1、8051芯片中共有256个RAM单元，但其中后128单元被专用寄存器占用，能作为寄存器供用户使用的只是前128单元，用于存放可读写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是指前128单元，简称内部RAM。3） 内部程序存储器（内部ROM）8051共有4 KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据或表格，因此，称之为程序存储器，简称内部ROM。4） 定时/计数器8051共有两个16位的定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。5） 并行I/O口MCS-51共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入/输出。在实训中我们已经使用了P1口，通过P1
2、口连接8个发光二极管。第三节 80C51单片机的引脚功能 MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚排列请参见图P0.0 P0.7： P0口8位双向口线。P1.0 P1.7 ：P1口8位双向口线。P2.0 P2.7 ：P2口8位双向口线。P3.0 P3.7 ：P3口8位双向口线。 ALE：地址锁存控制信号。在系统扩展时，ALE用于控制把P0口输出的低8位地址锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。此外，由于ALE是以晶振1/6的固定频率输出的正脉冲，因此,可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。 PSEN：外部程序存储器读选通信号。在读外部ROM时，PSEN有效（低电平），以实现外部RO
3、M单元的读操作。 EA：访问程序存储控制信号。当信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；当信号为高电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。 RST：复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。 XTAL1和XTAL2：外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 VSS：地线。 VCC：+5 V电源。 以上是MCS-51单片机芯片40条引脚的定义及简单功能说明，读者可以对照实训电路找到相应引脚，在电路中查看每个引脚的连接使
4、用。 P3口线的第二功能。P3的8条口线都定义有第二功能第四节 存储器结构MCS-51单片机的芯片内部有RAM和ROM两类存储器，即所谓的内部RAM和内部ROMMCS-51内部程序存储器MCS-51的程序存储器用于存放编好的程序和表格常数。8051片内有4 KB的ROM，8751片内有4 KB的EPROM，8031片内无程序存储器。 MCS-51的片外最多能扩展64 KB程序存储器，片内外的ROM是统一编址的。如端保持高电平，8051的程序计数器PC在0000H0FFFH地址范围内 （即前4 KB地址） 是执行片内ROM中的程序，当PC在1000HFFFFH地址范围时，自动执行片外程序存储器中
5、的程序；当保持低电平时，只能寻址外部程序存储器，片外存储器可以从0000H开始编址。MCS-51的程序存储器中有些单元具有特殊功能，使用时应予以注意。 其中一组特殊单元是0000H0002H。系统复位后，（PC）=0000H，单片机从0000H单元开始取指令执行程序。如果程序不从0000H单元开始，应在这三个单元中存放一条无条件转移指令，以便直接转去执行指定的程序。 还有一组特殊单元是0003H002AH，共40个单元。这40个单元被均匀地分为5段，作为5个中断源的中断地址区。其中：0003H000AH 外部中断0中断地址区000BH0012H 定时/计数器0中断地址区0013H001AH 外
