單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)介紹

1、第1章 單片機(jī)硬件系統(tǒng)M本章概要及學(xué)習(xí)目標(biāo)：本章從單片機(jī)的概念入手，以AT89C51單片機(jī)芯片為例，介紹MCS-51型單片機(jī)芯片的外部引腳功能、內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)及工作特性，并通過單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程實(shí)驗(yàn)說明使讀者對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)及其開發(fā)有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)，對(duì)單片機(jī)的基本工作原理和工作過程有一個(gè)大致的了解，同時(shí)也指出了學(xué)習(xí)單片機(jī)的兩個(gè)基本方面：硬件結(jié)構(gòu)和軟件編程。通過對(duì)本章的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)掌握和了解以下知識(shí)：1計(jì)算機(jī)、微型機(jī)、單片機(jī)及單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的概念2微型機(jī)的CPU、存儲(chǔ)器和輸入/輸出的硬件構(gòu)成及功能389C51外部引腳及功能，內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理489C51的RAM分布、ROM結(jié)構(gòu)及地址形成589C

2、51的SFR689C51的并行口及時(shí)鐘與復(fù)位7單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程及工作過程1.1計(jì)算機(jī)、微型機(jī)、單片機(jī)及單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)概述微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)給人類生活帶來了根本性的變化，使現(xiàn)代科學(xué)研究產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，單片機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)則給現(xiàn)代工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域帶來了一次新的技術(shù)革命。它在工業(yè)控制、數(shù)控采集、智能化儀表、辦公自動(dòng)化等諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用，毫不夸張地說，單片機(jī)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用水平已逐步成為一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展的標(biāo)志之一。單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Micro Computer）簡(jiǎn)稱單片機(jī)，它是一種把組成微型計(jì)算機(jī)的各功能部件：中央處理單元CPU、一定容量的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM和只讀存儲(chǔ)器R

3、OM、I/O接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及串行口等制作在一塊芯片中的計(jì)算機(jī)。由于單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)的功能都是按工業(yè)控制要求而設(shè)計(jì)的，常用在工業(yè)檢測(cè)、控制裝置中，因而也稱為微控制器（Micro-Controller）。單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、價(jià)格低等特點(diǎn)，在家用電器、智能化儀器、工業(yè)控制以及火箭導(dǎo)航尖端技術(shù)領(lǐng)域都發(fā)揮著十分重要的作用。單片機(jī)及單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)1微型計(jì)算機(jī)及微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入和輸出設(shè)備五大部分組成。把運(yùn)算器、控制器及一些寄存器集成在一塊硅片上而成為獨(dú)立的器件，該器件就稱為微處理器（CPU）。微處理器芯片、存儲(chǔ)器

4、芯片、輸入/輸出接口電路芯片以及外部設(shè)備，在它們之間用總線連接起來就構(gòu)成了微型計(jì)算機(jī)，如圖1-1所示。圖1-1 微型計(jì)算機(jī)組成框圖可見，微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的突出特征是具有一個(gè)包含運(yùn)算器和控制器的集成芯片微處理器（CPU）。微型機(jī)硬件系統(tǒng)各部分的組成及功能簡(jiǎn)述如下：1）微處理器微處理器是微型計(jì)算機(jī)的核心，其結(jié)構(gòu)示意如圖1-2所示。圖1-2 微處理器結(jié)構(gòu)示意圖微處理器包括運(yùn)算器，控制器和寄存器組3個(gè)基本部分。（1）運(yùn)算器：運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)的運(yùn)算部件，用于實(shí)現(xiàn)算術(shù)和邏輯運(yùn)算。計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理都在這里進(jìn)行。通常運(yùn)算器由算術(shù)/邏輯運(yùn)算單元ALU、累加器A、暫存寄存器、標(biāo)志寄存器F等組成。累加器A是一個(gè)特

5、殊的寄存器。通常其作用有兩個(gè)：一是運(yùn)算時(shí)把一個(gè)操作數(shù)經(jīng)暫存器送至ALU；二是在運(yùn)算后保存其運(yùn)算結(jié)果。暫存寄存器用來暫時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)總線或其他寄存器送來的操作數(shù)，是ALU的數(shù)據(jù)輸 入源。標(biāo)志寄存器F用來保存ALU運(yùn)算結(jié)果的特征（如進(jìn)位標(biāo)志、溢出標(biāo)志等）和處理器的狀態(tài)，這些特征和狀態(tài)可以作為控制程序轉(zhuǎn)移的條件。算術(shù)/邏輯運(yùn)算單元ALU由加法器和相應(yīng)的控制邏輯電路組成。它能分別對(duì)來自兩個(gè)暫存器數(shù)據(jù)源的兩個(gè)操作數(shù)進(jìn)行加、減、與、或等運(yùn)算，還能進(jìn)行數(shù)據(jù)的移位。ALU進(jìn)行何種運(yùn)算由控制器發(fā)出的命令確定，運(yùn)算后的結(jié)果經(jīng)數(shù)據(jù)總線送至累加器A，同時(shí)影響標(biāo)志寄存器F的狀態(tài)。（2）控制器：計(jì)算機(jī)的控制器由指令寄存器IR

6、、指令譯碼器ID、定時(shí)及控制邏輯電路和程序計(jì)數(shù)器PC等組成，它控制使計(jì)算機(jī)各部分自動(dòng)、協(xié)調(diào)地工作?？刂破靼凑罩付ǖ捻樞驈某绦虼鎯?chǔ)器中取出指令進(jìn)行譯碼并根據(jù)譯碼結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，從而完成該指令所規(guī)定的任務(wù)。指令寄存器IR用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。要執(zhí)行一條指令，首先要把它從程序存儲(chǔ)器中取到指令寄存器中。指令的內(nèi)容包括操作碼和操作數(shù)（或操作數(shù)的地址碼）兩部分。操作碼送到指令譯碼器ID，經(jīng)譯碼后確定所要執(zhí)行的操作；操作數(shù)的地址碼也要送到操作數(shù)地址形成電路以便形成真正的操作數(shù)地址。定時(shí)及控制邏輯電路是CPU的核心部件。它的任務(wù)有控制取指令、執(zhí)行指令、存取操作數(shù)或運(yùn)算結(jié)果等操作，向其他部件發(fā)

