【正文】 ? 全國(guó)高職高專規(guī)劃教材 精品與示范系列 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù) （ C語言版） 王靜霞 主 編 本章內(nèi)容 ?什么是單片機(jī) ?MCS51內(nèi)部組成及信號(hào)引腳 ?單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 ?MCS51存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 第 1章 單片機(jī)硬件系統(tǒng) 什么是單片機(jī) 單片微型計(jì)算機(jī)（ Single Chip Microputer）簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是指集成在一個(gè)芯片上的微型計(jì)算機(jī)，它的各種功能部件，包括 CPU（ Central Processing Unit）、存儲(chǔ)器（ memory）、基本輸入 /輸出 (Input/Output，簡(jiǎn)稱I/O)接口電路、定時(shí) /計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)等，都制作在一塊集成芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)如圖 。由于它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，故又稱為微控制器 (MicroController Unit，簡(jiǎn)稱 MCU)。 什么是單片機(jī) C P U 存 儲(chǔ) 器 定 時(shí) 器 / 計(jì) 數(shù) 器 中 斷 系 統(tǒng) P0P3 TxD RxD T INT 并行I/O口 串行I/O口 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 單片機(jī) ＋ 接口電路及外設(shè)等 ＋ 軟件 硬件 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由 硬件 和 軟件 組成 硬件是 應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ) 軟件是在硬件的基礎(chǔ)上 對(duì)其資源進(jìn)行合理調(diào)配和使用 ，從而完成應(yīng)用系統(tǒng)所要求的任務(wù)，二者相互依賴，缺一不可 單片機(jī)種類 ◆ 目前 8位 單片機(jī)仍是單片機(jī)的 主流 機(jī)型； ◆ 生產(chǎn)廠商： ◆ 單片機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了由 4位 機(jī)到 8位 機(jī) ,再到 16位 機(jī)的發(fā)展過程 美國(guó)微芯片公司 :PIC16C系列、 PIC17C系列、 PIC1400系列， 美國(guó)英特爾公司的 MCS48和 MCS51系列， 美國(guó)摩托羅拉公司的 MC68HC05系列和 MC68HC11系列， 美國(guó)齊洛格公司的 Z8系列， 日本電氣公司的 μPD78 系列， 美國(guó)莫斯特克公司和仙童公司合作生產(chǎn)的 F8（ 3870）系列等。 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 時(shí)鐘電路 CPU ROM RAM T0 T1 中斷系統(tǒng) 串行接口 并行接口 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1 定時(shí)計(jì)數(shù)器 ? 中央處理器CPU： 8位，運(yùn)算和控制功能 ? 內(nèi)部 RAM： 共256個(gè) RAM單元，用戶使用前 128個(gè)單元，用于存放可讀寫數(shù)據(jù)，后128個(gè)單元被專用寄存器占用。 ? 內(nèi)部 ROM：4KB掩膜 ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格。 ? 定時(shí) /計(jì)數(shù)器：兩個(gè) 16位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。 ? 并行 I/O口： 4個(gè)8位的 I/O口 P0、P P P3。 ? 串行口： 一個(gè)全雙工串行口。 ? 中斷控制系統(tǒng)：5個(gè)中斷源（外中斷 2個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷 2 個(gè)，串行中斷 1個(gè)） ? 時(shí)鐘電路： 可產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，允許晶振頻率 6MHZ和12MHZ 復(fù)位電路 8051單片機(jī)的基本組成 中央處理器 CPU： 8位，運(yùn)算和控制功能 內(nèi)部 RAM： 共 256個(gè) RAM單元，用戶使用前 128個(gè)單元， 用于存放可讀寫數(shù)據(jù)，后 128個(gè)單元被專用寄存器占用。 內(nèi)部 ROM： 4KB掩膜 ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器： 兩個(gè) 16位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。 并行 I/O口： 4個(gè) 8位的 I/O口 P0、 P P P3。 串行口： 一個(gè)全雙工串行口。 中斷控制系統(tǒng)： 5個(gè)中斷源（外中斷 2個(gè)，定時(shí) /計(jì)數(shù)中斷 2個(gè)， 串行中斷 1個(gè)） 時(shí)鐘電路： 可產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，允許晶振頻率 6MHZ和 12MHZ MCS51單片機(jī)信號(hào)引腳簡(jiǎn)介 P3口線的第二功能 VCC VSS XTAL2 XTAL1 RST P0. 0 P1. 0 P2. 0 ALE P3. 0 振蕩電路： XTAL XTAL2 復(fù)位引腳： RST 并行口： P0、 P P P3 ALE：地址鎖存控制信號(hào) 電源線： VCC(+5V)、 VSS(地 ) EA PSEN EA：訪問程序存儲(chǔ)控制信號(hào) PSEN：外部 ROM讀選通信號(hào) RXD/ TXD/ INT0/ INT1/ T0/ T1/ WR/ RD/ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 3130292827262524242221 8031 8051 8751 89C51 時(shí)鐘電路與復(fù)位電路 (1)時(shí)鐘振蕩電路 時(shí) 序 關(guān)于 MCS51系列單片機(jī)的時(shí)序概念有 4個(gè)，可用定時(shí)單位來說明，從小到大依次是：節(jié)拍、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期，下面分別加以說明。 ? 1）節(jié)拍與狀態(tài) 把振蕩脈沖的周期定義為節(jié)拍，用 P表示，也就是晶振的振蕩頻率 fosc。 ? 2）狀態(tài) 振蕩脈沖 fosc經(jīng)過二分頻后，就是單片機(jī)時(shí)鐘信號(hào)的周期，定義為狀態(tài)，用 S表示。一個(gè)狀態(tài)包含兩個(gè)節(jié)拍，其前半周期對(duì)應(yīng)的節(jié)拍叫 P1，后半周期對(duì)應(yīng)的節(jié)拍叫 P2。 ? 3）機(jī)器周期 MCS51系列單片機(jī)采用定時(shí)控制方式，有固定的機(jī)器周期。規(guī)定一個(gè)機(jī)器周期的寬度為 6個(gè)狀態(tài)，即 12個(gè)振蕩脈沖周期，因此機(jī)器周期就是振蕩脈沖的十二分頻。 ? 小提示 當(dāng)振蕩脈沖頻率為 12 MHz時(shí) , 一個(gè)機(jī)器周期為 1181。s；當(dāng)振蕩脈沖頻率為 6 MHz時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為 2 181。s。 (2)復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位條件 : 必須使 RST引腳持續(xù) 2微秒 高電平 (外部時(shí)鐘 12MHz) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 EPROM 2764 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 EPROM 2764 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 3130292827262524242221 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 RAM 6264 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 RAM 6264 存 儲(chǔ) 器 8031 8751 8051 89C51 片內(nèi) RAM 片內(nèi) ROM 256B（字節(jié)） 4K (1)程序存儲(chǔ)器 程序 存儲(chǔ)器 內(nèi)部 外部 0000H 0FFFH (4K) 0000H FFFFH (64K) 0000H 0FFFH (4K) 0000H 0001H 0002H (PC) 0000H是程序執(zhí)行的起始單元 , 在這三個(gè)單元存放一條 無條件轉(zhuǎn)移指令 中斷 5 中斷 4 中斷 3 中斷 2 中斷 1 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H 002BH 外部中斷 0 定時(shí)器 0中斷 外部中斷 1 定時(shí)器 1中斷 串行口中斷 8位 ． ． ． 0FFFH 0FFEH EA=1 EA=0 程序 存儲(chǔ)器資源分布 中斷入口地址 ? 在單片機(jī) C語言程序設(shè)計(jì)中，用戶無需考慮程序的存放地址，編譯程序會(huì)在編譯過程中按照上述規(guī)定，自動(dòng)安排程序的存放地址。 ? 例如： C語言是從 main()函數(shù)開始執(zhí)行的，編譯程序會(huì)在程序存儲(chǔ)器的 0000H處自動(dòng)存放一條轉(zhuǎn)移指令，跳轉(zhuǎn)到 main()函數(shù)存放的地址；中斷函數(shù)也會(huì)按照中斷類型號(hào)，自動(dòng)由編譯程序安排存放在程序存儲(chǔ)器相應(yīng)的地址中。因此，讀者只需了解程序存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)就可以了。 0000H FFFFH (64K) 內(nèi)部 外部 (2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 00H FFH 7FH 80H (高 128B) (低 128B) RAM 專用 寄存器 00H 07H 08H 0FH 10H 17H 18H 1FH 0區(qū) R0 R7 R0 R7 R0 R7 R0 R7 1區(qū) 2區(qū) 3區(qū) 工作寄存器區(qū) 可位尋址區(qū) 20H 2FH 7F 78 07 00 30H 7FH 數(shù)據(jù)緩沖區(qū) /堆棧區(qū) 內(nèi)部 RAM存儲(chǔ)器 1 1 第 3 區(qū) 18H~1FH 0 1 第 1 區(qū) 08H~0FH RS1 RS0 寄存器區(qū) 片內(nèi) RAM地址 0 0 第 0 區(qū) 00H~07H 1 0 第 2 區(qū) 10H~17H 工作寄存器區(qū) 選擇位 RS0、 RS1 注意 : 一個(gè)單元地址對(duì)應(yīng)有 8個(gè)位地址 MSB—— Most Significant Bit （最高有效位） LSB —— Least Significant Bit （最低有效位） 單元地址 2FH 2EH 2DH 2CH 2BH 2AH 29H 28H 27H 26H 25H 24H 23H 22H 21H 20H 7F 77 6F 67 5F 57 4F 47 3F 37 2F 27 1F 17 0F 07 MSB 位地址 LSB 7E 76 6E 66 5E 56 4E 46 3E 36 2E 26 1E 16 0E 06 7D 75 6D 65 5D 55 4D 45 3D 35 2D 25 1D 15 0D 05 7C 74 6C 64 5C 54 4C 44 3C 34 2C 24 1C 14 0C 04 7B 73 6B 63 5B 53 4B 43 3B 33 2B 23 1B 13 0B 03 7A 72 6A 62 5A 52 4A 42 3A 32 2A 22 1A 12 0A 02 79 71 69 61 59 51 49 41 39 31 29 21 19 11 09 01 78 70 68 60 58 50 48 40 38 30 28 20 18 10 08 00 RAM位尋址區(qū)位地址表 高 128個(gè)單元 ☆ 離散分布有 21個(gè)特殊功能寄存器 SFR。 ☆ 11個(gè)可以進(jìn)行位尋址。 ☆ 特別提示：對(duì)S