一、硬件结构
1.1部分引脚说明
RST：复位引脚，两个机器周期的高电平后复位
ALE：锁存低八位地址
EA：高电平时，访问内部程序存储器（ROM）
P0：双向IO口、分时复用-低八位地址，数据总线
P1：双向IO口
P2：双向IO口，访问外部存储器时，提供高八位地址总线
P3：双向IO口，有第二功能
1.2存储器
物理上分为：4 个空间
- 即片内ROM、 、 片外ROM(程序存储器)
- 片内RAM、 、 片外RAM（数据存储器）
逻辑上分为: : 3 个空间 ，
- 程序内存（ROM） （ 片内 、 外 ） 统一编址 MOVC
- 数据存储器 （ 片内） ） MOV
- 数据存储器（片外） MOVX
1.2.1程序存储器（ROM
- 作用：存储用户程序和表格常数
- 特殊单元：
0000H:复位后从这里开始执行程序
中断单元：
- 外中断0 （INT0 ） 0003H
- 定时器0 （T0 ） 000BH
- 外中断1 （INT1 ） 0013H
- 定时器1 （T1 ） 001BH
- 串行口（UART ） 0023H
1.2.2内部数据存储器（RAM
-
通用工作寄存器组
00~1FH共32个，四组通用寄存器，即（四组R0~R7）
可以使用RS1（PSW.4）RS0（PSW.3）来切换寄存器区
RS1 RS0 寄存器区 内存地址 00 0区 00-07H 01 1区 08-0FH 10 2区 10-17H 11 3区 18-1FH -
位地址空间
20-2FH 共128位
-
外部数据存储器空间
MCS-51 可以外扩64KB RAM 或I/O 口。外部RAM和 和I/O口统一编址
-
特殊功能寄存器（SFR）
80-FFH 共21个离散分布，11个可以位寻址
-
介绍
-
A（ACC），存放操作数、运算结果
-
B，乘除法使用，也可以用作通用RAM单元
-
PSW
CY AC F0 RS1 RS0 OV - P D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 - CY,进位标志，可被硬件，软件清零或置位。
- AC，辅助进位标志，低四位有进位或借位时置位。
- F0，用户定义的状态标志，软件清零或置位
- RS1、RS0，寄存器区控制位
- OV，溢出标志，加减指令溢出时置位
- p，奇偶标志，ACC中1的个数为奇数时置位
-
-
特殊功能寄存器介绍
- 堆栈指针SP：指示堆栈在内部RAM中的位置，系统复位后SP为07H，堆栈实际从08H开始
- 数据指针-DPTR：存放16位数据地址，访问外部（RAM或P）可分为DPH，DPL单独操作
- 端口P0-P3：IO端口锁存器
- 其他SFR：SBUF、SCON、TH0、TL0、TH1、TL1、IP、IE、TMOD、TCON、PCON
-
注 ： PC 不属于 SFR
-
1.2.3并行口结构与操作
访问外部存储器时，地址由P0 和P2 口送出， 数据 通过P0 口传送，此时P0 口是 分时复用 的双向总线。
不使用外部存储器时，可作为准双向口使用。P2口：
- 不外接数据存储器时，P2 口作为通用I/O 口。
- 外接256B 数据存储器时，使用MOVX @Ri 类指令，由P0 送出低8 位地址，P2 口不受影响。
- 使用MOVX @DPTR 类指令时，需输出16 位地址，存储器访问周期内P2 口保持高8 位地址信息，而锁
存器的内容保持不变，故访问周期结束后锁存器的内容又回到引脚上。可在一定限度内作I/O 使用，如
作为输入口。P3口：
- 作通用I / O 时， “ 选择输出功能 ” 应保持高电平
- 工作于第二功能时，该位锁存器应置1
- 作输入口时，输出锁存器和选择输出功能端都 应置1 。
- 第二功能专用输入，取自输入通道第一 缓冲器G1 ）输出端，通用输入信号取自 “ 读引脚 ”
