第二章：MCS-51單片機硬件結(jié)構(gòu)

1、第第2章章 MCS-51單片機硬件結(jié)構(gòu)單片機硬件結(jié)構(gòu)2.1 MCS-51單片機總體結(jié)構(gòu)2.2 MCS-51存儲結(jié)構(gòu)及位處理器2.3 MCS-51工作方式和時序2.4 MCS-51單片機的時序2.5 單片機最小系統(tǒng)本章重點內(nèi)容：1 MCS-51單片機硬件的功能結(jié)構(gòu)及內(nèi)部組成 2 單片機引腳功能及應用特點 3 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和特殊功能寄存器的組織特點 4 單片機的工作方式和典型的CPU時序 2.1 MCS-51單片機總體結(jié)構(gòu)單片機總體結(jié)構(gòu) MCS-51系列單片機可分為兩大系列：51子系列（普通型）（普通型）和52子系列（增強型）（增強型）。51子系列單片機的典型產(chǎn)品有8031、8051、8751、

2、80C51、80C31、89C51、89S51等。它們的結(jié)構(gòu)基本相同，其主要差別反映在片內(nèi)存儲器的配置上有所不同 。52子系列及兼容單片機的典型產(chǎn)品有8032、8052、8752、89C52、89S52等，其中，8052、8752內(nèi)含8KB的掩模ROM程序存儲器和256B的RAM數(shù)據(jù)存儲器。增強型的存儲增強型的存儲容量為普通型的一倍。容量為普通型的一倍。 2.1.1 MCS-51單片機總體結(jié)構(gòu)框圖及功能單片機總體結(jié)構(gòu)框圖及功能8051單片機內(nèi)部由CPU、4KB的ROM、128B的RAM、4個8位的I/O并行端口、一個串行口、兩個16位定時/計數(shù)器及中斷系統(tǒng)等組成。其內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所

3、示。圖2-2為8051單片機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖。 圖2-1 8051單片機內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)框圖 圖2-2 8051單片機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖 下面對各功能部件的作用分述如下：1. CPU：包括包括運算器運算器、控制器控制器以及若干以及若干寄存器寄存器等部件等部件組成。組成。CPU是單片機內(nèi)部的核心部件，是單片機的指揮和控制中心。CPU可分為運算器和控制器兩大部分。 (1) 控制器控制器控制器的功能是：接受來自程序存儲器ROM存儲單元的指令，并對其進行譯碼，通過定時和控制電路，按時序規(guī)定發(fā)出指令功能所需要的各種（內(nèi)部和外部）控制信息，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令功能所需的操作?？刂破髦饕ǔ绦蛴嫈?shù)器、指令

4、寄存器、指令譯碼器及定時控制電路等。 (2) 運算器運算器ALU運算器的功能是：對數(shù)據(jù)進行算術運算和邏輯運算。計算機對任何數(shù)據(jù)的加工、處理必須由運算器完成。 10PC用來存放即將要執(zhí)行的指令地址指令地址，共16位，可對64KROM直接尋址。PC低8位經(jīng)P0口輸出，高8位經(jīng)P2口輸出。（3）程序計數(shù)器）程序計數(shù)器PC指令寄存器存放指令代碼。CPU執(zhí)行指令過程：執(zhí)行指令過程：由程序存儲器（ROM）中讀取讀取指令代碼送入送入指令寄存器，經(jīng)譯碼器譯碼譯碼后由定時與控制電路發(fā)出發(fā)出相應的控制信號，完成指令功能。（4）指令寄存器）指令寄存器2. RAMRAM為單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器。其存儲空間包括隨機隨機存

5、儲器區(qū)存儲器區(qū)、寄存器區(qū)寄存器區(qū)、特殊功能寄存器特殊功能寄存器及位尋址區(qū)位尋址區(qū)。3. ROMROM為單片機內(nèi)部程序存儲器。4. 定時器定時器/計數(shù)器計數(shù)器定時器/計數(shù)器用于定時和對外部事件進行計數(shù)。 124k/8k字節(jié)程序存儲器（字節(jié)程序存儲器（ROM）51系列4k字節(jié)；52系列8k字節(jié)128/256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器（字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器（RAM）51系列128字節(jié)；52系列256字節(jié)2/3個個16位定時位定時/計數(shù)器計數(shù)器51系列2個16位定時/計數(shù)器；52系列3個5. 并行并行I/O口口P0P3是四個8位并行I/O口，每個口既可作為輸入，也可作為輸出。單片機在與外部存儲器及I/O端口設備交換信息

