第二章單片機結(jié)構(gòu)與工作基本原理

1、第二章單片機結(jié)構(gòu)與工作基本原理2.1 AT89S51單片機的主要特性2.2 單片機的硬件結(jié)構(gòu)2.3 51系列單片機的引腳及功能2.4 單片機的存儲器配置2.5 時鐘電路與CPU2.6 單片機的工作方式2.7 單片機最小系統(tǒng) 第二章 單片機的結(jié)構(gòu)uAtmel公司的產(chǎn)品公司的產(chǎn)品 MCS-51 MCS-51是是IntelIntel公司生產(chǎn)的一個單片機系列公司生產(chǎn)的一個單片機系列名稱。名稱。 屬于這一系列的單片機有：屬于這一系列的單片機有：基本型：末位為“1”8051/8751/8031 (HMOS工藝)MCS-51/87C51/80C31 (CHMOS工藝) 2.1 AT89S51單片機的結(jié)構(gòu)和特

2、性增強型：末位為“2”8052/8752/803280C52/87C52/80C32Atmal 89系列單片機的特點：nAT89S51是一種低功耗、高性能、CMOS、8位微控制器，具有4K在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 n另外，AT89S52（8K FLASH）可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。n空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。n掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。2.1 AT89S51單片機的主要特性2.2 單片機的硬件結(jié)

3、構(gòu)2.3 51系列單片機的引腳及功能2.4 單片機的存儲器配置2.5 時鐘電路與CPU時序2.6 單片機的工作方式2.7 單片機最小系統(tǒng) 第二章 單片機的結(jié)構(gòu)2.2 MCS-512.2 MCS-51單片機的硬件結(jié)構(gòu)單片機的硬件結(jié)構(gòu)51系列單片機在結(jié)構(gòu)上基本相同，只是在個別模塊和功能上有些區(qū)別。系列單片機在結(jié)構(gòu)上基本相同，只是在個別模塊和功能上有些區(qū)別。1 1、中央處理器、中央處理器CPUCPU：8 8位，運算和控制功能位，運算和控制功能2 2、內(nèi)部、內(nèi)部RAMRAM：共：共256256個個RAMRAM單元，用戶使用前單元，用戶使用前128128個個單元，單元， 用于存放可讀寫數(shù)據(jù)，后用于存放可

4、讀寫數(shù)據(jù)，后128128個單元被專用寄個單元被專用寄存器占用。存器占用。3 3、內(nèi)部、內(nèi)部ROMROM：4KB ROM4KB ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)。，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)。4 4、定時、定時/ /計數(shù)器：兩個計數(shù)器：兩個1616位的定時位的定時/ /計數(shù)器，定時或計計數(shù)器，定時或計數(shù)功能。數(shù)功能。5 5、并行、并行I/OI/O口：口：4 4個個8 8位的位的I/OI/O口口P0P0、P1P1、P2P2、P3P3。6 6、串行口：一個全雙工串行口。、串行口：一個全雙工串行口。7 7、中斷控制系統(tǒng)：、中斷控制系統(tǒng)：5 5個中斷源（外中斷個中斷源（外中斷2 2個，定時個，定時/ /計計數(shù)

5、中斷數(shù)中斷2 2個，串行中斷個，串行中斷1 1個）個）8 8、時鐘電路：可產(chǎn)生時鐘脈沖序列，允許晶振頻率、時鐘電路：可產(chǎn)生時鐘脈沖序列，允許晶振頻率6MHZ6MHZ到到12MHZ12MHZu 與與MCS-51MCS-51單片機產(chǎn)品兼容單片機產(chǎn)品兼容u 8K8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程字節(jié)在系統(tǒng)可編程FlashFlash存儲器存儲器u 10001000次擦寫周期次擦寫周期u 全靜態(tài)操作：全靜態(tài)操作：0Hz0Hz33Hz33Hzu 三級加密程序存儲器三級加密程序存儲器u 3232個可編程個可編程I/OI/O口線口線u 3 3個個1616位定時器位定時器/ /計數(shù)器計數(shù)器u 八個中斷源八個中斷源u 一個全雙

6、工一個全雙工UARTUART串行通道串行通道u 低功耗空閑和掉電模式低功耗空閑和掉電模式u 掉電后中斷可喚醒掉電后中斷可喚醒u 雙數(shù)據(jù)指針雙數(shù)據(jù)指針u 掉電標(biāo)識符掉電標(biāo)識符一、AT89S52主要性能：二、MCS-51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)運算器 控制器 三、中央處理器CPUn中央處理器簡稱CPU，是單片機的核心部件，其作用是讀入和分析每條指令，根據(jù)每條指令的功能要求，完成運算和控制操作。n中央處理器包括運算器和控制器兩部分電路。 n1運算器電路 運算器的功能是完成算術(shù)運算、邏輯運算、位變量處理和數(shù)據(jù)傳送等功能，主要由以下五部分組成： n算術(shù)邏輯單元(ALU)：算術(shù)邏輯運算n累加器(ACC)：數(shù)據(jù)和計算結(jié)果

