MCS51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理

1、第第2 2章章 MCS-51MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理2.1 MCS-51單片機(jī)的基本組成單片機(jī)的基本組成2.1.1 MCS-51單片機(jī)的基本組成單片機(jī)的基本組成基本型（基本型（8051子系列）：子系列）：8031 8051 89C51 89S51增強(qiáng)型（增強(qiáng)型（8052子系列）：子系列）：8032 8052 89C52 89S52MCS-51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)框圖單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)框圖 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下： 1. 1. 中央處理器（中央處理器（CPUCPU）（1 1）運(yùn)算器）運(yùn)算器 組成：組成： 8 8位算術(shù)邏輯運(yùn)算

2、單元位算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALUALU（Arithmetic Logic UnitArithmetic Logic Unit）、）、 8 8位累加器位累加器A A（AccumulatorAccumulator）、）、 8 8位寄存器位寄存器B B、 程序狀態(tài)字寄存器程序狀態(tài)字寄存器PSWPSW（Program Status WordProgram Status Word）、）、 8 8位暫存寄存器位暫存寄存器TMP1TMP1和和TMP2TMP2等。等。 功能：完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。功能：完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。包括運(yùn)算器和控制器兩部分包括運(yùn)算器和控制器兩部分運(yùn)運(yùn)算算電電路路（2 2）控制器）控制

3、器組成：組成：程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器PCPC（Program CounterProgram Counter）、）、指令寄存器指令寄存器IRIR（Instruction RegisterInstruction Register）、）、指令譯碼器指令譯碼器IDID（Instruction DecoderInstruction Decoder）、）、堆棧指針堆棧指針SPSP、數(shù)據(jù)指針、數(shù)據(jù)指針DPTRDPTR、定時(shí)控制邏輯和振蕩器、定時(shí)控制邏輯和振蕩器OSCOSC等電路。等電路。功能：功能：CPUCPU根據(jù)根據(jù)PCPC中的地址將欲執(zhí)行指令的指令碼從存儲(chǔ)器中取出，中的地址將欲執(zhí)行指令的指令碼從存儲(chǔ)器中取

4、出，存放在存放在IRIR中，中，IDID對(duì)對(duì)IRIR中的指令碼進(jìn)行譯碼，定時(shí)控制邏輯中的指令碼進(jìn)行譯碼，定時(shí)控制邏輯在在OSCOSC配合下對(duì)配合下對(duì)IDID譯碼后的信號(hào)進(jìn)行分時(shí)，以產(chǎn)生執(zhí)行本條譯碼后的信號(hào)進(jìn)行分時(shí)，以產(chǎn)生執(zhí)行本條指令所需的全部信號(hào)。指令所需的全部信號(hào)?？刂破麟娐房刂破麟娐?、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器8031和和8032內(nèi)部沒有內(nèi)部沒有ROM；8051內(nèi)部有內(nèi)部有4KB的的ROM，8751內(nèi)部有內(nèi)部有4KB的的EPROM；8052內(nèi)部有內(nèi)部有8KB的的ROM，8752內(nèi)部有內(nèi)部有8KB的的EPROM； 8951內(nèi)部有內(nèi)部有4KB的的Flash ROM，8952內(nèi)部有內(nèi)部有8

5、KB的的Flash ROM。 8031內(nèi)部無程序存儲(chǔ)器內(nèi)部無程序存儲(chǔ)器ROM；8051內(nèi)部設(shè)有內(nèi)部設(shè)有4K的掩膜的掩膜ROM，8751內(nèi)部為內(nèi)部為PROM，AT89C51內(nèi)部為內(nèi)部為Flash ROM，AT89S51內(nèi)部則是內(nèi)部則是4K字節(jié)的支持字節(jié)的支持ISP的的Flash。51增強(qiáng)型產(chǎn)品存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量為基本型的一倍，增強(qiáng)型產(chǎn)品存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量為基本型的一倍，同時(shí)增加了一個(gè)定時(shí)器同時(shí)增加了一個(gè)定時(shí)器T2和一個(gè)中斷源和一個(gè)中斷源 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器內(nèi)部程序存儲(chǔ)器3、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部RAM）Internal RAM基本型單片機(jī)芯片中共有基本型單片機(jī)芯片中共有256個(gè)個(gè)RA

6、M單元單元低低128單元：用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)，供用戶使用單元：用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)，供用戶使用高高128單元：被專用寄存器占用單元：被專用寄存器占用增強(qiáng)型的單片機(jī)內(nèi)部共有增強(qiáng)型的單片機(jī)內(nèi)部共有256個(gè)字節(jié)的個(gè)字節(jié)的RAM可供用戶使用?？晒┯脩羰褂?。內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器4、定時(shí)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器基本型的單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)基本型的單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)16位的定時(shí)器位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 T0、T1增強(qiáng)型的單片機(jī)內(nèi)部有三個(gè)增強(qiáng)型的單片機(jī)內(nèi)部有三個(gè)16位的定時(shí)器位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器T0、T1、T2 定時(shí)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器5、并行、并行I/O口口共有共有4個(gè)個(gè)8位的位的I/O口（口（

