也不相统的工作环境不同，系统所受到的各种干扰也不相同，因此要求单片机系统具有自动复位功能。对于

44、同，因此要求单片机系统具有自动复位功能。对于内部具有看门狗电路的单片机，只需在程序中启动内部具有看门狗电路的单片机，只需在程序中启动内部看门狗电路，一旦发生系统程序错误或者某种内部看门狗电路，一旦发生系统程序错误或者某种干扰引起系统错误，看门狗电路就会自动发出复位干扰引起系统错误，看门狗电路就会自动发出复位脉冲，使单片机控制系统自动复位，使系统正常运脉冲，使单片机控制系统自动复位，使系统正常运行。而对于行。而对于8051这类本身没有看门狗电路的单片机，这类本身没有看门狗电路的单片机，可以用专用的看门狗电路芯片或自行设计电路来实可以用专用的看门狗电路芯片或自行设计电路来实现自动复位。图现自动复位

45、。图1-5电路是采用专用集成电路电路是采用专用集成电路MAX706构成的一种自动复位电路。构成的一种自动复位电路。图图1-5 MAX706构成的单片机复位电路构成的单片机复位电路MCS-51系列单片机具有片内振荡器和时钟电路，系列单片机具有片内振荡器和时钟电路，并以此作为单片机工作所需要的时钟信号。并以此作为单片机工作所需要的时钟信号。CPU的的时序是指各控制信号在时间上的相互联系与先后次时序是指各控制信号在时间上的相互联系与先后次序。单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路，序。单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路，为了确保同步工作方式的实现，电路应在统一的时为了确保同步工作方式的实现，电路

46、应在统一的时钟信号控制下按时序进行工作。钟信号控制下按时序进行工作。1.6 单片机的时钟与时序单片机的时钟与时序8051单片机有两个引脚（单片机有两个引脚（XTAL1、XTAL2）用于用于外接石英晶体和微调电容构成振荡器，如图外接石英晶体和微调电容构成振荡器，如图1-6(a)所示。所示。电容电容C1、C2对振荡频率有稳定作用，其容量的选对振荡频率有稳定作用，其容量的选择通常为择通常为30pF左右，振荡频率的选择范围为左右，振荡频率的选择范围为1.212MHz。8051单片机可以使用外部时钟。在使用外部时钟时，单片机可以使用外部时钟。在使用外部时钟时，外部时钟须从外部时钟须从XTAL1输入，而输

47、入，而XTAL2悬空，如图悬空，如图1-6(b)所示。所示。1.6.1 时钟电路时钟电路图图1-6 单片机时钟电路单片机时钟电路CPU时序就是时序就是CPU在执行指令时所需控制信号的时在执行指令时所需控制信号的时间顺序。间顺序。CPU发出的时序信号有两类，一类用于片发出的时序信号有两类，一类用于片内各功能部件的控制，另一类用于片外的存储器或内各功能部件的控制，另一类用于片外的存储器或扩展的扩展的I/O端口的控制。端口的控制。1.6.2 CPU时序时序1.时序单位时序单位描述描述MCS-51型单片机时序的基本单位有节拍、状型单片机时序的基本单位有节拍、状态、机器周期和指令周期。态、机器周期和指令

48、周期。（1）节拍与状态振荡脉冲由单片机内部的振荡电节拍与状态振荡脉冲由单片机内部的振荡电路产生，一个振荡周期称为一个节拍，用路产生，一个振荡周期称为一个节拍，用P表示。表示。振荡脉冲经二分频就是单片机的时钟周期。一个时振荡脉冲经二分频就是单片机的时钟周期。一个时钟周期称为一个状态，用钟周期称为一个状态，用S表示。一个状态表示。一个状态S包括包括2个节拍个节拍P1和和P2。（2）机器周期机器周期是单片机的基本操作周期。机器周期机器周期是单片机的基本操作周期。一个机器周期为一个机器周期为12个振荡周期，即个振荡周期，即6个状态，依次个状态，依次表示为表示为S1S6。如果采用如果采用6MHz晶体振荡

49、器，则每晶体振荡器，则每个机器周期为个机器周期为2s；如果采用如果采用12MHz晶体振荡器，晶体振荡器，则每个机器周期为则每个机器周期为1s。（3）指令周期指令周期就是执行一条指令所需要指令周期指令周期就是执行一条指令所需要的时间，指令周期是时序中最大的时间单位。由于的时间，指令周期是时序中最大的时间单位。由于执行不同的指令所需要的时间长短不同，因此通常执行不同的指令所需要的时间长短不同，因此通常以指令消耗的机器周期的多少为依据来确定指令周以指令消耗的机器周期的多少为依据来确定指令周期。期。MCS-51单片机有单机器周期指令、双机器周单片机有单机器周期指令、双机器周期指令和四机器周期指令。四机

50、器周期指令只有乘期指令和四机器周期指令。四机器周期指令只有乘法和除法两条指令。法和除法两条指令。指令的执行速度由机器的时钟周期和指令周期决定。指令的执行速度由机器的时钟周期和指令周期决定。2.MCS-51型单片机指令时序型单片机指令时序单片机每条指令的执行均包括取指和执行两个阶段。单片机每条指令的执行均包括取指和执行两个阶段。在取指阶段，在取指阶段，CPU从程序存储器中取出指令的操作从程序存储器中取出指令的操作码，在执行阶段把取出的操作码进行译码，产生相码，在执行阶段把取出的操作码进行译码，产生相应的控制信号完成指令操作。图应的控制信号完成指令操作。图1-7为为MOVX指令指令的取指令和执行指