單片機基本原理課件

第二章單片機基本原理2.1MCS-51系列單片機簡介MCS-51系列單片機是美國Intel公司在1980年推出的高性能8位單片機，它包含51和52兩個子系列。對于51子系列，主要有8031、8051、8751三種機型，它們的指令系統(tǒng)與芯片引腳完全兼容，僅片內(nèi)程序存儲器有所不同，8031芯片不帶ROM，8051芯片帶4KROM，8751芯片帶4KEPROM。51子系列的主要特點為：◆8位CPU?！羝瑑?nèi)帶振蕩器，頻率范圍1．2~12MHZ。◆片內(nèi)帶128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器?！羝瑑?nèi)帶4K的程序存儲器?！舫绦虼鎯ζ鞯膶ぶ房臻g為64K字節(jié)?！羝鈹?shù)據(jù)存儲器的尋址空間內(nèi)64K字節(jié)?！?28個用戶位尋址空間。。

第二章單片機基本原理2.1MCS-51系列單片機簡介M1◆21個字節(jié)特殊功能寄存器?！?個8位的并行I/O接口：P0、P1、P2、P3?！?個16位定時器/計數(shù)器◆2個優(yōu)先級別的5個中斷源?！?個全雙工的串行I/O接口，可多機通信?！?11條指令，含乘法指令和除法指令。◆片內(nèi)采用單總線結(jié)構(gòu)。◆有較強的位處理能力?！舨捎脝我?5V電源。對于52子系列，有8032、8052、8752三種機型。52子系列與51子系列相比大部分相同，不同之處在于：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器增至256字節(jié)；8032芯片不帶ROM，8052芯片帶8KROM，8752芯片帶8KEPROM；有3個16位定時器/計數(shù)器；6個中斷源。本書以51子系列的8051介紹MCS-51單片機的基本原理◆21個字節(jié)特殊功能寄存器。2CPUROM/EPROMRAM定時/計數(shù)器并行接口串行接口中斷系統(tǒng)P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1T0T1XTAL1XTAL2時鐘電路2.2MCS-51系列單片機的結(jié)構(gòu)原理2.2.1MCS-51系列單片機的基本組成ROM/EPROMRAM定時/計數(shù)器并行接口串行接口中斷系統(tǒng)32.2.2MCS-51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)MCS-51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示。由圖2-2可以看到：它集成中央處理器（CPU）、存儲器系統(tǒng)（RAM和ROM）、定時／計數(shù)器、并行接口、串行接口、中斷系統(tǒng)及一些特殊功能寄存器（SFR），它們通過內(nèi)部總線緊密的聯(lián)系在一起。它的總體結(jié)構(gòu)仍是通用CPU加上外圍芯片的總線結(jié)構(gòu)。只是在功能部件的控制上與一般微機的通用寄存器加接口寄存器控制不同，CPU與外設(shè)的控制不再分開，采用了特殊功能寄存器集中控制，使用更方便。內(nèi)部還集成了時鐘電路，只須在外接上晶振就可形成時鐘。另外注意，8031和8032內(nèi)部沒有集成ROM。2.2.2MCS-51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)MCS-51單片4PSENALERESETXLAT1P0.0~P0.7P2.0~P2.7RAM地址寄存器RAMP0鎖存器P2鎖存器EPROM或ROM程序地址寄存器緩沖器B寄存器ACC暫存器2暫存器1ALUPSWSPPC增量器PCDPTRP0驅(qū)動器P2驅(qū)動器特殊功能寄存器指令寄存器定時及控制P1鎖存器P3鎖存器P1驅(qū)動器P3驅(qū)動器振蕩器VssP1.0~P1.7P3.0~P3.7EAXLAT2VccPSENALERESETXLAT1P0.0~P0.7P2.052.2.3MCS-51系列單片機的中央處理器（CPU）一．運算部件運算部件以算術(shù)邏輯運算單元ALU為核心，包含累加器ACC、B寄存器、暫存器、標(biāo)志寄存器PSW等許多部件，它能實現(xiàn)算術(shù)運算、邏輯運算、位運算、數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍幚?。算術(shù)運算單元ALU是一個8位的運算器，它不僅可以完成8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)加、減、乘、除等基本的算術(shù)運算，還可以完成8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)邏輯“與”、“或”、“異或”、循環(huán)移位、求補、清零等邏輯運算，并具有數(shù)據(jù)傳輸、程序轉(zhuǎn)移等功能。ALU還有一個一般微型計算機沒有的位運算器，它可以對一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行置位、清零、求反、測試轉(zhuǎn)移及位邏輯“與”、“或”等處理。