第一章单片机的简介一个8位的80c51微处理器，片内256字节数据存储器RAM/SFR，用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果，最终结果以及欲显示的数据；片内4kb程序存储器Flash ROM，用以存放程序，一些原始数据和表格；4个8位并行I/O 口P0~P3，每个端口既可用作输入，也可用作输出；两个16位的定时器/计数器，每个定时器/计数器都可设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可设置成定时方式，并可以根据计数或者定时的结果实现计算机控制；具有5个中断源，两个中断优先级的中断控制系统；一个全双工UART（通用异步接受发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或者单片机与PC机之间的串行通信；片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接，最高允许震荡频率为24MHz；89c51与80c51相比具有节电工作方式，即休闲方式及掉电方式。
1．1中央处理器(CPU):CPU是单片机内部的核心部件，是一个8位二进制数的中央处理单元，主要由运算器、控制器和寄存器阵列构成。
1．1．1 运算器:运算器用来完成算术运算和逻辑运算功能，它是 89C51内部处理各种信息的主要部件。
运算器主要由算术逻辑单元(ALU)、累加器(ACC)、暂存寄存器(TMP1、TMP2)和状态寄存器(PSW)组成。
算术逻辑单元(ALU)： 89C51中的ALU由加法器和一个布尔处理器组成。
累加器(ACC)：用来存放参与算术运算和逻辑运算的一个操作数或运算的结果。
暂存寄存器(TMP1、TMP2)：用来存放参与算术运算和逻辑运算的另一个操作数，它对用户不开放。
状态寄存器(PSW)：PSW是一个8位标志寄存器，用来存放ALU操作结果的有关状态。
1．1．2控制器:控制器是单片机内部按一定时序协调工作的控制核心，是分析和执行指令的部件。
控制器主要由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID和定时控制逻辑电路等构成。
程序计数器PC是专门用于存放现行指令的16位地址的。
CPU 就是根据PC中的地址到ROM中去读取程序指令码和数据，并送给指令寄存器IR 进行分析。
指令寄存器IR用于存放CPU根据PC地址从ROM中读出的指令操作码。
指令译码器ID是用于分析指令操作的部件，指令操作码经译码后产生相应于某一特定操作的信号。
定时控制逻辑中定时部件用来产生脉冲序列和多种节拍脉冲。
1．1．3寄存器阵列:寄存器阵列是单片机内部的临时存储单元或固定用途单元，包括通用寄存器组和专用寄存器组。
通用寄存器组用来存放过渡性的数据和地址，提高CPU的运行速度。
专用寄存器组主要用来指示当前要执行指令的内存地址，存放特定的操作数，指示指令运行的状态等。
1．1．4存储器:89C51单片机内部有256个字节的RAM数据存储器和4KB的闪存程序存储器(Flash)，当不够使用时，可分别扩展为64 KB外部RAM存储器和64 KB外部程序存储器。
它们的逻辑空间是分开的，并有各自的寻址机构和寻址方式。
这种结构的单片机称为哈佛型结构单片机。
程序存储器是可读不可写的，用于存放编好的程序和表格常数。
数据存储器是既可读也可写的，用于存放运算的中间结果，进行数据暂存及数据缓冲等。
89C51单片机对外部电路进行控制或交换信息都是通过I/O端口进行的。
单片机的I/O端口分为并行I/O端口和串行I/O端口，它们的结构和作用并不相同。
并行I/O端口:89C51有四个8位并行I/O端口，分别命名为P0口、P1口、P2口和P3口，它们都是8位准双向口，每次可以并行输入或输出8位二进制信息。
串行I/O端口:89C51有一个全双工的可编程串行I/O端口，它利用了P3口的第二功能，即将P3.1引脚作为串行数据的发送线TXD，将P3.0引脚作为串行数据的接收线RXD。
1．1．5 定时器/计数器:89C51内部有两个16位可编程定时器/计数器，简称为定时器0(T0)和定时器1(T1)，T0和T1分别由两个8位寄存器构成，其中T0由TH0(高8位)和TL0(低8位)构成，T1由TH1(高8位)和TL1(低8位)构成。
TH0、TL0、TH1、TL1都是SFR 中的特殊功能寄存器。
T0和T1在TCON和TMOD的控制下可工作在定时器模式或计数器模式下，每种模式下又有不同的工作方式。
当定时或计数溢出时还可申请中断。
1．1．6中断系统:单片机中的中断是指CPU暂停正在执行的原程序转而为中断源服务(执行中断服务程序)，在执行完中断服务程序后再回到原程序继续执行。
中断系统是指够处理上述中断过程所需要的部分电路。
89C51的中断系统由中断源、中断允许控制器IE 、中断优先级控制器IP 、定时器控制器TCON(中断标志寄存器)等构成，IE 、IP 、TCON 均为SFR 特殊功能寄存器(见表2.2)。
1．1．7内部总线:总线是用于传送信息的公共途径。
总线可分为数据总线、地址总线和控制总线。
单片机内的CPU 、存储器、I/O 接口等单元部件都是通过总线连接到一起的。
采用总线结构可以减少信息传输线的根数，提高系统可靠性，增强系统灵活性。
89C51单片机内部总线是单总线结构，即数据总线和地址总线是公用的。
1．1．8 89C51单片机引脚及其功能:89C51有40条引脚，与其他51系列单片机引脚是兼容的。
