單片機基礎(chǔ)知識課件

1單片機基礎(chǔ)知識1單片機基礎(chǔ)知識教學(xué)目的了解計算機的兩大分類了解單片機的發(fā)展及分類了解MCS-51系列單片機的常用機型了解單片機的不同封裝理解AT89C52單片機的原理結(jié)構(gòu)理解特殊功能寄存器的含義和作用2教學(xué)目的了解計算機的兩大分類2本章內(nèi)容單片機的發(fā)展與應(yīng)用單片機的分類AT89系列單片機的基本特性AT89C52單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)AT89C52單片機的時鐘與復(fù)位電路AT89C52單片機的低功耗工作方式3本章內(nèi)容單片機的發(fā)展與應(yīng)用3

引言單片機全稱為單片微型計算機（Single-ChipMicrocomputer），在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器(C/T)和多種I/O。一塊芯片就是一臺計算機。俗話說：麻雀雖小，五臟俱全。單片機具有體積小、功能強、價格便宜等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用在產(chǎn)品智能化和工業(yè)自動化上。4引言單片機全稱為單片微型計算單片機存在于：計算機鍵盤（8049）、硬盤控制器、網(wǎng)卡（i960）飯卡讀卡器VCD機、洗衣機、電飯煲、微波爐——家用電器商務(wù)通、好譯通、文曲星、PDA手機——手持設(shè)備存儲示波器、溫控儀、電子秤——智能儀器儀表心電監(jiān)護(hù)儀（Holter）等醫(yī)療儀器智能玩具、游戲機、電子寵物高級汽車、飛機、火車及黑匣子智能大廈——電表水表煤氣POS、ATM、出租車計價器5單片機存在于：計算機鍵盤（8049）、硬盤控制器、網(wǎng)卡（i9三金工程：金卡（IC卡）、金稅（稅務(wù)）、金橋（即指網(wǎng)絡(luò)）。計算機的應(yīng)用：1、非嵌入式應(yīng)用：通用微機；2、嵌入式應(yīng)用：微控制器（即單片機）、微處理器、DSP（數(shù)字信號處理器）信息家電(IA，InformationAppliance)：機頂盒嵌入式系統(tǒng)（EmbeddedSystem）：一種以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗要求嚴(yán)格的專用計算機系統(tǒng)。

最活躍方向：嵌入式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)6三金工程：金卡（IC卡）、金稅（稅務(wù)）、金橋（即指網(wǎng)絡(luò)）。6單片機應(yīng)用特點：1、小巧、靈活、成本低、易于產(chǎn)品化2、面向控制3、抗干擾能力強4、方便實現(xiàn)多機和分布式控制7單片機應(yīng)用特點：1、小巧、靈活、成本低、易于產(chǎn)品化7單片機現(xiàn)狀：微機產(chǎn)量80%1、4位機NEC公司μPD75XX系列和NS公司COP400INTEL40402、8位機INTELMCS-51系列（PHILIPS,ATMEL,WINBOND）MOTOROLA68HCHMICROCHIPPIC16XXZILOGZ8NEC公司μPD78XX8單片機現(xiàn)狀：微機產(chǎn)量80%1、4位機83、16位機INTELMCS-96系列NSHPC16040NEC783XXPHILIPSXA系列4、32位機INTEL386EX，StrongARM，xScaleMOTOROLA68KMX15、64位機93、16位機9單片機的編程規(guī)范化網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展實時多任務(wù)操作系統(tǒng)RTOS（Real-TimeOperatingSystem）：VxWorks，PSOS，QNX，WindowsCE現(xiàn)場總線技術(shù)FieldBus：LonWorksLocalNetworkCANBusControlAreaNetwork10單片機的編程規(guī)范化網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展實時多任務(wù)操作系統(tǒng)RTOS（Re單片機的概念在一塊硅片上集成了中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲器RAM、程序存儲器ROM、定時器/計數(shù)器和多種I/O接口電路的微型計算機即為單片機（microcontroller）

因為它是為了實時控制應(yīng)用而設(shè)計制造，所以又稱為微控制器。一般統(tǒng)稱為微型處理部件MCU（MicroControllerUnit）11單片機的概念111212單片機與微型機的區(qū)別微型機由CPU、存儲器、I/O接口及中斷系統(tǒng)組成，各部分通過總線連接單片機將CPU、存儲器、I/O接口（并、串）和A/D集成在一塊芯片上，各部分用內(nèi)部總線連接通用計算機的缺點（*）：1）系統(tǒng)的軟硬件的應(yīng)用/配置比比較低。2）可靠性差。3）價格高13單片機與微型機的區(qū)別13單片機的特點1）片內(nèi)存儲容量小2）集成度高3）高可靠性單片機按工業(yè)級制造，可靠性>商用品，價格<軍用品高可靠性原因（*）4）易擴展5）控制功能強14單片機的特點1）片內(nèi)存儲容量小146）性能價格比高7）低功耗8）保密性好156）性能價格比高151.1單片機的發(fā)展與應(yīng)用單片機的發(fā)展歷史單片機的應(yīng)用1.1單片機的發(fā)展與應(yīng)用單片機的發(fā)展歷史單片機的發(fā)展歷史單片機概念由美國仙童（Fairchild）提出。第一階段1974-1976