7、多數(shù)要經(jīng)過A累加器n暫存寄存器(TMP1、TMP2)n寄存器B: 與A累加器配合執(zhí)行乘、除運算n程序狀態(tài)字寄存器(PSW)n堆棧寄存器2. 控制器電路控制器電路 控制器向控制器向CPU發(fā)出控制時序，由程序計數(shù)器發(fā)出控制時序，由程序計數(shù)器PC提供將要執(zhí)行的指令所在的存儲單元地提供將要執(zhí)行的指令所在的存儲單元地址，微處理器根據(jù)該地址從內(nèi)存中取出指令址，微處理器根據(jù)該地址從內(nèi)存中取出指令,存入指令寄存器存入指令寄存器IR，經(jīng)過指令譯碼，經(jīng)過指令譯碼ID,并根據(jù)并根據(jù)定時電路產(chǎn)生的時鐘信號向其他部件發(fā)出各定時電路產(chǎn)生的時鐘信號向其他部件發(fā)出各種控制信號，協(xié)調(diào)各部分的工作，完成指令種控制信號，協(xié)調(diào)各部分

8、的工作，完成指令規(guī)定的各種操作。規(guī)定的各種操作。 PCPC存放下一條要執(zhí)行的指令的地址，存放下一條要執(zhí)行的指令的地址，CPUCPU總總是按是按PCPC的值讀取指令并執(zhí)行。的值讀取指令并執(zhí)行。CPUCPU讀取指令讀取指令后后PCPC會自動加會自動加1/21/2，指向下一條指令。，指向下一條指令。 復(fù)位時，復(fù)位時，PC=0000HPC=0000H。2.1 AT89S51單片機的主要特性2.2 單片機的硬件結(jié)構(gòu)2.3 51系列單片機的引腳及功能2.4 單片機的存儲器配置2.5 時鐘電路與CPU時序2.6 單片機的工作方式2.7 單片機最小系統(tǒng) 第二章 單片機的結(jié)構(gòu)一、一、 MCS-51 MCS-51

9、單片機的信號引腳單片機的信號引腳 電源電源 V VCCCC（4040腳）腳）: : 接接+5 V+5 V電源正端電源正端; ; V VSSSS（2020腳）腳）: : 接接+5 V+5 V電源地端。電源地端。 外接晶體引腳外接晶體引腳XTAL1XTAL1和和XTAL2XTAL2 XTAL1 XTAL1（1919腳）腳）: : 接外部石英晶體的接外部石英晶體的一端。一端。 在單片機內(nèi)部在單片機內(nèi)部, , 它是一個反相放大它是一個反相放大器的輸入端器的輸入端, , 這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。器。 當(dāng)采用外部時鐘時當(dāng)采用外部時鐘時, , 對于對于HMOSHMOS單片機單片機

10、, , 該引腳接地該引腳接地; ; 對于對于CHMOSCHMOS單片機單片機, , 該引腳作該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。為外部振蕩信號的輸入端。 1. 電源和時鐘信號（4個） XTAL2 XTAL2（1818腳）腳）: : 接外部晶體的另一接外部晶體的另一端。端。 在單片機內(nèi)部在單片機內(nèi)部, , 接至片內(nèi)振蕩器的反接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。相放大器的輸出端。 當(dāng)采用外部時鐘時當(dāng)采用外部時鐘時, , 對于對于HMOSHMOS單片機單片機, , 該引腳作為外部振蕩信該引腳作為外部振蕩信號的輸入端號的輸入端; ; 對于對于CHMOSCHMOS芯片芯片, , 該引腳懸空該引腳懸空不接。不

11、接。 （1）RST/VPD（9腳）腳）:該引腳為單片機該引腳為單片機的上電復(fù)位或掉電保護端。的上電復(fù)位或掉電保護端。RST即為即為RESET, VPD為備用電源。為備用電源。 （2） （30腳）腳）: 地址鎖存地址鎖存/編程編程 ALE： 當(dāng)訪問外部存儲器時當(dāng)訪問外部存儲器時, ALE（允許（允許地址鎖存信號）以每機器周期兩次的信號地址鎖存信號）以每機器周期兩次的信號輸出輸出, 用于鎖存出現(xiàn)在用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低口的低8位地址。位地址。 PROG： 編程脈沖輸入編程脈沖輸入/ALE PROG2. 2. 控制信號（控制信號（4 4個）個） （3） （29腳）腳）: 片外程序存儲器讀片外程序存

12、儲器讀選通信號輸出端選通信號輸出端, 低電平有效。低電平有效。 （4） （31腳）腳）: 為訪問外部程為訪問外部程序存儲器控制信號。序存儲器控制信號。 EA=0：只能訪問外部程序存儲器。：只能訪問外部程序存儲器。 EA=1：訪問內(nèi)部和外部程序存儲器。：訪問內(nèi)部和外部程序存儲器。 VPP ：EPROM編程電源（編程電源（21V）。）。PSEN/PPEA VEA 引腳引腳P0P0口、口、P1P1口、口、P2P2口及口及P3P3口（每個口口（每個口8 8條線，條線，共共3232條）條）P0P0口（）：作一般口（）：作一般I/OI/O接口或地址（低接口或地址（低8 8位）數(shù)位）數(shù)據(jù)復(fù)用據(jù)復(fù)用P1P1口

13、（）：作一般口（）：作一般I/OI/O接口使用接口使用P2P2口（）：地址（高口（）：地址（高8 8位）或作一般位）或作一般I/OI/O接口接口1.1. P3P3口（）：作一般口（）：作一般I/OI/O接口或第二功能引腳接口或第二功能引腳3. 輸入/輸出（I/O）P3口第2功能表 二、二、MCS-51的的I/O口及功能單元口及功能單元四個8位的并行口，即P0P3：它們均為雙向口，既可作為輸入，又可作為輸出。每個口各有8條I/O線。 有一個全雙工的串行口：P3口的兩個引腳和有2個16位的定時/計數(shù)器 有1套完善的中斷系統(tǒng)。 三總線結(jié)構(gòu)三總線結(jié)構(gòu) 5151系列單片機是總線結(jié)構(gòu)的單片機，總線系列單片