7、 ），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出的并行輸入輸出0P1P2P3P并行并行I/O口口6、串行口、串行口全雙工串行口，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他數(shù)據(jù)設(shè)備之間的串行全雙工串行口，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他數(shù)據(jù)設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送串行口串行口7、中斷控制系統(tǒng)、中斷控制系統(tǒng)80C51共有共有5個(gè)中斷源：個(gè)中斷源：外中斷外中斷2個(gè)，定時(shí)個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷計(jì)數(shù)中斷2個(gè)，串行中斷個(gè)，串行中斷1個(gè)個(gè)5個(gè)中斷分為高級(jí)和低級(jí)共兩個(gè)優(yōu)先級(jí)別個(gè)中斷分為高級(jí)和低級(jí)共兩個(gè)優(yōu)先級(jí)別中斷控制系統(tǒng)中斷控制系統(tǒng)8、時(shí)鐘電路、時(shí)鐘電路MCS-51芯片的內(nèi)部有時(shí)鐘電路，需外接石英晶體和微調(diào)電容芯片的內(nèi)部有時(shí)鐘電路，需外接石英晶體和微調(diào)

8、電容時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路9、位處理器、位處理器又稱布爾處理器，單片機(jī)有較強(qiáng)的位處理功能，用于控制又稱布爾處理器，單片機(jī)有較強(qiáng)的位處理功能，用于控制10、總線、總線總線把上述部件連接起來，構(gòu)成一個(gè)完整的單片機(jī)系統(tǒng)，總線把上述部件連接起來，構(gòu)成一個(gè)完整的單片機(jī)系統(tǒng)，用于傳送地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)用于傳送地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)2.1.2 MCS-51單片機(jī)的封裝與信號(hào)引腳單片機(jī)的封裝與信號(hào)引腳 1. 芯片封裝形式芯片封裝形式雙列直插式雙列直插式DIP（Dual In line Package）44引腳方形扁平式引腳方形扁平式QFP（Quad Flat Package）帶引線的塑料芯片載體帶引

9、線的塑料芯片載體PLCC（Plastic Leaded chip carrier） 2. 芯片引腳介紹芯片引腳介紹（1）分類）分類主電源引腳主電源引腳VCC和和VSS外接晶振引腳外接晶振引腳XTAL1和和XTAL2控制或電源復(fù)用引腳控制或電源復(fù)用引腳RST/ VPD、ALE/PROGEA/VPP、PSEN輸入輸入/輸出引腳輸出引腳(共共32根根) P0、P1、P2、P34）EA 訪問程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)訪問程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)EA =0，讀外部程序存儲(chǔ)器，讀外部程序存儲(chǔ)器1，讀內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，并延續(xù)至外部程序存儲(chǔ)器，讀內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，并延續(xù)至外部程序存儲(chǔ)器2) XTAL1和和XTAL2 外接晶體引

10、線端外接晶體引線端當(dāng)使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，用于外接石英晶體和微調(diào)電容當(dāng)使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，用于外接石英晶體和微調(diào)電容當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)1） Vss 地線地線 Vcc 電源線電源線3）RST 復(fù)位信號(hào)復(fù)位信號(hào)當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)即為有個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位操作。效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位操作。7）輸入）輸入/輸出口線輸出口線4個(gè)個(gè)8位雙向口線位雙向口線5）ALE 地址鎖存控制信號(hào)地址鎖存控制信號(hào) 在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，用于控制把在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，用于控制把P0口輸出的低口輸出的低8位地

11、址位地址 送入鎖存器鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分送入鎖存器鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分 時(shí)傳送。時(shí)傳送。 輸出六分之一晶振頻率的固定頻率輸出正脈沖輸出六分之一晶振頻率的固定頻率輸出正脈沖6） 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)PSEN在讀外部在讀外部ROM時(shí)時(shí) PSEN 有效（低電平），實(shí)現(xiàn)外部有效（低電平），實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。單元的讀操作。3、芯片引腳的第二功能、芯片引腳的第二功能（1）P3口的第二功能口的第二功能（2）EPROM存儲(chǔ)器程序固化所需要的信號(hào)存儲(chǔ)器程序固化所需要的信號(hào)PROG：編程脈沖：編程脈沖Vpp: 編程電壓（編程電壓（25V）（3）備用