這對于控制方面很有用。累加器ACC（簡稱為A）為一個8位的寄存器，它是CPU中使用最頻繁的寄存器，ALU進(jìn)行運算時，數(shù)據(jù)絕大多數(shù)時候都來自于累加器ACC，運算結(jié)果也通常送回累加器ACC。2.2.3MCS-51系列單片機的中央處理器（CPU）一．6寄存器B稱為輔助寄存器，它是為乘法和除法指令而設(shè)置的。在乘法運算時，累加器A和寄存器B在乘法運算前存放乘數(shù)和被乘數(shù)，運算完后，通過寄存器B和累加器A存放結(jié)果。除法運算時，運算前，累加器A和寄存器B存入被除數(shù)和除數(shù)，運算后用于存放商和余數(shù)。標(biāo)志寄存器PSW是一個8位的寄存器，它用于保存指令執(zhí)行結(jié)果的狀態(tài)，以供程序查詢和判別。D7D6D5D4D3D2D1D0CACF0RS1RS0OV-PC（PSW.7）：進(jìn)位標(biāo)志位。AC（PSW.6）：輔助進(jìn)位標(biāo)志位。F0（PSW.5）：用戶標(biāo)志位。RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）：寄存器組選擇位。寄存器B稱為輔助寄存器，它是為乘法和除法指令而設(shè)置的。在乘法7RS1RS0工作寄存器組000組（00H-07H）011組（08H-0FH）102組（10H-17H）113組（18H-1FH）OV（PSW.2）：溢出標(biāo)志位。P（PSW.0）：奇偶標(biāo)志位。若累加器A中1的個數(shù)為奇數(shù)，則P置位，若累加器A中1的個數(shù)為偶數(shù)，則P清零。

【例2-1】試分析下面指令執(zhí)行后，累加器A，標(biāo)志位C、AC、OV、P的值？MOVA，#67HADDA，#58H分析：第一條指令執(zhí)行時把立即數(shù)67H送入累加器A，第二條指令執(zhí)行時把累加器A中的立即數(shù)67H與立即數(shù)58H相加，結(jié)果回送到累加器A中。加法運算過程如下：RS1RS0工作寄存器組000組（00H-07H）011組（867H=01100111B58H=01011000B01100111B+01011000B10111111=0BFH則執(zhí)行后累加器A中的值為0BFH，由相加過程得C=0、AC=0、OV=1、P=1。二．控制部件

控制部件是單片機的控制中心，它包括定時和控制電路、指令寄存器、指令譯碼器、程序計數(shù)器PC、堆棧指針SP、數(shù)據(jù)指針DPTR以及信息傳送控制部件等。它先以振蕩信號為基準(zhǔn)產(chǎn)生CPU的時序，從ROM中取出指令到指令寄存器，然后在指令譯碼器中對指令進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生指令執(zhí)行所需的各種控制信號，送到單片機內(nèi)部的各功能部件，指揮各功能部件產(chǎn)生相應(yīng)的操作，完成對應(yīng)的功能。67H=01100111B592.2.4MCS-51系列單片機的存儲器結(jié)構(gòu)MCS-51單片機存儲器結(jié)構(gòu)與一般微機的存儲器結(jié)構(gòu)不同，分為程序存儲器ROM和數(shù)據(jù)存儲器RAM。程序存儲器存放程序、固定常數(shù)和數(shù)據(jù)表格。數(shù)據(jù)存儲器用作工作區(qū)及存放數(shù)據(jù)。一．程序存儲器1．程序存儲器的編址與訪問MCS-51單片機的程序存儲器，從物理結(jié)構(gòu)上分為片內(nèi)和片外程序存儲器，而對于片內(nèi)程序存儲器，在MCS-51系列中，不同的芯片各不相同，8031和8032內(nèi)部沒有ROM，8051內(nèi)部有4KBROM，8751內(nèi)部有4KBEPROM，8052內(nèi)部有8KBROM，8752內(nèi)部有8KBEPROM。對于內(nèi)部沒有ROM的8031和8032，工作時只能擴(kuò)展外部ROM，最多可擴(kuò)展64K，地址范圍為0000H—FFFFH2.2.4MCS-51系列單片機的存儲器結(jié)構(gòu)10對于內(nèi)部有ROM的芯片，根據(jù)情況外部可以擴(kuò)展ROM，但內(nèi)部ROM和外部ROM共用64K存儲空間，其中，片內(nèi)程序存儲器地址空間和片外程序存儲器的低地址空間重疊。51子系列重疊區(qū)域為0000H—0FFFH，52子系列重疊區(qū)域為0000H—1FFFH。片外ROMEA=0片外ROMEA=0片內(nèi)ROMEA=1片外ROM0000HFFFFH0000H0FFFH1000HFFFFH片外ROMEA=0片內(nèi)ROMEA=1片外ROM0000H1FFFH2000HFFFFH（a）片內(nèi)無ROM（b）片內(nèi)有4KROM（c）片內(nèi)有8KROM對于內(nèi)部有ROM的芯片，根據(jù)情況外部可以擴(kuò)展RO112．程序存儲器的7個特殊地址中斷源入口地址外部中斷00003H定時/計數(shù)器0000BH外部中斷10013H定時/計數(shù)器1001BH串行口0023H定時/計數(shù)器2（僅52子系列有）002BHMCS-51系列單片機復(fù)位后PC的內(nèi)容為0000H，故單片機復(fù)位后將從0000H單元開始執(zhí)行程序。程序存儲器的0000H單元地址是系統(tǒng)程序的啟動地址。這里用戶一般放一條絕對轉(zhuǎn)移指令。轉(zhuǎn)到后而的用戶程序。

