汽车单片机应用技术 学习情景1： 汽车空调系统的单片机控制 主讲：向楠

学习情景1： 汽车空调系统的单片机控制 1.2 MCS-51单片机的结构 MCS-51单片机的典型芯片是8030、8051、8751。8051内部有4KB ROM，8751内有4KB EPROM，8031片内务ROM；除此之外，三者的内部结构相同。因此以8051为例，说明本系列单片机的内部组成及信号引脚。

1.2.1 8051单片机的基本组成 8051单片机的基本组成如图1-1所示。 学习情景1： 汽车空调系统的单片机控制 1.2.1 8051单片机的基本组成 8051单片机的基本组成如图1-1所示。

由图1-1可见，8051单片机主要由以下几个部分组成： 学习情景1： 汽车空调系统的单片机控制 由图1-1可见，8051单片机主要由以下几个部分组成： （1）CPU 8位的微处理器，包括运算器、控制器和部分寄存器，其功能是负责执行算术和逻辑运算。 （2）存储器 ● 程序存储器ROM：大小为4KB，用于存放程序，可外扩至64KB； ● 数据存储器RAM：大小为128B，用于存放数据，可外扩至64KB； ● 特殊功能寄存器SFR：51单片机共有21个特殊功能寄存器，详情见1.3.3节。

分别记为P0、P1、P2、P3，每个端口均为8位。 学习情景1： 汽车空调系统的单片机控制 （3）4个并行I/O口 分别记为P0、P1、P2、P3，每个端口均为8位。 （4）2个16位的定时/计数器 分别记为T/C0和T/C1，既可以工作在定时状态，也可以工作在计数状态。在实际中，根据具体情况进行设置。 （5）一个全双工异步串行口 （6）中断系统 51单片机共有5个中断源入口，其中2个为外中断，3个为内中断。

如复位信号RST、地址锁存信号ALE等。按照单片机中总线的功能不同，其总线可分为数据总线、地址总线和控制总线。 学习情景1： 汽车空调系统的单片机控制 （7）总线控制 如复位信号RST、地址锁存信号ALE等。按照单片机中总线的功能不同，其总线可分为数据总线、地址总线和控制总线。 （8）振荡器电路 CPU所处理的信号为数字信号，根据数字电子技术中所学知识，可知数字信号的处理是在时钟脉冲信号的作用下实现的。这里的振荡器电路就是为了产生时钟信号而设置的。

1.2.2单片机的CPU 学习情景1： 汽车空调系统的单片机控制 MCS-51的CPU包括两部分：运算部件和控制器。 （1）运算部件 学习情景1： 汽车空调系统的单片机控制 1.2.2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。

学习情景1： 汽车空调系统的单片机控制 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。 学习情景1： 汽车空调系统的单片机控制 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。

学习情景1： 汽车空调系统的单片机控制 1.2.3 MCS-51单片机的引脚及其功能 学习情景1： 汽车空调系统的单片机控制 1.2.3 MCS-51单片机的引脚及其功能 MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚排列参见图1-2。

学习情景1： 汽车空调系统的单片机控制 （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。

学习情景1： 汽车空调系统的单片机控制 （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：8位准双向I/O口。能驱动4个LSTTL门。P3口还有第二功能。

1.2.4 MCS-51单片机的存储结构 三、存储器和地址空间 MCS-51单片机存储器结构采用哈佛型结构，即将程序存储器(ROM)和数据存储器(RAM)分开，它们有各自独立的存储空间、寻址机构和寻址方式。其典型结构如图1-9所示。 1.程序存储器 计算机的工作是按照事先编制好的程序命令序列一条条顺序执行的，程序存储器就是用来存放这些已编好的程序和表格常数，它由只读存储器ROM或EPROM组成。计算机为了有序地工作，设置了一个专用寄存器—程序计数器PC，用以存放

将要执行的指令地址。每取出指令的１个字节后，其内容自动 加１，指向下一字节地址，使计算机依次从程序存储器取出指令予以执行，完成某种程序操作。由于MCS-51单片机的程序计数器为16位，因此，可寻址的地址空间为64 KB。 8051程序存储器的空间地址使用有三种方法，如图1-9（a）所示。 第一种方法：单独使用片内ROM。 第二种方法：片内ROM + 片外ROM。 第三种方法：完全使用片外ROM。 MCS-51单片机有6个程序的特殊入口地址， 1个单片机复位入口和5个中断入口，如图1-9（a）中左侧所示，每一个入口有一个确定的地址。单片机上电或复位后，程序从复位入口0000H开始执行。程序在执行过程中，5个中断源中如果有中断请求，程序则转到相应的中断入口地址，执行中断程序。

