第2章單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理

1、第第2 2章章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理 首首 頁頁本章內(nèi)容本章內(nèi)容2.1 MCS-512.1 MCS-51系列單片機(jī)總體結(jié)構(gòu)系列單片機(jī)總體結(jié)構(gòu) 2.2 2.2 微處理器微處理器 2.3 MCS-512.3 MCS-51單片機(jī)時(shí)鐘電路及單片機(jī)時(shí)鐘電路及CPUCPU的工作時(shí)序的工作時(shí)序 2.4 MCS-5l2.4 MCS-5l單片機(jī)存儲(chǔ)器分類及配置單片機(jī)存儲(chǔ)器分類及配置 2.5 CHMOS2.5 CHMOS型單片機(jī)的低功耗工作方式型單片機(jī)的低功耗工作方式 下 頁上 頁返 回2.1 MCS-512.1 MCS-51系列單片機(jī)總體結(jié)構(gòu)系列單片機(jī)總體結(jié)構(gòu) MCS-51MCS-51系列是系列

2、是IntelIntel公司公司2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代初推出的年代初推出的高性能單片機(jī)。高性能單片機(jī)。MCS-51MCS-51系列單片機(jī)包括系列單片機(jī)包括5151和和5252兩兩個(gè)子系列。在個(gè)子系列。在5151子系列中，主要有子系列中，主要有80318031、80518051和和87518751三個(gè)機(jī)型，它們的指令系統(tǒng)與芯片引腳完全三個(gè)機(jī)型，它們的指令系統(tǒng)與芯片引腳完全相同，僅片內(nèi)相同，僅片內(nèi)ROMROM有所不同。有所不同。 5151子系列的主要功能為：子系列的主要功能為： 88位位CPUCPU。 128128個(gè)字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器個(gè)字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 4K 4K字節(jié)的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（字

3、節(jié)的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（80318031無）。無）。下 頁上 頁返 回程序存儲(chǔ)器的尋址范圍為程序存儲(chǔ)器的尋址范圍為64KB64KB字節(jié)。字節(jié)。片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址范圍為片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址范圍為64KB64KB字節(jié)。字節(jié)。44個(gè)個(gè)8 8位并行位并行I/OI/O接口：接口：P0P0、P1P1、P2P2、P3P3。55個(gè)中斷源，可編程為兩個(gè)優(yōu)先級(jí)。個(gè)中斷源，可編程為兩個(gè)優(yōu)先級(jí)。11個(gè)全雙工串行個(gè)全雙工串行I/OI/O接口，可多機(jī)通信。接口，可多機(jī)通信。22個(gè)個(gè)1616位定時(shí)器位定時(shí)器/ /計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器。2121個(gè)專用寄存器。個(gè)專用寄存器。111111條指令，含乘法指令和除法指令。條指令，含乘法指令和

4、除法指令。強(qiáng)大的位尋址、位處理能力。強(qiáng)大的位尋址、位處理能力。片內(nèi)帶振蕩器，振蕩頻率片內(nèi)帶振蕩器，振蕩頻率fOSCfOSC范圍為范圍為1.21.2 12MHZ12MHZ；可有時(shí)鐘輸出。；可有時(shí)鐘輸出。下 頁上 頁返 回 片內(nèi)采用單總線結(jié)構(gòu)。片內(nèi)采用單總線結(jié)構(gòu)。 單一單一+5V+5V供電。供電。 5252子系列主要有子系列主要有80328032、80528052兩種機(jī)型。與兩種機(jī)型。與5151子系列不同在于：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器增至子系列不同在于：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器增至256256個(gè)字個(gè)字節(jié)；片內(nèi)程序存儲(chǔ)器增至節(jié)；片內(nèi)程序存儲(chǔ)器增至8KB8KB（80328032無）；有無）；有3 3個(gè)個(gè)1616位定時(shí)器位

5、定時(shí)器/ /計(jì)數(shù)器；有計(jì)數(shù)器；有6 6個(gè)中斷源。個(gè)中斷源。2.1.1 MCS-512.1.1 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) MCS-5lMCS-5l單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框如圖單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框如圖2.12.1所示。所示。 1 1MCS-51MCS-51的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器(ROM)(ROM)和內(nèi)部數(shù)和內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)(RAM) MCS-51 MCS-51系列的系列的805l805l單片機(jī)內(nèi)部有單片機(jī)內(nèi)部有4KB4KB的程序存的程序存儲(chǔ)器，地址范圍為儲(chǔ)器，地址范圍為0000-0FFFH0000-0FFFH。當(dāng)單片機(jī)的。當(dāng)單片機(jī)的下 頁上 頁返 回圖圖2.1 M

6、CS-5l2.1 MCS-5l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 下 頁上 頁返 回EAEA引腳為高電平時(shí)，程序存儲(chǔ)器空間的引腳為高電平時(shí)，程序存儲(chǔ)器空間的0000-0000-0FFFH0FFFH在單片機(jī)內(nèi)部，在單片機(jī)內(nèi)部，1000-FFFFH1000-FFFFH在單片機(jī)外部。在單片機(jī)外部。805l805l單片機(jī)的內(nèi)部有單片機(jī)的內(nèi)部有128B128B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，地址的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，地址范圍從范圍從00-7FH(805200-7FH(8052內(nèi)部有內(nèi)部有256B256B，地址范圍從，地址范圍從00-FFH00-FFH，其中，其中80-FFH80-FFH單元只能用寄存器間接尋單元只能用寄存器間接

7、尋址訪問址訪問) )。 2 2MCS-51MCS-51的特殊功能寄存器的特殊功能寄存器 內(nèi)部地址范圍從內(nèi)部地址范圍從80-FFH80-FFH為特殊功能寄存器區(qū)。為特殊功能寄存器區(qū)。單片機(jī)的輸入輸出端口、計(jì)數(shù)器定時(shí)器、單片機(jī)的輸入輸出端口、計(jì)數(shù)器定時(shí)器、串行通信口、累加器及一些控制寄存器等都位串行通信口、累加器及一些控制寄存器等都位于這個(gè)地址空間。特殊功能寄存器實(shí)際只占用于這個(gè)地址空間。特殊功能寄存器實(shí)際只占用了了部分部分80-FFH80-FFH地址，其余部分地址保留未地址，其余部分地址保留未下 頁上 頁返 回用。用。MCS-51MCS-51單片機(jī)各種型號(hào)間的差別就在于特單片機(jī)各種型號(hào)間的差別就

8、在于特殊功能寄存器數(shù)量的多少。殊功能寄存器數(shù)量的多少。 3 3中斷與堆棧中斷與堆棧 MCS-51MCS-51有有5 5個(gè)中斷源個(gè)中斷源( (對(duì)對(duì)8032803280528052為為6 6個(gè)個(gè)) )，分別為外部中斷分別為外部中斷0 0、外部中斷、外部中斷1 1、時(shí)鐘中斷、時(shí)鐘中斷0 0、時(shí)、時(shí)鐘中斷鐘中斷1 1和串行通信中斷和串行通信中斷( (對(duì)對(duì)8032803280528052還有時(shí)還有時(shí)鐘中斷鐘中斷2)2)，這些中斷分為兩個(gè)優(yōu)先級(jí)，每個(gè)中，這些中斷分為兩個(gè)優(yōu)先級(jí)，每個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)都是可編程的。堆棧位于單片機(jī)斷源的優(yōu)先級(jí)都是可編程的。堆棧位于單片機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，堆棧是一個(gè)向上增長(zhǎng)的的內(nèi)