7、出控制信號(hào)，協(xié)調(diào)各部件的工作。程序計(jì)數(shù)器PC也叫指令地址計(jì)數(shù)器。計(jì)算機(jī)的程序是有序地存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器中的各種指令的集合。計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)，按順序取出程序存儲(chǔ)器中的指令并逐一執(zhí)行。程序計(jì)數(shù)器PC指出當(dāng)前要執(zhí)行的指令的地址。每當(dāng)指令取出后，PC的內(nèi)容自動(dòng)加1（除轉(zhuǎn)移指令外），從而指向按序排列的下一條指令的地址。若遇到轉(zhuǎn)移指令（JMP）、子程序調(diào)用指令（CALL）或返回指令（RET）時(shí)，這些指令會(huì)把要執(zhí)行的下一條指令的地址直接置入PC中，PC的內(nèi)容才會(huì)突變。程序計(jì)數(shù)器PC的位數(shù)決定了微處理器所尋址的存儲(chǔ)器空間。（3）寄存器組：寄存器組作為CPU內(nèi)部的暫存單元至關(guān)重要，它是CPU處理數(shù)據(jù)所必需的一個(gè)存取空

8、間，其多少直接影響著微機(jī)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的能力和速度。2）存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)存放程序或數(shù)據(jù)的器件，它由若干存儲(chǔ)單元組成。存儲(chǔ)器有兩個(gè)指標(biāo)：存儲(chǔ)容量是指存儲(chǔ)器所能存放的最大字節(jié)數(shù)，每個(gè)存儲(chǔ)單元按順序都有一個(gè)惟一的編號(hào)，即存儲(chǔ)地址；存取時(shí)間是指存儲(chǔ)器存取一次數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間，在某種程度上，它決定著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行速度。存儲(chǔ)器又分內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器。存放程序的存儲(chǔ)器采用只讀存儲(chǔ)器（ROM）；存放輸入/輸出數(shù)據(jù)或中間結(jié)果的存儲(chǔ)器采用隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）。在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中使用的EEPROM2864、SRAM6264都是存儲(chǔ)器芯片。3）輸入設(shè)備輸入設(shè)備用于把程序和數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中。常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、

9、光電輸入機(jī)等。4）輸出設(shè)備輸出設(shè)備用于把計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)計(jì)算或數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，以用戶需要的形式顯示或打印出來。常用的輸出設(shè)備有打印機(jī)、顯示器、繪圖儀等。計(jì)算機(jī)用于控制時(shí)，輸入輸出信息還包括現(xiàn)場(chǎng)的各種信息和控制命令。通常把外存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備合在一起稱為計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備，簡(jiǎn)稱“外設(shè)”。微型計(jì)算機(jī)加上它的軟件系統(tǒng)便構(gòu)成了微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，如圖1-3所示。軟件系統(tǒng)是微型機(jī)系統(tǒng)所使用的各種程序的總稱。人們通過它對(duì)整機(jī)進(jìn)行控制并與微型機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，使微機(jī)按照人的意圖完成預(yù)定的任務(wù)。軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)共同構(gòu)成完整的微型機(jī)系統(tǒng)，兩者相輔相成，缺一不可。2單片微型計(jì)算機(jī)前面已經(jīng)提到：?jiǎn)纹⑿陀?jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單

10、片機(jī)，它是指把組成微型計(jì)算機(jī)的各功能部件集成在一個(gè)芯片上構(gòu)成一個(gè)完整的微型機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)的基本功能。單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-4所示。單片機(jī)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)芯片，在實(shí)際應(yīng)用中通常很難直接把單片機(jī)和受控對(duì)象進(jìn)行電氣連接，而是必須外加各種擴(kuò)展接口電路以至外部設(shè)備，連同受控對(duì)象和單片機(jī)程序軟件構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。圖1-3 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 圖1-4 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)及組成圖1-5 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)示意圖單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心，配以輸入、輸出、顯示、測(cè)量和控制等外圍電路和軟件能實(shí)現(xiàn)一種或多種功能的實(shí)用系統(tǒng)。本書的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)即一個(gè)單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)。該應(yīng)用系統(tǒng)除

11、了有單片機(jī)芯片，還有許多其他外圍電路，所以說單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是由硬件和軟件組成的。硬件是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)，軟件則是在硬件的基礎(chǔ)上對(duì)其資源進(jìn)行合理調(diào)配和使用，從而完成應(yīng)用系統(tǒng)所要求的任務(wù)。硬件和軟件二者相互依賴，缺一不可。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的組成示意圖如圖1-5所示。因此，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員必須從硬件和軟件兩個(gè)角度來深入了解單片機(jī)，并能將二者有機(jī)地結(jié)合起來，才能設(shè)計(jì)制作出具有特定功能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)或整機(jī)產(chǎn)品。自1974年美國Fairchild公司研制出第一臺(tái)單片機(jī)F8以來，單片機(jī)經(jīng)歷了由4位機(jī)到8位機(jī)再到16位、32位機(jī)的發(fā)展過程。單片機(jī)制造商很多，主要有美國的Intel、Motorola

12、、Zilog等公司。目前，單片機(jī)正朝著高性能、多品種方向發(fā)展。近年來，32位單片機(jī)已進(jìn)入了實(shí)用階段，但是由于8位單片機(jī)在性能價(jià)格比上占有優(yōu)勢(shì)，并且8位增強(qiáng)型單片機(jī)在速度和功能上可向現(xiàn)在的16位單片機(jī)挑戰(zhàn)，因此在未來相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，16位機(jī)可能被淘汰，而8位單片機(jī)仍是單片機(jī)的主流機(jī)型。MCS-51系列單片機(jī)Intel公司于1976年推出了MCS-48系列單片機(jī)，于1980年推出了MCS-51系列單片機(jī)，于1983年推出了MCS-96系列單片機(jī)。1MCS-51系列單片機(jī)MCS-51系列單片機(jī)是一種高性能的8位單片機(jī)，它是在MCS-48系列單片機(jī)的基礎(chǔ)上推出的第二代單片機(jī)。其典型產(chǎn)品為8051，封裝

13、為40引腳。芯片內(nèi)部集成有：r 一個(gè)8位的微處理器（CPU）r 4KB的程序存儲(chǔ)器r 128B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器r 64KB的片外程序存儲(chǔ)器尋址能力r 64KB的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址能力r 32根輸入/輸出線r 1個(gè)全雙工異步串行口r 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器r 5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)MCS-51系列單片機(jī)按片內(nèi)有無程序存儲(chǔ)器及程序存儲(chǔ)器的形式分為三種基本產(chǎn)品：8051、8751和8031。8051單片機(jī)片內(nèi)含有4KB的ROM，ROM中的程序是由單片機(jī)芯片生產(chǎn)廠家固化的，適合于大批量的產(chǎn)品；8751單片機(jī)片內(nèi)含有4KB的EPROM，單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)人員可以把編好的程序用開發(fā)機(jī)或編程器寫入其中，需要修改時(shí)，