12、電源引入）備用電源引入VPD：當(dāng)電源發(fā)生故障時(shí)，當(dāng)電源發(fā)生故障時(shí)，電壓降低到下限值時(shí)，電壓降低到下限值時(shí)，備用電源經(jīng)此端向內(nèi)備用電源經(jīng)此端向內(nèi)部部RAM提供電壓，以提供電壓，以保護(hù)內(nèi)部保護(hù)內(nèi)部RAM中的信中的信息不丟失息不丟失第一功能與第二功能的區(qū)分：第一功能與第二功能的區(qū)分：1）P3口線按需要優(yōu)先選用第二功能，剩下不用的才作為口口線按需要優(yōu)先選用第二功能，剩下不用的才作為口 線使用線使用2）對(duì)于）對(duì)于9、30、31引腳：引腳：由于單片機(jī)在不同工作方式的信號(hào)，不會(huì)發(fā)生使用上的由于單片機(jī)在不同工作方式的信號(hào)，不會(huì)發(fā)生使用上的矛盾矛盾2.2 MCS-512.2 MCS-51單片機(jī)并行單片機(jī)并行I/

13、OI/O端口電路端口電路I/OI/O口口P P0 0、P P1 1、P P2 2、P P3 3集數(shù)據(jù)輸入緩沖、數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動(dòng)及鎖集數(shù)據(jù)輸入緩沖、數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動(dòng)及鎖存等多項(xiàng)功能于一體存等多項(xiàng)功能于一體截截止止01111.P1.P1 1口口輸出輸出1內(nèi)有電阻，輸內(nèi)有電阻，輸出時(shí)無需外接出時(shí)無需外接上拉電阻上拉電阻8 8位口線的電路完全相同但相互獨(dú)立位口線的電路完全相同但相互獨(dú)立導(dǎo)導(dǎo)通通1000輸出輸出0輸入時(shí)要區(qū)分：輸入時(shí)要區(qū)分：讀引腳（讀引腳（P1.x）指令：）指令：MOV A, P1 MOV C, P1.x讀端口（讀端口（Q）指令：）指令：ANL P1, #0FH CPL P1.x導(dǎo)導(dǎo)通通1000

14、讀引腳時(shí)，當(dāng)數(shù)據(jù)線輸出為讀引腳時(shí)，當(dāng)數(shù)據(jù)線輸出為0時(shí)可能會(huì)讀到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)時(shí)可能會(huì)讀到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)導(dǎo)通的場(chǎng)效應(yīng)管則將輸入設(shè)備的高電平導(dǎo)通的場(chǎng)效應(yīng)管則將輸入設(shè)備的高電平1下拉到低電平下拉到低電平0，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成短路，損壞設(shè)備嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成短路，損壞設(shè)備 截截止止0111P P1 1口作輸入口使用時(shí)，先向鎖存器寫入口作輸入口使用時(shí)，先向鎖存器寫入1 1，使輸出驅(qū)動(dòng)，使輸出驅(qū)動(dòng)電路的電路的FETFET截止截止2.P2.P2 2口口可作通用可作通用I/OI/O口使用，也可作地址輸出口使用口使用，也可作地址輸出口使用3. P3. P3 3口口可作通用可作通用I/OI/O口使用，而第二功能更重要口使用，而第

15、二功能更重要作為一般輸出口（第一輸出功能）使用時(shí)作為一般輸出口（第一輸出功能）使用時(shí) 1打開打開作為一般輸出口（第一輸出功能）使用時(shí)作為一般輸出口（第一輸出功能）使用時(shí) 1打開打開當(dāng)選擇第二輸出功能時(shí)，當(dāng)選擇第二輸出功能時(shí)， 1打開打開作為一般輸入口（第一輸入功能）使用時(shí)作為一般輸入口（第一輸入功能）使用時(shí) 110截止截止作為一般輸入口（第一輸入功能）使用時(shí)作為一般輸入口（第一輸入功能）使用時(shí) 或第二輸入功能時(shí)或第二輸入功能時(shí) 110截止截止4.P4.P0 0口口（1）P0口作為通用的口作為通用的I/O口使用口使用P0P0口作通用口作通用I/OI/O口口輸出輸出使用使用0封鎖封鎖0截截止止P0

16、P0口作通用口作通用I/OI/O口口輸出輸出使用使用0封鎖封鎖0截截止止11001截截止止P0P0口作通用口作通用I/OI/O口口輸出輸出使用使用0封鎖封鎖0截截止止00110導(dǎo)導(dǎo)通通P0P0口作通用口作通用I/OI/O口口輸入輸入使用使用0封鎖封鎖0截截止止讀讀引引腳腳讀鎖存器讀鎖存器（2）P0口作為地址口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用數(shù)據(jù)總線使用 1打開打開傳送地址或數(shù)據(jù)時(shí)傳送地址或數(shù)據(jù)時(shí)1打開打開110導(dǎo)導(dǎo)通通截截止止10傳送地址或數(shù)據(jù)時(shí)傳送地址或數(shù)據(jù)時(shí)1打開打開001導(dǎo)導(dǎo)通通截截止止01輸入數(shù)據(jù)信息時(shí)輸入數(shù)據(jù)信息時(shí)截截止止0負(fù)載能力負(fù)載能力P0 P0 驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)8 8個(gè)個(gè)TTLTTLP1P1、P

