MCS51系列微控制器
单片机第二章MCS-51系列单片机硬件结构
3. P1口（P1.0~P1.7，1脚~8脚）
P1口仅用作I/O使用，它也是自带上拉电阻的8 位准双向I/O接口，每一位可驱动4个LSTTL负载。 当P1口作为输入接口时，应先向口锁存器写“1”。 4. P3口（P3.0~P3.7，10脚~17脚）
除了和P1口的功能一样外， P3口的每一引脚还具有第二功能。
第二章 单片机的硬件结构
2.1 MCS-51单片机的总体结构
2.2 微处理器 2.3 MCS-51存储器 2.4 MCS-51基本电路及引脚电路 2.5 实例演练
2.1MCS-51单片机的总体结构
一，8031芯片实照
二，MCS-51单片机外形是一个40脚的双列直插式集成块：
P10 P1.1 P12 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VPD RXD/P3.0 TXD/P3.1 INT0/P3.2 INT1/P3.3 T0/P3.4 T1/P3.5 WR/P3.6 RD/P3.7 XTAL2 XTAL1 Vss 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 Vcc P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/VPP ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
ALE地址锁存使能信号输出端。存取 片外存储器时，用于锁存低8位地址。 PROG是对于EPROM型单片机，在 EPROM编程期间，此引脚用于输入编 程脉冲。
ALE/ PROG (30脚)
控制 引脚
MCS51系列单片机芯片结构
MCS51系列单片机芯片结构MCS51系列单片机是Intel（英特尔）于1980年推出的一种8位微控制器，由Intel公司设计并于1981年开始生产。
MCS51系列单片机由几个基本部分组成，包括CPU、内存、IO口、时钟和定时器等，这些组件相互协作来完成微控制器的各种功能。
1. CPU（中央处理单元）MCS51系列单片机的CPU是其核心部分，负责整个系统的指令执行和数据处理。
CPU采用哈佛结构，由指令存储器和数据存储器独立组成。
MCS51单片机采用8位体系结构，支持指令级别的并行处理。
CPU在工作时，可以通过片内总线与其他部件进行数据和指令的传输。
2. 内存MCS51系列单片机的内存包括RAM（随机存取存储器）和ROM（只读存储器）。
2.1. RAMMCS51单片机的RAM主要用于临时存储数据和变量，其容量从几十字节到几百字节不等，取决于具体型号。
RAM通常被分为多个片段，例如通用寄存器、特殊功能寄存器和堆栈等。
2.2. ROMMCS51单片机的ROM主要用于存储程序和常量数据。
ROM可以是内部ROM或外部ROM。
内部ROM通常具有较小的存储容量，例如2KB或4KB，而外部ROM可以扩展到几十KB或更大。
3. IO口MCS51系列单片机的IO口用于与外部设备进行通信，包括输入和输出操作。
常见的IO口类型包括GPIO（通用输入/输出口）、UART （通用异步收发器）和SPI（串行外设接口）等。
通过配置相关寄存器，可以设置IO口的工作模式和功能。
4. 时钟和定时器MCS51系列单片机需要一个时钟源来同步其操作。
时钟通常由外部晶体振荡器提供，也可以通过内部RC振荡器或外部时钟信号源。
通过配置定时器寄存器，可以实现精确的计时和定时功能。
MCS51系列单片机通常有多个定时器，如定时器0和定时器1，用于生成时序信号、延时操作和计数等功能。
这些定时器可以用于测量时间、触发中断和产生PWM（脉宽调制）信号。
总结MCS51系列单片机芯片结构由CPU、内存、IO口、时钟和定时器等基本部分组成。
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。
9
➢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
7
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。
MCS51单片机
MCS51单片机简介MCS51单片机是一种广泛应用于嵌入式系统开发的微控制器系列。
它是由英特尔公司于1981年推出的，并迅速成为行业领先的产品之一。
MCS51单片机以其稳定性、灵活性和易用性而受到广大开发者的青睐。
本文将介绍MCS51单片机的基本特性、应用范围以及其优势。
一、MCS51单片机的基本特性MCS51单片机是一种8位微控制器，它采用了哈佛结构，包含CPU、存储器、输入输出接口等核心模块。
以下是MCS51单片机的基本特性：1. CPU：MCS51单片机的CPU是一种高效、低功耗的8位中央处理器，具有高性能和高度集成的特点。
它能够处理包括算术、逻辑运算等多种任务。
2. 存储器：MCS51单片机内置ROM、RAM和EEPROM等存储器。
ROM用于存储程序代码，RAM可以存储中间数据和变量，EEPROM用于非易失性数据存储。
3. 输入输出接口：MCS51单片机具有多种输入输出接口，如并行输入输出口、串行通信口、定时器和计数器等。
这些接口能够将单片机与外部设备进行数据传输和通信。