14、可以先用紫外線擦除器擦除，然后再寫入新的程序；8031片內(nèi)沒有程序存儲(chǔ)器，當(dāng)在單片機(jī)芯片外擴(kuò)展EPROM后，就相當(dāng)于一片8751，此種應(yīng)用方式方便靈活。這三種芯片只是在程序存儲(chǔ)器的形式上不同，在結(jié)構(gòu)和功能上都一樣。表1-1為MCS-51系列單片機(jī)常用產(chǎn)品特性一覽表。表1-1 MCS-51系列單片機(jī)常用產(chǎn)品特性一覽表型號(hào)片內(nèi)存儲(chǔ)器（B）I/O口線定時(shí)/計(jì)數(shù)器片外存儲(chǔ)器（B）程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器80514KROM128322個(gè)16位64K64K87514KEPROM128322個(gè)16位64K64K8031無128322個(gè)16位64K64K80C514KROM128322個(gè)16位

15、64K64K87C514KEPROM128322個(gè)16位64K64K80C31無128322個(gè)16位64K64K續(xù)表型號(hào)片內(nèi)存儲(chǔ)器（B）I/O口線定時(shí)/計(jì)數(shù)器片外存儲(chǔ)器（B）程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器80524KROM256323個(gè)16位64K64K87524KEPROM256323個(gè)16位64K64K8032無256323個(gè)16位64K64K2其他51系列單片機(jī)（1）AT89系列單片機(jī)AT89系列單片機(jī)是美國ATMEL公司的8位Flash單片機(jī)產(chǎn)品，它以MCS-51為內(nèi)核，與MCS-51系列的單片機(jī)軟硬件兼容。該系列中有20引腳封裝的產(chǎn)品，體積的減小使其應(yīng)用更加靈活。時(shí)鐘頻率的

16、提高可使運(yùn)算速度加快。在片內(nèi)含有Flash存儲(chǔ)器，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器是一種可以電擦除和電寫入的閃速存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)記為FPEROM），這使開發(fā)調(diào)試更為方便。表1-2 AT89系列單片機(jī)常用產(chǎn)品特性一覽表型號(hào)片內(nèi)存儲(chǔ)器I/O口線定時(shí)/計(jì)數(shù)器模擬比較器中斷源串行口程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器89C10511KBFEPROM64B151個(gè)16位1個(gè)3個(gè)無89C20512KBFEPROM128B152個(gè)16位1個(gè)5個(gè)2級(jí)UART89C514KBFEPROM128B322個(gè)16位無5個(gè)2級(jí)UART89C528KBFEPROM256B323個(gè)16位無6個(gè)2級(jí)UART（2）其他MCS-51系列兼容單片機(jī)為了進(jìn)一步增強(qiáng)MCS

17、-51系列單片機(jī)的功能，一些單片機(jī)生產(chǎn)廠商還對(duì)MCS-51系列單片機(jī)的硬件進(jìn)行了擴(kuò)充。如PHILIPS的8XC552系列，在80C51的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器和一個(gè)8路輸入的10位A/D轉(zhuǎn)換器，并配有串行總線接口；80C51XA使單片機(jī)位數(shù)增至16位；Intel公司的80C51GA/GB也增加了A/D轉(zhuǎn)換功能。1.2MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 MCS-51單片機(jī)的引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)于一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)者，熟悉并掌握單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)是十分重要的，這里從實(shí)際需要出發(fā)，只介紹與程序設(shè)計(jì)和系統(tǒng)擴(kuò)展應(yīng)用有關(guān)的內(nèi)容。MCS-51系列單片機(jī)的典型芯片為8031、8051、8751。由

18、于AT89C51的開發(fā)調(diào)試使用方便，它又和MCS-51系列的軟硬件兼容，因此下文就以AT89C51芯片為例，介紹MCS-51系列單片機(jī)的外部引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。189C51的外部引腳89C51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，如圖1-6所示。圖1-6 89C51引腳按其功能可分為電源、時(shí)鐘、控制和I/O接口四大部分：1）電源引腳VCC：芯片主電源，外接+5V；GND：電源地線。2）時(shí)鐘引腳XTAL1與XTAL2為內(nèi)部振蕩器的兩條引出線。3）控制引腳（1）ALE/：地址鎖存控制信號(hào)/編程脈沖輸入端在擴(kuò)展系統(tǒng)時(shí)，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低8位地址和數(shù)據(jù)的隔離，P0口

19、作為數(shù)據(jù)地址復(fù)用口線。當(dāng)訪問單片機(jī)外部程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或外接I/O口時(shí)，ALE輸出脈沖的下降沿用于低8位地址的鎖存信號(hào)；即使不訪問單片機(jī)外部程序或收據(jù)存儲(chǔ)器或外接I/O口，ALE端仍以晶振頻率的1/6輸出正脈沖信號(hào)，因此可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)信號(hào)使用。但應(yīng)注意，此時(shí)不能訪問單片機(jī)外部程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或外設(shè)I/O接口。ALE端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。對(duì)于EEPROM型單片機(jī)（89C51）或EPROM型單片機(jī)（8751），在EEPROM或EPROM編程期間，該引腳用來輸入一個(gè)編程脈沖（PROG）。（2）：片外程序存儲(chǔ)器讀選通有效信號(hào)在CPU向片外程序存儲(chǔ)器讀取指令和常數(shù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次低電平

20、有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O接口時(shí)，該兩次低電平有效信號(hào)將不出現(xiàn)。端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。（3）/VPP：訪問程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)/編程電源輸入端當(dāng)該引腳信號(hào)為低電平時(shí)，只訪問片外程序存儲(chǔ)器，不管片內(nèi)是否有程序存儲(chǔ)器；當(dāng)該引腳為高電平時(shí)，單片機(jī)訪問片內(nèi)的程序存儲(chǔ)器。但對(duì)AT89C51來說，當(dāng)PC（程序計(jì)數(shù)器）值超出4K地址時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)到片外程序存儲(chǔ)器1000H開始順序讀取指令。對(duì)于EEPROM型單片機(jī)（89C51）或EPROM型單片機(jī)（8751），在EEPROM或EPROM編程期間，該引腳用于施加一個(gè)+12V或+21V的電源。（4）RST/VPD：復(fù)位/掉電保護(hù)信號(hào)輸入端當(dāng)振

