單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)教案

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第一講 一、授課內(nèi)容： 1、什么是單片機(jī) 2、單片機(jī)的發(fā)展 二、授課類型：講授 三、授課時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí) 四、教學(xué)目標(biāo)：了解單片機(jī)的發(fā)展,應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式，掌握單片機(jī)的特點(diǎn) 五、教學(xué)重、難點(diǎn)： 重點(diǎn)/難點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)的特點(diǎn) 六、教學(xué)設(shè)想： 借助產(chǎn)品、作品演示,一方面可以使課堂生動(dòng),另一方面可以騰出大量時(shí)間加強(qiáng)對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)的講解,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解,同時(shí)提高他們對(duì)本學(xué)科的興趣. 七、教學(xué)過(guò)程：（板書） 一、什么是單片機(jī) 隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)也得到迅速發(fā)展，并且由于芯片的集成度的提高而使計(jì)算機(jī)微型化，出現(xiàn)了單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Computer），簡(jiǎn)稱單片機(jī)，也可稱為微控制器MCU（Micro controller Unit）。單片機(jī)，即集成在一塊芯片上的計(jì)算機(jī)，集成了中央處理器CPU（Central Processing Unit）、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM（Random Access Memory）、只讀存儲(chǔ)器（Read Only Memory）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及I/O接口電路等主要計(jì)算機(jī)部件。 二、 單片微型計(jì)算機(jī)發(fā)展概況 單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長(zhǎng), 但發(fā)展十分迅猛。 它的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體同步, 自1971年美國(guó)Intel公司首先推出4位微處理器（4004）以來(lái), 它的發(fā)展到目前為止大致可分為5個(gè)階段: 第1階段（1971～1976）: 單片機(jī)發(fā)展的初級(jí)階段。 1971年11月Intel公司首先設(shè)計(jì)出集成度為2 000只晶體管/片的4位微處理器Intel 4004, 并配有RAM、 ROM和移位寄存器, 構(gòu)成了第一臺(tái)MCS—4微處理器, 而后又推出了8位微處理器Intel 8008, 以及其它各公司相繼推出的8位微處理器。 第2階段（1976～1980）: 低性能單片機(jī)階段。 以1976年Intel公司推出的MCS—48系列為代表, 采用將8位CPU、 8位并行I/O接口、 8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、 RAM和ROM等集成于一塊半導(dǎo)體芯片上的單片結(jié)構(gòu), 雖然其尋址范圍有限（不大于4 KB）, 也沒(méi)有串行I/O, RAM、 ROM容量小, 中斷系統(tǒng)也較簡(jiǎn)單, 但功能可滿足一般工業(yè)控制和智能化儀器、 儀表等的需要。 第3階段（1980～1983）: 高性能單片機(jī)階段。 這一階段推出的高性能8位單片機(jī)普遍帶有串行口, 有多級(jí)中斷處理系統(tǒng), 多個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。 片內(nèi)RAM、 ROM的容量加大,且尋址范圍可達(dá)64 KB, 個(gè)別片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換接口。 第4階段（1983～80年代末）: 16位單片機(jī)階段。 1983年Intel公司又推出了高性能的16位單片機(jī)MCS—96系列, 由于其采用了最新的制造工藝, 使芯片集成度高達(dá)12萬(wàn)只晶體管/片。 第5階段（90年代）: 單片機(jī)在集成度、 功能、 速度、 可靠性、 應(yīng)用領(lǐng)域等全方位向更高水平發(fā)展。 單片機(jī)的應(yīng)用特性： （1）集成度高 MCS-51系列單片機(jī)代表產(chǎn)品為8051，8051內(nèi)部包含4KB的ROM、128B的RAM、四個(gè)8位并行口、一個(gè)全雙工串行口、兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及一個(gè)處理功能強(qiáng)大的中央處理器。 （2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 MCS-51系列單片機(jī)芯片內(nèi)部采用模塊化結(jié)構(gòu)，增加或更換一個(gè)模塊就能獲得指令系統(tǒng)和引腳兼容的新產(chǎn)品。另一方面，MCS-51系列單片機(jī)具有64KB的外部程序存儲(chǔ)器尋址能力和64KB的外部RAM和I/O口尋址能力。Intel公司標(biāo)準(zhǔn)的I/O接口電路和存儲(chǔ)器電路都可以直接連到MCS-51系列單片機(jī)上以擴(kuò)展系統(tǒng)功能，應(yīng)用非常靈活。 （3）可靠性高 單片機(jī)產(chǎn)品和其他產(chǎn)品一樣，出廠指標(biāo)有軍用品、工業(yè)品和商用品之分。其中軍用品要求絕對(duì)可靠，在任何惡劣的環(huán)境下都能可靠工作，主要用于武器系統(tǒng)、航空器等方面。單片機(jī)屬于工業(yè)品，能在常溫下工作，不需要在溫度恒定的機(jī)房?jī)?nèi)工作。由于單片機(jī)總線大多在芯片內(nèi)部不易受干擾，而且單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)體積小，易于屏蔽，所以單片機(jī)的可靠性較高。（4）處理功能強(qiáng)，速度快 MCS-51系列單片機(jī)指令系統(tǒng)中具有加、減、乘、除指令，各種邏輯運(yùn)算和轉(zhuǎn)移指令，還具有位操作功能。CPU時(shí)鐘頻率高達(dá)12MHz，單字節(jié)乘法和除法僅需要4μs，而且具有特殊的多機(jī)通信功能，可作為多機(jī)系統(tǒng)中的子系統(tǒng)。 單片機(jī)的制造工藝： 制造單片機(jī)的工藝只有兩種：HMOS工藝和CHMOS工藝。 早期的MCS-51系列芯片都采用HMOS工藝，即高密度、短溝道MOS工藝。8051、8751、8031、8951等產(chǎn)品均屬于HMOS工藝制造的產(chǎn)品。 CHMOS工藝是CMOS和HMOS的結(jié)合，除保持了HMOS工藝的高密度、高速度之外，還具有CMOS工藝低功耗的特點(diǎn)。例如HMOS工藝制造的8051芯片的功耗為630mW，而用CHMOS工藝制造的80C51芯片的功耗為120mW，這么低的功耗用一粒鈕扣電池就可以工作。單片機(jī)型號(hào)中包含有“C”的產(chǎn)品就是指它的制造工藝是CHMOS工藝。例如80C51，就是指用CHMOS工藝制造的8051。 三、 單片機(jī)的特點(diǎn) （1）體積小、重量輕、功耗低、功能強(qiáng)、性價(jià)比高。 （2）數(shù)據(jù)大都在單片機(jī)內(nèi)部傳送，運(yùn)行速度快，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。 （3）結(jié)構(gòu)靈活，易于組成各種微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 （4）應(yīng)用廣泛，既可用于工業(yè)自動(dòng)控制等場(chǎng)合，又可用于測(cè)量?jī)x器、醫(yī)療儀器及家用電器等領(lǐng)域。 （5）內(nèi)含有Flash存儲(chǔ)器 由于片內(nèi)含有Flash存儲(chǔ)器，因此在系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中可以十分容易地進(jìn)行程序的修改。同時(shí)，在系統(tǒng)工作過(guò)程中，能有效地保存數(shù)據(jù)信息，即使外界電源損壞也不影響信息的保存。 （6）和AT80C51插座兼容 AT89系列單片機(jī)的引腳和MCS-51系列單片機(jī)的引腳是一樣的。只要用相同引腳的AT89系列單片機(jī)就可以取代MCS-51系列單片機(jī)。 （7）靜態(tài)時(shí)鐘方式 AT89系列單片機(jī)采用靜態(tài)時(shí)鐘方式，節(jié)省電能，這對(duì)于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有用。 第二講 一、授課內(nèi)容： 1 、MCS-51和80C51系列簡(jiǎn)介 2、單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式 二、授課類型：講授 三、授課時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí) 四、教學(xué)目標(biāo)：了解單片機(jī)的發(fā)展,應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式，掌握單片機(jī)的特點(diǎn) 五、教學(xué)重、難點(diǎn)： 重點(diǎn)/難點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)的特點(diǎn) 六、教學(xué)設(shè)想： 借助產(chǎn)品、作品演示,一方面可以使課堂生動(dòng),另一方面可以騰出大量時(shí)間加強(qiáng)對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)的講解,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解,同時(shí)提高他們對(duì)本學(xué)科的興趣. 七、教學(xué)過(guò)程：（板書） 一、單片機(jī)系列簡(jiǎn)介 目前世界上單片機(jī)生產(chǎn)廠商很多, 如: Intel、 Motorola、 Philips、 Siemens、 NEC、 ADM、 Zilog等公司, 其主流產(chǎn)品有幾十個(gè)系列, 幾百個(gè)品種。 盡管其各具特色, 名稱各異, 但作為集CPU、 RAM、 ROM（或EPROM）、 I/O接口、 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、 中斷系統(tǒng)為一體的單片機(jī), 其原理大同小異。 現(xiàn)以Intel公司的系列產(chǎn)品為例, 說(shuō)明各系列之間的區(qū)別。 Intel公司從其生產(chǎn)單片機(jī)開始, 發(fā)展到現(xiàn)在, 大體上可分為3大系列: MCS—48系列、 MCS—51系列、 MCS—96系列。 MCS—51單片機(jī)系列： MCS—51系列單片機(jī)雖已有10多種產(chǎn)品, 但可分為兩大系列: MCS—51子系列與MCS—52子系列。 MCS—51子系列中主要有8031、 8051、 8751 三種類型。而MCS—52子系列也有3種類型8032、 8052、 8752。 在某些性能上略有差異。 由此可見, 在本子系列內(nèi)各類芯片的主要區(qū)別在于片內(nèi)有無(wú)ROM或EPROM; MCS—51與MCS—52子系列間所不同的是片內(nèi)程序存儲(chǔ)器ROM從4 KB增至8 KB; 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由128個(gè)字節(jié)增至256個(gè)字節(jié);定時(shí)器/計(jì)數(shù)器增加了一個(gè); 中斷源增加了1～2個(gè)。 另外, 對(duì)于制造工藝為CHMOS的單片機(jī), 由于采用CMOS技術(shù)制造, 因此具有低功耗的特點(diǎn), 如8051功耗約為630 mW, 而80C51的功耗只有120 mW。 MCS-51是一個(gè)單片機(jī)系列產(chǎn)品，具有多種芯片型號(hào)。具體說(shuō)，按其內(nèi)部資源配置的不同，MCS-51可分為兩個(gè)子系列和四種類型. MCS子系列 片內(nèi)ROM形式 片內(nèi)ROM容量 片內(nèi)RAM容量 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 中斷源 無(wú) ROM EPROM E2PROM MCS-51子系列 8031 8051 8751 8951 4KB 128B 216 5 MCS-52子系列 8032 8052 8752 8952 8KB 256B 316 6 MCS-51子系列包含4個(gè)產(chǎn)品，這4個(gè)產(chǎn)品具有不同的應(yīng)用特性。 8051：?jiǎn)纹瑱C(jī)8051內(nèi)部包含了4KB的ROM、128B的RAM、21個(gè)特殊功能寄存器、4個(gè)8位并行口、一個(gè)全雙工串行口、兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及一個(gè)處理功能很強(qiáng)的中央處理器，是一臺(tái)完整的微型計(jì)算機(jī) 8751：是以4KB的EPROM代替4KB ROM的8051。 8951：是以4KB的E2PROM（或Flash ROM）代替4KB ROM的8051。 8031：是內(nèi)部無(wú)ROM的8051。單片機(jī)8031不構(gòu)成完整計(jì)算機(jī)，必須外接EPROM作為程序存儲(chǔ)器。 52子系列也包含4個(gè)產(chǎn)品，分別是51子系列的增強(qiáng)型。由于資源數(shù)量的增加，芯片的功能有所增強(qiáng)。片內(nèi)ROM容量從4KB增加到8KB；RAM容量從128B增加到256B；定時(shí)器數(shù)目從2個(gè)增加到3個(gè)；中斷源從5個(gè)增加到6個(gè)等。 80C51單片機(jī)系列是在MCS-51系列的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。 最早推出80C51系列芯片的是Intel公司，并且作為MCS-51系列的一部分，按原MCS-51系列芯片的規(guī)則命名，例如80C51、80C31、87C51等（至于89C51，我們把它歸入89系列單片機(jī)，將在下一節(jié)介紹）。 后來(lái)越來(lái)越多的公司生產(chǎn)80C51芯片，而且型號(hào)的命名已面目全非，功能上也做了不同程度的改進(jìn)，如增加了A/D轉(zhuǎn)換、高速I/O口等。有些還在總線結(jié)構(gòu)上做了重大改進(jìn)，出現(xiàn)了廉價(jià)的非總線型單片機(jī)芯片。但是萬(wàn)變不離其宗： CHMOS工藝芯片80C51/80C31/87C51/89C51的基本特征是低功耗、允許的電源電壓波動(dòng)范圍較大（為5V20%），并有三種功耗控制方式（增加了待機(jī)和掉電保護(hù)兩種方式）。 習(xí)慣上，我們?nèi)匀话?0C51系列作為MCS-51的子系列。 二、單片機(jī)的應(yīng)用 由于單片機(jī)具有體積小、 重量輕、 價(jià)格便宜、功耗低, 控制功能強(qiáng)及運(yùn)算速度快等特點(diǎn), 因而在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、 軍事及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。 （1）家用電器領(lǐng)域 目前國(guó)內(nèi)各種家用電器已普遍采用單片機(jī)控制取代傳統(tǒng)的控制電路，而做成單片機(jī)控制系統(tǒng)。例如洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、微波爐、電飯煲、電視機(jī)、錄像機(jī)及其它視頻音像設(shè)備的控制器。 （2）辦公自動(dòng)化領(lǐng)域 現(xiàn)代辦公室中所使用的大量通信、信息產(chǎn)品多數(shù)都采用了單片機(jī)，如通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的鍵盤譯碼、磁盤驅(qū)動(dòng)、打印機(jī)、繪圖儀、復(fù)印機(jī)、電話、傳真機(jī)、考勤機(jī)等。 （3）智能儀表。 