第2章 MCS51單片機(jī)結(jié)構(gòu)與時(shí)序

1、第二章 mcs-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)與時(shí)序 2.1 mcs-51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介系列單片機(jī)簡(jiǎn)介 2.2 mcs-51系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部引腳說(shuō)明系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部引腳說(shuō)明 2.3 微處理器微處理器 2.4 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 2.5 復(fù)位狀態(tài)及復(fù)位電路復(fù)位狀態(tài)及復(fù)位電路 2.1 mcs-51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介系列單片機(jī)簡(jiǎn)介 mcs-51系列單片機(jī)已有十多種產(chǎn)品，可分為兩大系列：系列單片機(jī)已有十多種產(chǎn)品，可分為兩大系列：51 子系列和子系列和52子系列。子系列。 51子系列主要有子系列主要有8031、8051、8751三種機(jī)型。它們的指令系三種機(jī)型。它們的指令系 統(tǒng)與芯片引腳完全兼容。從表統(tǒng)與芯片引腳完

2、全兼容。從表1.1中可以看出，它們的差別僅在于中可以看出，它們的差別僅在于 片內(nèi)有無(wú)片內(nèi)有無(wú)rom或或eprom。 52子系列主要有子系列主要有8032、8052、8752三種機(jī)型。從表三種機(jī)型。從表1.1中可以中可以 看出，看出，52子系列與子系列與51子系列的不同之處在于：子系列的不同之處在于：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器增片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器增 至至256字節(jié)；片內(nèi)程序存儲(chǔ)器增至字節(jié)；片內(nèi)程序存儲(chǔ)器增至8 kb (8032無(wú)無(wú))；有；有3個(gè)個(gè)16位定時(shí)位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器，6個(gè)中斷源個(gè)中斷源。其它性能均與。其它性能均與51子系列相同。子系列相同。 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 2.2 mcs-51系列單片機(jī)

3、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部引腳說(shuō)明系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部引腳說(shuō)明 2.2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 mcs-51單片機(jī)組成結(jié)構(gòu)中包含單片機(jī)組成結(jié)構(gòu)中包含cpu（運(yùn)算器、控制器）、運(yùn)算器、控制器）、 片內(nèi)存儲(chǔ)器、片內(nèi)存儲(chǔ)器、4個(gè)個(gè)i/o口、串行口、定時(shí)器口、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、 振蕩器振蕩器等功能部件。等功能部件。 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 圖圖2.1 mcs-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 2.2.2 外部引腳說(shuō)明外部引腳說(shuō)明 1主電源引腳主電源引腳 vcc(40腳腳)：接：接+5 v電源正端。電源正端。 vss(20腳腳)：接：接

4、+5 v電源地端。電源地端。 2外接晶體引腳外接晶體引腳 xtal1(19腳腳)：接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，：接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部， 它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。 當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于hmos單片機(jī)，該引腳接地；對(duì)于單片機(jī)，該引腳接地；對(duì)于 chmos單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 圖圖2.2 mcs-51系列單片機(jī)引腳及總線結(jié)構(gòu)系列單片機(jī)引腳及總線結(jié)構(gòu) 地 址 總 線 (ab) 8051

5、 8751 8031 p1.7 p1.6 p1.5 p1.4 p1.3 p1.2 p1.1 p1.0 p3.0 p3.1 p3.2 p3.3 p3.4 p3.5 p3.6 p3.7 psen ea ale rst 用 戶 i/o 控 制 總 線 (cb) 鎖 存 器 p2.7 p2.6 p2.5 p2.4 p2.3 p2.2 p2.1 p2.0 p0.7 p0.6 p0.5 p0.4 p0.3 p0.2 p0.1 p0.0 ale a15 a14 a13 a12 a11 a10 a9 a8 a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0 vcc

6、vss 數(shù) 據(jù) 總 線 (db) (a) (b) p1.0 p1.1 p1.2 p1.3 p1.4 p1.5 p1.6 p1.7 rst/vpd rxd、p3.0 txd、p3.1 int0、p3.2 int1、p3.3 t0、p3.4 t1、p3.5 wr、p3.6 rd、p3.7 xtal2 xtal1 vss vcc p0.0 p0.1 p0.2 p0.3 p0.4 p0.5 p0.6 p0.7 ea/vpp ale/prog psen p2.7 p2.6 p2.5 p2.4 p2.3 p2.2 p2.1 p2.0 8051 8751 8031 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

