单片机原理及C51应用设计全套课件电子教案板.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,养成教育,单片机原理与应用,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单片机原理及,C51,应用设计,第,1,章 单片机基础知识概述,1.1,单片机概述,1.2,单片机的特点及应用领域,1.3,单片机产品的设计过程,1.4,单片机代表性产品,1.5,单片机学习的预备产品,单片机的学习方法,硬件准备,计算机：,普通计算机一台。安装,windos,操作系统。,编程器：,用于对单片机进行编程。（使用,S51,芯片可以使用下载线）,实验板：,用来进行单片机开发设计实践，能完成的项目较多为好,仿真器：,进行较复杂设计时用来调试单片机。方便实用，但价高。,软件准备,集成开发软件：,伟福软件,WAV6000,，,Keil,等,。,仿真软件：,Proetus,。,1,、学习条件和学习环境,2,、知识准备,C,语言（或其它基础语言）：,打好编程基础。,电子技术：,特别是数字电子技术，是必备的电路基础。,微机原理：,对计算机基础知识有较好的准备。,3,、,初学者推荐的软件硬件准备,计算机一台、开发实验板一块、,ISP,下载线一条（,可自制,）,相关软件：,开发软件、仿真软件、,ISP,下载软件等,。,工具书：,教材一本，较祥细的手册类书一本。,其它资料：,器件资料、应用文档、实例等，主要由网络收集。,U,盘：,128M,，用于保存资料（选购）。,成绩比例分布,平时成绩：,10%,实验成绩：,20%,卷面成绩：,70%,1.1单片机概述,单片微型计算机,简称,单片机，又称为单片微控制器MCU,，,嵌入式微控制器,。具有,体积小、重量轻、成本低、使用简单、抗干扰能力强、功耗低、开发灵活,等特点。,1.单片机及应用分类,单片机是典型的嵌入式微控制器，它是将计算机系统集成在一个芯片上，使其体积更小，更利于集成，单片机相当于一台小型的计算机。,单片机将中央处理器,CPU,、随机存储器,RAM,、只读存储器,ROM,和各种输入、输出接口（多种,I/0,口、中断系统、定时器,/,计数器、,AD,转换器等）集成到一块硅片上，从而构成了一个小而完整的微型计算机系统。,按照应用范围单片机可分为通用型和专用型。通用型内部资源配置具有普遍性，适用范围广；而专用型的单片机是专门针对某种特殊用途设计,，,稳定性较强，价格昂贵，适合于批量生产。,按照内部是否采用总线结构，可分为总线型和非总线型。总线型通常设有,地址总线,、数据总线和,控制总线,；非总线型单片机,内部未采用总线结构，可以减小,单片机的体积。,单片机是嵌入式处理芯片的一种，嵌入式处理器可以有很多种，在相应的配置需要的外围设备，嵌入到其他系统中起控制作用，就构成了嵌入式系统。,嵌入式系统首先要满足嵌入系统的物理环境、电气干扰、成本等各种要求；其次要满足所嵌入到的系统的最小软、硬件的裁剪的要求等；最后要满足控制要求，符合相应的接口方式。,2,.单片机,和嵌入式系统,嵌入式系统按形式上分，可以分为系统级（工控机）、板级（单板、模块）、芯片级（如微控制器,MCU,、片上系统,SoC,）。嵌入式系统主要技术发展方向是满足嵌入式应用要求，不断扩展所嵌入到的系统要求的外围电路（如,ADC,、,DAC,、,PWM,、日历时钟等），精简系统内核、算法，降低功耗和软硬件成本，提供友好的人际界面，形成满足于所嵌入到系统要求的应用系统。,根据单片机一次处理二进制数据的位数，可分为,1,位单片机、,4,位单片机、,8,位单片机、,16,位单片机和,32,位单片机。大致可分为四个阶段：,（,1,）第一阶段（,1976-1978,）：单片机的探索阶段。以,Intel,公司的,8,位单片机,MCS-48,为代表。,（,2,）第二阶段（,1978-1982,）：单片机的完善阶段。,Intel,公司推出了,MCS51,。,MCS-51,设置了经典的,8,位单片机的总线结构，包括,8,位数据总线、,16,位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口，集成了,8,位,CPU,、,8,位的定时,/,计数器，具有较为完善和丰富的指令系统。