MCS-51系列单片机的特点及应用
项目 一 汽车单片机原理应用(任务五 MCS-51单片机系统扩展)
（3） MCS-51单片机系统地址空间的分配 系统空间分配：通过适当的地址线产生各外部扩展器件的片 选/使能等信号就是系统空间分配。
编址：编址就是利用系统提供的地址总线，通过适当的连接， 实现一个编址惟一地对应系统中的一个外围芯片的过程。编 址就是研究系统地址空间的分配问题。
片内寻址：若某芯片内部还有多个可寻址单元，则称为片内 寻址。
2）全地址译码法
利用译码器对系统地址总线中未被外扩芯片用到的高位 地址线进行译码，以译码器的输出作为外围芯片的片选信 号。常用的译码器有：74LS139，74LS138，74LS154等。 优点是存储器的每个存储单元只有惟一的一个系统空间地 址，不存在地址重叠现象；对存储空间的使用是连续的， 能有效地利用系统的存储空间。缺点是所需地址译码电路 较多，。全地址译码法是单片机应用系统设计中经常采用 的方法。
1。程序和数据之和不大于 存储器总容量。 2。程序必须存放在低地址，
数据存放在高地址。
三、并行I/O口扩展 MCS-51单片机具有四个并行8位I/O口原理均可用做双向并行 I/O接口，但在实际应用中，可提供给用户使用的I/O口只有P1 口和部分P3口线及作为数据总线用的P0口。在单片机的I/O口 线不够用的情况下，可以借助外部器件对I/O口进行扩展 （1）概述 1）单片机I/O口扩展方法 并行I/O口扩展的目的：为外围设备提供一个输入输出通道。 ①并行总线扩展的方法 ②串行口扩展方法（只介绍总线扩展方式下I/O接口扩展方法） ③I/O端口模拟串行方法
二、存储器的扩展 存储器是计算机系统中的记忆装置，用来存放要运行的程 序和程序运行所需要的数据。单片机系统扩展的存储器可分为 程序存储器和数据存储器两种类型。
（1）MCS-51单片机对外部存储器的扩展应考虑的问题
MCS-51单片机应用系统设计
6 通信电路的设计 单片机应用系统一般需要其具有数据通信的能力，通常采用RS-
232C、RS-485、I2C、CAN、工业以太网、红外收发等通信标准。
7 印刷电路板的设计与制作 电路原理图和印制电路板常采用专业设计软件进行设计， 如
Protel、Proteus、OrCAD等。设计印制电路板需要有很多的技巧和经 验。设计好印制电路板图后，应送到专业厂家制作生产，在生产出来 的印制电路板上安装好元件，则完成硬件设计和制作。
3. 程序设计 1 建立数学模型：描述出各输入变量和各输出变量之间 的数 学关系。
2 绘制程序流程图：以简明直观的方式对任务进行描述。 3 程序的编制：选择语言、数据结构、控制算法、存储 空间 分配，系统硬件资源的合理分配与使用，子程序的入/出口 参 数的设置与传递。
4. 软件装配 各程序模块编辑之后，需进行汇编或编译、调试，当满足设
单 片 机 应 用 系 统 设 计 的 一 般 过 程
7.1 MCS-51单片机应用系统设计过程
1. 总体设计 2. 硬件设计 3. 软件设计 4. 可靠性设计 5. 单片机应用系统的调试、测试
7.1.1 总体设计
1．明确设计任务 单片机应用系统的设计是从确定目标任务开始的。 认真进行目标分析，根据应用场合、工作环境、具体用途，
2. 程序设计技术
软件结构实现结构化，各功能程序实行模块化、子程序化。 一般有以下两种设计方法：
1 模块程序设计：优点是单个功能明确的程序模块的设 计和 调试比较方便，容易完成，一个模块可以为多个程序所共 享 。其缺点是各个模块的连接有时有一定难度。
2 自顶向下的程序设计：优点是比较符合于人们的日常 思维 ，设计、调试和连接同时按一个线索进行，程序错误可以 较早的发现。缺点是上一级的程序错误将对整个程序产生影响， 一处修改可能引起对整个程序的全面修改。
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；
MCS51单片机原理及应用实验指导书
《MCS51单片机原理及应用》实验指导书唐山学院电工电子实验教学中心年月前言一．单片机原理实验的任务单片机原理实验是单片机原理及应用课程的一部分，它的任务是：1.通过实验进一步了解和掌握单片机原理的基本概念、单片机应用系统的硬件设计及调试方法。
2.学习和掌握单片机应用系统程序设计技术。
3.提高应用计算机的能力及水平，提高逻辑思维及动手能力。
二．实验设备单片机实验所使用的设备由计算机、单片机实验开发系统（见下图0-1），其中计算机是软件开发平台，主要完成程序编辑、编译、下载程序等任务；单片机实验开发系统是硬件开发平台，是基于51/196单片机的扩展实验系统。
