单片机原理及应用简单复习
第一章 单片机概述
1．单片机：就是在一片半导体硅片上集成了中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、并行I/O口、定时器/计数器、中断系统、系统时钟电路及系统总线的微型计算机。这样一块集成电路芯片具有一台微型计算机的属性，因而被称为单片机微型计算机，简称单片机。
2．单片机主要应用于测控领域。又成单片机为嵌入式控制器或微控制器。
3．单片机按照其用途分类可分为通用型和专用型两大类。通用型：就是其内部可开发的资源可以全部提供给用户。用户可根据实际需要，设计一个以通用单片机芯片为核心，再配以外围接口电路及其他外围设备，并编写相应的软件来满足各种不同需要的测控系统。专用型：是专门针对某些产品的特定用途而制作的单片机。
4．单片机的发展历史阶段：第一个阶段（1974——1976）单片机初级阶段。第二个阶段：（1976——1978）低性能单片机阶段。第三阶段：（1978——1983）高性能单片机阶段。
5．单片机的特点：体积小、价格低、应用方便、稳定可靠。
6．由单片机为核心的构成的应用系统具有以下优点：功能齐全，应用可靠，抗干扰能力强；简单方便，易于普及；发展迅速，前景广阔；嵌入容易，用途广泛。
7．MCS-51系列单片机：8031内部包括1个8位CPU、128BRAM，21个特殊功能寄存器（SFR），4个8位并行I/O口，1个全双工串行口，2个16位定时器/计数器，5个中断源，但片内无程序存储器，需外扩程序存储器芯片。8051在8031的基础上，片内又集成了4KBROM作为程序存储器。8751与8051相比，片内集成的4KB的EPROM取代了8051的4KBROM作为程序存储器。
第二章 单片机的硬件结构
1．AT89S51单片机的硬件组成： 1) 8位微处理器（CPU）； 2) 数据存储器（128B RAM）； 3) 程序存储器（4KB Flash ROM）；
4) 4个8位可编程并行I/O口（P0口、P1口、P2口和P3口）； 5) 1个全双工的异步串行口；
6) 2个可编程的16位定时器/计数器； 7) 1个看门狗定时器；
8) 中断系统具有5个中断源、5个中断向量； 9) 特殊功能寄存器（SFR）26个；
10) 低功耗模式有空闲模式和掉电模式，且具有掉电模式下的中断恢复模式； 11) 3个程序加密锁定位。
2．AT89S51的引脚功能：40个引脚按其功能可分为以下三类： 1) 电源及时钟引脚—VCC、VSS；XTAL1、XTAL2。 2) 控制引脚—
PSEN 、ALE/ PROG、EA/VPP、RST（RESET）
3) I/O口引脚——P0、P1、P2、P3，为4个8位I/O口 3．控制引脚
1) RST (RESET，9脚)：复位信号输入，在引脚加上持续时间大于2个机器周期的高电平，可使单片机复位。正常工作，此脚电平应 ≤ 0.5V。
2)
EA/VPP(Enable Address/Voltage Pulse of Programing，31脚)：EA引脚的第一功能：外部程序存储器访问允许
控制端。
当EA引脚接高电平时，在PC值不超出0FFFH（即不超出片内4KB Flash存储器的地址范围）时，单片机读片内程序存储器（4KB）中的程序，但PC值超出0FFFH （即超出片内4KB Flash地址范围）时，将自动转向读取片外60KB（1000H-FFFFH）程序存储器空间中的程序。
当EA引脚接低电平时，只读取外部的程序存储器中的内容，读取的地址范围为0000H～FFFFH，片内的4KB Flash
程序存储器不起作用。
VPP为引脚的第二功能，对片内Flash编程，接编程电压。
3)
PSEN（Program Strobe ENable，29脚）片外程序存储器读选通信号，低电平有效。
4．AT89S51的CPU
运算器：主要用来对操作数进行算术、逻辑和位操作运算。主要包括算术逻辑运算单元ALU、累加器A、程序状态字寄存器PSW、位处理器及两个暂存器。
1) 算术逻辑运算单元ALU：可对8位变量逻辑运算（与、或、异或、循环、求补和清零），还可算术运算（加、减、乘、除）
2) 累加器A：作用如下：（1）ALU单元的输入数据源之一，又是ALU运算结果存放单元。（2）数据传送大多都通过累加器A，相当于数据的中转站。
3) 程序状态字寄存器PSW：PSW（Program Status Word）位于片内特殊功能寄存器区，字节地址为D0H。包含了程序运行状态的信息，其中4位保存当前指令执行后的状态，供程序查询和判断。
① Cy（PSW.7）进位标志位：可写为C。在算术和逻辑运算时，若有进位/借位，Cy＝1；否则，Cy＝0。在位处理器中，它是位累加器。
② Ac（PSW.6）辅助进位标志位：在BCD码运算时，用作十进位调整。即当D3位向D4位产生进位或借位时，Ac＝1；否则，Ac＝0。
③ F0（PSW.5）用户设定标志位：由用户使用的一个状态标志位，可用指令来使它置1或清0，控制程序的流向。用户应充分利用。
④ RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）4组工作寄存器区选择：选择片内RAM区中的4组工作寄存器区中的某一组为当前工作寄存区。