用單片機(jī)改造原有的測(cè)量、 控制儀表, 促進(jìn)儀表向數(shù)字化、 智能化、 多功能化、 綜合化、 柔性化方向發(fā)展。 （4）機(jī)電一體化產(chǎn)品。 單片機(jī)與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合, 使傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化, 控制智能化。 （5）商業(yè)營(yíng)銷領(lǐng)域 由于在商業(yè)營(yíng)銷系統(tǒng)已廣泛使用的電子稱、收款機(jī)、條形碼閱讀器、倉(cāng)儲(chǔ)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、商場(chǎng)保安系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、冷凍保鮮系統(tǒng)等中，目前已紛紛采用單片機(jī)構(gòu)成專用系統(tǒng)，主要由于這種系統(tǒng)有明顯的抗病菌侵害、抗電磁干擾等高可靠性能的保證。 （6）汽車電子與航空航天電子系統(tǒng) 通常在這些電子系統(tǒng)中的集中顯示系統(tǒng)、動(dòng)力監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)、自動(dòng)駕馭系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及運(yùn)行監(jiān)視器（黑匣子）等都要構(gòu)成冗余的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 習(xí) 題 1. 什么叫單片機(jī)？除了“單片機(jī)”之外，單片機(jī)還可以稱為什么？ 2. 單片機(jī)主要使用匯編語(yǔ)言，而編寫匯編語(yǔ)言程序要求設(shè)計(jì)人員除了熟練掌握指令系統(tǒng)外，還必須精通什么？ 3. 8051、8751、8031單片機(jī)的主要區(qū)別是什么？ 4. 與8051比較，80C51的最大特點(diǎn)是什么？ 5. AT89系列單片機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是什么？ 6. 單片機(jī)發(fā)展方向是什么？ 第三講 一、授課內(nèi)容： 進(jìn)位計(jì)數(shù)制及相互轉(zhuǎn)換 二、授課類型：講授 三、授課時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí) 四、教學(xué)目標(biāo)：掌握各數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換 五、教學(xué)重、難點(diǎn)： 重點(diǎn)/難點(diǎn)：掌握各數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換 六、教學(xué)設(shè)想： 借助產(chǎn)品、作品演示,一方面可以使課堂生動(dòng),另一方面可以騰出大量時(shí)間加強(qiáng)對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)的講解,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解,同時(shí)提高他們對(duì)本學(xué)科的興趣. 七、教學(xué)過(guò)程：（板書） 一、進(jìn)位計(jì)數(shù)制 按進(jìn)位的原則進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法稱之為進(jìn)位計(jì)數(shù)制，簡(jiǎn)稱進(jìn)位制。人們?nèi)粘Ｉ钪辛?xí)慣上使用十進(jìn)制，而二進(jìn)制使于實(shí)現(xiàn)、存儲(chǔ)、傳輸，所以計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制。但二進(jìn)制不易書寫和閱讀，因此又引入了八進(jìn)制和十六進(jìn)制。 　1．十進(jìn)制（后綴或下標(biāo)D表示） 十進(jìn)制計(jì)數(shù)原則：逢十進(jìn)一 十進(jìn)制的基數(shù)為：10 十進(jìn)制的數(shù)碼為：0　1　2　3　4　5　6　7　8　9 十進(jìn)制數(shù)第K位的權(quán)為：10k （第K位的權(quán)為基數(shù)的K次方，第K位的數(shù)碼與第K位權(quán)的乘積表示第K位數(shù)的值）。 例如：8846.78=8103+8102+4101+6106+710—1+810—2 該數(shù)中共出現(xiàn)三次數(shù)碼8，但各自的權(quán)不一樣，故其代表的值也不一樣。 　2．二進(jìn)制（后綴或下標(biāo)B表示） 二進(jìn)制計(jì)數(shù)原則：逢二進(jìn)一 二進(jìn)制的基數(shù)為：2 二進(jìn)制的數(shù)碼為：0 1 二進(jìn)制數(shù)第K位的權(quán)為：2K 例如：11010101.01B=127+126+025+124+023+122+021+120+02—1+12—2=213.25 N位二進(jìn)制數(shù)可以表示2N個(gè)數(shù)。例如3位二進(jìn)制數(shù)可以表示8個(gè)數(shù)，如附表1所示： 附表1 二 進(jìn) 制 數(shù) 000 001 010 011 100 101 110 111 相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù) 0 1 2 3 4 5 6 7 　3．八進(jìn)制（后綴或下標(biāo)O表示） 八進(jìn)制計(jì)計(jì)數(shù)原則：逢八進(jìn)一 八進(jìn)制的基數(shù)為：8 八進(jìn)制的數(shù)碼為：0　1　2　3　4　5　6　7 八進(jìn)制數(shù)第K位的權(quán)為：8K 例如：127O=182+281+780=87D 　4．十六進(jìn)制（后綴或下標(biāo)H表示） 十六進(jìn)制計(jì)數(shù)原則：逢十六進(jìn)一 十六進(jìn)制的基數(shù)為：16 十六進(jìn)制的數(shù)碼為：0　1　2　3　4　5　6　7　8　9　A B C D E F 十六進(jìn)制第K位的權(quán)為： 16k 例如：64.4H=6161+4160+416—1=100.25D 十六進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制和十進(jìn)制數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如附表2所示： 附表2 二 進(jìn) 制 數(shù) 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 十 進(jìn) 制 數(shù) 0 1 2 3 4 5 6 7 十六進(jìn)制數(shù) 0 1 2 3 4 5 6 7 二 進(jìn) 制 數(shù) 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 十 進(jìn) 制 數(shù) 8 9 10 11 12 13 14 15 十六進(jìn)制數(shù) 8 9 A B C D E F 二、不同進(jìn)位制之間的轉(zhuǎn)換。 1．二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十制數(shù)。 　轉(zhuǎn)換原則：按權(quán)展開求和。 例如： 10001101.11B=127+026+025+024+123+122+021+120+12—1+1 2—2 =141.75D　　 八進(jìn)制十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)也同樣遵循該原則，不再單獨(dú)介紹了。 　2．十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù) 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)的原則：①整數(shù)部分：除基取余，逆序排列 　　　　　　　　　　　　　　?、谛?shù)部分：乘基取整，順序排列 例 將十進(jìn)數(shù)186和0.8125轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。 