7、11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 vcc vss 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 3輸入輸入 / 輸出引腳輸出引腳 (1) p0口口(3932腳腳)：p0.0p0.7統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為p0口。在不接片外存儲(chǔ)口。在不接片外存儲(chǔ) 器與不擴(kuò)展器與不擴(kuò)展i/o口時(shí)，可作為準(zhǔn)雙向輸入口時(shí)，可作為準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。在接有片外存輸出口。在接有片外存 儲(chǔ)器或擴(kuò)展儲(chǔ)器或擴(kuò)展i/o口時(shí)，口時(shí)，p0口分時(shí)復(fù)用為低口分時(shí)復(fù)用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)位地址總線和雙向數(shù)據(jù) 總線?？偩€。

8、 (2) p1口口(18腳腳)：p1.0p1.7統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為p1口，可作為準(zhǔn)雙向口，可作為準(zhǔn)雙向i/o 口使用。對(duì)于口使用。對(duì)于52子系列，子系列，p1.0與與p1.1還有第二功能：還有第二功能：p1.0可用作可用作 定時(shí)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)脈沖輸入端的計(jì)數(shù)脈沖輸入端t2，p1.1可用作定時(shí)器可用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 2的外部控制端的外部控制端t2ex。 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 (3) p2口口(2128腳腳)：p2.0p2.7統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為p2口，一般可作為準(zhǔn)口，一般可作為準(zhǔn) 雙向雙向i/o口使用；在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展口使用；在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展i/o口且尋址范圍超口且尋址范

9、圍超 過(guò)過(guò)256字節(jié)時(shí)，字節(jié)時(shí)，p2口用作高口用作高8位地址總線。位地址總線。 (4) p3口口(1017腳腳)：p3.0p3.7統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為p3口。除作為準(zhǔn)雙向口。除作為準(zhǔn)雙向 i/o口使用外，還可以將每一位用于第二功能，而且口使用外，還可以將每一位用于第二功能，而且p3口的每口的每 一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 表表 p3口第二功能表口第二功能表 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 引 腳第 二 功 能 p3.0 串行口輸入端 p3.1 串行口輸出端 p3.2 外部中斷0請(qǐng)求輸入端，低電平有效 p3

10、.3 外部中斷1請(qǐng)求輸入端，低電平有效 p3.4 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)脈沖輸入端 p3.5 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)脈沖輸入端 p3.6 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端，低電平有效 p3.7 rxd txd int0 int1 t0 t1 wr rd 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效 4控制線控制線 (1) ale/prog(30腳腳)：地址鎖存有效信號(hào)輸出端。地址鎖存有效信號(hào)輸出端。ale在在 每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)輸出兩個(gè)脈沖。在訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器期間，下每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)輸出兩個(gè)脈沖。在訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器期間，下 降沿用于控制鎖存降沿用于控制鎖存p0輸出的低輸出的低8位地址；在不訪問(wèn)片外程序存

11、儲(chǔ)位地址；在不訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ) 器期間，可作為對(duì)外輸出的時(shí)鐘脈沖或用于定時(shí)目的。器期間，可作為對(duì)外輸出的時(shí)鐘脈沖或用于定時(shí)目的。 對(duì)于片內(nèi)含有對(duì)于片內(nèi)含有eprom的機(jī)型，在編程期間，該引腳用作編的機(jī)型，在編程期間，該引腳用作編 程脈沖程脈沖prog的輸入端。的輸入端。 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 (2) psen(29腳腳)：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電 平有效。平有效。當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周 期該信號(hào)兩次有效，以通過(guò)數(shù)據(jù)總線期該信號(hào)兩次有效，以通過(guò)數(shù)據(jù)總線p0口讀回指令或常數(shù)

12、。在口讀回指令或常數(shù)。在 訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，psen信號(hào)將不出現(xiàn)。信號(hào)將不出現(xiàn)。 (3) rst/vpd(9腳腳)：rst即為即為reset，vpd為備用電源。為備用電源。 該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作 時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操 作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。上電時(shí)，考慮到振蕩器有一定的作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。上電時(shí)，考慮到振蕩器有一定的 起振時(shí)間，該引腳上高電平必須持續(xù)起振時(shí)間，該引腳上高電