6、時，必須由P0P3口完成。 6. 中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)MCS-51單片機有5個中斷源，中斷處理系統(tǒng)靈活、方便，使單片機處理問題的靈活性和工作的效率大大提高。 7. 串行接口串行接口串行接口提供對數(shù)據(jù)各位按序一位一位地傳送。 8. 時鐘電路時鐘電路OSC時鐘電路用于產(chǎn)生單片機中最基本的時間單位。 時鐘電路：MCS-51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2。有兩種時鐘生成電路：內(nèi)部方式內(nèi)部方式，外部方式外部方式。2.1.2 MCS-51引腳功能引腳功能MCS-51單片機采用40腳雙列直插式封裝，其引腳排列及邏輯符號如下圖所示。 182001p .71p .SSV1X

7、TAL2XTAL181917161514131211109RD73p/.WR63p/.1T53p/.0T43p/.1INT33p/.0INT23p/.TXD13p/.RXD03p/.RST02p .72p .CCV212840393200p .70p .293031PSENPROGALE /EAVpp /8051圖2-3 MCS-51單片機引腳圖 1主電源引腳主電源引腳VCC和和VSSVCC：接主電源+5V。VSS：電源接地端。2時鐘電路引腳時鐘電路引腳XTAL1和和XTAL2 XTAL1是片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸入端，XTAL2是片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端，也是內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 1

8、8ALE/ （30），），ALE：允許地址鎖存信號（數(shù)據(jù)線、地址線復用）。當訪問外部存儲器時，ALE信號負跳變將P0口上低8位地址送入鎖存器。PROGALE低電平時，低電平時，P0口上的內(nèi)容和鎖存器輸出一致口上的內(nèi)容和鎖存器輸出一致3.控制、選通或復用電源引腳：控制、選通或復用電源引腳：19非訪問外部存儲器期間，ALE以1/6振蕩頻率輸出，訪問外部存儲器時以1/12振蕩頻率輸出。 為編程脈沖輸入端，對片內(nèi)程序存儲器進行編程時，此腳輸入編程脈沖。PROGRST（9腳）：復位信號延續(xù)兩個機器周期以上的高電平，復位有效。20 （29腳）：腳）：訪問外部程序存儲器選通信號，低電平有效。PSEN /Vp

9、p（31腳）：腳）：訪問內(nèi)部或外部ROM選擇信號。 高電平 ( ) ：訪問內(nèi)部ROM（PC指針超過4K，0FFFH時，自動轉(zhuǎn)向外部ROM）。如保持低電平( =0 ) ：則僅訪問外部ROM。（對于8031，需要接低電平）EA1EA EA21四個8位雙向雙向I/O端口（P0、P1、P2、P3）;每一條I/O線都能獨立地用作輸入或輸出。P0口（3239）低8位地址/數(shù)據(jù)線復用或I/O口。P1口（18）常用的I/O口。P2口（2128）常用I/O口或高8位地址線。P3口（1017）雙功能口。4. I/O口引腳（口引腳（32個引腳）個引腳）（1）輸入緩沖器：輸入緩沖器：在P0口中，有兩個三態(tài)的緩沖器，三

10、態(tài)門有三個狀態(tài)，即在其的輸出端可以是高電平、低電平，同時還有一種就是高阻狀態(tài)（或稱為禁止狀態(tài)），上圖，上面一個是讀鎖存器的緩沖器，也就是說，要讀取D鎖存器輸出端Q的數(shù)據(jù)，那就得使讀鎖存器的這個緩沖器的三態(tài)控制端（讀鎖存器讀鎖存器端）有效端）有效。下面一個是讀引腳的緩沖器，要讀取P0.X引腳上的數(shù)據(jù)，也要使 讀引腳的這個三態(tài)緩沖器的控制端有效，引引腳上的數(shù)據(jù)腳上的數(shù)據(jù)才會傳輸?shù)轿覀儐纹瑱C的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上。（2）輸出驅(qū)動部份：輸出驅(qū)動部份：從上圖中可以看出，P0口的輸出是由兩個MOS管（場效應管）組成的推拉式結(jié)構(gòu)，也就是說，這兩個MOS管一次只能導通一個，當V1導通時，V2就截止，當V2導通時，V

11、1截止。 （3）與門、與非門：與門、與非門： （4）D鎖存器：鎖存器：構(gòu)成一個鎖存器，通常要用一個時序電路，一個觸發(fā)器可以保存一位的二進制數(shù)（即具有保持功能），在51單片機的32根I/O口線中都是用一個D觸發(fā)器來構(gòu)成鎖存器的。上圖中的D鎖存器，D端是數(shù)據(jù)輸入端，CP是控制端（也就是時序控制信號輸入端），Q是輸出端，Q非是反向輸出端。 對于D觸發(fā)器來講，當D輸入端有一個輸入信號，如果這時控制端CP沒有信號（也就是時序脈沖沒有到來），這時輸入端D的數(shù)據(jù)是無法傳輸?shù)捷敵龆薗及反向輸出端Q非的。如果時序控制端CP的時序脈沖一旦到了，這時D端輸入的數(shù)據(jù)就會傳輸?shù)絈及Q非端。數(shù)據(jù)傳送過來后，當當CP時時序

