STC15单片机基础解析

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1、增强型增强型8051单片机原理与系统开发单片机原理与系统开发C51电子教案电子教案-01 单片机基础单片机基础 一、课程的性质和目的一、课程的性质和目的 v 机电类专业学生必修、专业基础课；v 强调应用实践，理论结合实际，理解基本概念，能利用单片机解决实际问题；v 掌握单片机的结构、C51语言程序设计、调试方法；v 能调试程序，掌握常见故障的检测方法、故障排除方法，具备初步的程序设计能力二、课时分配及教学内容二、课时分配及教学内容序号序号课题（或项目）课题（或项目）教学时数教学时数讲讲 授授实实 践践复习测验复习测验1项目准备1222流水灯的设计与制作6223时钟的设计与制作14224设计制作

2、红外报警器12225设计制作串行通讯小系统62小 计50106机 动2合计课时68学 分4三、考核方式和成绩评价标准三、考核方式和成绩评价标准 考核内容比例考核方法备注作业15%正确性、工整性和按时完成（预计作业次数10次）5分制，加权平均课堂提问10%加分体制，主动发言加1分，正确加4分，课代表记录实验报告（成绩）20%正确性、完成速度、创新性，报告工整性（4次实验报告）5分制，加权平均出勤率5%扣分法，每次1分（校、院集体活动和有假条除外），课代表记录超过三次，不能参加考试考试(期终)50%参加全校统考，成绩低于60分（卷面总分100分），需补考统一试卷、按课改调整q课程特点课程特点知识点

3、既分散又连贯，结构和指令系统是基础；与电子线路尤其是数字电子线路关系密切；学习方法学习方法预习、复习；多动手（硬件、软件实验）；多看参考书(包括利用网上资料)；其它（上课、作业、答疑）。答疑和相关资料，兴趣小组第第1 1章章 单片机系统基础知识单片机系统基础知识 q1.1 1.1 概述概述 q1.1.1 单片机的基本概念单片机的基本概念1.微处理器的概念微处理器的概念qMPUMPU是微处理器的缩写（是微处理器的缩写（MicroprocessorMicroprocessor），简称），简称为为MPMP。MPUMPU是集成在同一块芯片上的具有运算和控制是集成在同一块芯片上的具有运算和控制功能逻辑的

4、中央处理器。微处理器不仅是构成微型计功能逻辑的中央处理器。微处理器不仅是构成微型计算机、单片微型计算机系统、嵌入式系统的核心部件，算机、单片微型计算机系统、嵌入式系统的核心部件，而且也是构成多微处理器系统和现代并行结构计算机而且也是构成多微处理器系统和现代并行结构计算机的基础。的基础。q1.1.1 单片机的基本概念单片机的基本概念2微型计算机的概念微型计算机的概念q微型计算机（microcomputer）是指由微处理器加上采用大规模集成电路制成的程序存储器和数据存储器，以及与输入/输出设备相连接的I/O接口电路，微型计算机简称MC。q1.1.1 单片机的基本概念单片机的基本概念q3单片机的基本

5、概念单片机的基本概念单片机SCMC(Single Chip MicroComputer)属于微型机的一种 具有一般微机的基本组成和功能其它名称：微控制器MCU（MicroController Unit）嵌入式微控制器（embedded microcontroller）单片机是单片微型计算机的简称，也就是把微处理器（CPU）、一定容量的程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）、输入/输出接口（I/O）、时钟及其它一些计算机外围电路，通过总线连接在一起并集成在一个芯片上，构成的微型计算机系统。q1.1.1 单片机的基本概念单片机的基本概念4嵌入式系统的基本概念嵌入式系统的基本概念 嵌入式系统泛指

6、嵌入于宿主设备的系统中，嵌入的目的主要是用智能化提升宿主设备的功能。嵌入式系统是以应用技术产品为核心，以计算机技术为基础，以通信技术为载体，以消费类产品为对象，引入各类传感器加入，进入Internet网络技术的连接，而适应应用环境的产品。特点：（1）嵌入式微处理器对实时多任务有很强的支持能力；（2）嵌入式微处理器具有功能很强的存储区保护功能。（3）嵌入式微处理器功耗很低，q1.1.1 单片机的基本概念单片机的基本概念5SOC的基本概念的基本概念qSOCSOC是片上系统的简称。所谓是片上系统的简称。所谓SOCSOC是一种高度集成化、是一种高度集成化、固件化的系统集成技术。使用固件化的系统集成技术

7、。使用SOC技术设计系统的核技术设计系统的核心思想，就是要把整个应用电子系统全部集成在一个心思想，就是要把整个应用电子系统全部集成在一个芯片中。在使用芯片中。在使用SOC技术设计应用系统时，除了那些技术设计应用系统时，除了那些无法集成的外部电路或机械部分以外，其他所有的系无法集成的外部电路或机械部分以外，其他所有的系统电路全部集成在一起。统电路全部集成在一起。1.1.2 单片机的发展概况单片机的发展概况q1单片机的发展阶段单片机的发展阶段q（1）单片机的初级阶段 q（2）单片机的中级（成熟）阶段 q（3）单片机的高级（发展）阶段 1.1.3 单片机的特点和应用 q1.单片机的特点单片机的特点q

8、（1）体积小、使用灵活、成本低、易于产业化。q（2）可靠性好，适应温度范围宽。q（3）易扩展，很容易构成各种规模的应用系统、控制功能强。q（4）系统内无监控或系统管理程序。2单片机的应用单片机的应用 q（1）测控系统q（2）智能仪器仪表 q（3）通讯产品 q（4）民用产品 q（5）军用产品 q（6）计算机外部设备 1.2.1 MCS-51单片机的功能结构及特点单片机的功能结构及特点 图图1-1 MCS-51(增强型增强型)单片机功能结构图单片机功能结构图时钟信号源时钟信号源外部事件信号外部事件信号BUS时钟电路时钟电路8KB FlashROM256B RAM128B SFR16位位3个个定时定