二、MCS51单片机的应用范围MCS51单片机由于其强大的功能和良好的性能，被广泛应用于各个领域的嵌入式系统开发中。
以下是MCS51单片机的主要应用领域：1. 家电控制：MCS51单片机可以用于家电产品的控制，如空调、洗衣机、冰箱等。
通过单片机的智能控制，可以实现家电产品的功能增强和交互性改进。
2. 工业自动化：MCS51单片机在工业自动化领域的应用非常广泛。
它可以用于工业机器人、自动化生产线以及电力控制设备等，提高生产效率和产品质量。
3. 智能交通：MCS51单片机可以用于智能交通系统中的车辆控制、信号灯控制以及交通数据处理等。
通过单片机的智能化处理，可以提高道路交通的安全和效率。
4. 电子设备：MCS51单片机广泛应用于各类电子设备中，如数码相机、手机、电视机等。
它能够控制设备的各个功能模块，实现设备的智能化和多功能化。
（完整版）单片机知识点总结
（完整版）单⽚机知识点总结单⽚机考点总结1.单⽚机由CPU、存储器及各种I/O接⼝三部分组成。
2.单⽚机即单⽚微型计算机，⼜可称为微控制器和嵌⼊式控制器。
3.MCS-51系列单⽚机为8位单⽚机，共40个引脚，MCS-51基本类型有8031、8051和8751.（1）I/O引脚（2）8031、8051和8751的区别: 8031⽚内⽆程序存储器、8051⽚内有4KB程序存储器ROM、8751⽚内有4KB程序存储器EPROM。
（3）4.MCS-51单⽚机共有16位地址总线，P2⼝作为⾼8位地址输出⼝，P0⼝可分时复⽤为低8位地址输出⼝和数据⼝。
MCS-51单⽚机⽚外可扩展存储最⼤容量为216=64KB，地址范围为0000H—FFFFH。
（1.以P0⼝作为低8位地址/数据总线；2.以P2⼝作为⾼8位地址线）5.MCS-51⽚内有128字节数据存储器（RAM），21个特殊功能寄存器（SFR）。
（1）MCS-51⽚内有128字节数据存储器（RAM），字节地址为00H—7FH;00H—1FH: ⼯作寄存器区；00H—1FH: 可位寻址区；00H—1FH: ⽤户RAM区。
（2）21个特殊功能寄存器（SFR）（21页—23页）;（3）当MCS-51上电复位后，⽚内各寄存器的状态，见34页表2-6。
PC=0000H, DPTR=0000H, Acc=00H, PSW=00H, B=00H, SP=07H,TMOD=00H, TCON=00H, TH0=00H, TL0=00H, TH1=00H,TL1=00H, SCON=00H, P0～P3=FFH6. 程序计数器PC：存放着下⼀条要执⾏指令在程序存储器中的地址，即当前PC值或现⾏值。
程序计数器PC是16位寄存器，没有地址，不是SFR.7. PC与DPTR的区别：PC和DPTR都⽤于提供地址，其中PC为访问程序存储器提供地址，⽽DPTR为访问数据存储器提供地址。
MCS51单片机的结构
MCS51单片机的结构MCS-51单片机是Intel公司设计开发的一种高度集成的8位微控制器（microcontroller），主要应用于嵌入式系统中。
它采用了Harvard 架构，包含一个CPU核心、片内存储器、外围接口和定时器/计数器等功能模块。
在本文中，我将详细介绍MCS-51单片机的结构。
MCS-51单片机的结构主要分为以下几个部分：1.中央处理器（CPU）核心：MCS-51单片机的CPU核心采用了8位的数据总线和地址总线，以及一组功能强大的指令集。
该CPU支持多种指令，包括数据传送指令、算术逻辑指令、位操作指令和条件跳转指令等。
它还包括一个累加寄存器和标志寄存器，用于存储操作数和标志位信息。
2.存储器部分：MCS-51单片机包含片内存储器和片外存储器。
片内存储器主要用于存储程序代码和数据，包括ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器）。
ROM用于存储程序代码，RAM用于存储数据和临时变量。
片外存储器通过地址线和数据线与单片机连接，可以扩展存储器容量。
3.输入输出（I/O）接口：MCS-51单片机通过多个I/O口与外部世界进行数据交互。
每个I/O 口包含一组引脚，可以用作输入或输出。
这些引脚可以通过配置寄存器来选择其功能。
MCS-51单片机还支持中断输入，可以用于实现外部设备的中断功能。
4.定时器/计数器（Timer/Counter）：MCS-51单片机内置了多个定时器/计数器模块，用于生成精确的时间延迟或测量外部事件的时间间隔。
定时器可以产生周期性的中断信号，用于实现定时任务。
计数器可以计数外部事件的脉冲数量，用于测量时间间隔。
5.串行通信接口：MCS-51单片机内置了一个串行通信接口，可以用于与其他设备进行数据传输。
该接口支持异步串行通信协议，如UART（通用异步收发器）或SPI（串行外围接口）等。
它可以通过配置寄存器来设置通信参数，如波特率和数据格式等。
6.时钟电路：MCS-51单片机需要一个精确的时钟源来驱动内部运算和外设操作。
微控制器(MicroController)
其后16个数据单元（Bit Addressable Area: 20H～2FH）
既可作为一般的数据单元使用，也可按位对每个单元进行操作 又称为位寻址区：共计128位，其位地址为00H～0FH bits 0-7 can also be referred to as bits 20.0-20.7, and bits 8FH are the same as 21.0-21.7 and so on.