12、控制端的時序信號消失了，這時，輸出端還會保持著上次輸入端序控制端的時序信號消失了，這時，輸出端還會保持著上次輸入端D的數(shù)的數(shù)據(jù)（即把上次的數(shù)據(jù)鎖存起來了）。據(jù)（即把上次的數(shù)據(jù)鎖存起來了）。如果下一個時序控制脈沖信號來了，這時D端的數(shù)據(jù)才再次傳送到Q端，從而改變Q端的狀態(tài)。 （5）多路開關：多路開關：在51單片機中，當內(nèi)部的存儲器夠用（即不需要外擴展存儲器時，）時，P0口可以作為通用的輸入輸出端口（即I/O）使用，對于8031（內(nèi)部沒有ROM）的單片機或者編寫的程序超過了單片機內(nèi)部的存儲器容量，需要外擴存儲器時，需要外擴存儲器時，P0口就作為口就作為地址地址/數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線使用總線使用。 多路選擇

13、開關就是用于選擇是做為普通I/O口使用還是作為數(shù)據(jù)/地址總線使用的選擇開關了。上圖，當多路開關與下面接通時，P0口是作為普通的I/O口使用的，當多路開關是與上面接通時，P0口是作為地址/數(shù)據(jù)總線使用的。 P0口做為I/O口端口使用時的工作原理（1）如多路開關的控制信號為0（低電平），看上圖中的紅線部份，多路開關的控制信號同時與與門的一個輸入端是相接的，與門的邏輯特點是“全1出1，有0出0”那么控制信號是0的話，這時與門輸出的也是一個0（低電平），與門的輸出是0，V1管就截止，時，多路開關是與鎖存器的Q非端相接的（即P0口作為I/O口線使用）。P0口做為I/O口端口使用時的工作原理（2） P0口

14、用作I/O口線，其由數(shù)據(jù)總線向引腳輸出（即輸出狀態(tài)Output）的工作過程：當寫鎖存器信號CP有效，數(shù)據(jù)總線的信號鎖存器的輸入端D鎖存器的反向輸出Q非端多路開關V2管的柵極V2的漏極到輸出端P0.X。前面我們已講了，當多路開關的控制信號為低電平0時，與門輸出為低電平，V1管是截止的，所以作為輸出口時，P0是漏極開路輸出漏極開路輸出，當驅(qū)動上接電流負載時，需要外接上拉電阻。P0口做為I/O口端口使用時的工作原理（2） P0口用作I/O口線，其由引腳向內(nèi)部數(shù)據(jù)總線輸入（即輸入狀態(tài)Input）的工作過程： 數(shù)據(jù)輸入時（讀P0口）有兩種情況讀引腳：讀芯片引腳上的數(shù)據(jù)，讀引腳數(shù)時，讀引腳緩沖器打開（即三

15、態(tài)緩沖器的控制端要有效），通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線輸入。P0口做為I/O口端口使用時的工作原理讀鎖存器：通過打開讀鎖存器三態(tài)緩沖器讀取鎖存器輸出端Q的狀態(tài)， P0口作為地址/數(shù)據(jù)復用口使用時的工作原理在訪問外部存儲器時P0口作為地址/數(shù)據(jù)復用口使用。 多路開關控制信號為1，與門解鎖，與門輸出信號電平由“地址/數(shù)據(jù)”線信號決定；多路開關與反相器的輸出端相連，地址信號經(jīng)“地址/數(shù)據(jù)”線反相器V2場效應管柵極V2漏極輸出。例如：例如：控制信號為1，地址信號為“0”時，與門輸出低電平，V1管截止；反相器輸出高電平，V2管導通，輸出引腳的地址信號為低電平。P0口作為地址/數(shù)據(jù)復用口使用時的工作原理反之，控制信號

16、為“1”、地址信號為“1”，“與門”輸出為高電平，V1管導通；反相器輸出低電平，V2管截止，輸出引腳的地址信號為高電平?？梢?，在輸出“地址/數(shù)據(jù)”信息時，V1、V2管是交替導通的，負載能力很強，可以直接與外設存儲器相連，無須增加總線驅(qū)動器。P0口作為地址/數(shù)據(jù)復用口使用時的工作原理P0口又作為數(shù)據(jù)總線使用。在訪問外部程序存儲器時，P0口輸出低8位地址信息后，將變?yōu)閿?shù)據(jù)總線，以便讀指令碼（輸入）。指令是輸出數(shù)據(jù)指令是輸出數(shù)據(jù)：如MOVX DPTR，A（將累加器的內(nèi)容通過P0口數(shù)據(jù)總線傳送到外部RAM中），則多路開關“控制”信號為1，“與門”解鎖，與輸出地址信號的工作流程類似，數(shù)據(jù)據(jù)由“地址/數(shù)據(jù)

