C51单片机教案要点文档格式.docx
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五．单片机课程的学习方法
单片机是一门应用性很强的课程，并且它的应用涉及硬件和软件，因此学习过程中有不同与其它课程的方法。
1．加强单片机应用的训练
多做实验，探索单片机应用的新领域
2．应用时要注意硬件和软件相结合
一般情况下尽可能减少硬件电路，提高系统可靠性。
3．在老师指导下循序渐进
大胆创新，主动提出课题用单片机去解决
六、单片机的应用环节
编程器
1、设计硬件电路
2、编写程序
3、编程
4、运行
第二讲
微型计算机基础知识
〖课前复习：
〗
1、单片机的概念
2、单片机的应用环节
〖新课内容：
一、计算机中数的表示
计算机只识别和处理数字信息，数字是以二进制数表示的；
它易于物理实现，同时，资料存储、传送和处理简单可靠；
运算规则简单，使逻辑电路的设计、分析、综合、方便，使计算器具有逻辑性。
（一）数制及数制之间的转换
1、各种进位计数及其表示方法
数字符号：
0、1、2、……9——数码。
数码的个数——基数。
进位规则：
逢十进一
例如，十进制数，10个数码；
采用“逢十进一”
30681=3×
104+0×
103+6×
102+8×
101+1×
100
例如，二进制数，2个数码，采用“逢二进一”
（11010100）2=1×
27+1×
26+0×
25+1×
24+0×
23+1×
22+0×
21+0×
20
总之，N进制数，N个数码，“逢N进一”
二进制数与十六进制数的相互转换
a）二进制转换十六进制：
规律是：
以小数点为界限，分别往前往后每四位二进制数一组进行分组，（整数部分不够的位直接在高位补0，小数部分不够的位在往其低位补0），之后把每一组转换成对应得到十六进制数码即可。
b）十六进制转换二进制：
规律是：
上述转换的“逆”，即把每位十六进制数码都转换成对应四位二进制数，按照十六进制数正常的顺序排列即可。
c）十进制转换十六进制：
方法：
可以先转换成二进制数，在转换成十六进制数（较简单些）。
（二）有符号数表示方法
1、机器数与真值
机器只认识二进制数：
0、1。
这是因为，电路状态常有两个，如通、断；
高电平、低电平；
…可用0、1表示。
这种0、1、0、1…1在机器中的表现形式——机器数。
一般为8位。
无符号数：
00000000B、……11111111B即00H~FFH
机器数有：
带符号数：
+1010110B、-1101001真值
符号位和数值位：
计算机中通常都是用最高位来表示一个数的符号。
并且分别用“0”和“1”表示正和负。
有符号数有三种表示方法。
原码、反码和补码。
a）、原码（PrimaryCode）
正数的原码与原来的数相同。
负数的原码符号位“置1”，数值位不变。
举例（略：
+5、-5、+0、-0）
原码数的范围：
-127~+127
b）、反码（DiminishedRadixComplement）
正数的反码与原来的数相同。
负数的反码符号位“置1”，数值位按位取反得到。
反码数的范围：
c）、补码（ComplementaryCode）
正数的补码与原来的数相同。
负数的补码由它的绝对值求反加1后得到，符号位“置1”。
+5、-5、0）
数的范围：
-128~+127
（三）8421BCD码（BinaryCodedDecimalCode）
由于人们习惯上用十进制数通过计算机输入输出数据，而计算机需要用二进制进行分析计算，因此需要计算机将十进制转换成二进制，影响计算机的工作速度。
用二进制数对每位十进制数进行编码称为BCD码，或叫二—十进制数。
用标识符[]BCD表示
1、BCD码与十进制数的转换
BCD码与二进制不能直接转换，一般先转换成十进制，再转成二进制。
