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单 片 机 原 理 及 应 用
教 案
机电工程学院 电气工程系
第一章 绪论
第一节 单片机
单片机即单片机微型计算机，是将计算机主机(CPU、内存和I/O接口)集成在一小块硅片上的微型机。
第二节 单片机的历史与现状
第一阶段（1976~1978年）：低性能单片机的探索阶段。以Intel公司的MCS-48为代表，采用了单片结构，即在一块芯片内含有8位CPU、定时/计数器、并行I/O口、RAM和ROM等。主要用于工业领域。
第二阶段（1978~1982年）：高性能单片机阶段，这一类单片机带有串行I/O口，8位数据线、16位地址线可以寻址的范围达到64K字节、控制总线、较丰富的指令系统等。这类单片机的应用范围较广，并在不断的改进和发展。
第三阶段（1982~1990年）：16位单片机阶段。16位单片机除CPU为16位外，片内RAM和ROM容量进一步增大，实时处理能力更强，体现了微控制器的特征。例如Intel公司的MCS-96主振频率为12M，片内RAM为232字节，ROM为8K字节，中断处理能力为8级，片内带有10位A/D转换器和高速输入/输出部件等。
第四阶段（1990年~）：微控制器的全面发展阶段，各公司的产品在尽量兼容的同时，向高速、强运算能力、寻址范围大以及小型廉价方面发展。
第三节 单片机的应用领域
一、 单片机在仪器仪表中的应用 二、 单片机在机电一体化中的应用
三、 单片机在智能接口和多机系统中的应用 四、 单片机在生活中的应用
第二章 硬件结构
第一节 MCS-51单片机及其演变
特点
（1）一个8位微处理器CPU。
（2）数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR。 （3）内部程序存储器ROM。
（4）两个定时/计数器，用以对外部事件进行计数，也可用作定时器。
（5）四个8位可编程的I/O（输入/输出）并行端口，每个端口既可做输入，也可做输出。 （6）一个串行端口，用于数据的串行通信。 （7）中断控制系统。 （8）内部时钟电路。
第二节 80C51单片机的基本结构
1) 中央处理器（CPU）
中央处理器是单片机的核心，完成运算和控制功能。MCS-51的CPU能处理8位二进制数或代码。
2) 内部数据存储器（内部RAM）
8051芯片中共有256个RAM单元，但其中后128单元被专用寄存器占用，能作为寄存器供用户使用的只是前128单元，用于存放可读写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是指前128单元，简称内部RAM。
3) 内部程序存储器（内部ROM）
8051共有4 KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据或表格，因此，称之为程序存储器，简称内部ROM。 4) 定时/计数器
8051共有两个16位的定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。 5) 并行I/O口
MCS-51共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入/输出。在实
P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1时钟电路ROMRAMT0T1定时/计数器CPU并行接口串行接口中断系统训中我们已经使用了P1口，通过P1口连接8个发光二极管。
第三节 80C51单片机的引脚功能
MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚排列请参见图
P0.0 ～ P0.7： P0口8位双向口线。 P1.0 ～ P1.7 ：P1口8位双向口线。 P2.0 ～ P2.7 ：P2口8位双向口线。
P3.0 ～ P3.7 ：P3口8位双向口线。
ALE：地址锁存控制信号。在系统扩展时，ALE用于控制把P0口输出的低8位地址锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。此外，由于ALE是以晶振1/6的固定频率输出的正脉冲，因此,可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。
PSEN：外部程序存储器读选通信号。在读外部ROM时，PSEN有效（低电平），以实现外部ROM单元的读操作。
EA：访问程序存储控制信号。当信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；当信号为高电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。
RST：复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周
期以上的高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。
XTAL1和XTAL2：外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 VSS：地线。 VCC：+5 V电源。
以上是MCS-51单片机芯片40条引脚的定义及简单功能说明，读者可以对照实训电路找到相应引脚，在电路中查看每个引脚的连接使用。 P3口线的第二功能。P3的8条口线都定义有第二功能
第四节 存储器结构
MCS-51单片机的芯片内部有RAM和ROM两类存储器，即所谓的内部RAM和内部ROM
1234567891011121314151617181920P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDRXD P3.0TXD P3.1INT0 P3.2INT1 P3.3T0 P3.4T1 P3.5WR P3.6RD P3.7XTAL2XTAL1VSSVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.040393837363534333231302928272625242322218031 8051 8751