14、機是總線結(jié)構(gòu)的單片機，總線分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。 1 1數(shù)據(jù)總線（數(shù)據(jù)總線（DBDB）：數(shù)據(jù)總線寬度為）：數(shù)據(jù)總線寬度為8 8位，位，由由P0P0口提供?？谔峁?。 2 2地址總線（地址總線（ABAB）：地址總線寬度為）：地址總線寬度為1616位，因此外部存儲器直接尋址范圍為位，因此外部存儲器直接尋址范圍為64K64K，1616位地址總線由位地址總線由P0P0口經(jīng)地址鎖存器提供低口經(jīng)地址鎖存器提供低8 8位地址（位地址（A0A0A7A7），），P2P2口直接提供高口直接提供高8 8位地位地址（址（A8A8A15A15）。）。 3 3控制總線（控制總線

15、（CBCB）：由）：由P3P3口的第二功能口的第二功能狀態(tài)和狀態(tài)和4 4根獨立控制線根獨立控制線RESETRESET、EAEA、PSENPSEN、ALEALE組成。組成。三、三、 MCS-51 MCS-51單片機的應(yīng)用模式單片機的應(yīng)用模式總線型非總線型1.1.總線型單片機應(yīng)用模式總線型單片機應(yīng)用模式總線型應(yīng)用的“三總線”模式（擴展時） 非總線型應(yīng)用的“多I/O”模式 非總線型單片機已經(jīng)將用于外部總線擴展用的非總線型單片機已經(jīng)將用于外部總線擴展用的I/OI/O口線和控制功能線去掉，從而使單片機的口線和控制功能線去掉，從而使單片機的引腳數(shù)減少、體積減小。對于不需進行并行外引腳數(shù)減少、體積減小。對于

16、不需進行并行外圍擴展，裝置的體積要求苛刻且程序量不大的圍擴展，裝置的體積要求苛刻且程序量不大的系統(tǒng)極其適合。非總線型單片機典型產(chǎn)品如：系統(tǒng)極其適合。非總線型單片機典型產(chǎn)品如： AT89C2051/AT89C4051AT89C2051/AT89C4051。該產(chǎn)品的特點是。該產(chǎn)品的特點是低電壓，高性能。具有用軟件設(shè)置的系統(tǒng)睡眠、低電壓，高性能。具有用軟件設(shè)置的系統(tǒng)睡眠、省電功能，需要時可喚醒進入工作狀態(tài)。省電功能，需要時可喚醒進入工作狀態(tài)。 2.非總線型應(yīng)用模式 2.1 AT89S51單片機的主要特性2.2 單片機的硬件結(jié)構(gòu)2.3 51系列單片機的引腳及功能2.4 單片機的存儲器配置2.5 時鐘電

17、路與CPU時序2.6 單片機的工作方式2.7 單片機最小系統(tǒng) 第二章 單片機的結(jié)構(gòu)在物理上設(shè)計成程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩在物理上設(shè)計成程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩個獨立的空間（稱為哈佛結(jié)構(gòu)）：個獨立的空間（稱為哈佛結(jié)構(gòu)）：89S51片內(nèi)有：片內(nèi)有： 內(nèi)部ROM容量4K字節(jié) 范圍是：0000H0FFFH 內(nèi)部RAM容量128字節(jié) 范圍是：00H7FH一、MCS-51的片內(nèi)存儲器二、二、ROMROM和和RAMRAM的區(qū)別的區(qū)別1、ROM 是一種寫入信息后不易改寫的存儲器。斷電后，ROM中的信息保留不變。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。 2、RAM CPU在運行時能隨時進行數(shù)據(jù)的寫

18、入和讀出，但在關(guān)閉電源時，其所存儲的信息將丟失。它用來存放暫時性的輸入輸出數(shù)據(jù)、運算的中間結(jié)果或用作堆棧。51的內(nèi)部存儲器容量較小，應(yīng)用時經(jīng)常需要進行外部存儲器的擴充。三、單片機的存儲器配置三、單片機的存儲器配置 5151系列單片機在物理上分為系列單片機在物理上分為4 4個存儲空間：個存儲空間：片內(nèi)程序存儲器和片外程序存儲器，片內(nèi)數(shù)據(jù)片內(nèi)程序存儲器和片外程序存儲器，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。在邏輯上可分為在邏輯上可分為3 3個存儲空間：個存儲空間： 2、128B（256B）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 3、64KB 外部數(shù)據(jù)存儲器 此外還有21個特殊功能寄存器 邏輯上分為3個存

19、儲空間：內(nèi)外程序存儲器統(tǒng)一編址，內(nèi)外數(shù)據(jù)存儲器分別編址，即： 1、64KB 程序存儲器（內(nèi)部4KB加外部） 四、程序存儲器配置 MCS-51內(nèi)部有4KB的ROM，地址：0000H-0FFFH。當(dāng)EA=1，CPU首先訪問內(nèi)部存儲器，當(dāng)?shù)刂烦^0FFFH時，自動轉(zhuǎn)向外部ROM（地址范圍：1000H-FFFFH）進行訪問。 80318051/87510000H0FFFH1000HFFFFHEA=1內(nèi)部EA=0外部外部PSEN程序存儲器用于存放編好的程序、表格和常數(shù)。片外最多可擴展64K ROM，兩者統(tǒng)一編址。五、數(shù)據(jù)存儲器配置五、數(shù)據(jù)存儲器配置 數(shù)據(jù)存儲器分為內(nèi)外兩部分，數(shù)據(jù)存儲器分為內(nèi)外兩部分，5