13、平必須持續(xù)10 ms以上才能保證有效復(fù)以上才能保證有效復(fù) 位。位。 當(dāng)當(dāng)vcc發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時(shí)，該引腳發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時(shí)，該引腳 可接上備用電源可接上備用電源vpd(+5 v)為內(nèi)部為內(nèi)部ram供電，以保證供電，以保證ram中的中的 數(shù)據(jù)不丟失。數(shù)據(jù)不丟失。 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 (4) ea/vpp(31腳腳)：ea為片外程序存儲(chǔ)器選用端。為片外程序存儲(chǔ)器選用端。該引腳有該引腳有 效效(低電平低電平)時(shí)，只選用片外程序存儲(chǔ)器，否則單片機(jī)上電或復(fù)位后時(shí)，只選用片外程序存儲(chǔ)器，否則單片機(jī)上電或復(fù)位后 選用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。對(duì)片內(nèi)含有選用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。對(duì)片

14、內(nèi)含有eprom的機(jī)型，在編程期間，的機(jī)型，在編程期間， 用作編程電源用作編程電源vpp的輸入端。的輸入端。 單片機(jī)的引腳特點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)的引腳特點(diǎn)： (1) 單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，許多引腳都具有第二功能。單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，許多引腳都具有第二功能。 (2) 單片機(jī)對(duì)外呈現(xiàn)單片機(jī)對(duì)外呈現(xiàn)3總線形式，由總線形式，由p2、p0口組成口組成16位地址總線；位地址總線； 由由p0口分時(shí)復(fù)用為數(shù)據(jù)總線；由口分時(shí)復(fù)用為數(shù)據(jù)總線；由ale、psen、rst、ea與與p3口口 中的中的int0、int1、t0、t1、wr、rd共共10個(gè)引腳組成控制總線。個(gè)引腳組成控制總線。 由于是由于是16位地址線，因此，

15、可使片外存儲(chǔ)器的尋址范圍達(dá)到位地址線，因此，可使片外存儲(chǔ)器的尋址范圍達(dá)到64 kb。 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 2.3 微微 處處 理理 器器 2.3.1 運(yùn)算部件運(yùn)算部件 運(yùn)算部件以算術(shù)邏輯單元運(yùn)算部件以算術(shù)邏輯單元alu為核心，包括累加器為核心，包括累加器acc、 寄存器寄存器b、暫存器、程序狀態(tài)字暫存器、程序狀態(tài)字psw等許多部件。它能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)等許多部件。它能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 的算術(shù)邏輯運(yùn)算、位變量處理和數(shù)據(jù)傳輸操作。的算術(shù)邏輯運(yùn)算、位變量處理和數(shù)據(jù)傳輸操作。 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 1算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元alu與累加器與累加器acc、寄存器寄存器b 算術(shù)邏輯單元不僅能完成算術(shù)邏輯單元不僅

16、能完成8位二進(jìn)制的加、減、乘、除、加位二進(jìn)制的加、減、乘、除、加 1、減、減1及及bcd加法的十進(jìn)制調(diào)整等算術(shù)運(yùn)算，還能對(duì)加法的十進(jìn)制調(diào)整等算術(shù)運(yùn)算，還能對(duì)8位變量進(jìn)位變量進(jìn) 行邏輯行邏輯與與、或或、異或異或、循環(huán)移位、求補(bǔ)、清零等邏輯運(yùn)、循環(huán)移位、求補(bǔ)、清零等邏輯運(yùn) 算，并具有數(shù)據(jù)傳輸、程序轉(zhuǎn)移等功能。累加器算，并具有數(shù)據(jù)傳輸、程序轉(zhuǎn)移等功能。累加器(acc,簡(jiǎn)稱累加簡(jiǎn)稱累加 器器a)為一個(gè)為一個(gè)8位寄存器，它是位寄存器，它是cpu中使用最頻繁的寄存器。進(jìn)入中使用最頻繁的寄存器。進(jìn)入 alu作算術(shù)和邏輯運(yùn)算的操作數(shù)多來(lái)自于作算術(shù)和邏輯運(yùn)算的操作數(shù)多來(lái)自于a，運(yùn)算結(jié)果也常送運(yùn)算結(jié)果也常送 回回

