《单片机原理及应用》 复习参考
一、 前言
《单片机原理及应用》属于基础性课程，其目的在于培养大家对包含CPU的简单控制系统的了解，初步掌握单片机平台实现相关的汇编语言和C语言相关知识。
整个学期所学习的知识可以分为三部分： （1） MCS51单片机结构和工作原理
这部分知识中，大家需要熟悉和掌握：
1）单片机CPU的外部引脚，P0，P1，P2，P3四个I/O口的作用，以及P3
口各管脚的含义
2）单片机CPU外围单元和基本功能单元
3）主要存储器类型，和上电复位后主要寄存器的初始值 （2） 指令系统、汇编语言和C语言
指令系统是指操作单片机内部资源，完成指定任务的相关指令。所有指令基于汇编语言实现，需要对硬件电路有着清晰地了解。诸如变量定义等操作，需要操作具体地址。虽然汇编语言可读性较差，但在学习阶段，借助汇编语言学习指令系统，有助于硬件结构的学习和熟悉。相比较而言，C语言对指令系统的依赖较小，编程实现更加灵活，可以在熟悉单片机设计之后作为程序实现的主要工具。但是在学习阶段，汇编应该更适合。
指令系统主要包括下面几个部分：(列出了主要的指令) 1）MOV 类指令：MOV、MOVX、MOVC
2）加减乘除指令：ADD/ADDC、SUBB、MUL、DIV 3）逻辑操作指令：ANL、ORL、XRL、CPL
4）控制转移指令：DJNZ、CJNE、JB、JC、AJMP、RET、RETI 5）位操作 指 令：CLR、SETB、CPL、ANL、ORL、 （3） CPU主要功能单元
这部分知识是在熟悉指令系统的基础上，对CPU内部其他的功能单元进行学习。主要包含设置方式、初始参数、连接电路、中断响应等等内容。主要包括：
1）定时器和计数器 T0/ T1 2）外部中断 INT0 和INT1 3）串行通讯 RXD 和TXD
综上所述，单片机的学习要兼顾硬件电路设计和匹配的软件编程实现两部分，在基于单片机平台实现预期功能时，必须对单片机相关知识有着较深的理解。因此，下面分别从上述的3方面内容对单片机知识进行概括和描述。
二、MCS51单片机结构和工作原理
2.1 CPU外部引脚
如图1所示，MCS51单片机包含40个引脚，下面对各个管脚的含义和作用进行介绍。
图1 单片机外部管脚示意图
80C51单片机共有40个引脚，其中具有I/O功能的引脚有32个，分别为P0，P1，P2，P3四个8位的端口。
（1） P0口一般作为8位数据总线使用，以及低8位地址总线使用，P0.0~P0.7
分别对应着CPU的第39~32引脚。
（2） P1口大多用于外部控制信号输出，P1.0~P1.7分别对应着CPU的第1~8
引脚。
（3） P2口一般用于高8位地址总线使用，与P0口一起组成16位的地址总线，
可以寻址64K的扩展RAM和64K的扩展ROM。 （4） P3.0~P3.7分别对应CPU的第10~17引脚。P3口除了作为普通的I/O口使
用，还具有第二功能：
P3.0 ? RXD 串行通讯数据接收 P3.1 ? TXD 串行通讯数据发送
P3.2 ? INT0 外部中断0信号输入，低电平或下降沿有效 P3.3 ? INT1 外部中断1信号输入，低电平或下降沿有效 P3.4 ? T0 计数器T0计数外部脉冲信号输入 P3.5 ? T1 计数器T1计数外部脉冲信号输入
P3.6 ? WR 外部扩展存储器，写使能控制线，低电平有效 P3.7 ? RD 外部扩展存储器，读使能控制线，低电平有效 除此之外，还有8个引脚，下面逐一进行介绍：
XTAL2/ XTAL1 外部晶振引入 第18和19引脚 RST CPU上电复位信号输入 第9引脚
VCC/ GND 电源和地 第40和第20引脚 EA 接高电平使用片内ROM 第31引脚 ALE 数据总线复用管理 第30引脚 PSEN 外部ROM读写控制 第29引脚
2.2 CPU外围单元和基本功能单元
80C51系列单片机具有典型的单片机结构，其基本结构如图2所示。它由CPU系统、CPU外围单元、基本功能单元和外部扩展单元组成，各部分通过内部总线相连。
图2 单片机基本结构示意图
CPU系统和CPU外围单元组成了单片机的最小系统；最小系统与基本功能单元构成了一个单片机的基本结构；在单片机基本结构的基础上，根据不同的嵌入式应用要求可扩展各种外部功能单元电路。 2.2.1 CPU系统
80C51的CPU系统包括CPU、时钟系统和总线控制逻辑。 1）中央处理器CPU
CPU是专门为面向测控对象、嵌入式应用等特点而设计的，具有突出控制功能的指令系统。它是单片机的核心，由运算器和控制器组成。运算器用于实现数据算术逻辑运算，控制器在时钟信号作用下对指令进行译码，使单片机系统各部件按时序协调有序地工作。 2）时钟系统
时钟系统主要产生时钟信号，为CPU及片内各单元电路提供工作的时钟。 80C51单片机时序单位有4个：振荡周期、状态周期、机器周期、指令周期。 （I）振荡周期（节拍）：为单片机提供定时信号的振荡源的周期，又称节拍，是最小的时序单位。
（II）状态周期：又称时钟周期，是振荡周期的2倍。每个状态周期被分为两个节拍P1和P2。
（III）机器周期：一个机器周期由6个状态周期组成，用S1、S2、?、S6表示。一个状态周期有2个节拍，所以一个机器周期有12个节拍。
（IV）指令周期：执行一条指令所需的时间。一个指令周期由1～4个机器周期组成，依据指令不同而不同。
例如：单片机外接晶振频率为fosc = 12MHz，则其各种时序单位的大小为： 节拍 = 1/fosc = 1/12μs 状态 = 2/fosc = 1/6μs 机器周期 = 12/fosc = 1μs
指令周期 =（1～4）机器周期 = 1～4μs 3）总线控制逻辑
总线控制逻辑主要用于管理外部并行总线的时序以及系统复位控制，外部控制总线有RST、ALE、EA和PSEN等。