MCS-51系列单片微计算机-6
单片机名词解释和简答整理
江苏省自考（单片机原理及应用）一、名词解释1.微处理器：即中央处理器CPU，它是把运算器和控制器集成在一块芯片上的器件总称。
2.单片机（单片微型计算机）：把CPU、存储器、I/O接口、振荡器电路、定时器/计数器等构成计算机的主要部件集成在一块芯片上构成一台具有一定功能的计算机，就称为单片微型计算机，简称单片机。
3.程序计数器：程序计数器PC是一个不可寻址的16位专用寄存器(不属于特殊功能寄存器)，用来存放下一条指令的地址，具有自动加1的功能。
4.数据指针：数据指针DPTR是一个16位的寄存器，可分为两个8位的寄存器DPH、DPL，常用作访问外部数据存储器的地址寄存器，也可寻址64K字节程序存储器的固定数据、表格等单元。
5.累加器：运算时的暂存寄存器，用于提供操作数和存放运算结果。
它是应用最频繁的寄存器，由于在结构上与内部总线相连，所以一般信息的传送和交换均需通过累加器A。
6.程序状态字：程序状态字PSW是一个8位寄存器，寄存当前指令执行后的状态，为下条或以后的指令执行提供状态条件。
它的重要特点是可以编程。
7.堆栈：堆栈是一组编有地址的特殊存储单元，数据遵循先进后出的存取原则。
栈顶地址用栈指针SP指示。
8.软件堆栈：通过软件唉内部RAM中定义一个区域作为堆栈（即由软件对SP设置初值），称软件堆栈。
9.振荡周期（晶振周期）：振荡电路产生的脉冲信号的周期，是最小的时序单位。
10.时钟周期：把2个振荡周期称为S状态，即时钟周期。
1个时钟周期=2个振荡周期。
11.机器周期：完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。
1个机器周期=12个振荡周期。
12.指令周期：执行一条指令所需的全部时间称为指令周期。
MCS-51单片机的指令周期一般需要1、2、4个机器周期。
13.地址/数据分时复用总线:是指P0口用作扩展时，先输出低8位地址至地址锁存器，而后再由P0口输入指令代码，在时间上是分开的。
14.准双向并行I/O口：当用作通用I/O口，且先执行输出操作，而后要由输出变为输入操作时，必须在输入操作前再执行一次输出“1”操作（即先将口置成1），然后执行输入操作才会正确，这就是准双向的含义。
MCS-51单片机原理与应用教学设计
MCS-51单片机原理与应用教学设计介绍MCS-51单片机是一种微型计算机芯片，广泛应用于许多嵌入式系统中。
单片机课程是电子信息类专业的重要课程之一，是培养学生嵌入式系统设计能力的基本环节，也是学生熟练掌握C语言编程技能的关键课程。
本文主要介绍MCS-51单片机原理与应用教学设计的相关内容。
教学目标本教学设计旨在通过讲解MCS-51单片机的基本原理及其应用，培养学生以下几个能力：1.理解MCS-51单片机的基本架构和指令系统。
2.掌握MCS-51单片机的编程工具和编程方法，熟练使用Keil软件。
3.能够完成基本的嵌入式系统设计和开发任务，包括输入输出控制、中断处理、定时器计数、串口通信等。
4.能够将所学知识应用于具体的嵌入式系统设计任务中，并在实践中不断提高自己的技能和分析问题的能力。
教学内容第一章：MCS-51单片机体系结构1.1 MCS-51单片机的基本组成介绍MCS-51单片机的基本构成和各部分的功能，包括CPU、存储器、输入输出接口等。
1.2 MCS-51单片机的寄存器介绍MCS-51单片机的寄存器及其作用，包括通用寄存器、特殊功能寄存器、状态寄存器等。
1.3 MCS-51单片机的指令系统介绍MCS-51单片机的指令系统，包括指令格式、指令类型、指令执行时间等。
第二章：Keil软件的使用2.1 Keil软件的介绍介绍Keil软件的基本功能和使用方法。
包括新建、编译、下载和调试程序等。
2.2 Keil软件的项目管理介绍Keil软件的项目管理功能，包括添加、删除、修改源文件，设置编译选项等。
2.3 Keil软件的调试功能介绍Keil软件的调试功能，包括单步执行、断点调试、变量监视等。
第三章：MCS-51单片机的应用3.1 输入输出控制介绍MCS-51单片机的输入输出控制方法，包括端口输入输出、LED和数码管控制等。
3.2 中断处理介绍MCS-51单片机的中断处理机制，包括硬件中断和软件中断，中断优先级等。
第二讲 第2章 MCS-51单片微型计算机结构
S1
S2
S3
读下一个操作 码（丢弃） P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 （a） 单字节，单周期指令 例：MOV A R1
读操作码 读操作码 读第二字节
2
P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 （b） 双字节，单周期指令 例：ADD A dir 读操作码
MCS-51单片机的结构原理
一、计算机的经典组成 计算机的经典结构见 图1.1 所示。这种结 构是由计算机的开 拓者——数学家约 翰· 诺依曼最先提 冯· 出的，所以就称之 为冯· 诺依曼计算机 体系结构，也叫普 林斯顿结构。
图 1.1 计算机经典结构
二、 MCS-51单片机的基本组成
(一) 8051单片机的结构
﹡IP B8H ﹡IE A8H TMOD ﹡TCON TL0 TH0 TL1 TH1 PCON ﹡SCON 寄存器 SBUF
IP.7～IP.0 BFH～B8H 中断优先控制器 IE.7～IE.0 AFH～A8H 中断允许控制器 89H 定时器方式选择 88H TCON.7～TCON.0 8FH～88H 定时控制寄存器 8AH 定时器T0低8位 8CH 定时器T0高8位 8BH 定时器T1低8位 8DH 定时器T1高8位 87H 电源控制及波特率选择 98H SCON.7～SCON.0 9FH～98H 串行口控制 99H 串行口数据缓冲器
F0H E0H D0H B8H B0H A8H A0H 98H 90H 88H 80H
特 殊 功 能 寄 存 器 中 位 寻 址
FFFFH 外部 RAM
《单片微型计算机与接口技术》思考题与习题解答01