6、部中断1中断地址区001BH0022H 定时/计数器1中断地址区0023H002AH 串行中断地址区中断响应后，按中断种类，自动转到各中断区的首地址去执行程序，因此在中断地址区中理应存放中断服务程序。但通常情况下，8个单元难以存下一个完整的中断服务程序，因此通常也是从中断地址区首地址开始存放一条无条件转移指令，以便中断响应后，通过中断地址区，再转到中断服务程序的实际入口地址。MCS-51内部数据存储器内部数据存储器低128单元 8051的内部RAM共有256个单元，通常把这256个单元按其功能划分为两部分：低128单元（单元地址00H7FH）和高128单元（单元地址80HFFH）。如图所示为低
7、128单元的配置图。 寄存器区 8051共有4组寄存器，每组8个寄存单元（各为8），各组都以R0R7作寄存单元编号。寄存器常用于存放操作数中间结果等。由于它们的功能及使用不作预先规定，因此称之为通用寄存器，有时也叫工作寄存器。4组通用寄存器占据内部RAM的00H1FH单元地址。 在任一时刻，CPU只能使用其中的一组寄存器，并且把正在使用的那组寄存器称之为当前寄存器组。到底是哪一组，由程序状态字寄存器PSW中RS1、RS0位的状态组合来决定。 通用寄存器为CPU提供了就近存储数据的便利，有利于提高单片机的运算速度。此外，使用通用寄存器还能提高程序编制的灵活性，因此，在单片机的应用编程中应充分利用
8、这些寄存器，以简化程序设计，提高程序运行速度。 位寻址区 内部RAM的20H2FH单元，既可作为一般RAM单元使用，进行字节操作，也可以对单元中每一位进行位操作，因此把该区称之为位寻址区。位寻址区共有16个RAM单元，计128位，地址为00H7FH。MCS-51具有布尔处理机功能，这个位寻址区可以构成布尔处理机的存储空间。这种位寻址能力是MCS-51的一个重要特点。 用户RAM区 在内部RAM低128单元中，通用寄存器占去32个单元，位寻址区占去16个单元，剩下80个单元，这就是供用户使用的一般RAM区，其单元地址为30H7FH。对用户RAM区的使用没有任何规定或限制，但在一般应用中常把堆栈开
9、辟在此区中。 内部数据存储器高128单元 内部RAM的高128单元是供给专用寄存器使用的，其单元地址为80HFFH。因这些寄存器的功能已作专门规定，故称之为专用寄存器（Special Function Register），也可称为特殊功能寄存器。第五节 特殊功能存储器SFR8051共有21个专用寄存器，现把其中部分寄存器简单介绍如下：程序计数器（PCProgram Counter）。在实训中，我们已经知道PC是一个16位的计数器，它的作用是控制程序的执行顺序。其内容为将要执行指令的地址，寻址范围达64 KB。PC有自动加1功能，从而实现程序的顺序执行。PC没有地址，是不可寻址的，因此用户无法对
10、它进行读写，但可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，以实现程序的转移。因地址不在SFR（专用寄存器）之内，一般不计作专用寄存器。累加器（ACCAccumulator）。累加器为8位寄存器，是最常用的专用寄存器，功能较多，地位重要。它既可用于存放操作数，也可用来存放运算的中间结果。MCS-51单片机中大部分单操作数指令的操作数就取自累加器，许多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。B寄存器。B寄存器是一个8位寄存器，主要用于乘除运算。乘法运算时，B存乘数。乘法操作后，乘积的高8位存于B中，除法运算时，B存除数。除法操作后，余数存于B中。此外，B寄存器也可作为一般数据寄存器使用。 程序状态字
11、（PSWProgram Status Word）。程序状态字是一个8位寄存器，用于存放程序运行中的各种状态信息。其中有些位的状态是根据程序执行结果，由硬件自动设置的，而有些位的状态则使用软件方法设定。PSW的位状态可以用专门指令进行测试，也可以用指令读出。一些条件转移指令将根据PSW有些位的状态，进行程序转移。PSW的各位定义如下：除PSW.1位保留未用外，其余各位的定义及使用如下：CY（PSW.7）进位标志位。CY是PSW中最常用的标志位。其功能有二：一是存放算术运算的进位标志，在进行加或减运算时，如果操作结果的最高位有进位或借位时，CY由硬件置“1”，否则清“0”；二是在位操作中，作累加位