20、151單片機內(nèi)部有單片機內(nèi)部有128B RAM128B RAM，地址，地址為為00H00H7FH7FH；片外最多可擴展；片外最多可擴展64 K RAM64 K RAM，地址外，地址外0000H0000HFFFFHFFFFH。 片內(nèi)片外內(nèi)部128B分為三個區(qū)外部可擴充64KB特殊功能寄存器區(qū)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 地址從：地址從：00H 7FH 共共128B。組組通通用用寄寄存存器器區(qū)區(qū)第第0組組通通用用寄寄存存器器區(qū)區(qū)第第1組組通通用用寄寄存存器器區(qū)區(qū)第第2組組通通用用寄寄存存器器區(qū)區(qū)第第3）（位位地地址址位位尋尋址址區(qū)區(qū)FH7H00區(qū)通用RAMH00HFH302FH7共共32個單元，分

21、為個單元，分為4組，每組組，每組有：有：R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7；8個寄存器個寄存器共共16個單元，既可位尋個單元，既可位尋址，又可字節(jié)尋址址，又可字節(jié)尋址共共80個單元，可作數(shù)據(jù)緩個單元，可作數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、堆棧區(qū)和工作單元沖區(qū)、堆棧區(qū)和工作單元 00-1FH: 00-1FH:寄存器區(qū)寄存器區(qū) 20-2FH20-2FH：位尋址區(qū)：位尋址區(qū) 30-7FH30-7FH：用戶區(qū)：用戶區(qū)FH1H20五、特殊功能寄存器（五、特殊功能寄存器（SFRSFR） MCS-51 MCS-51內(nèi)部有內(nèi)部有2222個特殊功能寄存器，包括個特殊功能寄存器，包括PCPC（不（不能尋址）及能尋址）及SF

22、RSFR。 PCPC為程序計數(shù)器。它是一個雙字節(jié)寄存器為程序計數(shù)器。它是一個雙字節(jié)寄存器, ,尋址尋址范圍為范圍為: 0000H FFFFH: 0000H FFFFH，即，即0 64KB0 64KB。 其它其它 2121個特殊功能寄存器單元，它們同內(nèi)部個特殊功能寄存器單元，它們同內(nèi)部RAMRAM的的128128個字節(jié)統(tǒng)一編址，地址范圍是個字節(jié)統(tǒng)一編址，地址范圍是80H80HFFHFFH。這些。這些SFRSFR只用到了只用到了80H80HFFHFFH中的中的2121個字節(jié)單元，且這些單個字節(jié)單元，且這些單元是離散分布的。元是離散分布的。特殊功能寄存器SFR （80H-0FFH） 特殊功能寄存器也

23、稱專用寄存器，是具有特殊功能的所有寄存器的集合，主要用來對片內(nèi)功能模塊進行管理、控制、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器。 應(yīng)用時注意： 1、各個特殊功能寄存器的作用 2、訪問它們時采用的尋址方式 3、哪些SFR可以位尋址SFR特殊功能寄存器地址表特殊功能寄存器地址表1 1、PCPC也為雙字節(jié)寄存器，但是不在也為雙字節(jié)寄存器，但是不在80H-FFH 80H-FFH 范圍內(nèi)（即不可尋址）。范圍內(nèi)（即不可尋址）。 2 2、表中凡地址能被、表中凡地址能被8 8整除的寄存器都是可位尋址整除的寄存器都是可位尋址的寄存器（指這些寄存器既有字節(jié)地址，每一位的寄存器（指這些寄存器既有字節(jié)地址，每一位還有位地址，因此

24、訪問時可以一次讀出一個字節(jié)還有位地址，因此訪問時可以一次讀出一個字節(jié)的內(nèi)容，也可讀出其中某一位的值的內(nèi)容，也可讀出其中某一位的值 注意：1.與運算器相關(guān)的寄存器（3個） 累加器ACC、寄存器B、程序狀態(tài)字寄存器PSW CY AC F0 RS1 RS0 OV / P奇偶標(biāo)志位溢出標(biāo)志位寄存器組選擇位用戶標(biāo)志位輔助進位標(biāo)志位進位標(biāo)志位無定義D0H D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0PSW：程序狀態(tài)字,存放運算結(jié)果的狀態(tài)特征 CY：（1）執(zhí)行算術(shù)運算時，最高位向前 進位或借位時,CY為1；否則，CY為0。 （2）在位操作中,作“位”累加器。 AC: 十進制調(diào)整。當(dāng)?shù)退奈幌蚋咚奈晃贿M 或借

25、位時，AC為1；否則AC為0。 F0： 用戶標(biāo)志位,可以用指令置位或復(fù)位,用 以控制程序的轉(zhuǎn)向。 標(biāo)志位功能： OV:（1)加減運算中,結(jié)果產(chǎn)生溢出,OV=1。 （2)乘法運算中,乘積超過255, OV=1, 表示積存放在B與A中； 否則，OV=0,表示積只存放在A中。 （3)除法運算中,當(dāng)除數(shù)為0時，OV=1， 除法無意義。 P： 累加器A中數(shù)的奇偶性，若A中“1”的個 數(shù)為奇數(shù)，則P=1；否則，P=0。標(biāo)志位功能：標(biāo)志位功能：nRS1和RS0: 用于設(shè)定當(dāng)前通用寄存器的組號。通用寄存器共有4組，這兩個選擇位的狀態(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。 對應(yīng)關(guān)系如表2.2.指