计算机和单片机实验开发系统之间是通过RS232串行接口进行通信的。
图0-1 单片机原理实验设备单片机实验开发系统配有开关电源、单片机、晶振、存储器、可编程并行接口芯片、键盘显示控制芯片、24键键盘、六位LED数码管显示、A/D及D/A转换芯片、简单输出口2个、简单输入口1个、逻辑电平输入开关、发光二极管显示电路，并配有小直流电机、步进电机、继电器、音响等驱动电路。
在计算机软件的控制下可完成单片机基本实验及综合设计性实验项目。
所有的MCS51单片机原理及应用课程实验都是在这套实验系统上完成的。
三．对参加实验学生的要求1.阅读实验指导书，复习与实验有关的理论知识，明确实验目的，了解内容和方法。
2.按实验指导书要求进行接线和操作，经检查和指导老师同意后再通电。
3.在实验中注意观察思考，记录有关数据和程序，并由指导教师复查后才能结束实验。
4.实验后应断电并返回WINDOWS下关闭计算机，整理实验台，恢复到实验前的情况。
5.认真写实验报告，按规定格式写出程序流程图、程序、并分析实验结果、完成思考题等。
字迹要清楚，结论要明确。
爱护实验设备，遵守实验室纪律。
*注：本实验指导书适用于MCS51单片机原理及应用A、单片机原理及应用B等课程。
目录第一章MC51单片机原理及应用实验 (3)实验一P1口实验（验证性） (3)实验二外部中断实验（验证性） (5)实验三定时器实验 (7)实验四串行口实验--串并转换实验 (9)实验五数码显示实验 (11)实验六A/D转换实验 (13)实验七数字电子钟实验（综合性） (15)实验八D/A转换实验 (16)实验九简单I/O口扩展实验 (18)实验十步进电机实验 (20)实验十一直流电机实验 (22)实验十二PC机与单片机串行通信实验 (24)实验十三继电器与电子音响实验 (26)实验十四8255可编程并行接口实验 (28)实验十五键盘显示接口实验 (30)第二章单片机开发实验系统及TMSD调试程序 (32)第一节单片机开发实验系统 (32)第二节TMSD源语言调试程序简介 (35)第一章MCS51单片机原理及应用实验实验一P1口实验一．实验目的1.学习P1口的使用方法。
MCS-51单片机
MCS-51单片机摘要：MCS-51系列是Intel公司继MCS-48系列之后发展起来的高档8位单片机，在总结MCS-48系列及扩大应用功能的基础上，推出的MCS-51系列单片微机，扩大了片内存储器容量及外部存储器寻址空间，增强了指令及寻址功能，扩大了并行I/O口和新增设全双工串行I/O口，增加了中断源及优先级，新增了乘除法、比较和位操作等强功能指令。
克服了MCS-48系列存储器容量小、运算功能弱得不足，提高了全机的操作速度等。
（一）单片机的历史和发展1.单片机的发展史：（1）单片机的探索阶段（1974——1978年）（2）单片机的完善阶段（1978——1982年）（3）微控制器形成阶段（1982——1990年）（4）微控制器成熟阶段（1990年至今）在发展的第二阶段Intel公司推出了MCS-51系列的单片机，它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。
（1）完善的外部总线。
MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。
（2）CPU外围功能单位的集中管理模式。
（3）体现工控特性的位地址空间及位操作模式。
（4）指令系统趋于完善和丰富，并且增加了许多突出控制功能的指令。
2.单片机的发展方向：综观单片机20多年的发展过程，再从半导体集成电路技术的发展和微电子设计技术的发展，可以预见未来单片机技术发展的趋势。
单片机将朝着大容量高性能化、小容量低价格化、外围电路的内装化以及I/O接口功能的增强、功耗降低等发展方向。
（二）单片机的分类单片机的通常分类方法：1.按数据总线宽度区分按单片机数据总线的宽度，可将单片机分为4、8、16、32位机。
2.按总线结构分按总线结构，单片机可分为总线型和非总线型两种。
3.按通用性分按通用性，单片机分为通用型和专用型两大类。
4.按厂商分Isuppli公司（一家全球领先的针对电子制造领域的市场研究公司）把全球MCU市场划分为三个地理区域：美国和欧州地区，日本和韩国，以及我国的大陆与台湾地区。
MCS-51单片机原理及应用
片内I/O的改进
增加并行I/O口的驱动能力； 增加I/O的逻辑控制功能； 提供特殊串行接口，适用专用场合。
4.外围电路集成化（把外围功能部件 集成到片内）
5.低功耗化
2.单片机的特点及应用领域
单片机的特点
小巧灵活，成本低，易于产品化； 可靠性好，应用范围广泛； 易扩展，构成各种规模的应用系统，控制功能强； 具有通讯功能。