17、a保存。寄存器保存。寄存器b是為是為alu進(jìn)行乘除法運(yùn)算而設(shè)置的。若不作進(jìn)行乘除法運(yùn)算而設(shè)置的。若不作 乘除運(yùn)算時(shí)，則可作為通用寄存器使用。乘除運(yùn)算時(shí)，則可作為通用寄存器使用。 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 2程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字 程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字psw是一個(gè)是一個(gè)8位的標(biāo)志寄存器，它保存指令執(zhí)行位的標(biāo)志寄存器，它保存指令執(zhí)行 結(jié)果的特征信息，以供程序查詢和判別。其各位的定義如下：結(jié)果的特征信息，以供程序查詢和判別。其各位的定義如下： 字節(jié)地址d0hcacf0rs1rs0ov- p psw.7 psw.6 psw.5 psw.4 psw.3 psw.2 psw.1 psw.0 進(jìn)位標(biāo)志位進(jìn)位標(biāo)

18、志位c(psw.7)：在執(zhí)行某些算術(shù)操作類、邏輯操作類在執(zhí)行某些算術(shù)操作類、邏輯操作類 指令時(shí)，可被硬件或軟件置位或清零。它表示運(yùn)算結(jié)果是否有進(jìn)指令時(shí)，可被硬件或軟件置位或清零。它表示運(yùn)算結(jié)果是否有進(jìn) 位或借位。如果在最高位有進(jìn)位位或借位。如果在最高位有進(jìn)位(加法時(shí)加法時(shí))或有借位或有借位(減法時(shí)減法時(shí))，則，則 c=1，否則否則c=0。 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 輔助進(jìn)位輔助進(jìn)位(或稱半進(jìn)位或稱半進(jìn)位)標(biāo)志位標(biāo)志位ac(psw.6)：它表示兩個(gè)它表示兩個(gè)8位位 數(shù)運(yùn)算，低數(shù)運(yùn)算，低4位有無(wú)進(jìn)位有無(wú)進(jìn)(借借)位的狀況。當(dāng)?shù)臀坏臓顩r。當(dāng)?shù)?位相加位相加(或相減或相減)時(shí)，時(shí)， 若若d3位向位向d

19、4位有進(jìn)位位有進(jìn)位(或借位或借位)，則，則ac=1，否則否則ac=0。在。在bcd 碼運(yùn)算的十進(jìn)制調(diào)整中要用到該標(biāo)志。碼運(yùn)算的十進(jìn)制調(diào)整中要用到該標(biāo)志。 用戶自定義標(biāo)志位用戶自定義標(biāo)志位f0(psw.5)：用戶可根據(jù)自己的需要對(duì)用戶可根據(jù)自己的需要對(duì)f0 賦予一定的含義，通過(guò)軟件置位或清零，并根據(jù)賦予一定的含義，通過(guò)軟件置位或清零，并根據(jù)f0=1或或0來(lái)決定來(lái)決定 程序的執(zhí)行方式，或反映系統(tǒng)某一種工作狀態(tài)。程序的執(zhí)行方式，或反映系統(tǒng)某一種工作狀態(tài)。 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 工作寄存器組選擇位工作寄存器組選擇位rs1、rs0(psw.4、psw.3)：可用軟可用軟 件置位或清零，用于選定當(dāng)前使

20、用的件置位或清零，用于選定當(dāng)前使用的4個(gè)工作寄存器組中的某一個(gè)工作寄存器組中的某一 組組(詳見第詳見第2.4節(jié)節(jié))。 溢出標(biāo)志位溢出標(biāo)志位ov(psw.2)：做加法或減法時(shí)，由硬件置位或做加法或減法時(shí)，由硬件置位或 清零，以指示運(yùn)算結(jié)果是否溢出。清零，以指示運(yùn)算結(jié)果是否溢出。ov=1反映運(yùn)算結(jié)果超出了反映運(yùn)算結(jié)果超出了 累加器的數(shù)值范圍累加器的數(shù)值范圍(無(wú)符號(hào)數(shù)的范圍為無(wú)符號(hào)數(shù)的范圍為0255，以補(bǔ)碼形式表示，以補(bǔ)碼形式表示 一個(gè)有符號(hào)數(shù)的范圍為一個(gè)有符號(hào)數(shù)的范圍為-128+127)。進(jìn)行無(wú)符號(hào)數(shù)的加法或減。進(jìn)行無(wú)符號(hào)數(shù)的加法或減 法時(shí)法時(shí),ov的值與進(jìn)位位的值與進(jìn)位位c的值相同；進(jìn)行有符號(hào)數(shù)