12、使用。位传送、位与位或等位操作，操作位之一固定是进位标志位。AC（PSW.6）辅助进位标志位。在进行加减运算中，当低4位向高4位进位或借位时，AC由硬件置“1”，否则AC位被清“0”。在BCD码调整中也要用到AC位状态。F0（PSW.5）用户标志位。这是一个供用户定义的标志位，需要利用软件方法置位或复位，用以控制程序的转向。RS1和RS0（PSW.4，PSW.3）寄存器组选择位。它们被用于选择CPU当前使用的通用寄存器组。通用寄存器共有4组，其对应关系如下：00：0组 01：1组 10：2组 11：3组这两个选择位的状态是由软件设置的，被选中的寄存器组即为当前通用寄存器组。但当单片机上电或复位
13、后，RS1 RS0=00。OV（PSW.2）溢出标志位。在带符号数加减运算中，OV=1表示加减运算超出了累加器A所能表示的符号数有效范围（-128 +127），即产生了溢出，因此运算结果是错误的，否则，OV=0表示运算正确，即无溢出产生。P（PSW.0）奇偶标志位。表明累加器A中内容的奇偶性。如果A中有奇数个“1”，则P置“1”，否则置“0”。凡是改变累加器A中内容的指令均会影响P标志位。此标志位对串行通信中的数据传输有重要的意义。在串行通信中常采用奇偶校验的办法来校验数据传输的可靠性。数据指针（DPTR）。数据指针为16位寄存器。编程时，DPTR既可以按16位寄存器使用，也可以按两个8位寄存
14、器分开使用，即：DPH DPTR高位字节，DPL DPTR低位字节。DPTR通常在访问外部数据存储器时作地址指针使用。由于外部数据存储器的寻址范围为64 KB，故把DPTR设计为16位。堆栈指针（SPStack Pointer）。堆栈是一个特殊的存储区，用来暂存数据和地址，它是按“先进后出”的原则存取数据的。堆栈共有两种操作：进栈和出栈。由于MCS-51单片机的堆栈设在内部RAM中，因此SP是一个8位寄存器。系统复位后，SP的内容为07H，从而复位后堆栈实际上是从08H单元开始的。但08H1FH单元分别属于工作寄存器13区，如程序要用到这些区，最好把SP值改为1FH或更大的值。对专用寄存器的字
15、节寻址问题作如下几点说明： （1）21个可字节寻址的专用寄存器是不连续地分散在内部RAM高128单元之中，尽管还余有许多空闲地址，但用户并不能使用。 （2） 程序计数器PC不占据RAM单元，它在物理上是独立的，因此是不可寻址的寄存器。 （3） 对专用寄存器只能使用直接寻址方式，书写时既可使用寄存器符号，也可使用寄存器。第六节 输入输出端口单片机芯片内还有一项主要内容就是并行I/O口。MCS-51共有4个8位的并行I/O口，分别记作P0、P1、P2、P3。每个口都包含一个锁存器、一个输出驱动器和输入缓冲器。实际上，它们已被归入专用寄存器之列，并且具有字节寻址和位寻址功能。 在访问片外扩展存储器时
16、，低8位地址和数据由P0口分时传送，高8位地址由P2口传送。在无片外扩展存储器的系统中，这4个口的每一位均可作为双向的I/O端口使用。第七节 时钟电路在MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2 。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路。1振荡周期：为单片机提供时钟信号的振荡源的周期。2时钟周期：是振荡源信号经二分频后形成的时钟脉冲信号。3机器周期：通常将完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。4指令周期：是指CPU执行一条指令所需要的时间。一个指令周期通常
17、含有14个机器周期。第八节 复位电路单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC=0000H，使单片机从第一个单元取指令。实训中已经看出，无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位，所以我们必须弄清楚MCS-51型单片机复位的条件、复位电路和复位后状态。第三章 定时器/计数器第一节 概述实质是计数器，脉冲每一次下降沿，计数寄存器数值将加1。计数的脉冲如果来源于单片机内部的晶振,由于其周期极为准确，这时称为定时器。计数的脉冲如果来源于单片机外部的引脚，由于其周期一般不准确，这时称为计数器。第二节 结构和工作原理定时