I/O 口 第二功能 说 明 P 3.0 RXD 串行口数据接收端 P 3.1 TXD 串行口数据发送端 P 3.2 INT0 外部中断请求0 P 3.3 INT1 外部中断请求1 P 3.4 T0 定时器/ 计数器0 P 3.5 T1 定时器/ 计数器1 P 3.6 WR 外部RAM 写信号 P 3.7 RD 外部RAM
1.2.4时钟电路与复位电路
1个机器周期：12个晶荡(时钟)周期（或6个状态周期）
指令的执行时间称作指令周期
1.2.5复位
复位可使单片机或系统部件处于确定的初始状态。
- PC:0000H
- RAM:随机值（运行中复位不改变RAM内容）
- SFR：
- P0~P3=FFH
- SP=07H
- 其余各位为0
复位电路的作用非常重要，能否成功复位关系到单片机系统能否正常运行的问题。如果振荡电路正常而单片机系统不能正常运行，其主要原因是单片机没有完成正常复位，程序计数器的值没有回0 0 ，特殊功能寄存器没有回到初始状态。这时可以适当地 调整上电复位电路的阻容值 ，增加其充电时间常数来 解决问题
二、指令系统
2.1指令格式及常用符号
机器指令 ：计算机能直接识别和执行的指令
单字节指令：一般那种没有数字的是单字节指令
如:
INC A
MOV A,R0双字节指令：一般带有一个数字的为双字节指令，带有rel的也增加一个字节
如：
MOV A,#50H
JC rel
三字节指令：一般带有两个数字的为三字节指令
如：
MOV 20H,#30H
Rn （n=0~7 ）- 当前工作寄存器组中的寄存器R0~R7 之一
Ri （i=0,1 ）- 当前工作寄存器组中的寄存器R0 或R1
@ ---------- 间址寄存器前缀
#data ------8 位立即数/
#data16-----16 位立即数
direct------ 片内低128 个RAM 单元地址及SFR 地址
addr11------11 位目的地址
addr16------16 位目的地址
rel---------8 位地址偏移量 ， 范围：－128 ～＋127
bit--------- 片内RAM 位地址、 、SFR 的位地址
（ ×）------ 表示 × 地址单元或寄存器中的内容
/ ----------位操作数的取反操作前缀
2.2寻址方式
7种寻址方式
2.2.1寄存器寻址
MOV A,R0
2.2.2直接寻址
MOV A,50H
2.2.3寄存器间接寻址
MOV A,@R0
2.2.4立即寻址
MOV A,#50H
2.2.5变指寻址
MOVC A,@A+DPTR
2.2.6相对寻址
用于跳转指令，实现程序分支，注意加上指令字节数
如：
rel=75H，psw.7=1，JC rel存在1000H开始的单元，
执行JC rel后，程序将跳转到1077H单元，（因为要加上JC rel的两个字节）
2.2.7位寻址
位寻址方式实质属于 位的直接寻址。
2.3指令
注意，使用MOVX A,@Ri读取片外RAM时，高八位地址由P2提供
-
PUSH，POP
PUSH 先SP+1 在送值
POP 先出值，在SP-1
-
XCH 字节交换
若（R0 ）=80H， （A ）=20H 。
执行指令 XCH A ，R0 后，
（A ）=80H ，（R0 ）=20H。 -
XCHD 间址操作数的低半字节与A 的低半字节互换
若（R0 ）＝30H ，（30H ）＝67H ， （A ）＝20H 。执行指令
XCHD A ，@R0 指令后，（A ）＝27H ，（30H ）＝60H。 -
MUL AB ;A为低八位，B为高八位
-
DIV AB ;A为整数，B 为余数
-
ANL
-
ORL
-
XRL ;异或
-
CLR
-
CPL ;取反
-
AJMP ;2K PC+2
-
LJMP ；64K
-
SJMP；256（-128~+127） PC+2
-
JMP ;PC+1
-
JB、JBC、JNB ;PC + 3
-
JC、JNC ; PC + 2
