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第1章 单片机概述1.1 单片机的概念1.1.1 单片机的定义单片机的全称是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer，SCM），也称为微控制器（Micro-Controller Unit，MCU），它是将中央处理单元（Central Processing Unit，CPU）、数据存储器RAM（Random Access Memory，随机读写存储器）、程序存储器ROM（Read Only Memory，只读存储器）以及I/O（Input/Output，输入/输出）接口集成在一块芯片上，构成的一个计算机系统，其组成框图如图1.1所示。
单片机可用下面的“表达式”来表示：单片机 = MPU+ROM+RAM+I/O+功能部件图1.1 单片机的组成框图1.1.2 单片机的诞生单片机诞生于20世纪70年代末，具有代表性的事件是1976年Intel公司推出了MCS-48单片机系列的第一款产品：8048。
这款单片机在一个芯片内集成了超过17000个晶体管，包含一个CPU，1KB的EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory，可擦可编程只读存储器），64字节的RAM，27个I/O端口和一个8位的定时器。
8048很快就成为了控制领域的工业标准，它们起初被广泛用来替代诸如洗衣机或交通灯等产品中的控制部分。
1980年，Intel公司在MCS-48的基础上推出了MCS-51系列的第一款单片机8051，这款单片机的功耗、大小和复杂程度都比8048提高了一个数量级。
8051集成了超过60000个晶体管，拥有4KB的ROM，128B的RAM，32个I/O端口，一个串行通信接口和两个16位的定时器。
经过三十多年的发展，MCS-51系列单片机已经形成了一个规模庞大、功能齐全、资源丰富的产品群。
单片机原理与应用技术·2·1.1.3 单片机的应用领域单片机在我们的日常生活和工作中无处不在、无处不有：家用电器中的微波炉、洗衣机、电饭煲、豆浆机、电子秤；住宅小区的监控系统、电梯智能化控制系统；汽车电子设备中的ABS、GPS、ESP、TPMS；医用设备中的呼吸机，各种分析仪，监护仪，病床呼叫系统；公交汽车、地铁站的IC卡读卡机、滚动显示车次和时间的LED点阵显示屏；电脑的外设，如键盘、鼠标、光驱、打印机、复印机、传真机、调制解调器；计算机网络的通信设备；智能化仪表中的万用表、示波器、逻辑分析仪；工厂流水线的智能化管理系统，成套设备中关键工作点的分布式监控系统；导弹的导航装置，飞机上的各种仪表等。
单片机到底是什么呢单片机，全称为单片微型计算机，是一种在单个集成电路芯片上集成了处理器、存储器和输入输出接口等各种功能模块的微型计算机系统。
它被广泛应用于电子设备中，如家用电器、汽车电子、工业控制等领域。
本文将从多个角度介绍单片机的定义、特点、应用和发展趋势等内容。
一、单片机的定义与特点单片机是一种集成度非常高的微型计算机系统，其核心部分是一个微型处理器。
相比于传统的计算机系统，单片机具有以下几个特点：1. 高度集成：单片机将处理器、存储器和输入输出接口等功能模块集成在一颗芯片上，大大减小了电路板的体积和重量。
2. 低功耗：由于单片机内部的电路非常简单，功耗较低，适合工作在电池供电的环境。
3. 低成本：由于集成度高，制造工艺成熟，单片机的成本相对较低，可以大规模应用于各个领域。
4. 易编程：单片机采用高级语言编写程序，不需要了解底层电路的细节，开发门槛较低，适合初学者学习和使用。
二、单片机的应用领域单片机在各个领域都得到了广泛的应用，下面将介绍几个典型的应用领域：1. 家用电器：单片机被广泛应用于家用电器中，如空调、洗衣机、冰箱等。
通过单片机的控制，可以实现自动化、智能化的功能，提高用户体验。
2. 汽车电子：单片机在汽车电子领域有着重要的应用，如发动机控制系统、车身控制系统等。
通过单片机的控制，可以提高车辆的安全性、舒适性和燃油效率。
3. 工业控制：单片机在工业控制领域被广泛应用，如自动化生产线、工厂设备等。
通过单片机的控制，可以提高生产效率、降低劳动力成本。
4. 通信设备：单片机在通信设备中起着重要的作用，如手机、路由器等。
通过单片机的控制，可以实现无线通信、数据处理等功能。
三、单片机的发展趋势随着科技的不断发展，单片机也在不断演进和进步。
下面将介绍单片机的几个发展趋势：1. 高性能：随着半导体技术的不断进步，单片机的处理能力越来越强大，可以处理更复杂的任务。
2. 低功耗：随着对节能环保的要求越来越高，单片机的功耗也在不断降低，以满足电池供电等低功耗应用的需求。