《单片微型计算机与接口技术》思考题与习题解答第0章基础知识0.1 将下列十进制数转换为十六进制数：64，98，80，100，125，255。
0.1 40H，62H，50H，64H，7DH，FFH0.2 将下列十六进制无符号数转换为十进制数：32CH，68H，I)5H，100H，B78H，3ADH。
O.2 812，104，213，256，2936，9410.3 写出下列十进制数的原码和补码，用8位或16位数填人表1中(要求用十六进制数表示)。
表10．3，9350H，CF42H。
O.4 机器数的真值分别为：27，233，-128，-8，14717，31467，-27824，-124780.5 用补码运算完成下列算式，并指出溢出OV和进位CY：(1) 33H+5AH (2) -29H-5DH (3) 65H-3EH (4) 4CH-68HO.5 (1) 33H+5AH=8DH，OV=1，CY=O (2) -29H-5DH=7AH，OV=0，CY=1(3) 65H-3EH=27H，OV=0，CY=1 (4) 4CH-68H=E4H，0V=O，CY=O0.6 将表2中的十进制数按要求转换，用十六进制数填入。
表2O.60.7 写出下列ASCII码表示的十六进制数(如313035H为105H)：374341H，32303030H，3841353DH。
0.7 ASCIl码表示的十六进制数分别为：105H，7CAH，200¨。
H，8A50H第1章 MCS-51单片机1.1 什么是嵌入式系统?其控制核心有哪几种类型?1.1 见绪论1.2 单片微型计算机与微处理器在结构上和使用中有什么差异?单片机和DSP在使用上有什么差别?1.2 单片微型计算机是包含CPU、存储器和I／O接口的大规模集成芯片，即它本身包含了除外部设备以外构成微机系统的各个部分，只需接外设即可构成独立的微机应用系统。
微机处理器仅为CPU，CPU是构不成独立的微机系统的。
MCS-51单片机系统结构
*提供驱动外设的电压或电流； *DMA（直接存储器存取）控制和中断控制。
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1.1 单片微型计算机
一、单片机的发展历史
第一阶段（1976-1978）：单片机的探索阶段。探索
计算机的单芯片集成，单片机（Single Chip Microcomputer） 的定名即缘于此。产品以Intel公司的MCS-48为代表。
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➢数据总线 DB：CPU与存储器、I/O接口之间 (双向)传送数据的公共通路。 * 数据总线的条数决定CPU一次最多可以传送的
数据宽度（位数）。 如：8位机的DB有8条，CPU一次可读写8位数据
16位机的DB有16条，CPU一次可读写16位
➢控制总线 CB：用来传送各种控制或状态信号 * CPU送出和接受的对存储器、I/O接口读写
运算器 控制器 寄存器组
内存储器
输入输出 接口电路
总线
外部设备
软件
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二、微型计算机的结构
AB: Address Bus DB: Data Bus CB: Control Bus
微
处
内
存
理
储
器
器
CPU
地址总线 AB
I/O
输
I/O
接
入
接
口
设口备源自输 出 设 备I/O 接 口
数据总线 DB
控制总线 CB
特点： • 以微处理器（CPU）为核心 • CPU与其他部件间通过三总线连接
BUS
I/O接口
C/T
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系统级——微型计算机系统
• 以微型计算机为中心，配以相应的外围设 备以及控制微型计算机工作的软件，就构 成了完整的微型计算机系统。
51单片机系统.
MCS－51系列单片机（一）
MCS-51系列单片机是美国Intel公司1980年以后 推出的新产品。其性能超过了MCS-48系列单片机。该 系列有三种形式，根据片内的程序存储器的不同有以下
三种产品型号，8051（片内有4KBROM），8751 （片内有4KB EPROM）和8031（片内无ROM和
中断系统 定时/计数系统
中断系统（一）
所谓中断控制，指的是在通常情况下，单片机 执行自己的主程序，只有当外设发出中断请求时， 单片机才停止执行主程序，而去执行处理中断子程 序，在中断子程序结束后，又回到原来执行的主程 序。
MCS-51单片机共提供5个中断源。其中2个为 外部中断请求INT0和INT1；2个为片内定时/计数 器溢出中断请求TF0和TF1；1个为片内串行口中断 请求TI或RI。
44脚的封装有四个NC(空）引脚。
对外有40条引脚线，其中2条专用于主电源的引脚， 2条外接晶体的引脚，4条复用的引脚，32条I/O引 脚。
主电源引脚 :Vcc(+5V--- 40脚)和Vss(GND 20 脚);
外接晶体引脚：XTAL1（19脚）、XTAL2（18脚）， 只要在这两个引脚之间接入一个晶体振荡器，单片 机就可以以此晶体的频率开始工作。常用的晶体频 率有0-24MHZ，频率越高，单片机的工作速度就越 快，但单片机的功耗就要增加。
MCS－51系列单片机（二）
除此之外，MCS-51系列还有CMOS型产品， 例如：80C51，87C51，80C31BH等。其功能 与8051完全兼容，特点是功耗低，抗干扰能 强，得到了广泛应用。
51单片机的主要资源
内部程序存储器ROM ( 以89C51为例 )：4K的存储容量； 内部数据存储器RAM：256B(128B的RAM+21B的SFR) ； 寄存器区：设有4组寄存器，每组有R0-R7八个工作寄存器； 8位并行输入输出端口：P0、P1、P2和P3； 定时/计数器：2个16位的定时/计数器； 串行口： 全双工的端口（RXD：接收端，TXD发送端）； 中断系统：设有5个中断源； 系统扩展能力：可外接64K的 ROM 和64K的 RAM；
