51单片机发展历史
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串行中断1个） 时钟电路：可产生时钟脉冲序列，允许晶振频率6MHZ和12MHZ
MCS-51单片机信号引脚简介
P1. 0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
RST RXD/ P3. 0 TXD/ P3.1 INT0/ P3.2 INT1/ P3.3
T0/ P3.4 T1/ P3.5 WR/ P3.6 RD/ P3.7
工作寄存器区选择位RS0、RS1
7FH
30H 2FH 7F 78
20H 07 00
1FH R7 3区 18H R0
17H R7 2区 10H R0
0FH R7 1区
08H R0
07H R7 00H R0
0区
数据缓冲区/堆栈区 可位寻址区
工作寄存器区
内部RAM存储器
RAM位寻址区位地址表
单元地址 MSB
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6 7
RAM
23 22
8 6264 21
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6 7
RAM
23 22
8 6264 21
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256B（字节）
1
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2
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EPROM
3
26
(2)数据存储器
FFFFH
(64K)
(高128B)
FFH 80H
7FH
(低128B) 00H
专用 寄存器
内部
RAM
0000H
外部
数据存储器
1 1 第3区 1 0 第2区 0 1 第1区 0 0 第0区 RS1 RS0 寄存器区
18H~1FH 10H~17H 08H~0FH 00H~07H 片内RAM地址
中央处理器CPU：8位，运算和控制功能 内部RAM：共256个RAM单元，用户使用前128个单元，
用于存放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。 内部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表格。 定时/计数器：两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功能。 并行I/O口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。 串行口：一个全双工串行口。 中断控制系统：5个中断源（外中断2个，定时/计数中断2个，
在单片机的C语言程序设计中，可以通过关键字sfr来定义所有特殊功 能寄存器，从而在程序中直接访问它们，例如：
sfr P1=0x90; //特殊功能寄存器P1的地址是90H，对应P1口的8个 I/O引脚在程序中就可以直接使用P1这个特殊功能寄存器了，下面 语句是合法的：
P1=0x00;
//将P1口的8位I/O口全部清0
C语言中，还可以通过关键字sbit来定义特殊功能寄存器中的可寻址 位，在程序ex1_1.c中，采用了下面语句定义P1口的第0位：
sbit P1_0=P1^0;
通常情况下，这些特殊功能寄存器已经在头文件reg51.h中定义了， 只要在程序中包含了该头文件，就可以直接使用已定义的特殊功 能寄存器。
如果没有头文件reg51.h，或者该文件中只定义了部分特殊功能寄存 器和位，用户也可以在程序中自行定义。
(2)复位电路
单片机复位条件: 必须使RST引脚持续2微秒高电平(外部时钟12MHz)
存 储 器
4K
1
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片80内31
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8 R8O75M1 33
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13 89C51 28
14 片内 27
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RAM
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0FFFH (4K)
0000H
程序存储器
中断入口地址
0FFFH
0FFEH ．．．
002BH
中断5
0023H
中断4
001BH
中断3
0013H
中断2
000BH
(PC)
0003H 0002H 0001H 0000H
中断1
8位
串行口中断
定时器1中断
外部中断1
定时器0中断
外部中断0 0000H是程序执行的起始单元, 在这三个单元存放一条 无条件转移指令
全国高职高专规划教材·精品与示范系列
单片机应用技术
（C语言版）
曾维鹏
第1章 单片机硬件系统
本章内容
什么是单片机 MCS-51内部组成及信号引脚 单片机最小系统电路 MCS-51存储器结构
什么是单片机
单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）简称单 片机，是指集成在一个芯片上的微型计算机，它的各种 功能部件，包括CPU（Central Processing Unit）、存 储器（memory）、基本输入/输出(Input/Output，简称 I/O)接口电路、定时/计数器和中断系统等，都制作在一 块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机。单片机内 部基本结构如图1.7所示。由于它的结构与指令功能都是 按照工业控制要求设计的，故又称为微控制器(MicroController Unit，简称MCU)。
