【正文】 《單片微型計(jì)算機(jī)原理 及其應(yīng)用》電子教案 趙秀珍 王乃釗 制作 中國水利水電出版社 2023 . 8 第一章 單片微型計(jì)算機(jī)概述 ? 本章主要介紹單片機(jī)的發(fā)展 ， 基本的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) ， 單片機(jī)的應(yīng)用模式和領(lǐng)域 ， 單片機(jī)的供應(yīng)狀態(tài)等 。 ? 單片微型計(jì)算機(jī)就是將 CPU、 RAM、 ROM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī) 。 因此 ， 一塊芯片就構(gòu)成了一臺計(jì)算機(jī) 。 它已成為工業(yè)控制領(lǐng)域 、 智能儀器儀表 、 尖端武器 、 日常生活中最廣泛使用的計(jì)算機(jī) 。 1． 1 單片機(jī)的發(fā)展概況 ? 綜上所述 ， 我們可以把單片機(jī)的發(fā)展歷史劃分為四階段： ? 第一階段 （ 1976~1978年 ） ：低性能單片機(jī)的探索階段 。 以 Intel公司的MCS48為代表 ， 采用了單片結(jié)構(gòu) ， 即在一塊芯片內(nèi)含有 8位 CPU、 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 、 并行 I/O口 、 RAM和 ROM等 。 主要用于工業(yè)領(lǐng)域 。 ? 第二階段 （ 1978~1982年 ） ：高性能單片機(jī)階段 ， 這一類單片機(jī)帶有串行 I/O口 ， 8位數(shù)據(jù)線 、 16位地址線可以尋址的范圍達(dá)到 64K字節(jié) 、 控制總線 、 較豐富的指令系統(tǒng)等 。 這類單片機(jī)的應(yīng)用范圍較廣 ， 并在不斷的改進(jìn)和發(fā)展 。 ? 第三階段 （ 1982~1990年 ） ： 16位單片機(jī)階段 。 16位單片機(jī)除 CPU為 16位外 ， 片內(nèi) RAM和 ROM容量進(jìn)一步增大 ， 實(shí)時(shí)處理能力更強(qiáng) ， 體現(xiàn)了微控制器的特征 。 例如 Intel公司的 MCS96主振頻率為 12M， 片內(nèi) RAM為 232字節(jié) ， ROM為 8K字節(jié) ， 中斷處理能力為 8級 ， 片內(nèi)帶有 10位 A/D轉(zhuǎn)換器和高速輸入 /輸出部件等 。 ? 第四階段 （ 1990年 ~） ：微控制器的全面發(fā)展階段 ， 各公司的產(chǎn)品在盡量兼容的同時(shí) ， 向高速 、 強(qiáng)運(yùn)算能力 、 尋址范圍大以及小型廉價(jià)方面發(fā)展 。 1． 2 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ? （ 1） 片內(nèi)的 RAM采用寄存器結(jié)構(gòu)形式 ， 這樣可以提高存取的速度 。 ? （ 2） 在存儲器結(jié)構(gòu)上 ， 嚴(yán)格的將程序存儲器 ROM和數(shù)據(jù)存儲器 RAM在空間上分開 。 ? （ 3） 它的引出管腳一般都設(shè)計(jì)成多功能的 。 ? （ 4） 增加了一個(gè)全雙工的串行接口 ， 以擴(kuò)充 I/O口和外接同步輸入和輸出設(shè)備 。 ? （ 5） 有 21個(gè)特殊功能寄存器 。 ? (6) 有豐富的指令系統(tǒng) ， 內(nèi)部設(shè)置了可以位尋址的位地址空間 。 1． 3 單片機(jī)的主要品種及系列 ? 一 、 4位單片機(jī) ? 二 、 8位單片機(jī) 表格 11 MCS51系列型號 型 號 制造技術(shù) 片內(nèi)程序存儲器 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 8051AH H MOS ROM (4k) 128字節(jié) 8031AH AH MOS 無 128字節(jié) 8751H H MOS EPROM（ 4K） 128字節(jié) 80C51 CHMOS ROM （ 4K） 128字節(jié) 80C31 CHMOS 無 128字節(jié) 8051 H MOS ROM （ 8K） 256字節(jié) 8031 H MOS 無 256字節(jié) 1． 4 單片機(jī)的應(yīng)用 ? 一 、 單片機(jī)在儀器儀表中的應(yīng)用 ? 二 、 單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用 ? 三 、 單片機(jī)在智能接口和多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用 ? 四 、 單片機(jī)在生活中的應(yīng)用 第 二 章 MCS51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理 ? 本章主要介紹 MCS51系列的 8051的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、存儲器結(jié)構(gòu)、 P0、 P PP3四個(gè) I/O口的基本工作原理和操作特點(diǎn)。單片機(jī)的各種工作方式、單片機(jī)的時(shí)序等。 2． 1 MCS51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)原理 ? 一 、 8051單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 內(nèi)部總線時(shí)鐘電路CPUINT 0T 1T 0并行接口 串行接口P 0 P 1 P 2 P 3 TXD RXD中斷系統(tǒng)ROM RAM 定時(shí)/計(jì)數(shù)器INT 1圖 21 MCS51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 二、 8051單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理 ? 