17、2P2、P2 P2 驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)4 4個(gè)個(gè)TTLTTL2.3 MCS-51單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) MCS-51單片機(jī)存儲(chǔ)器地址空間分配圖單片機(jī)存儲(chǔ)器地址空間分配圖 內(nèi)部存儲(chǔ)器內(nèi)部存儲(chǔ)器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM內(nèi)部程序存儲(chǔ)器內(nèi)部程序存儲(chǔ)器ROM低低128單元單元高高128單元單元2.3.1 程序存儲(chǔ)器（ROMROM）n 類型類型腌膜腌膜ROMROMEPROMEPROMEEPROMEEPROMFlash ROMFlash ROMn 片內(nèi)尋址范圍片內(nèi)尋址范圍EA=1EA=1時(shí)：時(shí)： （否則（否則64KB64KB全部限定在片外全部限定在片外) )5151系列，系列，4KB4KB，0

18、000H 0000H 0FFFH 0FFFH5252系列，系列，8KB8KB，0000H 0000H 1FFFH 1FFFHn 一組特殊單元一組特殊單元RESET RESET 地址：地址： 0000H0000H1.1. 中斷向量：中斷向量：0003H 0003H 000AH 000AH外部中斷外部中斷（INT0INT0）地址區(qū)地址區(qū) 000BH 000BH 0012H 0012H定時(shí)器定時(shí)器/ /計(jì)數(shù)器中斷計(jì)數(shù)器中斷（T0T0）地址區(qū)地址區(qū) 0013H 0013H 001AH 001AH外部中斷外部中斷（INT1INT1）地址區(qū)地址區(qū) 001BH 001BH 0022H 0022H定時(shí)器定時(shí)器

19、/ /計(jì)數(shù)器中斷計(jì)數(shù)器中斷（T1T1）地址區(qū)地址區(qū)0023H 0023H 002AH 002AH串行中斷串行中斷（SerialSerial）地址區(qū)地址區(qū)中斷響應(yīng)后，系統(tǒng)能按中斷種類，自動(dòng)轉(zhuǎn)到各中斷區(qū)的首中斷響應(yīng)后，系統(tǒng)能按中斷種類，自動(dòng)轉(zhuǎn)到各中斷區(qū)的首地址去執(zhí)行程序地址去執(zhí)行程序但但8個(gè)單元難以存下一個(gè)完整的中斷服務(wù)程序，個(gè)單元難以存下一個(gè)完整的中斷服務(wù)程序，故一般在中斷地址區(qū)首地址開始存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令故一般在中斷地址區(qū)首地址開始存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令JMP、 AJMP以便中斷響應(yīng)后，通過中斷地址區(qū)，轉(zhuǎn)到以便中斷響應(yīng)后，通過中斷地址區(qū)，轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序的實(shí)際入口地址去中斷服務(wù)程序的實(shí)際入

20、口地址去系統(tǒng)復(fù)位后，（系統(tǒng)復(fù)位后，（PC）=0000H單片機(jī)從單片機(jī)從0000H單元開始取指令執(zhí)行程序單元開始取指令執(zhí)行程序一般在這三個(gè)單元中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令一般在這三個(gè)單元中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令 JMP、 AJMP2.3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器MOV指令指令MOVX指令指令用于存放運(yùn)算的中間用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果、標(biāo)志位以及數(shù)結(jié)果、標(biāo)志位以及數(shù)據(jù)的暫存和緩沖等據(jù)的暫存和緩沖等 1. 基本基本RAM區(qū)區(qū)按用途分三個(gè)區(qū)按用途分三個(gè)區(qū)通用寄存器區(qū)通用寄存器區(qū)位尋址區(qū)位尋址區(qū)用戶用戶RAM區(qū)區(qū)（1）工作寄存器區(qū)（）工作寄存器區(qū)（001FH） 30H2FH00H20H1FH7FH通用寄存器區(qū)

21、(4組)位尋址區(qū)128bit00H7FH堆棧/數(shù)據(jù)緩沖區(qū)80Byte16Byte32Byte4組工作寄存器組組工作寄存器組地址范圍：地址范圍：00H1FH，共4組，每組R0R7。當(dāng)前寄存器組選擇：當(dāng)前寄存器組選擇：通過設(shè)置PSW中的位 RS1、RS0完成。僅當(dāng)前R組以寄存器方式工作,其他組以存儲(chǔ)器方式功能：功能：存放常用變量，提高訪問速度;在中斷或程序調(diào)用時(shí)使用，可減少堆棧中的數(shù)據(jù)保護(hù)30H2FH07H00H20H1FH7FHR3組R2組R1組R0組位尋址區(qū)128bit00H7FH堆棧/數(shù)據(jù)緩沖區(qū)80Byte16ByteRS1 RS011100100工作寄存器組設(shè)置參數(shù)30H2FH00H20H