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高128个单 元
☆离散分布有21个 特殊功能寄存器 SFR。 ☆ 11个可以进行位 寻址。
☆特别提示：对 SFR只能使用直接 寻址方式，书写时 可使用寄存器符号， 也可用寄存器单元 地址。
2FH
7F
7E
2EH
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2DH
6F
6E
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1E
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21H
0F
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20H
07
06
位地址
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7C
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6D
6C
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5D
5C
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4D
4C
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3D
3C
单片机硬件结构
时钟电路
T0 T1
ROM
RAM 定时计数器
CPU
复位电路
并行接口 串行接口
中断系统
P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1
•
•
并8中位行央的I/处OI/O口理口：P器40个、
PC1P、UP：2、8P位3。，
•
•
•
•
串双时运功中5内4用个K行工钟断于部算能B中口串电控掩存R和断O：行路制膜放M源控口一：系R程：（O制。个可统序M外全：、，
• •
产序振1中/个个原格定两时现功内2元前用计25生列频断，）/始。时个定能M部，于16数计2个H时，率串2数/1时。用存R8中数计个6ZR个A钟允6行据或户放位断器数AMM，单脉许中和计使可的M2，器H：定元冲晶断单表数Z用读定实：共时和，1
写数据，后
128个单元被
专用寄存器占
用。
8051单片机的基本组成
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LSB
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1B
1A
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0B
0A
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02
注意: 一个单元地址对应有8个位地址 MSB——Most Significant Bit （最高有效位） LSB ——Least Significant Bit （最低有效位）
XTAL2 XTAL1
VSS
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8031
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VCC P0. 0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA ALE PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0
程序存储器资源分布
在单片机C语言程序设计中，用户无需考虑程 序的存放地址，编译程序会在编译过程中按照 上述规定，自动安排程序的存放地址。
例如：C语言是从main()函数开始执行的，编 译程序会在程序存储器的0000H处自动存放一 条转移指令，跳转到main()函数存放的地址； 中断函数也会按照中断类型号，自动由编译程 序安排存放在程序存储器相应的地址中。因此， 读者只需了解程序存储器的结构就可以了。
单片机种类
◆单片机的发展经历了由4位机到8位机,再到16位机的发展过程
◆目前8位单片机仍是单片机的主流机型；
◆生产厂商：
美国微芯片公司:PIC16C××系列、PIC17C××系列、PIC1400系列， 美国英特尔公司的MCS-48和MCS-51系列， 美国摩托罗拉公司的MC68HC05系列和MC68HC11系列， 美国齐洛格公司的Z8系列， 日本电气公司的μPD78××系列， 美国莫斯特克公司和仙童公司合作生产的F8（3870）系列等。
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14Biblioteka Baidu
15
(1)程序存储器
FFFFH
(64K)
0FFFH (4K)
0000H
内部
EA=1
外部
EA=0 0000H
什么是单片机
T
INT
定时器/计数器
中断系 统
并
P0-P3
行
CPU
串 行
TxD
I/
I/
RxD
O
O
口
存储 器
口
单片机应用系统
单片机应用系统
单
接口
片 机
＋
电路 及外
设等
＋
软 件
硬件
单片机应用系统由硬件和软件组 成
硬件是应用系统的基础
软件是在硬件的基础上对其资源 进行合理调配和使用，从而完成 应用系统所要求的任务，二者相 互依赖，缺一不可
1、电源线：VCC(+5V)、VSS(地) 2、振荡电路：XTAL1、XTAL2 3、复位引脚：RST 4、并行口：P0、P1、P2、P3 5、EA：访问程序存储控制信号 6、PSEN：外部ROM读选通信号 7、ALE：地址锁存控制信号
P3口线的第二功能
时钟电路与复位电路
(1)时钟振荡电路
时序