高位 低位 低位 高位 　　 因此 ： 186D = 10111010B 0.8125D = 0.11011B 注意：當(dāng)十進(jìn)制小數(shù)不能用有限位二進(jìn)制小數(shù)精確表示時(shí)，根據(jù)精度要求，采用“0舍1入”法，取有限位二進(jìn)制小數(shù)近似表示。 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制，十六進(jìn)制數(shù)同樣遵循該原則。 　3．二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制 由于十六進(jìn)制的基數(shù)是2的冪，所以二進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換是十分方便的，二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制的原則：整數(shù)部分從低位到高位四位一組不足補(bǔ)零，直接用十六進(jìn)制數(shù)來(lái)表示；小數(shù)部分從高位到低位四位一組不足補(bǔ)零，直接用十六進(jìn)制數(shù)表示。 例附—2 將二進(jìn)制數(shù)　10011110.00111轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)。 　　　　　1001　 1110 . 0011 1000 9 E 3 8 所以10011110.00111B＝9E.38H。 　4．十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù) 十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)的原則：十六進(jìn)制數(shù)中的每一位用4位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示。 例如：將十六進(jìn)制數(shù)A87.B8轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。 　A　　　8　　　7　. B　　　8　 1010 1000 0111 1011 1000 所以A87.B8H=101010000111.10111000B。 八進(jìn)制的基數(shù)同樣是2的冪，因此二進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換也遵循以上的原則，只是將原則中的四位改成三位。 例如：將二進(jìn)制數(shù)11010110.110101B轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)。 　　　將八進(jìn)制數(shù)746.42O轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。 　　011　　010　　110　.　110　101　　　　7　　4　　6 . 4 2 3 2 6 6　　5 111 100 110 100 01 所以，11010110.110101B=326.65O， 746.42O=111100110.100010B 三、八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)運(yùn)算 　1．二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算 加法法則　　　　　　　　　　　　　　　　乘法法則 0＋0＝0 　　　 0 X 0=0 0＋1＝1 0 X 1=0 1＋0＝1 1 X 0=0 1＋1＝0（進(jìn)位1） 1 X 1=1 注意：二進(jìn)制數(shù)加法運(yùn)算中1＋1＝0（進(jìn)位1）和邏輯運(yùn)算中1∨1＝1的不同含義。 　2．十六進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算 十六進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算遵循“逢十六進(jìn)一”的原則。 ① 十六進(jìn)制加法： 十六進(jìn)制數(shù)相加，當(dāng)某一位上的數(shù)碼之和S小于16時(shí)與十進(jìn)制數(shù)同樣處理，如果數(shù)碼之各S≧16時(shí)，則應(yīng)該用S減16及進(jìn)位1來(lái)取代S。 例如： 0 8 A 3 H + 4 B 8 9 H 5 4 2 CH ② 十六進(jìn)制減法 十六進(jìn)制減法也與十進(jìn)制數(shù)類似，夠減時(shí)直接相減，不夠減時(shí)服從向高位借1為16的原則。 例如： 0 5 C 3 H －3 D 2 5 H C 8 9 E H 十六進(jìn)制數(shù)的乘除運(yùn)算同樣根據(jù)逢十六進(jìn)一的原則處理，這里不再繁述。 第四講 一、授課內(nèi)容： 計(jì)算機(jī)中數(shù)和字符的表示 二、授課類型：講授 三、授課時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí) 四、教學(xué)目標(biāo)：熟悉計(jì)算機(jī)中數(shù)和字符的表示 五、教學(xué)重、難點(diǎn)： 重點(diǎn)/難點(diǎn)：計(jì)算機(jī)中數(shù)和字符的表示 六、教學(xué)設(shè)想： 借助產(chǎn)品、作品演示,一方面可以使課堂生動(dòng),另一方面可以騰出大量時(shí)間加強(qiáng)對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)的講解,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解,同時(shí)提高他們對(duì)本學(xué)科的興趣. 七、教學(xué)過(guò)程：（板書） 一、計(jì)算機(jī)中有符號(hào)數(shù)的表示。 計(jì)算機(jī)中的數(shù)是用二進(jìn)制來(lái)表示的，有符號(hào)數(shù)中的符號(hào)也是用二進(jìn)制數(shù)值來(lái)表示，0表示“＋”號(hào)，1表示“－”號(hào)，這種符號(hào)數(shù)值化之后表示的數(shù)稱之為機(jī)器數(shù)，它表示的數(shù)值稱之為機(jī)器數(shù)的真值。 為將減法變?yōu)榧臃?，以方便運(yùn)算簡(jiǎn)化CPU的硬件結(jié)構(gòu)，機(jī)器數(shù)有三種表示方法：即原碼、反碼和補(bǔ)碼。 　1．原碼 最高位為符號(hào)位，符號(hào)位后表示該數(shù)的絕對(duì)值。 例如： [+112]原=01110000B [—112]原=11110000B 其中最高位為符號(hào)位，后面的7位是數(shù)值（字長(zhǎng)為8位，若字長(zhǎng)為16位，則后面15位為數(shù)值）。 原碼表示時(shí)＋112和－112的數(shù)值位相同，符號(hào)位不同。 說(shuō)明：　 ① 0的原碼有兩種表示法： 　 [+0 ]原=00000000B 　[－0]原=10000000B ② N位原碼的表示范圍為：1－2N—1 ～ 2N—1－1。 例如8位原碼表示的范圍為：－127～+127 　2．反碼 最高位為符號(hào)位，正數(shù)的反碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼為其正數(shù)原碼按位求反。 　　　　　[+112 ]反=01110000B [–112]反=10001111B 說(shuō)明： ① 0的反碼有兩種表示法： [+0 ]反=00000000B [－0]反=11111111B ② N位反碼表示的范圍為： 1－2n—1－2n—1－1； 例如8位反碼表示的范圍為 –127－+127。 ③ 符號(hào)位為1時(shí)，其后不是該數(shù)的絕對(duì)值。 　例如反碼11100101B的真值為–27，而不是–101。 　3．補(bǔ)碼 最高位為符號(hào)位，正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為其正數(shù)原碼按位求反再加1。 例如：　[+112]補(bǔ) =01110000B [—112]補(bǔ) =10010000B 　　 說(shuō)明：　 ① 0的補(bǔ)碼只有一種表示法：[+0]=[—0]=00000000B； ② n位補(bǔ)碼所能表示的范圍為—2n—1－2n—1—1； 例如8位補(bǔ)碼表示的范圍為－128－+127。 ③ 八位機(jī)器數(shù)中：[—128]補(bǔ)=10000000B，[－128]原，[－128]反不存在。 ④ 符號(hào)位為1時(shí)，其后不是該數(shù)的絕對(duì)值。 例如：補(bǔ)碼11110010B的真值為–14，而不是–114。 有符號(hào)數(shù)采用補(bǔ)碼表示時(shí)，就可以將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算。因此計(jì)算機(jī)中有符號(hào)數(shù)均以補(bǔ)碼表示。 例如： 　　X＝84－16＝（＋84）＋（–16）→[X]補(bǔ)=[+84]補(bǔ)+[–16]補(bǔ) （+84）補(bǔ) =01010100B （–16）補(bǔ)=11110000B 0 1 0 1 0 1 0 0B + 1 1 1 1 0 0 0 0B 0 1 0 0 0 1 0 0B 1 　所以 [X]補(bǔ)=01000100B，即X=68。 在字長(zhǎng)為8位的機(jī)器中，第7位的進(jìn)位自動(dòng)丟失，但這不會(huì)影響運(yùn)算結(jié)果。 機(jī)器中這一位并不是真正丟失，而是保存在程序狀態(tài)字PSW中的進(jìn)位標(biāo)志Cy中。 又如：X＝48－88＝（＋48）＋（－88）→[X]補(bǔ)=[+48]補(bǔ)+[—88]補(bǔ) [+48]補(bǔ) =00110000B [－88]補(bǔ)=10101000B 0 0 1 1 0 0 0 0B + 1 0 1 0 1 0 0 0B 1 1 0 1 1 0 0 0B 　所以 [X]補(bǔ)=11011000B，即X=－40。 為進(jìn)一步說(shuō)明補(bǔ)碼如何將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算，我們舉一日常的例子：對(duì)于鐘表，它所能表示的最大數(shù)為12點(diǎn)，我們把它稱之為模，即一個(gè)系統(tǒng)的量程或所能表示的最大的數(shù)。若當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為6點(diǎn)，現(xiàn)有一只表為9點(diǎn)，可以有兩種調(diào)時(shí)方法： ① 9－3＝6（倒撥） ② 9＋9＝6（順撥） 即有9＋9＝9＋3＋6＝12＋6＝9－3 因此對(duì)某一確定的模，某數(shù)減去小于模的一數(shù)，總可以用加上該數(shù)的負(fù)數(shù)與其模之各（即補(bǔ)碼）來(lái)代替。故引入補(bǔ)碼后，減法就可以轉(zhuǎn)換為加法。 補(bǔ)碼表示的數(shù)還具有以下特性： [X＋Y]補(bǔ)＝[X]補(bǔ)＋[Y]補(bǔ) [X－Y]補(bǔ)＝[X]補(bǔ)＋[－Y]補(bǔ) 附表3為n＝8和n＝16時(shí)n位補(bǔ)碼表示的數(shù)的范圍。 附表3 n位二進(jìn)制補(bǔ)碼數(shù)的表示范圍 十進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù) 十六進(jìn)制數(shù) 十進(jìn)制數(shù) 十六進(jìn)制數(shù) N=8 n=16 +127 +126 . +2 +1 0 -1 -2 . -126 -127 -128 01111111 01111110 . 00000010 00000001 00000000 11111111 11111110 . 10000010 10000001 10000000 7F 7E . 02 01 00 FF EE . 82 81 80 +32767 +32766 . +2 +1 0 -1 -2 . -32766 -32767 -32768 7FFF 7FFE . 0002 0001 0000 FFFF FFFE . 8002 8001 8000 二、無(wú)符號(hào)整數(shù) 在某些情況下，處理的全是正數(shù)時(shí)，就不必須再保留符號(hào)位。我們把最高有效位也作為數(shù)值處理，這樣的數(shù)稱之為無(wú)符號(hào)整數(shù)。8位無(wú)符號(hào)數(shù)表示的范圍為：0－255。 計(jì)算機(jī)中最常用的無(wú)符號(hào)整數(shù)是表示存儲(chǔ)單元地址的數(shù)。 三、字符表示 字母、數(shù)字、符號(hào)等各種字符（例如鍵盤輸出的信息或打印輸出的信都是按字符方式輸出輸出）按特定的規(guī)則，用二進(jìn)制編碼在計(jì)算中表示。字符的編碼方式很多，最普遍采用的是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼ASCⅡ碼。 ASCⅡ碼是7位二進(jìn)制編碼。計(jì)算機(jī)中用一個(gè)字節(jié)表示一個(gè)ASCⅡ碼字符，最高位默認(rèn)為0，可用作校驗(yàn)位。 第五講 一、授課內(nèi)容： MCS―51系列單片機(jī) 二、授課類型：講授 三、授課時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí) 四、教學(xué)目標(biāo)： 掌握MCS―51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)引腳功能 六、教學(xué)重、難點(diǎn)： 重點(diǎn)/難點(diǎn)：80C51單片機(jī)的引腳功能。 七、教學(xué)設(shè)想： 借助產(chǎn)品、作品演示,一方面可以使課堂生動(dòng),另一方面可以騰出大量時(shí)間加強(qiáng)對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)的講解,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解,同時(shí)提高他們對(duì)本學(xué)科的興趣. 八、教學(xué)過(guò)程：（板書） 一、MCS-51單片機(jī)的基本組成（如下圖所示） （1）一個(gè)8位微處理器CPU。 （2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM和特殊功能寄存器SFR。 （3）內(nèi)部程序存儲(chǔ)器ROM。 （4）兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可用作定時(shí)器。 （5）四個(gè)8位可編程的I/O（輸入/輸出）并行端口，每個(gè)端口既可做輸入，也可做輸出。 （6）一個(gè)串行端口，用于數(shù)據(jù)的串行通信。 （7）中斷控制系統(tǒng)。 （8）內(nèi)部時(shí)鐘電路。 二、80C51單片機(jī)的引腳功能結(jié)構(gòu)框圖（如下圖所示） 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(fù)用引腳RST/ VPD、ALE/、和/VPP 4．輸入/輸出引腳P0、P1、P2、P3（共32根） 三、引腳功能 （1） 主電源引腳Vcc和Vss VCC: 接+5 V電源正端; VSS: 接+5 V電源地端。 （2） 外接晶體引腳XTAL1和XTAL2 XTAL1: 接外部石英晶體的一端。 在單片機(jī)內(nèi)部, 它是一個(gè)反相放大器的輸入端, 這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。 當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí), 對(duì)于HMOS單片機(jī), 該引腳接地; 對(duì)于CHMOS單片機(jī), 該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。 XTAL2: 接外部晶體的另一端。 在單片機(jī)內(nèi)部, 接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。 當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí), 對(duì)于HMOS單片機(jī), 該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端; 對(duì)于CHMOS芯片, 該引腳懸空不接。 圖一 內(nèi)部振蕩方式 圖二 外部振蕩方式 圖一 圖二 （3）輸入/輸出（I/O）引腳P0口、 P1口、 P2口及P3口 （a） P0口（39腳～32腳）: P0.0～P0.7統(tǒng)稱為P0口。 （b） P1口（1腳～8腳）: P1.0～P1.7統(tǒng)稱為P1口, 可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用。 （c） P2口（21腳～28腳）: P2.0～P2.7統(tǒng)稱為P2口, 一般可作為準(zhǔn)雙向I/O接口。 （d） P3口（10腳～17腳）: P3.0～P3.7統(tǒng)稱為P3口 第六講 一、授課內(nèi)容： MCS―51系列單片機(jī) 二、授課類型：講授 三、授課時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí) 四、教學(xué)目標(biāo)： 掌握MCS―51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)引腳功能 六、教學(xué)重、難點(diǎn)： 重點(diǎn)/難點(diǎn)：80C51單片機(jī)的引腳功能。 七、教學(xué)設(shè)想： 借助產(chǎn)品、作品演示,一方面可以使課堂生動(dòng),另一方面可以騰出大量時(shí)間加強(qiáng)對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)的講解,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解,同時(shí)提高他們對(duì)本學(xué)科的興趣. 八、教學(xué)過(guò)程：（板書） 下面將這40條引腳按功能分為四部分?jǐn)⑹銎涔δ堋? 1. 主電源引腳Vcc和Vss Vcc（40腳）：接+5V電壓 Vss（20腳）：接地 2. 外接晶體引腳XTAL1和XTAL2 XTAL1（19腳）：接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)HMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)接地；對(duì)CHMOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。 XTAL2（18腳）：接外部晶體管的另一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)接外部振蕩器的信號(hào)，即把外部振蕩器的信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端；對(duì)于CHMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸浮。 3. 控制或其他電源復(fù)用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN、EA/VPP RST/VPD（9腳）：振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平使單片機(jī)復(fù)位。建議在此引腳與Vss之間連接一個(gè)約8.2kΩ的下拉電阻，與Vcc引腳之間連接一個(gè)約10μF的電容，以保證可靠的復(fù)位（詳見復(fù)位電路內(nèi)容）。Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保持內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。 ALE/ PROG（30腳）：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE端仍然以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器的1/6。因此，它可以用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)。 對(duì)于EPROM型的單片機(jī)（如8751），在EPROM編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 PSEN（29腳）：此引腳的輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期它二次有效。但在此期間，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這二次有效信號(hào)將不出現(xiàn)。它同樣可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）8個(gè)LS型的TTL輸入電路。 EA/VPP（31腳）：當(dāng)這引腳保持高電平時(shí)，訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過(guò)0FFFH（對(duì)8051/8751）或1FFFH（對(duì)8052）時(shí)將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng)這引腳保持低電平時(shí)，則只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。 對(duì)于8031來(lái)說(shuō)，無(wú)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，端口必須保持低電平，即接地，才能只選擇外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于EPROM型的單片機(jī)（如8751），在EPROM編程期間，此引腳也用于施加21V的編程電源（VPP）。 4. 輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2、P3（共32根） P0口（39腳～32腳）：是雙向8位三態(tài)I/O口，在外接存儲(chǔ)器時(shí)，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型的TTL輸入負(fù)載。 P1口（1腳～8腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口。由于這種接口輸出沒(méi)有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。P1口可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。對(duì)于8052、8032，P1.0引腳的第二功能為T2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的外部輸入，P1.1引腳的第二功能為T2的外部控制端。對(duì)EPROM編程和程序驗(yàn)證期間，它接收低8位地址。 P2口（21腳～28腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，它可以作為擴(kuò)展電路高8位地址總線送出高8位地址。在對(duì)EPROM編程和程序驗(yàn)證期間，它接收高8位地址。P2口可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL輸入負(fù)載。 P3口（10腳～17腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口，在MCS-51中，這8個(gè)引腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口。P3口可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL輸入負(fù)載。作為第一功能使用時(shí)，為普通I/O口，功能和操作方法與P1口相同。作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義見表2.2。值得強(qiáng)調(diào)的是，P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。 表6.1 P3口線的第二功能定義 口線 引腳 功能 P3.0 10 RxD(串行輸入口) P3.1 11 TxD(串行輸出口) P3.2 12 INT0(外部中斷0) P3.3 13 INT1(外部中斷1) P3.4 14 T0(定時(shí)器0外部輸入) P3.5 15 T1(定時(shí)器1外部輸入) P3.6 16 WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖) P3.7 17 RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖) 第七講 一、授課內(nèi)容： MCS―51系列單片機(jī) 二、授課類型：講授 三、授課時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí) 四、教學(xué)目標(biāo)： 掌握MCS―51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 六、教學(xué)重、難點(diǎn)： 重點(diǎn)/難點(diǎn)：80C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 七、教學(xué)設(shè)想： 借助產(chǎn)品、作品演示,一方面可以使課堂生動(dòng),另一方面可以騰出大量時(shí)間加強(qiáng)對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)的講解,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解,同時(shí)提高他們對(duì)本學(xué)科的興趣. 