6個中斷源的地址之間僅隔8個單元，存放中斷服務(wù)程序往往不夠用，這是通常放一條絕對轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)到真正的中斷服務(wù)程序，真正的中斷服務(wù)程序放到后面。2．程序存儲器的7個特殊地址中斷源入口地址外部中斷0000312二．?dāng)?shù)據(jù)存儲器從物理結(jié)構(gòu)上分為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。1．片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器MCS-51系列單片機的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器除了RAM塊外，還有特殊功能寄存器（SFR）塊。對于51子系列，前者有128字節(jié)，編址為00H—7FH；后者也占128個字節(jié)，編址為80H—FFH；二者連續(xù)不重疊。對于52子系列，前者有256字節(jié)，編址為00H—FFH；后者也有128字節(jié)，編址為80H—FFH；后者與前者的后128字節(jié)編址重疊的。訪問時通過不同的指令相區(qū)分。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器按功能分成以下幾個部分：工作寄存器組區(qū)、位尋址區(qū)、一般RAM區(qū)和特殊功能寄存器區(qū)，其中還包含堆棧區(qū)。二．?dāng)?shù)據(jù)存儲器從物理結(jié)構(gòu)上分為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器13SFR00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH80HFFH工作寄存器組區(qū)位尋址區(qū)一般RAM區(qū)一般RAM區(qū)僅52子子系列工作寄存器組區(qū)00H—1FH單元為工作寄存器組區(qū)，共32個字節(jié)。工作寄存器也稱為通用寄存器，用于臨時寄存8位信息。工作寄存器共有4組，稱為0組、1組、2組和3組，每組8個，分別依次用R0~R7表示00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH80HFFH142.位尋址區(qū)20H—2FH為位尋址區(qū)，共16字節(jié)，128位。這128位每位都可以按位方式使用，每一位都有一個位地址，位地址范圍為00H—7FH字節(jié)單元地址D7D6D5D4D3D2D1D020H070605040302010021H0F0E0D0C0B0A090822H171615141312111023H1F1E1D1C1B1A191824H272625242322212025H2F2E2D2C2B2A292826H373635343332313027H3F3E3D3C3B3A393828H474645444342414029H4F4E4D4C4B4A49482AH57565554535251502BH5F5E5D5C5B5A59582CH67666564636261602DH6F6E6D6C6B6A69682EH77767574737271702FH7F7E7D7C7B7A79782.位尋址區(qū)20H—2FH為位尋址區(qū)，共16字節(jié)153.一般RAM區(qū)30H—7FH是一般RAM區(qū)，也稱為用戶RAM區(qū)，共80字節(jié)，對于52子系列，一般RAM區(qū)從30H—FFH單元。另外，對于前兩區(qū)中未用的單元也可作為用戶RAM單元使用。4.堆棧區(qū)與堆棧指針堆棧是按先入后出、后入先出的原則進(jìn)行管理的一段存儲區(qū)域。MCS-51單片機中，堆棧是用片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的一段區(qū)域，在具體使用時應(yīng)避開工作寄存器、位尋址區(qū)，一般設(shè)在2FH以后的單元，如工作寄存器和位尋址區(qū)未用，也可開辟為堆棧。為實現(xiàn)堆棧的先入后出、后入先出的數(shù)據(jù)處理，專門設(shè)置了一個堆棧指針SP，MCS-51單片機的堆棧是向上生長型的，存入數(shù)據(jù)是從地址低端向高端延伸，取出數(shù)據(jù)是從地址高端向低端延伸。入棧和出棧數(shù)據(jù)是以字節(jié)為單位。入棧時，SP指針的內(nèi)容先自動加1，然后再把數(shù)據(jù)存入到SP指針指向的單元；出棧時，先把SP指針指向的單元的數(shù)據(jù)取出，然后再把SP指針的內(nèi)容自動減1。