Direct addresses higher than 7FH access one memory space, and indirect addresses higher than 7FH access a different memory space. Thus the Upper 128 and SFR space occupying the same block of addresses, 80H through FFH, although they are physically separate entities.
MOV One-byte addresses are often used in conjunction with one or more other I/O lines to page the RAM. Two-byte addresses can also be used, in which case the high address byte is emitted at Port 2.
8位 微控制器
16位 微控制器 32位 微控制器
8051系列
Intel公司于1980年开始推出MCS-51系列单片机 Siemens、Philips和Fujitsu等公司也相继推出与之兼容的单片
微控制器原理及应用(原理篇)
微控制器原理及应用第一章 绪论一、 什么是微控制器？微控制器（Microcontroller）俗称单片机（Single-chip Microcomputer）,也称为微处理器（Microprocessor）。
它是把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上的单芯片微型计算机。
图1-1 微型计算机系统结构微处理器包括了中央处理器单元（CPU）、程序存储器（ROM）、数字存储器（RAM）、定时器/计数器（Timer/Counter）、输入/输出口（I/O），及中断系统、串行通讯接口。
有些甚至还集成了脉宽调制器（PWM）、DMA控制器、液晶显示驱动器（LCD）、模/数转换器（A/D）、数/模转换器（D/A）等。
因此，微处理器可以看成是一个不带外设的微型计算机。
二、 微控制器的发展概况自从1974年12月美国仙童(Fairchild)公司第一个推出8位微控制器F8以来，以惊人的速度发展，从4位机、8位机发展到16位机、32位机，集成度越来越高，功能越来越强，应用范围越来越广。
到目前为止，微控制器的发展主要可分为以下四个阶段：第一阶段：4位微控制器。
这种微控制器的特点是价格便宜，控制功能强，片内含有多种I/O接口，如并行I/O接口、串行I/O接口、定时器/计数器接口、中断功能接口等。
根据不同用途，还配有许多专用接口，如打印机接口、键盘及显示器接口，PLA(可编程逻辑阵列)译码输出接口，有些甚至还包括A／D、D／A转换，PLL(锁相环)，声音合成等电路。
丰富的I/O功能大大地增强了4位微控制器的控制功能，从而使外部接口电路极为简单。
第二阶段：低、中档8位机(1974—1978年)。
这种8位机一般寻址范围通常为4KB。
它是8位机的早期产品，如Mostek公司的3870、hItel公司的8048等微控制器即属此类。
MCS-48系列微控制器是Intel公司1976年以后陆续推出的第一代8位微控制器系列产品。
它包括基本型8048、8748和8035；强化型(高档)8049、8749、8039和8050、8040；简化型(低档)8020、8021、8022：专用型UH。
基于MCS51单片机的LED显示屏控制器设计与实现
基于MCS51单片机的LED显示屏控制器设计与实现一、概述随着科技的飞速发展，LED显示屏已广泛应用于各种公共场合，如商场、车站、广场等，成为信息传播和展示的重要工具。
要使LED 显示屏正常工作并呈现出丰富多彩的视觉效果，就需要一个高效、稳定的控制器。
基于MCS51单片机的LED显示屏控制器，以其性价比高、编程灵活、稳定性强等特点，在LED显示屏控制领域得到了广泛的应用。
MCS51单片机，作为一种经典的8位单片机，自问世以来就在工业自动化、智能仪表、消费类电子等领域发挥着重要作用。
其强大的IO处理能力、灵活的编程方式以及稳定的性能，使得它成为LED显示屏控制器的理想选择。
本文将详细介绍基于MCS51单片机的LED显示屏控制器的设计与实现过程。
我们将对LED显示屏的基本原理和工作方式进行阐述，接着分析MCS51单片机的特点和在LED显示屏控制中的应用优势。
我们将从硬件设计和软件编程两个方面，详细介绍如何构建一个稳定、高效的LED显示屏控制器。
我们将通过实例展示，验证所设计的LED显示屏控制器的实际效果和应用价值。
通过本文的阅读，读者将能够深入了解基于MCS51单片机的LED 显示屏控制器的设计与实现过程，为实际工程项目中的LED显示屏控制器的设计与开发提供有益的参考和借鉴。
1. LED显示屏的发展背景和应用领域随着科技的飞速发展，信息显示技术也取得了巨大的进步。
LED 显示屏作为一种先进的显示技术，以其高亮度、高清晰度、色彩鲜艳、寿命长、功耗低等优点，逐渐在各个领域取代了传统的显示设备。