21、的加法時(shí)，如的值相同；進(jìn)行有符號(hào)數(shù)的加法時(shí)，如 最高位、次高位之一有進(jìn)位，或做減法時(shí)，如最高位、次高位最高位、次高位之一有進(jìn)位，或做減法時(shí)，如最高位、次高位 之一有借位，之一有借位，ov被置位，即被置位，即ov的值為最高位和次高位的異或的值為最高位和次高位的異或 (c7 c6)。 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 執(zhí)行乘法指令執(zhí)行乘法指令mul ab也會(huì)影響也會(huì)影響ov標(biāo)志，積標(biāo)志，積255時(shí)時(shí)ov =1， 否則否則ov =0。 執(zhí)行除法指令執(zhí)行除法指令div ab 也會(huì)影響也會(huì)影響ov標(biāo)志，如標(biāo)志，如b中所放除數(shù)中所放除數(shù) 為為0，ov=1,否則否則 ov=0。 奇偶標(biāo)志位奇偶標(biāo)志位p(psw.0)

22、：在執(zhí)行指令后，單片機(jī)根據(jù)累加器在執(zhí)行指令后，單片機(jī)根據(jù)累加器 a中中1的個(gè)數(shù)的奇偶自動(dòng)給該標(biāo)志置位或清零。若的個(gè)數(shù)的奇偶自動(dòng)給該標(biāo)志置位或清零。若a中中1的個(gè)數(shù)的個(gè)數(shù) 為奇數(shù)，則為奇數(shù)，則p=1，否則否則p=0。該標(biāo)志對(duì)串行通信的數(shù)據(jù)傳輸非該標(biāo)志對(duì)串行通信的數(shù)據(jù)傳輸非 常有用，通過(guò)奇偶校驗(yàn)可檢驗(yàn)傳輸?shù)目煽啃?。常有用，通過(guò)奇偶校驗(yàn)可檢驗(yàn)傳輸?shù)目煽啃浴?第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 3布爾處理機(jī)布爾處理機(jī) 布爾處理機(jī)布爾處理機(jī)(即位處理即位處理)是是mcs-51單片機(jī)單片機(jī)alu所具有的一種所具有的一種 功能。單片機(jī)指令系統(tǒng)中的位處理指令集功能。單片機(jī)指令系統(tǒng)中的位處理指令集(17條位操作指令條位操

23、作指令)， 存儲(chǔ)器中的位地址空間，以及借用程序狀態(tài)寄存器存儲(chǔ)器中的位地址空間，以及借用程序狀態(tài)寄存器psw中的進(jìn)中的進(jìn) 位標(biāo)志位標(biāo)志cy作為位操作作為位操作累加器累加器，構(gòu)成了，構(gòu)成了mcs-51單片機(jī)內(nèi)的布單片機(jī)內(nèi)的布 爾處理機(jī)。它可對(duì)直接尋址的位爾處理機(jī)。它可對(duì)直接尋址的位(bit)變量進(jìn)行位處理，如置位、變量進(jìn)行位處理，如置位、 清零、取反、測(cè)試轉(zhuǎn)移以及邏輯清零、取反、測(cè)試轉(zhuǎn)移以及邏輯與與、或或等位操作，使用戶等位操作，使用戶 在編程時(shí)可以利用指令完成原來(lái)單憑復(fù)雜的硬件邏輯所完成的在編程時(shí)可以利用指令完成原來(lái)單憑復(fù)雜的硬件邏輯所完成的 功能，并可方便地設(shè)置標(biāo)志等。功能，并可方便地設(shè)置標(biāo)志

24、等。 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 4. 程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器pc（program counter） pc用于存放用于存放cpu下一條要執(zhí)行的指令地址下一條要執(zhí)行的指令地址, 是一個(gè)是一個(gè) 16 位的專用寄存器位的專用寄存器, 可尋址范圍是可尋址范圍是0000h0ffffh共共 64 kb。 程序中的每條指令存放在程序中的每條指令存放在rom區(qū)的某一單元區(qū)的某一單元, 并都有自己并都有自己 的存放地址。的存放地址。 cpu 要執(zhí)行哪條指令時(shí)要執(zhí)行哪條指令時(shí), 就把該條指令所在就把該條指令所在 的單元的地址送上地址總線。的單元的地址送上地址總線。 在順序執(zhí)行程序中在順序執(zhí)行程序中, 當(dāng)當(dāng)pc的的 內(nèi)