復(fù)位時，SP的初值為07H，因此堆棧實際上從08H開始存放數(shù)據(jù)。3.一般RAM區(qū)30H—7FH是一般RAM區(qū)，也稱為165.特殊功能寄存器特殊功能寄存器（SFR）也稱專用寄存器，專門用于控制、管理片內(nèi)算術(shù)邏輯部件、并行I/O口、串行口、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能模塊的工作，用戶在編程時可以給其設(shè)定值，但不能移作它用。分布在80H—FFH地址空間，與片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址，除PC外，51子系列有18個特殊功能寄存器，其中3個為雙字節(jié)，共占用21個字節(jié)；52子系列有21個特殊寄存器，其中5個為雙字節(jié)，共占用26個字節(jié)。它們的分配情況如下：CPU專用寄存器：累加器A（E0H），寄存器B（F0H），程序狀態(tài)寄存器PSW（D0H），堆棧指針SP（81H），數(shù)據(jù)指針DPTR（82H、83H）。并行接口：P0~P3（80H、90H、A0H、B0H）。串行接口：串口控制寄存器SCON（98H），串口數(shù)據(jù)緩沖器SBUF（99h），電源控制寄存器PCON（87H）。5.特殊功能寄存器特殊功能寄存器（SFR）也稱專用寄存器，17定時/計數(shù)器：方式寄存器TMOD（89H），控制寄存器TCON（88H），初值寄存器TH0、TL0（8CH、8AH）/TH1、TL1（8DH、8BH）。中斷系統(tǒng)：中斷允許寄存器IE（A8H），中斷優(yōu)先級寄存器IP（B8H）。定時/計數(shù)器2相關(guān)寄存器：定時/計數(shù)器2控制寄存器T2CON（CBH），定時/計數(shù)器2自動重裝寄存器RLDL、RLDH（CAH、CBH），定時/計數(shù)器2初值寄存器TH2、TL2（CDH、CCH）。（僅52子系列有）特殊功能寄存器名稱符號地址位地址與位名稱D7D6D5D4D3D2D1D0P0口P080H8786858483828180堆棧指針SP81H數(shù)據(jù)指針低字節(jié)DPL82H數(shù)據(jù)指針高字節(jié)DPH83H定時/計數(shù)器控制TCON88HTF18FTR18ETF08DTR08CIE18BIT18AIE089IT088定時/計數(shù)器方式TMOD89HGATEC/TM1M0GATEC/TM1M0定時/計數(shù)器：方式寄存器TMOD（89H），控制寄存器TCO18定時/計數(shù)器0低字節(jié)TL08AH定時/計數(shù)器0高字節(jié)TH08BH定時/計數(shù)器1低字節(jié)TL18CH定時/計數(shù)器1高字節(jié)TH18DHP1口P190H9796959493929190電源控制PCON97HSMODGF1GF0PDIDL串行口控制SCON98HSM09FSM19ESM09DREN9CTB89BRB89ATI99RI98串行口數(shù)據(jù)SBUF99HP2口P2A0HA7A6A5A4A3A2A1A0中斷允許控制IEA8HEAAFET2ADESACET1ABEX1AAET0A9EX0A9定時/計數(shù)器0低字節(jié)TL08AH定時/計數(shù)器0高字節(jié)TH0819P3口P3B0HB7B6B5B4B3B2B1B0中斷優(yōu)先級控制IPB8HPT2BDPSBCPT1BBPX1BAPT0B9PX0B8定時/計數(shù)器2控制T2CONC8HTF2CFEXF2CERCLKCDTCLKCCEXEN2CBTR2CAC/T2C9CP/RL2C8定時/計數(shù)器2重裝低字節(jié)RLDLCAH定時/計數(shù)器2重裝高字節(jié)RLDHCBH定時/計數(shù)器2低字節(jié)TL2CCH定時/計數(shù)器2高字節(jié)TH2CDH程序狀態(tài)寄存器PSWD0HCD7ACD6F0D5RS1D4RS0D3OVD2D1PD0累加器AE0HE7E6E5E4E3E2E1E0寄存器BBF0HF7F6F5F4F3F2F1F0P3口P3B0HB7B6B5B4B3B2B1B0中斷優(yōu)先級控20在表中，帶有位名稱或位地址的特殊功能寄存器，既能按字節(jié)方式處理，也能夠按位方式處理。2．片外數(shù)據(jù)存儲器MCS-51單片機片內(nèi)有128字節(jié)或256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，當(dāng)這些數(shù)據(jù)存儲器不夠時，可在外部擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲器，擴(kuò)展的外部數(shù)據(jù)存儲器最多64KB，地址范圍為0000H—0FFFFH，通過DPTR作指針間接方式訪問，對于低端的256字節(jié)，可用兩位十六進(jìn)制地址編址，地址范圍為00H—0FFH，可通過R0和R1間接方式訪問。另外，擴(kuò)展的外部設(shè)備占用片外數(shù)據(jù)存儲器空間，通過用訪問片外數(shù)據(jù)存儲器的方法訪問。