特點：初級階段，還需要外接ROM、定時/計數(shù)器、I/O口等，還沒有形成真正意義上的單片機

第二階段1976-1980特點：走向成熟，代表產(chǎn)品為美國Intel公司生產(chǎn)的8048

第三階段1980-1983特點：已成熟，代表產(chǎn)品為美國Intel公司生產(chǎn)的8051第四階段1983-今

特點：百花齊放階段，上千種型號1.1單片機的發(fā)展與應(yīng)用

17單片機的發(fā)展歷史單片機概念由美國仙童（Fairchild）提單片機的應(yīng)用工業(yè)領(lǐng)域：各種測控系統(tǒng)、數(shù)字采集系統(tǒng)、工業(yè)機器人、機電一體化產(chǎn)品、光機電一體化產(chǎn)品等等。通信領(lǐng)域：調(diào)制解調(diào)器（MODEM）、程控交換技術(shù)、手機等等。軍事領(lǐng)域：導(dǎo)彈控制、魚雷制導(dǎo)、各種雷達(dá)系統(tǒng)、智能武器裝備、航天飛機導(dǎo)航系統(tǒng)等等。醫(yī)療器械領(lǐng)域：智能血壓計、B超儀、彩超儀、普通CT儀、核磁共振儀、心電圖儀、腦電圖儀等等。家用電器領(lǐng)域：冰箱、彩電、洗衣機、縫紉機、微波爐、空調(diào)機、摩托車、小汽車等等。1.1單片機的發(fā)展與應(yīng)用

18單片機的應(yīng)用工業(yè)領(lǐng)域：各種測控系統(tǒng)、數(shù)字采集系統(tǒng)、工業(yè)機器人1.2單片機的分類通用/專用運行位使用域1.2單片機的分類通用/專用通用/專用、運行位通用/專用通用單片機專用單片機運行位8位單片機16位單片機32位單片機64位單片機1.2單片機的分類20通用/專用、運行位通用/專用1.2單片機的分類20使用域使用域家電類單片機工控類單片機通信類單片機軍工類單片機1.2單片機的分類21使用域使用域1.2單片機的分類211.3AT89系列單片機的基本特性標(biāo)準(zhǔn)型AT89系列單片機的基本特征高檔型AT89系列單片機的基本特性低檔型AT89系列單片機的基本特征AT89系列單片機型號的編碼說明及封裝形式部分ATMEL單片機的升級替代及推薦產(chǎn)品1.3AT89系列單片機的基本特性標(biāo)準(zhǔn)型AT89系列單片標(biāo)準(zhǔn)型AT89系列單片機的基本特征標(biāo)準(zhǔn)型AT89系列單片機：AT89C51、AT89C52、AT89S51、AT89S52基本特征：1、8051的內(nèi)核2、片內(nèi)有裝程序的閃存，裝數(shù)據(jù)的RAM3、提供豐富的I/O口：32條I/O連接線4、提供定時器、計數(shù)器、外中斷、串行通信等資源5、工作電源的電壓為（5±0.2）V；6、振蕩器最高頻率為24MHz1.3AT89系列單片機的基本特性23標(biāo)準(zhǔn)型AT89系列單片機的基本特征標(biāo)準(zhǔn)型AT89系列單片機：高檔型AT89系列單片機的基本特性高檔型AT89系列單片機：AT89C51RC、AT89S8252、AT89S53、AT89C55WD等基本特征：標(biāo)準(zhǔn)型AT89＋資源升級上述資源升級有：芯片內(nèi)Flash程序存儲器增加到：32KB；芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲器增加到：512B；數(shù)據(jù)指針增加到：2個1.3AT89系列單片機的基本特性24高檔型AT89系列單片機的基本特性高檔型AT89系列單片機：低檔型AT89系列單片機的基本特性低檔型AT89系列單片機：AT89C1051、AT89C2051、AT89C1051U等基本特征：比標(biāo)準(zhǔn)型AT89資源少，比標(biāo)準(zhǔn)型AT89體積小1.3AT89系列單片機的基本特性25低檔型AT89系列單片機的基本特性低檔型AT89系列單片機：AT89系列單片機型號的編碼說明及封裝形式單片機的常見封裝形式：1、PDIP（PlasticDualInlinePackage）——塑封雙列直插式封裝2、PQFP（PlasticQuadFlatPackage）——塑封方形貼片式封裝1.3AT89系列單片機的基本特性26AT89系列單片機型號的編碼說明及封裝形式單片機的常見封裝形AT89系列單片機型號的編碼說明及封裝形式單片機的常見封裝形式：3、TQFP（ThinPlasticGullWingQuadFlatPack）——塑封超薄封裝形式方形貼片式封裝4、PLCC（PlasticJ-LeadedChipCarrie）——塑封方形引腳插入式封裝1.3AT89系列單片機的基本特性27AT89系列單片機型號的編碼說明及封裝形式單片機的常見封裝形部分ATMEL單片機的升級替代及推薦產(chǎn)品注：①不推薦在新的產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用，可用替代產(chǎn)品。②新產(chǎn)品設(shè)計中建議采用推薦產(chǎn)品。