22、1FH7FH通用寄存器區(qū)(4組)位尋址區(qū)堆棧/數(shù)據(jù)緩沖區(qū)80Byte16Byte(128bit)32Byte00H7FH（2）位尋址區(qū)）位尋址區(qū)（16Byte）地址范圍：地址范圍：20H2FH對(duì)應(yīng)位地址：對(duì)應(yīng)位地址：00H7FH功能功能可進(jìn)行位操作，設(shè)置用戶標(biāo)志未作位操作單元，可進(jìn)行字節(jié)操作30H2FH00H20H1FH7FH通用寄存器區(qū)(4組)位尋址區(qū)堆棧/數(shù)據(jù)緩沖區(qū)80Byte16Byte(128bit)32Byte00H7FH（3）堆棧）堆棧/用戶數(shù)據(jù)區(qū)用戶數(shù)據(jù)區(qū)地址范圍：地址范圍：30H7FH功能功能程序堆棧區(qū)常選高端連續(xù)地址（如：50H7FH）用戶數(shù)據(jù)區(qū)2.特殊功能寄存器（SFRSF

23、R）高128單元地址范圍：地址范圍：物理地址分布在80HFFH中；未作定義單元，操作無效。數(shù)量：數(shù)量：51系列共有SFR 21個(gè)，如圖； 52系列SFR 26個(gè)。操作方式：操作方式：訪問時(shí)，可用寄存器符號(hào)或地址；字節(jié)操作位操作（表中帶*號(hào)的SFR）專用寄存器簡(jiǎn)介專用寄存器簡(jiǎn)介1. 程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器 （Program Counter）16位計(jì)數(shù)器，尋址范圍64KB；存放下一條要執(zhí)行的指令的地址；自動(dòng)加1，保證指令順序執(zhí)行；PC無地址，不能直接操作。2. 累加器累加器A（AccAccumulator）8位寄存器 （The most versatile使用頻率最高 register)3. B寄存

24、器寄存器8位寄存器，用于乘除運(yùn)算。也可作一般數(shù)據(jù)寄存器 。專用寄存器簡(jiǎn)介專用寄存器簡(jiǎn)介返回本節(jié)4. 數(shù)據(jù)指針數(shù)據(jù)指針DPTR（Data Pointer）16位寄存器，尋址范圍64KB;由兩個(gè)8位寄存器（DPH DPL）組成；用于存放ROM及片外RAM地址。如：MOV DPTR,#2000H（無符號(hào)數(shù)）（無符號(hào)數(shù)）5 程序狀態(tài)字（程序狀態(tài)字（Program Status Word） 8位寄存器，存放指令執(zhí)行的狀態(tài)信息。堆棧只允許在其一端進(jìn)行數(shù)據(jù)插入和數(shù)據(jù)刪除操作的線性表堆棧只允許在其一端進(jìn)行數(shù)據(jù)插入和數(shù)據(jù)刪除操作的線性表數(shù)據(jù)寫入堆棧稱為插入運(yùn)算（入棧），數(shù)據(jù)寫入堆棧稱為插入運(yùn)算（入棧），PUSH

25、從堆棧中讀出數(shù)據(jù)稱為刪除運(yùn)算（出棧），從堆棧中讀出數(shù)據(jù)稱為刪除運(yùn)算（出棧），POP堆棧的特點(diǎn)：后進(jìn)先出堆棧的特點(diǎn)：后進(jìn)先出 LIFO（Last-In Firt-Out)（1）堆棧的功用）堆棧的功用堆棧是為子程序調(diào)用和中斷操作而設(shè)立的堆棧是為子程序調(diào)用和中斷操作而設(shè)立的功能功能保護(hù)斷點(diǎn)：調(diào)用子程序時(shí)或中斷服務(wù)之前先把主程序保護(hù)斷點(diǎn)：調(diào)用子程序時(shí)或中斷服務(wù)之前先把主程序 的斷點(diǎn)保護(hù)起來的斷點(diǎn)保護(hù)起來保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)：轉(zhuǎn)子程序或中斷服務(wù)程序前把有關(guān)寄存單保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)：轉(zhuǎn)子程序或中斷服務(wù)程序前把有關(guān)寄存單 元的內(nèi)容保存起來元的內(nèi)容保存起來6 堆棧指針堆棧指針 SP（Stack Pointer）（2）堆棧的開辟）堆

26、棧的開辟堆棧開辟在芯片的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，即內(nèi)堆棧堆棧開辟在芯片的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，即內(nèi)堆棧內(nèi)堆棧優(yōu)點(diǎn)：操作速度快內(nèi)堆棧優(yōu)點(diǎn)：操作速度快缺點(diǎn)：容量有限缺點(diǎn)：容量有限（3）堆棧指示器）堆棧指示器SP（Stack Pointer）8位專用寄存器位專用寄存器 SP的內(nèi)容就是堆棧的內(nèi)容就是堆棧棧頂棧頂?shù)牡拇鎯?chǔ)單元地址存儲(chǔ)單元地址系統(tǒng)復(fù)位后，系統(tǒng)復(fù)位后，SP的內(nèi)容為的內(nèi)容為07H07H是是R7的地址，的地址，一般用一般用30H7FH單元比較好單元比較好30H2FH00H20H1FH7FH通用寄存器區(qū)(4組)位尋址區(qū)128bit00H7FH堆棧/數(shù)據(jù)緩沖區(qū)80Byte16Byte32Byte（4）堆棧類型