01000011B=67D=[01100111]BCD
注意：
不能将BCD码看成是二进制数。
小结
1、原码、反码、补码的求法
2、数制之间的转换原则
第三讲
AT89S51单片机内部结构及引脚功能
存储空间配置及功能（交通灯演示）
3、数制之间的相互转换
4、原码、反码、补码的求法
一．AT89S51单片机内部结构（如图）
外中断
8位并行口
看门狗
1．一个个8位的CPU
2．一个片内振荡器及时钟电路
3．4KBFlashROM（不同型号内容不同，看书P4）
4．128B内部RAM
5．可寻址64KB的外部ROM和外部RAM的控制电路
6．两个16位定时器/计数器（Timer/Counter）
7．26个特殊功能寄存器（Special FunctionRegister）
8．4个8位并行（Parallel）I/O口
9．一个串行口（Series）
10．5个中断源（Interrupt）
11．内部硬件看门狗电路
12．一个SPI串行接口,用于芯片的在系统编程
这些我们称为单片机的资源（Souce），单片机的应用就是怎么充分合理地利用这些资源，来解决实际中的问题。
二．AT89S51单片机的CPU
MCS-51的CPU包括两部分：
运算部件和控制器。
1、运算部件
运算部件组成：
包括算术逻辑部件ALU、布尔处理器、累加器A、寄存器B、暂
存器以及程序状态字寄存器PSW等。
运算部件功能：
是实现数据的算术逻辑运算、位变量处理和数据的传送操作。
ALU的功能：
可以对8位变量进行逻辑“与”、“或”、“异或”、循环、求补和清零
等基本操作，还可以进行加、减、乘、除等基本运算。
还可对位（BIT）变量进行布尔处理，如置位、清零以及逻辑“与”、“或”等操作。
累加器A：
是一个8位的累加器（也可以写为ACC），绝大部分运算和操作都同A有关。
寄存器B：
是专为执行乘法和除法操作而设置的，一般情况下也可以作为暂存
器使用。
2．控制器（Controler）
控制器是单片机的神经中枢，以振荡器的频率位基准，产生CPU时序，对指令（Command）进行译码，然后发出各种控制信号，实现各种操作。
二．AT89S51单片机的引脚及其功能
403932312821
AT89S51
1891017181920
1．电源
（1）VCC（40）——芯片电源，接+5V；
（4.5~5.5）
（2）VSS（20）——电源地。
2．时钟引脚
XTAL1（18）、XTAL2（19）——外接晶体振荡或外接脉冲。
（P42）
3．控制线
RST（9）——复位引脚。
（Reset），高电平有效。
EA——片内外ROM选择
EA=1，选择片内ROM；
EA=0，选择片外ROM。
★注意★：
控制信号线写法上的差别。
有“非”表示低电平起作用，反之是高电平起作用。
4．I/O口线
P0口：
8位双向I/O口。
在访问外部存储器时，P0口可用于分时传送低8位地址
总线和8位数据总线。
能驱动8个LSTTL门。
P1口：
8位准双向I/O口（“准双向”是指该口内部有固定的上拉电阻）。
能驱动
4个LSTTL门。
P2口：
8位准双向I/O口。
在访问外部存储器时，P2口可用于高8位地址总线。
能驱动4个LSTTL门。
P3口：
P3口还有第二功能。
三、AT89S51单片机的存储器结构（如图1所示）
MCS-51单片机的组织结构可以分为三个不同的存储空间，分别是：
（1）64KB的程序存储器（ROM），包括片内和片外；
（2）64KB的外部数据存储器（外RAM）；
（3）内部数据存储器（内RAM）。
这三种不同的存储器在物理结构上是相互独立的，它们有各自的寻址系统、控制信号，CPU是通过不同的指令来访问或操作这些存储器。
外部
RAM
（64KB）
三种存储空间的编址有重叠,CPU是怎么处理的?