26、針類寄存器（指針類寄存器（2 2個）個） 數(shù)據(jù)指針數(shù)據(jù)指針DPTR(16位位) （ DPH和和DPL ）: 存放片外存儲器地址，作為片外存儲器的存放片外存儲器地址，作為片外存儲器的指針。間接尋址或變址尋址可訪問片外的指針。間接尋址或變址尋址可訪問片外的64KB范圍的范圍的RAM或或ROM數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。 堆棧指針堆棧指針SP（8 8位）位） 堆棧用于保護信息和斷點，堆棧用于保護信息和斷點，MCS-51MCS-51單片機的單片機的堆棧設(shè)在片內(nèi)堆棧設(shè)在片內(nèi)RAMRAM區(qū)。區(qū)。 堆棧操作時，用堆棧指針堆棧操作時，用堆棧指針SPSP指示棧頂?shù)奈恢?，指示棧頂?shù)奈恢茫瑪?shù)據(jù)入棧數(shù)據(jù)入棧/ /出棧時，出棧時，SP

27、SP自動加自動加1/1/減減1 1，其內(nèi)容，其內(nèi)容始終為棧頂?shù)刂贰?fù)位時始終為棧頂?shù)刂?。?fù)位時 SP=07HSP=07H。堆棧是按。堆棧是按“先進后出先進后出”原則存取數(shù)據(jù)的存儲區(qū)。原則存取數(shù)據(jù)的存儲區(qū)。3. 與口相關(guān)的寄存器（7個）并行I/O口P0、P1、P2、P3，均為8位；串行口數(shù)據(jù)緩沖器串行口數(shù)據(jù)緩沖器SBUFSBUF； 串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCONSCON； 串行通訊波特率倍增寄存器串行通訊波特率倍增寄存器PCONPCON（一些位還（一些位還與電源控制相關(guān)，所以又稱為電源控制寄存與電源控制相關(guān)，所以又稱為電源控制寄存器）器）。4.4.與中斷相關(guān)的寄存器（與中斷相關(guān)的寄存器

28、（2 2個）個） 中斷允許控制寄存器中斷允許控制寄存器IEIE； 中斷優(yōu)先級控制寄存器中斷優(yōu)先級控制寄存器IPIP。5.與定時器/計數(shù)器相關(guān)的寄存器（6個） 定時定時/ /計數(shù)器計數(shù)器T0T0的兩個的兩個8 8位計數(shù)初值寄存器位計數(shù)初值寄存器 TH0TH0、TL0TL0，它們可以構(gòu)成，它們可以構(gòu)成1616位的計數(shù)器，位的計數(shù)器， TH0TH0存放高存放高8 8位，位，TL0TL0存放低存放低8 8位；位； 定時定時/ /計數(shù)器計數(shù)器T1T1的兩個的兩個8 8位計數(shù)初值寄存器位計數(shù)初值寄存器 TH1TH1、TL1TL1，它們可以構(gòu)成，它們可以構(gòu)成1616位的計數(shù)器，位的計數(shù)器， TH1TH1存放

29、高存放高8 8位，位，TL1TL1存放低存放低8 8位；位； 定時定時/ /計數(shù)器的工作方式寄存器計數(shù)器的工作方式寄存器TMODTMOD； 定時定時/ /計數(shù)器的控制寄存器計數(shù)器的控制寄存器TCONTCON。六、工作寄存器區(qū)低端32個字節(jié)分成4個工作寄存器組，每組8個單元。PSW的RS1、RS0 決定當(dāng)前工作寄存器組號 寄存器0組 ：地址00H(R0)07H(R7)；寄存器1組 ：地址08H(R0)0FH(R7)；寄存器2組 ：地址10H(R0)17H(R7)；寄存器3組 ：地址18H(R0)1FH(R7)。七、位尋址區(qū)（七、位尋址區(qū)（20H-2FH 20H-2FH 共共1616個字節(jié)，個字節(jié)

30、，00-7FH 00-7FH 共共128128位）位） 注意：位尋址區(qū)既可以字節(jié)尋址，也可以位尋址。尋址時以指令的形式區(qū)分。例如：MOV A，20H；字節(jié)尋址，將20H字節(jié)中8位數(shù)送AMOV C，20H；位尋址，將位地址20H中的一位二 進制數(shù)送位累加器C八、通用RAM區(qū) 位尋址區(qū)之后的位尋址區(qū)之后的30H30H至至7FH7FH共共8080個字節(jié)為通用個字節(jié)為通用RAMRAM區(qū)。這些單元可以作為數(shù)據(jù)緩沖器使用。這一區(qū)。這些單元可以作為數(shù)據(jù)緩沖器使用。這一區(qū)域的操作指令非常豐富，數(shù)據(jù)處理方便靈活。區(qū)域的操作指令非常豐富，數(shù)據(jù)處理方便靈活。 在實際應(yīng)用中，常需在在實際應(yīng)用中，常需在RAMRAM區(qū)設(shè)

31、置堆棧。區(qū)設(shè)置堆棧。MCS-MCS-5151的堆棧一般設(shè)在的堆棧一般設(shè)在30H7FH30H7FH的范圍內(nèi)。的范圍內(nèi)。 堆棧是特殊的存儲區(qū)域。堆棧是特殊的存儲區(qū)域。 堆棧的作用：用于保護斷點和信息。堆棧的作用：用于保護斷點和信息。 堆棧操作遵循堆棧操作遵循“后進先出后進先出”的原則。的原則。 單片機用單片機用SPSP寄存器指示堆棧棧頂?shù)奈恢?。?fù)位時寄存器指示堆棧棧頂?shù)奈恢谩?fù)位時SPSP的初值為的初值為07H07H，為了不占據(jù)寄存器和位尋址區(qū)，在，為了不占據(jù)寄存器和位尋址區(qū)，在系統(tǒng)初始化時可以重新設(shè)置。系統(tǒng)初始化時可以重新設(shè)置。 例如：例如：MOV SPMOV SP，#30H#30H。 將數(shù)據(jù)壓