25、容被送到地址總線后內(nèi)容被送到地址總線后, 會(huì)自動(dòng)加會(huì)自動(dòng)加 1, 即即(pc) (pc)+1, 又又 指向指向cpu 下一條要執(zhí)行的指下一條要執(zhí)行的指令地址。令地址。 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 5. 堆棧指針堆棧指針sp（stack pointer） 堆棧操作是在內(nèi)存堆棧操作是在內(nèi)存ram區(qū)專門開辟出來(lái)的按照區(qū)專門開辟出來(lái)的按照“先進(jìn)先進(jìn) 后出后出”原則進(jìn)行數(shù)據(jù)存取的一種工作方式原則進(jìn)行數(shù)據(jù)存取的一種工作方式, 主要用于子程序主要用于子程序 調(diào)用及返回和中斷處理斷點(diǎn)的保護(hù)及返回調(diào)用及返回和中斷處理斷點(diǎn)的保護(hù)及返回, 它在完成子程序它在完成子程序 嵌套和多重中斷處理中是必不可少的。為保證逐級(jí)正確

26、返回嵌套和多重中斷處理中是必不可少的。為保證逐級(jí)正確返回, 進(jìn)入棧區(qū)的進(jìn)入棧區(qū)的“斷點(diǎn)斷點(diǎn)”數(shù)據(jù)應(yīng)遵循數(shù)據(jù)應(yīng)遵循“先進(jìn)后出先進(jìn)后出”的原則。的原則。sp用用 來(lái)指示堆棧所處的位置來(lái)指示堆棧所處的位置, 在進(jìn)行操作之前在進(jìn)行操作之前, 先用指令給先用指令給sp賦值賦值, 以規(guī)定棧區(qū)在以規(guī)定棧區(qū)在ram區(qū)的起始地址（棧底層）。當(dāng)數(shù)據(jù)推入?yún)^(qū)的起始地址（棧底層）。當(dāng)數(shù)據(jù)推入 棧區(qū)后棧區(qū)后, sp的值也自動(dòng)隨之變化。的值也自動(dòng)隨之變化。mcs - 51 系統(tǒng)復(fù)位后系統(tǒng)復(fù)位后, sp 初始化為初始化為07h。 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 6. 數(shù)據(jù)指針寄存器數(shù)據(jù)指針寄存器dptr 數(shù)據(jù)指針數(shù)據(jù)指針dptr是

27、一個(gè)是一個(gè) 16 位的專用寄存器位的專用寄存器, 其高位字節(jié)其高位字節(jié) 寄存器用寄存器用dph表示表示,低位字節(jié)寄存器用低位字節(jié)寄存器用dpl表示。既可作為表示。既可作為 一個(gè)一個(gè) 16 位寄存器位寄存器dptr來(lái)處理來(lái)處理, 也可作為兩個(gè)獨(dú)立的也可作為兩個(gè)獨(dú)立的 8 位寄位寄 存器存器dph和和dpl來(lái)處理。來(lái)處理。 dptr 主要用來(lái)存放主要用來(lái)存放 16 位地址位地址, 當(dāng)對(duì)當(dāng)對(duì) 64 kb外部數(shù)據(jù)外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器空間尋址時(shí)存儲(chǔ)器空間尋址時(shí), 作為間址寄存器作為間址寄存器用。在訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器用。在訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器 時(shí)時(shí), 用作基址寄存器。用作基址寄存器。 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 7. 指

28、令寄存器和指令譯碼器指令寄存器和指令譯碼器 指令寄存器中存放指令代碼。指令寄存器中存放指令代碼。cpu執(zhí)行指令時(shí)執(zhí)行指令時(shí), 由程序由程序 存儲(chǔ)器中讀取的指令代碼送入指令存存儲(chǔ)器中讀取的指令代碼送入指令存儲(chǔ)器儲(chǔ)器, 經(jīng)譯碼器譯碼經(jīng)譯碼器譯碼 后由定時(shí)與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)后由定時(shí)與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào), 完成指令所指完成指令所指 定的操作。定的操作。 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 2.3 控制部件及振蕩器控制部件及振蕩器 控制部件是單片機(jī)的神經(jīng)中樞，它包括定時(shí)和控制電路、指控制部件是單片機(jī)的神經(jīng)中樞，它包括定時(shí)和控制電路、指 令寄存器、譯碼器以及信息傳送控制等部件。它先以主振頻率為令寄