21、蕩器運(yùn)行時(shí)，在該引腳加上一個(gè)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平信號(hào)，就能使單片機(jī)回到初始狀態(tài)，即進(jìn)行復(fù)位。掉電期間，該引腳可接上備用電源（VPD）以保持內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)。4）I/O引腳P0口（P0.0P0.7）：8位雙向并行I/O接口。擴(kuò)展片外存儲(chǔ)器或I/O口時(shí)，作為低8位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線的分時(shí)復(fù)用接口，它為雙向三態(tài)。P0口可帶8個(gè)TTL負(fù)載電流。P1口（P1.0P1.7）：8位準(zhǔn)雙向并行I/O接口。P1口每一位都可以獨(dú)立設(shè)置成輸入輸出位。P1口可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電路。P2口（P2.0P2.7）：8位準(zhǔn)雙向并行I/O接口。擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)、程序存儲(chǔ)器時(shí)，作為高8位地址輸出端口。P2口可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL

22、電路。P3口（P3.0P3.7）：8位準(zhǔn)雙向并行I/O接口。除了與P1口有一樣的I/O功能外，每一個(gè)引腳還兼有第二功能。如表1-3所示。表1-3 P3口各引腳對(duì)應(yīng)的第二功能P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7RXDTXDT0T1P3口可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電路。P3口的第二功能信號(hào)都是單片機(jī)的重要控制信號(hào)，因此，在實(shí)際使用時(shí)，先按需要選用第二功能信號(hào)，剩下的才以第一功能的身份作為數(shù)據(jù)位的I/O使用。P1、P2、P3口線片內(nèi)均有固定的上拉電阻，故稱為準(zhǔn)雙向并行I/O接口；P0口片內(nèi)無固定的上拉電阻，由兩個(gè)MOS管串接，既可開路輸出，又可處于高阻的“懸空”狀態(tài)，故稱為雙向三

23、態(tài)并行I/O接口。讀者在學(xué)完1.3節(jié)后會(huì)有較深刻的理解。以上是把MSC-51單片機(jī)芯片全部40個(gè)信號(hào)引腳的定義及功能作一簡(jiǎn)單說明。對(duì)于各種型號(hào)的芯片，其引腳的第一功能信號(hào)是相同的，所不同的是引腳的第二功能信號(hào)，讀者可以對(duì)照實(shí)訓(xùn)電路找到相應(yīng)的引腳，在電路中查看每個(gè)引腳的連接使用。289C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)89C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1-7所示。由圖1-7可知，89C51單片機(jī)由運(yùn)算器和控制器組成的微處理器、片內(nèi)存儲(chǔ)器RAM/ROM、P0P3組成的I/O端口以及各種存儲(chǔ)器組成的特殊功能寄存器SFR和串行接口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等構(gòu)成。下面介紹其各構(gòu)成部分的基本含義。1）89C51的微處

24、理器（CPU）微處理器是單片機(jī)的核心部分，完成運(yùn)算和控制功能。89C51的CPU能處理8位二進(jìn)數(shù)或代碼，它由運(yùn)算器（包括算術(shù)/邏輯運(yùn)算單元ALU、累加器A、寄存器B、暫存寄存器、程序狀態(tài)字寄存器PSW）、控制器（包括指令寄存器IR、指令譯碼器ID、定時(shí)及控制邏輯電路）、程序計(jì)數(shù)器PC等組成。2）89C51的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部RAM）89C51芯片中共有256個(gè)RAM單元，但其中高128單元被專用寄存器SFR占用，能作為寄存器供用戶使用的只是低128單元，地址范圍是00H7FH，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。因此通常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是指低128單元，簡(jiǎn)稱內(nèi)部RAM。3）89C51的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（

25、內(nèi)部ROM）89C51芯片中共有4KBFPEROM，地址范圍是0000H0FFFH，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格，因此稱之為程序存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱內(nèi)部ROM。圖1-7 單片機(jī)89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖4）定時(shí)/計(jì)數(shù)器89C51芯片中共有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，并以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果實(shí)現(xiàn)控制功能。5）并行I/O口89C51芯片中共有4個(gè)8位的I/O口（P0、P1、P2、P3）以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出。本書在實(shí)訓(xùn)1中已經(jīng)使用了P1口，通過P1口連接8個(gè)發(fā)光二極管。6）串行口89C51單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行口以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強(qiáng)，既可作為全雙工異步

26、通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。7）中斷控制系統(tǒng)MCS-51系列單片機(jī)的中斷功能較強(qiáng)以滿足控制應(yīng)用的需要。89C51共有5個(gè)中斷 源，即外中斷兩個(gè)、定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷兩個(gè)、串行中斷一個(gè)。全部中斷分為高級(jí)和低級(jí)兩個(gè)優(yōu)先級(jí)別。8）時(shí)鐘電路89C51芯片的內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。時(shí)鐘電路位單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列。系統(tǒng)允許的晶振頻率一般為6MHz12MHz。從上述內(nèi)容可以看出，MCS-51雖然是一個(gè)單片機(jī)芯片，但作為計(jì)算機(jī)應(yīng)該具有的基本部件它都包括，因此，實(shí)際上它已屬于一個(gè)簡(jiǎn)單的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)了。 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器功能是存儲(chǔ)信息程序和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器按其存取

27、方式可以分成兩大類，一類是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）；另一類是只讀存儲(chǔ)器（ROM）。對(duì)于RAM，CPU在運(yùn)行過程中能隨時(shí)進(jìn)行寫入和讀出，但在關(guān)閉電源時(shí)，其存儲(chǔ)信息將丟失，所以它只能用來存放暫時(shí)性的輸入/輸出數(shù)據(jù)、運(yùn)算的中間結(jié)果或用作堆棧。因此，RAM常被稱作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。ROM是一種寫入信息后不能改寫只能讀出的存儲(chǔ)器，斷電后，其信息仍保留不變。ROM用來存放固定的程序或數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)監(jiān)控程序、常數(shù)表格等。所以，ROM常被稱作程序存儲(chǔ)器。MCS-51單片機(jī)的芯片內(nèi)部包含數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）和程序存儲(chǔ)器（ROM）兩類存儲(chǔ)器。下文先介紹內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）。1內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）的地址分配其地址分