9、部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，堆棧是一個(gè)向上增長(zhǎng)的后進(jìn)先出的存儲(chǔ)空間，主要用于保存中斷返回后進(jìn)先出的存儲(chǔ)空間，主要用于保存中斷返回地址和子程序調(diào)用返回地址地址和子程序調(diào)用返回地址( (由硬件自動(dòng)保由硬件自動(dòng)保存存) )也可用指令進(jìn)行堆棧數(shù)據(jù)的存取操作。也可用指令進(jìn)行堆棧數(shù)據(jù)的存取操作。 下 頁上 頁返 回 4 4定時(shí)計(jì)數(shù)器與寄存器區(qū)定時(shí)計(jì)數(shù)器與寄存器區(qū) MCS-51MCS-51子系列有兩個(gè)子系列有兩個(gè)1616位定時(shí)計(jì)數(shù)器，通位定時(shí)計(jì)數(shù)器，通過編程可以實(shí)現(xiàn)過編程可以實(shí)現(xiàn)4 4種工作模式。種工作模式。MCS-52MCS-52子系列則子系列則有有3 3個(gè)個(gè)1616位定時(shí)計(jì)數(shù)器。位定時(shí)計(jì)數(shù)器。MCS-5lMCS-5

10、l在內(nèi)部在內(nèi)部RAMRAM中中開設(shè)了開設(shè)了4 4個(gè)通用工作寄存器區(qū)，共個(gè)通用工作寄存器區(qū)，共3232個(gè)通用寄存?zhèn)€通用寄存器，以適應(yīng)多種中斷或子程序嵌套的要求。器，以適應(yīng)多種中斷或子程序嵌套的要求。 5 5指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) MCS-51MCS-51的指令系統(tǒng)有加、減、乘、除等算術(shù)的指令系統(tǒng)有加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算指令；邏輯運(yùn)算指令；位操作指令；數(shù)據(jù)運(yùn)算指令；邏輯運(yùn)算指令；位操作指令；數(shù)據(jù)傳送指令及多種程序轉(zhuǎn)移指令。當(dāng)振蕩器頻率傳送指令及多種程序轉(zhuǎn)移指令。當(dāng)振蕩器頻率接接12MHz12MHz時(shí)，大部分指令執(zhí)行時(shí)間為時(shí)，大部分指令執(zhí)行時(shí)間為1s1s，少部，少部分為分為2s2s，乘除指令的執(zhí)行時(shí)問也

11、只有，乘除指令的執(zhí)行時(shí)問也只有4s4s。 下 頁上 頁返 回 6 6布爾處理器布爾處理器 MCS-51MCS-51的布爾處理器實(shí)際上是一個(gè)完整的一的布爾處理器實(shí)際上是一個(gè)完整的一位微計(jì)算機(jī)。這個(gè)一位微機(jī)有自己的位微計(jì)算機(jī)。這個(gè)一位微機(jī)有自己的CPUCPU、位寄、位寄存器、存器、I I0 0口和指令集口和指令集( (對(duì)于對(duì)于MCS-51MCS-51是一個(gè)指令是一個(gè)指令子集子集) )。把八位微機(jī)和一位微機(jī)結(jié)合在一起是微。把八位微機(jī)和一位微機(jī)結(jié)合在一起是微機(jī)技術(shù)上的一個(gè)突破。一位機(jī)在開關(guān)決策、邏機(jī)技術(shù)上的一個(gè)突破。一位機(jī)在開關(guān)決策、邏輯電路仿真和實(shí)時(shí)測(cè)控方面非常有效，而八位輯電路仿真和實(shí)時(shí)測(cè)控方面非

12、常有效，而八位機(jī)在運(yùn)算處理、智能儀表常用的數(shù)據(jù)采集方面機(jī)在運(yùn)算處理、智能儀表常用的數(shù)據(jù)采集方面有明顯的長(zhǎng)處。在有明顯的長(zhǎng)處。在MCS-51MCS-51系列單片機(jī)中八位機(jī)系列單片機(jī)中八位機(jī)和一位機(jī)和一位機(jī)( (布爾處理器布爾處理器) )的硬件資源是復(fù)合在一的硬件資源是復(fù)合在一起的，二者相輔相承，這是起的，二者相輔相承，這是MCS-51MCS-51在設(shè)計(jì)上的在設(shè)計(jì)上的精美之處，也是一般微機(jī)所不具備的。精美之處，也是一般微機(jī)所不具備的。 下 頁上 頁返 回2.1.2 MCS-512.1.2 MCS-51單片機(jī)的引腳描述單片機(jī)的引腳描述 MCS-51MCS-51系列系列80518051單片機(jī)單片機(jī)采用

13、采用4040引腳的雙列直插封引腳的雙列直插封裝裝(DIP) (DIP) 。其引腳功能可。其引腳功能可分為四類：分為四類： 1 1電源引腳電源引腳VccVcc（4040腳）腳）和和VssVss（2020腳）。腳）。 2 2外接晶體引腳外接晶體引腳XTALlXTALl和和XTAL2XTAL2。XTAL1(19XTAL1(19腳腳) )和和XTAl2(18XTAl2(18腳腳) )引腳接外部引腳接外部振蕩器的信號(hào)。振蕩器的信號(hào)。 3 3控制和復(fù)位引腳控制和復(fù)位引腳ALEALE、PSENPSEN、EAEA和和RSTRST。圖圖2.2 MCS-512.2 MCS-51芯片引腳圖芯片引腳圖下 頁上 頁返

14、回 ALE(30 ALE(30腳腳) )：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE(ALE(允許允許地址鎖存地址鎖存) )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。ALEALE端總是出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，其頻率為振蕩器頻端總是出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，其頻率為振蕩器頻率的率的1 16 6。需要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)。需要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALEALE脈沖。脈沖。ALEALE端可以驅(qū)端可以驅(qū)動(dòng)動(dòng)8 8個(gè)個(gè)TTLTTL門電路。門電路。 PSEN(29PSEN(29腳腳) )：外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。：外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在從

15、外部程序存儲(chǔ)器取指令在從外部程序存儲(chǔ)器取指令( (或常數(shù)或常數(shù)) )期間，每期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次個(gè)機(jī)器周期兩次PSENPSEN有效。但在此期間，每當(dāng)有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSENPSEN信信號(hào)將不出現(xiàn)。號(hào)將不出現(xiàn)。PSENPSEN同樣可以驅(qū)動(dòng)同樣可以驅(qū)動(dòng)8 8個(gè)個(gè)TTLTTL門電路。門電路。下 頁上 頁返 回 EA(31 EA(31腳腳) )：當(dāng)：當(dāng)EAEA端保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部端保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，超過片內(nèi)程序存儲(chǔ)器容量程序存儲(chǔ)器，超過片內(nèi)程序存儲(chǔ)器容量(8051(8051為為4KB)4KB)時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)

16、行外部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)EAEA保持低電平時(shí)，則只訪問外部程序存儲(chǔ)器，不保持低電平時(shí)，則只訪問外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于80318031來說，無來說，無內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，故內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，故EAEA腳必須常接地。單片機(jī)腳必須常接地。單片機(jī)只在復(fù)位期間采樣只在復(fù)位期間采樣EAEA腳的電平。腳的電平。 RST(9RST(9腳腳) )：在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的：在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。建議在此引腳與高電平將使單片機(jī)復(fù)位。建議在此引腳與VssVss引引腳之間連接一個(gè)約腳之間連接一個(gè)約8.2kQ8.