主要内容
1.单片机的历史和发展状况 2.单片机的特点及应用领域 3.主流系列单片机的简介 4.MCS-51单片机的结构与原理 5.单片机应用系统
1. 单片机的历史及发展状况
单片机的历史
单片机出现的历史并不长, 但发展十分迅猛。 它的 产生与发展和微处理器的产生与发展大体同步, 自 1971年美国Intel公司首先推出4位微处理器以来, 1974年美国仙童（Fairchild）公司生产出第一块单 片机（F8）开始，它的发展到目前为止大致可分为 5个阶段:
第3阶段（1978～1983）: 高性能单片机阶段
这一阶段推出的高性能8位单片机普遍带有串行口, 有多 级中断处理系统, 多个16位定时器/计数器。 片内RAM、 ROM的容量加大,且寻址范围可达64 KB, 个别片内还带有 A/D转换接口。典型的代表为Intel公司的MCS-51系列。
第4阶段（1983～80年代末）: 16位单片机阶段
3、如何学习单片机
硬件： 掌握单片机的硬件资源及外部扩展电路 的方法，合理分配资源。 软件：掌握单片机的指令（语句）功能、程序 设计和调式方法，仿真软件的使用。 具体方法： 1、从最基本的典型电路--进行编程控制。 2、对例题、子程序进行软件分析仿真-修改、 扩充功能 *在进行硬件资源分配时，应特别关注具有特殊 功能的I/O。
第3章MCS-51单片机的内部资源及应用
MOV P0, A ANL P0, #data ORL P0, A
（2）读端口数据方式： CPU读入的这个数据并非端口引脚线 上的数据。读端口数据可以直接读端口。例如，下面的指 令均可以从P1口输入数据，这是锁存器上的数据。
2．P2口
P2口常用做外部存储器的高8位地址 口。当不用做地址口时，P2口也可作为 通用I/O口，这时它也是一个准双向I/O 口。不必外接上拉电阻就可以驱动任何 MOS驱动电路，且只能驱动4个TTL输 入。P2口的位结构如右图所示。
3．P1口
P1口常用做通用I/O口，它也是一 个标准的准双向I/O口，不必外接上拉 电阻就可以驱动任何MOS驱动电路， 且只能驱动4个TTL输入。P1口的位结 构如右图所示。
制。
（3）中断允许控制寄存器IE （0A8H）
EA
ES ET1 EX1 ET0 EX0
（3）中断允许控制寄存器IE （0A8H）
中断与子程序的最主要区别：子程序是预先安排好的，中断 是随机发生的。
中断涉及的几个环节：中断源、 中断申请、开放中断、保护 现场、中断服务、恢复现场、中断返回。
2. 中断源
中断源是指引起中断的设备或事件，或发出中断请求的源头。
3. 中断的分类
中断按功能通常可分为可屏蔽中断、非屏蔽中断和软件中断三类。 可屏蔽中断是指CPU可以通过指令来允许或屏蔽中断的请求。 非屏蔽中断是指CPU对中断请求是不可屏蔽的，一旦出现，CPU必须响应。 软件中断则是指通过相应的中断指令使CPU响应中断。
1．I/O口直接用于输入/输出
在I/O口直接用做输入/输出时，CPU既可以把它们看做数据口，也可以看 做状态口，这是由用户决定的。
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1章 MCS-51单片机结构
第1章 MCS-51单片机结构
1.2.2
外部数据存储器
用于存放随机读写的数据。 外部I/O口地址影像区。 MCS-51单片机的外部数据存储器和外部I/O口实行统一编址 ， 并使用相同的RD WR作选通控制信号，均使用 MOVX 指令访 问。 MCS-51 单片机最多可扩展64KB外部数据存储器
1.2.3 内部数据储存器
MCS-51仅能实现两个8位二进 制数的算术逻辑运算！
第1章 MCS-51单片机结构
2. 控制器
（1）组成： 定时与控制部件，复位电路，程序计数器 （PC），指令寄存器、指令译码器，数据指针 （DPTR）,堆栈指针（SP）等 （2）作用：产生计算机所需的时序，控制程序自动执行。
外RAM, EPROM, 外I/O CPU
第1章 MCS-51单片机结构
程序存储器中的几个特殊地址的使用：
地址
0000H 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H
用途
复位操作后的程序入口 外部中断0服务程序入口 定时器0中断服务程序入口 外部中断1服务程序入口 定时器1中断服务程序入口 串行口中断服务程序入口
串行口中断入口 T1中断入口 T0中断入口 中断入口 INT1
在8051/8751/89C51 片内，分别内置最低地 址空间的4KB ROM/EPROM程序储存器（内部程序储 存器），而在8031片内，则无内部程序储存器， 必须外部扩展EPROM。MCS-51单片机中64KB内、外 程序储存器的地址是统一编排的。
