《單片機實驗與實訓指導》課件第1章

1.1單片機芯片的內(nèi)部結構及原理1.2MCS-51系列單片機指令系統(tǒng)

一、單片機的概念

單片機即單片微型計算機，就是將CPU、RAM、ROM、定時/計數(shù)器和多種I/O接口電路都集成在一塊芯片上的微型計算機。

二、單片機的類型

MCS-51系列單片機包括許多類型，常用的有80C51子系列、80C52子系列，其配置如表1.1所示。MCS-51系列單片機與AT89C51和87C51芯片內(nèi)部結構及原理兼容。1.1單片機芯片的內(nèi)部結構及原理表1.1MCS-51系列單片機配置一覽表

三、MCS-51系列單片機的內(nèi)部結構

MCS-51單片機結構框圖如圖1.1所示，各功能部件由內(nèi)部總線連接在一起。

MCS-51單片機芯片內(nèi)部集成包括下列部件：

(1)一個8位微處理器CPU。

(2)?256B數(shù)據(jù)存儲器RAM和特殊功能寄存器SFR。

(3)?4KB內(nèi)部程序存儲器ROM。

(4)兩個定時/計數(shù)器，用以對外部事件進行計數(shù)，也可用作定時器。

(5)四個8位可編程的I/O(輸入/輸出)并行端口，每個端口既可做輸入，也可做輸出。

(6)一個串行端口，用于數(shù)據(jù)的串行通信。

(7)具有五個中斷源、兩個優(yōu)先級的中斷結構。

(8)內(nèi)部有一個振蕩器和時鐘電路。

(9)有一個可編程全雙工的串行口。

(10)可尋址64KB的外部數(shù)據(jù)存儲空間和64KB的外部程序存儲器的控制電路。圖1.1MCS-51單片機結構框圖

四、MCS-51系列單片機的引腳功能

MCS-51系列單片機引腳及總線結構如圖1.2所示。

(1)主電源引腳VCC和VSS。

(2)外接晶振引腳XTAL1和XTAL2。

(3)控制或其他電源復用引腳RST/VPD、ALE/和/

VPP。

(4)輸入/輸出引腳P0、P1、P2、P3(共32根)。圖1.2MCS-51系列單片機引腳及總線結構(a)引腳圖；(b)引腳功能分類五、MCS-51系列單片機存儲器結構

1.程序存儲器對于80C51來說，程序存儲器(ROM)的內(nèi)部地址為0000H～0FFFH，共4KB；外部地址為1000H～FFFFH，共60KB。程序存儲器的結構如圖1.3所示。當=1，程序計數(shù)器由內(nèi)部0FFFH執(zhí)行到外部1000H時，會自動跳轉；當

=0時，只執(zhí)行外部程序。對于87C51來說，內(nèi)部有4KB的EPROM，將它作為內(nèi)部程序存儲器；80C31內(nèi)部無程序存儲器，必須外接程序存儲器。圖1.3MCS-51單片機存儲器空間結構圖(a)程序存儲器；(b)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器；(c)外部數(shù)據(jù)存儲器

80C31最多可外擴64KB程序存儲器，其中6個單元地址具有特殊用途，保留給系統(tǒng)使用，如表1.2所示。其中，0000H是系統(tǒng)的啟動地址，一般在該單元中存放一條絕對跳轉指令；另外0003H、000BH、0013H、001BH和0023H對應5個中斷源的中斷服務入口地址。表1.2MCS-51單片機復位、中斷入口地址

2.內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器

MCS-51單片機片內(nèi)RAM的配置如圖1.3(b)所示。片內(nèi)RAM為256字節(jié)，地址范圍為00H～FFH，分為兩大部分：低128字節(jié)(00H～7FH)為真正的RAM區(qū)；高128字節(jié)

(80H～FFH)為特殊功能寄存器區(qū)SFR。

在低128字節(jié)RAM中，00H～1FH共32單元是4個通用工作寄存器區(qū)。每一個區(qū)有8個通用寄存器R0～R7。寄存器和RAM地址對應關系如表1.3所示。RAM中的位尋址區(qū)地址表如表1.4所示，SFR特殊功能寄存器地址表如表1.5所示。表1.3寄存器和RAM地址對照表表1.4RAM中的位尋址區(qū)地址表表1.5SFR特殊功能寄存器地址表

MCS-51系列單片機指令按照功能可分為數(shù)據(jù)傳送類指令、算術運算類指令、邏輯運算與循環(huán)類指令、程序轉移類指令和位操作類指令。

1.2MCS-51系列單片機指令系統(tǒng)

一、數(shù)據(jù)傳送類指令

1．訪問RAM和SFR的指令

(1)以A為目的操作數(shù)：4．數(shù)據(jù)交換字節(jié)交換：XCHA，Rn ；(A)(Rn)XCHA，direct ；(A)(direct)XCHA，@Ri ；(A)((Ri))半字節(jié)交換：XCHDA，@Ri ；(A0～3)((Ri)0～3)SWAPA ；(A0～3)(A4～7)