,3,.单片机,的发展史及趋势,（,3,）第三阶段（,1982-1990,）：向微控制器发展的阶段。,MCS-51,系列单片机已经成为国内的主流产品，,8,位单片机得到了巩固的发展，各大厂商竞相使用,51,内核，增强了外围电路功能，强化了智能控制的特征。此阶段,16,位单片机推出并得以应用。,（,4,）第四阶段（,1990,至今）：全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面广泛的应用，陆续出现了运行速度快、功耗较低、运算能力强、可靠性高的,8,位、,16,位、,32,位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。,未来的单片机将向着大容量高性能化、小容量低成本化、外围电路内装化的方向发展。,（,1,）高集成度、高可靠性。内部布线短，采用总线连接，可靠性高，体积小，具有屏蔽电磁干扰的措施，抗干扰能力强的特点。,（,2,）控制功能强。早期的单片机主要用于工业控制领域，它具备丰富的指令系统，便于进行逻辑控制。,（,3,）优异的性价比。单片机的高性价比，是单片机推广应用的重要因素，也是各公司竞争的主要策略。,（,4,）系统配置较典型、规范，易于扩展。,（,5,）低电压、低功耗。适用于便携式的产品和家电产品，很多的单片机内的工作电压仅为,1.8V,3.6V,，而工作电流仅为数百微安。,1.,2,单片机的特点及应用领域,1,.单片机,的特点,2,.单片机,的应用领域,（,1,）在消费电子产品中的应用,消费电子产品主要体现在家用电子产品上，这是单片机的一大主流市场。,（,2,）在医疗设备中的应用,单片机的体积小、功能强、应用灵活等特点，如医用呼吸机、分析仪、超声诊断设备、病床呼叫系统等都有单片机的身影。,（,3,）在工控领域中的应用,在工业自动化控制中的数据采集和智能控制等方向都采用了单片机技术，比如工厂流水线的智能化管理、智能化电梯、报警系统等。,（,4,）在仪器仪表中的应用,单片机具有运算能力强，处理速度快，体积小等特点，使得在仪器仪表中得到了越来越多的应用。仪器仪表技术全面的向着数字化、小型化、智能化和多功能化的方向发展，功能越来越强大，综合性更加突出。,（,5,）在军事领域中的应用,军用产品的先进性与否体现了一个国家的综合实力。无论是飞机、坦克、航母，还是导弹、鱼雷制导，单片机技术都在其中发挥着重要的作用。,1.,3,单片机产品的设计过程,单片机需要用户根据具体的功能为单片机配置好必须的外围电路，再将实现具体功能的程序代码烧录到单片机中，最后进行软硬件联调。,1.3.1,单片机,实验环境的搭建,单片机技术是利用软件去控制硬件，一个完整的单片机实验环境包括硬件和软件两大部分。单片机具体硬件实验环境必要的工具是计算机和实验板，下面介绍几种常用的实验工具及平台构建的方式。,1.,烧录器,烧录器是借助计算机对单片机进行擦写的工具，烧录器可以支持多种不同品牌、不同型号的单片机。,STC单片机烧录器,2.,仿真器,仿真器可以在产品开发过程中用来代替单片机进行软、硬件调试，对于初学者来说，仿真器是一个很好的入门工具。它可以很方便、迅速、准确的找到程序中的错误，从而节省了单片机的开发周期。,WAVE仿真器的外观,3.,实验板,通常利用Protel,、,PowerPCB,等绘图软件可以制作单片机实验板，实验板一般有两种形式，一种是下载型实验板；另一种是支持烧录器或仿真器实验板。,单片机实验板,1.3.2,设计过程及注意事项,1.单片机系统的的设计过程,单片机硬件电路,单片机硬件电路通常除了单片机必要的系统电路，输入输出设备外，还会根据设计需要设计功能模块。,单片机软件程序的设计,单片机的软件程序的编写是由用户根据具体的需要，编写程序，从而控制单片机各部件一步一步地动作，使系统按照要求执行功能。单片机的常用语言包括汇编语言和C语言。,单片机应用程序的编译与调试,支持两种语言的单片机开发软件有很多种，其中一款功能强大、易学易用、界面友好，利于调试的仿真软件Keil C51非常流行，支持软件和硬件仿真。,单片机应用程序烧写与脱机检测,通过烧录器或在线下载的方式，将程序编译后生成的机器码文件下载到单片机中。将烧写好的单片机固定在实验板电路中，脱离计算机，单片机系统独立运行，观察并检测是否与预期的功能一致。