LED 显示屏的发展背景和应用领域广泛，为现代社会的信息传播和视觉呈现提供了强有力的支持。
在LED显示屏的发展背景方面，其技术进步是扩大市场需求及应用的最大推动力。
随着半导体材料和芯片制造技术的不断突破，LED 的性能得到了极大的提升，从而推动了LED显示屏的快速发展。
同时，随着大规模集成电路和计算机技术的不断进步，LED显示屏的控制技术也得到了显著提升，使得LED显示屏在显示效果、稳定性和可靠性等方面都有了很大的提高。
mpc单片机发展历史
mpc单片机发展历史mpc单片机（Microcontrollers）诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段，早期的SCMmpc单片机都是8位或4位的。
其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列MCU系统。
基于这一系统的mpc单片机系统直到现在还在广泛使用。
随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位mpc单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。
90年代后随着消费电子产品大发展，mpc单片机技术得到了巨大提高。
随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位mpc单片机迅速取代16位mpc单片机的高端地位，并且进入主流市场。
而传统的8位mpc单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。
高端的32位Socmpc单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。
当代mpc单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的mpc单片机上。
而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端mpc单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。
mpc单片机主要阶段早期阶段SCM即单片微型计算机（Microcontrollers）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。
“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。
在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。
Micro Controller Unit中期发展MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。
它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。
第一章 mcs51单片机的结构与原理
第一章MCS51单片机的结构与原理1．试比较MCS-51，MSP430，EM78，PIC，M6800及A VP等系列单片机的特点。
解：MCS-51为主流产品。
MSP430的功能较强。
是一种特低功耗的Flash微控制器。
主要用于三表及超低功耗场合。
EM78系列单片机采用高速CMOS工艺制造，低功耗设计为低功耗产品，价格较低。
具有三个中断源、R-OPTION功能、I/O唤醒功能、多功能I/O口等。
具有优越的数据处理性能，采用RISC结构设计。
PIC系列8位单片机是Microship公司的产品。
CPU采用RISC结构，运行速度快，价格低适于用量大、档次低、价格敏感的产品。
Motorola是世界上最大的单片机生产厂家之一，品种全、选择余地大、新产品多。
其特点是噪声低，抗干扰能力强，比较适合于工控领域及恶劣的环境。
A VR是增强RISC内载Flash的单片机，单片机内部32个寄存器全部与ALU直接连接，突破瓶颈限制，每1MHz可实现1MIPS的处理能力，为高速、低功耗产品。
端口有较强的负载能力，可以直接驱动LED。
支持ISP、IAP，I/O口驱动能力较强。
2．MCS-51系列单片机在片内集成了哪些主要逻辑功能部件？各个逻辑部件的主要功能是什么？解：MCS-51单片机在片内集成了中央处理器（CPU）、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时器/计数器、并行I/O接口、串行I/O接口和中断系统等几大单元。
CPU是整个单片机的核心部件，由运算器和控制器组成。
运算器可以完成算术运算和逻辑运算，其操作顺序在控制器控制下进行。
控制器是由程序计数器PC（Program Counter）、指令寄存器IR（Instruction Register）、指令译码器ID（Instruction Decoder）、定时控制逻辑和振荡器OSC等电路组成。
CPU根据PC中的地址将欲执行指令的指令码从存储器中取出，存放在IR中，ID对IR中的指令码进行译码，定时控制逻辑在OSC配合下对ID译码后的信号进行分时，以产生执行本条指令所需的全部信号。