27、）堆棧類型兩種類型兩種類型向上生長(zhǎng)型向上生長(zhǎng)型向下生長(zhǎng)型向下生長(zhǎng)型進(jìn)棧操作：先進(jìn)棧操作：先SP加加1，后寫入數(shù)據(jù)，后寫入數(shù)據(jù)出棧操作：先讀出數(shù)據(jù)，后出棧操作：先讀出數(shù)據(jù)，后SP減減1進(jìn)棧操作：先進(jìn)棧操作：先SP減減1，后寫入數(shù)據(jù)，后寫入數(shù)據(jù)出棧操作：先讀出數(shù)據(jù)，后出棧操作：先讀出數(shù)據(jù)，后SP加加15、堆棧使用方式、堆棧使用方式兩種使用方式兩種使用方式自動(dòng)方式：即在調(diào)用子程序或中斷時(shí)，自動(dòng)方式：即在調(diào)用子程序或中斷時(shí)， 返回地址（斷點(diǎn)）自動(dòng)進(jìn)棧，返回地址（斷點(diǎn)）自動(dòng)進(jìn)棧， 程序返回時(shí)，斷點(diǎn)再自動(dòng)彈程序返回時(shí)，斷點(diǎn)再自動(dòng)彈 回回PC指令方式：即使用專用的堆棧操作指令，指令方式：即使用專用的堆棧操作

28、指令， 進(jìn)行進(jìn)出棧操作進(jìn)行進(jìn)出棧操作 進(jìn)棧指令進(jìn)棧指令 PUSH 出棧指令出棧指令 POP堆棧的操作堆棧的操作保護(hù)恢復(fù)斷點(diǎn)，保護(hù)恢復(fù)斷點(diǎn)，SP自動(dòng)加自動(dòng)加1或減或減1；入棧入棧PUSH ACCPUSH B出棧出棧POP B ；后入先出；后入先出PUSH ACC2.4 MCS-51單片機(jī)的時(shí)鐘電路與時(shí)序單片機(jī)的時(shí)鐘電路與時(shí)序時(shí)鐘電路：時(shí)鐘電路：產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)時(shí)序：時(shí)序：指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互時(shí)間關(guān)系指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互時(shí)間關(guān)系2.4.1 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路1. 振蕩電路振蕩電路C1、C2：30pF晶振頻率：晶振頻率：1.2MHz33MHz40

29、MHzPD電源控制寄存器電源控制寄存器PCON.1的掉電方式位的掉電方式位PD=0正常工作，正常工作，PD=1進(jìn)入掉電工作方式進(jìn)入掉電工作方式XTAL2XTAL1SSV外部時(shí)鐘XTAL2XTAL1SSV浮空外部時(shí)鐘圖圖2.4.2 HMOS工藝器件外部時(shí)鐘方式工藝器件外部時(shí)鐘方式圖圖2.4.3 CHMOS工藝器件外部時(shí)鐘方式工藝器件外部時(shí)鐘方式外接脈沖的要求：高低電平持續(xù)時(shí)間大于外接脈沖的要求：高低電平持續(xù)時(shí)間大于20ns， 脈沖頻率小于脈沖頻率小于12MHz2.分頻電路分頻電路振蕩信號(hào)并不能直接為單片機(jī)所用，而要進(jìn)行分頻，經(jīng)振蕩信號(hào)并不能直接為單片機(jī)所用，而要進(jìn)行分頻，經(jīng)分頻后才能得到單片機(jī)各

30、種相關(guān)的時(shí)鐘信號(hào)分頻后才能得到單片機(jī)各種相關(guān)的時(shí)鐘信號(hào)2.4.2 時(shí)序時(shí)序四個(gè)有關(guān)的單位：四個(gè)有關(guān)的單位：振蕩周期、狀態(tài)周期、機(jī)器周期、指令周期振蕩周期、狀態(tài)周期、機(jī)器周期、指令周期1、振蕩周期、振蕩周期P拍節(jié)定義：拍節(jié)定義：震蕩脈沖的周期。用震蕩脈沖的周期。用“P”表示表示時(shí)序：時(shí)序：指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互時(shí)間關(guān)系指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互時(shí)間關(guān)系P時(shí)鐘信號(hào)的周期定義為時(shí)鐘信號(hào)的周期定義為狀態(tài)狀態(tài)，用，用“S”表示表示一個(gè)狀態(tài)包含兩個(gè)拍節(jié)：一個(gè)狀態(tài)包含兩個(gè)拍節(jié)：前半周期對(duì)應(yīng)的拍節(jié)叫前半周期對(duì)應(yīng)的拍節(jié)叫拍節(jié)拍節(jié)1（P1）后半周期對(duì)應(yīng)的拍節(jié)叫后半周期對(duì)應(yīng)的拍節(jié)叫拍節(jié)拍節(jié)2（P2）2、時(shí)鐘周期

