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第1章 51单片机的基础知识.doc 9页
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51单片机的基础知识
单片机全称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)是单片机主要应用于控制领域，
Vcc（40脚）：接＋5V电源
Vss（20脚）：接电源地
一般Vcc和Vss间应接高频去耦电容和低频滤波电容。
⑵ 外接晶体或外部振荡器引脚
XTAL1（19脚）：接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器OSC。当采用外部振荡器时，此引脚应接地。
XTAL2（18脚）：接外部晶振的另一个引脚。在片内接至反相放大器的输出端和内部时钟电路的输入端。当采用外部振荡器时，此脚接外部振荡器的输出端。
⑶ 控制信号线
RST/VPD（9脚）：复位信号输入端，复位/掉电时内部RAM的备用电源输入端。
ALE/（30脚）：地址锁存允许/编程脉冲输入。用ALE锁存从P0口输出的低8位地址；在对片内EPROM编程时，编程脉冲由此输入。
（29脚）：外部程序存储器读选通信号，低电平有效。
/VPP（31脚）：访问外部存储器允许/编程电压输入。EA为高电平时，访问内部存储器；低电平时，访问外部存储器。对片内EPROM编程时，此脚接21V编程电压。
⑷ 多功能I/O口引脚
MCS-51系列单片机设有4个双向I/O口（P0、P1、P2、P3），每一组I/O口线都可以独立地用作输入或输出口，其中：
① P0口（32～39脚）——双向口（三态），可作为输入/输出口，可驱动8个LSTTL门电路。实际应用中常作为分时使用的地址/数据总线口，对外部程序或数据存储器寻址时低8位地址与数据总线分时使用P0口：先送低8位地址信号到P0口，由地址锁存信号ALE的下降沿将地址信号锁存到地址锁存器后，再作为数据总线的口线对数据进行输入或输出。
② P1口（1～8脚）——准双向口（三态），可驱动4个LSTTL门电路。用作输入线时，P1口锁存器必须由单片机先写入“1”，每一位都可编程为输入或输出线。
③ P2口（21～28）——准双向口（三态），可驱动4个LSTTL门电路。可作为输入/输出口，实际应用中一般作为地址总线的高8位，与P0口一起组成16位地址总线，用于对外部存储器的接口电路进行寻址。
④ P3口（10～17脚）——准双向口（三态），可驱动4个LSTTL门电路。双功能口，作为第一功能使用时，与P1口一样；作为第二功能使用时，每一位都有特定用途，其特殊用途如表1-1所示：
表1-1 P3口的第二功能
端口引脚 第二功能 注
P3.0 RXD 串行口数据接收端
P3.1 TXD 串行口数据发送端
P3.2 /INT0 外中断请求0
P3.3 /INT1 外中断请求1
P3.4 T0 定时/计数器0外部计数信号输入
P3.5 T1 定时/计数器1外部计数信号输入
P3.6 /WR 外部RAM写选通信号输出
P3.7 /RD 外部RAM读选通信号输出
1.1.3 MCS-51系列单片机的CPU
MCS-51系列单片机的核心部件是一个8位高性能中央处理器CPU，其作用是读入和分析每条指令，根据每条指令的功能要求，控制单片机的各个部件执行具体指令的操作。MCS-51系列单片机的CPU由8位运算器（算术/逻辑运算部件）ALU、布尔处理器、定时/控制部件和若干寄存器等主要部件组成。
1. 算术/逻辑运算部件ALU
MCS-51系列单片机的ALU由一个加法器、两个8位暂存器（TMP1和TMP2，对用户不开放）和一个性能强大的布尔处理器组成。既可以进行加、减、乘、除等四则运算，又可以完成与、或、非、异或等逻辑运算，还可以执行数据传送、移位、判断及程序转移等操作。
布尔处理机是单片机CPU中一个独立的位处理机，用于完成位运算。在软件上，它有相应的指令系统，可提供17条位操作指令；在硬件上，它有自己的“累加器”（进位位C）和自己的位寻址RAM和I/O空间。
2．定时控制部件