它是分别通过不同的指令来实现对它们操作。
用MOVC指令访问ROM空间，用MOV指令访问内部RAM，用MOVX指令访问外部RAM。
1.程序存储器（ROM）
程序存储器用于存放程序和表格常数，程序的存放是从0000H单元开始存放。
在ROM的开始一段区间（0003H~0023H）被用于存放中断的入口地址，因此，编制的主程序应存放在它的后面。
至于这段空间的用法我们学习中断的时候再详细研究。
程序上是通过在0000H单元开始的地方设置跳转指令，跳过该区域。
2.外部数据存储器（略）
第四讲
AT89S51单片机内部数据存储器
一.内部数据存储器
AT89S51内部数据存储器共128个字节，字节地址是00H~7FH，它又分为三部分：
工作寄存器区，位寻址区和数据缓冲区。
堆栈、数据缓冲区
（30H~7FH）
位寻址区（20~2FH）
工作寄存器3区（18H~1FH）
工作寄存器2区（10H~17H）
工作寄存器1区（08H~1FH）
工作寄存器0区（00H~07H）
1．工作寄存器区
00H~1FH共32个单元，分为4组，每次只有一组处于当前工作状态，通过改变状态寄存器PSW中RS1，RS0的设置来改变当前使用的工作寄存器。
指令系统中有专用于工作寄存器的操作，读写速度比一般内RAM要快，另外还具有间接寻址功能，使用很方便。
2．位寻址区
20H~2FH共16个单元为位寻址区，每个单元也就是一个字节8位，共计128位，每位对应一个地址，位地址的范围为00H~7FH。
位寻址区的主要用途是存放各种标志位信息和位数据。
3．数据缓冲区（Buffer）
内RAM中30H~7FH为数据缓冲区，用于存放各种数据和中间结果。
在这里我们先来熟悉一下编程环境，以后我们编的程序都可以在这个环境下来仿真运行了，仿真软件用的是伟福软件，界面如下：
（1）．进入wave编程环境，熟悉常用指令操作
如：
文件的建立、保存和打开
注意1；
在编程序之前首先在D盘建立一个自己的文件夹
D：
/wang
注意2：
在保存文件时，要注意文件的扩展名一定为.asm
并且主文件名不能超过8个字符
（2）．编写程序
打开或建立文件后就可以编写或修改文件。
（３）．汇编或编译
（a）编制好的文件是源文件，要把汇编语言编写的程序转换成机器码，才能装到芯片内部。
（b）汇编
用鼠标点击菜单＂项目编译（F9）＂即可，如果程序正确，编译通过，有一对话框提示。
如有错误，会提示错误的信息，把错误修改后再编译，直到通过。
（c）在wave环境中仿真自己编写的程序．
（d）编译自动产生十六进制文件
在wave编程环境中的内部RAM结构如上图，其中第1，2两行地址为00H—1FH为工作寄存器区，第3行20H—2FH为位寻址区，第4行到第8行为数据缓冲区地址为30H---7FH。
二.特殊功能寄存器SFR
SFR也属于内部存储器，由于它是专用的，人们通常讲的内部RAM只指前面的128个，而不包括SFR。
共计21个，它们离散的分布在80H~FFH内。
参看P36页的表。
★对特殊功能寄存器应注意以下几个问题★：
1．那些SFR是可以位寻址的？
字节地址的末位为0或8。
2．可位寻址的SFR的几种操作方式？
字节操作或位操作
3．不可位寻址的SFR的操作方式。
只能字节操作
4．80H~FFH中剩余单元，用户不能使用。
5．程序状态寄存器PSW
位编号
PSW.7
PSW.6
PSW5
PSW.4
PSW.3
PSW.2
PSW.1
PSW.0
位地址
D7H
D6H
D5H
D4H
D3H
D2H
D1H
D0H
位定义名
CY
AC
F0
RS1
RS0
OV
P
RS1、RS0=00——0区（00H~07H）
RS1、RS0=01——1区（08H~0FH）
RS1、RS0=10——2区（10H~17H）
RS1、RS0=11——3区（18H~1FH）
CY与OV的区别：