18、/计数器方式寄存器TMOD（1） M1和M0：方式选择位。（2） c/T ：功能选择位。时，设置为定时器工作方式；时，设置为计数器工作方式。（3） GATE：门控位。当GATE=0时，软件控制位TR0或TR1置1即可启动定时器；当GATE=1时，软件控制位TR0或TR1须置1，同时还须（P3.2）或（P3.3）为高电平方可启动定时器，即允许外中断、启动定时器。定时器/计数器控制寄存器TCON（1） TCON.7 TF1：定时器1溢出标志位。当定时器1计满数产生溢出时，由硬件自动置TF1=1。在中断允许时，向CPU发出定时器1的中断请求，进入中断服务程序后，由硬件自动清0。在中断屏蔽时，TF1可
19、作查询测试用，此时只能由软件清0。（2） TCON.6 TR1：定时器1运行控制位。由软件置1或清0来启动或关闭定时器1。当GATE=1，且为高电平时，TR1置1启动定时器1；当GATE=0时，TR1置1即可启动定时器1。（3） TCON.5 TF0：定时器0溢出标志位。其功能及操作情况同TF1。（4） TCON.4 TR0：定时器0运行控制位。其功能及操作情况同TR1。（5） TCON.3 IE1：外部中断1（ ）请求标志位。（6）TCON.2 IT1：外部中断1触发方式选择位。（7）TCON.1 IE0：外部中断0 （ ）请求标志位。（8） TCON.0 IT0：外部中断0触发方式选择位。
20、第三节 定时/计数器的工作方式1方式0方式0构成一个13位定时/计数器。图是定时器0在方式0时的逻辑电路结构，定时器1的结构和操作与定时器0完全相同。2方式1定时器工作于方式1时。由图可知，方式1构成一个16位定时/计数器，其结构与操作几乎完全与方式0相同，惟一差别是二者计数位数不同。3方式2 定时/计数器工作于方式2时，。由图可知，方式2中，16位加法计数器的TH0和TL0具有不同功能，其中，TL0是8位计数器，TH0是重置初值的8位缓冲器。4方式3定时/计数器工作于方式3时，其逻辑结构图如图所示。第四节 编程和使用1计数器初值的计算把计数器计满为零所需要的计数值设定为C，计数初值设定为TC
21、，由此可得到公式：TC=M-C式中，M为计数器模值，该值和计数器工作方式有关。在方式0时M为213；在方式1时M为216；在方式2和方式3时M为28。2定时器初值的计算在定时器模式下，计数器由单片机主脉冲经12分频后计数。因此，定时器定时时间T的公式：T=（M-TC）T计数，上式也可写成：TC=M-T/ T计数。式中，M为模值，和定时器的工作方式有关；T计数是单片机振荡周期TCLK的12倍；TC为定时器的定时初值。第六章 中断系统中断是通过硬件来改变CPU的运行方向的。计算机在执行程序的过程中，当出现CPU以外的某种情况时，由服务对象向CPU发出中断请求信号，要求CPU暂时中断当前程序的执行而
22、转去执行相应的处理程序，待处理程序执行完毕后，再继续执行原来被中断的程序。这种程序在执行过程中由于外界的原因而被中间打断的情况称为“中断”。与中断有关的寄存器有4个，分别为中断源寄存器TCON和SCON、中断允许控制寄存器IE和中断优先级控制寄存器IP；中断源有5个，分别为外部中断0请求 、外部中断1请求、定时器0溢出中断请求TF0、定时器1溢出中断请求TF1和串行中断请求RI或TI。5个中断源的排列顺序由中断优先级控制寄存器IP和顺序查询逻辑电路共同决定，5个中断源分别对应5个固定的中断入口地址。第二节 中断源与中断申请标志中断源（1）外部中断0请求，由P3.2脚输入。通过IT0脚（TCON
23、.0）来决定是低电平有效还是下跳变有效。一旦输入信号有效，就向CPU申请中断，并建立IE0标志。（2）外部中断1请求，由P3.3脚输入。通过IT1脚TCON.2）来决定是低电平有效还是下跳变有效。一旦输入信号有效，就向CPU申请中断，并建立IE1标志。（3）TF0：定时器T0溢出中断请求。当定时器0产生溢出时，定时器0中断请求标志位（TCON.5）置位（由硬件自动执行），请求中断处理。（4）TF1：定时器1溢出中断请求。当定时器1产生溢出时，定时器1中断请求标志位（TCON.7）置位（由硬件自动执行），请求中断处理。（5） RI或TI：串行中断请求。当接收或发送完一串行帧时，内部串行口中断请求