9、时/计数器计数器64KB总线总线扩展控制器扩展控制器可编程可编程并行口并行口可编程全可编程全双工串行口双工串行口CPU中断控制器中断控制器外中断外中断8位位4个并行口个并行口串行通信串行通信总线控制总线控制BUS1.2.1 MCS-51单片机的功能结构及特点单片机的功能结构及特点 MCS-51单片机内部主要包括单片机内部主要包括9个部分：个部分：一个一个8位的微处理器位的微处理器CPU 8KB的片内的片内程序存储器程序存储器Flash ROM 256B的片内的片内数据存储器数据存储器RAM、128B特殊功能特殊功能寄存器寄存器（SFR）3个个16位的位的定时器定时器/计数器计数器 有一个管理有

10、一个管理6个中断源的个中断源的中断控制器中断控制器 4个个8位位并行并行I/O端端 一个全双工的一个全双工的串行接口串行接口（UART）片内片内振荡电路和时钟发生器振荡电路和时钟发生器 可扩展可扩展64KB程序、程序、64KB数据存储器的数据存储器的三总三总线控制电路线控制电路1.2.2 MCS-51单片机的内部原理结构单片机的内部原理结构MCS-51单片机的内部原理结构如图单片机的内部原理结构如图1-2所所示。示。与图与图1-1比较，比较，主要的区别是画出了主要的区别是画出了CPU的内部结构的内部结构，图中的中间部分除了，图中的中间部分除了“定时器、定时器、串行口串行口”大方框之外都属于大方

11、框之外都属于CPU部件。部件。下面先介绍下面先介绍CPU部分，对于其它部件，部分，对于其它部件，将在本章和后面的章节讲解。将在本章和后面的章节讲解。图图1-2 MCS-51(增强型增强型)单片机原理结构图单片机原理结构图XTAL2 XTAL1P3.0P3.7P1.0P1.7RAM地址地址端口端口0驱动器驱动器端口端口2驱动驱动器器8KB FlashROM端口端口0锁存器锁存器端口端口2锁存锁存器器端口端口1驱动器驱动器端口端口3驱动器驱动器端口端口1锁存器锁存器端口端口3锁存器锁存器暂存器暂存器1SPPSWB寄存器寄存器暂存器暂存器2ACC256BRAM128B SFR缓冲器缓冲器PC加加1P

12、C程序地址寄存器程序地址寄存器DPTR定时器、串行口定时器、串行口中断部件及中断部件及特殊功能寄存器特殊功能寄存器地址总线地址总线数据总线数据总线P2.0P2.7Vcc GND指令寄存器指令寄存器指令译码器指令译码器指令控制器指令控制器P0.0P0.7PSENALEEA RST ALU1.2.3 MCS-51单片机的单片机的CPU MCS-51单片机内部有一个功能强大的单片机内部有一个功能强大的8位位CPU，它包含两个基本部分，运算器和控，它包含两个基本部分，运算器和控制器。制器。一、运算器一、运算器运算器包括：运算器包括：算术和逻辑运算部件算术和逻辑运算部件ALU（Arithmetic Lo

13、gic Unit）以及以及累加器累加器ACC、寄存器寄存器B、暂存器暂存器1、暂暂存器存器2、程序状态字寄存器、程序状态字寄存器PSW、布尔处理布尔处理器器等。等。1.2.3 MCS-51单片机的单片机的CPU1、算术逻辑运算部件、算术逻辑运算部件ALUALU可以对可以对4位（半字节）、位（半字节）、8位（一字节）位（一字节）和和16位（双字节）数据进行操作。位（双字节）数据进行操作。这些操作可以是：这些操作可以是：算术运算：算术运算：加、减、乘、除、加加、减、乘、除、加1、减、减1、BCD码数的十进制调整及比较等；码数的十进制调整及比较等；逻辑运算：逻辑运算：与、或、异或、求补及循环与、或、

14、异或、求补及循环移位等。移位等。1.2.3 MCS-51单片机的单片机的CPU2、累加器、累加器ACCACC在在CPU结构中占有特殊的位置，所以结构中占有特殊的位置，所以ACC在指令中使用的非常多。在指令中使用的非常多。ACC既做源操作数又做目的操作数既做源操作数又做目的操作数，如在，如在加、减、乘、除算术运算指令中，在与、或、加、减、乘、除算术运算指令中，在与、或、异或、循环移位逻辑运算指令等。异或、循环移位逻辑运算指令等。ACC也作为通用寄存器使用也作为通用寄存器使用，并且可以按，并且可以按位操作，所以位操作，所以ACC是一个用处最多、最忙碌是一个用处最多、最忙碌的寄存器。的寄存器。在指令

15、中用助记符在指令中用助记符A来表示来表示。1.2.3 MCS-51单片机的单片机的CPU4、程序状态字、程序状态字PSW功能：功能：用于设定用于设定CPU的状态和指示指令的状态和指示指令执行后的状态执行后的状态。PSW相当于其它微处理器中的相当于其它微处理器中的标志寄存标志寄存器器。格式如下：。格式如下：PSW(D0H)D7D6D5D4D3D2D1D0CYACF0RS1 RS0 OVF1P图图1-3 程序状态字程序状态字PSW格式格式1.2.3 MCS-51单片机的单片机的CPUCY（PSW.7）：）：进位、借位标志进位、借位标志在做位操作在做位操作（布尔操作）（布尔操作）时时CY作作 为位累

16、加器为位累加器。在指令中用。在指令中用C代替代替CYAC（PSW.6）：）：半进位、半借位标志半进位、半借位标志，也称为辅助进位标志也称为辅助进位标志F0、F1（PSW.5、PSW.1）：）：用户标志位用户标志位，留给用户使用留给用户使用D7D6D5D4D3D2D1D0CYACF0RS1 RS0 OVF1P1.2.3 MCS-51单片机的单片机的CPUOV（PSW.2）：）：溢出标志位溢出标志位有以下几种情况：有以下几种情况：加减运算：加减运算：OV1表示结果超出了表示结果超出了8位有符号数位有符号数的有效范围（的有效范围（128127），对无符号数），对无符号数OV没有意义。没有意义。无符号