17、”線反相器V2場效應管柵極V2漏極輸出。 如果該指令是輸入數(shù)據(jù)如果該指令是輸入數(shù)據(jù)（讀外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器），如：MOVX A，DPTR（將外部RAM某一存儲單元內(nèi)容通過P0口數(shù)據(jù)總線輸入到累加器A中），則輸入的數(shù)據(jù)仍通過讀引腳三態(tài)緩沖器到內(nèi)部總線，其過程類似于上圖中的讀取指令碼流程圖。P1口結(jié)構(gòu)圖及工作原理在51單片機的P0，P1，P2，P3口中，P1口的結(jié)構(gòu)最簡單，用途也最單一。僅僅只作為普通的數(shù)據(jù)輸入/輸出（I/O）端口使用。 從圖中可以看出，P0口與P1口的主要差別在于：P1端口用內(nèi)部上拉電阻代替了P0端口的場效應管，并且輸出的信息只有內(nèi)部總線的信息，沒有了數(shù)據(jù)/地址總線的復用。

18、1）P1口用作輸入端口口用作輸入端口如果P1口用作輸入端口，即Q=0,Q非=1；則場效應管導通，引腳被直接連到電源的地GND上，即使引腳輸入的是高電平，被直接拉低為“0“，所以，與P0端口一樣，在將數(shù)據(jù)輸入P1端口之前，先要先要通過內(nèi)部總線向鎖存器寫”1“，這樣/Q=0，場效應管截止，P1端口輸入的“1”才可以送到三態(tài)緩沖器的輸入端，此時再給再給三態(tài)門的讀引腳送一個讀控制信號，引腳上的“1”就可以通過三態(tài)緩沖器送到內(nèi)部總線。具有這種操作特點的輸入/輸出端口，一般稱之為準雙向準雙向I/O口，51單片機的P1，P2，P3口都是準雙向口。2）P1口用作輸出端口口用作輸出端口如果P1口用作輸出端口，應

19、給鎖存器的寫鎖存CP端輸入寫脈沖信號，內(nèi)部總線送來的數(shù)據(jù)就可以通過D端進入鎖存器并從Q和/Q端輸出，如果D端輸入“1”，則/Q=0，場效應管截止，由于上拉電阻的作用，在P1.X引腳輸出高電平“1”，反之，如果D端輸入“0”，則/Q=1，場效應管導通， P1.X引腳連到地線上，從而在引腳輸出“0”。P2口結(jié)構(gòu)圖及工作原理P2口既有片內(nèi)上拉電阻，又有切換開關MUX，所以P2口在功能上兼有P0和P1端口的特點，這主要體現(xiàn)在輸出功能上。當切換開關向下接通時當切換開關向下接通時，從內(nèi)部總線輸出的一位數(shù)據(jù)經(jīng)反相器和場效應管反相后，輸出在端口引腳線上；當多路開關向上時當多路開關向上時，輸出的一位地址信號也經(jīng)

20、反相器和場效應管反相后，輸出在端口引腳線上。1）P2口用作輸入端口如果P2口用作輸入端口，即Q=0,/Q=1；則場效應管導通，引腳被直接連到電源的地GND上，即使引腳輸入的是高電平，被直接拉低為“0“，所以，與P0端口一樣，在將數(shù)據(jù)輸入在將數(shù)據(jù)輸入P2端口之前，先要端口之前，先要通過內(nèi)部總線向鎖存器寫”1“，這樣/Q=0，場效應管截止，P2端口輸入的“1”才可以送到三態(tài)緩沖器的輸入端，此時再給再給三態(tài)門的讀引腳送一個讀控制信號，引腳上的“1”就可以通過三態(tài)緩沖器送到內(nèi)部總線。2）P2口用作輸出端口如果P2口用作輸出端口，應給鎖存器的寫鎖存CP端輸入寫脈沖信號，內(nèi)部總線送來的數(shù)據(jù)就可以通過D端進