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。
第二章.MCS-51单片机结构和原理
* 由于T1的作用，不需外接上拉电阻。
②输入数据
类似于读引线
控制：C=0，MUX下通，与门4输出为0。T1截止，预臵Q=1， T2截止。 P0.X→三态门2→内总线
二、P1口
通用8位准双向端口。 ⑴ 输出：Q→FET（反相）→P1.X
* 有内部上拉电阻，不必外接。
⑵ 输入： 读引线：预臵Q=1，FET截止，P1.X→下三态门→内部总线 读锁存器：Q→上三态门→内部总线
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ATmega8 RISC,SPEED,power,a/d,spi,i2c,uart,pwm,内时钟 C8051F310 debug,speed,power,ram,外设 PIC16F87X 指令，存储器，外设，a/d
MC68HC908JB16 i/o,usb,mul&div
ADuC812 12bit a/d 凌阳SPCE061A
㈢.P2.0－P2.7：P2端口
⑴.无外存：通用准8位双向I／O口（有内部上拉电阻）
⑵.有外存：地址总线高8位
*EPROM编程时，接收地址高8位
㈣.P3.0－3.7：P3端口
⑴.通用8位准双向I／O口（有内部上拉电阻）
⑵.专用功能：
串行口： P3.0－RXD，接收 P3.1－TXD， 发送 中断申请：P3.2－ INT0 P3.3－INT1 CTC： P3.4－T0 ， CTC0时钟输入 P3.5－T1 ， CTC1时钟输入 读写控制： P3.6－ WR， 外部RAM写 P3.7－ RD， 外部RAM读.
三. I／O接口电路：
并行口：4个8位端口 P0－P3，32根I／O线 串行口：1个
四．CTC：
16位CTC 2个／3个（52）
五.中断功能：
单片机—百度百科
单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端[1]的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。 单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可......用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！......它主要是作为控制部分的核心部件。 它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。单片机芯片单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于单片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，既然这么低级为什么还要用呢？很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢？原因很简单，就是单片机没有家用计算机那样的CPU，也没有像硬盘那样的海量存储设备。一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮，也会达到几十K的尺寸！对于家用PC的硬盘来讲没什么，可是对于单片机来讲是不能接受的。 单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使用。一样的道理，如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用PC上来运行，家用PC的也是承受不了的。 可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。
MCS-51单片机(完整版)
智能仪表
单机应用 机电一体化产品
智能接口
单片机应用
智能民用产品 功能集散系统
多机应用 并行多控制系统
局部网络系统 是指在一个应用系统中，使用多个单片机。
2 单片机芯片的硬件结构
2.1 MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚
2.1.1 MCS-51单片机基本结构框图
输入输出接口 （I/O）
控制与运算单元 （CPU）
1.2 单片机的发展 1.2.1 单片机的发展概述
1946 第一台计算机诞生 1971 第一个微处理器诞生 1976 MCS-48(8位) 1980 MCS-51(8位) 1983 MCS-96(16位) 80年代末 Motorola 680X
Zilog Z-8
Rockwell 650X•••
当前： (1) MCS-51、MCS-96系列发 展(2。) PIC (Microchip公司) (3) ARM (4) 凌阳单片机 (5) AVR
1.3.1 单片机的特点
长寿命 体积小 低电压与低功耗
低噪声与高可靠性技术
总而言之，单片机具有集成度高、功能强、体 积小、功耗低、使用方便、价格低廉等优点。
第一章 单片机概述
1.1 单片机的概念
1.2 单片机的发展
1.3 单片机的应用
1.3.1 单片机的特点 1.3.2 单片机的应用领域