,2单片机设计过程中的注意事,项,单片机系统的设计主要以模块化为主，设计电路比较典型，大大降低了设计的错误率，并可以缩短设计周期。,在设计电路板的布局中，要注意高频干扰等问题，电路布局还要尽量的紧凑些，节约成本。,硬件系统设计过程除了必须的电路外，一般通常都设计些可以用于扩展的外围接口，系统板不必改动。,在电路设计过程中，一定要考虑到电路各部分的驱动或锁存。一般通常考虑电路的不同驱动能力和阻抗匹配等问题。,MCS-51系列单片机是由Intel公司生产的单片机的总称，是国内市场应用的最为广泛的8位单片机。主要包括8031、8051、8751、8032、8052、8752等品种，其中8051是早期最为典型的单片机产品，目前市场上的51系列单片机都是在其基础上进行改进的。MCS-51它具有非常典型的内部结构，并且采用内部总线控制，特殊功能寄存器的集中管理，丰富的指令系统，这些都为后来的单片机提供一定的技术保障。,1.4,单片机代表性产品,1.,51系列单片机,由于MCS-51单片机应用广泛，INTEL公司将MCS-51内核授权给其他很多公司，很多公司推出了51系列单片机的兼容产品，比如ATMEL、Dallas、STC、华邦公司等都有51单片机系列的兼容产品。目前,51,系列单片机是指所有兼容,INTEL 8031,指令系统的单片机的统称。,1997,年,ATMEL,公司研发出精简指令集的高速,8,位单片机，简称,AVR,。相对于,51,系列单片机来说，,AVR,系列单片机片内资源更为丰富，增加了,AD,转换电路，接口也更为强大，同时具有电压范围宽、工作速度快、功耗低、保密性强、价格低等优势，在很多场合可以替代,51,系列单片机。,AVR,也可使用,ISP,在线下载编程方式，程序存储器擦写可达,10000,次以上，,AVR,单片机是高速嵌入式单片机。,2.,AVR,系列单片机,MSP430,系列单片机是美国,TI,公司的一种,16,位超低功耗、精简指令集的混合信号处理器。它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段，此系列单片机针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以实现一片芯片高集成化。该系列单片机大多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中。,MSP430,系列单片机具有丰富的片上外围设备，包括看门狗、模拟比较器、硬件乘法器、,ADC,、,I2C,总线直接数据存取、,PWM,等。,MSP430,系列单片机的这些片内外设为系统的单片机解决方案提供了有利的便利条件。,3.,MSP430系列单片机,PIC,单片机系列是美国微芯公司的产品，是当前市场份额增长最快的单片机之一，,PIC,系列单片机广泛应用于工业控制领域。,PIC,单片机根据不同层次的需求推出不同型号的产品，,PIC,单片机的设计面向应用、面向产品，设计起点高、技术领先、性能优越、品种齐全、种类繁多。,PIC,单片机自带看门狗定时器，可以用来提高程序运行的可靠性。指令读取实现“流水作业”，使其运行速度高，并且具有睡眠和低功耗模式等优良特点。,4.PIC,系列单片机,凌阳,16,位单片机是为了控制处理数据以及数字信号处理,DSP,等领域适时推出的产品，它的,CPU,内核采用凌阳最新推出的,nSPTM16,位微处理器芯片。,其中,SPCE061A,是应用非常普遍的凌阳,16,位单片机，,61,板是凌阳单片机,SPCE061A,精简、开发、仿真实验板的简称，是“凌阳大学计划”。它的体积小，采用电池供电，方便随身携带，特别适合在野外作业等领域中应用。支持语音识别，语音产生。,凌阳推出了很多工业级高性能单片机，可广泛应用于家电、工业控制、电机变频调速、软启动、变频电源、逆变电源、,UPS,电源、车载,GPS,定位系统等产品。,5.,凌阳,16,位单片机,1.5单片机学习的预备知识,1.有符号数、无符号数,数值型数据主要分为两种形式：有符号数和无符号数。计算机或单片机中的数据用二进制表示，数的符号也只能用,0/1,表示。有符号数的最高有效位（,MBS,）为数的符号位，正数用,0,表示，负数用,1,表示，其余的数位表示该数的数值。