定时控制部件由定时控制逻辑、指令寄存器IR和一个由反向放大器构成的振荡器OSC等电路组成。OSC是控制器的心脏，能为控制器提供时钟脉冲，其反相器的输入/输出端分别接单片机的XTAL1和XTAL2管脚；指令寄存器用于存放从程序存储器中取出的指令码；定时控制逻辑用于对IR中的指令进行译码，并在OSC的配合下产生指令的时序脉冲，以完成相应指令的执行。
3．专用寄存器组
专用寄存器组主要用来指示当前要执行指令的内在地址、存放操作数和指示指令执行后的状态等，是任何一台计算机的CPU都不可缺少的组成部件，其寄存器的多少、位数因机器的型号而不同。MCS-51系列单片机的专用寄存器组主要包括累加器A、程序指针计数器PC、程序状态字寄存器PSW、堆栈指针寄存器SP、数据指针寄存器DPTR和通用寄存器B等。
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单片机2011(上).ppt 178页
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相对于单片机要完成的功能来说，单片机内部结构相对简单，部件较少。那么单片机如何使有限的部件完成多功能，复杂任务。 复用技术——每个部件可以通过SFR来设定工作模式，从而在不同情况下实现不同功能，如P0口可以作为数据输入/输出口，也可以作为地址数据口，C/T是定时器和计数器复用的。 不仅地址复用，管脚也是复用的。
1．电源引脚
（1）Vcc（40脚）：+5V电源；
（2）Vss（20脚）：接地。
2．时钟引脚
（1）XTAL1（19脚）：采用外接晶体振荡器时，此引脚应接地。 （2）XTAL2（18脚）：接外部晶体的另一端。 3. 控制引脚
(1) RST/VPD(9脚)：复位与备用电源 (2) ALE/PROG*（30脚）：
第一功能ALE ：地址锁存允许
第二功能PROG*：编程脉冲输入端。 (3) PSEN* （29脚）：读外部程序存储器的选通信号。可以驱动8个LS型TTL负载。 (4) EA*/VPP (31脚)： EA*为内外程序存储器选择控制
EA*=1，访问片内程序存储器，
EA*=0，单片机则只访问外部程序存储器。
第二功能VPP，用于施加编程电压。 4.
I/O口引脚 (1) P0口：双向8位三态I/O口，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。 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”，另外准双向I/O口无高阻的“浮空”状态。 单个入口和单个出口的程序都可以由————顺序、循环、条件（分支） 、调用表示
顺序——程序语句（由指令组成）是按照内存地址连续存放的，每执行一条语句，PC值自动+1，这时候指向下一条指令 跳转——条件（分支）、循环都属于“跳转”指令，这时候把下一条要执行的指令的地址送入PC 调用——首先将PC当前值送入堆栈保护，再将程序入口地址送入PC,执行完后，堆栈弹回PC原有值，继续执行 BCD码:75.4
85.5 (01) 由于计算机还是将BCD码当成普通二进制数进行运算,将会导致计算结果的错误,需要“加6修正”,”减6修正” “AAA”指令用于非压缩BCD码求和的调整： 如果AL的低4位〉9 V AF=1，则： （1）AL? (AL)+6, (AH)? (AH)+1,AF?1 （2）AL((AL) ? 0FH) （3）CF? AF 单片机本身就可以看成一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应有唯一的时钟信号控制下严格地按照时序工作 * 节拍实际上就是时钟周期，例如时钟的晶体的振荡频率为fosc，则时钟周期Tosc=1/fosc。如fosc=6MHz，Tosc=166.7ns。 我们知道PC机有多种工作方式：正常工作方式、待机模式、安全模式等等 同PC机一样，80C51单片机也有多种工作方式，这些工作方式对应不同的需求 如正常工作方式、复位工作方式、待机工作方式以及掉电工作方式， 复位工作方式主要进行初始化操作和摆脱死锁状态 待机工作方式主要适用于单片长时间等待，偶尔需要做一些处理工作的场合，如报警系统 掉电工作方式主要为解决发生掉电故障时，单片机能够保存当前数据 上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，只要电源Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动 上电复位。 