17、数乘法运算：无符号数乘法运算：OV1表明结果超出了表明结果超出了8位数位数 无符号数除法运算：无符号数除法运算：OV1表明除数为表明除数为01.2.3 MCS-51单片机的单片机的CPUP（PSW.0）：）：累加器累加器A的奇偶标志位的奇偶标志位P表示累加器表示累加器A中中1的个数的奇偶性的个数的奇偶性P1，A中有奇数个中有奇数个1P0，A中有偶数个中有偶数个12.1.3 MCS-51单片机的单片机的CPURS1、RS0（PSW.4 和和PSW.3）：）：工作寄工作寄存器组选择控制位。存器组选择控制位。工作寄存器工作寄存器：R0、R1、R7表表2-1 RS1、RS0的组合关系的组合关系RS1

18、RS0工作寄存器组工作寄存器组 片内片内RAM地址地址0 0第第0组组00H07H0 1第第1组组08H0FH1 0第第2组组10H17H1 1第第3组组18H1FH1.2.3 MCS-51单片机的单片机的CPU5、布尔处理器、布尔处理器 布尔处理器以布尔处理器以PSW中的进位标志位中的进位标志位CY作为作为位累加器位累加器（用（用C表示）。表示）。功能：功能：专门用于处理位操作专门用于处理位操作。MCS-51单片机有丰富的位处理指令：单片机有丰富的位处理指令：如置位、位如置位、位清清0、位取反、判断位值（为、位取反、判断位值（为1或为或为0）转移，）转移，以及通过以及通过C（指令中用（指令中

19、用C代替代替CY）做位数据传）做位数据传送、位逻辑与、位逻辑或等位操作。送、位逻辑与、位逻辑或等位操作。1.2.3 MCS-51单片机的单片机的CPU二、控制器二、控制器控制器控制器包括包括程序计数器程序计数器PC、指令寄存器、指令寄存器IR、指令译码器指令译码器ID，以及，以及时钟控制时钟控制逻辑、堆栈指逻辑、堆栈指针针SP、地址指针、地址指针DPTR等。等。1、程序计数器、程序计数器PCPC是一个是一个具有自加具有自加1功能的功能的16位的计数器位的计数器PC的内容是将要执行的的内容是将要执行的下一条指令的地下一条指令的地址址改变改变PC的内容就改变了程序执行的顺序的内容就改变了程序执行的

20、顺序2.1.3 MCS-51单片机的单片机的CPU2、指令寄存器、指令寄存器IR和指令译码器和指令译码器IDIR：存放从存放从Flash ROM中读取的指令中读取的指令ID：进行译码，产生一定序列的控制信号，进行译码，产生一定序列的控制信号，完成指令所规定的操作。完成指令所规定的操作。3、堆栈、堆栈（1）堆栈的概念）堆栈的概念堆栈是在堆栈是在RAM中专门开辟的一个特殊用中专门开辟的一个特殊用途的存储区途的存储区。（2）堆栈的访问原则）堆栈的访问原则：“先进后出先进后出”、“后进先出后进先出”。即先进入堆栈的数据后移出。即先进入堆栈的数据后移出堆栈，即后进入堆栈的数据先移出堆栈。堆栈，即后进入堆

21、栈的数据先移出堆栈。2.1.3 MCS-51单片机的单片机的CPU（3）堆栈的结构）堆栈的结构堆栈的一端的地址是固定的，称为堆栈的一端的地址是固定的，称为栈底栈底；另一端的地址是动态变化的，称为另一端的地址是动态变化的，称为栈顶栈顶。（4）堆栈的操作方式）堆栈的操作方式堆栈有两种操作方式堆栈有两种操作方式：数据：数据进栈进栈和数据和数据出栈出栈。，这就必然，这就必然是按照是按照“先进后出先进后出”、“后进先出后进先出”的方的方式存取数据。式存取数据。2.1.3 MCS-51单片机的单片机的CPU（5）堆栈的应用）堆栈的应用主要是用来暂时存放数据，主要是用来暂时存放数据，有两种情况有两种情况使用

22、堆栈：使用堆栈：一是一是CPU自动使用堆栈自动使用堆栈，当调用子程序，当调用子程序或响应中断，处理中断服务程序时，或响应中断，处理中断服务程序时，CPU自自动将动将返回地址存放到堆栈返回地址存放到堆栈中；中；通过堆通过堆栈传递参数栈传递参数。二是程序员使用堆栈二是程序员使用堆栈，用堆栈暂时存放，用堆栈暂时存放数据。数据。1.2.3 MCS-51单片机的单片机的CPU4、堆栈指针、堆栈指针SP堆栈指针堆栈指针SP（Stack Pointer）中为栈顶的中为栈顶的地址地址，即，即SP指向栈顶指向栈顶。SP是访问堆栈的间址寄存器是访问堆栈的间址寄存器SP具有自动加具有自动加1、自动减、自动减1功能功

23、能。当数据。当数据进栈时，进栈时，SP先自动加先自动加1，然后，然后CPU将数据存将数据存入；入；当数据出栈时，当数据出栈时，CPU先将数据送出，先将数据送出，然后然后SP自动减自动减1。1.2.3 MCS-51单片机的单片机的CPU下图是数据进栈的情况下图是数据进栈的情况数据从栈顶进入数据从栈顶进入 开始状态开始状态 58进栈后的状态进栈后的状态A6,7B进栈后的状态进栈后的状态E7E7E7E6E6E6SPE5SPE5SPE5E1E4E2E4E4E4E3E3E3E2E258E236E136E136E121E021E021E058A67B1.2.3 MCS-51单片机的单片机的CPU由于进栈时