第2章MCS--51系列单片机的结构及原理
（4）工作寄存器组选择位RS1、RS0（PSW.4，
PSW.3）： RS1、RS0与工作寄存器组的对应关系
如下：
RS1 RS0 工作寄存器组 片内RAM地址
00
第0组
00H～07H
01
第1组
指令执行后，A=D1H最高位无进位，故Ｃ=0；低半字节有进位，AC=1； OV=0 1=1，发生溢出；A中1的个数为偶数，故P=0。
CPU时序
一．振荡器
CPU执行指令的一系列动作是在时序电路的控制下一拍一拍进行的。 其节拍信号由振荡器产生，MCS--51系列单片机的内部有一个高增益的反 相放大器。外接晶体后可构成自激振荡器产生节拍信号，接法见图2-1, 也可使用片外振荡器，采用不同工艺制造的单片机芯片接法不同：
RST/VPO：双功能引脚，在单片机工作期间， 当此引脚上出现连接2个机器周期的高电平时可 实现复位操作，详见2.4节。
在Vcc掉电期间，若该引脚接备用电源 （+5v），可向片内RAM供电，以保存片内RAM中 的信息。
2.2 MCS—51系列单片机的微处理器与CPU时序
运算器由算逻运算单元ALU、累加器A、B寄存器、暂存器1、 暂存器2、及程序状态字PSW构成。程序状态字PSW是1个8位 的专用寄存器，用于存放程序运行中的各种状态信息，可 进行位寻址，
P
图2—3 程序状态字各位的含义
（1）进位标志C（PSW.7）；很多算术逻辑运算指令执行 后都会影响进位标志C。例如加减运算，若运算结果有进 位或借位，则C=1，若无，则C=0。可用专门的指令或硬件 将C置位或清零，在进行位操作时，C又起着位累加器的作 用，类似于累加器A。
第一章习题答案
第⼀章习题答案选择题、1、MCS-51系列单⽚机的CPU主要由 A 组成。
A、运算器、控制器B、加法器、寄存器C、运算器、加法器D、运算器、译码器2、单⽚机中程序计数器⽤来 C 。
A、存放指令B、存放正在执⾏的指令的地址C、存放下⼀条指令的地址D、存放上⼀条指令的地址3、8031单⽚机的/EA引脚A 。
A、必须接地B、必须接5V电源C、可悬空D、按需要⽽定4、外部扩展存储器时，分时复⽤数据线和地址线的是 A 。
A、P0⼝B、P1⼝C、P2⼝D、P3⼝5、PSW中的RS1、RS0⽤来 A 。
A、选择⼯作寄存器组B、指⽰复位C、选择定时器D、选择⼯作⽅式6、单⽚机复位后，PC的内容为 A 。
A、0000HB、0003HC、000BHD、0800H7、intel8051单⽚机是 C 位的。
A、16B、4C、8D、准168、程序是以 C 形式存放在程序存储器中的。
A、C语⾔源程序B、汇编程序C、⼆进制编码D、BCD码9、MCS-51系列单⽚机的程序计数器PC是16位的，其寻址范围是 D 。
A、8KBB、16KBC、32KBD、64KB10、MCS-51系列单⽚机的ALE引脚是以晶振频率的C 固定频率输出正脉冲，因此它可以作为外部时钟或外部定时脉冲使⽤。
A、1/2B、1/4C、1/6D、1/12(1) A (2)C (3)A (4) A (5)A(6) A (7)C (8)C (9) D (10)C填空题1、单⽚机应⽤系统是由硬件系统和软件系统组成的。
2、除了单⽚机和电源外，单⽚机最⼩系统还包括时钟和复位电路。
3、在进⾏单⽚机应⽤系统设计时，除了电源和地线引脚外，XTAL1 、XTAL2 、RST 和EA引脚信号必须连接相应电路。
4、MCS-51单⽚机的XTAL1和XTAL2 是时钟电路引脚。
5、MCS-51系列单⽚机的存储器共有4个物理存储空间，即⽚内数据存储器、⽚内程序存储器、⽚外数据存储器和⽚外程序存储器。
单片微型计算机原理及应用课后答案
单片微型计算机原理及应用课后答案习题22.1 MCS-51单片机内部包含哪些主要逻辑功能部件? 答：微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EPROM）、特殊功能寄存器（SFR）、并行I/O口、串行通信口、定时器/计数器及中断系统。
2.2 说明程序计数器PC和堆栈指针SP的作用。
复位后PC和SP各为何值? 答：程序计数器PC中存放将要执行的指令地址，PC有自动加1功能，以实现程序的顺序执行。
它是SFR中唯一隐含地址的，因此，用户无法对它进行读写。
但在执行转移、调用、返回等指令时能自动改变其内容，以实现改变程序的执行顺序。
程序计数器PC中内容的变化决定程序的流程，在执行程序的工作过程中，由PC输出将要执行的指令的程序存储器地址，CPU读取该地址单元中存储的指令并进行指令译码等操作，PC则自动指向下一条将要执行的指令的程序存储器地址。
SP是一个8位的SFR，它用来指示堆栈顶部在内部RAM中的位置。
系统复位后SP为07H，若不对SP设置初值，则堆栈在08H开始的区域，为了不占用工作寄存器R0~R7的地址，一般在编程时应设置SP的初值（最好在30H~7FH区域）。
2.3 程序状态字寄存器PSW的作用是什么?其中状态标志有哪几位?它们的含义是什么？答：PSW是保存数据操作的结果标志，其中状态标志有CY（PSW.7）：进位标志，AC（PSW.6）：辅助进位标志，又称半进位标志，F0、F1（PSW.5、PSW.1）：用户标志；OV（PSW.2）：溢出标志；P（PSW.0）：奇偶标志。
2.4 什么是堆栈? 堆栈有何作用? 为什么要对堆栈指针SP重新赋值? SP的初值应如何设定? 答：堆栈是一种数据结构，所谓堆栈就是只允许在其一端进行数据写入和数据读出的线性表。
其主要作用有两个：保护断点和保护现场。
堆栈区的设置原则上可以在内部RAM的任意区域，但由于MCS-51单片机内部RAM的00H~1FH地址单元已被工作寄存器R0~R7占用，20H~2FH为位寻址区，故堆栈一般设在30H~7FH（对于8032系列芯片可为30H~0FFH）的区域内。
MCS-51系列单片机的结构
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
3.控制总线
(1)
：ALE为地址锁存允许信号。在访问外部