17、2kQ的下拉電阻，與的下拉電阻，與VccVcc引引腳之間連接一個(gè)約腳之間連接一個(gè)約lOFlOF的電容，以保證可靠復(fù)的電容，以保證可靠復(fù)位。下圖為復(fù)位電路。位。下圖為復(fù)位電路。下 頁上 頁返 回 圖圖2.3 MCS-512.3 MCS-51復(fù)位電路原理圖復(fù)位電路原理圖 MCS-51MCS-51復(fù)位后，復(fù)位后，P0P0P3P3口輸出高電平，堆棧口輸出高電平，堆棧指針指針SPSP置為置為07H07H，清，清“0”0”程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器PCPC和其余和其余的特殊功能寄存器，如下表所示。的特殊功能寄存器，如下表所示。RSTRST由高電平由高電平變?yōu)榈碗娖胶?，變?yōu)榈碗娖胶螅?0318031從從0 0地址

18、開始執(zhí)行程序。地址開始執(zhí)行程序。 下 頁上 頁返 回表表2.1 MCS-512.1 MCS-51復(fù)位后內(nèi)部寄存器初態(tài)復(fù)位后內(nèi)部寄存器初態(tài) 下 頁上 頁返 回 4 4輸入輸出引腳輸入輸出引腳P0P0、PlPl、P2P2、P3(P3(共共3232根根) ) PO PO口口(32(323939腳腳) )：雙向：雙向8 8位三態(tài)位三態(tài)I IO O口，數(shù)據(jù)口，數(shù)據(jù)/ /地址總線口，能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)地址總線口，能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8 8個(gè)個(gè)TTLTTL負(fù)載。負(fù)載。 P1P1口口(1(18 8腳腳) )：是：是8 8位準(zhǔn)雙向位準(zhǔn)雙向I IO O口。因其輸口。因其輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存。故不

19、是出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存。故不是下 頁上 頁返 回真正的雙向真正的雙向I IO O口?？?。P1P1口能驅(qū)動(dòng)口能驅(qū)動(dòng)( (吸收或輸出電吸收或輸出電流流)4)4個(gè)個(gè)TTLTTL負(fù)載。負(fù)載。 P2P2口口(21(212828腳腳) )：是：是8 8位準(zhǔn)雙向位準(zhǔn)雙向I IO O口。在訪口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，可作為高問外部存儲(chǔ)器時(shí)，可作為高8 8位地址總線。位地址總線。P2P2可可以驅(qū)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)( (吸收或輸出電流吸收或輸出電流)4)4個(gè)個(gè)TTLTTL負(fù)載。負(fù)載。 P3P3口口(10(101717腳腳) )：是：是8 8位準(zhǔn)雙向位準(zhǔn)雙向I IO O口，是一口，是一個(gè)復(fù)用雙功能口（普通個(gè)復(fù)用雙功能

20、口（普通I IO O口口/ /第二功能）。該第二功能）。該口能驅(qū)動(dòng)口能驅(qū)動(dòng)( (吸收或輸出電流吸收或輸出電流)4)4個(gè)個(gè)TTLTTL負(fù)載。作為負(fù)載。作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如表第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如表2.22.2所示。所示。注：注：P3P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為普通口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為普通I IO O口口/ /第二功能。第二功能。下 頁上 頁返 回表表2.2 P32.2 P3口第口第2 2功能表功能表下 頁上 頁返 回2.1.3 MCS-512.1.3 MCS-51單片機(jī)的片外總線結(jié)構(gòu)單片機(jī)的片外總線結(jié)構(gòu) 單片機(jī)的引腳除了電源、復(fù)位、時(shí)鐘和用戶單片機(jī)的引腳除了電源

21、、復(fù)位、時(shí)鐘和用戶I IO O口外，其余腳都是為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展而設(shè)置的?？谕?，其余腳都是為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展而設(shè)置的。這些引腳構(gòu)成了這些引腳構(gòu)成了MCS-51MCS-51單片機(jī)片外三總線結(jié)構(gòu)。單片機(jī)片外三總線結(jié)構(gòu)。 1) 1) 地址總線地址總線(AB)(AB)：地址總線寬度為：地址總線寬度為1616位，可位，可訪問訪問64KB64KB的外部程序存儲(chǔ)器和的外部程序存儲(chǔ)器和64KB64KB的外部數(shù)據(jù)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。低存儲(chǔ)器。低8 8位地址總線位地址總線(A0(A0A7)A7)由由P0P0口經(jīng)地址口經(jīng)地址鎖存器提供，高鎖存器提供，高8 8位地址總線位地址總線(A8(A8A15)A15)直接由直接由P2P2

22、口提供。口提供。 2) 2) 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線(DB)(DB)：數(shù)據(jù)總線寬度為：數(shù)據(jù)總線寬度為8 8位，由位，由P0P0口提供?？谔峁?3) 3) 控制總線控制總線(CB)(CB)：由：由P3P3口的第二功能狀態(tài)和口的第二功能狀態(tài)和4 4根獨(dú)立控制線根獨(dú)立控制線RESETRESET、EAEA、ALEALE和和PSENPSEN組成。組成。下 頁上 頁返 回2.2 2.2 微處理器微處理器 微處理器（微處理器（CPUCPU）由運(yùn)算器和控制器組成。）由運(yùn)算器和控制器組成。2.2.1 2.2.1 運(yùn)算器運(yùn)算器 運(yùn)算器運(yùn)算器( (如圖如圖2.12.1所示所示) )，以算術(shù)邏輯單元，以算術(shù)邏輯單元ALU

23、ALU為核心，含累加器為核心，含累加器A A、暫存器、程序狀態(tài)字、暫存器、程序狀態(tài)字PSWPSW、B B寄存器等許多部件。寄存器等許多部件。 1. 1. 算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元 它在控制器所發(fā)內(nèi)部控制信號(hào)的控制下進(jìn)行它在控制器所發(fā)內(nèi)部控制信號(hào)的控制下進(jìn)行各種算術(shù)操作和邏輯操作。算術(shù)邏輯單元除能各種算術(shù)操作和邏輯操作。算術(shù)邏輯單元除能完成帶進(jìn)位位完成帶進(jìn)位位/ /不帶進(jìn)位位加法、帶進(jìn)位位減法、不帶進(jìn)位位加法、帶進(jìn)位位減法、加加1 1、減、減1 1、邏輯與、邏輯或、邏輯異或、循環(huán)、邏輯與、邏輯或、邏輯異或、循環(huán)移位以及數(shù)據(jù)傳送、程序轉(zhuǎn)移等一般操作外，移位以及數(shù)據(jù)傳送、程序轉(zhuǎn)移等一般操作外，其特點(diǎn)