无符号数表示的数是非负数，所有的二进制数码都表示数值，没有符号位。,2.原码、反码和补码,有符号数常用补码、原码和反码表示。用不同方式表示有符号数时，所得到的机器数可能不一样，但是真值应该是相同的。原码是符号数，即最高位为符号位，其余位表示数值的大小。规定正数的反码是其原码，负数的反码是对其原码逐位取反，但符号位除外。对于补码来说，正数的补码与其原码相同；负数的补码是在其反码加,1,。,3.单片机常用编码,（,1,）二,十进制编码（,BCD,码）,尽管十进制数可以转换成二进制数，但不便于识读。用四位二进制数表示十进制数的编码方式，称为二,十进制编码，即,BCD,码。其中最常用的是,8421BCD,码。,（,2,）,ASC,码,ASCII,是基于拉丁字母的一套电脑编码系统，是现今最通用的单字节编码系统。,ASCII,码使用,7,位二进制数编码来表示所有的大写和小写字母，数字,0,9,、标点符号，以及在美式英语中使用的特殊控制字符，最高位用于奇偶校验。,第,2,章 单片机硬件结构及工作原理,2.1,单片机的片内结构,2.2,单片机的封装与引脚,2.3 AT89S51,单片机的,CPU,2.4 AT89S51,单片机的最小系统,2.5,片内存储器结构,一,、,AT,AT89S51,单片机内部基本组成,2.1,单片机的片内结构,图,2.1 ATAT89S51,单片机内部基本组成,1,、中央处理器,CPU,2,、内部,RAM,3,、内部,ROM,4,、中断系统,5,、定时计数器,6,、串行口,7,、并行口,8,、,SFR,8,位,CPU,，包括运算器和控制器两大部分，具有运算控制功能，且有面向控制的处理功能，不仅可以处理字节数据，还可以处理位变量，即可实现按位操作。,89S51,单片机,共,256,个单元，用户使用前,128,个，用于存放数据（可读写），后,128,个单元被特殊功能寄存器占用，即,26,个,SFR,（,special function register,），片外最多可以扩展,64KB,。,片内,4K,，用于存放程序、原始数据和表格，片外最多可以扩展到,64KB,。,AT89S51,单片机内部使用,FLASH,作为,ROM,使用，提高了程序存储的灵活性，并支持更多次数的擦写。,5,个中断源（其中外部中断,2,个，定时计数器中断,2,个，串行中断,1,个），,2,个优先级。,2,个,16,位可编程定时器,/,计数器，具有,4,种工作方式，对内部时钟定时，对外部事件计数。,1,个全双工异步串行口，具有,4,种工作方式用来进行串行通信、多机连接。,4,个,8,位的并行,I/O,口。,共,26,个，用于,CPU,对片内各功能部件进行管理、控制、监视，即，片内各功能部件的控制、状态寄存器，是特殊功能的,RAM,区。,2.1,单片机的片内结构,单片机一般采用的双列直插的,DIP40,封装形式，也存在贴片形式的,PLCC44,和,PQFP44,封装形式，用于对尺寸要求较高的产品中。封装形式如,2.2,所示。,2.2.1,常用,IC,的封装形式,2.2,单片机的封装与引脚,DIP(Dual In-line Package),双列直插式封装,PQFP,PQFP(Plastic Quad Flat Package),塑料四方扁平封装,DIP,封装形式一般应用在开发板，要求芯片能够方便取下更换的场合，也应用在对尺寸要求不高的消费类产品中，对于初学者比较适合用,DIP,封装形式的芯片。,PLCC44,封装形式，也是应用于方便更换芯片的场合，这种封装配以芯片座使用，这种封装形式是芯片的管脚是向内弯曲的，属于表贴封装，更适合波峰焊机焊接的场合，它与,DIP,封装相比，体积小了很多。,PQFP44,封装适合于大批量生产且对产品尺寸要求较小的消费类产片中。这种封装形式不适合经常更换芯片，它采用的是粘帖的方式焊接在电路板上，对焊接工艺要求较高。这三种封装形式，,PQFP,形式的体积是最小的。,2.2,单片机的封装与引脚,1,、单片机引脚封装,2.2.2,AT89S51,单片机的引脚及功能,2.2,单片机的封装与引脚,图,2.3 AT89S51,单片机的引脚,2,、引脚功能介绍（,40,引脚）,（,1,）电源引脚，,Vcc,（,40,脚）接,+5V,，,Vss,（,20,脚）接地，单片机工作电源。