第1章 MCS-51单片机结构
8031单片机无内部程序存储器，地址从0000H～ EA 应始终接地， FFFFH都是外部程序存储空间。 对于内部有ROM的单片机（51、52系列） ， EA 引脚接高电平，使程序从内部ROM开始执行。当PC 值超出内部ROM的容量时，会自动转向外部程序存 储器空间。外部程序存储器地址空间为1000H～ FFFFH。 访问程序存储器使用MOVC指令。 单片机执行程序时由PC 指示地址, 复位时PC内 容为0000H, 由此, 程序必须从0号单元开始存放.
MCS-51单片机简介
MCS-51单片机的工作频率为2-12MHz，当振荡频率为12MHz时，一个机器周期为1us,这个速度应该说是比较快的。
8051中集成了完善的各种中断源，用户可十分方便地控制和使用其功能，使得它的应用范围加大，可以说它可要部件都集成在一块心片上，使得数据传送距离大大缩短，可靠性更高，运行速度更块。由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化，抗干扰能力加强，工作亦相对稳定。因此，在工业测控系统中，使用单片机是最理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。
MCS-51具有比较大的寻址空间，地址线宽达16条，即外部数据存储器和程序存储器的寻址范围达216=64kB，这作为单片机控制来说已是比较大的，这同时具备对I/O口的访问能力。此外，MCS-51采用模块化结构，可方便地增删一个模块就可引脚和指令兼容的新产品。从而容易使产品形成系列化。
·2个可编程定时/计数器
·5个中断源，2个优先级
·一个全双工串行通信口
·外部数据存储器寻址空间为64kB
·外部程序存储器寻址空间为64kB
·逻辑操作位寻址功能
·双列直插40PinDIP封装
·单一+5V电源供电
MCS-51以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“名机”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。正因为其优越的性能和完善的结构，导致后来的许多厂商多沿用或参考了其体系结构，有许多世界大的电气商丰富和发展了MCS-51单片机，象PHILIPS、Dallas、ATMEL等著名的半导体公司都推出了兼容MCS-51的单片机产品，就连我国的台湾WINBOND公司也发展了兼容C51(人们习惯将MCS-51简称C51,如果没有特别声明，二者同指MCS-51系列单片机)的单片机品种。
mcs-51单片机原理及应用教程
mcs-51单片机原理及应用教程MCS-51单片机是一种用于嵌入式系统的微处理器，它广泛应用于各种电子设备中。
本教程将介绍MCS-51单片机的原理和应用。
在接下来的内容中，我们将从基本概念开始，逐步深入了解MCS-51单片机的工作原理和常见应用。
1. 概述MCS-51单片机是由Intel公司于20世纪80年代推出的一种8位微处理器。
它包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O)接口和定时器等功能模块，可以完成各种数据处理和控制任务。
2. 架构和指令集MCS-51单片机采用哈佛架构，即指令存储器和数据存储器分开存储的结构。
它的指令集包括基本指令、算术指令、逻辑指令和控制指令等，可以完成各种数据操作和控制流程。
3. 存储器和寄存器MCS-51单片机具有内部存储器和外部扩展存储器。
内部存储器包括程序存储器和数据存储器，用于存储指令和数据。
此外，MCS-51单片机还包括多个特殊功能寄存器，用于存储控制和状态信息。
4. 输入/输出(I/O)MCS-51单片机具有多个I/O口，用于连接外部设备。
通过配置I/O口的输入和输出模式，可以实现与外界的数据交换和控制。
5. 中断和定时器MCS-51单片机支持中断功能，可以在特定条件下中断正在执行的程序，并转向处理中断程序。
此外，MCS-51单片机还包含多个定时器/计数器，用于生成精确的时间控制和测量。
6. 应用领域MCS-51单片机广泛应用于各种嵌入式系统中，包括家电、通信设备、汽车电子和工业控制等。
它的低成本、低功耗和高可靠性使其成为许多应用场景的首选。
综上所述，MCS-51单片机是一种功能强大的嵌入式微处理器，具有丰富的功能和广泛的应用领域。
通过学习MCS-51单片机的原理和应用，我们可以更好地理解和应用该技术，为嵌入式系统的开发和设计提供支持。