是指在一个应用系统中，只用一个单片机。 测控系统
外接晶体引线端
2.1.3 MCS-51的信号引脚 1. 信号引脚介绍 2. 信号引脚的第二功能
• P3口线的第二功能
口线
P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7
第二功能 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD
第2章 MCS-51单片机的结构和原理
89C51/S51单 片机 内部结构图
RAM地址 寄存器
存储器
P0.0-P0.7 P0驱动器
P2.0-P2.7 I/O接口
P2驱动器
128B RAM
P0锁存器
P2锁存器
4KBROM
程序地址 寄存器
B寄存器 运算器
暂存器1
暂存器2
ACC
SP 缓冲器
ALU
PC增1 中断、串行口和定时器 PSW PC
DPTR
DSP芯片的诞生及发展对近20年来通信、计算机、控制
等领域的技术发展起到十分重要的作用。
典型的DSP算法
Algorithm Finite Impulse Response Filter Equation
y(n)
a
k 0
M
M
k
x( n k )
Infinite Impulse Response Filter
8051片内有ROM(程序存储器，只能读)和RAM(数据存储器， 可读可写)两类，它们有各自独立的存储地址空间，与一般微机
的存储器配臵方式不同。
8051有四个8位并行接口，即P0-P3．它们都是双向端口，每 个端口各有8条I／O线，均可输入／输出。P0-P3口四个锁存器同 RAM统一编址，可以把I／O口当作一般特殊功能寄存器来寻址
冯· 诺曼（Van Neuman）结构
控制命令 程序存储器 地址线
CPU
数据存储器
数据线
哈佛结构 控制命令 地址线 程序总线 程序存储器
CPU
控制命令 地址线 数据总线
数据存储器
8051／8751／8031芯片的外部引脚和指令系统完全兼容，其 内部结构除ROM／EPROM不同外，其余完全相同。
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：…，
mcs51单片机堆栈处理过程
mcs51单片机堆栈处理过程MCS51单片机堆栈处理过程MCS51单片机是一种常用的8位微控制器，具有强大的数据处理和控制能力。
在MCS51单片机中，堆栈是一种重要的数据结构，用于存储程序执行过程中的临时数据和返回地址。
本文将详细介绍MCS51单片机堆栈的处理过程。
1. 堆栈的概念堆栈是一种先进后出（Last In First Out，LIFO）的数据结构，类似于我们日常生活中的堆叠物品的方式。
在MCS51单片机中，堆栈是由一段连续的内存空间组成的，用于存储程序执行过程中的临时数据和返回地址。
堆栈指针（Stack Pointer，SP）用于指示当前堆栈的栈顶位置。
2. 堆栈的操作MCS51单片机通过一组特定的指令来实现堆栈的操作。
常用的堆栈操作指令包括PUSH（将数据入栈）和POP（将数据出栈）。
具体操作过程如下：2.1 PUSH指令PUSH指令用于将数据压入堆栈。
执行PUSH指令时，首先将堆栈指针减1，然后将数据写入堆栈指针所指向的内存单元。
堆栈指针的更新保证了每次PUSH操作都将数据写入到新的内存位置，避免数据被覆盖。
2.2 POP指令POP指令用于将数据从堆栈中弹出。
执行POP指令时，首先将堆栈指针所指向的内存单元中的数据读取出来，然后将堆栈指针加1。
这样可以确保每次POP操作都能获取到正确的数据，并将堆栈指针恢复到上一次的位置。
3. 堆栈的应用堆栈在MCS51单片机中广泛应用于函数调用和中断处理等场景。
在函数调用中，当一个函数被调用时，会将函数的返回地址和参数等数据压入堆栈，然后执行函数体内的代码。
当函数执行完毕后，会从堆栈中弹出返回地址，继续执行调用函数的代码。
这样可以实现函数的嵌套调用，保证程序执行的顺序和正确性。
在中断处理中，当一个中断事件发生时，MCS51单片机会自动保存当前的程序现场（包括程序计数器、寄存器状态等）到堆栈中，然后跳转到中断服务程序，并开始执行相应的中断处理代码。
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Intel 公司1981年推出，MCS(Micro Controller Series) 8位CPU ，含布尔处理器 内部时钟电路，外接晶振 ROM：无ROM型/基本型4KB/增强型8KB RAM：基本型128B/增强型256B 定时器：16位，基本型2个/增强型3个 并行I/O 口：P0~P3，4个8位并行I/O 串行口：全双工串行口1个 中断系统：中断源基本型5个/增强型6个，2个优先级
寄存器B可以配合寄存器A完成乘法和除法操作。 1.算术运算：加、带进位加、带借位减、乘、 二-十进制调整; 2.逻辑运算：与、或、异或、求反、清0; 3.移位功能：对累加器ACC或带进位位C进 向寄存器A送数 行逐位的循环左、右移位。
6
与运算相关的寄存器
ALU——运算部件 TMP2，TMP1——暂存器，对用户不透明 PSW——运算标志，处理器状态 ACC——累加器，A寄存器 B——通用寄存器，乘除运算
128/256个字节的RAM中的 内容是否被复位到00H?