5．堆棧操作

所謂堆棧是指在片內(nèi)RAM中按“先進后出，后進先出”原則設置的專用存儲區(qū)。數(shù)據(jù)的進棧和出棧由指針SP統(tǒng)一管理。堆棧操作有如下兩條專用指令：

PUSHdirect ；(SP)←(SP)+1，((SP))←(direct)

POP ??direct ；(direct)←(SP)，(SP)←(SP)?-1二、算術運算類指令

1．加法指令

ADDA，Rn ；(A)←(A)+(Rn)

ADDA，direct ；(A)←(A)+(direct)

ADDA，@Ri ；(A)←(A)+((Ri))

ADDA，#data ；(A)←(A)+#data

2．帶進位加法指令

ADDCA，Rn ；(A)←(A)+(Rn)+(C)

ADDCA，direct ；(A)←(A)+(direct)+(C)

ADDCA，@Ri ；(A)←(A)+((Ri))+(C)

ADDCA，#data ；(A)←(A)+#data+(C)3．帶借位減法指令

SUBBA，Rn ；(A)←(A)?-(Rn)?-(C)

SUBBA，direct ；(A)←(A)?-(direct)?-(C)

SUBBA，@Ri ；(A)←(A)?-((Ri))?-(C)

SUBBA，#data ；(A)←(A)?-#data?-(C)

4．乘法指令

MULAB ；(B)(A)←(A)×(B)。A和B中各存放一

；個8位無符號數(shù)，指令執(zhí)行后，16位

；乘積的高8位在B中，低8位存A中5．除法指令

DIVAB ；(A)÷(B)→商在A中，余數(shù)在B中

6．加1指令

INCA ；(A)←(A)+1

INCRn ；(Rn)←(Rn)+1

INCdirect ；(direct)←(direct)+1

INC@Ri ；((Ri))←((Ri))+1

INCDPTR ；(DPTR)←(DPTR)+17．減1指令

DECA ；(A)←(A)?-1

DECRn ；(Rn)←(Rn)?-1

DECdirect ；(direct)←(direct)?-1

DEC@Ri ；((Ri))←((Ri))?-1

8．十進制調(diào)整指令

DAA；把A中按二進制相加的結果調(diào)

整成按BCD碼相加的結果三、邏輯運算與循環(huán)類指令

1．“與”操作指令

ANLA,direct ；(A)←(A)∧(direct)

ANLA,Rn ；(A)←(A)∧(Rn)

ANLA,@Ri ；(A)←(A)∧((Ri))

ANLA,#data ；(A)←(A)∧#data

ANLdirect,A ；(direct)←(direct)∧(A)

ANLdirect,#data ；(direct)←(direct)∧#data2．“或”操作指令

ORLA,direct ；(A)←(A)∨(direct)

ORLA,Rn ；(A)←(A)∨(Rn)

ORLA,@Ri ；(A)←(A)∨((Ri))

ORLA,#data ；(A)←(A)∨#data

ORLdirect,A ；(direct)←(direct)∨(A)

ORLdirect,#data ；(direct)←(direct)∨#data3．“異或”操作指令

XRLA,direct ；(A)←(A)

(direct)

XRLA,Rn ；(A)←(A)

(Rn)

XRLA,@Ri ；(A)←(A)

((Ri))

XRLA,#data ；(A)←(A)

#data

XRLdirect,A ；(direct)←(direct)

(A)

XRLdirect,#data ；(direct)←(direct)

#data四、程序轉移類指令

1．無條件轉移指令

絕對(短)轉移指令：

AJMPaddr11 ；(PC0～10)←addr11

長轉移指令：

LJMPaddr16 ；(PC)←addr16

短(相對)轉移指令：

SJMPrel ；(PC)←(PC)+2+rel

間接轉移指令：

JMP @A+DPTR ；(PC)←(A)+(DPTR)2．條件轉移指令

累加器為零(非零)轉移指令：

JZrel ；若(A)=0，則(PC)←(PC)+rel，否則程序順序執(zhí)行

JNZrel；若(A)≠0，則(PC)←(PC)+rel，否則程序順序執(zhí)行

減1非零轉移指令：

DJNZRn,rel ；(Rn)←(Rn)?-1，若(Rn)≠0，則

(PC)←(PC)+rel，否則順序執(zhí)行

DJNZdirect,rel；(direct)←(direct)-1，若(direct)≠0，則

(PC)←(PC)+rel，否則順序執(zhí)行兩數(shù)不等轉

移指令：五、位操作類指令

1．位傳送指令

MOVC,bit ；(CY)←(bit)

MOVbit,C ；(bit)←(CY)

2.位置位和位清零指令

CLRC ；(CY)←0

CLRbit ；(bit)←0

SETBC ；(CY)←1

SETBbit ；(bit)←14.位控制轉移指令

JBbit,rel ；若(bit)=1