存储器时，ALE用来把扩展地址低8位锁存到外部锁存器。在
不访问外部存储器时，ALE引脚以不变的频率(时钟振荡器频
率的1/6)周期性地发出正脉冲信号，因而它又可用作外部定
品有8031和87510 8031是一个无ROM的8051，它从外部ROM 获取所用的指令，8751是一个用EPROM代替ROM的8051， 除此之外，三者的内部结构及引脚完全相同。今后，除特另 11说明外，用8051这个名称来代表8031、8051和87510
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
二功能是在访问外部存储器时，它分时作为低8位地址线和8 位双向数据线。当P0口作为普通输入口使用时，应先向口锁 存器写“1”。 (2) P1口(P1. 0~P1. 7)是一个内部带上拉电阻的准双向I/O口。 当P1口作为普通输入口使用时，应先向口锁存器写“1” 。
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
(1)带进位和不带进位的加法。 (2)带借位减法。 (3) 8位无符号数乘法和除法。 (4)逻辑与、或、异或操作。 (5)加1、减1操作。 (6)按位求反操作。 (7)循环左、右移位操作。 (8)半字节交换。 (9)二一十进制调整。 (10)比较和条件转移的判断等操作。
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2.1 MCS-51单片机的内部结构
2)指令寄存器IR (Instruction Register) 指令寄存器是一个8位寄存器，用于暂存待执行的指令，等
第一章MCS-51系列单片机知识
单片机电子产品设计
主讲人：胡克满 2013年3月 E_mail：hukeman@ 办公室：3114（东校区） 电话：668181
第一章 MCS-51单片机基本知识
本章主要内容： 1.1 什么是单片机 1.2 单片微型计算机及单片微型计算机系统 1.3 MCS-51系列单片机分类 1.4 MCS-51系列单片机的内部结构及引脚 1.5 MCS-51系列单片机的内部数据存储器 本章重点： MCS-51系列单片机选型
单片机电子产品设计
1.5 MCS-51单片机内部数据存储器
MCS-51单片机的芯片内部有RAM和ROM两类存储器，
即所谓的内部RAM和内部ROM。
单片机电子产品设计
1.5.1内部数据存储器低128单元
30H ~7FH
20H ~2FH 18H ~1FH 10H ~17H 08H ~0FH 00H ~07H
单片机电子产品设计
微型计算机系统组成示意图如图所示。
微型计算机系统
输 入 设 备
输 入 接 口 电 路
CPU
运算器 控制器
输 出 接 口 电 路
输 出 设 备
+
存储器
软 件 系 统
硬件系统
单片机电子产品设计
（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，使计算机各部分能自动协调地 工作。运算器和控制器是计算机的核心部分，常把它们合在一起称之 为中央处理器，简称CPU。 （3）存储器 存储器是计算机的记忆部件，用于存放程序和数据。存储器又分 为内存储器和外存储器。例如实训中使用的EPROM2764。 （4）输入设备 输入设备用于将程序和数据输入到计算机中，如键盘。 （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 式显示或保存，如显示器、打印机。
单片机（MCS-51）简述
单片机（MCS-51）简述钱堃收集整理本文简要地介绍单片机技术并以MCS-51单片机为例,介绍其结构组成特点及应用，感兴趣的同学可以进一步阅读相关文献（如参考文献）了解更多技术性细节知识。
通用微处理器和单片机是计算机技术发展中的两个主要分支，它们适用于各种不同的应用领域。
单片机（Microcontroller Unit, MCU）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路等）集成到一块芯片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。
从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。
MCS-51系列单片机是以8051为核心发展起来的，具有基本的硬件结构和通用的软件特性，图1为MCS-51系列单片机基本组成框图。
图1 单片机组成框图构成计算机的主要组成部分(CPU、存储器、可编程I/O口等)，通过地址总线、数据总线和控制总线连接在一起，这种芯片叫单片机。
单片机的功能结构如图2所示，MCS-51单片机的内部结构包含下列几个部件（新的单片机在以下指标方面更为先进）：(1)一个8位CPU；(2)一个片内振荡器及时钟电路(3)4 ROM程序存储器；(4)128字节RAM数据存储器，(5)两个16位定时器/计数器；(6)可寻址64x字节外部数据存储器和64K字节外部程序存储器空间的控制电路；(7)32条可编程的I/O线(四个8位并行I/O端口)；(8)一个可编程全双工串行口；(9)具有5个中断源、2个优先级嵌套中断结构。
图2 MCS-51单片机功能方框图单片机作为嵌入式应用的微型计算机，从硬件结构到软件指令系统都是针对测控领域的广泛需要和特点而设计的，因此单片机也称之为微控制器(MCU)，它适用于嵌入电子系统中作为核心部件。
MCS-51单片机的硬件结构
MCS-51单⽚机的硬件结构MCS-51单⽚机的基本组成MCS-51是Intel公司⽣产的⼀个单⽚机系列的总称.在功能上,该系列单⽚机有基本型和增强型两⼤类,通常以芯⽚型号的末位数字来区别。
末位数字位“1”的型号是基本型，为“2”的信号是增强型。