按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的。电容、电阻的选择需要与晶振匹配，从而保证高电平 信号持续时间超过2个机器周期。 外部脉冲复位是由外部提供一个复位脉冲，此脉冲应保持宽度大于2个机器周期 @——间接寻址，只能在寄存器前 #——立即寻址，只能在“数”前 程序存储器的数(3AH)?数据存储器（ACC) 操作数是内存单元的地址。 内存单元可以直接给出地址，或者给出寄存器名称（不能是工作寄存器R0~R7、部分SFR） 例
方式2发送在双机通讯中的应用。下面的发送中断服务程序，是在双机通讯中，以TB8作为奇偶校验位，处理方法为数据写入SBUF之前，先将数据的奇偶校验位写入TB8，以保证采用偶校验发送。
；现场保护
；选择2组工作寄存器区
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单片机实验指导书(恒科)2.doc 15页
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P1口输入、输出实验
一、实验目的：1、掌握P1口作为I/O口时的使用方法。
2、理解读引脚和读锁存器的区别。
二、实验内容：用P1.3脚的状态来控制P1.2的LED亮灭。
三、实验器材：1、超想-3000TB综合实验仪
2、超想3000仿真器
四、实验原理：
由8051组成的单片机系统通常情况下，P0口分时复用作为地址、数据总线，P2口提供A15-A8即高8位地址，P3口用作第二功能，只有P1口通常用作I/0口。P1口是8位准双向口，它的每一位都可独立地定义为输入或输出，因此既可作为8位的并行I/O口，也可作为8位的输入输出端。当工作在输入方式时，对应位的锁存器必须先置1,才能正确地读到引脚上的信号,否则,执行读引脚指令时,若对应位的锁存器的值为0，读的结果永远为0。每个I/0端口都有两种读入，即读锁存器和读引脚，读引脚指令一般都是以I/0端口为源操作数的指令，如MOV
C，P1.3，而读锁存器指令一般为“读-修改-写”指令，如ANL P1.3，C指令，请同学们在实验中体会。图示中，P1.2作为输出口，P1.3作为输入口。
五、接线图案：
“总线插孔”框中P1.2孔连“发光二极管组”的L0孔，P1.3孔连“开关量发生器”的K0孔。
六、实验步骤：
1、编写程序实现当P1.3为低电平时，发光管亮；P1.3为高电平时，发光管灭。
2、修改程序在执行读P1.3之前，先执行CLR P1.3，观察结果是否正确，分析在第二种情况下程序为什么不能正确执行，理解读引脚和读锁存器区别。
七、程序框图：
八、软件清单：（HKCX\51asm\Ap1.ASM）
P3.0口输入、3.0口输入一脉冲，控制P1口按16进制加一方式点亮发光二极管。
三、实验器材：
1、超想-3000TB综合实验仪
2、超想3000仿真器
四、实验原理：
由8051组成的单片机系统通常情况下，P0口分时复用作为地址、数据总线，P2口提供A8-A15即高8位地址，P3口用作第二功能，只有P1口通常用作I/0口。P1口是8位准双向口，它的每一位都可独立地定义为输入或输出，因此既可作为8位的并行I/O口，也可作为8位的输入输出端。当工作在输入方式时，对应位的锁存器必须先置1,才能正确地读到引脚上的信号,否则,执行读引脚指令时,若对应位的锁存器的值为0，读的结果永远为0。每个I/0端口都有两种读入，即读锁存器和读引脚，读引脚指令一般都是以I/0端口为源操作数的指令，如MOV
C，P1.3，而读锁存器指令一般为“读-修改-写”指令，如ANL P1.3，C指令。
五、接线图案：
六、程序框图：
七、实验步骤：
P3.0孔用连线连至K0，P1.0-P1.7孔连至L0-L7，K0拨动一次，L0-L7发光二极管按16进制方式加一闪亮。
八、程序清单（HKCX\51asm\Ap3p1.ASM）
八段数码管显示实验
一、实验目的：
1、了解数码管动态显示的原理。
2、了解74LS164扩展端口的方法。
二、实验要求：
利用实验仪提供的显示电路,动态显示一行数据.