1.3AT89系列單片機的基本特性28部分ATMEL單片機的升級替代及推薦產(chǎn)品1.3AT89系1.4AT89C52單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)AT89C52單片機的CPUAT89C52單片機的存儲器AT89C52單片機的I/O接口部分和特殊功能部分1.4AT89C52單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)AT89C52單片AT89C52單片機的CPU1.4AT89C52單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)30AT89C52單片機的CPU1.4AT89C52單片機的AT89C52單片機的CPU由運算器和控制器組成1、運算器ALU功能：算術(shù)運算：加、減、乘、除邏輯運算：與、或、異或位操作（布爾）：與、或、取反由加法器和其他邏輯電路組成，兩個操作數(shù)分別通過暫存器1和暫存器2輸入，運算結(jié)果的狀態(tài)送程序狀態(tài)字PSW31AT89C52單片機的CPU由運算器和控制器組成3132322、控制器、時鐘電路和基本時序周期控制邏輯包括：定時和控制邏輯、指令寄存器、譯碼器、地址指針DPTR、程序計數(shù)器PC單片機工作過程（*）8051控制器功能：在單片機內(nèi)部協(xié)調(diào)各功能部件之間的數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)運算等操作，并對單片機發(fā)出若干控制信息。332、控制器、時鐘電路和基本時序周期331）程序計數(shù)器（PC）16位，存放即將執(zhí)行的指令地址。功能：CPU工作時可根據(jù)PC內(nèi)容去程序存儲器中到對應(yīng)的地址取指令代碼?？身樞蜻f增或被賦予新的值2）指令寄存器IR（*）3）指令譯碼器ID（*）4）數(shù)據(jù)指針DPTR（*）16位地址寄存器5）定時與控制部件：產(chǎn)生CPU所需的機器時鐘

341）程序計數(shù)器（PC）346）時序（*）概念：一條指令譯碼產(chǎn)生的一系列微操作信號在時間上有嚴(yán)格的先后次序，這種次序就是計算機的時序。a、振蕩周期b、時鐘周期c、機器周期d、指令周期356）時序（*）35振蕩周期：1/fOSC時鐘周期：2/fOSC機器周期：12/fOSC=T指令周期：1~4T（*）36振蕩周期：1/fOSC36AT89C52單片機的存儲器存儲器特點：程序存儲器分開哈佛型數(shù)據(jù)存儲器合并普林斯頓型37AT89C52單片機的存儲器37AT89C52單片機的存儲器1.4AT89C52單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1.15存儲器空間分布圖38AT89C52單片機的存儲器1.4AT89C52單片機的程序存儲器最大64K，放程序和始終要保留的常數(shù)1、程序存儲器分布1）內(nèi)部（片上）：8K2）外部（擴展）：64K0000H~1FFFH8K2000H~FFFFH56K3）用PC作為地址指針，通過16位地址總線39程序存儲器最大64K，放程序和始終要保留的常數(shù)39程序存儲器4）8031上無內(nèi)部程序存儲器，8051有4KROM，8751有4KEPROM作為程序存儲器，AT89C52有8KFlash5）內(nèi)外部的低8K空間地址重疊，不能同時使用/EA=1：內(nèi)部/EA=0：外部使用AT89C52時，/EA=1，即要接高電平（+5V），當(dāng)PC超過8KB，自動轉(zhuǎn)2000H~FFFFH（片外）

8031無內(nèi)部程序存儲器，其/EA應(yīng)接地（*）40程序存儲器4）8031上無內(nèi)部程序存儲器，8051有4KR程序存儲器程序存儲器使用時注意的問題（*）1）注意/EA是否接地2）編程時用戶主程序應(yīng)放在0030H后例：ORG0000HLJMPminORG0030Hmin：NOPNOPLJMPmin41程序存儲器程序存儲器使用時注意的問題（*）41數(shù)據(jù)存儲器1.4AT89C52單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1.16片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的結(jié)構(gòu)

42數(shù)據(jù)存儲器1.4AT89C52單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1.1數(shù)據(jù)存儲器（可讀寫）放程序運行中所需的常數(shù)或變量1、外部64K（movx）：0000H~FFFFH2、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器分為物理上獨立且性質(zhì)不同的幾個區(qū)（256B，mov）43數(shù)據(jù)存儲器（可讀寫）放程序運行中所需的常數(shù)或變量43數(shù)據(jù)存儲器片內(nèi)部分2塊：00~7FH：128B，RAM區(qū)80H~FFH：128B，特殊功能寄存器區(qū)（SFR區(qū)）44數(shù)據(jù)存儲器片內(nèi)部分2塊：44數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)部RAM（低128B）分為：通用寄存器區(qū)：4組（R0~R7）可位尋址區(qū)：20H~2FH（16個）用戶RAM45數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)部RAM（低128B）分為：45

片內(nèi)RAM區(qū)結(jié)構(gòu)4646

1.通用寄存器區(qū)4個組0區(qū)00H~07H1區(qū)08H~0FH2區(qū)10H~17H3區(qū)18H~1FH由PSW中的RS1,RS0來決定用哪個工作區(qū)(00,01,10,11)設(shè)置4個工作寄存器區(qū)的原因47

1.通用寄存器區(qū)4個組474848例：若程序分三段，在1段R0工作在0區(qū)（00H），在2段R0中的內(nèi)容要改變，在3段程序中要用到1段中的R0的內(nèi)容（0區(qū)中A*B，結(jié)果送R0，1區(qū)中02H送R0）49例：若程序分三段，在1段R0工作在0區(qū)（00H），在2段R0