2.4调用与返回
调用
-
ACALL addr11:
PC += 2
SP += 1
SP = PC(低八位)
SP+=1
SP = PC(高八位)
PC(低11位)=addr11
-
LCALL addr16：
PC += 3
SP += 1
SP = PC(低八位)
SP+=1
SP = PC(高八位)
PC = addr16
SP中存的是程序返回地址，PC存的是当前执行指令的值
返回
-
RET
PC (高八位)= SP
SP -= 1
PC(低八位) = SP
SP -= 1
-
RETI
PC (高八位)= SP
SP -= 1
PC(低八位) = SP
SP -= 1
RET 与 RETI 对堆栈的操作是完全相同的，但是RETI专用于中断的返回，它具有清除内部相应的中断状态触发器的功能。
-
三、程序设计
单片机应用系统由 硬件系统 和 应用程序
注意：查表时，如果表是DW存的，那么查询之前，需要左移一下A，若是DB存的，则不需要
-
JMP @A+DPTR
AJMP XXXX ; 最多128种分支， （256/2
LJMP XXXX; 最多85种分支 （256/3
其余略过，具体看书
四、中断系统
外部中断0和1(INT0、INT1)◦ 采集到低电平或者脉冲下降沿时，产生中断请求。 INT0来自P3.2引脚 INT1来自P3.3引脚
定时/计数器0和1(T0、T1)◦ 定时功能时，计数脉冲来自片内◦ 计数功能时，计数脉冲来自片外。T0来自P3.4引脚 T1来自P3.5引脚◦ 计数值由8个1变成8个0时，产生中断请求。
串行中断◦ 发送或接收完一个字节数据时，产生中断请求发送来自P3.0引脚接收来自P3.1引脚
-
中断相关特殊寄存器
中断允许寄存器IE
中断优先级寄存器IP
定时/ 计数器及外部中断控制寄存器TCON
串口控制寄存器SCON -
TCON
-
SCON
-
IE
-
IP
五、定时器、计数器
-
TMOD
-
TCON
5.1工作方式
T0:0、1、2、3
T1:0、1、2
-
方式0：
13位，初值计算：
- 计数模式（C/T=1）：
8192-N
-
定时模式：
8192-N，
N=t/Tcy，（即，要求的时间/单片机的机器周期）
eg： 定时1ms，单片机晶振频率12M，则机器周期为1μs，那么N=1ms/1μs=1000
初值就是 7192，然后转换为十六进制送入TH0（高八位），TL0（低五位）即可
但是由于，13位，送的时候，不太方便，所以一般不用方式0
-
方式1：
16位，初值计算
65536-N
送初值的时候，需要将初值高八位送入TH0，低八位送入TL0
eg：N=500，则可以这样送
MOV TH0,#(65536-500) / 256 MOV TL0,#(65536-500) MOD 256
-
方式2：
8位，自动重装载
256-N
送初值的时候，只要将初值送给TH0，和TL0即可
-
方式3：
8位，（仅T0有此方式，T1 方式3将停止计数）
TL0进行8位定时/计数
TH0进行8位定时（T1方式2时，可出借TR1 、TF1）
模式3 对T T0 和T1是不同的。
对于T1，设置为模式3将使它保持原有的计数值 其作用
如同使 如同使 TR1 = 0，即停止计数。
对于T0，将使 TL0 和 TH0 成为两个独立的 8位计数器 。 TH0
只能作定时器 ， 对机器周期计数 ，借用T1 的 TR1 和 TF1 ， 并占用
T1的中断源 ,此时T1 仍可工作在模式0 、1 或 2， 用于不需要中
断控制的场合 ， 如用于作波特率发生器 （工作于模式2）。
5.2注意的问题
5.2.1对输入信号的要求
-
定时器方式：
输入来自内部时钟脉冲（fosc/12），定时精度取决于振荡器频率
-
计数器方式
外部输入脉冲的最高频率为震荡器频率的1/24。即 晶振频率/24
5.2.2赋初值