关于MCS-51系列单片机的时序概念有4个，可用定时单位来说明，从小 到大依次是：节拍、状态、机器周期和指令周期，下面分别加以说明。 1）节拍与状态 把振荡脉冲的周期定义为节拍，用P表示，也就是晶振的振荡频率fosc。 2）状态 振荡脉冲fosc经过二分频后，就是单片机时钟信号的周期，定义为状态， 用S表示。一个状态包含两个节拍，其前半周期对应的节拍叫P1，后半周 期对应的节拍叫P2。 3）机器周期 MCS-51系列单片机采用定时控制方式，有固定的机器周期。规定一个机 器周期的宽度为6个状态，即12个振荡脉冲周期，因此机器周期就是振荡 脉冲的十二分频。 小提示 当振荡脉冲频率为12 MHz时, 一个机器周期为1µs；当振荡脉冲频率为6 MHz时，一个机器周期为2 µs。
MCS-51单片机信号引脚简介
P1. 0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
RST RXD/ P3. 0 TXD/ P3.1 INT0/ P3.2 INT1/ P3.3
T0/ P3.4 T1/ P3.5 WR/ P3.6 RD/ P3.7
工作寄存器区选择位RS0、RS1
7FH
30H 2FH 7F 78
20H 07 00
1FH R7 3区 18H R0
17H R7 2区 10H R0
0FH R7 1区
08H R0
07H R7 00H R0
0区
数据缓冲区/堆栈区 可位寻址区
工作寄存器区
内部RAM存储器
RAM位寻址区位地址表
单元地址 MSB
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RAM
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256B（字节）
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EPROM
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(2)数据存储器
FFFFH
(64K)
(高128B)
FFH 80H
7FH
(低128B) 00H
专用 寄存器
内部
RAM
0000H
外部
数据存储器
1 1 第3区 1 0 第2区 0 1 第1区 0 0 第0区 RS1 RS0 寄存器区
18H~1FH 10H~17H 08H~0FH 00H~07H 片内RAM地址
中央处理器CPU：8位，运算和控制功能 内部RAM：共256个RAM单元，用户使用前128个单元，
用于存放可读写数据，后128个单元被专用寄存器占用。 内部ROM：4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据和表格。 定时/计数器：两个16位的定时/计数器，实现定时或计数功能。 并行I/O口：4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3。 串行口：一个全双工串行口。 中断控制系统：5个中断源（外中断2个，定时/计数中断2个，
在单片机的C语言程序设计中，可以通过关键字sfr来定义所有特殊功 能寄存器，从而在程序中直接访问它们，例如：
sfr P1=0x90; //特殊功能寄存器P1的地址是90H，对应P1口的8个 I/O引脚在程序中就可以直接使用P1这个特殊功能寄存器了，下面 语句是合法的：
P1=0x00;
//将P1口的8位I/O口全部清0
C语言中，还可以通过关键字sbit来定义特殊功能寄存器中的可寻址 位，在程序ex1_1.c中，采用了下面语句定义P1口的第0位：
sbit P1_0=P1^0;
通常情况下，这些特殊功能寄存器已经在头文件reg51.h中定义了， 只要在程序中包含了该头文件，就可以直接使用已定义的特殊功 能寄存器。
如果没有头文件reg51.h，或者该文件中只定义了部分特殊功能寄存 器和位，用户也可以在程序中自行定义。
(2)复位电路
单片机复位条件: 必须使RST引脚持续2微秒高电平(外部时钟12MHz)
存 储 器
4K
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片80内31
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8 R8O75M1 33
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RAM
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0FFFH (4K)
0000H
程序存储器
中断入口地址
0FFFH
0FFEH ．．．
002BH
中断5
0023H
中断4
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中断3
0013H
中断2
000BH
(PC)
0003H 0002H 0001H 0000H
中断1
8位
串行口中断
定时器1中断
外部中断1
定时器0中断
外部中断0 0000H是程序执行的起始单元, 在这三个单元存放一条 无条件转移指令
全国高职高专规划教材·精品与示范系列
单片机应用技术
（C语言版）
曾维鹏
第1章 单片机硬件系统
本章内容
什么是单片机 MCS-51内部组成及信号引脚 单片机最小系统电路 MCS-51存储器结构
什么是单片机
单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）简称单 片机，是指集成在一个芯片上的微型计算机，它的各种 功能部件，包括CPU（Central Processing Unit）、存 储器（memory）、基本输入/输出(Input/Output，简称 I/O)接口电路、定时/计数器和中断系统等，都制作在一 块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机。单片机内 部基本结构如图1.7所示。由于它的结构与指令功能都是 按照工业控制要求设计的，故又称为微控制器(MicroController Unit，简称MCU)。