单片机的简介单片机（Microcontroller Unit，简称MCU）是一种集成了微处理器核心、存储器、输入输出接口和定时器等功能于一体的集成电路芯片。
它具有体积小、功耗低、成本低廉等特点，广泛应用于各种电子设备中。
本文将对单片机的基本特点、应用领域以及优缺点进行简要介绍。
一、单片机的基本特点单片机主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口（I/O）和定时器等组成。
其核心部分是CPU，负责执行程序，处理数据。
常见的单片机有8位、16位和32位等不同位数的CPU。
存储器包括程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM），用于存储程序和数据。
输入输出接口（I/O）用于与外部设备进行通信，可实现数据输入、输出等功能。
定时器用于产生精确的时间延迟。
单片机具有体积小、功耗低的特点，由于其集成度高，外部元器件少，因此相对于传统的电路设计方案，可以大大减小产品体积和功耗。
此外，单片机具有较高的可编程性，可以根据需求进行程序设计，实现各种功能。
其性价比也较高，适合大规模生产。
二、单片机的应用领域由于单片机具有体积小、功耗低、成本低等特点，因此在各个领域都有广泛的应用。
1. 家电控制：单片机广泛应用于家用电器，如洗衣机、冰箱、电视等。
通过控制单片机，可以实现温度控制、计时器功能等。
2. 工业自动化：单片机在工业设备和自动化领域也有重要应用。
例如，可以通过单片机实现对机器设备的监控和控制，提高生产效率和质量。
3. 交通领域：单片机在交通领域有着广泛的应用，如智能交通信号灯、车辆控制系统等。
通过单片机的智能控制，可以提高交通流量和安全性。
4. 医疗设备：单片机在医疗设备中具有重要地位，如心电图仪、血压计等。
通过单片机的高精度控制和数据处理，可以提高医疗设备的性能和准确性。
5. 智能家居：随着物联网的发展，单片机在智能家居领域有着广泛应用。
通过单片机的控制，可以实现家庭安防、远程控制等功能。
三、单片机的优缺点1. 优点：a. 体积小、功耗低：由于单片机的集成度高，体积相对较小，适合应用于体积有限的电子设备中，并且其功耗低，有助于延长电池寿命。
第0章绪论1．什么是单片机？其主要特点有那些？解：单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer），简称单片机。
就是将微处理器（CPU）、存储器（存放程序或数据的ROM和RAM）、总线、定时器/计数器、输入/输出接口（I/O口）和其他多种功能器件集成在一块芯片上的微型计算机。
单片机的主要特点有：（1）可靠性高（2）便于扩展（3）控制功能强（4）低电压、低功耗（5）片内存储容量较小，除此之外，单片机还具有集成度高、体积小、性价比高、应用广泛、易于产品化等特点2．当前单片机的主要产品有那些？各有何特点？举出你生活中应用单片机的例子。
解：当前单片机的主要产品有：Intel的8051系列、Motorola的M68HC系列、Philips（飞利浦）的80C51系列、台湾义隆公司（EMC）EM78系列单片机、美国Microchip公司的PIC 单片机系列、Atmel公司的A T90系列单片机Ubicom公司的Scenix单片机、日本爱普生科技公司的Epson单片机、Zilog公司的Z86系列、美国国家半导体公司NSCOP8单片机、台湾Winbond（华邦）的W78系列等。
MCS-51为主流产品。
MSP430的功能较强。
是一种特低功耗的Flash微控制器。
主要用于三表及超低功耗场合。
EM78系列单片机采用高速CMOS工艺制造，低功耗设计为低功耗产品，价格较低。
具有三个中断源、R-OPTION功能、I/O唤醒功能、多功能I/O口等。
具有优越的数据处理性能，采用RISC结构设计。
Microship单片机是市场份额增长较快的单片机。
它的主要产品是PIC系列8位单片机。
CPU采用RISC结构，运行速度快，价格低适于用量大、档次低、价格敏感的产品。
Motorola是世界上最大的单片机生产厂家之一，品种全、选择余地大、新产品多。
其特点是噪声低，抗干扰能力强，比较适合于工控领域及恶劣的环境。
A VR是增强RISC内载Flash的单片机，单片机内部32个寄存器全部与ALU直接连接，突破瓶颈限制，每1MHz可实现1MIPS的处理能力，为高速、低功耗产品。
1.什么是单片机？单片机即单片微型计算机，是将微型处理器CPU、储存器(只读存储器POM和随机存储器PAM)、总线、定时/计数器、输入/输出接口I/O和其他多种功能器件集成在一小块芯片上构成的微型计算机。
