单片机原理及应用教材

单片机原理及应用常州轻工职业技术学院

前言

当今，单片微型计算机技术迅速发展，由单片机技术开发的智能化测控设备和产品广泛应用到各个领域，单片机技术产品和设备促进了生产技术水平的提高。企业迫切需要大量熟练掌握单片机技术，并能开发、应用和维护管理这些智能化产品的高级工程技术人材。

单片机以体积小、功能强、可靠性好、性能价格比高等特点，已成为实现工业生产技术进步和开发机电一体化和智能化测控产品的重要手段。

本教材内容分为十章。以MCS-51系列单片机为介绍对象，分别介绍MCS-51系列单片机结构原理、MCS-51单片机指令系统、汇编语言程序设计、并行I/O口的使用、并行I/O口的扩展方法及使用、中断系统和定时/计数器、A/D转换接口和D/A转换接口技术、键盘与显示器接口技术等内容。

本教材由杨文新、龚益民、韩迎辉老师编写，谢丽华、刘军良老师参与本书图表的绘制。

编者

2004年7月

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目录

第一章认识单片机 (3)

第二章 MCS-51单片机指令系统 (14)

第三章汇编语言程序设计 (27)

第四章并行I/O口 (33)

第五章并行I/O口的扩展 (40)

第六章中断系统 (49)

第七章定时/计数器 (55)

第八章 A/D转换接口 (60)

第九章D/A转换接口 (63)

第十章键盘与显示器接口 (67)

附录一 WAVE软件的操作使用

附录二 ASCII码表

附录三 MCS-51单片机指令系统表

附录四单片机练习题

附录五单片机实验指导书

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第一章 认识单片机

一、什么是单片机

单片机是将CPU 、存储器、输入/输出接口、定时/计数器等集成在一块芯片上，是目前销量最大、应用面最广、价格最便宜的微型计算机。如图1-1所示：

例1-1 单片机彩灯控制系统（单片机控制8个发光二极管每隔0.1秒轮流点亮。） 使用单片机实验板进行演示。

二、典型单片机产品

1．MCS-51系列

美国Intel 公司生产的8位字长单片机。基本型产品有8051、8031、8751等。 2．AT89C51系列

美国ATMEL 公司生产的8位字长单片机。与MCS-51系列单片机兼容，内含4KB 的flash 存储器。

三、MCS-51单片机的内部的硬件结构及引脚

（一） MCS-51单片机内部的总体硬件结构

8051单片机的内部基本结构，如图1-2所示。

（二） MCS-51单片机的引脚

8051单片机是HMOS 工艺制造，外形为40条引脚，如图1-3所示。因为受芯片引脚数量的限制，有很多引脚具有双功能。

1、主电源引脚 V CC ：芯片工作电源端，接＋5V 。

Vss ：电源接地端。 2、时钟振荡电路引脚

XTAL1：内部晶体振荡电路的反相器输入端。接法如图1-5。 XTAL2：内部晶体振荡电路的反相器输出端。接法如图1-5。 3、控制信号引脚

RST ————RST 为复位信号输入端。外部接复位电路。接法如图1-4。

ALE ————ALE 为地址锁存允许信号。 在不访问外部存储器时，ALE 以时钟振荡频率的1／6的固定频率输出，用示波器观察ALE 引脚上的脉冲信号是判断单片机芯片是否正常工作的一种简便方法。

PSEN ———— 外部程序存储器ROM 的读选通信号。到外部ROM 取指令时，PSEN 自动向外发送负脉冲信号。

EA ————为访问程序存储器的控制信号。

外设

图1-1 单片机结构框图

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4、并行I ／Ｏ端口引脚

P0口（P0.0 ～ P0.7）；P1口（P1.0 ～ P1.7）；P2口（P2.0 ～ P2.7）；P3口（P3.0 ～ P3.7）。

（三）复位电路与时钟电路

1．复位电路

（1）复位电路

单片机的RST 引脚是复位信号输入端，RST 引脚上保持两个机器周期（24个时钟周期）以上的高电平时，可使单片机内部可靠复位。

单片机常用的外部复位电路如图1-4。

（a ）引脚图 (b) 逻辑符号

图1-3 MCS-51引脚图

振荡器和时钟电路 程序存储器 4KB ROM 数据存储器 256B RAM/SFR 8051 CPU 两个16位

定时器/计数器

中断系统 64K 字节 总线扩展控制 并行I/O 端口 全双工

串行口

外中断 控制 外部设备 串行通讯 图1-2 8051单片机的内部基本结构

(a)上电复位电路(b)上电复位兼手动复位电路

图1-4 MCS-51的复位电路

（2）复位状态

复位后，单片机内部的各寄存器的内容将被初始化，包括程序计数器PC和特殊功能寄存器，其中（PC）=0000H，特殊功能寄存器的状态见表1-1。复位不影响片内RAM和片外RAM中的内容。

表1-1 复位后特殊功能寄存器的初始状态

SFR 名称初始状态SFR名称初始状态

ACC 00H TMOD 00H

B 00H TCON 00H

PSW 00H TH0 00H

SP 07H TL0 00H

DPL 00H TH1 00H

DPH 00H TL1 00H

P0 ~ P3 FFH SBUF 不确定

IP ХХХ00000B SCON 00H

IE 0ХХ00000B PCON 0ХХХХХХХB

2．时钟电路

时钟电路用于产生时钟信号，时钟信号是单片机内部各种微操作的时间基准，在此基础上，控制器按照指令的功能产生一系列在时间上有一定次序的信号，控制相关的逻辑电路工作，实现指令的功能。

电容容量范围为30PF±10PF，石英晶体频率的范围为1．2～12MHZ，常用6MHZ或12MHz。

图1-5 8051的外接石英晶体的时钟电路

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