MCS-51单⽚机的内部结构如图所⽰，基本结构包括：⼀个8位的CPU及⽚内振荡器；4KB掩膜ROM（8051），4KB EPROM（8751），⽆ROM（8031）；128B RAM，21个特殊功能寄存器SFK；4个（P0~P3）8位并⾏I/O接⼝，⼀个可编程全双⼯通⽤异步串⾏接⼝（UART）；具有5个中断源，2个优先级；可寻址64KB 的⽚外ROM和64KB的⽚外RAM；两个16位的定时/计数器;具有位操作功能的布尔处理机及位寻址功能。
MCS-51单⽚机的引脚及其功能MCS-51单⽚机的引脚封装MCS-51单⽚机有普通的HMOS芯⽚和CMOS低功耗芯⽚。
HMOS芯⽚采⽤双列直插封装⽅式，⽽CMOS芯⽚采⽤的封装⽅式有双列直插也有⽅形封装的。
尽管封装的⽅式不同，但是它们的结构完全⼀样。
输⼊/输出接⼝MCS-51单⽚机有4个双向8位I/O接⼝，它们是P0、P1、P2、P3。
在⽆外接存储器时，这4个I/O接⼝均可以作为通⽤I/O接⼝使⽤，CPU既可以对它们进⾏字节操作也可以进⾏位操作。
当外接程序存储器或数据存储器时，P0⼝和P2⼝不再作为通⽤I/O⼝使⽤。
此时，P0⼝传送存储器地址的低8位以及双向的8位数据，P2⼝传送存储器地址的⾼8位。
P0⼝和P2共同组成MCS-51单⽚机的16位地址总线，⽽低8位地址总线与8位双向数据总线分时复⽤。
P0⼝P0⼝有8位，每⼀位由⼀个锁存器、两个三态输⼊缓冲器、控制电路和驱动电路组成。
P0⼝有两种功能，⼀是作为通⽤I/O⼝；⼆是当外接存储器时，作为低8位地址总线和8位双向数据总线。
P0 ⼝作为通⽤I/O ⼝作为通⽤I/O ⼝时，P0 ⼝既可以做输⼊⼝，也可以做输出⼝，并且每⼀位都可以设定为输⼊或输出。
MCS-51系列单片机的特点及应用
1-1 单片机及其特点单片微型计算机(Single-Chip Microcomputer),简称单片计算机.就是将CPU,RAM,ROM,定时/计时器和多种接口集成在一块芯片上的微型计算机.※其主要特点如下:片内存储容量较小:原因是受集成度的限制.ROM一般小于8KB,RAM一般小于256B,但可以在外部扩展.通常ROM,RAM可分别扩展至64KB.可靠性高:因为芯片是按工业测控环境要求设计的,故抗干扰的能力优于PC机.系统软件(如:程序指令,常数,表格)固化在ROM中,不易受病毒破坏.许多信号的通道均在一个芯片内,故运作时系统稳定可靠.便于扩展:片内具有计算机正常运行所必需的部件,片外有很多供扩展用的(总线,并行和串行的输入/输出)管脚,很容易组成一定规模的计算机应用系统.控制功能强:具有丰富的控制指令:如:条件分支转移指令,I/O口的逻辑操作指令,位处理指令.实用性好:体积小,功耗低,价格便宜,易于产品化.1-2 单片机的发展第1阶段(1971年—1978年),以MCS-48系列为代表,称4位单片机.在片内:CPU有4位或8位;ROM有1KB或2KB;RAM有64B或128B;只有并行接口,无串行接口;只有1个8位的定时/计时器;中断源只有2个.在片外:寻址范围只有4KB;芯片引脚有40个.第2阶段(1978年—1983年),以MCS-51系列为代表,称8位单片机.在片内:CPU有8位;ROM有4KB或8KB;RAM有128B或256B;有串/并行接口;有2个或3个16位的定时/计时器;中断源有5至7个.在片外:寻址范围有64KB;芯片引脚有40个.第3阶段(1983年以后),以MCS-96系列为代表,称16位单片机.在片内:CPU有16位;ROM有8KB;RAM有232B;有串/并行接口;有4个16位的定时/计时器;中断源有8个;增加了D/A和A/D转换电路.在片外:寻址范围有64KB;芯片引脚有48个或68个.※以上MCS-51系列以其优良的性价比,在我国得到了广泛的应用.1-3 单片机的应用单片机主要有单机应用和多机应用.单机应用:(一个系统使用一块单片机——普通应用模式)家用电器:如高档的洗衣机,空调器,电冰箱,彩电,DVD,音响,手机,高档电子玩具等电器,用单片机做自动控制.智能设备:用单片机改造普通仪器,仪表,读卡机等,使其(集测量,处理,控制功能为一体)智能化,微型化. 网络与通信的智能接口:在大型计算机控制的网络或通信电路与外围设备的接口电路中,用单片机来控制或管理,可大大提高系统的运行速度和接口的管理水平.工业测控:对工业设备(如机床,汽车,高档中西餐厨具,锅炉,供水系统,生产自动化,自动报警系统,卫星信号接收等)进行智能测控,大大地降低了劳动强度和生产成本,提高了产品质量的稳定性.多机应用:(一个系统使用多块单片机——高科技应用模式)功能弥散系统:并行多机处理系统:局域网络系统:单片机的发展趋势单片机从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。
mcs-51系列单片机基本结构与工作原理
寄存器间接寻址
直接寻址 直接寻址
直接寻址
寄存器寻址 寄存器间接寻址
(4)MOV 60H，@R1
表2-2 特殊功能寄存器SFR的名称及地址（一）
§ MCS-51的扩展应用
一、单片机扩展的基本概念 1、单片机最小系统：使单片机运行的最少器件构成的 系统，就是最小系统。 无ROM芯片：8031 必须扩展ROM，复位、晶振电路 有ROM芯片：89C51等，不必扩展ROM，只要有复位、 晶振电路 2、扩展使用的三总线： 地址总线：由外部程序存储器取指，P0－低8位； P2－高8位 数据总线：指令输入，P0 控制总线：RD、WR、 ALE、 PSEN
立即数寻址
变址间接寻址 相对寻址 位寻址
程序存储器(操作常数)
程序存储器(@A+DPTR、＠A+PC) 程序存储器(修改了PC值) 内部数据存储器及特殊功能寄存器中 某些单元位
Example 判断下列指令各操作数的寻址方式
(1)MOV A ， #65H
(2)MOV @R1，65H (3)MOV 30H，R2 寄存器寻址 立即数寻址
(读、 写、地址锁存允许、 外程序存储器读选通）
图2-5 8051特殊功能寄存器地址分布图
二、存储器的扩展
1、随机读写存储器RAM的扩展 ：数据存储器一般采用RAM芯片， 这种存储器在电源关断后，存储的数据将全部丢失。有两大类： 动态RAM(DRAM)，一般容量较大，易受干扰，使用略复杂。例 2116、2186 静态RAM(SRAM)，在工业现场常使用SRAM，例：6264、6116