13
6.3 MCS-51的存储器组织
具有多个独立的逻辑地址空间 程序代码与数据在不同空间 片内有一块多用途RAM 特殊功能寄存器提供对片内功 能部件的访问
14
程序存储器配置（64KB ROM）
片内有一部分ROM 不足部分外部扩充 目前片内也可达64K EA 引脚的配置作用
23
累加器A
8位寄存器，地址为:0E0H 用于存放操作数，是ALU输入的一个重要来源。 是ALU运算结果的暂存单元，用于存放运算的 中间结果。 数据传送的中转站，单片机中大部分的数据 传送都通过累加器进行。 在变址寻址方式中，常常把累加器作为一个 变址寄存器来使用。
24
寄存器B
8位寄存器，主要用于乘法运算。 乘法运算：乘积的高8位位于B中， 低8位位于A中 除法运算：B中为余数，A中为商值。
I/O口线
26
单片机的引脚
ALE功能:当访问外部存储器时，ALE负跳变，将 P0口上低8位地址送入锁存器。
27
P1口的内部结构
P1口的字节地址为90H， 位地址为90H~97H。 P1口：带有上拉电阻的8位准双向I/O口。
P1口作为输出口
0 1 1 0
1 0
P1口作为输入口 P1口作为输入口 使用时，应先向其锁存器 写入“1”，使输出驱动电 路 的FET截止。
＋5V
C1
＋5V
C1
RST
R1
RST
K
80C5 1
R2 R1
80C5 1
上电复：通过电路，在上电或按下复位按钮 时，使CPU处于已知的初始状态
寄存器 PC SP DPTR … 内容 0000H 07H 0000H …
12
程序存储器地址安排
PC的初值为0000H意味着 什么？
PSW
（D0H）
PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0
CY
AC
F0
RS1
RS0
OV
-
P
7
PSW的标志位
CY：进位标志，运算在最高位发生进(借)位，则该 位为1状态；否则为0。（位累加器C） AC：辅助进位标志，两个8位数运算时，低四位向高 四位进位，则AC=1，否则AC=0。用于BCD码加法 后的调整，程序员不直接使用。 OV：溢出标志位，为1有溢出，为0则无溢出。 P：奇偶标志，累加器ACC中，“1”的个数为奇数则 P=1；否则为偶数，P=0 。 F0：用户标志 RS1，RS0：通用寄存器选择位
15
内部RAM与SFR
80~FFH
间接寻址 RAM (仅增强型有) 128Bytes
直接寻址SFR (Special Function Registor)
00~7FH
间接和直接寻址 RAM 128Bytes （多用途）
80~FFH有两个逻辑地址空间，CPU以指 令的寻址方式区分。
16
片内RAM结构图
4
简化的结构示意图
XTAL2 XTAL1
VCC
时钟电路 ROM/EPROM/FLASH 4K 字节 RAM 128字节 SFR 21个 定时/计数器 2个
CPU VSS
总线控制
中断系统 5中断源、2优先级
串行口 全双工 2个
并行口 4个
RST EA ALE PSEN
P0
P1
P2
P3
5
6.2 CPU结构
25
6.4 MCS-51系列微控制器的P0~P3
电源口线
VCC 、VSS
时钟口线 XTAL1、XTAL2
控制口线
RST/VPD 复位/备用电源 外部ROM读选通信号 PSEG ALE/PROG 地址锁存允许/编程脉 EA/VPP
冲输入端 内外ROM选择/编程电源 A0-A15 P0、P1、P2、P3 D0-D7
栈顶的位置由SP寄存器指示 复位时SP的初值为07H 软件可对其重新设置 堆栈在高地址区
20
特殊功能寄存器SFR
表6-5 特殊功能寄存器的符号及名称
21
特殊功能寄存器SFR
除R0~R7(4组)以外，程序员可访问的任何寄存器 都是在SFR逻辑空间编址，包括ACC，B，SP， PSW，DPTR 对应于并行口P0~P3有同名的寄存器提供访问；
0 1
P0口作为I/O口
0 1
P0口作为地址/总线口
1
0 1