CLRRS0 CLRRS1 MOVA,#02H MOVB,#03H MULAB MOVR0,A SETBRS0 MOV R0,#02H INCR0 MOV A,R0 CLR RS0 MOV B,R0 ADD A,B END50 CLRRS0502.可位尋址區(qū)位尋址區(qū)范圍：20~2FH,16字節(jié)位地址范圍：00~7FH,128位512.可位尋址區(qū)位尋址區(qū)范圍：20~2FH,16字節(jié)515252*：1、2FH的D3位對應(yīng)的位地址是多少？若（2FH）=28H，則2FH.3=？2、movC,00HmovA,00H（20H）=55H,（00H）=55H,則C,A的值分別為多少？3、movC,20HmovA,20H（24H）=55H,（20H）=33H53*：1、2FH的D3位對應(yīng)的位地址是多少？533.用戶RAM（數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、堆棧區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)）30H~7FH堆棧,向上增長543.用戶RAM（數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、堆棧區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)）544.專用寄存器區(qū)（特殊功能寄存器）位于內(nèi)部RAM的80H~FFH,只能采用直接尋址方式除PC和4組R0~R7外其他都是SFR,有的寄存器可以進(jìn)行位操作，有的不行?？晌粚ぶ返腟FR其地址可被8整除（即其字節(jié)地址的低位非0即8）554.專用寄存器區(qū)（特殊功能寄存器）5556561）累加器Acc（*）功能：算術(shù)運算、送數(shù)、比較、布爾操作（位操作）等圍繞Acc進(jìn)行書寫：位操作與push,pop指令中寫為Acc，其他情況下寫成A571）累加器Acc（*）572）B寄存器（*）功能：用于乘除指令匯編(8086)：8051：MOVAL,05HMOVA,#05HMOVBL,11HMOVB,#11HMULBLMULABAX<=(AL)*(BL)B,A<=(A)*(B)DIVAB；A放被除數(shù)，B放除數(shù)。結(jié)果A放商，B放余數(shù)582）B寄存器（*）583）程序狀態(tài)字PSW593）程序狀態(tài)字PSW59CY：進(jìn)位標(biāo)志。算術(shù)運算時最高位有進(jìn)位/借位時硬件自動置1，軟件也可直接對其進(jìn)行操作。AC：半進(jìn)位標(biāo)志。D3->D4進(jìn)位/借位時置1，軟件不能對其進(jìn)行操作。F0：狀態(tài)標(biāo)記，用軟件置位或清零RS1,RS0：通用寄存器選擇位OV：溢出標(biāo)志。帶符號數(shù)運算結(jié)果超出-128~+127、無符號數(shù)乘法結(jié)果超過255或除數(shù)為0時置1，否則OV=0P：奇偶標(biāo)志。每條指令執(zhí)行完，A中的1的個數(shù)為奇數(shù)時置1，偶數(shù)時置0。常用于串行通訊的奇偶校驗60CY：進(jìn)位標(biāo)志。算術(shù)運算時最高位有進(jìn)位/借位時硬件自動置1，4）SP51單片機的堆棧為向上增長型（*）614）SP61初始時指向棧底，初始值=07H，事實上從08H單元開始放數(shù)注：初始化程序中應(yīng)對SP修改（*）MOVSP,#30H62初始時指向棧底，初始值=07H，事實上從08H單元開始放數(shù)65）DPTR數(shù)據(jù)指針（*）16位，也可分成兩個8位的寄存器DPH,DPL。MOVDPH,#05HMOVA,DPH；（A）=05H當(dāng)DPTR放16位對64KB外部數(shù)據(jù)存儲器尋址時，可作為間址寄存器用MOVDPTR,#1234HMOVXA,@DPTR(1234H)=08H,則（A）=08H635）DPTR數(shù)據(jù)指針（*）63當(dāng)DPTR放16位對程序存儲器訪問時，可作為基址寄存器用MOVCA,@A+DPTRA<=((A)+(DPTR))注：在中斷服務(wù)程序中，若要將DPTR中內(nèi)容壓棧時，應(yīng)分為高8位（DPH）和低8位（DPL）分別壓棧（因為棧指針是8位寄存器）64當(dāng)DPTR放16位對程序存儲器訪問時，可作為基址寄存器用64與通用微機不同的特點程序存貯器和數(shù)據(jù)存貯器嚴(yán)格分開特殊功能寄存器和內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯器統(tǒng)一編址65與通用微機不同的特點65AT89C52單片機的I/O接口部分和特殊功能部分AT89C52單片機的I/O接口AT89C52單片機內(nèi)部集成了4個可編程的并行I/O接口（P0~P3）,每個接口電路都具有鎖存器和驅(qū)動器，P0~P3口同RAM統(tǒng)一編址，可以當(dāng)作特殊功能寄存器SFR來尋址。AT89C52單片機可以利用其I/O接口直接與外圍電路相連，在實際使用中要注意，P0~P3口在開機或復(fù)位時均呈高電平。第4章對I/O接口有專門介紹。1.4AT89C52單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)66AT89C52單片機的I/O接口部分和特殊功能部分AT89AT89C52單片機的I/O接口部分和特殊功能部分AT89C52單片機的特殊功能部分AT89C52單片機內(nèi)部集成有定時/計數(shù)器、串行通信控制器、外中斷控制器等特殊功能部件，從而使AT89C52單片機具有定時/計數(shù)功能、全雙工串行通信功能、實現(xiàn)對外部事件實時響應(yīng)的中斷處理功能，表1.7給出了所有特殊功能寄存器，詳細(xì)介紹見后面有關(guān)章節(jié)。1.4AT89C52單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)67AT89C52單片機的I/O接口部分和特殊功能部分AT891.5AT89C52單片機的時鐘與復(fù)位電路復(fù)位操作和復(fù)位電路振蕩電路和時鐘1.5AT89C52單片機的時鐘與復(fù)位電路復(fù)位操作和復(fù)復(fù)位操作和復(fù)位電路1.5AT89C52單片機的時鐘與復(fù)位電路圖1.17兩種復(fù)位電路69復(fù)位操作和復(fù)位電路1.5AT89C52單片機的時鐘與復(fù)位1.2.6單片機工作方式復(fù)位后的初始值：SP=07HP0~P3=0FFHPC=0000HSFR=0（SBUF內(nèi)容不定）復(fù)位后從0000H開始執(zhí)行程序復(fù)位不影響RAM的狀態(tài)701.2.6單片機工作方式復(fù)位后的初始值：70振蕩電路和時鐘內(nèi)部高增益放大器引腳XTAL1和XTAL2時鐘產(chǎn)生方式：內(nèi)部方式：石英晶體晶振外部方式：外部振蕩信號作單片機時鐘71振蕩電路和時鐘內(nèi)部高增益放大器引腳XTAL1和XTAL271振蕩電路和時鐘1.5AT89C52單片機的時鐘與復(fù)位電路圖1.18AT89C52振蕩器的連接72振蕩電路和時鐘1.5AT89C52單片機的時鐘與復(fù)位電路1.6AT89C52單片機的低功耗工作方式節(jié)電（空閑）工作方式——CPU停止，RAM、定時器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作掉電工作方式——僅給RAM供電，50μA