CY为无符号数运算时的进位或借位标志，
OV为有符号数运算时的溢出标志。
6．堆栈指针SP（略）。
一、程序计数器PC
PC不属于特殊功能寄存器，它在物理结构上是独立的。
它是一个16位的地址寄存器，用于指出程序的地址，因此也叫地址指针。
CPU每从ROM中读出一个字节，自动执行（PC）+1PC。
当执行转移指令时，PC会根据该指令修改下一次读ROM的新地址。
（以跳过中断入口区为例，略）
小结：
1、内部128RAM的分区及其作用
2、如何区分位地址和字节地址
第五讲
MCS-51的指令格式与常用符号
〗
一、AT89S51单片机的指令格式
[标号：
]操作码[（目的操作数），（源操作数）][；
注释]
⑴标号：
指令地址的符号表达形式。
①一般用英文字母和数字组成，但是必须以字母开头。
②系统的保留字不能作标号。
例如：
Acc、PSW，B等等
③标号必须用冒号“：
”与操作码分隔
④标号是可以选择的
⑵操作码：
表示指令的操作功能。
①操作码是表示指令功能的助记符，
它代表了指令的操作功能。
MOV数据传送指令的操作码
ADD加法运算指令的操作码
②操作码是指令的必需部分，
是指令的核心，不可缺少。
⑶操作数：
参加操作的数据或数据地址
①操作数可分为目的操作数和源操作数。
②操作数可用二进制数、十进制数或十六进制数表示。
③操作数的个数可以是0～3个。
④第1个操作数与操作码之间用空格分隔，
⑤操作数与操作数之间用逗号“，”隔开。
⑷注释：
指令功能说明。
①注释是可以选择的，是为便于阅读，对指令功能作的说明和注解。
②注释必须以“；
”开始。
二、指令中部分常用的符号
Ri：
工作寄存器R0和工作寄存器R1，i=0或1
Rn：
工作寄存器R0~R7，n=0~7
@Ri：
寄存器R0和R1间接寻址8位的存储单元。
Direct：
8位直接地址，内部RAM的地址或SFR的地址。
#data8：
8位的立即数。
数的范围为0~255。
Bit：
位地址。
片内RAM和SFR中的可寻址位。
#data16：
16位立即数
addr16：
16位目的地址，用于LJMP和LCALL指令。
addr11：
11位目的地址，用于AJMP和ACALL指令。
rel：
带符号的8位偏移地址，用于SJMP和转移指令。
addr16、addr11、rel三个符号在具体的指令中都表现为标号的形式。
DPTR：
数据指针，特殊功能寄存器。
DPTR是DPH、DPL的组合，DPTR存放的是16位数据，其中的高8位
就是DPH中的内容，低8位就是DPL中的内容。
三、内部RAM间的数据传送和位操作
操作码：
MOV（即Move的缩写）
1．以累加器A为目的字节的传送指令。
MOVA，Rn；
MOVA，direct；
MOVA，@Ri；
MOVA，#data；
2．以Rn为目的字节的传送指令
MOVRn，A；
MOVRn，direct；
MOVRn，#data；
3．以直接地址为目的字节的传送指令
MOVdirect，A；
MOVdirect，Rn；
MOVdirect，#data；
MOVdirect1，direct2；
MOVdirect，@Ri；
4．以寄存器间接地址为目的字节的传送指令
MOV@Ri，A；
MOV@Ri，direct；
（direct：
直接的）
MOV@Ri，#data；
讲解例题
Rn
第六讲
对内部RAM的操作指令
1、AT89S51的指令格式、常用符号
1、清零与取反指令
CLRA；
对累加器清零
CPLA；
将累加器中的内容按位取反
清零和取反指令只能对A操作
如果要对内部RAM的某个单元清零，只能用MOV30H，#0
2、位操作指令
1）、位传送指令
MOVC，bit；
C即PSW中的Cy
MOVbit，C；
bit为可寻址位
2）、位修正指令
CLRC；
CLRbit；
清零
CPLC；
CPLbit取反；
SETBC；