32、入堆棧稱為入棧操作（將數(shù)據(jù)壓入堆棧稱為入棧操作（PUSHPUSH），操作時，），操作時，SPSP先加先加1 1，數(shù)據(jù)再壓入，數(shù)據(jù)再壓入SPSP指向的單元。指向的單元。 將數(shù)據(jù)從堆棧中取出稱為出棧操作（將數(shù)據(jù)從堆棧中取出稱為出棧操作（POPPOP），先將），先將SPSP指向的單元的數(shù)據(jù)彈出，然后，指向的單元的數(shù)據(jù)彈出，然后，SPSP再減再減1 1，這時，這時SPSP指向的單元是新的棧頂。指向的單元是新的棧頂。 MCS-51MCS-51單片機的堆棧區(qū)是向地址增大的方向生成單片機的堆棧區(qū)是向地址增大的方向生成的。的。MCS-51單片機片外可擴充的數(shù)據(jù)存儲區(qū)最大64KB，地址范圍：0000-FFFFH

33、。片外RAM的地址空間與片內(nèi)RAM的地址在地址低端：0000H-007FH 是重疊的。解決的方法： 采用不同的指令和尋址方式。 如對片內(nèi)RAM傳送指令用MOV，片外用MOVX； 尋址方式方面，片外RAM需要用寄存器間接方式。九、片外數(shù)據(jù)存儲區(qū)2.1 AT89S51單片機的主要特性2.2 單片機的硬件結(jié)構(gòu)2.3 51系列單片機的引腳及功能2.4 單片機的存儲器配置2.5 時鐘電路與CPU時序2.6 單片機的工作方式2.7 單片機最小系統(tǒng) 第二章 單片機的結(jié)構(gòu)一、時鐘電路一、時鐘電路 時鐘是單片機能協(xié)調(diào)工作的時間基準。單時鐘是單片機能協(xié)調(diào)工作的時間基準。單片機所有指令的執(zhí)行，都需要時鐘信號的片機所

34、有指令的執(zhí)行，都需要時鐘信號的支持。支持。 分類：分類： 1. 內(nèi)部方式時鐘電路；內(nèi)部方式時鐘電路； 2. 外部方式時鐘電路。外部方式時鐘電路。1. 內(nèi)部方式的時鐘電路內(nèi)部方式的時鐘電路(時鐘信號在片內(nèi)產(chǎn)生時鐘信號在片內(nèi)產(chǎn)生) 在在MCS- 51芯片內(nèi)部有一芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳，輸出端為引腳XTAL2，在芯片的外部，在芯片的外部通過這兩個引腳跨接晶體通過這兩個引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，電路中的電容反饋電路，電路中的電容一般取一般取30pF左右，而晶左右，而晶體的振

35、蕩頻率范圍通常體的振蕩頻率范圍通常是是12MHz。在由多片單片機組成的系統(tǒng)中，為了各單片機之間時鐘信號的同步，引入唯一的外部脈沖信號作為各單片機的振蕩脈沖。此時，對于HMOS和CHMOS型單片機，外部時鐘電路稍有不同。2. 外部方式時鐘電路HMOSHMOSCHMOSCHMOS二、二、CPU時序時序 CPU CPU的控制實質(zhì)上是一個復(fù)雜的同步控制的控制實質(zhì)上是一個復(fù)雜的同步控制過程，所有操作都需要在時鐘信號的控制下進過程，所有操作都需要在時鐘信號的控制下進行。這些控制信號在時間上的相互關(guān)系就是行。這些控制信號在時間上的相互關(guān)系就是CPUCPU的時序。的時序。 時序可分為兩類：時序可分為兩類： 控

36、制單片機內(nèi)部各部分協(xié)調(diào)工作的時序控制控制單片機內(nèi)部各部分協(xié)調(diào)工作的時序控制信號；信號； 單片機對外部接口電路、外部單片機對外部接口電路、外部RAMRAM和和ROMROM的時的時序控制信號。（要關(guān)注）序控制信號。（要關(guān)注）1. 幾個時序相關(guān)概念幾個時序相關(guān)概念振蕩周期：為單片機提供定時信號的振蕩源的周期，也振蕩周期：為單片機提供定時信號的振蕩源的周期，也就是晶體振蕩器直接產(chǎn)生的振蕩信號的周期。就是晶體振蕩器直接產(chǎn)生的振蕩信號的周期。 時鐘周期（時鐘周期（S S）：對振蕩信號頻率進行）：對振蕩信號頻率進行2 2分頻以后的信號。分頻以后的信號。又稱狀態(tài)周期。是振蕩周期的又稱狀態(tài)周期。是振蕩周期的2

37、2倍。一個時鐘周期分為倍。一個時鐘周期分為P1P1和和P2P2兩個節(jié)拍。兩個節(jié)拍。P1P1節(jié)拍完成算術(shù)邏輯操作，節(jié)拍完成算術(shù)邏輯操作，P2P2節(jié)拍完成節(jié)拍完成內(nèi)部寄存器間數(shù)據(jù)的傳遞。內(nèi)部寄存器間數(shù)據(jù)的傳遞。機器周期：如果把一條指令的執(zhí)行過程分成幾個基本操機器周期：如果把一條指令的執(zhí)行過程分成幾個基本操作，則完成一個基本操作所需的時間稱為機器周期。一作，則完成一個基本操作所需的時間稱為機器周期。一個機器周期由個機器周期由6 6個（個（S1-S6S1-S6）時鐘周期組成。因此，可以）時鐘周期組成。因此，可以得出一個機器周期等于得出一個機器周期等于1212個振蕩周期，這樣，如果我們個振蕩周期，這樣，