除了模式二的自动重装载外，其余的模式，在中断程序内需要重新赋初值
5.2.3运行中读定时器/计数器
由于 不可能在同一时刻读取THx 和TLx 的内容，读取的计数值有可能出错。例如：先读TLx ，后读THx ，由于定时器在不断运行，读THx 前若恰好产生 生TLx 溢出向THx 进位的情况，则读得的TLx 是错误的。同样，若先读
THx ，后读TLx也会出错。
解决方式：
先读THx， ， 后读TLx， ， 再读THx， 若两次读得的THx 相同 ， 则可确定读得的内容是正确的 。 若前后读得的THx 有变化 ， 则重复上述过程 ， 这次重复读得的内容应是正确的。
RDTIME ： MOV A ，TH0 MOV R0 ，TL0 CJNE A ，TH0 ，RDTIME MOV R1 ，A RET
5.3初始化
- 对TMOD赋值，确定T0、T1工作方式
- 求初值，并写入TH0、TL0或者TH1、TL1
- 中断方式时，对IE进行赋值，开开中断
- 查询方式时，检测TF0或TF1，为1代表计时时间到，将其清0，使TR0或TR1置位，启动定时、计数工作。
eg：
用T0 扩展一个外部中断源。将T0 设置为计数器方式，按方式2工 工
作，TH0 、TL0 的初值均为0FFH ，T0 允许中断，CPU 开放中断。其初
始化程序如下:MOV TMOD,#06H ; 置T0 为计数器方式2 MOV TL0,#0FFH ; 置计数初值 MOV TH0,#0FFH SETB TR0 ; 启动T0 工作 SETB EA ;CPU 开中断 SETB ET0 ; 允许T0 中断
5.4例
定时时间较大时（大于65ms）
实现方法：一是采用1 个定时器定时一定的间隔（如20ms ），然后用软件进行计数；二是采用2 个定时器级联，其中一个定时器用来产生周期信号（如20ms 为周期），然后将该信号送入另一个计数器的外部脉冲输入端进行脉冲计数。
编写程序，实现用定时/ 计数器T0 定时，使P1.7 引脚输出周期为2s 的方波。设系统的晶振频率为12MHz 。
(color{red}{采用 定时50ms ，然后再 计数20})
ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP DVT0 ORG 0030H MAIN: MOV TMOD,#01H; 置T0 方式1 MOV TH0,#3CH ; 装入计数初值 MOV TL0,#0B0H ; 首次计数值 MOV R7,#20 ; 计数50 次 SETB ET0 ;T0 开中断 SETB EA ;CPU 开中断 SETB TR0 ; 启动T0 SJMP $ ; DVT0: DJNZ R7,NT0 MOV R7,#20 CPL P1.7 NT0: MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H RETI END
六、串行口
-
SCON
-
PCON
6.1工作方式
SM0、SM1选择四种工作方式
-
方式0，同步移位寄存器方式
用于扩展并行I/O
- 一帧8 位，无起始位和停止位。
- RXD ：数据输入/ 输出端。
TXD ：同步脉冲输出端，每个脉冲对应一个数据位。 - 波特率B = fosc/12
如： fosc=12MHz ， B=1MHz ，每位数据占1μs 。 - 发送过程： 写入SBUF ，启动发送，一帧发送结束，TI=1 。
接收过程：REN=1 且RI=0 ，启动接收，一帧接收完毕, RI=1 。
eg：
数据从RXD（P3.0）引脚串行输出，低位在先，高位
在后；TXD（P3.1）引脚输出移位脉冲，其频率为foc/12；
发送完毕后，中断标志位TI为1。MOV SCON,#00H ；串行口方式0 MOV SBUF,A ；将数据送出 JNB TI,$ ；等待数据发送完毕 -
方式1:八位数据异步通讯方式
-