1.6AT89C52單片機的低功耗工作方式節(jié)電（空閑）工本章小結(jié)計算機可以分為兩大類：通用計算機和嵌入式計算機，單片機屬嵌入式計算機類。嵌入式計算機是面向設(shè)備使用的計算機，設(shè)備嵌入了單片機后升格成“智能設(shè)備”。如普通洗衣機嵌入了單片機后升格成全自動洗衣機。單片機的種類系列很多，本書主要講MCS-51系列，此系列單片機的生產(chǎn)商很多，本書重點介紹了Atmel生產(chǎn)的89系列單片機：AT89C52。AT89C52單片機出廠時片內(nèi)帶有8KB的Flash程序存儲器和256B的數(shù)據(jù)存儲器RAM,片內(nèi)還帶有定時/計數(shù)器、中斷控制器、串行通信控制等資源，使用很方便。在學(xué)習(xí)中請注意，下列三種說法都是一個意思：MCS-51系列，51系列，8051系列。本章小結(jié)計算機可以分為兩大類：通用計算機和嵌入式計算機，單片1單片機基礎(chǔ)知識1單片機基礎(chǔ)知識教學(xué)目的了解計算機的兩大分類了解單片機的發(fā)展及分類了解MCS-51系列單片機的常用機型了解單片機的不同封裝理解AT89C52單片機的原理結(jié)構(gòu)理解特殊功能寄存器的含義和作用76教學(xué)目的了解計算機的兩大分類2本章內(nèi)容單片機的發(fā)展與應(yīng)用單片機的分類AT89系列單片機的基本特性AT89C52單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)AT89C52單片機的時鐘與復(fù)位電路AT89C52單片機的低功耗工作方式77本章內(nèi)容單片機的發(fā)展與應(yīng)用3

引言單片機全稱為單片微型計算機（Single-ChipMicrocomputer），在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器(C/T)和多種I/O。一塊芯片就是一臺計算機。俗話說：麻雀雖小，五臟俱全。單片機具有體積小、功能強、價格便宜等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用在產(chǎn)品智能化和工業(yè)自動化上。78引言單片機全稱為單片微型計算單片機存在于：計算機鍵盤（8049）、硬盤控制器、網(wǎng)卡（i960）飯卡讀卡器VCD機、洗衣機、電飯煲、微波爐——家用電器商務(wù)通、好譯通、文曲星、PDA手機——手持設(shè)備存儲示波器、溫控儀、電子秤——智能儀器儀表心電監(jiān)護(hù)儀（Holter）等醫(yī)療儀器智能玩具、游戲機、電子寵物高級汽車、飛機、火車及黑匣子智能大廈——電表水表煤氣POS、ATM、出租車計價器79單片機存在于：計算機鍵盤（8049）、硬盤控制器、網(wǎng)卡（i9三金工程：金卡（IC卡）、金稅（稅務(wù)）、金橋（即指網(wǎng)絡(luò)）。計算機的應(yīng)用：1、非嵌入式應(yīng)用：通用微機；2、嵌入式應(yīng)用：微控制器（即單片機）、微處理器、DSP（數(shù)字信號處理器）信息家電(IA，InformationAppliance)：機頂盒嵌入式系統(tǒng)（EmbeddedSystem）：一種以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗要求嚴(yán)格的專用計算機系統(tǒng)。