24、是：其特點(diǎn)是：下 頁上 頁返 回 能和能和B B寄存器一起完成乘法與除法操作。寄存器一起完成乘法與除法操作。 可進(jìn)行多種內(nèi)容交換操作。可進(jìn)行多種內(nèi)容交換操作。 能作比較判跳操作。能作比較判跳操作。 很強(qiáng)的位操作功能。很強(qiáng)的位操作功能。 2 2累加器累加器 累加器累加器A A是最常用的專用寄存器。進(jìn)入是最常用的專用寄存器。進(jìn)入ALUALU作作算術(shù)操作和邏輯操作的操作數(shù)很多來自算術(shù)操作和邏輯操作的操作數(shù)很多來自累加器累加器A A，操作的結(jié)果也常送回操作的結(jié)果也常送回A A。 3 3程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字 程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字PSWPSW是一個(gè)是一個(gè)8 8位寄存器，它包含了位寄存器，它包含了許多程序狀

25、態(tài)信息，其各位的含義如下許多程序狀態(tài)信息，其各位的含義如下( (其中其中D1D1位未定義位未定義) )：下 頁上 頁返 回 (1) (1)進(jìn)位標(biāo)志進(jìn)位標(biāo)志C(PSW.7)C(PSW.7)：在執(zhí)行某些算術(shù)操作：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類、邏輯操作類指令時(shí)，可被硬件或軟件置位或清零。如或清零。如8 8位加法運(yùn)算時(shí)，如果運(yùn)算結(jié)果的最位加法運(yùn)算時(shí)，如果運(yùn)算結(jié)果的最高位高位D7D7有進(jìn)位，則有進(jìn)位，則C=1C=1，否則，否則C=0C=0。 (2)(2)輔助進(jìn)位標(biāo)志輔助進(jìn)位標(biāo)志AC(PSW.6)AC(PSW.6)：8 8位加法運(yùn)算時(shí)，位加法運(yùn)算時(shí)，如果低半字節(jié)的最高位如果

26、低半字節(jié)的最高位D3D3有進(jìn)位，則有進(jìn)位，則AC=1AC=1，否，否則則AC=OAC=O。 (3)(3)軟件標(biāo)志軟件標(biāo)志FO(PSW.5)FO(PSW.5)：這是用戶定義的一：這是用戶定義的一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志?？赏ㄟ^軟件對(duì)它置位、清零，在個(gè)狀態(tài)標(biāo)志。可通過軟件對(duì)它置位、清零，在編程時(shí)，也常測(cè)試其是否建起而進(jìn)行程序分支。編程時(shí)，也常測(cè)試其是否建起而進(jìn)行程序分支。下 頁上 頁返 回 (4) (4)工作寄存器區(qū)選擇位工作寄存器區(qū)選擇位RSlRSl、RS0(PSW.4RS0(PSW.4、PSW.3)PSW.3)：可借軟件置位或清零，以選定：可借軟件置位或清零，以選定4 4個(gè)工作個(gè)工作寄存器中的一個(gè)區(qū)投入工作

27、。寄存器中的一個(gè)區(qū)投入工作。 (5)(5)溢出標(biāo)志溢出標(biāo)志OV(PSW.2)OV(PSW.2)：作有符號(hào)數(shù)加法、：作有符號(hào)數(shù)加法、減法時(shí)由硬件置位或清除，以指示運(yùn)算結(jié)果是減法時(shí)由硬件置位或清除，以指示運(yùn)算結(jié)果是否溢出。否溢出。OV=1OV=1反映它已超出了累加器以補(bǔ)碼形反映它已超出了累加器以補(bǔ)碼形式表示一個(gè)有符號(hào)數(shù)的范圍式表示一個(gè)有符號(hào)數(shù)的范圍(-128(-128+127)+127)。 (6)(6)奇偶標(biāo)志奇偶標(biāo)志P(PSW.O)P(PSW.O)：每執(zhí)行一條指令，單：每執(zhí)行一條指令，單片機(jī)都能根據(jù)片機(jī)都能根據(jù)A A中中1 1的個(gè)數(shù)的奇偶自動(dòng)令的個(gè)數(shù)的奇偶自動(dòng)令P P置位或置位或清零：奇為清零：

28、奇為1 1，偶為，偶為O O。此標(biāo)志對(duì)串行通信的數(shù)。此標(biāo)志對(duì)串行通信的數(shù)據(jù)傳輸非常有用。據(jù)傳輸非常有用。下 頁上 頁返 回2.2.2 2.2.2 以定時(shí)控制邏輯為中心的控制器以定時(shí)控制邏輯為中心的控制器 控制器是控制器是CPUCPU的大腦中樞，包括定時(shí)控制邏輯，的大腦中樞，包括定時(shí)控制邏輯，指令寄存器、譯碼器、數(shù)據(jù)指示器指令寄存器、譯碼器、數(shù)據(jù)指示器DPTRDPTR、程序、程序計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器PCPC、堆指針、堆指針SPSP、RAMRAM地址寄存器、地址寄存器、1616位地位地址緩沖器等。能根據(jù)不同的指令產(chǎn)生相應(yīng)的操址緩沖器等。能根據(jù)不同的指令產(chǎn)生相應(yīng)的操作時(shí)序和控制信號(hào)。作時(shí)序和控制信號(hào)。 程序

29、計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器PCPC：專門用來控制指令執(zhí)行順序：專門用來控制指令執(zhí)行順序的寄存器，單片機(jī)上電的寄存器，單片機(jī)上電( (或復(fù)位或復(fù)位) )時(shí)，時(shí)，PCPC自動(dòng)裝自動(dòng)裝入入0000H0000H，一般情況下單片機(jī)每取一次機(jī)器碼，一般情況下單片機(jī)每取一次機(jī)器碼，PCPC就自動(dòng)加就自動(dòng)加1 1，從而保證了指令的順序執(zhí)行。，從而保證了指令的順序執(zhí)行。PCPC的內(nèi)容也可以被指令強(qiáng)迫改寫。的內(nèi)容也可以被指令強(qiáng)迫改寫。下 頁上 頁返 回 數(shù)據(jù)指示器數(shù)據(jù)指示器DPTRDPTR：它由：它由DPHDPH、DPLDPL兩個(gè)兩個(gè)8 8位的專位的專用寄存器組成，用寄存器組成，1616位的地址指針用于訪問單片位的地址指針

30、用于訪問單片機(jī)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或擴(kuò)展的機(jī)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或擴(kuò)展的I IO O口。口。 堆棧指針堆棧指針SPSP：堆棧建在片內(nèi)：堆棧建在片內(nèi)RAMRAM區(qū)，具體位置區(qū)，具體位置由由SPSP的內(nèi)容規(guī)定，的內(nèi)容規(guī)定， SPSP總是指向棧頂，它是一個(gè)總是指向棧頂，它是一個(gè)8 8位的專用寄存器，復(fù)位時(shí)，位的專用寄存器，復(fù)位時(shí)，(SP) =07H(SP) =07H，用戶，用戶可以通過軟件對(duì)可以通過軟件對(duì)SPSP直接賦值。堆棧是向上生成直接賦值。堆棧是向上生成的，即壓棧時(shí)，使的，即壓棧時(shí)，使SPSP的內(nèi)容增的內(nèi)容增1 1后作壓人操作，后作壓人操作，出棧時(shí)，先把棧頂?shù)臄?shù)據(jù)彈出，然后使出棧時(shí)，先把棧頂?shù)臄?shù)據(jù)彈出，然