八、教學(xué)過(guò)程：（板書） 一、MCS-51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)（如下圖所示） 二、 MCS-51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1．內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ROM）和內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）容量（如下圖所示） 2．輸入/輸出（I/O）端口 3．外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間 4．中斷與堆棧 5．定時(shí)/計(jì)數(shù)器與寄存器區(qū) 6．指令系統(tǒng) 三、MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1．運(yùn)算器 運(yùn)算器由8位算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU（Arithmetic Logic Unit）、8位累加器ACC（Accumulator）、8位寄存器B、程序狀態(tài)字寄存器PSW（Program Status Word）、8位暫存寄存器TMP1和TMP2等組成。 2．控制器 主要由程序計(jì)數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令譯碼器ID、堆棧指針SP、數(shù)據(jù)指針DPTR、時(shí)鐘發(fā)生器及定時(shí)控制邏輯等組成。 四、MCS-51單片機(jī)的存儲(chǔ)器配置 （一）內(nèi)部RAM低128單元 8051低128個(gè)單元是真正的內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM區(qū)，是一個(gè)多功能復(fù)用性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其按用途可分為三個(gè)區(qū)域。如圖2—2所示： 1． 工作寄存器區(qū)（00H~1FH） 也稱為通用寄存器，該區(qū)域共有4組寄存器，每組由8個(gè)寄存單元組成，每個(gè)單元8 位，各組均以R0~R7作寄存器編號(hào)，共32個(gè)單元，單元的00H~1FH。 在任一時(shí)刻，CPU只能使用其中一組通用寄存器，稱為當(dāng)前通用寄存器組，具體可由程序狀態(tài)寄存器PSW中RS1，RS0位的狀態(tài)組合來(lái)確定。通用寄存器為CPU提供了就近存取數(shù)據(jù)的便利，提高了工作速度，也為編程提供了方便。 2． 位尋址區(qū)（20H~2FH） 內(nèi)部RAM的20H~2FH，共16個(gè)單元，計(jì)168=128位，位地址為00H~7FH。位尋址區(qū)既可作為一般的RAM區(qū)進(jìn)行字節(jié)操作，也可對(duì)單元的每一位進(jìn)行位操作，因此稱為位尋址區(qū)，是存儲(chǔ)空間的一部分。表7—1列出了位尋址區(qū)的位地址： 表7—1 位尋址區(qū)的位地址 單元地址 MSB 位 地 址 LSB 2FH 7FH 7EH 7DH 7CH 7BH 7AH 79H 78H 2EH 77H 76H 75H 74H 73H 72H 71H 70H 2DH 6FH 6EH 6DH 6CH 6BH 6AH 69H 68H 2CH 67H 66H 65H 64H 63H 62H 61H 60H 2BH 5FH 5EH 5DH 5CH 5BH 5AH 59H 58H 2AH 57H 56H 55H 54H 53H 52H 51H 50H 29H 4FH 4EH 4DH 4CH 4BH 4AH 49H 48H 28H 47H 46H 45H 44H 43H 42H 41H 40H 27H 3FH 3EH 3DH 3CH 3BH 3AH 39H 38H 26H 37H 36H 35H 34H 33H 32H 31H 30H 25H 2FH 2EH 2DH 2CH 2BH 2AH 29H 28H 24H 27H 26H 25H 24H 23H 22H 21H 20H 23H 1FH 1EH 1DH 1CH 1BH 1AH 19H 18H 22H 17H 16H 15H 14H 13H 12H 11H 10H 21H 0FH 0EH 0DH 0CH 0BH 0AH 09H 08H 20H 07H 06H 05H 04H 03H 02H 01H 00H 其中：MSB——最高有效位。 LSB——最低有效位。 3． 用戶RAM區(qū)（30H~7FH） 所剩80個(gè)單元即為用戶RAM區(qū)，單元地址為30H~7FH，在一般應(yīng)用中把堆棧設(shè)置在該區(qū)域中。 對(duì)內(nèi)部RAM低128單元的使用作幾點(diǎn)說(shuō)明： （1）8051的內(nèi)部RAM 00H～7FH單元可采用直接尋址或間接尋址方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。 （2）內(nèi)部RAM 20H～2FH單元的位地址空間可實(shí)現(xiàn)位操作。 當(dāng)前工作寄存器組可通過(guò)軟件對(duì)PSW中的RS1，RS0位的狀態(tài)設(shè)置來(lái)選擇。 （3）8051的堆棧是自由堆棧，單片機(jī)復(fù)位后，堆棧底為07H，在程序運(yùn)行中可任意設(shè)置堆棧。堆棧設(shè)置通過(guò)對(duì)SP的操作實(shí)現(xiàn)，例如用 指令MOV SP ，#30H將堆棧設(shè)置在內(nèi)部RAM 30H以上單元。 （二）內(nèi)部RAM高128單元 內(nèi)部RAM高128單元是供給專用寄存器使用的，因此稱之為專用寄存器區(qū)（也稱為特殊功能寄存器區(qū)（SFR）區(qū)），單元地址為80H~0FFH。8051共有22個(gè)專用寄存器，其中程序計(jì)數(shù)器PC在物理上是獨(dú)立的，沒(méi)有地址，故不可尋址。它不屬于內(nèi)部RAM的SFR區(qū)。其余的21個(gè)專用寄存器都屬于內(nèi)部RAM的SFR區(qū)，是可尋址的，它們的單元地址離散地分布于80H～0FFH。表7—2為21個(gè)專用寄存器一覽表。 表7—2 8051專用寄存器一覽表 寄存器符號(hào) 地 址 寄存器名稱 ACC E0H 累加器 B F0H B寄存器 PSW D0H 程序狀態(tài)字 SP 81H 堆棧指示器 DPL 82H 數(shù)據(jù)指針低八位 DPH 83H 數(shù)據(jù)指針高八位 IE A8H 中斷允許控制寄存器 IP B8H 中斷優(yōu)先控制寄存器 P0 80H I/O口0 P1 90H I/O口1 P2 A0H I/O口2 P3 B0H I/O口3 PCON 87H 電源控制及波特率選擇寄存器 SCON 98H 串行口控制寄存器 SBUF 99H 串行口數(shù)據(jù)緩沖寄存器 TCON 88H 定時(shí)器控制寄存器 TMOD 89H 定時(shí)器方式選擇寄存器 TL0 8AH 定時(shí)器0低8位 TL1 8BH 定時(shí)器1低8位 TH0 8CH 定時(shí)器0高8位 TH1 8DH 定時(shí)器1高8位 注：帶“” 專用寄存器表示可以位操作。 （三）8051內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ROM） 大多數(shù)51系列單片機(jī)內(nèi)部都配置一定數(shù)量的程序存儲(chǔ)器ROM，如8051芯片內(nèi)有4KB掩膜ROM存貯單元，AT89C51芯片內(nèi)部配置了4KB FlashROM，它們的地址范圍均為0000H~0FFFH。內(nèi)部程序存儲(chǔ)器有一些特殊單元，使用時(shí)要注意。 其中一組特殊單元是0000H~0002H。