三、实验线路：
这里只是显示草图，详细原理参见第一章的1.1.15 “8155键显模块”。
四、实验器材：
1、超想-3000TB综合实验仪
2、超想3000仿真器
五、实验说明：
1、本实验仪提供了8段共阴极数码管显示电路，学生只要按地址输出相应数据，就可以实现对显示器的控制。显示共有6位，采用动态方式显示。8段数码管是由8155的PB0、PB1经74LS164“串转并”后输出得到。6位位码由8155的PA0到PA5口输出，经uA2003芯片反向驱动后，选择相应显示位。
74LS164是串行输入并行输出转换电路，串行输入的数据位由8155的PB0控制，时钟位由8155的PB1控制输出。实验电路请看第二章中实验模块图2.1.1.6所示。写程序时，只要向数据位地址输出数据，然后向时钟位地址输出一高一低两个电平就可以将数据位移到74LS164中，向显示位选通地址输出高电平就可以点亮相应的显示位。
本实验仪中8155的片选地址是0e100H，关于地址空间分配可参看第二章2.7所示，芯片74LS164的数据位输出地址为0e102H，时钟
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单片机课件 ASM.ppt 64页
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若（A）＝B，表示的BCD码为56，（R3）＝B，表示的BCD码为67，（CY）＝0。执行以下指令： ADD
A 由于（A）＝B，即，且（CY）＝1，即 结果为BCD数123。 应该注意，DA指令不能对减法进行十进制调整。 3.4.2 减法指令（8条） SUBB A，Rn
； A－Rn－CY→A SUBB A，direct
； A－(direct )－CY→A SUBB A，@Ri
； A－(Ri)－CY→A SUBB A，#data ； A－data－CY→A 将A中的值减去源操作数所指内容以及进位位C中的 值，最终结果存在A中。 如： SUBB A，R2 设： A=C9H，R2=55H，CY=1， 执行指令之后，A中的值为73H。 1. 带借位的减法指令（4条） 说明：没有不带借位的减法指令，如果需要做不带位的减法指令（在做第一次相减时），只要将CY清零即可。 对带符号数，要注意OV标志。OV=1，出错。 §3.5
逻辑运算类指令（24条） 主要用于对2个操作数按位进行逻辑操作，结果送到 A或直接寻址单元。
与、或、异或、移位、取反、清零等。
对标志位的影响
除了目的操作数为ACC的指令影响奇偶标志P外，一般不影响标志位。 Logic Operations 3.5.1
逻辑或指令（6条） ORL A，Rn
；A∨Rn→A ORL A，direct
；A∨(direct)→A ORL A，@Ri
；A∨(Ri)→A ORL A，#data ；A∨data→A ORL direct，A ；(direct)∨A→(direct) ORL direct，#data ；(direct)∨data→(direct) 影响P标志 例：71H和56H相或：
即77H 后两条指令，若直接地址为I/O端口，则为“读－改写”操作。
OR Logic Instruction 3.5.2
逻辑与指令 （6条） ANL A，Rn
；A∧Rn→A ANL A，direct
；A∧(direct)→A ANL A，@Ri
；A∧(Ri)→A ANL A，#data
；A∧data→A ANL direct，A
；(direct)∧A→(direct) ANL direct，#data
；(direct)∧data→(direct) 影响P标志 例：71H和56H相与：
∧） （56H）
即50H 后两条指令，若直接地址为I/O端口，则为“读－改写”操作。
ANd Logic Instruction 例：71H和56H相异或：
逻辑异或指令（6条） XRL A，Rn
；A ⊕Rn→A XRL A，direct
；A ⊕(direct)→A XRL A，@Ri
；A ⊕(Ri)→A XRL A，#data
；A ⊕ data→A XRL direct，A
；(direct) ⊕A→(direct) XRL direct，#data
；(direct) ⊕data→(direct) 影响P标志
即27H 后两条指令，若直接地址为I/O端口，则为“读－改写”操作。
eXclusive-oR
Logic Instruction 3.5.3
清0与取反指令（2条） 取反：CPL
A ；/A→A 例：若A=5CH，执行CPL
结果：A=A3H 清0：CLR
；0→A ComPlement Logic Operation 3.5.4
循环移位指令（4条） RL A
RR A RLC A RRC A A.7
A.0 CY CY A.7
A.0 后两条指令，影响P标志和CY。
Rotate Logic instruction 例： 若A=5CH，CY=1，执行RLC A后，
对RLC、RRC指令，在CY=0时
RLC相当于乘以2
RRC相当于除以2 结果：A=B9H，CY=0，P=1
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单片机课件 第六课--定时器.ppt 19页