8051單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 22 所示，下面分別進(jìn)行介紹： 圖 22 8051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 FFFFH1000H外部ROM0FFFH0000H內(nèi)部ROMEA = 1外部ROMEA = 0工作寄存器0～3組位尋址區(qū)RAMSFR00H20H30H80HFFH外部RAM0000HFFFFH圖 23 8051存儲器組織結(jié)構(gòu) 字節(jié)地址 位 地 址 2FH 2EH 2DH 2CH 2BH 2AH 29H 28H 27H 26H 25H 24H 23H 22H 21H 20H D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 7FH 7EH 7DH 7CH 7BH 7AH 79H 78H 77H 76H 75H 74H 73H 72H 71H 70H 6FH 6EH 6DH 6CH 6BH 6AH 69H 68H 67H 66H 65H 64H 63H 62H 61H 60H 5FH 5EH 5DH 5CH 5BH 5AH 59H 58H 57H 56H 55H 54H 53H 52H 51H 50H 4FH 4EH 4DH 4CH 4BH 4AH 49H 48H 47H 46H 45H 44H 43H 42H 41H 40H 3FH 3EH 3DH 3CH 3BH 3AH 39H 38H 37H 36H 35H 34H 33H 32H 31H 30H 2FH 2EH 2DH 2CH 2BH 2AH 29H 28H 27H 26H 25H 24H 23H 22H 21H 20H 1FH 1EH 1DH 1CH 1BH 1AH 19H 18H 17H 16H 15H 14H 13H 12H 11H 10H 0FH 0EH 0DH 0CH 0BH 0AH 09H 08H 07H 06H 05H 04H 03H 02H 01H 00H 圖 24 8051內(nèi)部 RAM位地址區(qū) 圖 24 8051內(nèi)部 RAM位地址區(qū) 表格 22 特殊功能寄存器表 符號 單元地址 名稱 位地址 符號 地址 * ACC E0H 累加器 ～ E7H～ E0H * B F0H 乘法寄存器 ～ F7H～ F0H * PSW D0H 程序狀態(tài)字 ～ D7H～ D0H SP 81H 堆棧指針 DPL 82H 數(shù)據(jù)存儲器指針 (低 8位 ) DPH 83H 數(shù)據(jù)存儲器指針 (高 8位 ) * IE A8H 中斷允許控制器 ～ AFH～ A8H * IP B8H 中斷優(yōu)先控制器 ～ BFH～ B8H * P0 80H 通道 0 ～ 87H～ 80H * P1 90H 通道 1 ～ 97H～ 90H * P2 A0H 通道 2 ～ A7H～ A0H * P3 B0H 通道 3 ～ B7H～ B0H PCON 87H 電源控制及波特率選擇 * SCON 98H 串行口控制 ～ 9FH～ 98H SBUF 99H 串行數(shù)據(jù)緩沖器 * TCON 88H 定時(shí)控制 ～ 8FH～ 88H TMOD 89H 定時(shí)器方式選擇 TL0 8AH 定時(shí)器 0低 8位 TL1 8BH 定時(shí)器 1低 8位 TH0 8CH 定時(shí)器 0高 8位 TH1 8DH 定時(shí)器 1高 8位 *:可位尋址的特殊功能寄存器 P 0 .n鎖存器P 0 .nD讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳T 1T 2VCCMUX地址/ 數(shù)據(jù) 控制圖 25 P0口的位結(jié)構(gòu) （ 1） P0口位的結(jié)構(gòu) （ 2） P1口位的結(jié)構(gòu) 鎖存器D讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳內(nèi)部上拉電阻TVCC圖 26 P1口的位結(jié)構(gòu) 圖圖圖圖 26 P1口的位結(jié)構(gòu) （ 3） P2口的位結(jié)構(gòu) P 2 .n鎖存器P 2 .nD讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳TVCC地址 控制內(nèi)部上拉電阻MUX圖 27 P2口的結(jié)構(gòu)圖 （ 4） P3口的位結(jié)構(gòu) P 3 .n鎖存器P 3 .nD讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳TVCC第二輸入功能第二輸出功能內(nèi)部上拉電阻圖 28 P3口的結(jié)構(gòu)圖 （ 4） P3口的位結(jié)構(gòu) P 3 .n鎖存器P 3 .nD讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳TVCC第二輸入功能第二輸出功能內(nèi)部上拉電阻圖 28 P3口的結(jié)構(gòu)圖 表格 23 P3口的第二功能表 I/O口 第二功能 注 釋 RXD 串行口數(shù)據(jù)接收端 TXD 串行口數(shù)據(jù)發(fā)送端 INT(————)0 外部中斷請求 0 INT(————)1 外部中斷請求 1 T0 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 T1 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 WR(———) 外部 RAM寫信號 RD(———) 外部 RAM讀信號 一、 時(shí)鐘周期、機(jī)器周期和指令周期