28、配如圖1-8所示。F8HFFH.80H87HSFR區(qū)30H7FH用戶RAM區(qū)（數(shù)據(jù)緩沖區(qū)）20H2FH位尋址區(qū)（00H7FH）18H1FH工作寄存器區(qū)3區(qū)（R7R0）10H17H工作寄存器區(qū)2區(qū)（R7R0）08H0FH工作寄存器區(qū)1區(qū)（R7R0）00H07H工作寄存器區(qū)0區(qū)（R7R0）圖1-8MCS-51內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）的地址分配圖內(nèi)部RAM共有256個(gè)單元，通常把256個(gè)單元按其功能劃分為兩部分：低128字節(jié)（00H7FH）RAM和高128字節(jié)（80HFFH）。2內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）低128單元內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的低128單元（00H7FH）是真正的RAM存儲(chǔ)器，按其用途劃分為工作寄

29、存器區(qū)、位尋址區(qū)和用戶RAM區(qū)三個(gè)區(qū)域，如圖1-9所示。30H7FH用戶RAM區(qū)（數(shù)據(jù)緩沖區(qū)）20H2FH位尋址區(qū)（00H7FH）18H1FH工作寄存器區(qū)3區(qū)（R7R0）10H17H工作寄存器區(qū)2區(qū)（R7R0）08H0FH工作寄存器區(qū)1區(qū)（R7R0）00H07H工作寄存器區(qū)0區(qū)（R7R0）圖1-9片內(nèi)RAM低128字節(jié)的配置1）寄存器區(qū)共有4組寄存器，每組8個(gè)寄存單元，各單元8位，每組的8個(gè)寄存單元都以R0R7作為寄存單元的編號(hào)。寄存器常用于存放操作數(shù)及中間結(jié)果，由于它們的功能及使用不作預(yù)先規(guī)定，因此稱為通用寄存器，有時(shí)也叫工作寄存器。4組通用寄存器占據(jù)內(nèi)部RAM的00H1F單元地址。在任一時(shí)

30、刻，CPU只能使用四組寄存器中的一組寄存器，并且把正在使用的那組寄存器稱之為當(dāng)前寄存器組。到底是哪一組，由程序狀態(tài)字寄存器PSW中的RS1、RS0的狀態(tài)組合來決定（見SFR中的PSW）。通用寄存器為CPU提供了就近存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的功能，有利于提高單片機(jī)的運(yùn)算速度。此外，使用通用寄存器還能提高程序編制的靈活性，因此在單片機(jī)的應(yīng)用編程中應(yīng)充分地利用這些寄存器，以簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)，提高程序運(yùn)行速度。2）位尋址區(qū)內(nèi)部RAM的20H2FH單元，既可以作為一般的RAM單元，進(jìn)行字節(jié)操作，也可以對(duì)單元中每一位進(jìn)行位操作，因此把該區(qū)稱為位尋址區(qū)。位尋址區(qū)共有16個(gè)RAM單元字節(jié)，計(jì)128位，各位地址位00H7FH。MC

31、S-51具有布爾處理機(jī)的功能，位尋址區(qū)可以構(gòu)成布爾處理機(jī)的存儲(chǔ)空間。這種位尋址區(qū)能力是MCS-51的一個(gè)重要特點(diǎn)，表1-4為位尋址區(qū)的位地址表。表1-4片內(nèi)RAM位尋址區(qū)的位地址表單元地址位地址MSB LSB2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H7F776F675F574F473F372F7E766E665E564E463E362E7D756D655D554D453D352D7C746C645C544C443C342C7B736B635B534B433B332B7A726A625A524A423A322A7971696159514941393129787068605

32、8504840383028續(xù)表單元地址位地址MSB LSB24H23H22H21H20H271F170F07261E160E06251D150D05241C140C04231B130B03221A120A02211911090120181008003）用戶RAM區(qū)在內(nèi)部RAM的128個(gè)單元中，通用寄存器占了32個(gè)單元，位尋址區(qū)占了16個(gè)單元，剩下80個(gè)單元，這就是供用戶使用的一般RAM區(qū)，其單元地址為30H7FH。對(duì)用戶RAM區(qū)的使用沒有任何規(guī)定和限制，但在實(shí)際使用中，常需在RAM區(qū)設(shè)置堆棧。這在編程中使用RAM單元時(shí)應(yīng)特別注意，不要和棧區(qū)單元混淆。3內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）高128單元內(nèi)部數(shù)

33、據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）高128單元是供給專用寄存器使用的，其單元地址為80HFFH。但這21個(gè)專用寄存器的地址分散地分布在80HFFH的地址空間中，只占用了高128單元中的21個(gè)單元。因這些寄存器的功能已作專門規(guī)定，故稱之為專用寄存器（Special Function Register），也可稱之為特殊功能寄存器。1）特殊功能寄存器（SPR）簡(jiǎn)介8051/89C51共有21個(gè)專用寄存器，現(xiàn)把其中部分寄存器簡(jiǎn)單介紹如下：（1）程序計(jì)數(shù)器（Program Counter，PC） PC是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，它的作用是控制程序的執(zhí)行順序，其內(nèi)容為下一條要執(zhí)行的指令的地址，尋址范圍達(dá)64KB。PC有自動(dòng)加1

34、的功能，從而實(shí)現(xiàn)程序的順序執(zhí)行。PC沒有地址，是不可尋址的，因此用戶無法對(duì)它進(jìn)行讀/寫操作，但可以通過轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令改變其內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)移。因地址不在SFR（專用寄存器）內(nèi)，一般不計(jì)作專用寄存器。（2）累加器（Accumulator，ACC） 累加器為8位寄存器，是最常用的專用寄存器，功能較多，地位重要。它既可用于存放操作數(shù)，也可用來存放運(yùn)算的中間結(jié)果。MCS-51單片機(jī)中大部分單操作數(shù)指令的操作數(shù)就取自累加器，許多雙操作數(shù)指令中的一個(gè)操作數(shù)也取自累加器。（3）B寄存器 B寄存器也是一個(gè)8位寄存器，主要用于乘除運(yùn)算。乘法運(yùn)算時(shí)，B存乘數(shù)，乘法操作后，乘積的高8位存于B中；除法運(yùn)算