1 0
0
P0口某位结构电路
32
6.5 单片方式以及总线扩展方式
P2 ALE P0 G D7 : : D0 OE Q7 : : Q0 AB P0 +5V 8 8 8 P2 DB PSEN WR RD P3 CB 8 P3.0～P3.5 含第二功能
SFR都是直接寻址，即按地址访问。
按地址访问，对新增功能，只需知道地址，不需要增加指令。
22
程序计数器PC
PC不属于特殊功能寄存器，不可访问， 在物理结构上是独立的。 PC的工作方式
自动加1。CPU从ROM中每读一个字节， 自动执行PC+1 PC 执行转移指令时，PC会根据指令要求修改下 一次读ROM新的地址。 执行调用子程序或发生中断时，CPU会自动将当前 PC值压入堆栈，将子程序入口地址或或中断入口地址 装入PC；子程序返回或中断返回时，恢复原有被压入 堆栈的PC值，继续执行原程序指令。
17
多用途内部RAM通用寄存器组区
1FH Bank3 Bank2 Bank1 Bank0
R7 R7 R7 R7
PSW
Cy
R6 R6 R6 R6
R5 R5 R5 R5
R4 R4 R4 R4
R3 R3 R3 R3
R2 R2 R2 R2
R1 R1 R1 R1
R0 R0 R0 R0
00H
Ac
F0
RS1
RS0
74LS373
80C31
EA
89C51
P1
总线型应用的“三总线”模式
非总线型的单片工作方式
33
8
与控制相关的寄存器
PC——程序计数器，复位时初值为0000H。 IR——指令寄存器，程序员不使用。 SP——堆栈指针寄存器，8位。复位初值为 07H，入栈递增1，出栈递减1，堆栈在内部 RAM空间。 DPTR——数据指针寄存器，16位。访问外部 RAM中的数据。
9
时钟电路
内部时钟
P2口的字节地址为A0H， 位地址为A0H~A7H。 P2口：带有上拉电阻的准双向I/O口；在 访问外部RAM时是高8位地址线输出口。
P2口作为I/O口
1 0
1 0 0 1
P2口作为地址输出口
P2口某位结构电路
31
P0口的结构
P0口的字节地址为80H， 位地址为80H~87H。 P0口：漏极开路的准双向口； 低8位地址/数据总线口。
P3.1
P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7
TxD
/INT0 /INT1 T0 T1 /WR /RD
串行通信输出
外部中断输入0 外部中断输入1 定时器/计数器外部输入0 定时器/计数器外部输入1 扩展RAM写控制信号 扩展RAM读控制信号
O
I I I I O O
30
P2口的结构
CYS C1 振荡器 C2 XTAL1 外部 时钟 信号 XTAL1 XTAL2 悬空 XTAL2
外部时钟
80C51
80C51
一个机器周期包含12个晶振周期或6个状态周期 指令的执行时间称作指令周期 （单、双、四周期）
10
复位电路
复位要求：使RST引脚连续保持至少2个机器周期 （24个晶体振荡周期）的高电平。
P1口某位结构电路
28
P3的结构
P3口的字节地址为B0H， 位地址为B0H~B7H。 P3口：带有上拉电阻的准双向I/O口,此外 它还具有第二功能。
1 0 1 0
P3口作为准双向口 P3口作为第二功能
1
0 1
第二输出功能
第二输入功能
P3口某位结构电路
29
P3口的第二功能引脚分布
第二功能 第一功能 P3.0 信号名 RxD 功能描述 串行通信输入 方向 I
微机系统原理及应用
第6章 MCS-51系列微控制器
1
内容提要
6.1 概述 6.2 CPU结构
6.3 存储器组织
6.4 引脚功能P0~P3口 6.5 单片方式以及总线扩展方式
2
6.1 MCS-51系列微控制器概述
根据51单片机内部存储器的类型不同， MCS-51单片机可分为以下几个基本类型： 无ROM型：8031 ROM型：8051 EPROM型：8751 EEPROM型：8951 增强型：8032/8052/8752/8952