說明：第一，64K的程序存儲器和64K的片外數(shù)據(jù)存儲器地址空間都為0000H—0FFFFH，地址空間是重疊的，它們?nèi)绾螀^(qū)分呢？MCS-51單片機是通過不同的信號來對片外數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器進(jìn)行讀、寫的，片外數(shù)據(jù)存儲器的讀、寫通過RD和WR信號來控制，而程序存儲器的讀通過PSEN信號控制，通過用不同的指令來實現(xiàn)，片外數(shù)據(jù)存儲器用MOVX指令，程序存儲器用MOVC指令。和在表中，帶有位名稱或位地址的特殊功能寄存器，既能按字節(jié)方式處21第二，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器的低256字節(jié)的地址空間是重疊的，它們?nèi)绾螀^(qū)分呢？片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器的低256字節(jié)通過不同的指令訪問，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器用MOV指令，片外數(shù)據(jù)存儲器用MOVX指令。因此在訪問時不會產(chǎn)生混亂。2.2.5MCS-51系列單片機的輸入/輸出接口MCS-51系列單片機有4個8位的并行I/O接口：P0、P1、P2和P3口。它們是特殊功能寄存器中的4個。這4個口，既可以作輸入，也可以作輸出，既可按8位處理，也可按位方式使用。輸出時具有鎖存能力，輸入時具有緩沖功能。第二，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器的低256字節(jié)的地址空間22一．P0口P0口是一個三態(tài)雙向口，可作為地址／數(shù)據(jù)分時復(fù)用口，也可作為通用的I/O接口。它包括一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)緩沖器、輸出驅(qū)動電路和輸出控制電路組成，它的一位結(jié)構(gòu)如圖：21&DQCLK鎖存器讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳地址控制VccGNDP0.xV2V134MUX一．P0口P0口是一個三態(tài)雙向口，可作為地址／數(shù)據(jù)分時復(fù)用口23當(dāng)控制信號為高電平“1”，P0口作為地址／數(shù)據(jù)分時復(fù)用總線用。這時可分為兩種情況：一種是從P0口輸出地址或數(shù)據(jù)，另一種是從P0口輸入數(shù)據(jù)。控制信號為高電平“1”，使轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX把反相器4的輸出端與V1接通，同時把與門3打開。如果從P0口輸出地址或數(shù)據(jù)信號，當(dāng)?shù)刂坊驍?shù)據(jù)為“1”時，經(jīng)反相器4使V1截止，而經(jīng)與門3使V2導(dǎo)通，P0.x引腳上出現(xiàn)相應(yīng)的高電平“1”；當(dāng)?shù)刂坊驍?shù)據(jù)為“0”時，經(jīng)反相器4使V1導(dǎo)通而V2截止，引腳上出現(xiàn)相應(yīng)的低電平“0”，這樣就將地址/數(shù)據(jù)的信號輸出。如果從P0口輸入數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)從引腳下方的三態(tài)輸入緩沖器進(jìn)入內(nèi)部總線。當(dāng)控制信號應(yīng)為低電平“0”，P0口作為通用I/O口使用?？刂菩盘枮椤?”，轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX把輸出級與鎖存器Q端接通，在CPU向端口輸出數(shù)據(jù)時，因與門3輸出為“0”，使V2截止，此時，輸出級是漏極開路電路。當(dāng)寫入脈沖加在鎖存器時鐘端CLK上時，與內(nèi)部總線相連的D端數(shù)據(jù)取反后出現(xiàn)在Q端，又經(jīng)輸出T1反相，在P0引腳上出現(xiàn)的數(shù)據(jù)正好是內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)。當(dāng)要從P0口輸入數(shù)據(jù)時，引腳信號仍經(jīng)輸入緩沖器進(jìn)入內(nèi)部總線當(dāng)控制信號為高電平“1”，P0口作為地址／數(shù)據(jù)分24當(dāng)P0口作通用I/O接口時，應(yīng)注意以下兩點：（1）在輸出數(shù)據(jù)時，由于V2截止，輸出級是漏極開路電路，要使“1”信號正常輸出，必須外接上拉電阻。（2）P0口作為通用I/O口輸入使用時，在輸入數(shù)據(jù)前，應(yīng)先向P0口寫“1”，此時鎖存器的Q端為“0”，使輸出級的兩個場效應(yīng)管V1、V2均截止，引腳處于懸浮狀態(tài)，才可作高阻輸入。因為，從P0口引腳輸入數(shù)據(jù)時，V2一直處于截止?fàn)顟B(tài)，引腳上的外部信號既加在三態(tài)緩沖器1的輸入端，又加在V1的漏極。假定在此之前曾經(jīng)輸出數(shù)據(jù)“0”，則V1是導(dǎo)通的，這樣引腳上的電位就始終被箝位在低電平，使輸入高電平無法讀入。因此，在輸入數(shù)據(jù)時，應(yīng)人為地先向P0口寫“1”，使V1、V2均截止，方可高阻輸入。另外，P0口的輸出級具有驅(qū)動8個LSTTL負(fù)載的能力，輸出電流不大于800A