35、時(shí)，B存除數(shù)，除法操作后，余數(shù)存于B中。此外，B寄存器也可作為一般寄存器使用。（4）程序狀態(tài)字（Program Status Word，PSW） 程序狀態(tài)字是一個(gè)8位寄存器，用于存放程序運(yùn)行中的各種狀態(tài)信息。其中有些位的狀態(tài)是根據(jù)程序執(zhí)行結(jié)果，由硬件自動(dòng)設(shè)置的，而有些位的狀態(tài)則使用軟件方法設(shè)定。PSW的位狀態(tài)可以用專門指令進(jìn)行測(cè)試，也可以用指令讀出。一些條件轉(zhuǎn)移指令根據(jù)PSW某些位的狀態(tài)進(jìn)行程序轉(zhuǎn)移。PSW的各位定義如圖1-10所示。PSW位地址：D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0HCYACF0RS1RS0OVP圖1-10 PSW的各位定義PSW的字節(jié)地址為D0H。除PSW.1位保

36、留未用外，其余各位的定義及使用如下：CY（PSW.7）進(jìn)位標(biāo)志位。CY是PSW中最常用的標(biāo)志位。其功能有二：一是存放算術(shù)運(yùn)算的進(jìn)位標(biāo)志，在進(jìn)行加或減運(yùn)算時(shí)，如果操作結(jié)果的最高位有進(jìn)位或借位時(shí)，CY由硬件置“1”（Single Chip Micro Computer），否則清“0”；二是在位操作中作累加位使用。位傳送、位與位等位操作，進(jìn)位標(biāo)志位是固定的操作位之一。AC（PSW.6）輔助進(jìn)位標(biāo)志位。在進(jìn)行加或減運(yùn)算中，當(dāng)?shù)?位向高4位進(jìn)位或借位時(shí)，AC由硬件置“1”，否則AC位清“0”。在BCD碼調(diào)整中也要用到AC位狀態(tài)。F0（PSW.5）用戶標(biāo)志位。這是一個(gè)供用戶定義的標(biāo)志位，需要利用軟件方法置

37、位或復(fù)位，用于控制程序的轉(zhuǎn)向。RS1和RS0（PSW.4、PSW.3）工作寄存器組選擇位。它們被用于選擇CPU當(dāng)前使用的通用寄存器組。通用寄存器共有4組，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1-5所示。表1-5 通用寄存器組的選擇RS1 RS0寄存器組片內(nèi)RAM地址0 0第0組00H07H0 1第1組08H0FH1 0第2組10H17H1 1第3組18H1FH這兩個(gè)選擇位的狀態(tài)是由軟件設(shè)置的，被選中的寄存器組即為當(dāng)前通用寄存器組。當(dāng)單片機(jī)上電或復(fù)位后，RS1：RS0=00。OV（PSW.2）溢出標(biāo)志位。在帶符號(hào)數(shù)加減運(yùn)算中，OV=1表示加減運(yùn)算超出了累加器A所能表示的符號(hào)數(shù)有效范圍（-128+127），即產(chǎn)生了溢出

38、；因此運(yùn)算結(jié)果是錯(cuò)誤的；OV=0表示運(yùn)算正確，即無溢出產(chǎn)生。在乘法運(yùn)算中，OV=1表示乘積超過255，即乘積分別在B與A中；OV=0表示乘積只在A中。在除法運(yùn)算中，OV=1表示除數(shù)為0，除法不能進(jìn)行；OV=0表示除法可正常進(jìn)行。P（PSW.0）奇偶標(biāo)志位，表明累加器A中內(nèi)容的奇偶性。如果A中有奇數(shù)個(gè)“1”，則P置“1”，否則置“0”。凡是改變累加器A中內(nèi)容的指令均會(huì)影響P標(biāo)志位。該標(biāo)志位對(duì)串行通信中的數(shù)據(jù)傳輸有重要的意義，在串行通信中常采用奇偶校驗(yàn)的辦法來校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。?）數(shù)據(jù)指針（DPTR） 數(shù)據(jù)指針為16位寄存器。編程時(shí)，DPTR既可以按16位寄存器使用，也可以按兩個(gè)8位寄存器分

39、開使用，即： DPH DPTR高8位字節(jié) DPL DPTR 低8位字節(jié)DPTR通常在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)作地址指針使用。由于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址范圍為64KB，故把DPTR設(shè)計(jì)為16位。（6）堆棧指針（Stack Pointer，SP） 堆棧是一個(gè)特殊的存儲(chǔ)區(qū)，用來暫存數(shù)據(jù)和地址，它是按“先進(jìn)后出”的原則存取數(shù)據(jù)的。堆棧共有兩種操作：進(jìn)棧和出棧。由于MCS-51單片機(jī)的堆棧設(shè)在內(nèi)部RAM中，因此SP是一個(gè)8位寄存器。系統(tǒng)復(fù)位后，SP的內(nèi)容為07H，從而復(fù)位后堆棧實(shí)際上是從08H單元開始的，但08H1FH單元分別屬于工作寄存器13區(qū)，如果程序要用到這些區(qū)，最好把SP值改為更大的值。一般在內(nèi)部RA

40、M的30H7FH單元中開辟堆棧。SP的內(nèi)容一經(jīng)確定，堆棧的位置也就跟著確定下來，由于SP可初始化為不同的值，因此，堆棧位置是浮動(dòng)的。這里只集中講述了6個(gè)專用寄存器，其余的專用寄存器（如TCON、TMOD、IE、IP、SCON、PCON、SBUF等）將在以后章節(jié)中陸續(xù)介紹。2）特殊功能寄存器中的字節(jié)尋址和位尋址MCS-51系列單片機(jī)有21個(gè)可尋址的專用寄存器，其中有11個(gè)專用寄存器是可以位尋址的。下面把各寄存器的字節(jié)地址及位地址并列于表1-6和表1-7中。表1-6專用寄存器地址表符 號(hào)名 稱地 址ACCBPSW累加器B寄存器程序狀態(tài)字E0HF0HD0HSPDPTRP0堆棧指針數(shù)據(jù)指針（包括DPH