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80C51的定时/计数器
实现定时功能，比较方便的办法是利用单片机内部的定时/计数器。也可以采用下面三种方法： 5.3.1 定时/计数器的结构和工作原理
思考题及习题 1、80C51有几个中断源？各中断标志是如何产生的？又是如何复位的？CPU响应各中断时，其中断入口地址是多少？ 2、某系统有三个外部中断源1、2、3，当某一中断源变低电平时便要求CPU处理，它们的优先处理次序由高到低为3、2、1，处理程序的入口地址分别为2000H、2100H、2200H。试编写主程序及中断服务程序（转至相应的入口即可）。 3、外部中断源有电平触发和边沿触发两种触发方式，这两种触发方式所产生的中断过程有何不同？怎样设定？ 4、定时/计数器工作于定时和计数方式时有何异同点？ 5、定时/计数器的4种工作方式各有何特点？ 6、要求定时/计数器的运行控制完全由TR1、TR0确定和完全由、高低电平控制时，其初始化编程应作何处理？ 7、当定时/计数器T0用作方式3时，定时/计数器T1可以工作在何种方式下？如何控制T1的开启和关闭？ 8、利用定时/计数器T0从P1.0输出周期为1s，脉宽为20ms的正脉冲信号，晶振频率为12MHz。试设计程序。 9、要求从P1.1引脚输出1000Hz方波，晶振频率为12MHz。试设计程序。 10、试用定时/计数器T1对外部事件计数。要求每计数100，就将T1改成定时方式，控制P1.7输出一个脉宽为10ms的正脉冲，然后又转为计数方式，如此反复循环。设晶振频率为12MHz。 11、利用定时/计数器T0产生定时时钟,由P1口控制8个指示灯。编一个程序,使8个指示灯依次一个一个闪动，闪动频率为20次/秒(8个灯依次亮一遍为一个周期)。 12、若晶振频率为12MHz，如何用T0来测量20～1s之间的方波周期？又如何测量频率为0.5MHz左右的脉冲频率？ * * 软件定时：软件定时不占用硬件资源，但占用了CPU时间，降低了CPU的利用率。 采用时基电路定时：例如采用555电路，外接必要的元器件（电阻和电容），即可构成硬件定时电路。但在硬件连接好以后，定时值与定时范围不能由软件进行控制和修改，即不可编程。 采用可编程芯片定时：这种定时芯片的定时值及定时范围很容易用软件来确定和修改，此种芯片定时功能强，使用灵活。在单片机的定时/计数器不够用时，可以考虑进行扩展。 一、定时/计数器的结构
定时/计数器的实质是加1计数器（16位），由高8位和低8位两个寄存器组成。TMOD是定时/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的启动和停止及设置溢出标志。
二、定时/计数器的工作原理
加1计数器输入的计数脉冲有两个来源,一个是由系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来；一个是T0或T1引脚输入的外部脉冲源。每来一个脉冲计数器加1，当加到计数器为全1时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU发出中断请求（定时/计数器中断允许时）。如果定时/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到；如果工作于计数模式，则表示计数值已满。
可见，由溢出时计数器的值减去计数初值才是加1计数器的计数值。
设置为定时器模式时，加1计数器是对内部机器周期计数（1个机器周期等于12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12）。计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时间t 。 设置为计数器模式时，外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。在每个机器周期的S5P2期间采样T0、T1引脚电平。当某周期采样到一高电平输入，而下一周期又采样到一低电平时，则计数器加1，更新的计数值在下一个机器周期的S3P1期间装入计数器。由于检测一个从1到0的下降沿需要2个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为12MHz时，最高计数频率不超过1/2MHz，即计数脉冲的周期要大于2 ?s。
定时/计数器的控制
80C51单片机定时/计数器的工作由两个特殊功能寄存器控制。TMOD用于设置其工作方式；TCON用于控制其启动和中断申请。 一、工作方式寄存器TMOD
工作方式寄存器TMOD用于设置定时/计数器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如下： GATE：门控位。GATE＝0时，只要用软件使TCON中的TR0或TR1为1，就可以启动定时/计数器工作；GATA＝1时，要用软件使TR0或TR1为1，同时外部中断引脚或也为高电平时，才能启动定时/计数器工作。即此时定时器的启动条件，加上了或引脚为高电平这一条件。
:定时/计数模式选
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