二、专用寄存器组
1、程序计数器 PC 16位计数器，指向程序存储器中被执行的指令所在的地址。本身没 有地址，在物理上独立。 寻址范围0000～FFFFH的64KB空间。 2、数据指针DPTR 16位地址指针，可寻址范围0000～FFFFH 的64KB空间，可指向程 序、数据存储器。 3、堆栈指针SP 8位地址寄存器，SP用来管理堆栈。它指向内部RAM的一个存储单 元，且总是指向栈顶单元。 MCS-51的堆栈是内部RAM中的一个部分，符合“先进后出、后进 先出”原则。 4、累加器ACC ACC是一个具有特殊用途的8位寄存器，主要用于存放操作数或运算 结果。8051指令系统中多数指令的执行都要通过累加器ACC进行。因此， 在CPU中，累加器的使用频率是很高的。也可简写累加器A。
第1章MCS-51单片机结构及基本工作原理
（123.456）10=123.546D =1×102+2×101+3×100+4×10-1+5×10-2+6×10-3
（2）二进制（Binary）
二进制的基数r=2，符号集为{0，1}，其权为：…，22，21，20， 2-1，2-2，…， 例如：二进制数（1101.011）2按权展开为： （1101.011）2=1101.011B
整 八进制
00O 01O 02O 03O 04O 05O 06O 07O 10O 11O 12O 13O 14O 15O 16O 17O
二进制数
“四位合一位” “一位分四位”
十六进制数
图1-2 不同数制之间的相互转换
（1）二进制数和十进制数间的转换
1）二进制数转换成十进制数 二进制数转换成十进制数只要把要转换的数按权展开后相加即可。
例如： 11010.01B = 1×24+1×23+0×22+1×21+0×20+0×2-1+1×2-2 = 26.25D
1.1.1 单片机及其发展概况
1、单片机的发展
单片机的全称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer），它是将组成微型计算机的各个功能部件，如 中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器 （ROM）、基本出入/出接口（I/O接口）、定时器/计数器以及串 行通信接口等部件有机地结合在一块集成芯片中，构成一个完整 的微型计算机，因此单片机又可以成为微处理器（Microcontroller
十进制是人类最常用的数的制式，其基数r=10，逢十进位，
符号集为{0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，0}，其权为：…，
单片机原理及应用习题答案
思考与练习题11.1单项选择题（1）单片机又称为单片微计算机，最初的英文缩写是（ D ）A.MCPB.CPUC.DPJD.SCM（2）Intel公司的MCS-51系列单片机是（ C ）的单片机。
A.1位B.4位C.8位D.16位（3）单片机的特点里没有包括在内的是（ C ）A.集成度高B.功耗低C.密封性强D.性价比高（4）单片机的发展趋势中没有包括的是（ B ）A.高性能B.高价格C.低功耗D.高性价比（5）十进制数56的二进制数是（ A ）A.00111000BB.01011100BC.11000111BD.01010000B（6）十六进制数93的二进制数是（ A ）A.10010011BB.00100011BC.11000011BD.01110011B（7）二进制数11000011的十六进制数是（ B ）A. B3HB.C3HC.D3HD.E3H（8）二进制数11001011的十进制无符号数是（ B ）A. 213B.203C.223D.233（9）二进制数11001011的十进制有符号数是（ B ）A. 73B.-75C.-93D.75（10）十进制数29的8421BCD压缩码是（ A ）A.00101001BB.10101001BC.11100001BD.10011100B（11）十进制数-36在8位微机中的反码和补码是（ D ）A.00100100B、11011100BB.00100100B、11011011BC.10100100B、11011011BD.11011011B、11011100B（12）十进制数+27在8位微机中的反码和补码分别是（ C ）A.00011011B、11100100BB.11100100B、11100101BC.00011011B、00011011BD.00011011B、11100101B（13）字符9的ASCII码是（ D ）A.0011001BB.0101001BC.1001001BD.0111001B（14）ASCII码1111111B的对应字符是（ C ）A. SPACEB.PC.DELD.{（15）或逻辑的表达式是（ B ）A.A⋅B=FB. A+B=FC. A⊕B=FD.(A⋅B)=F（16）异或逻辑的表达式是（ C ）A.A⋅B=FB. A+B=FC. A⊕B=FD.(A⋅B)=F（17）二进制数10101010B与00000000B的“与”、“或”和“异或”结果是（ B ）A.10101010B、10101010B、00000000BB.00000000B、10101010B、10101010BC.00000000B、10101010B、00000000BD.10101010B、00000000B、10101010B （18）二进制数11101110B与01110111B的“与”、“或”和“异或”结果是（ D ）A.01100110B、10011001B、11111111BB.11111111B、10011001B、01100110BC.01100110B、01110111B、10011001BD.01100110B、11111111B、10011001B（19）下列集成门电路中具有与门功能的是（ D ）A.74LS32B.74LS06C.74LS10D.74LS08（20）列集成门电路中具有非门功能的是（ B ）A.74LS32B.74LS06C.74LS10D.74LS08（21）Proteus软件由以下两个设计平台组成（ C ）A.ISIS和PPTB.ARES和CADC.ISIS和ARESD.ISIS和CAD（22）ISIS模块的主要功能是（ A ）A．电路原理图设计与仿真 B. 高级布线和编辑C. 图像处理D.C51源程序调试（23）ARES模块的主要功能是（ B ）A．电路原理图设计与仿真 B. 高级布线和编辑C. 图像处理&D.C51源程序调试（24）家用电器如冰箱、空调、洗衣机中使用的单片机主要是利用了它的（ D ）A．高速运算 B. 海量存储 C.远程通信 D. 测量控制1.2问答思考题（1）什么是单片机？单片机与通用微机相比有何特点？单片机是在一块半导体硅片上集成了计算机基本功能部件的微型计算机。