31、后使SPSP的內(nèi)的內(nèi)容減容減1 1。下 頁上 頁返 回2.3 MCS-512.3 MCS-51單片機(jī)時(shí)鐘電路及單片機(jī)時(shí)鐘電路及CPUCPU的工作時(shí)序的工作時(shí)序2.3.1 2.3.1 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路 1 1NMOSNMOS型單片機(jī)時(shí)鐘電路型單片機(jī)時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏。時(shí)鐘電路控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏。MCS-51MCS-51單單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率典型值為片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率典型值為12MHz12MHz。時(shí)鐘頻率主。時(shí)鐘頻率主要由晶振的頻率決定，電容要由晶振的頻率決定，電容C Cl l和和C C2 2的作用：一是起的作用：一是起振，二是對(duì)頻率微調(diào)振，二是對(duì)頻率微調(diào) (C(C1 1

32、、C C2 2變大，變大，f f變小變小) )，典型，典型值為值為30pF30pF。圖。圖2.4b2.4b是從外部直接輸入時(shí)鐘的電路。是從外部直接輸入時(shí)鐘的電路。圖圖2.4 2.4 NMOSNMOS型單型單片機(jī)的時(shí)片機(jī)的時(shí)鐘電路原鐘電路原理圖理圖 下 頁上 頁返 回 2 2CMOSCMOS型單片機(jī)時(shí)鐘電路型單片機(jī)時(shí)鐘電路 CM0SCM0S型單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)可控的反相放大器，外型單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)可控的反相放大器，外接晶振接晶振( (或陶瓷諧振器或陶瓷諧振器) )和電容組成振蕩器，圖和電容組成振蕩器，圖2.5a2.5a為為CMOSCMOS型單片機(jī)時(shí)鐘電路圖。振蕩器工作受型單片機(jī)時(shí)鐘電路圖。振蕩器工

33、作受PDPD端控端控制，由軟件置制，由軟件置“l(fā)”PD(l”PD(即特殊功能寄存器即特殊功能寄存器PCON.1)PCON.1)，使使PD=0PD=0，振蕩器停止工作，單片機(jī)停止工作，以達(dá)，振蕩器停止工作，單片機(jī)停止工作，以達(dá)到節(jié)電目的。清零到節(jié)電目的。清零PDPD，使振蕩器工作，單片機(jī)正常，使振蕩器工作，單片機(jī)正常運(yùn)作。運(yùn)作。CM0SCM0S型也可直接從外部輸入時(shí)鐘，如圖型也可直接從外部輸入時(shí)鐘，如圖2.5b2.5b。圖圖2.5 2.5 CMOSCMOS型單型單片機(jī)的時(shí)片機(jī)的時(shí)鐘電路原鐘電路原理圖理圖下 頁上 頁返 回2.3.2 CPU2.3.2 CPU的工作時(shí)序的工作時(shí)序 一條指令可以分解為

34、若干基本的微操作，而一條指令可以分解為若干基本的微操作，而這些微操作所對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，在時(shí)間上有嚴(yán)這些微操作所對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，在時(shí)間上有嚴(yán)格的先后次序，這些次序就是單片機(jī)的時(shí)序。格的先后次序，這些次序就是單片機(jī)的時(shí)序。圖圖2.62.6表明了各種周期的相互關(guān)系。表明了各種周期的相互關(guān)系。下 頁上 頁返 回 圖圖2.6 MCS-512.6 MCS-51單片機(jī)各種周期的相互關(guān)系單片機(jī)各種周期的相互關(guān)系 1) 1) 振蕩周期：振蕩源的周期。振蕩周期：振蕩源的周期。 2) 2) 時(shí)鐘周期：狀態(tài)周期或時(shí)鐘周期：狀態(tài)周期或S S周期。時(shí)鐘周期周期。時(shí)鐘周期是振蕩周期的兩倍，時(shí)鐘周期被是振蕩周期的兩倍，時(shí)鐘周

35、期被P1P1節(jié)拍和節(jié)拍和P2P2節(jié)節(jié)拍。拍。P1P1信號(hào)有效時(shí)，這時(shí)通常完成算術(shù)邏輯操信號(hào)有效時(shí)，這時(shí)通常完成算術(shù)邏輯操作；作；P2P2信號(hào)有效時(shí)，內(nèi)部寄存器與寄存器間的信號(hào)有效時(shí)，內(nèi)部寄存器與寄存器間的傳輸一般在此狀態(tài)發(fā)生。傳輸一般在此狀態(tài)發(fā)生。下 頁上 頁返 回 3) 3) 機(jī)器周期：一個(gè)機(jī)器周期由機(jī)器周期：一個(gè)機(jī)器周期由6 6個(gè)狀態(tài)個(gè)狀態(tài)(s1(s1、s2S6)s2S6)組成，即組成，即6 6個(gè)時(shí)鐘周期，個(gè)時(shí)鐘周期，1212個(gè)振蕩周期。個(gè)振蕩周期?？梢杂脵C(jī)器周期把一條指令劃分成若干個(gè)階段，可以用機(jī)器周期把一條指令劃分成若干個(gè)階段，每個(gè)機(jī)器周期完成某些規(guī)定操作。每個(gè)機(jī)器周期完成某些規(guī)定操作

36、。 4) 4) 指令周期：執(zhí)行一條指令所占用的全部時(shí)指令周期：執(zhí)行一條指令所占用的全部時(shí)間，一個(gè)指令周期通常含有間，一個(gè)指令周期通常含有1 14 4個(gè)機(jī)器周期。個(gè)機(jī)器周期。 若外接晶振為若外接晶振為12MHz12MHz時(shí)，振蕩周期時(shí)，振蕩周期=1=112s12s；時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期=1=16s6s；機(jī)器劇期；機(jī)器劇期=ls=ls；指令周期；指令周期=1=14s4s。 在在MCS-51MCS-51的指令系統(tǒng)中，指令周期有單周期、的指令系統(tǒng)中，指令周期有單周期、雙周期和雙周期和4 4周期指令。周期指令。下 頁上 頁返 回 圖圖2.72.7列舉了幾種典型指令的列舉了幾種典型指令的CPUCPU取指令和執(zhí)

37、取指令和執(zhí)行指令的時(shí)序。由于行指令的時(shí)序。由于CPUCPU取出指令和執(zhí)行指令的取出指令和執(zhí)行指令的時(shí)序信號(hào)不能從外部觀察到，所以圖中列出了時(shí)序信號(hào)不能從外部觀察到，所以圖中列出了XTAL2(18XTAL2(18腳腳) )端出現(xiàn)的振蕩器信號(hào)和芯片端出現(xiàn)的振蕩器信號(hào)和芯片ALE(30ALE(30腳腳) )端的信號(hào)作參考。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的端的信號(hào)作參考。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的機(jī)器周期內(nèi)，機(jī)器周期內(nèi)，ALEALE信號(hào)一次有效，即執(zhí)行信號(hào)一次有效，即執(zhí)行MOVXMOVX指指令時(shí)，只在令時(shí)，只在S1P2S1P2至至S2P1S2P1期間產(chǎn)生期間產(chǎn)生ALEALE信號(hào)，因此信號(hào)，因此ALEALE的頻率是不