2.单片机主要特点：集成度高、体积小、可靠性高、控制功能强、低功耗、可扩展性好、性价比高3.51单片机内部结构：8位CPU、5个中断源，分为2个优先级、一个全双工串行I/O口、8位并行I/O口P0，P1，P2，P3、4KB的片内程序存储器（8031无）、片内数据存储器（片内RAM）、含21个特殊功能寄存器SFR- Special Function Register 、2个16位定时器/计数器、振荡器和时序逻辑（振荡频率1.2～12MHZ ）CPU是单片机的核心部分，振荡器和时序逻辑产生内部时钟，中断控制逻辑应付突发事件，并行I/O接口和串行I/O接口是数据传输通道，程序存储器存放单片机程序，是指挥所，数据存储器存放内部待定处理的数据和处理后的结果，是数据仓库，定时/计数器完成对外输入脉冲的计数或根据内部时钟及定时设置，周期性的产生定时信号。
4.CPU结构与工作原理CPU是单片机的核心，由运算器和控制器等部件组成（1）运算器以8位算术/逻辑运算部件ALU为核心，加上通过内部总线而挂在其周围的暂存器TMP1、TMP2、累加器ACC、寄存器B、状态标志寄存器PSW以及布尔处理器组成整个运算器的逻辑电路。
(2)累加器ACC(8位)需要ALU处理的数据和计算结果多数要经过A累加器。
单片机内部数据传送的中转站。
累加器A在数据传输和处理过程中起重要作用。
(3)寄存器B(8位)与A累加器配合执行乘、除运算。
也可用作通用寄存器。
A和ACC的实质是一样的，对应地址都是0E0H，只是汇编在使用时，在格式上取了两个名字。
使用有一定的规律：当其要进行位表示时，必须用ACC，比如要写成ACC.7，而不能写成A.7；但当其作为8位二进制数时，ACC 和A都能用,但还是有区别：比如INC ACC和INC A都能用还有PUSH ACC, POP ACC不可以写成PUSH A 和POP A(4)程序状态字寄存器PSW (8位)1.进位标志Cy（PSW.7）表示运算是否有进位（借位），有“1”，否则“0”，很多算术逻辑运算指令都会影响。
单片机原理课程设计LED点阵显示姓名：学号：系别：机电工程系专业：指导教师：日期：2010.06.10目录目录............................................................ - 1 - .摘要........................................................ - 2 -1 设计任务及要求................................................ - 3 -2 单片机基础知识............................................... -3 -2.1 80C51单片机的内部结构.................................. - 3 -2.2 80C51各引脚作用......................................... - 4 - 3应用软件系统设计.............................................. - 6 -3.1点阵显示及设计原理....................................... - 6 -3.2应用软件设计............................................. - 7 -4 LED点阵控制装置的调试....................................... - 11 -4.1系统调试................................................ - 11 -4.2测试结果................................................ - 11 - 5毕业设计总结................................................. - 12 -5.1设计总结................................................ - 12 -5.2心得体会................................................ - 12 - 致谢词......................................................... - 13 - 参考文献.................................................... - 13 -.摘要摘要：二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。