这40条引脚可分为I/O 端口线、电源线、控制线、外接晶体线四部分。
其封装形式有两种：双列直插封装(DIP)形式和方形封装形式，如图所示。
12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221(T 2)P1.0(T 2EX)P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST (RXD)P3.0(TXD)P3.1(T0)P3.4(T1)P3.5XTAL2XTAL1GND(TNT0)P3.2(TNT1)P3.3(WR)P3.6(RD)P3.7V C CP0.0(AD0)P0.1(AD1)P0.2(AD2)P0.3(AD3)P0.4(AD4)P0.5(AD5)P0.6(AD6)P0.7(AD7)P2.7(A15)P2.6(A14)P2.5(A13)P2.4(A12)P2.3(A11)P2.2(A10)P2.1(A9)P2.0(A8)EA/V PPALE/PROG PSEN P1.5P1.6P1.7RST (RXD)P3.0NC (TXD)P3.1(INT0)P3.2(INT1)P3.3(T0)P3.4(T1)P3.5P0.4(AD4)P0.5(AD5)P0.6(AD6)P0.7(AD7)EA/V PP NCALE/PROG PSEN P2.7(A15)P2.6(A14)P2.5(A13)789101112131415161739383736353433323130291819202122232425262728P 1.4P 1.3P 1.2P 1.1(T 2E X )P 1.0(T 2)N C V C CP 0.0(A D 0)P 0.1(A D 1)P 0.2(A D 2)P 0.3(A D 3)(W R )P 3.6(R D )P 3.7X T A L 2X T A L 1G N D N C (A 8)P 2.0(A 9)P 2.1(A 10)P 2.2(A 11)P 2.3(A 12)P 2.46543214443424140(a)(b)(a) 双列直插式封装 (b) 方形封装图1 89C51封装和引脚分配图1．1．9 89C51单片机工作方式:单片机在开机时或在工作中因干扰而使程序失控或工作中程序处于某种死循环状态等情况下都需要复位。
复位的作用是使中央处理器CPU 以及其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。
1．1．9．1 复位原理:89C51单片机的复位靠外部电路实现，信号由RESET(RST)引脚输入，高电平有效，在振荡器工作时，只要保持RST 引脚高电平两个机器周期，单片机即复位。
复位后，PC 程序计数器的内容为0000H ，其他特殊功能寄存器的复位状态如表2.5所示。
片内RAM 中内容不变。
1．1．9．2 常用复位电路:一般有上电复位、手动开关复位和自动复位电路三种，如图所示。
V CCRST V SS89C51＋5 V C10 μF R 8.2 k ΩV CC RST V SS89C51＋5 V C10 μF R 8.2 k ΩV CCRSTP1.089C51＋5 VWDIMAX750WDO PESET10 k Ω10 μF 12(a)(b)(c)1 k Ω89C51(a)上电复位电路；(b) 手动复位电路；(c) 自动复位电路图2 单片机复位电路图1．1．9．3 89C51时钟电路:单片机内各部件之间有条不紊的协调工作，其控制信号是在一种基本节拍的指挥下按一定时间顺序发出的，这些控制信号在时间上的相互关系就是CPU 时序。
而产生这种基本节拍的电路就是振荡器和时钟电路。
89C51单片机内部有一个用于构成振荡器的单级反相放大器，如图所示。
图3 89C51内部振荡器电路图引脚XTAL1为反相器输入端，XTAL2为反相器输出端。
当在放大器两个引脚上外接一个晶体(或陶瓷振荡器)和电容组成的并联谐振电路作为反馈元件时，便构成一个自激振荡器，如下图所示。
内部时钟电路V CCQ2RfQ3Q4GNDXTAL2Q1D1D2R1XTAL1PD图4 内部振荡器等效电路图1．2 单片机的应用领域1．2．1 在智能仪器仪表的应用:单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。
采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。
例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。
1．2．2在家用电器中的应用:可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无内部时钟电路GNDXTAL1R1RfV CCC1C2XTAL2石英晶体或陶瓷振荡器(外部)PD所不在。
1．2．3在工业控制中的应用:用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。
例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。
1．2．4在计算机网络和通信领域中的应用:现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机、电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。