24、由于进栈时SP的值增加，即的值增加，即堆栈向地址堆栈向地址大的方向生长大的方向生长，并且，并且栈顶是有效数据栈顶是有效数据，这，这种堆栈是种堆栈是满递增型堆栈满递增型堆栈。7B出栈后的状态出栈后的状态A6、58、36出栈后的状态出栈后的状态E7E7E6E6SPE5SPE5E37BE4E07BE4A6E3A6E358E258E236E136E121E021E07BA658361.2.3 MCS-51单片机的单片机的CPU5、数据指针、数据指针DPTRDPTR是唯一的是唯一的16位寄存器位寄存器。DPTR既可以作为一个既可以作为一个16位寄存器使用，位寄存器使用，也可以作为两个独立的也可以作为两个

25、独立的8位寄存器使用位寄存器使用。其。其高字节寄存器用高字节寄存器用DPH表示，低字节寄存器用表示，低字节寄存器用DPL表示。表示。DPTR的用途：的用途：(1)主要用于存放主要用于存放16位地位地址址，以便对，以便对64KB的片外的片外RAM和和64KB的程序的程序存储空间作间接访问。存储空间作间接访问。(2)其次用于存放数其次用于存放数据据，作为一般寄存器使用。，作为一般寄存器使用。图图1-2 MCS-51(增强型增强型)单片机原理结构图单片机原理结构图XTAL2 XTAL1P3.0P3.7P1.0P1.7RAM地址地址端口端口0驱动器驱动器端口端口2驱动驱动器器8KB FlashROM端

26、口端口0锁存器锁存器端口端口2锁存锁存器器端口端口1驱动器驱动器端口端口3驱动器驱动器端口端口1锁存器锁存器端口端口3锁存器锁存器暂存器暂存器1SPPSWB寄存器寄存器暂存器暂存器2ACC256BRAM128B SFR缓冲器缓冲器PC加加1PC程序地址寄存器程序地址寄存器DPTR定时器、串行口定时器、串行口中断部件及中断部件及特殊功能寄存器特殊功能寄存器地址总线地址总线数据总线数据总线P2.0P2.7Vcc GND指令寄存器指令寄存器指令译码器指令译码器指令控制器指令控制器P0.0P0.7PSENALEEA RST ALU1.2.3 STC15W4K单片机的内部结构单片机的内部结构1.2.3

27、STC15W4K单片机的引脚图单片机的引脚图供电1.3 MCS-51单片机的存储器结构单片机的存储器结构主要内容主要内容1.3.1 程序存储器结构程序存储器结构1.3.2 片内数据存储器结构片内数据存储器结构1.3.3 片外数据存储器结构（略）片外数据存储器结构（略）MCS-51单片机存储器概述单片机存储器概述1、单片机的哈佛结构存储器、单片机的哈佛结构存储器MCS-51单片机为哈佛结构：单片机为哈佛结构：程序存储器程序存储器ROM和数据存储器和数据存储器RAM分开编址分开编址PC机为偌依曼：机为偌依曼：ROM和和RAM统一编址统一编址程序存储器：程序存储器：固化程序、常数和数据表固化程序、常

28、数和数据表数据存储器：数据存储器：存放程序运行中产生的各种存放程序运行中产生的各种数据、用作堆栈等数据、用作堆栈等 2、单片机的存储器空间及分类、单片机的存储器空间及分类MCS-51单片机有单片机有4个存储空间：个存储空间：片内片内程序存储器、片内数据存储器，片外程序存程序存储器、片内数据存储器，片外程序存储器、片外数据存储器。储器、片外数据存储器。4个存储空间可以分成三类：个存储空间可以分成三类：片内数据片内数据存储空间（存储空间（256B的的RAM和和128B的特殊功能寄的特殊功能寄存器）、片外数据存储空间（存器）、片外数据存储空间（64KB）、片内）、片内和片外统一编址的程序存储空间和片

29、外统一编址的程序存储空间（64KB）不同类型的存储空间，有各自的寻址方式不同类型的存储空间，有各自的寻址方式和访问指令和访问指令。1.3.1 程序存储器结构程序存储器结构一、程序存储器结构一、程序存储器结构51基本型片内有基本型片内有4KB的的Flash ROM，地址，地址为为0000H0FFFH，片外最多可以扩展，片外最多可以扩展60KB，地址为地址为1000HFFFFH。增强型片内有增强型片内有8KB的的Flash ROM，地址为，地址为0000H1FFFH，片外最多可以扩展，片外最多可以扩展56KB，地，地址为址为2000HFFFFH，片内外是统一编址的。，片内外是统一编址的。程序存储器

30、空间的配置如图程序存储器空间的配置如图1-7所示所示1.3.1 程序存储器结构程序存储器结构图图1-7 MCS-51单片机程序存储空间的配置单片机程序存储空间的配置片片 外外ROM片片 内内ROMEA=1片片 外外ROMEA=00000H0FFFH1000HFFFFH（a）片内有）片内有4KB的的ROM （b）片内有）片内有8KB的的ROM片片 外外ROM片片 内内ROMEA=1片片 外外ROMEA=00000H1FFFH2000HFFFFH1.3.1程序存储器结构程序存储器结构单片机在执行指令时，单片机在执行指令时，对于低地址部分，对于低地址部分，究竟是从究竟是从片内程序存储器片内程序存储器

31、取指令取指令，还是从片，还是从片外程序存储器取指令？外程序存储器取指令？决定于程序存储器选择引脚决定于程序存储器选择引脚EA的电平：的电平：EA接低电平，读片外程序存储器接低电平，读片外程序存储器EA接高电平，接高电平，CPU从片内程序存储器从片内程序存储器取指令。取指令。当取指令的地址大于片内存储器的最大地当取指令的地址大于片内存储器的最大地址时，址时，CPU自动转到片外程序存储器取指令自动转到片外程序存储器取指令。1.3.1程序存储器结构程序存储器结构二、程序存储器的专用区域二、程序存储器的专用区域用作复位和中断入口用作复位和中断入口表表2-3 ROM中专用存储区域中专用存储区域存储单元存