最活躍方向：嵌入式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)80三金工程：金卡（IC卡）、金稅（稅務(wù)）、金橋（即指網(wǎng)絡(luò)）。6單片機應(yīng)用特點：1、小巧、靈活、成本低、易于產(chǎn)品化2、面向控制3、抗干擾能力強4、方便實現(xiàn)多機和分布式控制81單片機應(yīng)用特點：1、小巧、靈活、成本低、易于產(chǎn)品化7單片機現(xiàn)狀：微機產(chǎn)量80%1、4位機NEC公司μPD75XX系列和NS公司COP400INTEL40402、8位機INTELMCS-51系列（PHILIPS,ATMEL,WINBOND）MOTOROLA68HCHMICROCHIPPIC16XXZILOGZ8NEC公司μPD78XX82單片機現(xiàn)狀：微機產(chǎn)量80%1、4位機83、16位機INTELMCS-96系列NSHPC16040NEC783XXPHILIPSXA系列4、32位機INTEL386EX，StrongARM，xScaleMOTOROLA68KMX15、64位機833、16位機9單片機的編程規(guī)范化網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展實時多任務(wù)操作系統(tǒng)RTOS（Real-TimeOperatingSystem）：VxWorks，PSOS，QNX，WindowsCE現(xiàn)場總線技術(shù)FieldBus：LonWorksLocalNetworkCANBusControlAreaNetwork84單片機的編程規(guī)范化網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展實時多任務(wù)操作系統(tǒng)RTOS（Re單片機的概念在一塊硅片上集成了中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲器RAM、程序存儲器ROM、定時器/計數(shù)器和多種I/O接口電路的微型計算機即為單片機（microcontroller）

因為它是為了實時控制應(yīng)用而設(shè)計制造，所以又稱為微控制器。一般統(tǒng)稱為微型處理部件MCU（MicroControllerUnit）85單片機的概念118612單片機與微型機的區(qū)別微型機由CPU、存儲器、I/O接口及中斷系統(tǒng)組成，各部分通過總線連接單片機將CPU、存儲器、I/O接口（并、串）和A/D集成在一塊芯片上，各部分用內(nèi)部總線連接通用計算機的缺點（*）：1）系統(tǒng)的軟硬件的應(yīng)用/配置比比較低。2）可靠性差。3）價格高87單片機與微型機的區(qū)別13單片機的特點1）片內(nèi)存儲容量小2）集成度高3）高可靠性單片機按工業(yè)級制造，可靠性>商用品，價格<軍用品高可靠性原因（*）4）易擴展5）控制功能強88單片機的特點1）片內(nèi)存儲容量小146）性能價格比高7）低功耗8）保密性好896）性能價格比高151.1單片機的發(fā)展與應(yīng)用單片機的發(fā)展歷史單片機的應(yīng)用1.1單片機的發(fā)展與應(yīng)用單片機的發(fā)展歷史單片機的發(fā)展歷史單片機概念由美國仙童（Fairchild）提出。第一階段1974-1976

特點：初級階段，還需要外接ROM、定時/計數(shù)器、I/O口等，還沒有形成真正意義上的單片機

第二階段1976-1980特點：走向成熟，代表產(chǎn)品為美國Intel公司生產(chǎn)的8048

第三階段1980-1983特點：已成熟，代表產(chǎn)品為美國Intel公司生產(chǎn)的8051第四階段1983-今

特點：百花齊放階段，上千種型號1.1單片機的發(fā)展與應(yīng)用

91單片機的發(fā)展歷史單片機概念由美國仙童（Fairchild）提單片機的應(yīng)用工業(yè)領(lǐng)域：各種測控系統(tǒng)、數(shù)字采集系統(tǒng)、工業(yè)機器人、機電一體化產(chǎn)品、光機電一體化產(chǎn)品等等。通信領(lǐng)域：調(diào)制解調(diào)器（MODEM）、程控交換技術(shù)、手機等等。軍事領(lǐng)域：導(dǎo)彈控制、魚雷制導(dǎo)、各種雷達(dá)系統(tǒng)、智能武器裝備、航天飛機導(dǎo)航系統(tǒng)等等。醫(yī)療器械領(lǐng)域：智能血壓計、B超儀、彩超儀、普通CT儀、核磁共振儀、心電圖儀、腦電圖儀等等。家用電器領(lǐng)域：冰箱、彩電、洗衣機、縫紉機、微波爐、空調(diào)機、摩托車、小汽車等等。1.1單片機的發(fā)展與應(yīng)用