38、穩(wěn)定的。所以，當(dāng)我們把的頻率是不穩(wěn)定的。所以，當(dāng)我們把AIEAIE引引腳作為時(shí)鐘輸出時(shí)，在腳作為時(shí)鐘輸出時(shí)，在CPUCPU執(zhí)行執(zhí)行MOVXMOVX指令時(shí)，會(huì)指令時(shí)，會(huì)丟失一個(gè)周期，這一點(diǎn)應(yīng)特別注意。圖丟失一個(gè)周期，這一點(diǎn)應(yīng)特別注意。圖2.72.7中的中的ALEALE信號(hào)只是一般的情況，僅作參考。信號(hào)只是一般的情況，僅作參考。下 頁上 頁返 回圖圖2.7 2.7 MCS-51MCS-51單片機(jī)單片機(jī)典型指典型指令的取令的取指執(zhí)指執(zhí)行時(shí)序行時(shí)序 下 頁上 頁返 回 對(duì)于單周期指令，從對(duì)于單周期指令，從SlP2SlP2開始執(zhí)行指令，這開始執(zhí)行指令，這時(shí)操作碼被鎖存到指令寄存器內(nèi)。如果是雙字時(shí)操作碼被

39、鎖存到指令寄存器內(nèi)。如果是雙字節(jié)指令，則在同一機(jī)器周期的節(jié)指令，則在同一機(jī)器周期的S4P2S4P2讀人第二個(gè)讀人第二個(gè)字節(jié)。如果是單字節(jié)指令，則丟棄字節(jié)。如果是單字節(jié)指令，則丟棄S4P2S4P2讀人第讀人第二個(gè)字節(jié)，且程序計(jì)計(jì)數(shù)器不加二個(gè)字節(jié)，且程序計(jì)計(jì)數(shù)器不加1 1。這兩類指令。這兩類指令都會(huì)在都會(huì)在S6P2S6P2結(jié)束時(shí)完成操作。結(jié)束時(shí)完成操作。 對(duì)于單字節(jié)雙周期指令，在兩個(gè)機(jī)器周期內(nèi)對(duì)于單字節(jié)雙周期指令，在兩個(gè)機(jī)器周期內(nèi)發(fā)生發(fā)生4 4次讀操作碼的操作，但后次讀操作碼的操作，但后3 3次讀操作郁是次讀操作郁是無效的。另外，比較特殊的是無效的。另外，比較特殊的是MUL(MUL(乘法乘法) )

40、和和DIV(DIV(除法除法) )指令是單字節(jié)指令是單字節(jié)4 4周期的。周期的。 圖中圖中d d表示訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器指令表示訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器指令MOVXMOVX的的下 頁上 頁返 回時(shí)序，這是一條單字節(jié)雙周期指令，一般情況時(shí)序，這是一條單字節(jié)雙周期指令，一般情況下，兩個(gè)指令碼字節(jié)在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)從程序下，兩個(gè)指令碼字節(jié)在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)從程序存儲(chǔ)器取出，而在存儲(chǔ)器取出，而在MOVXMOVX執(zhí)行其期間，少執(zhí)行兩執(zhí)行其期間，少執(zhí)行兩次取指操作。在第次取指操作。在第l l機(jī)器周期機(jī)器周期S5S5開始時(shí)，送出外開始時(shí)，送出外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址，隨后讀或?qū)憯?shù)據(jù)。讀寫期部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址，隨后讀或?qū)憯?shù)據(jù)。讀

41、寫期間間ALEALE端不輸出有效信號(hào)端不輸出有效信號(hào)( (會(huì)丟失一個(gè)會(huì)丟失一個(gè)AIEAIE周期周期) )，在第在第2 2機(jī)器周期，即外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器已被尋址和機(jī)器周期，即外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器已被尋址和選通后，也不產(chǎn)生取指操作。選通后，也不產(chǎn)生取指操作。2.4 MCS-5l2.4 MCS-5l單片機(jī)存儲(chǔ)器分類及配置單片機(jī)存儲(chǔ)器分類及配置 MCS-51MCS-51單片機(jī)存儲(chǔ)器從物理結(jié)構(gòu)上可分為：?jiǎn)纹瑱C(jī)存儲(chǔ)器從物理結(jié)構(gòu)上可分為：片內(nèi)、片外程序存儲(chǔ)器與片內(nèi)、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)片內(nèi)、片外程序存儲(chǔ)器與片內(nèi)、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下 頁上 頁返 回器器4 4個(gè)部分；從尋址空間分布分為：程序存儲(chǔ)器、個(gè)部分；從尋址空間分布分為：程序存

42、儲(chǔ)器、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3 3個(gè)部分；從個(gè)部分；從功能上分為：程序存儲(chǔ)器、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、功能上分為：程序存儲(chǔ)器、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、特殊功能寄存器、位地址空間和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特殊功能寄存器、位地址空間和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器器5 5個(gè)部分。圖個(gè)部分。圖2.82.8是是MCS-51MCS-51單片機(jī)存儲(chǔ)器空間單片機(jī)存儲(chǔ)器空間結(jié)構(gòu)圖。圖結(jié)構(gòu)圖。圖2.8a2.8a是程序存儲(chǔ)器，圖是程序存儲(chǔ)器，圖2.8b2.8b是內(nèi)部是內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，圖2.8c2.8c是外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。是外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。下 頁上 頁返 回 圖圖2.8 MCS-5l2.8 MCS-5l單片機(jī)

43、存儲(chǔ)器空間結(jié)構(gòu)圖單片機(jī)存儲(chǔ)器空間結(jié)構(gòu)圖 MCS-5lMCS-5l系列單片機(jī)有系列單片機(jī)有5 5個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)空間：個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)空間： 64KB64KB程序存儲(chǔ)器空間程序存儲(chǔ)器空間(0(00FFFFH)0FFFFH)。 256B256B內(nèi)部?jī)?nèi)部RAMRAM空間空間(0(00FFH)0FFH)。 128B128B內(nèi)部特殊功能寄存器空間內(nèi)部特殊功能寄存器空間(80(800FFH)0FFH)。 位尋址空間位尋址空間(0(00FFH)0FFH)。 64KB64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM(RAMI0)I0)空間空間(0(00FFFFH)0FFFFH)。下 頁上 頁返 回2.4.1 2.4.1

44、程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器 MCS-51MCS-51的程序存儲(chǔ)器的程序存儲(chǔ)器空間為空間為64KB64KB。0 0開始的部開始的部分程序存儲(chǔ)器分程序存儲(chǔ)器(4KB(4KB，8KB8KB，)可以在片內(nèi)也可以在片內(nèi)也可以在片外，由單片機(jī)可以在片外，由單片機(jī)的輸入引腳的輸入引腳EAEA的電平控的電平控制。若單片機(jī)內(nèi)部有程制。若單片機(jī)內(nèi)部有程序存儲(chǔ)器，則單片機(jī)的序存儲(chǔ)器，則單片機(jī)的EAEA引腳必須接引腳必須接Vcc(+5V)Vcc(+5V)，PCPC的值在的值在0 00FFFH0FFFH時(shí)，時(shí)，圖圖2.9 MCS-512.9 MCS-51復(fù)位和中斷入口復(fù)位和中斷入口 下 頁上 頁返 回CPUCPU取指令時(shí)訪問