29、存器、譯碼器以及信息傳送控制等部件。它先以主振頻率為 基準(zhǔn)發(fā)出基準(zhǔn)發(fā)出cpu的時(shí)序，對(duì)指令進(jìn)行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號(hào)，的時(shí)序，對(duì)指令進(jìn)行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號(hào)， 完成一系列定時(shí)控制的微操作，用來(lái)協(xié)調(diào)單片機(jī)內(nèi)部各功能部件完成一系列定時(shí)控制的微操作，用來(lái)協(xié)調(diào)單片機(jī)內(nèi)部各功能部件 之間的數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)運(yùn)算等操作，并對(duì)外發(fā)出地址鎖存之間的數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)運(yùn)算等操作，并對(duì)外發(fā)出地址鎖存ale、 外部程序存儲(chǔ)器選通外部程序存儲(chǔ)器選通psen，以及通過(guò)以及通過(guò)p3.6和和p3.7發(fā)出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器發(fā)出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 讀讀rd、寫、寫wr等控制信號(hào)，并且接收處理外接的復(fù)位和外部程序等控制信號(hào)，并且接收處理外接的

30、復(fù)位和外部程序 存儲(chǔ)器訪問(wèn)控制存儲(chǔ)器訪問(wèn)控制ea信號(hào)。信號(hào)。 單片機(jī)的定時(shí)控制功能是用片內(nèi)的時(shí)鐘電路和定時(shí)電路來(lái)完單片機(jī)的定時(shí)控制功能是用片內(nèi)的時(shí)鐘電路和定時(shí)電路來(lái)完 成的成的,而片內(nèi)的時(shí)鐘產(chǎn)生有兩種：而片內(nèi)的時(shí)鐘產(chǎn)生有兩種：內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 單片機(jī)時(shí)鐘電路單片機(jī)時(shí)鐘電路 （a） 內(nèi)部時(shí)鐘電路；內(nèi)部時(shí)鐘電路； （b） 外部振蕩源外部振蕩源 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 時(shí)鐘產(chǎn)生方式時(shí)鐘產(chǎn)生方式 80c5180c51的時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘信號(hào) 2. mcs - 51 指令的取指指令的取指/執(zhí)行時(shí)序執(zhí)行時(shí)序 圖圖mcs - 51 單片機(jī)取指單片機(jī)取指/執(zhí)行時(shí)

31、序執(zhí)行時(shí)序 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 3. 訪問(wèn)外部訪問(wèn)外部rom和和ram的時(shí)序的時(shí)序 圖 2.4 讀外部程序rom時(shí)序 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 圖 2 - 5 讀外部數(shù)據(jù)ram時(shí)序 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 圖 2.6 寫外部數(shù)據(jù)ram的時(shí)序 第二章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和時(shí)序 2.4 80c51的存儲(chǔ)器組織的存儲(chǔ)器組織 80c5180c51存儲(chǔ)器可以分成兩大類：存儲(chǔ)器可以分成兩大類： ramram，cpucpu在運(yùn)行時(shí)能隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入和讀在運(yùn)行時(shí)能隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入和讀 出，但在關(guān)閉電源時(shí)，其所存儲(chǔ)的信息將丟失。出，但在關(guān)閉電源時(shí)，其所存儲(chǔ)的信息將丟失。用用 來(lái)存放暫時(shí)性的輸入輸出數(shù)據(jù)、運(yùn)算