當(dāng)P0口作通用I/O接口時，應(yīng)注意以下兩點：25二．P1口P1口是準(zhǔn)雙向口，它只能作通用I/O接口使用。P1口的結(jié)構(gòu)與P0口不同，它的輸出只由一個場效應(yīng)管V1與內(nèi)部上拉電阻組成，如圖21DQCLK鎖存器讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳VccGNDP1.xV1內(nèi)部上拉電阻輸入輸出原理特性與P0口作為通用I/O接口使用時一樣，當(dāng)其輸出時，可以提供電流負(fù)載，不必像P0口那樣需要外接上拉電阻。P1口具有驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載的能力。二．P1口P1口是準(zhǔn)雙向口，它只能作通用I/O接口26三．P2口P2口也是準(zhǔn)雙向口，它有兩種用途：通用I/O接口和高8位地址線。它的1位的結(jié)構(gòu)如圖2.8，與P1口相比，它只在輸出驅(qū)動電路上比P1口多了一個模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX和反相器3。21DQCLK鎖存器讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳地址控制VccGNDP2.xV1MUX內(nèi)部上拉電阻3三．P2口P2口也是準(zhǔn)雙向口，它有兩種用途：通用27當(dāng)控制信號為為高電平“1”，轉(zhuǎn)換開關(guān)接右側(cè)，P2口用作高8位地址總線使用時，訪問片外存儲器的高8位地址A8~A15由P2口輸出。如系統(tǒng)擴(kuò)展了ROM，由于單片機工作時一直不斷地取指令，因而P2口將不斷的送出高8位地址，P2口將不能作通用I/O口用。如系統(tǒng)僅僅擴(kuò)展RAM，這時分幾種情況：當(dāng)片外RAM容量不超過256字節(jié)，在訪問RAM時，只須P0口送低8位地址即可，P2口仍可作為通用I/O口使用；當(dāng)片外RAM容量大于256字節(jié)時，需要P2口提供高8位地址，這時P2口就不能作通用I/O接口使用。當(dāng)控制信號為為高電平“0”，轉(zhuǎn)換開關(guān)接左側(cè)，P2口用作當(dāng)作為準(zhǔn)雙向通用I/O接口?？刂菩盘柺罐D(zhuǎn)換開關(guān)接左側(cè)，其工作原理與P1相同，只是P1口輸出端由鎖存器ō接V1，而P2口是由鎖存器Q端經(jīng)反相器3接V1，也具有輸入、輸出、端口操作三種工作方式，負(fù)載能力也與P1相同。當(dāng)控制信號為為高電平“1”，轉(zhuǎn)換開關(guān)接右側(cè)，P2口28四．P3口P3口1位的結(jié)構(gòu)如圖2.9。它的輸出驅(qū)動由與非門3、V1組成，輸入比P0、P1、P2口多了一個緩沖器4。21DQCLK鎖存器讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳VccGNDP3.xV1內(nèi)部上拉電阻&34第二功能輸入第二功能輸出四．P3口P3口1位的結(jié)構(gòu)如圖2.9。它的輸出驅(qū)動由與非門329P3口除了作為準(zhǔn)雙向通用I/O口使用外，它的每一根線還具有第二種功能。P3口第二功能P3.0RXD串行口輸入端P3.1TXD串行口輸出端P3.2INT0外部中斷0請求輸入端，低電平有效P3.3INT1外部中斷1請求輸入端，低電平有效P3.4T0定時/計數(shù)器0外部計數(shù)脈沖輸入端P3.5T1定時/計數(shù)器0外部計數(shù)脈沖輸入端P3.6WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫信號，低電平有效P3.7RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀信號，低電平有效P3口除了作為準(zhǔn)雙向通用I/O口使用外，它的每一根線還具有第30當(dāng)P3口作為第二功能時，鎖存器的Q輸出端必須為高電平，否則V1管導(dǎo)通，引腳將被箝位在低電平，無法實現(xiàn)第二功能。當(dāng)鎖存器Q端為高電平，P3口的狀態(tài)取決于第二功能輸出線的狀態(tài)。單片機復(fù)位時，鎖存器的輸出端為高電平。P3口第二功能中輸入信號RXD、INT0、INT1、T0、T1經(jīng)緩沖器4輸入，可直接進(jìn)入芯片內(nèi)部。當(dāng)P3口作為通用I/O接口時，第二功能輸出線為高電平，與非門3的輸出取決于鎖存器的狀態(tài)。