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6.3 中断处理过程 1）中断系统的功能
a. 实现中断响应和中断返回 CPU 中断响应过程如下： a) 首先，将断点处的 PC 值（即下一条应执行指令的地址）推入堆栈 保留起来，这称为保护断点，由硬件自动执行； b) 将有关的寄存器内容和标志位状态推入堆栈保留起来，这称为保 护现场，由用户自己编程完成。 c) 保护断点和现场后即可执行中断服务程序。
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2）中断处理的过程
中断响应、中断处理、中断返回 a. 中断响应 中断响应是 CPU 对中断源中断请求的响应，包括保护断点和将程序转向 中断服务程序的入口地址（通常称矢量地址）。 CPU 响应中断的条件有: •有中断源发出中断请求。 •中断总允许位 EA = 1。 •申请中断的中断源允许。 满足以上基本条件，CPU 一般会响应中断，但若有下列任何一种情况存 在，则中断响应会受到阻断。 •CPU 正在响应同级或高优先级的中断。 •当前指令未执行完。 •正在执行 RETI 中断返回指令或访问专用寄存器 IE 和 IP 的指令。
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编写中断服务程序时需注意： •各中断源的中断入口地址之间只相隔 8 个字节，容纳不下普通的中断 服务程序，因此，在中断入口地址单元，通常存放一条无条件转移指令， 可将中断服务程序转至存储器的其它任何空间。 •若要在执行当前中断程序时禁止其它更高优先级中断，需先用软件关 闭 CPU 中断，或用软件禁止相应高优先级的中断，在中断返回前再开 放中断。 •在保护和恢复现场时，为了不使现场数据遭到破坏或造成混乱，一般 规定此时 CPU不再响应新的中断请求。因此，在编写中断服务程序时， 要注意在保护现场前关中断，在保护现场后若允许高优先级中断，则应 开中断。同样，在恢复现场前也应先关中断，恢复之后再开中断。
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可在中断服务程序中采用两条指令： ANL P1，#0FEH ORL P1，#01H 来撤除外部中断请求。
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6.5 中断响应时间 中断响应时间是指从中断请求标志位置位到 CPU 开始执行中 断服务程序的第一条指令所持续的时间。 断服务程序的第一条指令所持续的时间
P1.0 P1.1 8051 P1.2 P1.3
中断服务程序如下： 中断服务程序如下：
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3) 外部中断请求的撤除 外部中断可分为边沿触发型和电平触发型。 a) 对于边沿触发的外部中断 0 或 1，CPU 在响应中断后，无 需采取其它措施。
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b) 对于电平触发外中断，CPU 在响应中断后，硬件不会自动 清除其中断请求标志位 IE0 或 IE1，同时，也不能用软件将其 清除，所以，在 CPU 响应中断后，应立即撤除 INT0 或 INT1 引脚上的低电平。否则，就会引起重复中断而导致错误。但是， CPU 又不能控制 INT0或 INT1引脚的信号，因此，只有通过硬 INT0 INT1 件再配合相应软件才能解决这个问题。
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b. a)
中断处理
中断处理就是执行中断服务程序。中断服务程序从中断入口地址开始 执行，到返回指令“RETI”为止。 b) 在进入中断服务程序后，一般要先保护现场，然后，执行中断处理程 序，在中断返回之前再恢复现场。 c) 中断处理一般包括两部分内容，一是保护现场，二是完成中断源请求 的服务。
D0
RI
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2) 中断控制标志
1） IE (A8H)寄存器中的中断开/关控制
2） IP (B8H)寄存器中的中断优先级控制
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3) 5个中断源
1) INT0 ：外部中断 0 请求，由 P3.2 脚输入。通过 IT0 脚（TCON.0）来 决定是低电平有效还是下跳变有效。一旦输入信号有效，就向 CPU 申请中断，并建立 IE0 标志。 2) INT1 ：外部中断 1 请求，由 P3.3 脚输入。通过 IT1 脚（TCON.2） 来决定是低电平有效还是下跳变有效。一旦输入信号有效，就向 CPU 申请中断，并建立 IE1 标志。 3) TF0：定时器 0 溢出中断请求。当定时器 0 产生溢出时，定时器 0 中 断请求标志位（TCON.5）置位（由硬件自动执行），请求中断处理。 4) TF1：定时器 1 溢出中断请求。当定时器 1 产生溢出时，定时器 1 中 断请求标志位（TCON.7）置位（由硬件自动执行），请求中断处理。 5) RI 或 TI：串行中断请求。当接收或发送完一串行帧时，内部串行口 中断请求标志位 RI（SCON.0）或 TI（SCON.1）置位（由硬件自动 执行），请求中断。