38、如果我們給單片機配一個給單片機配一個12MHz12MHz晶振（振蕩周期為晶振（振蕩周期為1/121/12微妙）的微妙）的話，每個機器周期時間就是話，每個機器周期時間就是1 1微妙。微妙。2. 各相時序單位之間的關(guān)系如圖所示各相時序單位之間的關(guān)系如圖所示 指令周期：指令周期是執(zhí)行一條指令所需的全部時間，指令周期：指令周期是執(zhí)行一條指令所需的全部時間，在在MCS-51MCS-51單片機中，一般指令周期都為單片機中，一般指令周期都為1-41-4個機器周期。個機器周期。舉例：已知晶振頻率分別為舉例：已知晶振頻率分別為6MHz6MHz、12MHz12MHz，試分別計算它們的，試分別計算它們的機器周期和指

39、令周期。機器周期和指令周期。解：當(dāng)晶振頻率為解：當(dāng)晶振頻率為6MHz6MHz時：時：機器周期機器周期= =時鐘周期時鐘周期X6=X6=振蕩周期振蕩周期X2X6=X2X6=（1/61/6s s）X12=2 X12=2 s s指令周期指令周期=1-4=1-4個機器周期個機器周期=2-8=2-8s s 當(dāng)晶振頻率為當(dāng)晶振頻率為12MHz12MHz時時機器周期機器周期= =時鐘周期時鐘周期X6=X6=振蕩周期振蕩周期X2X6=X2X6=（1/121/12s s）X12=1X12=1s s指令周期指令周期=1-4=1-4個機器周期個機器周期=1-4=1-4s s幾個時序相關(guān)概念幾個時序相關(guān)概念從指令執(zhí)行

40、時間看從指令執(zhí)行時間看: : 單字節(jié)和雙字節(jié)單字節(jié)和雙字節(jié)指令一般為單機器周期和雙機器周期指令一般為單機器周期和雙機器周期; ; 三字節(jié)指令三字節(jié)指令都是雙機器周期都是雙機器周期; ; 乘、除指令乘、除指令占用占用4 4個機器周期個機器周期。3. 幾種典型的取指幾種典型的取指/執(zhí)行順序執(zhí)行順序 每一條指令的執(zhí)行都包括從程序存儲器取指每一條指令的執(zhí)行都包括從程序存儲器取指令和執(zhí)行指令兩個階段。令和執(zhí)行指令兩個階段。 用戶通過觀察用戶通過觀察OSCOSC（XTAL2XTAL2）和地址鎖存信號引）和地址鎖存信號引腳腳ALEALE端的信號變化可以分析出端的信號變化可以分析出CPUCPU取指令的時序。取

41、指令的時序。 看下圖可以知道，對從看下圖可以知道，對從ALEALE出來的信號分析，出來的信號分析，每個機器周期有兩次每個機器周期有兩次ALEALE有效。信號的寬度為一個有效。信號的寬度為一個S S狀態(tài)。每次狀態(tài)。每次ALEALE有效時有效時CPUCPU就進行一次取指操作，也就進行一次取指操作，也就是在一個機器周期內(nèi)完成兩次取指操作。就是在一個機器周期內(nèi)完成兩次取指操作。MCS - 51 單片機取指單片機取指/執(zhí)行時序執(zhí)行時序指令長度為一個字節(jié)，指令執(zhí)行時間為一個機器周指令長度為一個字節(jié)，指令執(zhí)行時間為一個機器周期。（比如：期。（比如：INCINC A A） 從圖（從圖（a a）中可以看出單字節(jié)

42、單周期指令在機）中可以看出單字節(jié)單周期指令在機器周期的器周期的S1S1狀態(tài)時（第一次狀態(tài)時（第一次ALEALE有效時）執(zhí)行取指有效時）執(zhí)行取指操作，讀取操作碼，即讀取操作，讀取操作碼，即讀取INCINC。在。在S4S4狀態(tài)時（第狀態(tài)時（第二次二次ALEALE有效）還要讀取一個操作碼有效）還要讀取一個操作碼, ,但由于是單但由于是單字節(jié)指令，所以第二次讀取的操作碼被丟掉，且字節(jié)指令，所以第二次讀取的操作碼被丟掉，且程序計數(shù)程序計數(shù)PCPC不加不加1 1。在。在S6P2S6P2結(jié)束時完成此指令的全結(jié)束時完成此指令的全部操作。部操作。（1）單字節(jié)單周期指令：（2 2）雙字節(jié)單周期指令：）雙字節(jié)單周期

43、指令： 指令長度為兩個字節(jié)，指令執(zhí)行時間為一個指令長度為兩個字節(jié)，指令執(zhí)行時間為一個機器周期。（比如：機器周期。（比如：ADDADDA,#dataA,#data） 雙字節(jié)單周期指令與單字節(jié)單周期指令區(qū)別雙字節(jié)單周期指令與單字節(jié)單周期指令區(qū)別是在一個機器周期內(nèi)，雙字節(jié)單周期指令在是在一個機器周期內(nèi)，雙字節(jié)單周期指令在一個周期內(nèi)的兩次讀取操作均有效。二者相一個周期內(nèi)的兩次讀取操作均有效。二者相同之處為均在一個周期內(nèi)完成指令的全部操同之處為均在一個周期內(nèi)完成指令的全部操作。作。 第一次是讀指令操作碼（第一次是讀指令操作碼（ADDADD），第二次是），第二次是讀指令的第二個字節(jié)（就是這里的讀指令的第二