這時，P3是一個準(zhǔn)雙向口，它的工作原理、負(fù)載能力與P1、P2口相同。當(dāng)P3口作為第二功能時，鎖存器的Q輸出端必須為高312.3MCS-51系列單片機的外部引腳及片外總線2.3.1外部引腳P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VpdP3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7XTAL2XTAL1VssVccP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VppALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0123456789101112141516171819204039383736353433323130292827262524232221803180518751RXDTXDINT0INT1T0T1WRRDP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7PSENEAALERST用戶I/O控制總線(CB)鎖存器A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0地址總線數(shù)據(jù)總線(AB)(DB)VccVssVccVss2.3MCS-51系列單片機的外部引腳及片外總線2.3.132一．輸入/輸出引腳（1）P0口（39~32腳）：P0.0~P0.7統(tǒng)稱為P0口。在不接片外存儲器與不擴(kuò)展I/O口時，作為準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。在接有片外存儲器或擴(kuò)展I/O口時，P0口分時復(fù)用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。（2）P1口（1~8腳）：P1.0~P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O口使用。對于52子系列，P1.0與P1.1還有第二功能：P1.0可用作定時器/計數(shù)器2的計數(shù)脈沖輸入端T2，P1.1可用作定時器/計數(shù)器2的外部控制端T2EX。（3）P2口（21~28腳）：P2.0~P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般可作為準(zhǔn)雙向I/O口使用；在接有片外存儲器或擴(kuò)展I/O口且尋址范圍超過256字節(jié)時，P2口用作高8位地址總線。（4）P3口（10~17腳）：P3.0~P3.7統(tǒng)稱為P3口。除作為準(zhǔn)雙向I/O口使用外，還可以將每一位用于第二功能，而且P3口的每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。一．輸入/輸出引腳（1）P0口（39~32腳）：P0.0~P33二．控制線（1）ALE/PROG（30腳）：地址鎖存信號輸出端。ALE在每個機器周期內(nèi)輸出兩個脈沖。（2）PSEN（29腳）：片外程序存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效。（3）RST/VPD（9腳）：RST即為RESET，VPD為備用電源。當(dāng)單片機振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可實現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機回復(fù)到初始狀態(tài)。上電時，考慮到振蕩器有一定的起振時間，該引腳上高電平必須持續(xù)10ms以上才能保證有效復(fù)位。（4）/VPP（31腳）：EA為片外程序存儲器選用端。該引腳低電平時，選用片外程序存儲器，高電平或懸空時選用片內(nèi)程序存儲器。三．主電源引腳VCC（40腳）：接+5V電源正端。VSS（20腳）：接+5V電源地端。二．控制線（1）ALE/PROG（30腳）：地址鎖存信號輸出34四．外接晶體引腳XTAL1、XTAL2（19、18腳）：當(dāng)使用單片機內(nèi)部振蕩電路時，這兩個引腳用來外接石英晶體和微調(diào)電容，如圖2-10（a）。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，XTAL1引腳接地，XTAL2接片外振蕩脈沖輸入（帶上拉電阻）；對于CHMOS單片機，XTAL2引腳接地，XTAL1接片外振蕩脈沖輸入（帶上拉電阻），如圖2-11（b）和（c）。XTAL1XTAL2外部振蕩信號XTAL1XTAL2VccVssR外部振蕩信號XTAL2XTAL1VccVssR（a）內(nèi)部時鐘方式（b）HMOS工藝外接時鐘（c）CHMOS工藝外接時鐘四．外接晶體引腳XTAL1、XTAL2（19、18腳）：當(dāng)使352.3.2片外總線結(jié)構(gòu)一．地址總線地址總線寬度為16位，尋址范圍都為64KB。由P0口經(jīng)地址鎖存器提供低8位（A7~A0），P2口提供高8位（A15~A8）而形成?？