MCS-51系列单片机及其应用教学设计
MCS-51系列单片机及其应用教学设计1. 前言MCS-51系列单片机由英特尔公司于1981年推出，是目前应用最广泛的单片机之一。
它具有低功耗、可编程性、操作简便等特点，被广泛应用于各种嵌入式系统中。
本文主要介绍MCS-51系列单片机的相关知识和其在教学中的应用设计。
2. MCS-51系列单片机概述MCS-51系列单片机是一种8位微控制器，由英特尔公司推出并于1987年过期的。
目前，其他公司也生产了兼容MCS-51系列单片机的芯片。
MCS-51芯片由CPU、RAM、ROM、IO口、串口和定时器组成，其特点是可编程和自身包含各种数字和模拟接口。
2.1 CPUMCS-51系列单片机采用8051CPU，其数据处理能力和调用性能较强。
2.2 RAMMCS-51系列单片机的RAM可以容纳不同容量的RAM。
其中部分RAM可以用于寄存器和堆栈，另一些RAM可用于存放运行程序的临时变量和数据等。
2.3 ROMMCS-51系列单片机的ROM用于存储程序代码。
由于ROM是只读存储器，因此程序代码无法改变，只有运行时可以读取。
2.4 IO口MCS-51系列单片机的IO口主要用于输入输出。
其输入通道可以用于读取传感器数据，其输出通道可以用于驱动电机或其他设备的运作。
2.5 串口MCS-51系列单片机的串口包括UART（异步串行通信器）和SPI（串行外设接口）。
UART用于串行通信，而SPI用于与外部设备通信。
2.6 定时器MCS-51系列单片机的定时器用于定时的时钟工作。
在实际应用中，可以使用定时器来产生各种PWM信号，同时也可以用于计时等操作。
3. MCS-51系列单片机在教学中的应用在教学中，我们可以使用MCS-51系列单片机来制作各种实验项目。
这些项目可以涉及到控制LED灯、蜂鸣器、电机、显示屏等各种设备，实现不同的功能。
以下是一些可以使用MCS-51系列单片机实现的教学项目：3.1 单个LED灯控制通过MCS-51系列单片机的IO口，我们可以控制单个LED灯的开关。
51单片机原理及应用
51单片机原理及应用51单片机（AT89C51）是一种高性能、低功耗的CMOS8位微控制器，它集成了CPU核心、ROM、RAM、I/O端口、定时器/计数器、串行通信接口等功能模块。
它是基于哈佛结构的架构，具有较高的运行速度和强大的功能。
1.CPU核心：51单片机采用了8051型CPU核心，其指令集丰富，包括基本的算数逻辑操作、数据传输操作、位操作以及控制操作等。
2.存储器：51单片机内部带有4KB的可编程ROM，用于存放程序代码；同时还有128字节的RAM用于存放数据。
3.I/O端口：51单片机共有四组I/O端口，分别为P0、P1、P2和P3，每个端口都是8位的双向口。
4. 定时器/计数器：51单片机内部带有两个独立定时器/计数器，分别为Timer 0和Timer 1，它们可以用于计时、定时和外部计数等操作。
5.串行通信接口：51单片机内部带有一个串行通信接口（UART），可以实现串行数据的收发操作。
1.嵌入式系统开发：51单片机具有强大的IO口和丰富的功能模块，可用于开发各种嵌入式系统，如家电控制、电子锁、智能家居等。
2.工业自动化：51单片机广泛应用于工业领域，可以实现各种传感器的数据采集、控制执行器动作、工业过程监控等功能。
3.车载电子：51单片机可以用于车辆电子系统的设计与控制，如车载仪表盘、车内电子设备控制、车载导航系统等。
4.家庭电子：51单片机可以用于各种家庭电子产品的设计与控制，如电视、音响、游戏机等。
5.学术研究：51单片机常用于电子、计算机等相关专业的教学与研究，学生可以通过对其原理及应用的学习，提高自己的电子设计与开发能力。
需要注意的是，由于51单片机已经推出多年，技术相对较老，目前市场逐渐被更先进的32位单片机所取代。
但由于其成熟可靠、易学易用的特点，仍然在一些特定领域得到广泛应用。
总之，51单片机具有强大的功能和广泛的应用领域，熟悉其原理及应用对于掌握嵌入式系统的设计和开发具有重要意义。
MCS-51单片机的原理及其存储器的配置特点
MCS-51单片机的原理及其存储器的配置特点
1、一个8位的微处理器CPU。
2、片内数据存储器(RAM128B/256B）:用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等。
3、片内4kB程序存储器Flash ROM（4KB）:用以存放程序、一些原始数据和表格。
4、四个8位并行I/O（输入/输出）接口P0~P3:每个口可以用作输入，也可以用作输出。
5、两个或三个定时/计数器: 每个定时/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制
