经典课件-单片机原理及应用

1．2．5 采用RISC体系结构
采用RISC（精简指令系统计算机）的体系结
构，可以使指令系统中的绝大部分指令成为 单周期指令。提高指令的运行速度 . 目前，在一些采用RISC体系结构的单片机中 已达到了在一个时钟周期内执行一条指令的 运行速度。
1．2．6 总线串行化
采用串行接口虽然较之并行接口在数据传输速度上 有所减缓，但由于串行传输速度的不断提高，加之 单片机面对对象的有限速度要求，使得单片机应用 系统中的串行扩展技术仍然获得很大的发展。 随着外围电路串行接口技术的发展，以及单片机串 行扩展接口设置的普遍化、高速化，以及由于在片 Flash Memory使可以免去外部扩展EPROM等因素， 从而导致单片机的并行接口技术日趋衰退。目前许 多原来带有并行总线的单片机系列，都推出了不少 删去了并行总线的非总线单片机。
0000H
0000H
0000H
MCS-51工作寄存器区
工作寄存器区共32B，地址范围为：00H—
1FH；位寻址区共16B，地址范围为：20H— 2FH；用户RAM和堆栈区的地址空间有80B， 地址范围为：30H—7FH；其他128B为特殊 功能寄存器区，其地址范围为：80H—FFH。 另外，32B工作寄存器区分为四组，如表２－ ２所示。其中的每个组都包含８个字节，即 ８个寄存器（R0—R7）。用户在使用时，只 能同时使用其中的一组。
片内数据存储 器 128B 128B 128B 128B 128B
8052AH
8032AH
CHMOS
CHMOS
DIP－40
DIP－40
8KB-ROM
无
256B
256B
MCS-51系列单片机的主要特点：


采用单＋５V供电，４０个引脚能够兼容（只是３１号引 脚略有区别）； ８位字长即数据总线宽度８位，为８位机； 片内集成了振荡器和时钟电路（用户一般只须增加很少的 外围电路）； 具有６４KB的外部数据存储器与外部程序存储器的寻址 空间（最大可达１６位地址线）； 具有３２条双向I/O线； 具有２个１６位定时器／计数器（8052/8032具有３个）； 具有全双工串行口，可同时收发数据； 具有１２８个位寻址单元；

1．1．3 单片机应用的特点
单机应用的领域主要有： （1）智能产品 （2）智能仪表 （3）测控系统 （4）数控系统 （5）智能接口

单片机的多机应用系统可分为功能弥散系 统、并行多处理机系统以及局部网络系统。 （1）功能弥散系统 （2）并行多机处理系统 （3）局部网络系统

多机应用
1．2 单片机的发展趋势
程序存储器地址空间
在8051单片机中，程序存储器的地址范围
为：0000H—FFFFH. 因为它有4KB的片内ROM，所以片内ROM和 片外ROM有4KB的地址是重叠的。其重叠地 址范围为：0000H—0FFFH，当EA为高电平 时，CPU的先从片内ROM中取指令，直到超 出它的地址范围（0000H—0FFFH），再从 外部ROM中取指令。当EA为低电平时，CPU 只从外部ROM中取指令。
第1章 单片机概述
单片机又称为微控制器（Micro
Controller Unit，MCU），是微型计算机的一个非常重 要的分支。自从20世纪70年代问世以来，就 以其体积小、功能全、可靠性高、控制功能 强、性价比高等特点在智能仪表、机电一体 化、实时控制、家用电器、信息和通信产品 等各个领域得到了广泛的应用，对各行各业 的改造和产品的更新换代起着非常重要的推 动作用，对人们的生活产生了深刻的影响。
单片机的发展推动了应用系统的发展，应用
系统的发展又反过来对单片机提出了更高的 要求，从而促进单片机的发展。目前，单片 机正朝着功能更强、速度更快、功耗更低的 方向发展。
1．2．1
CPU的发展
采用双CPU结构，以提高处理能力。
增加数据总线的宽度，单片机内部采用16位
数据 总线，其数据处理能力明显优于8位单 片机。 采用流水线结构，指令以队列形式出现在 CPU中，且有很快的处理速度。 采用串行数据总线结构。
1．2．2 存储器的发展
存储器的发展主要体现在以下三个方面：
1．存储容量加大 2．片内使用EEPROM或Flash 3．程序保密化
1．2．3