,（,2,）时钟引脚，,XTAL1,、,XTAL2,，提供单片机时钟控制信号，接晶振。,（,3,）控制引脚,A,、,RST,（,9,脚）复位信号输入端，高电平有效。（持续时间大于,2,个机器周期）,在单片机正常工作时，此引脚应为,0.5V,的低电平。,B,、,ALE/PROG,（,30,脚）高电平时，输出地址锁存允许信号（可检测,51,的好坏）,低电平时，片内,EPROM,写信号脉冲，编程脉冲输入端。,C,、,PSEN,（,29,脚）输出脉冲负跳沿作为外部,ROM,的选通信号，可检测单片机上电后，,CPU,能否正常与外部,ROM,读取指令。,D,、,EA/Vpp,（,31,脚）,EA,接高电平时，,PC,访问内部,ROM,，,PC0FFFH,，自动访问外部,ROM,；接低电平时，不管是否有内部,ROM,，,PC,直接访问外部,ROM,。,Vpp,编程电压，,12V,；,8031,应用时,EA=0,，因为其无,ROM,（,4,）,I/O,口引脚,P0,口：双向,8,位三态,I/O,口，口输出位置是,OD,门，片内无上拉电阻，地址总线（低,8,位）、数据总线复用，帯载能力强，可驱动,8,个,LS,型,TTL,；,P1,、,P2,、,P3,口：,8,位准双向,I/O,口，各口片内有上拉电阻，帯载能力差，可驱动,4,个,LS,型,TTL,，作为输入时，要向该口先写,1,。,P2,：做地址总线高,8,位,P3,：双功能复用,2.2,单片机的封装与引脚,1,、功能 主要用来对操作数进行,算术、逻辑运算和位操作,。,2,、组成 主要包括,ALU,、累加器,A,、位处理器,C,、程序状态字寄存器,PSW,、,BCD,码修正电路,等。,（,1,）算术逻辑运算单元,ALU,8,位变量：与、或、异或、循环、求补、清零，加减乘除；,1,位变量：置位，清零，转移，求补，与、或、非。,（,2,）累加器,A,8,位，,Acc,，向,ALU,输入数据，即存放操作数，存放,ALU,运算结果，向,CPU,传送数据、中转。其进位标志,Cy,，位处理器（位累加器）。,（,3,）,PSW,8,位，地址：,D0H,，位于,SFR,区,表,2.1 PSW,的位说明,各位定义为：（从高到低）,CY,：进、借位标志。有进、借位时,CY=1,否则,CY=0,；可硬件或软件置,1,或清,0,；,AC,：辅助进位、借位标志；,BCD,运算时，低,4,位向高,4,位有进、借位，硬件控制；,F0,：用户标志位，由用户自己定义；,RS1,、,RS0,：当前工作寄存器组选择位；,OV,：溢出标志位。有溢出时,OV=1,，否则,OV=0,；,P,：奇偶标志位。,ACC,中结果有奇数个,1,时,P=1,，否则，,P=0,。,2.3 AT89S51,单片机的,CPU,2.3.1,运算器,2.3 AT89S51,单片机的,CPU,2.3.2,控制器,1,功能,识别指令，根据指令性质控制单片机各功能部件，执行指令。,2,组成,包括程序计数器,PC,、指令寄存器,IR,、指令译码器、条件转移逻辑电路及定时与控制逻辑。程序计数器,PC,为不可读不可写的,16,位特殊功能寄存器，用来存放下一条要执行的指令在程序存储器中的地址，其位数决定了单片机对,ROM,可直接寻址的范围，,16,位，,216=64K,。,2.3 AT89S51,单片机的,CPU,2.3.3,指令,执行的基本过程,单片机执行程序的过程，实际上就是执行我们所编制程序的过程。即逐条指令的过程。计算机每执行一条指令都可分为三个阶段进行。即取指令,-,分析指令,-,执行指令。,取指令的任务是：根据程序计数器,PC,中的值从程序存储器读出现行指令，送到指令寄存器。,分析指令阶段的任务是：将指令寄存器中的指令操作码取出后进行译码，分析其指令性质。如指令要求操作数，则寻找操作数地址。,执行程序的过程实际上就是逐条指令地重复上述操作过程，直至遇到停机指令可循环等待指令。,2.3 AT89S51,单片机的,CPU,2.3.3,指令,执行的基本过程,一般计算机进行工作时，首先要通过外部设备把程序和数据通过输入接口电路和数据总线送入到存储器，然后逐条取出执行。但单片机中的程序一般事先我们都已通过写入器固化在片内或片外程序存储器中。因而一开机即可执行指令。