6、一个全双工UART的串行I/O口:可实现单片机与单片机或其它微机之间串行通信。
7、片内振荡器和时钟产生电路:但需外接晶振和电容。
8、五个中断源的中断控制系统。
9、具有节电工作方式：休闲方式及掉电方式。
在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。
此时的电流可降到大约为正常工作方式的15%。
在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，故只保存片内RAM中的内容，直到下一次硬件复位为止。
这种方式下的电流可降到15 μA以下，最小可降到0 6 μA。
结构：
由中央处理单元（CPU）、存储器（ROM及RAM）和I/O接口组成。
89C51单片机内部结构如图所示：
下面介绍的是mcs-51
MCS-51单片机存储器的配置特点
①内部集成了4K的程序存储器ROM；
②内部具有256B的数据存储器RAM；。
单片机C51的特点与使用
C51的特点与使用（增补内容）C51是一种在MCS—51系列单片机上使用的C语言。
相对于汇编语言，C51具有很强的语言表达能力和运算能力，而且可移植性很好。
在单片机上用C编写程序，可以有效地提高程序员的工作效率。
过去，由于单片机硬件系统运算速度慢，存储器资源少，而实现同样功能的C语言程序，其占用的存储器空间比汇编语言大很多，耗费的时间比汇编语言长很多，使用C语言比较困难。
近年来，单片机的运算速度大大提高，存储器的价格大幅降低，而在专业人员的不断努力下，C51编译软件功能增强，使得C51机器码占用的存储器空间缩小，运算速度加快，在单片机系统中使用C51进行程序设计得以实现。
1C51的特点C51与ANSI C的规范绝大部分是相同的，以下仅对C51的特殊部分进行必要的说明。
1.1新增数据类型bit：片内RAM位变量。
但注意不能定义位指针，也不能定义位数组。
例：bit N3_4; //定义一个片内RAM位变量N3_4sfr：特殊功能寄存器变量。
例：sfr P0 = 0x80; //定义一个特殊功能寄存器变量P0sfr16：双字节特殊功能寄存器变量。
sbit：定义特殊功能寄存器中的位变量。
例：sbit EA = 0xAF; //定义一个特殊功能寄存器位变量EA例：sbit P3_2=P3^2; //定义一个特殊功能寄存器位变量P3_21.2新增的数据存储器类型data：片内RAM直接寻址区（优先使用30H～7FH，可使用00H～7FH）。
例：unsigned char data HJSQ; //在片内RAM中定义一个无符号字节变量HJSQ bdata：片内RAM位寻址区（使用20H～2FH）。
例：bit bdata CXJS; //在片内RAM位寻址区定义一个位变量CXJS idata：片内RAM间接寻址区（优先使用80H～FFH，可使用00H～FFH）。
例：unsigned char idata BUFFER[8]; //在片内RAM间接寻址区定义//一个数组变量BUFFERxdata：片外RAM的全部空间（使用MOVX @DPTR寻址）。
MCS-51 单片机简介
MCS-51 单片机简介MCS－51是指由美国INTEL公司（对了，就是大名鼎鼎的INTEL）生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS－51系列单片机，而8031是前些年在我国最流行的单片机，所以很多场合会看到8031的名称。
INTEL公司将MCS－51的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中89C51就是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产的。
一、MCS－51的CPU由运算器和控制器组成。
1．运算器运算器以完成二进制的算术/逻辑运算部件ALU为核心，再加上暂存器TMP、累加器ACC、寄存器B、程序状态标志寄存器PSW及布尔处理器。
累加器ACC是一个八位寄存器，它是CPU中工作最频繁的寄存器。
在进行算术、逻辑运算时，累加器ACC 往往在运算前暂存一个操作数（如被加数），而运算后又保存其结果（如代数和）。
寄存器B主要用于乘法和除法操作。
标志寄存器PSW也是一个八位寄存器，用来存放运算结果的一些特征，如有无进位、借位等。
其每位的具体含意如下所示：PSW CY AC FO RS1 RS0 OV －P对用户来讲，最关心的是以下四位。
（1）进位标志CY（PSW.7）。