系統(tǒng)復(fù)位后，（PC）=0000H，單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。如果不是從0000H開始，就要在這三個(gè)單元中存放一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，以便轉(zhuǎn)去執(zhí)行指定的應(yīng)用程序。 另外，在程序存儲(chǔ)器中有各個(gè)中斷源的入口向量地址，分配如下： 0003H~000AH：外部中斷0中斷地址區(qū) 000BH~0012H：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0中斷地址區(qū) 0013H~001AH：外部中斷1中斷地址區(qū) 001BH~0022H：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1中斷地址區(qū) 0023H~002AH：串行中斷地址區(qū) 中斷地址區(qū)首地址為各個(gè)中斷源的入口向量地址，每個(gè)中斷地址區(qū)有8個(gè)地址單元。在中斷地址區(qū)中應(yīng)存放中斷服務(wù)程序，但8個(gè)單元通常難以存下一個(gè)完整的中斷服務(wù)程序，因此往往需要在中斷地址區(qū)首地址中存放一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)去中斷服務(wù)程序真正的入口地址。 從002BH開始的的單元才是用戶可以隨意使用的程序存儲(chǔ)器。 對(duì)程序存儲(chǔ)器的操作作以下說(shuō)明： （1）程序指令的自主操作。CPU按照PC指針自動(dòng)的從程序存儲(chǔ)器中取出指令。 （2）用戶使用指令對(duì)程序存儲(chǔ)器中的常數(shù)表格進(jìn)行讀操作，可用MOVC指令實(shí)現(xiàn)。 五、單片機(jī)復(fù)位電路及復(fù)位狀態(tài) 1．復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位電路包括片內(nèi)、片外兩部分。外部復(fù)位電路就是為內(nèi)部復(fù)位電路提供兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平而設(shè)計(jì)的。MCS-51單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。如圖4-3所示。 22μF C1 RST R1 1KΩ +5V 22μF C1 RST +5V R2 200Ω RST R1 +5V C2 22μF 8031 8051 8751 8031 8051 8751 8031 8051 8751 （a）上電復(fù)位電路 （c）按鍵脈沖復(fù)位電路 （b）按鍵電平復(fù)位電路 R1 1KΩ 圖4-3 2．單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài) 單片機(jī)運(yùn)行出錯(cuò)或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，可按復(fù)位鍵重新運(yùn)行。 3.時(shí)鐘電路 （1）振蕩周期 / 時(shí)鐘周期：為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)的振蕩源的周期。 （3）機(jī)器周期：通常將完成一個(gè)基本操作所需的時(shí)間稱為機(jī)器周期。 （4）指令周期：是指CPU執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間。一個(gè)指令周期通常含有1～4個(gè)機(jī)器周期。 八、作業(yè)：P 47頁(yè) 4，6，10，11 第八講 一、授課內(nèi)容： MCS―51系列單片機(jī) 二、授課類型：講授 三、授課時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí) 四、教學(xué)目標(biāo)： 掌握MCS―51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 六、教學(xué)重、難點(diǎn)： 重點(diǎn)/難點(diǎn)：80C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 七、教學(xué)設(shè)想： 借助產(chǎn)品、作品演示,一方面可以使課堂生動(dòng),另一方面可以騰出大量時(shí)間加強(qiáng)對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)的講解,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解,同時(shí)提高他們對(duì)本學(xué)科的興趣. 八、教學(xué)過(guò)程：（板書） 一、 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128單元 片內(nèi)RAM（內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）的地址范圍是00H～FFH。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128單元的地址范圍是00H～7FH。分三個(gè)區(qū)。 （1）工作寄存器區(qū) 00H～1FH單元共32B，是4個(gè)通用工作寄存器組，每組含8個(gè)寄存器（R0～R7）。切換CPU的工作寄存器組，只要CPU執(zhí)行一條單周期指令改變程序狀態(tài)字PSW（特殊功能寄存器）的第3、4位，見表8-1。若程序中不需要4組工作寄存器，那么剩下的工作寄存器組所對(duì)應(yīng)的單元也可以作一般的數(shù)據(jù)緩沖器使用。 表8-1 工作寄存器組的選擇 PSW.4（RS1） PSW.3（RS0） 當(dāng)前使用的工作寄存器組R0～R7 0 0 0組（00H～07H） 0 1 1組（08H～0FH） 1 0 2組（10H～17H） 1 1 3組（18H～1FH） （2）位尋址區(qū) 20H～2FH單元共16個(gè)字節(jié)。這16個(gè)RAM單元具有雙重功能。它們既可以像普通RAM單元一樣按字節(jié)存取，也可以單獨(dú)存取，這就是位尋址。20H～2FH單元用作位尋址時(shí)，共有168=128位，每位分配了一個(gè)特定的地址，即00H～7FH，這些地址稱為位地址，如圖2.3所示。位地址在位尋址時(shí)使用。例如：把24H單元中最高位（位地址為27H）置位成1，則可以使用如下置位指令： SETB 27H ； 27H ←1，SETB為置位指令的操作碼 位地址的另一種表示方法是采用字節(jié)地址和位地址結(jié)合的表示方法。位地址05H可以表示成20H.5。 （3）用戶數(shù)據(jù)區(qū) 30～7FH總共有80個(gè)RAM單元，存放用戶數(shù)據(jù)或作堆棧操作使用。中斷系統(tǒng)中的堆棧一般都設(shè)在這一區(qū)域內(nèi)，MCS-51對(duì)用戶數(shù)據(jù)區(qū)中的每個(gè)RAM單元是按字節(jié)存取的。 二、 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器高128單元 在MCS-51系列單片機(jī)中，內(nèi)部RAM的高128單元是供給特殊功能寄存器SFR（Special function register）使用的。所謂特殊功能寄存器是指有特殊用途的寄存器集合，也稱專用寄存器。它們位于片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之上，離散地分布在80H～FFH的地址空間范圍內(nèi)。 特殊功能寄存器的實(shí)際個(gè)數(shù)和單片機(jī)的型號(hào)有關(guān)：8051或8031的SFR有21個(gè)，8052的SFR有26個(gè)。 它們?cè)?0H～FFH的地址空間范圍內(nèi)，不為SFR占用的RAM單元實(shí)際并不存在，訪問(wèn)它們是沒(méi)有意義的。表8-2列出了這些SFR的助記符號(hào)、名稱和地址。 表8-2 特殊功能寄存器地址映像表 符號(hào) 名稱 地址 符號(hào) 名稱 地址 P0# P0鎖存器 80H P1# P1鎖存器 90H SP 堆棧指針 81H SCON# 串行口控制寄存器 98H DPL 數(shù)據(jù)指針低位字節(jié) 82H SBUF 串行數(shù)據(jù)緩沖器 99H DPH 數(shù)據(jù)指針高位字節(jié) 83H P2# P2鎖存器 A0H PCON 電源控制及波特率選擇