2.数据存储器 MCS-51单片机片内、外数据存储器是两个独立的地址空间，分别单独编址，如图1-9（b）所示。片内数据存储器分为两部分： 一部分是用户存储数据空间：共有128个字节，地址范围00H~7FH。内有工作寄存器区（00H~1FH）、位寻址区（20H~2FH）和数据区存储区（30H~7FH）。另一部分是专用寄存器空间：共有128个字节，地址范围80H~FFH，内有特殊功能寄存器SFR。SFR呈离散分布。各有关区分述如下。 （1）工作寄存器区 00H~1FH存储单元为工作寄存器区。工作寄存器也称通用寄存器。工作寄存器分成4组，每组都有8个寄存器，用R0~R7来表示。程序中每次指令只用1组。 工作寄存器用于临时寄存8位数据，常用来存放程序需要的初始数据。

（2）位寻址区 20H~2FH存储单元是位寻址区，即可按字节寻址，又可按位寻址。这16个单元共有16×8=128位，每一位都赋予了一个位地址，位地址编号00H～7FH，位地址编号在位寻址指令中使用。位寻址区的每一位都可当作软件触发器或软件开关，由程序直接进行位处理。通常可以把各种程序状态标志、位控制变量存于位寻址区内。 （3）数据存储区 30H~7FH数据存储区，也是用户RAM区，共80个单元。 由于工作寄存器区、位寻址区、数据存储区统是统一编址，使用同样的指令访问，这三个区的单元既有自己独特的功能，又可统一调度使用。因此，前两个区未使用的单元也可作为用户RAM单元使用，使容量较小的片内RAM得以充分利用。 堆栈所需要的存储单元由设计者在数据存储区内选定。

（4）特殊功能寄存器 特殊功能寄存器SFR专用于控制、管理片内算术逻辑部件、并行I/O口、串行I/O口、定时器/计数器、中断系统等功能模块的工作。用户在编程时可以置数设定。在51系列单片机中，各专用寄存器（PC例外）与片内RAM统一编址，每个SFR占有一个存储单元，它们呈离散分布。寻址的方式有寄存器寻址、直接字节寻址和位寻址。特殊功能寄存器(SFR)的名称、符号和地址见表1-2。

特殊功能寄存器名称 SFR符号 地址 累加器 ACC E0H B寄存器 B F0H 程序状态字 DSW D0H 堆栈指针 SP 81H 数据寄存器指针（低8位） DPL 82H 数据寄存器指针（高8位） DPH 83H P0口锁存器 P0 80H Pl口锁存器 P1 90H P2口锁存器 P2 A0H

P3口锁存器 P3 B0H 中断优先级控制寄存器 IP B8H 中断允许控制寄存器 IE A8H 定时器/计数器方式选择寄存器 TMOD 89H 定时器/计数器控制寄存器 TCON 88H 定时器/计数器0（高字节） TH0 8CH TL0 8AH 定时器/计数器1（高字节） TH1 8DH 定时器/计数器1（低字节） TL1 8BH 串行控制寄存器 SCON 98H 串行数据缓冲器 SBUF 99H 电源控制寄存器 PCON 87H

片外数据存储器一般是16位编址，51单片机可扩展片外64 KB空间的数据存储器，地址范围为0000H～FFFFH，它与程序存储器的地址空间是重合的，但两者的寻址指令和控制线不同。 四、并行输入/输出端口 MCS-51有4个并行输入/输出端口，分别命名为P0、P1、P2、P3。每个端口都由8位数据输出锁存器和驱动电路、8位数据输入缓冲器组成。每个端口的8位数据输出锁存器也是该端口的特殊功能寄存器，与端口的命名同名，也称为P0、P1、P2、P3，见表1-2。 CPU输出数据可以在8位数据输出锁存器中锁存，外来数据输入可以在8位数据输入缓冲器中得到缓冲。MCS-51单片机有不少指令可直接进行端口操作。