它表示了运算是否有进位（或借位）。
如果操作结果在最高位有进位（加法）或者借位（减法），则该位为1，否则为0。
（2）辅助进位标志AC。
又称半进位标志，它指两个八位数运算低四位是否有半进位，即低四位相加（或减）是否进位（或借位），如有AC为1，否则为0。
（3）溢出标志位OV。
MCS－51反映带符号数的运算结果是否有溢出，有溢出时，此位为1，否则为0。
MCS-51单片机
D8H D0H C8H C0H
PSW
未使用
B8H
IP
B0H P3
A8H
IE
A0H P2
98H SCON SBUF
90H
P1
88H TCON TMOD TL0 TL1 TH0 TH1
80H
P0
SP DPL DPH
PCON
FFH F7H EFH E7H DFH D7H CFH C7H BFH B7H AFH A7H 9FH 97H 8FH 87H
I/O端口引脚
P0、P1、P2、P3
封装：PLCC44、TQFP44
一、MCS-51单片机的外特性
2、外部总线：
封装：DIP40
内部 资源
内部 资源
内部 资源
外部资源
8位 CPU
总线
时钟源
内部 资源
内部 资源
内部 资源
外部总线
外部资源
一、MCS-51单片机的外特性
2、外部总线：
地址总线（AB）
00H
供用户程序使用的普通RAM， 大部分用户自定义变量都存放在 这个地址范围。
按字节寻址：20H – 2FH 按位寻址： 00H – 7FH （表2-5）
4组x8字节，每组8个字节记为
R0-R7，由PSW中的RS0和RS1来
确定当前使用哪一组。
（表2-3）
MOV
片内RAM地址空间
AT89S51
SFR举例
地址：80H 功能：P0口端口输出寄存器
MSB
LSB
向该地址写入数据： 设置P0.0~P0.7引脚的输出状态
从该地址读取数据： 获取P0.0~P0.7引脚的当前输出状态 或 获取P0.0~P0.7引脚的当前输入状态
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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。
纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：1.低功耗CMOS化MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。
象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。
CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。
所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。
2.微型单片化现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。
甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。
此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。
现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
3.主流与多品种共存现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。
所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。
而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。
此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。
在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。
MCS-51单片机原理一、 MCS-51单片机的基本组成（以AT89C51为例）1．单片机内部有几个并行I/O端口名称是什么（答：4个,是P0～P3 ）2．内部程序存储器ROM空间是多大六个特定单元的作用是什么（答：内部集成了4K的程序存储器ROM.在ROM中有六个单元具有特定作用:0000H单元：复位时程序计数器PC所指向的单元；0003H单元：外部中断/INT0的程序入口地址；000BH单元：定时器T0溢出中断的程序入口地址；0013H单元：外部中断/INT1的程序入口地址；001BH单元：定时器T1的溢出中断的程序入口地址；0023H单元：串行口的中断程序入口地址。