41、和DPL）P0口鎖存寄存器81H82H83H80HP1P2P3P1口鎖存寄存器P2口鎖存寄存器P3口鎖存寄存器90HA0HB0HIPIETMOD中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器中斷允許控制寄存器定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式狀態(tài)寄存器B8HA8H89HTCONTH0TL0定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器定時(shí)/計(jì)數(shù)器0（高字節(jié)）定時(shí)/計(jì)數(shù)器0（低字節(jié)）88H8CH8AHTH1TL1定時(shí)/計(jì)數(shù)器1（高字節(jié)）定時(shí)/計(jì)數(shù)器1（低字節(jié)）8DH8BHSCONSBUFPCON串行口控制寄存器串行口數(shù)據(jù)緩沖器電源控制寄存器98H99H87H表1-7 可進(jìn)行位尋址的SFR的分布SFR位地址/位定義字節(jié)地址MSB LSBB0F7HF6HF5HF

42、4HF3HF2HF1HF0HF0HACCE7HF6HE5HE4HE3HE2HE1HE0HE0HPSWD7HD6HD5HD4HD3HD2HD1D0HD0HCYACF0RS1RS0OVPIPBFHBEHBDHBCHBBHBAHB9HB8HB8HPSPT1PX1PT0PX0P3B7B6B5B4B3B2B1B0BOHP3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0IEAFAEADACABAAA9A8A8HEAESET1EX1ET0EX0P2A7A6A5A4A3A2A1A0A0HP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0SCON9F9E9D9C9B9A999898H

43、SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRIP1979695949392919090HP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0TCON8F8E8D8C8B8A898888HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0P0878685848382818080HP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0對(duì)專用寄存器的字節(jié)尋址問題作如下幾點(diǎn)說明：（1）21個(gè)可字節(jié)尋址的專用寄存器不連續(xù)地分散在內(nèi)部RAM高128單元之中，盡管還余有許多空閑地址，但用戶并不能使用。（2）程序寄數(shù)器PC不占據(jù)RAM單元，它在物理上是獨(dú)立的，因此是不可尋址的寄存器。（3）對(duì)

44、專用寄存器只能使用直接的尋址方式，書寫時(shí)既可使用寄存器符號(hào)，也可使用寄存器單元地址。全部專用寄存器可位尋址的位共83位，這些位都具有專門的定義和用途。這樣，加上位尋址的128位，在MCS-51的內(nèi)部RAM中共有128+83=211個(gè)可尋址位。 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器MCS-51的程序存儲(chǔ)器用于存放編好的程序和表格常數(shù)。8051片內(nèi)有4KB的ROM，8751片內(nèi)有4KB的EPROM，8031片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器。MCS-51的片外最多能擴(kuò)張64KB程序存儲(chǔ)器，片內(nèi)外的ROM是統(tǒng)一編址的。端保持高電平時(shí)，8051的程序計(jì)數(shù)器PC在0000H0FFFH地址范圍內(nèi)（即前4KB地址）執(zhí)行片內(nèi)RO

45、M中的程序，當(dāng)PC在1000HFFFFH地址范圍內(nèi)時(shí)，自動(dòng)執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器中的程序；保持低電平時(shí)，只能尋址外部程序存儲(chǔ)器，片外存儲(chǔ)器可以從0000H開始編址。MCS-51程序存儲(chǔ)器有些單元具有特殊功能，使用時(shí)應(yīng)予以注意。其中一組特殊單元為0000H0002H。系統(tǒng)復(fù)位后，（PC）=0000H，單片機(jī)從0000H單元開始取指令執(zhí)行程序。如果程序不從0000H單元開始，應(yīng)在這三個(gè)單元中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便直接轉(zhuǎn)去執(zhí)行指定的程序。還有一組特殊的單元是0003H002AH，共40個(gè)單元。這40個(gè)單元被均勻地分為5段，作為5個(gè)中斷源的中斷地址區(qū)，其中：0003H000AH 外部中斷0中斷地址區(qū)

46、；000BH0012H 定時(shí)/計(jì)數(shù)器0中斷地址區(qū)；0013H001AH 外部中斷1中斷地址區(qū)；001BH0022H 定時(shí)/計(jì)數(shù)器1中斷地址區(qū)；0023H002AH 串行中斷地址區(qū)。中斷響應(yīng)后，按中斷種類，自動(dòng)轉(zhuǎn)到各中斷區(qū)的首地址區(qū)執(zhí)行程序，因此在中斷地址區(qū)中理應(yīng)存放中斷服務(wù)程序。通常情況下，8 個(gè)單元難以存下一個(gè)完整的中斷服務(wù)程序，因此也通常從中斷地址區(qū)首地址開始存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便中斷響應(yīng)后，通過中斷地址區(qū)再轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序的實(shí)際入口地址。1.3 MCS-51單片機(jī)的并行端口結(jié)構(gòu)單片機(jī)芯片內(nèi)還有一項(xiàng)主要內(nèi)容即并行I/O口。MCS-51共有4個(gè)8位的I/O口，分別記作P0、P

47、1、P2、P3。每個(gè)口都包含一個(gè)鎖存器、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。實(shí)際上，它們已被歸入專用寄存器之列，并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。在訪問片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，低8位地址和數(shù)據(jù)由P0分時(shí)傳送，高8位地址由P2口傳送。在無片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，這4個(gè)口的每一位均可作為雙向的I/O端口使用。MCS-51單片機(jī)的4個(gè)I/O口都是8位雙向口，這些口在結(jié)構(gòu)和特性上基本相同，但又各具特點(diǎn)，以下對(duì)其分別作以介紹。1.3.1 P0口P0口的口線邏輯電路如圖1-11所示。由圖可知，電路中包含一個(gè)數(shù)據(jù)輸出鎖存器、兩個(gè)三態(tài)數(shù)據(jù)輸入緩沖器、一個(gè)數(shù)據(jù)輸出的驅(qū)動(dòng)電路和一個(gè)輸出控制電路。當(dāng)對(duì)P0口進(jìn)行寫操作時(shí)，由鎖存器和驅(qū)

48、動(dòng)電路構(gòu)成數(shù)據(jù)輸出通路。由于通路中已有輸入鎖存器，因此數(shù)據(jù)輸出時(shí)可以與外設(shè)直接連接，而不需再加數(shù)據(jù)鎖存電路。圖1-11 P0口某位結(jié)構(gòu)考慮到P0口既可以作為通用的I/O口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入/輸出，也可以作為單片機(jī)系統(tǒng)的地址/數(shù)據(jù)線使用，為此在P0口的電路中有一個(gè)多路轉(zhuǎn)接電路MUX。在控制信號(hào)的作用下，多路轉(zhuǎn)接電路可以分別接通鎖存器輸出或地址/數(shù)據(jù)線。當(dāng)作為通用的I/O口使用時(shí)，內(nèi)部的控制信號(hào)為低電平，封鎖與門，將輸出電路的上拉場(chǎng)效應(yīng)管（FET）截止，同時(shí)使多路轉(zhuǎn)接電路MUX接通被封鎖存器端的輸出通路。當(dāng)P0口作為輸出口使用時(shí)，內(nèi)部的寫脈沖加在D觸發(fā)器的CP端，數(shù)據(jù)寫入鎖存器，并向端口輸出。當(dāng)P0口作