32、储单元应应 用用0000H0002H复位后引导程序地址复位后引导程序地址0003H000AH外中断外中断0000BH0012H定时器定时器0中断中断0013H001AH外中断外中断1001BH0022H定时器定时器1中断中断0023H002AH串行口中断串行口中断002BH0032H定时器定时器2中断（增强型机）中断（增强型机）2.3.1 程序存储器结构程序存储器结构中断向量：中断向量：即中断入口地址。即中断入口地址。如下表如下表注意区分：注意区分：中断入口地址、中断入口地址、中断服务程中断服务程序入口地址序入口地址、中断服务程序。、中断服务程序。表表2-4 中断向量表中断向量表中中 断断 源

33、源中断入口地址中断入口地址外中断外中断00003H定时器定时器0中断中断000BH外中断外中断10013H定时器定时器1中断中断001BH串行口中断串行口中断0023H定时器定时器2中断（增强型机）中断（增强型机）002BH2.3.1 程序存储器结构程序存储器结构C语言编程所考虑的问题语言编程所考虑的问题如果用如果用C语言编写程序，不需要考虑语言编写程序，不需要考虑以上这些问题，即以上这些问题，即不用考虑引导程序问不用考虑引导程序问题题，中断入口与跳转问题中断入口与跳转问题，这些问题均，这些问题均由编译系统安排好。由编译系统安排好。main()函数起到引导程序的作用函数起到引导程序的作用。对于

34、中断处理，只要按照格式编写中对于中断处理，只要按照格式编写中断处理函数即可断处理函数即可（见第（见第4章）。章）。2.3.2 片内数据存储器结构片内数据存储器结构片内数据存储器按照寻址方式，可以分片内数据存储器按照寻址方式，可以分为三个部分为三个部分：低：低128字节数据区，高字节数据区，高128字节字节数据区，特殊功能寄存器区。如下图所示。数据区，特殊功能寄存器区。如下图所示。低低128B RAMdata区区特殊功能特殊功能寄存器寄存器80HFFH00H7FH（a）89C51片内片内RAM低低128BRAMdata区区高高128BRAMidata区区特殊功能特殊功能寄存器寄存器00H7FH8

35、0HFFH80HFFH（b）增强型单片机片内）增强型单片机片内RAM2.3.2 片内数据存储器结构片内数据存储器结构一、低一、低128字节字节RAM地址范围：地址范围：00H7FH，128字节字节应用特点：应用特点：有多种用途、且使用最频繁有多种用途、且使用最频繁功能作用：功能作用：分为三个区域，分为三个区域，即工作寄存即工作寄存器区、位寻找区、通用数据区。器区、位寻找区、通用数据区。寻址方式：寻址方式：直接、间接、位寻址直接、间接、位寻址低低128字节字节RAM的配置如图的配置如图1-9所示。所示。7F30堆栈和堆栈和数据缓存数据缓存通通用用数数据据区区2F20位地址为位地址为00H7FH（

36、128位位）位位寻寻址址区区1F18R0、R1R7（第（第3组）组）工工1710R0、R1R7（第（第2组）组）作作寄寄0F08R0、R1R7（第（第1组）组）存存器器0700R0、R1R7（第（第0组）组）区区图图1-9 低低128字节字节RAM区区1.3.1片内数据存储器结构片内数据存储器结构1、工作寄存器区、工作寄存器区范围：范围：地址从地址从00H到到1FH，共，共32字节。字节。分分4个组：个组：第第0组、第组、第1组、第组、第2组、第组、第3组组工作寄存器名：工作寄存器名：R0、R1R7。不同的组对应的不同的组对应的8个寄存器的地址不同，个寄存器的地址不同，如表如表2-1所示。所示

37、。工作寄存器组的选择：工作寄存器组的选择：决定于程序状态字决定于程序状态字PSW的的RS1和和RS0位位。见表。见表2-1。C语言下选寄存器组：语言下选寄存器组：在定义函数时，通过在定义函数时，通过使用关键字使用关键字“using”来选择来选择(如如using m)。1.3.1片内数据存储器结构片内数据存储器结构2、位寻址区、位寻址区范围：范围：字节地址从字节地址从20H到到2FH，16字节。字节。位地址：位地址：00H到到7FH，128位位。用途：用途：既可以做位操作，也可以字节操作。既可以做位操作，也可以字节操作。C语言编程：语言编程：用关键字用关键字“bit”定义的位变量定义的位变量在该

38、区域；在该区域；用关键字用关键字“bdata”将一般变量定义将一般变量定义在该区域在该区域，并且定义的变量还可以进行位寻址。，并且定义的变量还可以进行位寻址。1.3.1片内数据存储器结构片内数据存储器结构3、通用数据区、通用数据区范围：范围：地址从地址从30H到到7FH，共，共80字节。字节。用途：用途：用于堆栈、存放数据、存放程序运用于堆栈、存放数据、存放程序运行时的中间结果等行时的中间结果等。4、寻址方式、寻址方式直接、间接、位寻址方式访问直接、间接、位寻址方式访问直接、间接范围：直接、间接范围：字节地址从字节地址从00H到到7FH位寻址范围：位寻址范围：字节地址从字节地址从20H到到2F

39、H，16字节；位地址字节；位地址00H到到7FH、128位位1.3.1 片内数据存储器结构片内数据存储器结构二、高二、高128字节字节RAM地址范围：地址范围：80HFFH，128字节字节用途：用途：与低与低128字节中的字节中的30H到到7FH完全一完全一样，样，用于堆栈、存放程序运行时的数据和中用于堆栈、存放程序运行时的数据和中间结果等间结果等。寻址方式：寻址方式：间接访问间接访问。C语言编程：语言编程：使用关键字使用关键字“idata”定义变量定义变量 1.3.1 片内数据存储器结构片内数据存储器结构三、特殊功能寄存器（三、特殊功能寄存器（SFR）也称为也称为专用寄存器专用寄存器，是单片