32、的來(lái)存放暫時(shí)性的輸入輸出數(shù)據(jù)、運(yùn)算的中間結(jié)果中間結(jié)果或或 用作用作堆棧堆棧。 romrom，寫入信息后不易改寫的存儲(chǔ)器。斷電后，寫入信息后不易改寫的存儲(chǔ)器。斷電后， 其中的信息保留不變。其中的信息保留不變。用來(lái)存放用來(lái)存放固定的程序或數(shù)據(jù)固定的程序或數(shù)據(jù)， 如系統(tǒng)監(jiān)控程序、常數(shù)表格等。如系統(tǒng)監(jiān)控程序、常數(shù)表格等。 2.4.1 80c512.4.1 80c51單單片機(jī)的程序存儲(chǔ)儲(chǔ)器配置 片片內(nèi)內(nèi)與片與片外外程序存儲(chǔ)器的選擇程序存儲(chǔ)器的選擇 ea ea引腳接高電平引腳接高電平-片內(nèi)片內(nèi) ea ea引腳接高地引腳接高地-片外片外 程序存儲(chǔ)器低端的幾個(gè)特殊單元程序存儲(chǔ)器低端的幾個(gè)特殊單元 程序存儲(chǔ)器中

33、的指令代碼及其觀察程序存儲(chǔ)器中的指令代碼及其觀察 2.4.2 80c512.4.2 80c51單單片機(jī)數(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)儲(chǔ)器配置 片片內(nèi)、內(nèi)、片片外外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器概況數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器概況 片內(nèi)片內(nèi)ramram及及sfr sfr 片外片外ram ram 工作寄存器區(qū)（含寄存器組工作寄存器區(qū)（含寄存器組0 0 3 3） 寄存器組寄存器組0 0：地址：地址00h00h07h07h 寄存器組寄存器組1 1：地址：地址08h08h0fh0fh 寄存器組寄存器組2 2：地址：地址10h10h17h17h 寄存器組寄存器組3 3：地址：地址18h18h1fh1fh 當(dāng)前工作寄存器組當(dāng)前工作寄存器組選擇選擇 pswpsw寄存

34、器中：寄存器中： 片內(nèi)片內(nèi)ramram詳圖詳圖 位尋址區(qū)位尋址區(qū) 字節(jié)字節(jié) 地址地址 位地址位地址 d7d6d5d4d3d2d1d0 20h07h06h05h04h03h02h01h00h 21h0fh0eh0dh0ch0bh0ah09h08h 22h17h16h15h14h13h12h11h10h 23h1fh1eh1dh1ch1bh1ah19h18h 24h27h26h25h24h23h22h21h20h 25h2fh2eh2dh2ch2bh2ah29h28h 26h37h36h35h34h33h32h31h30h 27h3fh3eh3dh3ch3bh3ah39h38h 28h47h46h

35、45h44h43h42h41h40h 29h4fh4eh4dh4ch4bh4ah49h48h 2ah57h56h55h54h53h52h51h50h 2bh5fh5eh5dh5ch5bh5ah59h58h 2ch67h66h65h64h63h62h61h60h 2dh6fh6eh6dh6ch6bh6ah69h68h 2eh77h76h75h74h73h72h71h70h 2fh7fh7eh7dh7ch7bh7ah79h78h 通用通用ramram區(qū)區(qū) 30h30h7fh7fh，共，共8080字節(jié)字節(jié) 數(shù)據(jù)緩沖數(shù)據(jù)緩沖 堆棧堆棧 spsp指示棧頂指示棧頂 復(fù)位時(shí)復(fù)位時(shí)spsp= =0707h h

36、 系統(tǒng)初始化通常系統(tǒng)初始化通常重新設(shè)置重新設(shè)置 ramram內(nèi)容查看內(nèi)容查看 2.4.3 80c512.4.3 80c51單單片機(jī)的特殊功能寄存器（sfrsfr） 基本型單片機(jī)有基本型單片機(jī)有2121個(gè)個(gè)sfrsfr離散地分布在離散地分布在80h80hffhffh空間?？臻g。 與運(yùn)算器相關(guān)與運(yùn)算器相關(guān)3 3個(gè)個(gè) accacc b b pswpsw 與定時(shí)與定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器相關(guān)計(jì)數(shù)器相關(guān)6 6個(gè)個(gè) th0,tl0th0,tl0 th1,tl1th1,tl1 tmodtmod tcon tcon 指針類指針類3 3個(gè)個(gè) spsp dph,dpldph,dpl 與口相關(guān)與口相關(guān)7 7個(gè)個(gè) p0,p1,p2,p3p0,p1,p2,p3 sbufsbuf scon scon pconpcon 與中斷相關(guān)與中斷相關(guān)2 2個(gè)個(gè) ieie ipip 2.5 復(fù)位狀態(tài)及復(fù)位電路復(fù)位狀態(tài)及復(fù)位電路 2.5.