49、為輸入口使用時(shí)，應(yīng)區(qū)分讀引腳和讀端口兩種情況，為此，在端口電路中有兩個(gè)用于讀入驅(qū)動(dòng)的三態(tài)緩沖器。所謂讀引腳即讀芯片引腳的數(shù)據(jù)，這時(shí)使用下方的數(shù)據(jù)緩沖器，由“讀引腳”信號(hào)把緩沖器打開，把端口引腳上的數(shù)據(jù)從緩沖器通過內(nèi)部總線讀進(jìn)來。使用傳送指令（MOV）進(jìn)行讀端口操作都是屬于這種情況。讀端口是指通過上面的緩沖器讀鎖存器Q端的狀態(tài)。在端口已處于輸出狀態(tài)的情況下，Q端與引腳信號(hào)是一致的，這樣安排的目的是為了適應(yīng)對(duì)端口進(jìn)行“讀修改寫”操作指令的需要。例如，“ANL P0，A”就是屬于這類指令，執(zhí)行時(shí)先讀入P0口鎖存器中的數(shù)據(jù)，然后與A的內(nèi)容進(jìn)行邏輯與，再把結(jié)果送回P0口。對(duì)于這類“讀修改寫”指令，不直接

50、讀引腳而讀鎖存器是為了避免可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。因?yàn)樵诙丝谝烟幱谳敵鰻顟B(tài)的情況下，如果端口的負(fù)載恰是一個(gè)晶體管的基極，導(dǎo)通了的PN結(jié)會(huì)把端口引腳的高電平拉低，這樣直接讀引腳就會(huì)把本來的“1”誤讀為“0”；但若從鎖存器Q端讀，就能避免這樣的錯(cuò)誤，得到正確的數(shù)據(jù)。需要注意的是，當(dāng)P0口進(jìn)行一般的I/O輸出時(shí)，由于輸出電路是漏極開路電路，因此必須外接上拉電阻才能有高電平輸出；當(dāng)P0口進(jìn)行一般的I/O輸入時(shí)，必須先向電路中的鎖存器寫入“1”使FET截止，以避免鎖存器為“0”狀態(tài)時(shí)對(duì)引腳讀入的封鎖。在實(shí)際應(yīng)用中，P0口絕大多數(shù)情況下都是作為單片機(jī)系統(tǒng)的地址/數(shù)據(jù)線使用，這要比一般I/O口應(yīng)用簡(jiǎn)單。當(dāng)輸出地址或

51、數(shù)據(jù)時(shí)，由內(nèi)部發(fā)出控制信號(hào)，打開上面的與門，并使多路轉(zhuǎn)接電路MUX處于內(nèi)部地址/數(shù)據(jù)線與驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管柵極反向接通狀態(tài)，這時(shí)輸出驅(qū)動(dòng)電路由于上、下兩個(gè)FET處于反相，形成推拉式電路結(jié)構(gòu)，使負(fù)載能力大為提高。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)信號(hào)直接從引腳通過輸入緩沖器進(jìn)入內(nèi)部總線。1.3.2 P1口圖1-12 P1口某位結(jié)構(gòu)P1口的口線邏輯電路如圖1-12所示。因?yàn)镻1口通常是作為通用I/O口使用的，所以在電路結(jié)構(gòu)上與P0口有一些不同之處：首先它不再需要多路轉(zhuǎn)接電路MUX；其次是電路的內(nèi)部有上拉電阻，與場(chǎng)效應(yīng)管共同組成輸出驅(qū)電路。因此，P1口作為輸出口使用時(shí)，已經(jīng)能向外提供推拉電流負(fù)載，無需再外接上拉電阻。當(dāng)P

52、1口作為輸入口使用時(shí)，同樣也需先向鎖驅(qū)動(dòng)電路FET截止。1.3.3 P2口P2口的口線邏輯電路如圖1-13所示。P2口電路比P1口電路多了一個(gè)多路轉(zhuǎn)接電路MUX，這又正好與P0口一樣。P2口可以作為通用I/O口使用，這時(shí)多路轉(zhuǎn)接電路開關(guān)倒向鎖存器Q端。通常情況下，P2口是作為高位地址線使用，此時(shí)多路轉(zhuǎn)接電路開關(guān)應(yīng)倒向相反方向。圖1-13 P2口某位結(jié)構(gòu)1.3.4 P3口P3口的口線邏輯電路如圖1-14所示。P3口的特點(diǎn)在于適應(yīng)引腳信號(hào)第二功能的需要，增強(qiáng)了第二功能控制邏輯。由于第二功能信號(hào)有輸入和輸出兩類，因此分兩種情況說明。對(duì)于第二功能為輸出的信號(hào)引腳，當(dāng)作為I/O使用時(shí)，第二功能信號(hào)引腳應(yīng)

53、保持高電平，與非門開通，以維持從鎖存器到輸出端數(shù)據(jù)輸出通路的暢通。輸出第二功能信號(hào)時(shí)，該位的鎖存器應(yīng)置“1”，使與非門對(duì)第二功能信號(hào)的輸出是暢通的，從而實(shí)現(xiàn)第二功能信號(hào)的輸出。圖1-14 P3口某位結(jié)構(gòu)對(duì)于第二功能為輸入的信號(hào)引腳，在口線的輸入通路上增加了一個(gè)緩沖器，輸入的第二功能信號(hào)就從這個(gè)緩沖器的輸出端取得。而作為I/O使用的數(shù)據(jù)輸入，仍取自三態(tài)緩沖器的輸出端。不管是作為輸入口使用還是第二功能信號(hào)輸入，輸出電路中的鎖存器輸出和第二功能輸出信號(hào)線都應(yīng)該保持高電平。1.4 時(shí)鐘電路與復(fù)位電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就如一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在惟一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。時(shí)鐘電路與時(shí)序1時(shí)鐘電路1）時(shí)鐘