45、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器；取指令時(shí)訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器；PCPC值大于值大于0FFFH0FFFH時(shí)，訪問外部程序存儲(chǔ)器。如果時(shí)，訪問外部程序存儲(chǔ)器。如果EAEA接接Vss(Vss(地地) )，則，則CPUCPU總是從外部的程序存儲(chǔ)器中總是從外部的程序存儲(chǔ)器中取指令。引腳取指令。引腳PSENPSEN輸出外部程序存儲(chǔ)器的讀輸出外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，僅當(dāng)選通信號(hào)，僅當(dāng)CPUCPU訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，PSENPSEN才有效才有效( (輸出負(fù)脈沖輸出負(fù)脈沖) )。對(duì)于內(nèi)部沒有程。對(duì)于內(nèi)部沒有程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)必須外接程序存儲(chǔ)器，引序存儲(chǔ)器的單片機(jī)必須外接程序存儲(chǔ)器，引腳腳EAEA必須接

46、地。必須接地。 MCS-5lMCS-5l復(fù)位以后，復(fù)位以后，PCPC為為O O，CPUCPU從地址從地址0 0開始開始執(zhí)行程序。另外，執(zhí)行程序。另外，MCS-51MCS-51的中斷入口也是固的中斷入口也是固定的，程序存儲(chǔ)器地址定的，程序存儲(chǔ)器地址0003H0003H、000BH000BH、0013H0013H、001BH001BH和和0023H0023H單元為中斷人口單元為中斷人口 。 2.4.2 2.4.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 MCS-51MCS-51內(nèi)部數(shù)據(jù)存內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間為儲(chǔ)器空間為256B256B，但，但一般為一般為128B(128B(如如805l805l、87518751、80

47、31)8031)或或256B256B( (如如80528052、80328032、8752)8752)。內(nèi)部。內(nèi)部RAMRAM中不中不同的區(qū)域從功能和用同的區(qū)域從功能和用途方面來劃分，如圖途方面來劃分，如圖所示分為所示分為3 3個(gè)區(qū)域：個(gè)區(qū)域： 2.10 MCS-512.10 MCS-51內(nèi)部?jī)?nèi)部RAMRAM功能劃分功能劃分 工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、堆棧和數(shù)據(jù)緩沖器區(qū)。工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、堆棧和數(shù)據(jù)緩沖器區(qū)。 1 1工作寄存器區(qū)圖工作寄存器區(qū)圖下 頁上 頁返 回下 頁上 頁返 回內(nèi)部?jī)?nèi)部RAMRAM的的00H00H1FH1FH區(qū)域?yàn)樗慕M寄存器區(qū)，每個(gè)區(qū)域?yàn)樗慕M寄存器區(qū)，每個(gè)區(qū)有區(qū)有8 8個(gè)

48、工作寄存器個(gè)工作寄存器R0R0R7R7。 CPUCPU當(dāng)前使用的工當(dāng)前使用的工作寄存器區(qū)是由程序狀態(tài)字作寄存器區(qū)是由程序狀態(tài)字PSWPSW的第三位的第三位PSW.3(RS0)PSW.3(RS0)和第四位和第四位PSW.4(RS1)PSW.4(RS1)指示的，寄存指示的，寄存器和器和RAMRAM單元地址對(duì)應(yīng)關(guān)系為：?jiǎn)卧刂穼?duì)應(yīng)關(guān)系為： 工作寄存器工作寄存器0 0組組R0R0R7R7：000007H07H，RS1=0RS1=0，RS0=0RS0=0 工作寄存器工作寄存器1 1組組R0R0R7R7：08080FH0FH，RS1=0RS1=0，RS0=1RS0=1 工作寄存器工作寄存器2 2組組R0R

49、0R7R7：101017H17H，RS1=1RS1=1，RS0=0RS0=0 工作寄存器工作寄存器3 3組組R0R0R7R7：18181FH1FH，RS1=1RS1=1，RS0=1RS0=1 對(duì)于這部分對(duì)于這部分RAMRAM，CPUCPU對(duì)它們的操作可視為工對(duì)它們的操作可視為工作寄存器作寄存器( (寄存器尋址寄存器尋址) )，也可視為一般，也可視為一般RAM(RAM(直直接尋址或寄存器間接尋址接尋址或寄存器間接尋址) )。 下 頁上 頁返 回 2 2位尋址區(qū)位尋址區(qū) MCS-51MCS-51的內(nèi)部的內(nèi)部RAMRAM中中20H20H2FH2FH單元以及特殊功單元以及特殊功能寄存器中地址為能寄存器

50、中地址為8 8的倍數(shù)的特殊功能寄存器可的倍數(shù)的特殊功能寄存器可以位尋址。這些以位尋址。這些RAMRAM單元和特殊功能寄存器既有單元和特殊功能寄存器既有一個(gè)字節(jié)地址，每一位又有一個(gè)字節(jié)地址，每一位又有1 1個(gè)位地址，既可以個(gè)位地址，既可以字節(jié)操作也可以位操作。表字節(jié)操作也可以位操作。表2.52.5列出了內(nèi)部列出了內(nèi)部RAMRAM中位尋址區(qū)的位地址編址，表中位尋址區(qū)的位地址編址，表2.62.6列出了基本的列出了基本的特殊功能寄存器中具有位尋址功能的位地址編特殊功能寄存器中具有位尋址功能的位地址編址。址。20H20H2FH2FH位尋址區(qū)域，占據(jù)位地址空間的位尋址區(qū)域，占據(jù)位地址空間的00H00H7F

51、H7FH。下 頁上 頁返 回表表2.5 2.5 內(nèi)部?jī)?nèi)部RAMRAM中位地址表中位地址表下 頁上 頁返 回表表2.2.6 6特殊功能寄存器地址映象特殊功能寄存器地址映象 下 頁上 頁返 回 3 3堆棧和數(shù)據(jù)緩沖器堆棧和數(shù)據(jù)緩沖器 堆棧是堆棧是器用于保護(hù)器用于保護(hù)CPUCPU的現(xiàn)場(chǎng)一個(gè)后進(jìn)先出的的現(xiàn)場(chǎng)一個(gè)后進(jìn)先出的RAMRAM緩沖。緩沖。MCS-51MCS-51的堆棧一般設(shè)在的堆棧一般設(shè)在30307FH(7FH(或或3030FFH)FFH)。棧頂位置由。棧頂位置由SPSP所指出。復(fù)位以后所指出。復(fù)位以后(SP)(SP)為為07H07H。內(nèi)部。內(nèi)部RAMRAM中除工作寄存器、位標(biāo)志和堆中除工作寄存

52、器、位標(biāo)志和堆棧區(qū)以外的單元都可以作為數(shù)據(jù)緩沖器使用，棧區(qū)以外的單元都可以作為數(shù)據(jù)緩沖器使用，存放輸入的數(shù)據(jù)或運(yùn)算的結(jié)果。存放輸入的數(shù)據(jù)或運(yùn)算的結(jié)果。 4 4特殊功能寄存器特殊功能寄存器(SFR)(SFR) MCS-51 MCS-51內(nèi)部的內(nèi)部的I I0 0口鎖存器以及定時(shí)器、串口鎖存器以及定時(shí)器、串行口、中斷等各種控制寄存器和狀態(tài)寄存器都行口、中斷等各種控制寄存器和狀態(tài)寄存器都作為作為SFRSFR，離散地分布在，離散地分布在RAMRAM的的8080FFHFFH。下 頁上 頁返 回 累加器累加器ACCACC（A A）：用于存放參加運(yùn)算的操作）：用于存放參加運(yùn)算的操作數(shù)和運(yùn)算的結(jié)果。數(shù)和運(yùn)算的結(jié)