一帧10 位：8 位数据位，1 个起始位(0) ，1 个停止位(1)
-
RXD ：接收数据端。 TXD ：发送数据端。
-
波特率：用T1 作为波特率发生器，B=(2 SMOD /32) ×T1 溢出率。
-
发送：写入SBUF ，同时启动发送，一帧发送结束，TI=1 。
接收：REN=1 ，允许接收。接收完一帧，若RI=0 且停止位为1 -
( 或SM2=0) ，将接收数据装入SBUF ，停止位装入RB8 ，并使
RI=1 ；否则丢弃接收数据，不置位RI 。当REN=1 ，CPU 开始采样RXD 引脚负跳变信号，若出
现负跳变，才进入数据接收状态，先检测起始位，若第一
位为0 ，继续接收其余位；否则，停止接收，重新采样负跳
变。数据采样速率为波特率16 倍频，在数据位中间，用第7 、
8 、9 个脉冲采样3 次数据位，并3 中取2 保留采样值。
-
-
方式2、方式3：9位数据异步通讯方式
- 一帧为11 位：9 位数据位，1 个起始位(0) ，1 个停止位(1)。 。
第 第9 位数据位在TB8/RB8 中，常用作校验位和多机通讯标识
位。 - RXD ：接收数据端，TXD ：发送数据端
- 波特率： 方式2 ：B=(2 SMOD /64) ×fosc 。
方式3 ：B=(2 SMOD /32) ×T1 溢出率 - ） 发送： 先装入TB8 ，写入SBUF 并启动发送，发送结
束，TI=1 。
接收：REN=1 ，允许接收。接收完一帧，若RI=0 且第
9 位为1 ( 或SM2=0) ，将接收数据装入接收SBUF ，第9 位装
入RB8 ，使RI=1 ；否则丢弃接收数据，不置位RI
- 一帧为11 位：9 位数据位，1 个起始位(0) ，1 个停止位(1)。 。
6.2波特率确定与初始化步骤
-
波特率确定
-
固定波特率：
方式0波特率= fosc/12
方式2波特率 = （(2^{SMOD})/64)*fosc
-
可变波特率：
方式1波特率 = （(2^{smod})/32)*T1溢出率
方式3波特率 = （(2^{smod})/32)*T1溢出率
（定时器1）T1溢出率
- fosc/（12*（(2^n)-定时器初值））
- n为定时器的模式位数，模式0-->13, 模式1----->16， 模式2----->8
经推导定时器初值可近似为
(2^n-(2^{smod}*1.085*x)/(波特率/2400))
其中，smod与pcon最高位相同，x为晶振频率/M，计算结果，四舍五入即可。
-
-
初始化步骤
- 确定T1工作方式（找到n）(MOV TMOD,#20H)
- 设置PCON
- 计算初值（上面的公式）
- 启动T1（SETB TR1）
- （开开单片机中断（SETB EA））
- （开开串行口中断（SETB ES））
-
发送程序
-
查询方式
SEND: MOV A,@R0 ; 取数据 MOV SBUF,A ;发数据 JNB TI,$ ; 等待发送结束 CLR TI ;清除标志位 INC R0 ;准备下一次发送 SJMP SEND -
中断方式
ORG 0 LJMP MAIN ORG 0023H LJMP DVSEND ORG 0100H MAIN: ...... MOV A,@R0 ; 取数据 MOV SBUF,A ;发数据 DVSEND: CLR TI INC R0 MOV A,@R0 MOV SBUF,A RETI
-
-
接收程序
REN=1、RI=0等待接收，当RI=1，从SBUF读取数据
-
查询方式
WAIT: JBC RI,NEXT SJMP WAIT NEXT: MOV A,SBUF MOV @R0,A INC R0 SJMP WAIT -
中断方式
ORG 0023H LJMP DVGET MAIN: ...... SJMP $ DVGET: CLR RI MOV A,SBUF MOV @R0,A INC R0 RETI
-