SETBbit；
置1
3）bit的形式
bit可以是位编号、位地址、位定义名三种形式中的任何一种
三、例题
设内部RAM中各单元的内容均为FFH，执行下列程序后，写出单元内容发生变化的单元，并写出具体内容。
SETBRS0
CLRRS1
MOVR1，#55H
CLRRS0
MOVR1，#0AAH
MOVA，#40H
MOVR0，#30H
MOV@R0，A
MOVR1，A
MOV@R1,#20H
MOV20H,#0
SETB07H
CPL08H
CLR70H
MOV60H.,#1
如果（60H）=
把这段程序输入到伟福仿真软件中，可以得到如下的仿真结果
（60H）=01H（00H）=30H（01H）=40H（09H）=55H
（20H）=80H（21H）=01H（30H）=40H（40H）=20H
输入到wave中的程序必须是完整的程序结构。
总结：
如何区别bit和direct？
1、一般在MOV后面，指的是direct,除了指令中含有C时，则指bit
2、在SETBCLRCPL后都指bit
3、CLRA,CPLA这两条指令是对8位数据的操作
第七讲
I/O口结构原理与操作
2、AT89S51的指令格式、常用符号
3、对内部RAM的数据传送指令
1．P0口结构及工作原理
V1
P0口有两种功能，一个是作为通用的I/O口；
另一个是作为地址/数据总线（Bus），用于扩展外部的ROM和RAM，我们以后再研究。
（1）P0口用作输出口：
控制线上信号为0，电子开关与B接通。
同时与门输出
为0，V1截止。
（2）由于V1截止，输出级处于开漏状态，用作输出口时，需外接上拉电阻。
如果没有上拉电阻，在输出高电平时，V1、V2都截止，输出引脚悬空，不
能输出高电平。
（3）用作输入口时，也就是要把引脚上的信号读进来。
我们看一下，假设V2导通，这时不管外电路施加什么电平，都被V2短路，读进来的始终是低电平。
因此要想把它作为输入口，必须保证V2截止，要使V2截止，需先向该端口写入“1”，这点要特别注意。
（4）P0口的每一位可任意作为输入或输出。
既可以用数据传送指令来整体操作，也可用位操作指令一位一位地操作。
（5）带负载能力：
8个LSTTL电平（0.36毫安/20微安）。
（6）操作举例（略）。
2．P1口结构
R
（1）作为输出口时，不需外接上拉电阻。
（2）作为输入口时也要先向该端口锁存器写入“1”，然后再读。
（3）每位也可分别用作输入或输出。
（4）带负载能力：
4个LSTTL门电路。
3．P2口结构（同P1口）
4．P3口结构（同P1口）
5.I/O口的操作
可以用I/O口去控制发光二极管,使其亮灭,或者控制继电器使其吸合,在WAVE环境下,编写一小段程序,通过在线编程,把程序下载到单片机中,去控制发光二极管,给学生演示,使学生更加直观的了解I/O口的应用和操作.
1、P0口用作输出口时，需外接上拉电阻。
而P1~P3口不要接上拉电阻
2、P0~P3口作为输入口使用，都要先向该端口锁存器写入“1”，
3、P0~P3口每位也可分别用作输入或输出。
4、对口的操作，对字节操作用数据传送指令，对位操作用位操作指令。
5、带负载能力
P0口带8个LSTTL门电路，而P1~P3口能带4个LSTTL门电路
第八讲
MCS-51单片机最小应用系统
--------以AT89S51为例
1、清零、取反指令的功能
4、P0~P3口作为一般的输入\输出口使用的注意事项
一、最小硬件系统
1、最小硬件系统的组成
所谓最小硬件系统是指单片机能工作所必须具备的硬件条件，它包括四个部分：
1）电源
芯片接上5V电源，即40脚接5V电源的正，20脚接地。
2）时钟电路
18、19脚接晶体振荡器和电容构成时钟电路，如图所示。
3）程序存储器选择EA
89C5
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