53、果。 寄存器寄存器B B：在乘法和除法運(yùn)算中存放操作數(shù)和：在乘法和除法運(yùn)算中存放操作數(shù)和運(yùn)算的結(jié)果，在其他運(yùn)算中，存中間結(jié)果。運(yùn)算的結(jié)果，在其他運(yùn)算中，存中間結(jié)果。 SPSP：8 8位的堆棧指針。數(shù)據(jù)進(jìn)入堆棧前位的堆棧指針。數(shù)據(jù)進(jìn)入堆棧前SPSP加加l l，數(shù)據(jù)退出堆棧后數(shù)據(jù)退出堆棧后SPSP減減1 1，復(fù)位后，復(fù)位后SPSP為為07H07H。若不。若不對(duì)對(duì)S S設(shè)置初值，則堆棧在設(shè)置初值，則堆棧在08H08H開始的區(qū)域。開始的區(qū)域。 DPTRDPTR：1616位的數(shù)據(jù)指針。由位的數(shù)據(jù)指針。由DPHDPH和和DPLDPL所組成，所組成，一般作為訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址指針使用，一般作為訪問外部

54、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址指針使用，對(duì)對(duì)DPTRDPTR操作可以對(duì)操作可以對(duì)DPHDPH和和DPLDPL單獨(dú)進(jìn)行。單獨(dú)進(jìn)行。 特殊功能寄存器空間中有些單元是空著的，特殊功能寄存器空間中有些單元是空著的，作為保留，用戶程序不要對(duì)其操作。作為保留，用戶程序不要對(duì)其操作。 下 頁上 頁返 回 5 5外部外部RAMRAM和和I IO O口口 MCS-51MCS-51最多可以擴(kuò)展最多可以擴(kuò)展64KB64KB的外部的外部RAMRAM和和I I0 0口?？凇Ｍ獠繑U(kuò)展外部擴(kuò)展RAMRAM和和I I0 0口是統(tǒng)一編址的，也就是說口是統(tǒng)一編址的，也就是說一個(gè)一個(gè)I IO O口相當(dāng)于口相當(dāng)于RAMRAM的一個(gè)存儲(chǔ)單元，的一個(gè)

55、存儲(chǔ)單元，CPUCPU都都是通過是通過MOVXMOVX指令對(duì)它們進(jìn)行讀寫操作的。指令對(duì)它們進(jìn)行讀寫操作的。2.5 CHMOS2.5 CHMOS型單片機(jī)的低功耗工作方式型單片機(jī)的低功耗工作方式 MCS-51MCS-51系列的系列的CHMOSCHMOS型單片機(jī)提供兩種節(jié)電工型單片機(jī)提供兩種節(jié)電工作方式：空閑方式作方式：空閑方式( (等待方式等待方式) )和掉電方式和掉電方式( (停機(jī)停機(jī)方式方式) )，特別適用于電源功耗要求很低的應(yīng)用場(chǎng)，特別適用于電源功耗要求很低的應(yīng)用場(chǎng)合。合。CHMOSCHMOS型單片機(jī)的工作電源和后備電源加在型單片機(jī)的工作電源和后備電源加在同一個(gè)引腳同一個(gè)引腳VccVcc，正

56、常工作電流為，正常工作電流為111120mA20mA，空閑狀態(tài)時(shí)為空閑狀態(tài)時(shí)為1.71.75mA5mA，掉電狀態(tài)時(shí)為，掉電狀態(tài)時(shí)為5 5下 頁上 頁返 回50A50A?？臻e方式和掉電方式的內(nèi)部控制電路如?？臻e方式和掉電方式的內(nèi)部控制電路如下圖所示。在空閑方式中，振蕩器保持工作，下圖所示。在空閑方式中，振蕩器保持工作，而而CPUCPU停止工作。在掉電方式中，振蕩器停止，停止工作。在掉電方式中，振蕩器停止，單片機(jī)內(nèi)部所有的功能部件停止工作。單片機(jī)內(nèi)部所有的功能部件停止工作。 圖圖2.11 2.11 空閑方式和掉電方式控制電路圖空閑方式和掉電方式控制電路圖 下 頁上 頁返 回 CHMOS CHMOS

57、型單片機(jī)的節(jié)電工作方式是由特殊功能型單片機(jī)的節(jié)電工作方式是由特殊功能寄存器寄存器PCONPCON控制的，控制的，PCONPCON的格式如下：的格式如下： 其中：其中： SMODSMOD：串行口波特率倍率控制位。：串行口波特率倍率控制位。 GFlGFl：通用標(biāo)志位。：通用標(biāo)志位。 GF0GF0：通用標(biāo)志位。：通用標(biāo)志位。 PDPD：掉電方式控制位，置：掉電方式控制位，置“1”1”后，使后，使器件進(jìn)入掉電方式。器件進(jìn)入掉電方式。 IDLIDL：空閑方式控制位，置：空閑方式控制位，置“l(fā)”l”后，使后，使器件進(jìn)人空閑方式。器件進(jìn)人空閑方式。 下 頁上 頁返 回 PCON.4 PCON.4PCON.6

58、PCON.6為保留位，對(duì)于為保留位，對(duì)于HM0SHM0S型型單片機(jī)僅單片機(jī)僅SMODSMOD位有效。對(duì)于位有效。對(duì)于CHMOSCHMOS型單片機(jī)，型單片機(jī)，當(dāng)當(dāng)IDLIDL和和PDPD同時(shí)置同時(shí)置“l(fā)”l”時(shí)，也使器件進(jìn)入掉時(shí)，也使器件進(jìn)入掉電方式。電方式。2.5.1 2.5.1 空閑方式空閑方式 CPUCPU執(zhí)行一條置執(zhí)行一條置“l(fā)”PCON.0(IDL)l”PCON.0(IDL)的指令，的指令，就進(jìn)入空閑方式狀態(tài)。中斷、串行口和定時(shí)就進(jìn)入空閑方式狀態(tài)。中斷、串行口和定時(shí)器繼續(xù)工作。器繼續(xù)工作。CPUCPU現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)(SP(SP、PCPC、PSWPSW、ACC)ACC)、內(nèi)部?jī)?nèi)部RAMRAM和

59、其他特殊功能寄存器內(nèi)容維持不和其他特殊功能寄存器內(nèi)容維持不變，引腳保持進(jìn)入空閑方式時(shí)的狀態(tài)，變，引腳保持進(jìn)入空閑方式時(shí)的狀態(tài)，ALEALE和和PSENPSEN保持邏輯高電平。保持邏輯高電平。 下 頁上 頁返 回 進(jìn)入空閑方式以后，有兩種方法使器件退進(jìn)入空閑方式以后，有兩種方法使器件退出空閑方式：出空閑方式： 一是被允許的中斷源請(qǐng)求中斷時(shí)，由內(nèi)部一是被允許的中斷源請(qǐng)求中斷時(shí)，由內(nèi)部的硬件電路清零的硬件電路清零PC0N.0(IDL)PC0N.0(IDL)，中止空閑方，中止空閑方式，式，CPUCPU響應(yīng)中斷。響應(yīng)中斷。PCONPCON中的中的GF0GF0或或GFlGFl可用可用來指示中斷發(fā)生在正常工作