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6.2 中断系统的构成及管理
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1） 中断源请求标志
a. TCON (88H)寄存器中的中断标志位
TR1
TR0
b. SCON (98H)寄存器中的中断标志位
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1
TI
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第6章 MCS-51的中断系统
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6-1 中断的概念
主程序 执行主 程序 中断请求 断点 继续执行 主程序 中断响应 执行 中断 处理 程序 中断返回
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2）中断的功能
a. 中断可以解决快速的 CPU 与慢速的外设之间的矛盾，使 CPU 和外设 同时工作。CPU在启动外设工作后继续执行主程序，同时外设也在工作。 每当外设做完一件事就发出中断申请，请求 CPU 中断它正在执行的程 序，转去执行中断服务程序（一般情况是处理输入/输出数据），中断处 理完之后，CPU 恢复执行主程序，外设也继续工作。这样，CPU 可启 动多个外设同时工作，大大地提高了 CPU 的效率。 b. 在实时控制中，现场的各种参数、信息均随时间和现场而变化。这些 外界变量可根据要求随时向 CPU 发出中断申请，请求 CPU 及时处理中 断请求。如中断条件满足，CPU 马上就会响应，进行相应的处理，从而 实现实时处理。 c. 针对难以预料的情况或故障，如掉电、存储出错、运算溢出等，可通 过中断系统由故障源向 CPU 发出中断请求，再由 CPU 转到相应的故障 处理程序进行处理。
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b. 实现优先权排队 计算机按中断源优先权高低逐次响应的过程称为优先权排队。当多 个中断源同时发出中断请求时，优先权高的中断能先被响应，只有 优先权高的中断处理结束后才能响应优先权低的中断。
c. 实现中断嵌套 当 CPU 响应某一中断时，若有优先权高的中断源发出中断请求，则 CPU 会中断正在进行的中断服务程序，并保留这个程序的断点（类 似于子程序嵌套），响应高级中断。高级中断处理结束以后，再继 续进行被中断的中断服务程序，这个过程称为中断嵌套。
6.1 中断的概念 1）定义
当CPU在执行程序的过程中，外部事件向 CPU 发出信号，请求 CPU 迅速去处理，于是， CPU暂时中止执行当前程序，转去处 理相应的事件，待处理完毕后，再继续执行原来被中止的程序， 这样的过程称为 “中断”。 中断系统 中断源（I/o设备、实时时钟及外界计数信号、故障、调试程序） 中断申请Jiaotong University
中断系统通过硬件自动生成长调用指令（LACLL），该指令将自动 把断点地址压入堆栈保护（不保护累加器 A、状态寄存器 PSW 和其 它寄存器的内容），然后，将对应的中断入口地址装入程序计数器 PC（由硬件自动执行），使程序转向该中断入口地址，执行中断服 务程序。 MCS-51系列单片机各中断源的入口地址由硬件事先设定，分配如下：
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4) 中断优先级
8051 单片机有两个中断优先级，每个中断源都可以通过编程确定为高优 先级中断或低优先级中断。因此，可实现二级嵌套。
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同一优先级别中的中断源可能不止一个，因此，也有一个中 断优先权排队的问题。
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6.3 中断处理过程 1）中断系统的功能
a. 实现中断响应和中断返回 中断返回过程如下： a) 首先，恢复原保留寄存器的内容和标志位的状态，这称为恢复现 场，由用户编程完成； b) 再加返回指令 RETI，RETI指令的功能是恢复 PC 值，使 CPU 返回 断点，这称为恢复断点。 c) 恢复现场和断点后，CPU将继续执行原主程序，中断响应过程到此 为止。
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6.4 中断请求的撤除 CPU 响应中断请求后即进入中断服务程序，在中断返回前， 应撤除该中断请求，否则，会引起重复中断，从而导致错 误。8051 各中断源中断请求撤消的方法有以下几种： 1) 定时器中断请求的撤除 对于定时器 0 或 1 溢出中断，CPU 在响应中断后即由硬件 自动清除其中断标志位 TF0或 TF1，无需采取其它措施。 2) 串行口中断请求的撤除 对于串行口中断，CPU 在响应中断后，硬件不能自动清除 中断请求标志位 TI、RI，必须在中断服务程序中用软件将 其清除。
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c. 中断返回 a) 中断返回是指中断服务完后，计算机返回原来断开 的位置（即断点），继续执行原来的程序。 b) 中断返回由中断返回指令 RETI 来实现。该指令的功 能是把断点地址从堆栈中弹出，送回到程序计数器 PC，此外，还通知中断系统已完成中断处理，并同 时清除优先级状态触发器。 c) 特别要注意不能用“RET”指令代替“RETI”指令。