不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。
它由主机、键盘、显示器等组成。
还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。
这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。
顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。
它的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑，因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。
它在这个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。
单片机具有体积小、功能强、应用面广等优点，目前正以前所未见的速度取代着传统电子线路构成的经典系统，蚕食着传统数字电路与模拟电路固有的领地。
它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。
现在，这种单片机的使用领域已十分广泛。
彩电、冰箱、空调、录像机、VCD、遥控器、游戏机、电饭煲等无处不见单片机的影子，单片机早已深深地融入我们每个人的生活之中。
单片机能大大地提高这些产品的智能性，易用性及节能性等主要性能指标，给我们的生活带来舒适和方便的同时，在工农业生产上也极大地提高了生产效率和产品质量。
单片机按用途大体上可分为两类，一种是通用型单片机，另一种是专用型单片机。
关键词：单片机；阵显示；程序；LED1 设计任务及要求1、巩固和深化学生对单片机的结构、指令系统、中断系统、键盘/显示系统、接口技术、系统扩展、定时/控制、程序设计、应用开发、等基本理论知识的理解。
2、提高学生硬件设计和软件设计综合设计能力。
3、掌握LED显示屏控制系统的显示原理，学习LED点阵显示数字和字符的编程方法。
4、结合微机原理、单片机技术知识，查阅有关资料，设计一个以单片机为核心的LED点阵显示器系统，采用点阵LED作为显示器显示“中国”字样。
2 单片机基础知识单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
概括的讲，一块芯片就成了一台计算机。
MCS-51单片机是美国INTEL公司于1980年推出的产品，与MCS- 48单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令，指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与MSC-51单片机作为代表进行理论基础学习。
MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品。
DP-51S单片机仿真实验仪是由广州致远电子有限公司设计的DP系列单片机仿真实验仪之一，是一种功能强大的单片机应用技术学习、调试。
2.1 80C51单片机的内部结构图2-1为80C51单片机功能结构框图80C51 芯片内部集成了 CPU、RAM、ROM、定时/计数器和I/O口等各功能部件，并由内部总线把这些不见连接在一起。
图2-1 80C51单片机功能结构框图80C51单片机内部包含以下一些功能部件：(1) 一个8位CPU；(2) 一个片内振荡器和时钟电路；(3) 4KB ROM（80C51有4KB掩膜ROM，87C51有4KB EPROM，80C31片内有无ROM）；(4) 128B内RAM；(5) 可寻址64KB的外ROM和外RAM控制电路；(6) 两个16位定时/计数器；(7) 21个特许功能寄存器；(8) 4个8位并行I/O口，共32条可编程I/O端线；(9) 一个可编程全双工串行口；(10) 5个中断源，可设置成2个优先级。
2.2 80C51各引脚作用80C51单片机一般采用双列直插DIP封装，共40个引脚，图2-2a为引脚排列图。
图2-2b为逻辑符号图。
40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。
1.电源(1)Vcc——芯片电源，接+５Ｖ；(2)Vss——接地端。
2.时钟XTAL1、XTAL2——晶体振荡电路反相输入端和输出端。
使用内部振荡电路时外接石英晶体。
3.控制线控制线共有4根，其中3根是复用线。
所谓复用线是指具有两种功能，正常使用时是一种功能，在某种条件下是另一种功能。
(1)ALE/PROG——地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲。
①ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址。
80C51在并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口）时，P0口用于分时传送低8位地址和数据信号，且均为二进制数。
那么如何区分是低8位地址还是8位数据信号呢？当ALE信号有效时，P0口传送的是低8位地址信号；ALE信号无效时，P0口传送的是8位数据信号。
在ALE信号的下降沿，锁定P0口传送的内容，即低8位地址信号。
需要指出的是，当CPU不执行访问外RAM指令（MOVX）时，ALE以时钟振荡频率1 / 6的固定频率输出，因此ALE信号也可作为外部芯片CLK时钟或其他需要。
但是，当CPU执行MOVX指令时，ALE将跳过一个ALE脉冲。
ALE端可驱动8个LSTTL门电路。
②PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。
(2)PSEN——外ROM读选通信号。
80C51读外ROM时，没个机器周期内PSEN两次有效输出。
PSEN可作为外ROM 芯片输出允许OE的选通信号。
在读内ROM或读外RAM时，PSEN无效。
PSEN可驱动8个LSTTL门电路。
(3) RST/Vpd——复位/备用电源。
①正常工作时，RST（Reset）端为复位信号输入端，只要在该引脚上连续保持两个机器周期以上高电平，80C51芯片即实现复位操作，复位后一切从头开始，CPU从0000H开始执行指令。
②Vpd功能：在Vcc掉电情况下，该引脚可接上备用电源，由Vpd向片内供电，以保持片内RAM中的数据不丢失。
(4) EA/Vpp ——内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
①EA功能：正常工作时，EA为内外ROM选择端。
80C51单片机ROM寻址范围为64KB，其中4KB在片内，60KB在片外（80C31芯片无内ROM，全部在片外）。
当EA保持高电平时，先访问内ROM，但当PC（程序计数器）值超过4KB（0FFFH）时，将自动转向执行外ROM中的程序。
当EA保持低电平时，则只访问外ROM，不管芯片内有否内ROM。
对80C31芯片，片内无ROM，因此EA必须接地。
图2-2 80C51引脚图②Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚用于施加编程电源Vpp。
对4个控制引脚，应熟记起第一功能，了解其第二功能。
严格来讲，80C51的控制线还应该包括P3口的第二功能。
4. I/O引脚80C51共有4个8位并行I/O端口,共32个引脚(1)P0口——8位双向I/O口。
在不并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口)时, P0口可用作双向I/O口。
在并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口)时, P0口可用于分时传送低8位地址(地址总线)和8位数据信号(数据总线)。
位结构如图2-4所示。
P0口能驱动8个LSTTL门。
(2) 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)。
位结构如图2-5所示。
P1口能驱动为4个LSTTL门。
(3) P2口——8位准双向I/O口。
在不并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口)时, P2口可用作双向I/O口。
在并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口)时, P2口可用于传送高8位地址(属地址总线) 。
P2口能驱动4个LSTTL门。
P2口的位结构如图2-6所示，引脚上拉电阻同P1口。
在结构上，P2口比P1口多一个输出控制部分。
(4) P3口——8位准双向I/O口。
可作一般I/O口用,同时P3口每一引脚还具有第二功能,用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总线)。
P3口驱动能力为4个LSTTL门。
P3口第二功能如下:P3.0——RXD:串行口输入端;P3.1——TXD:串行口输出端;P3.2——INT0:外部中断0请求输入端;P3.3——INT1:外部中断1请求输入端P3.4——T0:定时/计数器0外部信号输入端;P3.5——T1:定时/计数器1外部信号输入端;P3.6——WR:外RAM写选通信号输出端;P3.7——RD:外RAM读选通信号输出端。