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高128个单 元
☆离散分布有21个 特殊功能寄存器 SFR。 ☆ 11个可以进行位 寻址。
☆特别提示：对 SFR只能使用直接 寻址方式，书写时 可使用寄存器符号， 也可用寄存器单元 地址。
2FH
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位地址
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单片机硬件结构
时钟电路
T0 T1
ROM
RAM 定时计数器
CPU
复位电路
并行接口 串行接口
中断系统
P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1
•
•
并8中位行央的I/处OI/O口理口：P器40个、
PC1P、UP：2、8P位3。，
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串双时运功中5内4用个K行工钟断于部算能B中口串电控掩存R和断O：行路制膜放M源控口一：系R程：（O制。个可统序M外全：、，
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产序振1中/个个原格定两时现功内2元前用计25生列频断，）/始。时个定能M部，于16数计2个H时，率串2数/1时。用存R8中数计个6ZR个A钟允6行据或户放位断器数AMM，单脉许中和计使可的M2，器H：定元冲晶断单表数Z用读定实：共时和，1
写数据，后
128个单元被
专用寄存器占
用。
8051单片机的基本组成
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1D
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LSB
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0A
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注意: 一个单元地址对应有8个位地址 MSB——Most Significant Bit （最高有效位） LSB ——Least Significant Bit （最低有效位）
XTAL2 XTAL1
VSS
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VCC P0. 0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA ALE PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0
程序存储器资源分布
在单片机C语言程序设计中，用户无需考虑程 序的存放地址，编译程序会在编译过程中按照 上述规定，自动安排程序的存放地址。
例如：C语言是从main()函数开始执行的，编 译程序会在程序存储器的0000H处自动存放一 条转移指令，跳转到main()函数存放的地址； 中断函数也会按照中断类型号，自动由编译程 序安排存放在程序存储器相应的地址中。因此， 读者只需了解程序存储器的结构就可以了。
单片机种类
◆单片机的发展经历了由4位机到8位机,再到16位机的发展过程
◆目前8位单片机仍是单片机的主流机型；
◆生产厂商：
美国微芯片公司:PIC16C××系列、PIC17C××系列、PIC1400系列， 美国英特尔公司的MCS-48和MCS-51系列， 美国摩托罗拉公司的MC68HC05系列和MC68HC11系列， 美国齐洛格公司的Z8系列， 日本电气公司的μPD78××系列， 美国莫斯特克公司和仙童公司合作生产的F8（3870）系列等。
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EPROM
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(1)程序存储器
FFFFH
(64K)
0FFFH (4K)
0000H
内部
EA=1
外部
EA=0 0000H
什么是单片机
T
INT
定时器/计数器
中断系 统
并
P0-P3
行
CPU
串 行
TxD
I/
I/
RxD
O
O
口
存储 器
口
单片机应用系统
单片机应用系统
单
接口
片 机
＋
电路 及外
设等
＋
软 件
硬件
单片机应用系统由硬件和软件组 成
硬件是应用系统的基础
软件是在硬件的基础上对其资源 进行合理调配和使用，从而完成 应用系统所要求的任务，二者相 互依赖，缺一不可
1、电源线：VCC(+5V)、VSS(地) 2、振荡电路：XTAL1、XTAL2 3、复位引脚：RST 4、并行口：P0、P1、P2、P3 5、EA：访问程序存储控制信号 6、PSEN：外部ROM读选通信号 7、ALE：地址锁存控制信号
P3口线的第二功能
时钟电路与复位电路
(1)时钟振荡电路
时序
关于MCS-51系列单片机的时序概念有4个，可用定时单位来说明，从小 到大依次是：节拍、状态、机器周期和指令周期，下面分别加以说明。 1）节拍与状态 把振荡脉冲的周期定义为节拍，用P表示，也就是晶振的振荡频率fosc。 2）状态 振荡脉冲fosc经过二分频后，就是单片机时钟信号的周期，定义为状态， 用S表示。一个状态包含两个节拍，其前半周期对应的节拍叫P1，后半周 期对应的节拍叫P2。 3）机器周期 MCS-51系列单片机采用定时控制方式，有固定的机器周期。规定一个机 器周期的宽度为6个状态，即12个振荡脉冲周期，因此机器周期就是振荡 脉冲的十二分频。 小提示 当振荡脉冲频率为12 MHz时, 一个机器周期为1µs；当振荡脉冲频率为6 MHz时，一个机器周期为2 µs。