44、個字節(jié)（就是這里的#data#data）。）。同樣，到第一個機器周期的同樣，到第一個機器周期的S6S6狀態(tài)時指令執(zhí)狀態(tài)時指令執(zhí)行完畢。行完畢。 （3 3）單字節(jié)雙周期指令：）單字節(jié)雙周期指令： 指指令的長度為一個字節(jié)，指令的執(zhí)行時間指指令的長度為一個字節(jié)，指令的執(zhí)行時間為兩個機器周期。（比如：為兩個機器周期。（比如：INCINCDPTRDPTR） 單字節(jié)雙周期指令與單字節(jié)單周期指令的區(qū)單字節(jié)雙周期指令與單字節(jié)單周期指令的區(qū)別是執(zhí)行時間增加了一個機器周期。而第一別是執(zhí)行時間增加了一個機器周期。而第一個機器周期的個機器周期的S4S4狀態(tài)和第二個機器周期的狀態(tài)和第二個機器周期的S1S1、S4S4狀態(tài)

45、的讀取操作均被丟掉，且程序計數(shù)器狀態(tài)的讀取操作均被丟掉，且程序計數(shù)器均不增量（主要是由于只有一個字節(jié)操作均不增量（主要是由于只有一個字節(jié)操作碼）。在第二個機器周期的碼）。在第二個機器周期的S6P2S6P2狀態(tài)完成指狀態(tài)完成指令的全部操作。令的全部操作。（4 4）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器指令）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器指令MOVXMOVX時序時序 MOVX是一條單字節(jié)雙周期指令，它與是一條單字節(jié)雙周期指令，它與一般的單字節(jié)雙周期指令的時序有些不同，一般的單字節(jié)雙周期指令的時序有些不同，它在第一個機器周期的它在第一個機器周期的S1狀態(tài)讀取操作碼。狀態(tài)讀取操作碼。在在S4狀態(tài)讀取的下一個操作碼被丟掉，在狀態(tài)讀取的

46、下一個操作碼被丟掉，在S5狀態(tài)開始送出片外數(shù)據(jù)存儲器的地址后，進狀態(tài)開始送出片外數(shù)據(jù)存儲器的地址后，進行讀行讀/寫數(shù)據(jù)。此時，寫數(shù)據(jù)。此時，ALE無信號輸出，因此無信號輸出，因此在第二個機器周期的在第二個機器周期的S1、S2狀態(tài)不產(chǎn)生取指狀態(tài)不產(chǎn)生取指操作；在第二個機器周期的操作；在第二個機器周期的S6P2狀態(tài)完成指狀態(tài)完成指令的全部操作。令的全部操作。2.1 AT89S51單片機的主要特性2.2 單片機的硬件結(jié)構(gòu)2.3 51系列單片機的引腳及功能2.4 單片機的存儲器配置2.5 時鐘電路與CPU時序2.6 單片機的工作方式2.7 單片機最小系統(tǒng) 第二章 單片機的結(jié)構(gòu)2.6 單片機的工作方式單

47、片機的工作方式5151單片機的工作方式有：單片機的工作方式有： 復(fù)位復(fù)位 程序執(zhí)行程序執(zhí)行 低功耗低功耗 編程和校驗編程和校驗其中編程和校驗方式只是針對其中編程和校驗方式只是針對EPROMEPROM以及以及E2PROME2PROM型芯片。型芯片。 一、復(fù)位方式一、復(fù)位方式只要給只要給 RESETRESET引腳加上引腳加上2 2個機器周期以上的個機器周期以上的高電平信號，就可以使單片機復(fù)位。主要高電平信號，就可以使單片機復(fù)位。主要是為了把是為了把PCPC初始化為初始化為0000H0000H，使單片機從，使單片機從0000H0000H單元開始執(zhí)行程序。（在程序死機的單元開始執(zhí)行程序。（在程序死機的

48、時候，只要按復(fù)位鍵就可以重新啟動）時候，只要按復(fù)位鍵就可以重新啟動）二、程序執(zhí)行方式二、程序執(zhí)行方式程序執(zhí)行方式是單片機的基本工作方式。由程序執(zhí)行方式是單片機的基本工作方式。由于復(fù)位后于復(fù)位后PC=0000HPC=0000H，因此程序執(zhí)行總是從地，因此程序執(zhí)行總是從地址址0000H0000H開始的。但一般程序并不是真正從開始的。但一般程序并不是真正從0000H0000H開始，而是在開始，而是在0000H0000H開始的單元地址里開始的單元地址里存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便跳轉(zhuǎn)到實際存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便跳轉(zhuǎn)到實際程序的入口地址（設(shè)從程序的入口地址（設(shè)從0030H0030H開始）開始） ORGORG 0000H0000HLJMPLJMP START STARTORG 0030H ORG 0030H STARTSTART：0000H地址是單片機復(fù)位時的值，從0000H 開始執(zhí)行程序。其他個地址是單片機相應(yīng)不同的中斷時，所跳向?qū)?yīng)的入口地址。該表也叫中斷向量表或稱中斷向量。由于這個中斷向量地址的存在，所以在寫程序時，這些地址不要占用。三、低功耗工作方式三、低功耗工作方式AT89S51單片機有兩種低功耗節(jié)電工作模