92單片機的應(yīng)用工業(yè)領(lǐng)域：各種測控系統(tǒng)、數(shù)字采集系統(tǒng)、工業(yè)機器人1.2單片機的分類通用/專用運行位使用域1.2單片機的分類通用/專用通用/專用、運行位通用/專用通用單片機專用單片機運行位8位單片機16位單片機32位單片機64位單片機1.2單片機的分類94通用/專用、運行位通用/專用1.2單片機的分類20使用域使用域家電類單片機工控類單片機通信類單片機軍工類單片機1.2單片機的分類95使用域使用域1.2單片機的分類211.3AT89系列單片機的基本特性標(biāo)準(zhǔn)型AT89系列單片機的基本特征高檔型AT89系列單片機的基本特性低檔型AT89系列單片機的基本特征AT89系列單片機型號的編碼說明及封裝形式部分ATMEL單片機的升級替代及推薦產(chǎn)品1.3AT89系列單片機的基本特性標(biāo)準(zhǔn)型AT89系列單片標(biāo)準(zhǔn)型AT89系列單片機的基本特征標(biāo)準(zhǔn)型AT89系列單片機：AT89C51、AT89C52、AT89S51、AT89S52基本特征：1、8051的內(nèi)核2、片內(nèi)有裝程序的閃存，裝數(shù)據(jù)的RAM3、提供豐富的I/O口：32條I/O連接線4、提供定時器、計數(shù)器、外中斷、串行通信等資源5、工作電源的電壓為（5±0.2）V；6、振蕩器最高頻率為24MHz1.3AT89系列單片機的基本特性97標(biāo)準(zhǔn)型AT89系列單片機的基本特征標(biāo)準(zhǔn)型AT89系列單片機：高檔型AT89系列單片機的基本特性高檔型AT89系列單片機：AT89C51RC、AT89S8252、AT89S53、AT89C55WD等基本特征：標(biāo)準(zhǔn)型AT89＋資源升級上述資源升級有：芯片內(nèi)Flash程序存儲器增加到：32KB；芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲器增加到：512B；數(shù)據(jù)指針增加到：2個1.3AT89系列單片機的基本特性98高檔型AT89系列單片機的基本特性高檔型AT89系列單片機：低檔型AT89系列單片機的基本特性低檔型AT89系列單片機：AT89C1051、AT89C2051、AT89C1051U等基本特征：比標(biāo)準(zhǔn)型AT89資源少，比標(biāo)準(zhǔn)型AT89體積小1.3AT89系列單片機的基本特性99低檔型AT89系列單片機的基本特性低檔型AT89系列單片機：AT89系列單片機型號的編碼說明及封裝形式單片機的常見封裝形式：1、PDIP（PlasticDualInlinePackage）——塑封雙列直插式封裝2、PQFP（PlasticQuadFlatPackage）——塑封方形貼片式封裝1.3AT89系列單片機的基本特性100AT89系列單片機型號的編碼說明及封裝形式單片機的常見封裝形AT89系列單片機型號的編碼說明及封裝形式單片機的常見封裝形式：3、TQFP（ThinPlasticGullWingQuadFlatPack）——塑封超薄封裝形式方形貼片式封裝4、PLCC（PlasticJ-LeadedChipCarrie）——塑封方形引腳插入式封裝1.3AT89系列單片機的基本特性101AT89系列單片機型號的編碼說明及封裝形式單片機的常見封裝形部分ATMEL單片機的升級替代及推薦產(chǎn)品注：①不推薦在新的產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用，可用替代產(chǎn)品。②新產(chǎn)品設(shè)計中建議采用推薦產(chǎn)品。

1.3AT89系列單片機的基本特性102部分ATMEL單片機的升級替代及推薦產(chǎn)品1.3AT89系1.4AT89C52單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)AT89C52單片機的CPUAT89C52單片機的存儲器AT89C52單片機的I/O接口部分和特殊功能部分1.4AT89C52單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)AT89C52單片AT89C52單片機的CPU1.4AT89C52單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)104AT89C52單片機的CPU1.4AT89C52單片機的AT89C52單片機的CPU由運算器和控制器組成1、運算器ALU功能：算術(shù)運算：加、減、乘、除邏輯運算：與、或、異或位操作（布爾）：與、或、取反由加法器和其他邏輯電路組成，兩個操作數(shù)分別通過暫存器1和暫存器2輸入，運算結(jié)果的狀態(tài)送程序狀態(tài)字PSW105AT89C52單片機的CPU由運算器和控制器組成31106322、控制器、時鐘電路和基本時序周期控制邏輯包括：定時和控制邏輯、指令寄存器、譯碼器、地址指針DPTR、程序計數(shù)器PC單片機工作過程（*）8051控制器功能：在單片機內(nèi)部協(xié)調(diào)各功能部件之間的數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)運算等操作，并對單片機發(fā)出若干控制信息。1072、控制器、時鐘電路和基本時序周期331）程序計數(shù)器（PC）16位，存放即將執(zhí)行的指令地址。功能：CPU工作時可根據(jù)PC內(nèi)容去程序存儲器中到對應(yīng)的地址取指令代碼?？身樞蜻f增或被賦予新的值2）指令寄存器IR（*）3）指令譯碼器ID（*）4）數(shù)據(jù)指針DPTR（*）16位地址寄存器5）定時與控制部件：產(chǎn)生CPU所需的機器時鐘

1081）程序計數(shù)器（PC）346）時序（*）概念：一條指令譯碼產(chǎn)生的一系列微操作信號在時間上有嚴(yán)格的先后次序，這種次序就是計算機的時序。a、振蕩周期b、時鐘周期c、機器周期d、指令周期1096）時序（*）35振蕩周期：1/fOSC時鐘周期：2/fOSC機器周期：12/fOSC=T指令周期：1~4T（*）110振蕩周期：1/fOSC36AT89C52單片機的存儲器存儲器特點：程序存儲器分開哈佛型數(shù)據(jù)存儲器合并普林斯頓型111AT89C52單片機的存儲器37AT89C52單片機的存儲器1.4AT89C52單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1.15存儲器空間分布圖112AT89C52單片機的存儲器1.4AT89C52單片機的程序存儲器最大64K，放程序和始終要保留的常數(shù)1、程序存儲器分布1）內(nèi)部（片上）：8K2）外部（擴展）：64K0000H~1FFFH8K2000H~FFFFH56K3）用PC作為地址指針，通過16位地址總線113程序存儲器最大64K，放程序和始終要保留的常數(shù)39程序存儲器4）8031上無內(nèi)部程序存儲器，8051有4KROM，8751有4KEPROM作為程序存儲器，AT89C52有8KFlash5）內(nèi)外部的低8K空間地址重疊，不能同時使用/EA=1：內(nèi)部/EA=0：外部使用AT89C52時，/EA=1，即要接高電平（+5V），當(dāng)PC超過8KB，自動轉(zhuǎn)2000H~FFFFH（片外）