,开机时，程序计算器,PC,变为,0000H,。然后单片机在时序电路作用下自动进入执行程序过程。,2.3 AT89S51,单片机的,CPU,2.3.3,指令,执行的基本过程,当单片机开始运行时，首先是进入取指阶段，其次序是：,1,、程序计数器的内容（这时是,0000H,）送到地址寄存器；,2,、程序计数器的内容自动加,1,（变为,0001H,）；,3,、地址寄存器的内容（,0000H,）通过内部地址总线送到存储器，存储器中地址译码电路使地址为,0000H,的单元被选中；,4,、,CPU,使读控制线有效；,5,、在读命令控制下被选中存储器单元的内容（此时应为,74H,）送到内部数据总线上，因为是取指阶段，所以该内容通过数据总线被送到指令寄存器。,至此，取指阶段完成，进入译码分析和执行指令阶段。,2.4 AT89S51,单片机的最小系统,2.4.1,复位,电路,1,、复位的目的,使单片机或系统中其它部件处于某种确定的初始状态。,2,、复位电路,图,2.4,上电复位电路 图,2.5,按键复位和上电复位原理,2.4 AT89S51,单片机的最小系统,3,、单片机复位后的状态,复位后：,PC=0000H,，所以程序从,0000H,地址单元开始执行；,RAM,为随机值；,P0-P3=FFH,，端口定义为输入；,SP=07H,，第一个入栈内容将写入,08H,单元；,IP,、,IE,和,PCON,的有效位为,0,；,PSW=00H,，当前工作寄存器为,0,组；,其余的,SFR,均为,00H,。,2.4 AT89S51,单片机的最小系统,2.4.2,时钟电路与时序,一、时钟电路,时钟电路用于产生,51,单片机工作时必需的时钟控制信号，其内部的振荡电路是一个高增益反相放大器，引线,XTAL1,、,XTAL2,分别是放大器的输入和输出端。单片机内部虽然有振荡电路，因为有些功能器件无法集成到芯片里，要形成时钟，还须外部附加电路。时钟频率直接影响单片机速度，时钟电路质量直接影响系统的稳定性。时钟电路的设计有两种方式。,2.4 AT89S51,单片机的最小系统,2.4.2,时钟电路与时序,一、时钟电路,1,、内部时钟方式,利用芯片内部振荡电路。,外接晶振及电容构成并联谐振电路，晶振可选在,3MHz33MHz,之间；电容大小会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的速度、温度稳定性等。一般电容值选在,20pF100pF,之间，典型值为,30pF,左右（对应,12MHz,晶振）。,图,2.6,内部时钟方式原理,2.4 AT89S51,单片机的最小系统,2.4.2,时钟电路与时序,一、时钟电路,2,、外部时钟方式,利用外部振荡器信号源直接接入,XTAL1,或,XTAL2,。通常,XTAL1,接地，,XTAL2,接时钟，由于,XTAL2,逻辑电平不是,TTL,，故建议外接一个,4.7K10K,的上拉电阻。,图,2.7,外部时钟方式原理,2.4 AT89S51,单片机的最小系统,2.4.2,时钟电路与时序,二、时序,单片机执行指令是在,CPU,控制器的时序控制电路的控制下进行的，各种时序均与时钟周期有关。,1,、时钟周期,是单片机基本时间单位。若时钟晶振振荡频率为,fosc,，时钟周期,Tosc=1/fosc,2,、机器周期,CPU,完成一次基本操作所需要的时间称为机器周期。,Tcy=12/fosc,2.4 AT89S51,单片机的最小系统,2.4.2,时钟电路与时序,单片机常把指令的执行过程分为几个机器周期，每个机器周期完成一个基本操作。一个机器周期包括,12,个时钟周期，分为,6,个状态，,S1S6,，每个状态分为,2,拍：,P1,、,P2,。因此，一个机器周期中的,12,个时钟周期表示为,S1P1,、,S1P2,、,S2P1,、,S2P2,S6P6,。,3,、指令周期,执行完成一条指令所需的时间称为指令周期，以机器周期为单位，有单、双、四机器周期指令，指令按字节分为单、双、三字节指令。单、双字节指令一般占用单、双机器周期，三字节指令为双机器周期，只有乘、除指令占用,4,个机器周期。,2.4 AT89S51,单片机的最小系统,2.4.2,时钟电路与时序,4,、指令时序,计算机执行指令时通常将一条指令分成若干个微操作，这些微操作所对应的脉冲信号在时间上有严格的次序，微操作的时间次序称为指令时序。