40、机中最重要，是单片机中最重要的部分。的部分。地址范围：地址范围：80HFFH，128字节字节功能作用：功能作用：控制单片机各个部件的运行控制单片机各个部件的运行反映各部件的运行状态反映各部件的运行状态存放数据或地址存放数据或地址寻址方式：寻址方式：直接访问直接访问1.3.1 片内数据存储器结构片内数据存储器结构1、具体特殊功能寄存器具体特殊功能寄存器SFR的数量：的数量：基本型只有基本型只有21个，增强型有个，增强型有27个；分别有个；分别有11个、个、12个可以按位操作个可以按位操作。（1）与）与CPU相关的相关的（7个）个）PWS*：程序状态寄存器：程序状态寄存器A*：累加器：累加器B*：

41、辅助运算寄存器：辅助运算寄存器SP：堆栈指针：堆栈指针PCON：电源控制寄存器：电源控制寄存器DPL、DPH：数据指针的低字节、高字节：数据指针的低字节、高字节1.3.1 片内数据存储器结构片内数据存储器结构（2）与定时器相关的）与定时器相关的（12个）个）TMOD：模式寄存器：模式寄存器TCON*：控制寄存器：控制寄存器TL0、TH0：T0低低8位、高位、高8位计数器位计数器TL1、TH1：T1低低8位、高位、高8位计数器位计数器T2MOD：T2模式寄存器模式寄存器T2CON*：T2控制寄存器控制寄存器TL2、TH2：T2低低8位、高位、高8位计数器位计数器RCAP2L、RCAP2H：T2捕

42、获寄存器捕获寄存器1.3.1 片内数据存储器结构片内数据存储器结构（3）与中断相关的）与中断相关的（2个）个）IE*：中断允许（控制）寄存器：中断允许（控制）寄存器IP*：中断优先级寄存器：中断优先级寄存器（4）与串行口相关的）与串行口相关的（2个）个）SCON*：串行口控制寄存器：串行口控制寄存器SBUF：串行口数据缓冲寄存器，：串行口数据缓冲寄存器，2个个（5）与）与I/O口相关的口相关的（4个）个）P0*、P1*、P2*、P3*4个并行口映射寄存器个并行口映射寄存器1.3.2 片内数据存储器结构片内数据存储器结构2、一些最重要的寄存器、一些最重要的寄存器在表在表2-5中有格式的特殊功能寄

43、存器最重中有格式的特殊功能寄存器最重要，它们是（要，它们是（9个）：个）：PSW*、IE*、IP*、TCON*、TMODPCON、SCON*、T2CON*、T2MOD应用单片机，主要就是掌握这应用单片机，主要就是掌握这9个有格式个有格式的特殊功能寄存器，对基本型仅有的特殊功能寄存器，对基本型仅有7个。个。符号单元地址名称位地址符号地址*ACCE0H累加器ACC.7ACC.0E7HE0H*BF0H乘法寄存器B.7B.0F7HF0H*PSWD0H程序状态字PSW.7PSW.0D7HD0H SP81H堆栈指针 DPL82H数据存储器指针(低8位)DPH83H数据存储器指针(高8位)*IEA8H中断允

44、许控制器IE.7IE.0AFHA8H*IPB8H中断优先控制器IP.7IP.0BFHB8H*P080H通道0P0.7P0.087H80H*P190H通道1P1.7P1.097H90H*P2A0H通道2P2.7P2.0A7HA0H*P3B0H通道3P3.7P3.0B7HB0H PCON87H电源控制及波特率选择 *SCON98H串行口控制SCON.7SCON.09FH98H SBUF99H串行数据缓冲器 *TCON88H定时控制TCON.7TCON.08FH88H TMOD89H定时器方式选择 TL08AH定时器0低8位 TL18BH定时器1低8位 TH08CH定时器0高8位 TH18DH定时器

45、1高8位 内部数据存储器高内部数据存储器高128单元单元 表 2 3 MCS-51专用寄存器一览表1.3.1 片内数据存储器结构片内数据存储器结构3、特殊功能寄存器在、特殊功能寄存器在C语言中的表示语言中的表示这些特殊功能寄存器及各位位名在汇编这些特殊功能寄存器及各位位名在汇编语言中能够识别，但在语言中能够识别，但在C语言中并不识别。语言中并不识别。为了在为了在C语言中使用，必须先做定义语言中使用，必须先做定义，它，它们多数在们多数在“reg51.h”、“reg52.h”等头文件做等头文件做了定义。了定义。但有一些未做定义，如但有一些未做定义，如4个并行口个并行口P0P3各位，累加器各位，累加

46、器A，寄存器，寄存器B等，在使用时需要等，在使用时需要用户定义。用户定义。1.3.3 片外数据存储器结构片外数据存储器结构地址范围：地址范围：0000HFFFFH容量：容量：共共64KB访问指令：访问指令：“MOVX”（片内用（片内用MOV）使用使用“MOVX”指令指令对片外对片外RAM进行读进行读/写写操作时，操作时，会自动产生读会自动产生读/写控制信号写控制信号RD和和WR，作用于片外作用于片外RAM实现读实现读/写操作。写操作。1.3.3 片外数据存储器结构片外数据存储器结构片外片外RAM的用途：的用途：（1）没有特别的用途）没有特别的用途，不像片内，不像片内RAM，不划分区域。不划分区

47、域。（2）片外）片外RAM做通用做通用RAM使用使用，主要存，主要存放大量采集的或接收的数据、运算的中间数放大量采集的或接收的数据、运算的中间数据、最后结果、用作堆栈等。据、最后结果、用作堆栈等。C语言编程：语言编程：使用关键字使用关键字“xdata”或或“pdata”将变量、数组、堆栈定义到片外将变量、数组、堆栈定义到片外RAM区。区。作为外部存储访问STC15W4K单片机单片机结构结构1.41.4 单片机并行单片机并行I IO O口口 8051单片机有4 4个I/O端口，每个端口都是8位准双向口，共占3232根引脚。每个端口都包括一个锁存器(即专用寄存器P0P0P3P3)、一个输出驱动器和