31、、時(shí)鐘周期SS3. 機(jī)器周期：完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間機(jī)器周期：完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間一個(gè)機(jī)器周期的寬度為一個(gè)機(jī)器周期的寬度為6個(gè)狀態(tài)：個(gè)狀態(tài)：S1S6一個(gè)機(jī)器周期總共有一個(gè)機(jī)器周期總共有12個(gè)拍節(jié)：個(gè)拍節(jié)： S1P1，S1P2，S6P2當(dāng)震蕩脈沖頻率為當(dāng)震蕩脈沖頻率為12MHz時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為1s當(dāng)震蕩脈沖頻率為當(dāng)震蕩脈沖頻率為6MHz時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為2s4、指令周期、指令周期執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間稱為指令周期執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間稱為指令周期指令周期以機(jī)器周期的數(shù)目來表示，包括：指令周期以機(jī)器周期的數(shù)目來表示，包括：?jiǎn)螜C(jī)器周期、雙機(jī)器周

32、期、四機(jī)器周期單機(jī)器周期、雙機(jī)器周期、四機(jī)器周期單字節(jié)單機(jī)器周期指令、單字節(jié)單機(jī)器周期指令、單字節(jié)雙機(jī)器周期指令、單字節(jié)雙機(jī)器周期指令、雙字節(jié)單機(jī)器周期指令、雙字節(jié)單機(jī)器周期指令、雙字節(jié)雙機(jī)器周期指令、雙字節(jié)雙機(jī)器周期指令、三字節(jié)雙機(jī)器周期指令和三字節(jié)雙機(jī)器周期指令和單字節(jié)四機(jī)器周期指令等。單字節(jié)四機(jī)器周期指令等。按指令代碼在存儲(chǔ)器中所占的存儲(chǔ)長(zhǎng)度可分為按指令代碼在存儲(chǔ)器中所占的存儲(chǔ)長(zhǎng)度可分為單字節(jié)指令、雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令。單字節(jié)指令、雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令。 2.5 MCS-512.5 MCS-51單片機(jī)的工作方式單片機(jī)的工作方式2.5.1 2.5.1 復(fù)位方式復(fù)位方式每個(gè)機(jī)器周期的每個(gè)

33、機(jī)器周期的S5P21. 復(fù)位信號(hào)復(fù)位信號(hào)2. 2. 復(fù)位操作復(fù)位操作抑制外部干擾信號(hào)抑制外部干擾信號(hào)在每個(gè)機(jī)器周期的在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2時(shí)刻采樣施密特觸發(fā)器的輸出，時(shí)刻采樣施密特觸發(fā)器的輸出，連續(xù)兩次采樣到高電平才確認(rèn)是復(fù)位信號(hào)。連續(xù)兩次采樣到高電平才確認(rèn)是復(fù)位信號(hào)。故要求復(fù)位信號(hào)高電平在故要求復(fù)位信號(hào)高電平在RST端至少保持兩個(gè)機(jī)器周期。端至少保持兩個(gè)機(jī)器周期。CPU響應(yīng)復(fù)位信號(hào)后，使內(nèi)部特殊功能寄存器的狀態(tài)置為響應(yīng)復(fù)位信號(hào)后，使內(nèi)部特殊功能寄存器的狀態(tài)置為初始狀態(tài)，以后，每個(gè)機(jī)器周期復(fù)位一次，直到復(fù)位信號(hào)初始狀態(tài)，以后，每個(gè)機(jī)器周期復(fù)位一次，直到復(fù)位信號(hào)消失為止消失為止3. 復(fù)位方式復(fù)

34、位方式（1）上電自動(dòng)復(fù)位）上電自動(dòng)復(fù)位（2）按鍵手動(dòng)復(fù)位）按鍵手動(dòng)復(fù)位2.5.2 程序執(zhí)行方式程序執(zhí)行方式 連續(xù)運(yùn)行：程序從PC = 0000H單元開始順序運(yùn)行。0000H0000H主程序入口主程序入口0003H0003H外部中斷外部中斷0 0入口地址入口地址000BH000BH定時(shí)器計(jì)數(shù)器定時(shí)器計(jì)數(shù)器0 0溢出中斷入口地址溢出中斷入口地址0013H0013H外部中斷外部中斷1 1入口地址入口地址001BH001BH定時(shí)器計(jì)數(shù)器定時(shí)器計(jì)數(shù)器1 1溢出中斷入口地址溢出中斷入口地址0023H0023H串行口中斷入口地址串行口中斷入口地址2.5.2 單步執(zhí)行方式單步執(zhí)行方式按一次鍵執(zhí)行一條指令，通常