,ALE,输出地址锁存信号，有效一次，对应单片机的一次读指令操作。一个机器周期，,ALE,有效两次，宽度为一个状态，即两个时钟周期。,图,2.8 ATAT89S51,的机器周期,2.5,片内存储器结构,存储器就是用来存放数据的地方，它是利用电平的高低来存放数据的。,一片,64K,存储器有,65536,个单元，,51,单片机有,16,根地址线，要对它读写数据，就用到,8,根数据线，至于什么时候读写，就用读写控制端和片选控制端确定。,2.5,片内存储器结构,按功能存储器分为只读存储器,ROM,和随机存储器,RAM,。,RAM,：,CPU,能随机进行数据的写入和读出，用来存放暂时性的,I/O,数据、运算中间结果或用作堆栈。,ROM,：断电后，其中的信息保留不变，用来存放固定程序，如监控程序、表格等。,单片机中，,ROM,、,RAM,分成两个独立地址空间，称为哈佛结构。,2.5.1,程序,存储器,用来存放固定程序和常数、表格。程序存储器分为片内程序存储器和片外程序存储器两种，,AT89S51,单片机内部程序存储器的容量为,4K,字节，,AT89S51,单片机允许片外最大扩展到,64K,，程序存储器的机构图如图所示。,2.5,片内存储器结构,图,2.9,程序存储器结构,2.5.1,程序,存储器,2.5,片内存储器结构,图,2.10,中断入口地址,在程序存储器中有五个入口地址是固定的，即,0003H,、,000BH,、,0013H,、,001BH,、,0023H,，这,5,个入口地址即为中断的入口地址，也就是说，无论中断发生在任何地方，程序会自动生成一条长调用指令,LCALL,，指向这些入口地址。如图所示。所以在编写程序的时候要尽量避开这些固定的地址，以免造成程序错乱,2.5.1,程序,存储器,对程序存储器总结如下：,1,、取值范围：,PC,，,16,位，,64K,，,0000HFFFFH,；,2,、片内、片外,ROM,用,EA,引脚区分；,3,、,8031,的,ROM,全部外扩,64K,；,4,、片内、片外地址连续，内外加起来最多是,64K,，由,PC,决定；,5,、复位时，,PC=0000H,；,6,、,ROM,中某些单元被固定用于中断源的中断服务程序入口地址。,2.5,片内存储器结构,对程序存储器总结如下：,1,、取值范围：,PC,，,16,位，,64K,，,0000HFFFFH,；,2,、片内、片外,ROM,用,EA,引脚区分；,3,、,8031,的,ROM,全部外扩,64K,；,4,、片内、片外地址连续，内外加起来最多是,64K,，由,PC,决定；,5,、复位时，,PC=0000H,；,6,、,ROM,中某些单元被固定用于中断源的中断服务程序入口地址。,对程序存储器总结如下：,1,、取值范围：,PC,，,16,位，,64K,，,0000HFFFFH,；,2,、片内、片外,ROM,用,EA,引脚区分；,3,、,8031,的,ROM,全部外扩,64K,；,4,、片内、片外地址连续，内外加起来最多是,64K,，由,PC,决定；,5,、复位时，,PC=0000H,；,6,、,ROM,中某些单元被固定用于中断源的中断服务程序入口地址。,2.5.2,片,内数据存储器,128,个字节，地址,00H7FH,。可分为三大部分：,1,、,001FH,，通用工作寄存器区。,32,个字节，分成,4,个工作寄存器组，每组,8,个单元，工作寄存器，编号,R0R7,。当前工作寄存器组的机制便于快速现场保护。,PSW,的,RS1,、,RS0,决定当前工作寄存器组号。,2.5,片内存储器结构,表,2.2 4,组工作寄存器在片内数据存储器的位置,2.5.2,片,内数据存储器,2,、,20H2FH,，位寻址区,16,个单元，,128,位，构成,1,位处理机的存储器空间，单元中每一位都有地址，,007FH,，,16,个单元既可位寻址又可字节寻址。,3,、,30H7FH,，用户,RAM,区，共,80,个字节为通用,RAM,区。这些单元可以作为数据缓冲器使用。只能字节寻址。,2.5,片内存储器结构,图,2.11,片内数据存储器结构,2.5.3,特殊,功能寄存器,SFR,与,RAM,连续的后,128,个字节，地址,80HFFH,，,26,个,SFR,离散的分布在该区域，空的单元地址不能访问。