48、输入缓冲器。通常把4个端口笼统地表示为P0P0P3P3。1.41.4.1 P0.1 P0口的结构及特点口的结构及特点 P0口的某位P0.n(n=07)结构图，它由一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器和输出驱动电路及控制电路组成。从图中可以看出，P0口既可以作为I/O用，也可以作为地址/数据线用。D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚1、P0口作为普通I/O口输出时输出时CPU发出控制电平“0 0”封锁“与”门，将输出上拉场效应管T1截止，同时使多路开关MUX把锁存器与输出D QCLK

49、QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚驱动场效应管T2栅极接通。故内部总线与P0口同相。由于输出驱动级是漏极开路电路，若驱动NMOS或其它拉流负载时，需要外接上拉电阻。P0的输出级可驱动8个LSTTL负载。D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚 输入时输入时-分分读引脚读引脚或或读锁存器读锁存器读引脚：读引脚：由传送指令由传送指令(MOVMOV)实现；实现；下面一个缓冲器用于读端口下面一

50、个缓冲器用于读端口引脚引脚数据，当执行一条数据，当执行一条由端口输入的指令时，读脉冲把该三态缓冲器打开，由端口输入的指令时，读脉冲把该三态缓冲器打开，这样端口引脚上的数据经过缓冲器读入到内部总线。这样端口引脚上的数据经过缓冲器读入到内部总线。D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚读锁存器：读锁存器：有些指令有些指令 如：如：ANL P0

51、ANL P0，A A称为称为“读读-改改-写写”指令，需要读锁存器。指令，需要读锁存器。上上面面一个缓冲器用于读端口一个缓冲器用于读端口锁存器锁存器数据。数据。*原因：如果此时该端口的负载恰是一个晶体管基极，且原端口输出值为1，那么导通了的PN结会把端口引脚高电平拉低；若此时直接读端口引脚信号，将会把原输出的“1”电平误读为“0”电平。现采用读输出锁存器代替读引脚，图中，上面的三态缓冲器就为读锁存器Q端信号而设，读输出锁存器可避免上述可能发生的错误。*D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引

52、脚引脚D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚准双向口：从图中可以看出，在读入端口数据时，由于输出从图中可以看出，在读入端口数据时，由于输出驱动驱动FETFET并接在引脚上，如果并接在引脚上，如果T2T2导通，就会将输入的导通，就会将输入的高电平拉成低电平，产生误读。所以在端口进行输高电平拉成低电平，产生误读。所以在端口进行输入操作前，应先向端口锁存器写入操作前，应先向端口锁存器写“1 1”，使，使T2T2截止，截止，引脚处于悬浮状态，变为高阻抗输入。这就是所谓引脚处于悬浮状态，变为高

53、阻抗输入。这就是所谓的准双向口。的准双向口。2、P0作为地址/数据总线 在系统扩展时，在系统扩展时，P0P0端口作为端口作为地址地址/数据总线数据总线使用时，使用时，分为：分为：P0P0引脚引脚输出地址输出地址/数据数据信息。信息。D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚 CPUCPU发出控制电平发出控制电平“1 1”，打开，打开“与与”门，又使多路开门，又使多路开关关MUXMUX把把CPUCPU的的地址地址/数据总线数据总线与与T2T2栅极反相接通，输出地栅极反相接通，输出地址或数据

54、。由图上可以看出，上下两个址或数据。由图上可以看出，上下两个FETFET处于反相，构处于反相，构成了推拉式的输出电路，其负载能力大大增强。成了推拉式的输出电路，其负载能力大大增强。D QCLK QMUXP0.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚地址地址/数据数据控制控制VCCT1T2P0P0口口引脚引脚1.4.2 P11.4.2 P1口的结构及特点口的结构及特点 它由一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器和输出驱动电路组成-准双向口。D QD QCLK QCLK QP1.nP1.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写写锁存器锁存器读读引脚引脚VCCRT TP1口引脚1.4.

55、3 P2口的结构及特点 1.P21.P2口作为普通口作为普通I/OI/O口口D QCLK QMUXP2.n读锁存器读锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读引脚读引脚地址地址控制控制VCCRTP2口引脚CPUCPU发出控制电平发出控制电平“0 0”，使多路开关，使多路开关MUXMUX倒向锁存倒向锁存器器输出输出Q Q端，构成一个准双向口。其功能与端，构成一个准双向口。其功能与P1P1相同。相同。2.P22.P2口作为口作为地址总线地址总线 在系统扩展片外在系统扩展片外程序存储器程序存储器扩展数据存储器且容量超过扩展数据存储器且容量超过256B 256B(用用MOVX DPTRMOVX DPTR

56、指令指令)时，时，CPUCPU发出控制电平发出控制电平“1 1”，使多路，使多路开关开关MUXMUX倒倒内部地址线内部地址线。此时，。此时，P2P2输出高输出高8 8位地址。位地址。D QCLK QMUXP2.n读锁存器读锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读引脚读引脚地址地址控制控制VCCRTP2口引脚1.4.4 P3口的结构及特点 D QD QCLK QCLK QP3.nP3.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读读引脚引脚VCCRT TP3口引脚第二第二输入功能输入功能第二第二输出功能输出功能一、作为通用I/O口与P1口类似-准双向口(W=1)WP3P3的内部结构的内部结

57、构D QD QCLK QCLK QP3.nP3.n读读锁存器锁存器内部总线内部总线写锁存器写锁存器读读引脚引脚VCCRT TP3口引脚第二第二输入功能输入功能第二第二输出功能输出功能二、第二功能(Q=1)此时引脚部分输入(Q=1、W=1),部分输出(Q=1、W输出)。W第二功能各引脚功能定义：P3.0：RXD串行口输入P3.1：TXD串行口输出P3.2：INT0外部中断0输入P3.3：INT1外部中断1输入P3.4：T0定时器0外部输入P3.5：T1定时器1外部输入P3.6：WR外部写控制P3.7：RD外部读控制1.4.6 STC15F4K IO模式模式准双向口工作模式下，I0口可用直接输出而