21、入鎖存器并從Q和/Q端輸出，再通過電子開關、非門和場效應管從端口輸出。P3口結(jié)構(gòu)圖及工作原理P3口和P1口的結(jié)構(gòu)相似，區(qū)別僅在于P3端口的個端口線有兩種功能選擇。當處于第一功能時當處于第一功能時，第二輸出功能線為1，此時，內(nèi)部總線信號經(jīng)鎖存器和場效應管輸入/輸出，其作用與P1端口作用相同。當處于第二功能時當處于第二功能時，鎖存器輸出1，通過第二輸出功能線輸出特定的信號，在輸入方面，既可以通過緩沖器讀入引腳信號。還可以通過替代輸入功能讀入片內(nèi)的特定第二功能信號。1）P3用作輸入端口時，其使用方法與P1和P2類似。2）P3用作輸出端口時，其使用方法與P1和P2類似。使使P3端口各引腳處于第二功能的

22、條件是端口各引腳處于第二功能的條件是:1、串行I/O處于運行狀態(tài)(RXD,TXD);2、打開了處部中斷(INT0,INT1);3、定時器/計數(shù)器處于外部計數(shù)狀態(tài)(T0,T1)4、執(zhí)行讀寫外部RAM的指令(RD,WR) 在應用中,如不設定P3端口各位的第二功能(WR,RD信號的的產(chǎn)生不用設置),則P3端口線自動處于第一功能狀態(tài)，也就是靜態(tài)IO端口的工作狀態(tài)。在更多的場合是根據(jù)應用的需要，把幾條端口線設置為第二功能，而另外幾條端口線處于第一功能運行狀態(tài)。在這種情況下，不宜對P3端口作字節(jié)操作，需采用位操作的形式。40信號引腳的第二功能信號引腳的第二功能P3口第二功能412.2 MCS-51 MCS

23、-51存儲器存儲器數(shù)據(jù)存儲器（數(shù)據(jù)存儲器（RAMRAM）-用來存放程序運行中所需要的常數(shù)和變量。當然，全局數(shù)據(jù)也可以放在RAM中。特點特點：程序存儲器（ROM）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）分開，各有各的尋址系統(tǒng)、控制信號和功能。程序存儲器（程序存儲器（ROMROM）-用來存放程序和始終要保留的數(shù)據(jù)。MCS-51存儲器的劃分方法如下：(1) 從物理結(jié)構(gòu)上劃分，有從物理結(jié)構(gòu)上劃分，有4個存儲空間個存儲空間 片內(nèi)程序存儲器。 片外程序存儲器。 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。 片外數(shù)據(jù)存儲器。(2) 從邏輯上劃分，有從邏輯上劃分，有3個存儲器地址空間個存儲器地址空間 片內(nèi)外統(tǒng)一編址的64KB的程序存儲器地址空間。 片內(nèi)（

24、128+128）B的數(shù)據(jù)存儲器地址空間。 片外64KB的數(shù)據(jù)存儲器地址空間。 MCS-51（8051）存儲結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。圖2-4 MCS-51(8051)存儲結(jié)構(gòu) 在訪問不同的邏輯存儲空間時，MCS-51提供了不同形式的指令： MOV指令用于訪問內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器。 MOVC用于訪問片內(nèi)外程序存儲器。 MOVX用于訪問外部數(shù)據(jù)存儲器。 45程序存儲器：程序存儲器：程序存儲器用于存放已編制好的程序及程序中用到的常數(shù)或表格等。 程序存儲器由ROM構(gòu)成，單片機掉電后ROM內(nèi)容不會丟失。 程序存儲器以PC（程序計數(shù)器）作地址指針，可尋址空間為64K（0000HFFFFH）字節(jié)。8051/8751單片

25、機內(nèi)部分別駐留4K（0000H0FFFH）字節(jié)ROM/EPROM。8031則沒有片內(nèi)程序存儲器。則沒有片內(nèi)程序存儲器。468031單片機 接低電平。EA51系列單片機64K字節(jié)程序存儲器統(tǒng)一編址統(tǒng)一編址。1EA 程序從片內(nèi)ROM開始執(zhí)行，當PC值超過片內(nèi)ROM容量時會自動轉(zhuǎn)向外部存儲器空間。0EA 程序從外部存儲器開始執(zhí)行。4751系列單片機復位后PC=0000H，系統(tǒng)從0000H開始執(zhí)行程序。安排一條跳轉(zhuǎn)指令。0003H0032H單元被保留專用于中斷服務程序（入口地址）。每個中斷服務程序只有8個字節(jié)單元存放，顯然不夠，故此8個單元通常放一條跳轉(zhuǎn)指令。指向被實際分配的中斷服務程序段。48H00