35、用于：按一次鍵執(zhí)行一條指令，通常用于：調(diào)試程序、調(diào)試程序、跟蹤程序執(zhí)行、跟蹤程序執(zhí)行、了解程序執(zhí)行過程。了解程序執(zhí)行過程。硬件設(shè)計(jì)：硬件設(shè)計(jì)：以按鍵產(chǎn)生脈沖信號(hào)經(jīng)以按鍵產(chǎn)生脈沖信號(hào)經(jīng) 端輸入端輸入0INT不按鍵時(shí)為低電平，按下鍵時(shí)為高電平不按鍵時(shí)為低電平，按下鍵時(shí)為高電平軟件設(shè)計(jì)：軟件設(shè)計(jì)： JNB P3.2， ；若；若=0，則等待，則等待 JB P3.2， ；若；若=1，則等待，則等待 RETI ；返回主菜單；返回主菜單2.5.4 低功耗方式低功耗方式 降低功耗可使電源輕便又保證長(zhǎng)期供電；降低功耗可使電源輕便又保證長(zhǎng)期供電； 低功耗可降低芯片的發(fā)熱量，使芯片排列緊密，提高低功耗可降低芯片的發(fā)

36、熱量，使芯片排列緊密，提高芯片的集成度，降低芯片的封裝成本；芯片的集成度，降低芯片的封裝成本； 低功耗芯片工作時(shí)發(fā)熱量少，有利于提高芯片工作的低功耗芯片工作時(shí)發(fā)熱量少，有利于提高芯片工作的可靠性；可靠性； 單片機(jī)芯片的低功耗，使單片機(jī)系統(tǒng)的整體低功耗。單片機(jī)芯片的低功耗，使單片機(jī)系統(tǒng)的整體低功耗。兩種低功耗工作方式：兩種低功耗工作方式：HMOS：掉電工作方式：掉電工作方式CHMOS：節(jié)電運(yùn)行方式：節(jié)電運(yùn)行方式1. HMOS的掉電工作方式的掉電工作方式掉電工作方式下，只有內(nèi)部掉電工作方式下，只有內(nèi)部RAM和專用寄存器繼續(xù)工作，和專用寄存器繼續(xù)工作，以保持其內(nèi)容以保持其內(nèi)容當(dāng)電源當(dāng)電源VCC恢復(fù)時(shí)

37、，備用電源還應(yīng)保持一段時(shí)間（約恢復(fù)時(shí)，備用電源還應(yīng)保持一段時(shí)間（約10ms）單片機(jī)恢復(fù)工作的第一件事是現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)，把被保護(hù)的數(shù)據(jù)送單片機(jī)恢復(fù)工作的第一件事是現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)，把被保護(hù)的數(shù)據(jù)送回原處回原處2. CHMOS的節(jié)電運(yùn)行方式的節(jié)電運(yùn)行方式待機(jī)方式待機(jī)方式掉電保護(hù)方式掉電保護(hù)方式時(shí)鐘發(fā)生器至CPUOSC至中斷系統(tǒng)、串行接口和定時(shí)器XTAL1XTAL2PDIDL位序PCON.7PCON.6PCON.5PCON.4PCON.3PCON.2PCON.1PCON.0位符號(hào)SMODGF1GF0PDIDLPD=1，進(jìn)入掉電方式，進(jìn)入掉電方式IDL=1，進(jìn)入待機(jī)方式，進(jìn)入待機(jī)方式SMOD： 波特率倍頻位。若此位

38、為波特率倍頻位。若此位為1，則串行口方式，則串行口方式1、方式、方式2和和方式方式3的波特率加倍。的波特率加倍。GF1和和GF0： 通用標(biāo)志位。通用標(biāo)志位。PD： 掉電模式位。此位寫掉電模式位。此位寫1即啟動(dòng)掉電方式，時(shí)鐘凍結(jié)。即啟動(dòng)掉電方式，時(shí)鐘凍結(jié)。IDL： 待機(jī)模式位。此位寫待機(jī)模式位。此位寫1即啟動(dòng)待機(jī)模式。這時(shí)即啟動(dòng)待機(jī)模式。這時(shí)CPU因無時(shí)因無時(shí)鐘控制而停止運(yùn)作。如果同時(shí)向鐘控制而停止運(yùn)作。如果同時(shí)向PD和和IDL兩位寫兩位寫1，則，則PD優(yōu)先。優(yōu)先。80C51中中PCON的復(fù)位值為的復(fù)位值為00000B。時(shí)鐘發(fā)生器至CPUOSC至中斷系統(tǒng)、串行接口和定時(shí)器XTAL1XTAL2PDIDLCPU執(zhí)行完置執(zhí)行完置IDL=1(PCON.1）的指令后，系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)工作方式。）的指令后，系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)工作方式。0CPU得不到時(shí)鐘停止工作，與得不到時(shí)鐘停止工作，與CP