双字节,SFR,可单字节分别使用。,26,个特殊功能寄存器的字节地址、位地址及复位值在表,2.3,中列出。,2.5,片内存储器结构,2.5.3,特殊,功能寄存器,2.5,片内存储器结构,表,2.3 SFR,名称及分布,2.5.3,特殊,功能寄存器,字节地址末位是,0,或,8,的,SFR,（共,11,个）具有位地址，共,83,个位地址。,SFR,功能上分为五部分：,1,、与运算器相关的寄存器,（,1,）累加器,ACC,，,8,位。向,ALU,提供操作数及存放运算结果；,（,2,）寄存器,B,，,8,位。主要用于乘、除法运算,;,（,3,）程序状态字寄存器,PSW,2.5,片内存储器结构,2.5.3,特殊,功能寄存器,2,、指针类寄存器,（,1,）堆栈指针,SP,，,8,位,SP,的内容指示出堆栈顶部在内部,RAM,中的位置。可指向内部,RAM007FH,。,51,堆栈结构属于向上生成型堆栈，有入栈和出栈两种操作。,遵循,“,先进后出，后进先出,”,的原则。堆栈常设在,30H-7FH,这一段,RAM,中。,堆栈操作遵循,“,后进先出,”,的原则。,堆栈的功能有：,保护断点,子程序调用或是中断调用保护主程序断点,现场保护,执行子程序调用或是中断调用保护主程序前将有关寄存器内容保护临时存数,2.5,片内存储器结构,2.5.3,特殊,功能寄存器,（,2,）数据指针,DPTR,，,16,位。用来存放,16,位的地址。,它由,4,个,8,位的寄存器,DP0H,和,DP0L,、,DP1H,和,DP1L,组成。间接寻址或变址寻址可访问片外的,64KB,范围的,RAM,或,ROM,数据。,（,3,）程序计数器,PC,。,16,位，内容是将要执行的指令的地址。,3,、与口相关的寄存器,并行,I/O,口，,P0,、,P1,、,P2,、,P3,锁存器，均为,8,位；所以访问,RAM,单元的指令均可访问,I/O,口，,I/O,端口与,RAM,统一编址；,串行口数据缓冲器,SBUF,；,串行口控制寄存器,SCON,；,串行通讯波特率倍增寄存器,PCON,。,4,、与中断相关的寄存器,中断允许控制寄存器,IE,；,中断优先级控制寄存器,IP,。,2.5,片内存储器结构,2.5.3,特殊,功能寄存器,5,、与定时器,/,计数器相关的寄存器,定时,/,计数器,T0,的两个,8,位计数初值寄存器,TH0,、,TL0,，它们可以构成,16,位的计数器，,TH0,存放高,8,位，,TL0,存放低,8,位；,定时,/,计数器,T1,的两个,8,位计数初值寄存器,TH1,、,TL1,，它们可以构成,16,位的计数器，,TH1,存放高,8,位，,TL1,存放低,8,位；,定时,/,计数器的工作方式寄存器,TMOD,；,定时,/,计数器的控制寄存器,TCON,。,6,、位地址空间,共,211,个寻址位的位地址，包括：,1,、,RAM,中,20H2FH,的,16,个单元，,128,位；,2,、,SFR,中单元地址可被,0,或,8,整除的,SFR,，共,83,个位，每一单元最低位地址等于其字节地址。,2.5,片内存储器结构,2.5.4,外部,数据存储器,外部数据存储器地址,0000HFFFFH,，,64KB.,2.5,片内存储器结构,图,2.12,片外数据存储器结构,1,、地址重叠,ROM,、,RAM,全部,64K,空间地址重叠。,51,采用不同操作指令及,EA,控制来区分。,第,3,章,KEIL C51,编程基础,3.1 Keil C51,简介,3.2 C51,程序设计基础,3.1 Keil C51,简介,针对,51,系列单片机的,C,语言编程,(,俗称,C51),的编译器称为,C51,编译器。目前，,51,单片机中功能先进、完善且应用范围广泛的,C51,编译器是,Keil C51,。,Keil C51,简称,C51,，是面向单片机及其硬件控制系统的开发工具，利用,C51,编写的程序最后要转换成机器码，并下载到单片机中运行。,3.1.1 C51与标准C,的异同,C51,虽然继承了标准,C,语言的绝大部分的特性，而且基本语法相同。特定的硬件结构上有所扩展，如关键字,sbit,、,data,、,idata,、,xdata,、,code,等。,应用,C51,特别要注重对系统资源的理解，因为单片机的系统资源相对,PC,