26、00H0003/H0002H0013/H0012H0023/H0022H0033/H0032BH000/AH000BH001/AH001BH002/AH002）（外部中斷外部中斷0INT0）（外部中斷外部中斷1INT1溢出中斷溢出中斷0T溢出中斷溢出中斷1T串行口中斷串行口中斷溢出中斷溢出中斷2T.LJMP區(qū)區(qū)用戶用戶ROMFFFFH049中斷服務程序首地址：中斷服務程序首地址：外部中斷0（ ）0003H定時器0溢出中斷000BH外部中斷1（ ）0013H定時器1溢出中斷001BH串行口中斷0023H定時器2溢出/T2EX（負跳變）002BH0INT1INT50數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器MCS-51

27、系列單片機的數(shù)據(jù)存儲器在物理和邏輯上都分為兩個地址空間。00H7FH（0127）128字節(jié)RAM區(qū)；80HFFH（128255）128字節(jié)專用寄存器區(qū)。數(shù)據(jù)存儲器用于存放程序運算的中間結(jié)果、狀態(tài)標志位等。數(shù)據(jù)存儲器用于存放程序運算的中間結(jié)果、狀態(tài)標志位等。數(shù)據(jù)存儲器由數(shù)據(jù)存儲器由RAM構(gòu)成，一旦掉電，其數(shù)據(jù)將丟失。構(gòu)成，一旦掉電，其數(shù)據(jù)將丟失。 51內(nèi)部內(nèi)部RAM低低128字節(jié)（字節(jié)（00H7FH）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)區(qū)用用戶戶 RA

28、MH00H08/H07H10/FH0H18/H17H20/FH1H30/FH2FH7四個通用寄存器區(qū)，每個區(qū)有8個工作寄存器R0R7D4D3=000區(qū)； D4D3=011區(qū)；D4D3=102區(qū)； D4D3=113區(qū)根據(jù)程序狀態(tài)字PSW（特殊功能寄存器，地址地址D0H）中的D4D3位來指示的。通過對PSW的D4D3的修改，便能任意選擇一個工作寄存器區(qū)。寄存器區(qū)寄存器區(qū)52位尋址區(qū)（20H2FH）16個字節(jié)。16*8=128位，每一位都有一個位地址，范圍為：00H7FH，位地址區(qū)也可作為一般RAM使用。位尋址區(qū)位尋址區(qū)單元地址單元地址位地址位地址EH2FH2H20H21H77FH7H76EH7H7

29、5DH7H74CH7H73BH7H72AH7H71H79H70H78H07FH0H06EH0H05DH0H04CH0H03BH0H02AH0H01H09H00H0853用戶用戶RAM區(qū)（數(shù)據(jù)緩沖區(qū)）區(qū)（數(shù)據(jù)緩沖區(qū)）單元地址：30H7FH在此區(qū)域中，用戶只能以存儲單元（字節(jié)）形式使用。通常將堆棧堆棧建立在此區(qū)域中。（什么是堆棧？）（什么是堆棧？）54 專用功能寄存器（專用功能寄存器（SFRSFR）具體執(zhí)行功能：具體執(zhí)行功能：鎖存器、定時器、串行口數(shù)據(jù)緩沖器、各種控制寄存器、狀態(tài)寄存器等。在片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的80HFFH單元（高128B）中，有21個單元作為專用寄存器（SFR），又稱特殊功能寄存器。

30、55累加器ACC（最常用專用寄存器）暫存寄存器，用于提供操作數(shù)和存放運算結(jié)果。直接與內(nèi)部總線相連。一般信息傳遞和交換都要通過ACC。常用專用功能寄存器常用專用功能寄存器56寄存器寄存器B B乘法指令兩個操作數(shù)分別取自A、B，其結(jié)果放在A、B寄存器隊中；除法指令，被除數(shù)取自A，除數(shù)取自B，商放A，余數(shù)放B。57CYACF0RS1RS0OV-P程序狀態(tài)控制字程序狀態(tài)控制字PSWRS1，RS0-選擇工作寄存器區(qū)；CY-高位進位標志，8位運算產(chǎn)生進位或借位；AC-輔助進位標志，半字節(jié)進位標志；OV-溢出標志位，用于帶符號數(shù)運算的溢出。P奇偶校驗標志位，A寄存器中奇偶性判別?！?”的個數(shù)為偶P=0 “1

31、”的個數(shù)為奇P=1 F0：用戶標志位。058數(shù)據(jù)指針DPTR16位寄存器，DPH，DPL用來訪問外部RAM的地址寄存器，地址范圍64K。端口端口P0P0P3P3專用寄存器專用寄存器P0P0P3P3端口名和寄存器名一一對應可采用直接尋址方式參與操作。MOV A，P059串行數(shù)據(jù)緩沖器串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUFSBUF存放欲發(fā)送或已接收的數(shù)據(jù)。雖然用一個緩沖器99H，但卻以兩個獨立的緩沖器出現(xiàn)。一個發(fā)送，一個接收。定時器定時器/ /計數(shù)器計數(shù)器兩個16為定時/計數(shù)器T0、T1。各有兩個8為獨立寄存器組成，TH0、TL0，TH1、TL1。其他控制寄存器其他控制寄存器60寄存器位地址/位定義地址F7F6F