24、标志位RI（SCON.0）或TI（SCON.1）置位（由硬件自动执行），请求中断。中断标志TCON寄存器中的中断标志TCON为定时器0和定时器1的控制寄存器，同时也锁存定时器0和定时器1的溢出中断标志及外部中断和的中断标志等。与中断有关位如下：定时器1的溢出中断标志。T1被启动计数后，从初值做加1计数，计满溢出后由硬件置位TF1，同时向CPU发出中断请求，此标志一直保持到CPU响应中断后才由硬件自动清0。也可由软件查询该标志，并由软件清0。（2） TCON.5 TF0：定时器0溢出中断标志。其操作功能与TF1相同。（3） TCON.3 IE1：中断标志。IE1 = 1，外部中断1向CPU申请中
25、断。（4） TCON.2 IT1：中断触发方式控制位。当IT1 = 0时，外部中断1控制为电平触发方式。（5） TCON.1 IE0：其操作功能与IE1相同。（6） TCON.0 IT0：其操作功能与IT1相同。SCON寄存器中的中断标志SCON是串行口控制寄存器，其低两位TI和RI锁存串行口的发送中断标志和接收中断标志。（1） SCON.1 TI：串行发送中断标志。CPU将数据写入发送缓冲器SBUF时，就启动发送，每发送完一个串行帧，硬件将使TI置位。但CPU响应中断时并不清除TI，必须由软件清除。第三节 中断控制IE寄存器中断的开放和禁止标志（1） IE.7 EA：总中断允许控制位。EA
26、= 1，开放所有中断，各中断源的允许和禁止可通过相应的中断允许位单独加以控制；EA = 0，禁止所有中断。（2） IE.4 ES：串行口中断允许位。ES = 1，允许串行口中断；ES = 0，禁止串行口中断。（3） IE.3 ET1：定时器1中断允许位。ET1 = 1，允许定时器1中断；ET1 = 0，禁止定时器1中断。（4） IE.2 EX1：外部中断1（）中断允许位。EX1 = 1，允许外部中断1中断；EX1 = 0，禁止外部中断1中断。（5） IE.1 ET0：定时器0中断允许位。ET0 = 1，允许定时器0中断；ET0 = 0，禁止定时器0中断。（6） IE.0 EX0: 外部中断0（
27、）中断允许位。EX0 = 1，允许外部中断0中断；EX0 = 0，禁止外部中断0中断。8051单片机系统复位后，IE中各中断允许位均被清0，即禁止所有中断。IP寄存器中断优先级标志8051单片机有两个中断优先级，每个中断源都可以通过编程确定为高优先级中断或低 （1）IP.4 PS：串行口中断优先控制位。PS = 1，设定串行口为高优先级中断；PS = 0，设定串行口为低优先级中断。（2）IP.3 PT1：定时器T1中断优先控制位。PT1 = 1，设定定时器T1中断为高优先级中断；PT1 = 0，设定定时器T1中断为低优先级中断。（3）IP.2 PX1：外部中断1中断优先控制位。PX1 = 1，
28、设定外部中断1为高优先级中断；PX1 = 0，设定外部中断1为低优先级中断。（4）IP.1 PT0：定时器T0中断优先控制位。PT0 = 1，设定定时器T0中断为高优先级中断；PT0 = 0，设定定时器T0中断为低优先级中断。（5）IP.0 PX0：外部中断0中断优先控制位。PX0 = 1，设定外部中断0为高优先级中断；PX0 = 0，设定外部中断0为低优先级中断。当系统复位后，IP低5位全部清0，所有中断源均设定为低优先级中断。如果几个同一优先级的中断源同时向CPU申请中断，CPU 通过内部硬件查询逻辑，按自然优先级顺序确定先响应哪个中断请求。自然优先级由硬件形成，排列如下：中断源 同级自然优先级外部中断0 最高级定时器T0中断外部中断1定时器T1中断串行口中断 最低级第四节 中断响应中断处理过程可分为中断响应、中断处理和中断返回三个阶段。中断响应 中断响应是CPU对中断源中断请求的响应，包括保护断点和将程序转向中断服务程序的入口地址（通常称矢量地址）。中断响应过程 中断响应过程包括保护断点和将程序转向中断服务程序的入口地址。首先，中断