I/O端口多功能化
随着集成度的不断提高，把众多的外围功能器件集 成在片内已经具备了充分的条件。这也是单片机以 后发展的重要趋势。 单片机除了集成有一般必须具有的ROM、RAM、 定时器/计数器、中断系统外，随着单片机挡次的提 高，以适应检测、控制功能更高的要求，片内集成 的器件通常还有A/D、D/A、LED/LCD显示驱动器、 DMA控制、PWM（脉宽调制器）、PLC（锁相环 控制）、PCA（可编程计数阵列）、WDT（看门狗） 等。
2．2 MCS-51单片机结构及原理
2.2.1
MCS-51单片机的基本结构 2.2.2 MCS-51单片机的基本原理
2.2.1 MCS-51单片机的基本组成
MCS-51系列单片机都包括以下几个部分： 中央处理器CPU 内部数据存储器RAM 内部程序存储器ROM（个别型号不带） 输入／输出接口 电源等

1．3 MCS-51系列及其部分兼容机简 介
目前已投放市场的主要单片机产品多达70多
个系列，500多个品种。这还不包括那些系统 或整机商定制的专用单片机以及针对专门业 务、专门市场的单片机品种。
1．3．1 目前较有影响的单片机种类

1. 2. 3. 4.
市场上较有影响的单片机有如下一些系列： Intel公司生产的MCS-51和MCS-96系列。 Motorola公司生产的68HCXX系列。 Microchip公司生产的16C5X/6X/7X/8X系列。 Texas公司生产的MSP430FXX系列。
内部数据存储器RAM
存储器是单片计算机中用来存放程序或数据
的部件。 在单片机中，存储器类型按功能可以分为只 读和随机存取存储器两大类。
MCS-51系列单片机内存储器的组织
MCS-51系列单片机的存储器采用了三段彼此 独立的地址空间来组织。