32、5F4F3F2F1F0BF0HE7E6E5E4E3E2E1E0ACCE0D7D6D5D4D3D2D1D0PSWCYACF0RS1RS0OV/PD0HBFBEBDBCBBBAB9B8IPB8HB7B6B5B4B3B2B1B0P3P3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0B0HIEA8HA7A6A5A4A3A2A1A0P2P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0A0HSBUF99H61SCON98H9796959493929190P1P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.090HTH18DHTH08CHTL18BHTL08AHT

33、MODGATEC/TM1M0GATEC/TM1M089H8F8E8D8C8B8A8988TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT088HPCONSMOD/GF1GF0PDIDL87HDPH83HDPL82HSP81H8786858483828180P0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.080H注意:位地址和字節(jié)地址的區(qū)分和表達 位處理器位處理器（也稱布爾處理機）MCS-51片內(nèi)CPU還是一個性能優(yōu)異的位處理器，也就是說MCS-51實際上又是一個完整而獨立的1位單片機。 該布爾處理機除了有自己的CPU、位寄存器、位累加器（即進位標志Cy）、I/O口和位尋

34、址空間外，還有專供位操作的指令系統(tǒng)，可以直接尋址對位存儲單元和SFR的某一位進行操作。MCS-51單片機對于位操作（布爾處理）有置位、復位、取反、測試轉(zhuǎn)移、傳送、邏輯與和邏輯或置位、復位、取反、測試轉(zhuǎn)移、傳送、邏輯與和邏輯或運算運算等功能。MCS-51單片機的工作方式包括：復位方式、程序執(zhí)行方式、節(jié)電方式和EPROM的編程和校驗方式，在不同的情況下，其工作方式也不相同。2.3.1 復位方式復位方式單片機在啟動運行時需要復位，使CPU以及其他功能部件處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，單片機應用程序必須以此作為設計前提。2.3 MCS-51工作方式工作方式2.3.2 程序執(zhí)行工作方式程

35、序執(zhí)行工作方式程序執(zhí)行方式通?？煞譃檫B續(xù)執(zhí)行連續(xù)執(zhí)行和單步執(zhí)行單步執(zhí)行兩種工作方式。 1. 連續(xù)執(zhí)行方式連續(xù)執(zhí)行方式連續(xù)執(zhí)行方式是所有單片機執(zhí)行工作程序所需要的一種工作方式。 2. 單步執(zhí)行方式單步執(zhí)行方式用戶在調(diào)試程序時，常常要一條一條地執(zhí)行程序中的每一條指令。單步執(zhí)行方式就是為用戶調(diào)試程序而設計出的一種工作方式。 節(jié)電工作方式節(jié)電工作方式節(jié)電工作方式是一種能減少單片機功耗的工作方式，通常有空閑方式空閑方式和掉電方式掉電方式兩種。1. 掉電方式掉電方式單片機在運行過程中，如果發(fā)生掉電，片內(nèi)RAM和SFR中的信息將會丟失。為防止信息丟失，可以把一組備用電源加到RST/VPD端，當VCC上的電壓

36、低于VPD上的電壓時，備用電源通過VPD端，以低功耗保持內(nèi)部RAM和SFR中的數(shù)據(jù)。 2. 空閑方式空閑方式 進入空閑方式后，CPU停止工作，但中斷、串行口和定時器計數(shù)器可以繼續(xù)工作。 基本概念：基本概念： 時序：時序：就是計算機指令執(zhí)行時各種微操作微操作在時間上的順序關系。時鐘：時鐘：計算機執(zhí)行指令的過程可分為取指令、分析取指令、分析指令和執(zhí)行指令指令和執(zhí)行指令三個步驟，每個步驟又由許多微操作所組成，這些微操作必須在一個統(tǒng)一的時鐘脈沖的控制下才能按照正確的順序執(zhí)行。時鐘脈沖由時鐘振蕩器產(chǎn)生 。2.4 MCS-51單片機的時序單片機的時序69 控制器控制器1. 時鐘電路時鐘電路 （a）內(nèi)部時鐘