⑤ OV（PSW.2）溢出标志位：当执行算术指令时，用来指示运算结果是否产生溢出。如果结果产生溢出，OV=1；否则，OV=0。
⑥ PSW.1位：保留位
⑦ P（PSW.0）奇偶标志位：指令执行完，累加器A中“1”的个数是奇数还是偶数。
控制器：任务识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件，从而保证单片机各部分能自动协调地工作。 控制器包括：程序计数器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等。功能是控制指令的读入、译码和执行，从而对各功能部件进行定时和逻辑控制。
程序计数器PC是一个独立的16位计数器，不可访问。单片机复位时，PC中内容为0000H，从程序存储器0000H单元取指令，开始执行程序。
PC工作过程是：CPU读指令时，PC的内容作为所取指令的地址，程序存储器按此地址输出指令字节，同时PC自动加1。
5．AT89S51存储器的结构，存储器空间可分为4类
1) 程序存储器空间：片内和片外两部分。当片内4KB Flash 存储器不够用时，可片外扩展，最多可扩展至64KB程序存储器。
2) 数据存储器空间：片内与片外两部分。片内有128 B RAM（52子系列为256B）。片内RAM 不够用时，在片外可扩展至64KB RAM 。
3) 特殊功能寄存器SFR （Special Function Register）片内各功能部件的控制寄存器及状态寄存器。SFR综合反映了整个单片机基本系统内部实际的工作状态及工作方式。
4) 位地址空间：共有211个可寻址位，构成了位地址空间。它们位于内部 RAM（共128位）和特殊功能寄存器区（共83位）中。
6．在程序存储器空间中EA引脚接高电平时，CPU从片内0000H开始取指令，当PC值没有超出0FFFH时，只访问片内Flash 存储器，当PC值超出0FFFH自动转向读片外程序存储器空间1000H～FFFFH 内的程序。
EA接低电平时，只能执行片外程序存储器（0000H～FFFFH）中的程序。不理会片内4KB Flash 存储器。
程序存储器某些固定单元用于各中断源中断服务程序入口。64KB程序存储器空间中有5个特殊单元分别对应于5个中断源的中断入口地址，见表。通常这5个中断入口地址处都放一条跳转指令跳向对应的中断服务子程序，而不是直接存放中断服务子程序。
7．数据存储器空间：片内与片外两部分。
1) 片内数据存储器：片内数据存储器（RAM）共128个单元，字节地址为00H～7FH。图为片内数据存储器的结构。00H～1FH 的32个单元是4组通用工作寄存器区，每区包含8B，为R7～R0。可通过指令改变RS1、RS0两位来选择。20H～2FH的16个单元的128位可位寻址，也可字节寻址。30H～7FH的单元只能字节寻址，用作存数据以及作为堆栈
区。
2) 片外数据存储器：当片内128B的RAM不够用时，需外扩，最多可外扩64KB的RAM。注意，片内RAM与片外RAM两个空间是相互独立的，片内RAM与片外RAM的低128B的地址是相同的，但由于使用的是不同的访问指令，所以不会发生冲突。
8．AT89S51的并行I/O端口：4个双向的8位并行I/O端口，分别记为P0、P1、P2和P3，其中输出锁存器属于特殊功能寄存器。端口的每一位均由输出锁存器、输出驱动器和输入缓冲器组成，4个端口按字节输入/输出外，也可位寻址。
1) P0口的特点：P0口为双功能口——地址/数据复用口和通用I/O口。 2) P1口:单功能的I/O口，字节地址为 90H，位地址为 90H～97H。 3) P2口用作地址总线，P2口用作通用I/O口
4) P3口用作第二输入/输出功能，P3口用作第一功能——通用I/O口 9．机器周期、指令周期与指令时序
1) 时钟周期：时钟控制信号的基本时间单位。若晶振频率为fosc，则时钟周期Tosc=1/fosc。
2) 机器周期：CPU完成一个基本操作所需时间为机器周期。执行一条指令分为几个机器周期。每个机器周期完成一个基本操作，如取指令、读或写数据等。每12个时钟周期为1个机器周期。1个机器周期包括12个时钟周期，分6个状态：S1～S6。每个状态又分两拍：P1和P2。
3) 指令周期：执行一条指令所需的时间。12个时钟周期=1个机器周期；几个机器周期=1条指令
第三章 单片机的指令系统
1．指令格式：指令的表示方法。指令通常由两部分组成：操作码和操作数。操作码——指令进行什么操作。操作数——指令操作的对象。
2．7中寻址方式
① 寄存器寻址方式：MOV A，Rn ；(Rn)→A，n =0～7
② 直接寻址方式：MOV A，direct“direct”就是操作数的单元地址。例如： MOV A，40H；MOV direct1，direct2（MOV 42H，62H）
③ 寄存器间接寻址方式：MOV A，@Ri ；i=0或1 ④ 立即数寻址方式：MOV A，#40H
⑤ 基址寄存器加变址寄存器间址寻址方式：MOVC A，@A+DPTR，该指令有三条MOVC A，@A+DPTR MOVC A，@A+PC JMP A，@A+DPTR
⑥ 相对寻址方式：目的地址=转移指令所在的地址+转移指令字节数+rel；LJMP rel
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