8031無內(nèi)部程序存儲器，其/EA應(yīng)接地（*）114程序存儲器4）8031上無內(nèi)部程序存儲器，8051有4KR程序存儲器程序存儲器使用時注意的問題（*）1）注意/EA是否接地2）編程時用戶主程序應(yīng)放在0030H后例：ORG0000HLJMPminORG0030Hmin：NOPNOPLJMPmin115程序存儲器程序存儲器使用時注意的問題（*）41數(shù)據(jù)存儲器1.4AT89C52單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1.16片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的結(jié)構(gòu)

116數(shù)據(jù)存儲器1.4AT89C52單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1.1數(shù)據(jù)存儲器（可讀寫）放程序運行中所需的常數(shù)或變量1、外部64K（movx）：0000H~FFFFH2、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器分為物理上獨立且性質(zhì)不同的幾個區(qū)（256B，mov）117數(shù)據(jù)存儲器（可讀寫）放程序運行中所需的常數(shù)或變量43數(shù)據(jù)存儲器片內(nèi)部分2塊：00~7FH：128B，RAM區(qū)80H~FFH：128B，特殊功能寄存器區(qū)（SFR區(qū)）118數(shù)據(jù)存儲器片內(nèi)部分2塊：44數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)部RAM（低128B）分為：通用寄存器區(qū)：4組（R0~R7）可位尋址區(qū)：20H~2FH（16個）用戶RAM119數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)部RAM（低128B）分為：45

片內(nèi)RAM區(qū)結(jié)構(gòu)12046

1.通用寄存器區(qū)4個組0區(qū)00H~07H1區(qū)08H~0FH2區(qū)10H~17H3區(qū)18H~1FH由PSW中的RS1,RS0來決定用哪個工作區(qū)(00,01,10,11)設(shè)置4個工作寄存器區(qū)的原因121

1.通用寄存器區(qū)4個組4712248例：若程序分三段，在1段R0工作在0區(qū)（00H），在2段R0中的內(nèi)容要改變，在3段程序中要用到1段中的R0的內(nèi)容（0區(qū)中A*B，結(jié)果送R0，1區(qū)中02H送R0）123例：若程序分三段，在1段R0工作在0區(qū)（00H），在2段R0

CLRRS0 CLRRS1 MOVA,#02H MOVB,#03H MULAB MOVR0,A SETBRS0 MOV R0,#02H INCR0 MOV A,R0 CLR RS0 MOV B,R0 ADD A,B END124 CLRRS0502.可位尋址區(qū)位尋址區(qū)范圍：20~2FH,16字節(jié)位地址范圍：00~7FH,128位1252.可位尋址區(qū)位尋址區(qū)范圍：20~2FH,16字節(jié)5112652*：1、2FH的D3位對應(yīng)的位地址是多少？若（2FH）=28H，則2FH.3=？2、movC,00HmovA,00H（20H）=55H,（00H）=55H,則C,A的值分別為多少？3、movC,20HmovA,20H（24H）=55H,（20H）=33H127*：1、2FH的D3位對應(yīng)的位地址是多少？533.用戶RAM（數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、堆棧區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)）30H~7FH堆棧,向上增長1283.用戶RAM（數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、堆棧區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)）544.專用寄存器區(qū)（特殊功能寄存器）位于內(nèi)部RAM的80H~FFH,只能采用直接尋址方式除PC和4組R0~R7外其他都是SFR,有的寄存器可以進(jìn)行位操作，有的不行。可位尋址的SFR其地址可被8整除（即其字節(jié)地址的低位非0即8）1294.專用寄存器區(qū)（特殊功能寄存器）55130561）累加器Acc（*）功能：算術(shù)運算、送數(shù)、比較、布爾操作（位操作）等圍繞Acc進(jìn)行書寫：位操作與push,pop指令中寫為Acc，其他情況下寫成A1311）累加器Acc（*）572）B寄存器（*）功能：用于乘除指令匯編(8086)：8051：MOVAL,05HMOVA,#05HMOVBL,11HMOVB,#11HMULBLMULABAX<=(AL)*(BL)B,A<=(A)*(B)DIVAB；A放被除數(shù)，B放除數(shù)。結(jié)果A放商，B放余數(shù)1322）B寄存器（*）583）程序狀態(tài)字PSW1333）程序狀態(tài)字PSW59CY：進(jìn)位標(biāo)志。算術(shù)運算時最高位有進(jìn)位/借位時硬件自動置1，軟件也可直接對其進(jìn)行操作。AC：半進(jìn)位標(biāo)志。D3->D4進(jìn)位/借位時置1，軟件不能對其進(jìn)行操作。F0：狀態(tài)標(biāo)記，用軟件置位或清零RS1,RS0：通用寄存器選擇位OV：溢出標(biāo)志。帶符號數(shù)運算結(jié)果超出-128~+127、無符號數(shù)乘法結(jié)果超過255或除數(shù)為0時置1，否則OV=0P：奇偶標(biāo)志。每條指令執(zhí)行完，A中的1的個數(shù)為奇數(shù)時置1，偶數(shù)時置0。常用于串行通訊的奇偶校驗134CY：進(jìn)位標(biāo)志。算術(shù)運算時最高位有進(jìn)位/借位時硬件自動置1，4）SP51單片機的堆棧為向上增