58、不需重新配置口线输出状态。这是因为当口线输出为“1”时驱动能力很弱，允许外部装置将其拉低电平。当引脚输出为低电平时，它的驱动能力很强，可吸收相当大的电流。推挽输出工作模式下，I/O口输出的下拉结构、输入电路结构与准双向口模式是一致的，不同的是推挽输出工作模式下I/O口的上拉是持续的“强上拉”，若输出高电平，输出拉电流最大可达20mA；若输出低电平时，输出灌电流最大可达20mA。1.4.6 STC15F4K IO模式模式 仅为输入（高阻）工作模式下，可直接从端口引脚读入数据，而不需要先对端口锁存器置“1”。1.4.6 STC15F4K IO模式模式 开漏输出工作模式下，I/O口输出的下拉结构与推

59、挽输出/准双向口一致，输入电路与准双向口一致，但输出驱动无任何负载，即开漏状态，输出应用时，必须外接上拉电阻。1.4.6 STC15F4K IO模式模式典型发光二极管驱动电路 采用弱上拉驱动时，采用灌电流方式驱动发光二极管，如图（a）所示；采用推挽输出（强上拉）驱动时，采用拉电流方式驱动发光二极管，如图（b）所示。1.4.6 STC15F4K IO模式模式混合电压供电系统3V/5V器件I/O口的互联STC15F2K60S2单片机的典型工作电压为5 V，当它与3 V器件连接时，为了防止3 V器件承受不了5 V电压，可将5V器件的I0口设置成开漏配置，断开内部上拉电阻，并串一个330的限流电阻与3

60、V器件的I0口相接；3V器件的I0口外部加10 k上拉电阻到3 V器件的VCC，这样高电平是3 V，低电平是0 V，可以保证正常的输入输出，如图所示。1.4.6 STC15F4K IO模式模式1.4.6 STC15F4K IO模式模式1.4.6 STC15F4K IO模式模式1.5.1 时钟电路及时钟信号时钟电路及时钟信号一、时钟电路一、时钟电路MCS-51单片机内部有产生振荡信号的放单片机内部有产生振荡信号的放大电路，可以两种方式产生时钟信号，一种大电路，可以两种方式产生时钟信号，一种是内部方式，另一种是外部方式。是内部方式，另一种是外部方式。1、内部方式、内部方式就是利用单片机内就是利用单

61、片机内部的高增益反向放大部的高增益反向放大器，外接晶振等器件器，外接晶振等器件构成的振荡电路。构成的振荡电路。晶晶振振 XTAL2XTAL1单片机单片机C1 C2 18 19 30p 30p 1.5.1 时钟电路及时钟信号时钟电路及时钟信号2、外部方式、外部方式就是把外部的时钟信号接到就是把外部的时钟信号接到XTAL1或或XTAL2引脚上，给单片机提供基本的时钟引脚上，给单片机提供基本的时钟信号。主要用于多电路时钟同步。信号。主要用于多电路时钟同步。XTAL1XTAL2CHMOS工艺工艺19 18 外部时钟信外部时钟信号号Vcc XTAL2XTAL1HMOS工艺工艺18 19 外部时钟信外部时

62、钟信号号Vcc 1.5.1 时钟电路及时钟信号时钟电路及时钟信号二、时钟信号二、时钟信号在单片机中，泛意的时钟信号包括：振荡信号、在单片机中，泛意的时钟信号包括：振荡信号、振荡信号的振荡信号的2分频信号、机器周期信号、指令周分频信号、机器周期信号、指令周期信号。期信号。1、节拍与状态周期、节拍与状态周期时钟信号：时钟信号：振荡频率的振荡频率的2分频，是基本时序信分频，是基本时序信号。号。状态周期状态周期S：时钟信号的周期时钟信号的周期时钟信号的前后半个周期称为时钟信号的前后半个周期称为相位相位1(记为记为P1)和和相位相位2(P2)，也称为，也称为节拍节拍1、节拍、节拍21.5.1 时钟电路及

63、时钟信号时钟电路及时钟信号2、机器周期、机器周期机器周期：机器周期：指指CPU访问一次存储器所需要的访问一次存储器所需要的时间时间。机器周期是量度时间的基本单位。机器周期是量度时间的基本单位机器周期与时钟周期的关系：机器周期与时钟周期的关系：1个机器周期个机器周期包含包含6个时钟周期或状态周期个时钟周期或状态周期机器周期与振荡周期的关系：机器周期与振荡周期的关系：1个机器周期个机器周期包含包含12个振荡周期个振荡周期机器周期计算：机器周期计算：设单片机的振荡频率设单片机的振荡频率fosc为为12MHz，则，则机器周期为机器周期为1s。若振荡频率为若振荡频率为6MHz，则机器周期为，则机器周期为

64、2s1.5.1 时钟电路及时钟信号时钟电路及时钟信号3、指令周期、指令周期指令周期：指令周期：指指CPU执行一条指令所需要执行一条指令所需要的时间。用机器周期量度的时间。用机器周期量度。不同的指令有不同的指令周期，有单机不同的指令有不同的指令周期，有单机器周期、双机器周期、器周期、双机器周期、4机器周期三种。机器周期三种。2.4.1 时钟电路与时序时钟电路与时序S机器周期1取指令、译码指令周期机器周期2取操作数、执行基本定时时序关系基本定时时序关系1.5.2 MCS-51单片机的时序单片机的时序1.5.3 STC15W4K 振荡器、机器周期、指令周期振荡器、机器周期、指令周期1.STC15F2K60S2单片机的主时钟有2种时钟源：内部RC振荡器时钟和外部时钟（由XTAL1和XTAL2外接晶振产生时钟，或直接输入时钟），内部时钟常温下时钟频率为535MHZ；2.1T，单时钟，单时钟/机器周期机器周期VCC8051VCCRST/VPDVSSR1kC22FVCC8051VCCRST/VPDVSSR11kC122FR21kC2 22FRESET(a)上电复位(b)按键脉冲复位VCC8051VCCRST/VPDVSSR1 200C22FR21kRESET(c)按键电平复位图 1 13 各种复位电路1.5.2 MCS-51单片机的复位单片机的复位