）3．内部的数据存储器RAM空间多大普通数据存储区和SFR各自的位置（答：内部具有256B的数据存储器RAM.内部RAM从功能上将256B空间分为二个不同的块：低128B的普通数据存储区RAM块,特殊功能寄存器SFR在256B字节中的高128B中,仅仅使用了21寄存器.）4．哪些SFR（特殊功能寄存器）可以按位寻址（答：凡是SFR的地址能被8整除，则这些单元就可以按位寻址. 如：累加器A E0H程序状态字PSW D0H中断允许寄存器IE A8H定时器控制寄存器TCON 88H并行端口P0～P3 80H、90H、A0H、B0H等）5．单片机内部定时/计数器有几个名称是什么(答：2个16位的定时/计数器 T0、T1）6．MCS-51单片机的中断源有几个各是什么（答：设有5个中断源T0、T1、Int0、Int1、ES ）二、MCS-51单片机的指令系统1．51单片机的指令系统有多少条指令几种寻址方式（答:111条指令和7种寻址方式）2．什么是指令的长度什么是指令周期（答：指令的长度是指令的字节数.单字节,双字节和三字节.指令周期是执行一条指令所需要的时间，它是时序图中最大的时间单位。
）3.若系统采用12MHZ晶体，一个单机器周期的指令执行时间是多少（答：1/12μs×12×1=1μs）三、使用指令分别完成下面操作：1．开放（使能）串口中断；（答：SETB EA ）2．将定时/计数器T0设定为定时方式、模式一；（答：MOV TM0D，#01H ）3．将累加器A中的数据通过串行口发送出去；（答：MOV SBUF, A ）4．将累加器A赋值0FH并通过P1口输出；（答：MOV A,0FH MOV P1,A）四、编程试编程，将数据存储器20H～2FH单元分别赋值00H～0FH；答：MOV CX, 0FHMOV AX, 00HMOV BX, 001FHLP: INC BXMOV [BX],AXINC AXLOOP LPMOV [0020H],00HMOV [0021H],01HMCS-51单片机存储器结构MCS-51单片机在物理结构上有四个存储空间：1、片内程序存储器2、片外程序存储器3、片内数据存储器4、片外数据存储器但在逻辑上，即从用户的角度上，8051单片机有三个存储空间：1、片内外统一编址的64K的程序存储器地址空间（MOVC）2、256B的片内数据存储器的地址空间（MOV）3、以及64K片外数据存储器的地址空间（MOVX）在访问三个不同的逻辑空间时，应采用不同形式的指令（具体我们在后面的指令系统学习时将会讲解），以产生不同的存储器空间的选通信号。
程序内存ROM寻址范围：0000H ~ FFFFH 容量64KBEA = 1，寻址内部ROM；EA = 0，寻址外部ROM地址长度：16位作用：存放程序及程序运行时所需的常数。
七个具有特殊含义的单元是：0000H ——系统复位，PC指向此处；0003H ——外部中断0入口000BH —— T0溢出中断入口0013H ——外中断1入口001BH —— T1溢出中断入口0023H ——串口中断入口002BH —— T2溢出中断入口内部数据存储器RAM物理上分为两大区：00H ~ 7FH即128B内RAM 和 SFR区。
作用：作数据缓冲器用。
上图是8051单片机存储器的空间结构图程序存储器一个微处理器能够聪明地执行某种任务，除了它们强大的硬件外，还需要它们运行的软件，其实微处理器并不聪明，它们只是完全按照人们预先编写的程序而执行之。
那么设计人员编写的程序就存放在微处理器的程序存储器中，俗称只读程序存储器（ROM）。
程序相当于给微处理器处理问题的一系列命令。
其实程序和数据一样，都是由机器码组成的代码串。
只是程序代码则存放于程序存储器中。
MCS-51具有64kB程序存储器寻址空间，它是用于存放用户程序、数据和表格等信息。
对于内部无ROM的8031单片机，它的程序存储器必须外接，空间地址为64kB，此时单片机的端必须接地。
强制CPU从外部程序存储器读取程序。
对于内部有ROM的8051等单片机，正常运行时，则需接高电平，使CPU先从内部的程序存储中读取程序，当PC值超过内部ROM 的容量时，才会转向外部的程序存储器读取程序。
当=1时，程序从片内ROM开始执行，当PC值超过片内ROM 容量时会自动转向外部ROM空间。
当=0时，程序从外部存储器开始执行，例如前面提到的片内无ROM的8031单片机，在实际应用中就要把8031的引脚接为低电平。
8051片内有4kB的程序存储单元，其地址为0000H—0FFFH，单片机启动复位后，程序计数器的内容为0000H，所以系统将从0000H单元开始执行程序。