256B片内数据存储器地址空间; 64KB片外数据存储器地址空间； 64KB储蓄存储器地址空间（片内和片外 地址空间有部分重叠）；
1．2．4 低功耗和宽电压范围
COMS电路为实现低电压、低功耗提供了条
件。在8位单片机中已有二分之一的产品实现 了COMS化，并设有空闲和掉电两种工作方 式。 采用CHMOS制作工艺使单片机集HMOS的 高速、高集成度和CMOS的低功耗技术为一 体，使单片机的功耗进一步降低，适应的电 压范围更宽。
8051单片机内几个特殊的地址单元及作用
地址 0000H 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H 作用 程序入口，系统复位时PC指向此处 外部中断0入口 T0溢出中断入口 外中断1入口 T1溢出中断入口 串口中断入口
数据存储器的地址空间
在8051单片机中，其数据存储器分为两个 独立的部分:片内RAM和片外RAM。 片内RAM的地址范围为：00H－FFH 片外RAM的地址范围为：0000H—FFFFH 在MCS-51系列单片机内部RAM中，存储 器分为四个区域，即工作寄存器区，位 寻址区，用户RAM和堆栈区，特殊功能 寄存器区（SFR）。
本章首先介绍了单片机的基本结构与特点、
单片机与嵌入式系统和单片机应用的特点， 然后简述了单片机的发展趋势，为了让读者 对MCS-51系列单片机有一个较全面的了解， 还介绍了MCS–51系列单片机的基本概况和 MCS–51系列的最新发展。
1．1单片机与嵌入式系统
单片机是将中央处理器（CPU）、随机存储
2．1 关于MCS-51系列
表2-1 几种常见MCS-51系列单片机的型号
器件型号
8031AH 8051AH 8751H 80C51 80C31
制造技术
HMOS HMOS HMOS CHMOS CHMOS
常见封装形 式 DIP－40 DIP－40 DIP－40 DIP－40 DIP－40
片内程序存储 器 无 4KB-ROM 4KB-EPROM 4KB-ROM 无
1．1．2单片机与嵌入式系统
1．嵌入式系统的主要特点
嵌入式系统的主要特点体现在两个方面： （1）目的性和针对性。 （2）实时性。
2．典型应用
嵌入式系统的典型应用主要有以下几个方面： （1）过程控制。 （2）网络通信。例如，在程控交换机、路由器、桥接器、集 线器、Modem以及手机等设备和部件上的应用。 （3）智能仪器。例如，在示波器、医疗仪器上的应用。 （4）消费电子。例如，在掌上电脑、数字电视、游戏机、洗 衣机等家用电器上。 （5）计算机外部设备。例如在打印机、扫描仪、磁盘驱动器 以及终端等设备上。 （6）军事电子。例如，在雷达、电子对抗、坦克、战机以及 战舰等方面的应用。
中央处理器CPU
中央处理器是单片机的核心，包括运算器和控 制器两大部分。 运算器主要是用来完成算术逻辑运算等功能。 它由算术逻辑单元(ALU)、位处理器、累加器 ACC、寄存器B、暂存器等部分组成。 控制器由定时和控制逻辑、内部振荡电路OSC、 指令寄存器及其译码器、程序计数器PC、程序 和数据寄存器、程序状态字寄存器PSW、RAM地 址寄存器、数据指针DPTR和堆栈指针SP等部分 组成。
AT89系列单片机的特点
（1）内部含电可擦写闪速只读存储器—Flash （2）与80C51引脚兼容 （3）可反复重新编程 （4）可反复进行系统实验
本章结束!
谢谢!!!
第2章 MCS-51单片机的结 构和时序
2．1 关于MCS-51系列
MCS-51系列单片机是Intel公司开发的一种应用 非常广泛的一种单片机，它集成有强大的片内功 能和强大的指令系统，得到了广大用户的好评。 MCS-51系列单片机有多种不同型号，常见的型 号有：8031、8051、8751、80C31、80C51等， 它们都是8位机单片机，它们的内部结构可能有 一些不同，但它们的指令系统完全兼容。下表２ －１是几种常见MCS-51系列单片机的型号及它 们的异同。

2．ATMEL公司的AT89系列
ATMEL公司率先将独特的Flash存储技术注
入MCS-51单片机中，其推出的AT89系列单 片机，在世界电子行业中引起了极大的反响， 在国内也受到广大用户的欢迎。Flash存储器 的使用加速了单片机技术的发展，基于Flash 存储器的ISP/IAP（在系统可编程/在现场可 编程）技术极大地改变了单片机应用系统的 结构模式以及开发和运行条件，是8051单片 机技术发展的一次重大飞跃。
8051单片机存储器的组织结构图
FFFFH 60KB 外部ROM FFH 特殊功能 寄存器 SFR
FFFFH
64KB 外部 RAM
1000H
80H
0FFFH
4KB 内部 EA = 1
0FFFH 4KB 外部 EA = 0
7FH RAM 30H 2FH 位寻址区 20H 1FH 工作寄存 00H 器区
1．3．2 MCS–51系列及其部分兼容 单片机
MCS-51系列单片机是国内引进最早从而最
为普及的单片机系列，具有种类多、应用 广和可替换百度文库强的特点。
1．Intel公司的MCS-51系列
Intel公司于1980年推出的MCS-51奠定了嵌入式应 用单片微型计算机的经典CISC体系结构。MCS-51 系列的主要产品按照功能可以划分为如下类型， （1）基本型 （2）增强型 （3）低功耗型 （4）高级语言型 （5）A/D型 （6）DMA型 （7）多并行接口型
器（RAM）、只读存储器（ROM或 EPROM）、中断系统、定时器/计数器和一 些输入/输出接口等微型计算机的部件都集成 在一个芯片上的微控制器 （ Microcontroller）。 中央处理器包括运算器、控制器和寄存器3个 主要部分，它是单片机的核心。
1．1．1 单片机的基本结构与特点
80C51单片机的基本结构与特点： 程序存储器和数据存储器分开 I/O端口多功能分时复用 片内特殊功能寄存器和工作寄存器组 片内有全双工串行通信接口 独立的位处理器