37、電路；（b） HMOS型外部振蕩源 (C) CHMOS型外部振蕩源 CPU時序時序 單片機的時序是指CPU在執(zhí)行指令時所需控制信號的時間順序。時序信號是以時鐘脈沖為基準產(chǎn)生的。 CPU發(fā)出的時序信號有兩類：一類用于片內(nèi)各功能部件的控制，另一類信號通過單片機的引腳送到外部 。2. MCS-51單片機的取指執(zhí)行時序單片機的取指執(zhí)行時序 取指令階段：取指令階段：把程序計數(shù)器PC中的指令地址送到程序存儲器，選中指定單元并從中取出需要執(zhí)行的指令。指令執(zhí)行階段：指令執(zhí)行階段：對指令操作碼進行譯碼，以產(chǎn)生一系列控制信號完成指令的執(zhí)行。 72單片機時間單位單片機時間單位振蕩有兩種方式：外部、內(nèi)部振蕩周期（時鐘

38、周期）：振蕩周期（時鐘周期）：也稱為晶振周期，振蕩周期是單片機的基本時間單位。 73時序定時單位時序定時單位：（1）拍節(jié)）拍節(jié)P：振蕩脈沖周期，用P表示；（2）狀態(tài)狀態(tài)S S：振蕩周期的2倍，用S表示；74（3 3）機器周期：）機器周期： 執(zhí)行一條指令的過程可分為若干個階段若干個階段，每一階段完成一規(guī)定的操作，完成一個規(guī)定操作所需要的時間稱為一個機器周期。 MCS-51采用定時方式，因此有固定的機器周期，一個機器周期等于6個狀態(tài)周期，12個振蕩周期75（4 4）指令周期（）指令周期（Instruction CycleInstruction Cycle）：）：取出并執(zhí)行一條指令的時間。由于各條指

39、令的操作功能不同，因此各種指令的指令周期是不盡相同的?？砂?、二、三或四個機器周期。（5 5）總線周期（）總線周期（BUS CycleBUS Cycle）：）：也就是一個訪存儲器或I/O端口操作所用的時間。指令周期、總線周期和時鐘周期之間的關系： 一個指令周期由若干個總線周期組成，而一個總線周期時間又包含有若干個時鐘周期。 一個總線周期包含一個（只有取址周期）或多個機器周期。77當振蕩頻率為12M時，一個機器周期是1微秒（s）頻率=1/周期，周期=1/頻率一個振蕩周期=1/12（s），一個機器周期是1（s）。當振蕩頻率為6M時，一個機器周期是2微秒（s）MCS-51MCS-51共有共有111

40、111條指令。條指令。按其長度可分為：單字節(jié)指令、雙字節(jié)指令、三字節(jié)指令。MCS-51指令的取指/執(zhí)行時序 程序：程序：指令的集合稱為指令的集合稱為程序程序，執(zhí)行程序的過程就是執(zhí)行指令，執(zhí)行程序的過程就是執(zhí)行指令的過程。的過程。 單片機執(zhí)行任何一條指令時都可以分為單片機執(zhí)行任何一條指令時都可以分為取指階段取指階段和和執(zhí)行執(zhí)行階段階段。 在取指階段，在取指階段，CPU從程序存儲器中取出指令操作碼，送從程序存儲器中取出指令操作碼，送指令寄存器，再經(jīng)指令譯碼器譯碼，產(chǎn)生一系列控制信號，指令寄存器，再經(jīng)指令譯碼器譯碼，產(chǎn)生一系列控制信號，完成本指令規(guī)定的操作。完成本指令規(guī)定的操作。 單周期和雙周期指令

41、的取指時序圖如下頁圖所示。單周期和雙周期指令的取指時序圖如下頁圖所示。 ALE信號是用于鎖存低信號是用于鎖存低8位地址的選通信號，每位地址的選通信號，每出現(xiàn)一次該信號，單片機即進行一次讀指令操作。出現(xiàn)一次該信號，單片機即進行一次讀指令操作。當指令為多字節(jié)或多周期指令時，只有第一個當指令為多字節(jié)或多周期指令時，只有第一個ALE信號進行讀指令操作，其余的信號進行讀指令操作，其余的ALE信號為無效操作信號為無效操作（或讀操作數(shù)操作）。（或讀操作數(shù)操作）。802P1P1S2S6S2P1P1S2S6SALE2S1S6S1S單字節(jié)單周期指令例：INC A讀操作碼讀操作碼）讀下一個操作碼（丟棄讀下一個操作碼（丟棄3S4S5S2S1S6S1S3S4S5S讀操作碼讀操作碼讀第二個字節(jié)讀第二個字節(jié)雙字節(jié)單周期指令例：ADD A，DATA2S1S6S3S4S5S2S1S6S3S4S5S讀操作碼讀操作碼讀讀操操作作碼碼（丟丟棄棄）單字節(jié)雙周期指令例：單字節(jié)雙周期指令例：INC DPTR81（2 2）雙字節(jié)單周期指令：）雙字節(jié)單周期指令：ADD AADD A，#data#dataALE兩次讀操作都有