蓪ζ獬绦虼鎯ζ骱推鈹?shù)據(jù)存儲器尋址。二．?dāng)?shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由P0口直接提供。三．控制總線控制總線由第二功能狀態(tài)下的P3口和4根獨立的控制線RST、EA、ALE和PSEN組成。2.3.2片外總線結(jié)構(gòu)一．地址總線362.4MCS-51系列單片機的工作方式2.4.1復(fù)位方式在時鐘電路工作以后，當(dāng)外部電路使得RST端出現(xiàn)2個機器周期（24個時鐘周期）以上的高電平，系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)位。復(fù)位有兩種方式：上電復(fù)位和按鈕復(fù)位。如圖所示。VccRSTVssMCS-51VccRSTVssMCS-511k1k200（a）上電復(fù)位電路（b）按鈕復(fù)位電路2.4MCS-51系列單片機的工作方式2.4.1復(fù)位方式37特殊功能寄存器初始內(nèi)容特殊功能寄存器初始內(nèi)容A0000HTCON00HPC0000HTL000HB00HTH000HPSW00HTL100HSP07HTH100HDPTR0000HSCON00HP0~P3FFHSBUFXXXXXXXXBIPXX000000BPCON0XXX0000BIE0X000000BTMOD00H特殊功能寄存器初始內(nèi)容特殊功能寄存器初始內(nèi)容A0000HTC382.4.2程序執(zhí)行方式2.4.3單步執(zhí)行方式所謂單步執(zhí)行，是指在外部單步脈沖的作用下，使單片機一個單步脈沖執(zhí)行一條指令后就暫停下來，再一個單步脈沖再執(zhí)行一條指令后又暫停下來。它通常用于調(diào)試程序、跟蹤程序執(zhí)行和了解程序執(zhí)行過程。單片機沒有單步執(zhí)行中斷，MCS-51單片機的單步執(zhí)行也要利用中斷系統(tǒng)完成。MCS-51的中斷系統(tǒng)規(guī)定，從中斷服務(wù)程序中返回之后，至少要再執(zhí)行一條指令，才能重新進(jìn)入中斷。將外部脈沖加到INT0引腳，平時讓它為低電平，通過編程規(guī)定INT0為電平觸發(fā)。那么，不來脈沖時INT0總處于響應(yīng)中斷的狀態(tài)。在INT0的中斷服務(wù)程序中安排下面的指令：PAUSE0：JNBP3.2，PAUSE0；若INT0=0，不往下執(zhí)行PAUSE1：JBP3.2，PAUSE1；若INT0=1，不往下執(zhí)行RETI；返回主程序執(zhí)行下一條指令2.4.2程序執(zhí)行方式2.4.3單步執(zhí)行方式所謂單步執(zhí)行392.4.4節(jié)電方式一．HMOS單片機的掉電方式HMOS芯片本身運行功耗較大，這類芯片沒有設(shè)置低功耗運行方式。為了減小系統(tǒng)的功耗，設(shè)置了掉電方式，RST/Vpd端接有備用電源，即當(dāng)單片機正常運行時，單片機內(nèi)部的RAM由主電源Vcc供電，當(dāng)Vcc掉電，Vcc電壓低于RST/Vpd端備用電源電壓時，由備用電源向RAM維持供電，保證RAM中數(shù)據(jù)不丟失。這時系統(tǒng)的其它部件都停止工作，包括片內(nèi)振蕩器。二．CHMOS的節(jié)電運行方式HMOS的芯片運行時耗電少，有兩種節(jié)電運行方式：待機方式和掉電保護(hù)方式。以進(jìn)一步降低功耗，它們特別適用于電源功耗要求低的應(yīng)用場合。2.4.4節(jié)電方式一．HMOS單片機的掉電方式HMOS芯片402.4.5編程和校驗方式一．EPROM編程HMOS器件8751，內(nèi)部集成4KB的EPROM編程如下：編程時時鐘頻率應(yīng)定在4~6MHz的范圍內(nèi)，各引腳的接法如下：P1口和P2口的P2.3~P2.0提供12位地址，P1口為低8位。P0口輸入編程數(shù)據(jù)。P2.6~P2.4以及PSEN為低電平，P2.7和RST為高電平。以上除RST的高電平為2.5V，其余的均為TTL電平。EA/Vpp端加電壓為21V的編程脈沖，不能大于21.5V，否則會損壞EPROM。ALE/PROG端加寬度為50ms的負(fù)脈沖作寫入信號，每來一次負(fù)脈沖，則把P0口的數(shù)據(jù)寫入到由P1和P2口低四位提供的12位地址指向的片內(nèi)EPROM單元。2.4.5編程和校驗方式一．EPROM編程HMOS器件8741二．EPROM校驗在程序的保密位未設(shè)置，無論在寫入時或?qū)懭胫螅梢詫PROM的內(nèi)容讀出進(jìn)行校驗。校驗時各引腳的連接與編程時連接基本相同，只有P2.7腳改為低電平，在校驗過程中，讀出的EPROM單元的內(nèi)容由P0輸出。三．EPROM加密8751的EPROM內(nèi)部有一個程序保密位，當(dāng)把該位寫入后，就可禁止任何外部方法對片內(nèi)程序存儲器進(jìn)行讀寫，也不能再對EPROM編程，對片內(nèi)EPROM建立了保險。設(shè)置保密位時不須要單元地址和數(shù)據(jù)，所以P0口、P1口和P2.3~P2.0為任意狀態(tài)，引腳在連接時，除了將P2.6改為TTL高電平，其它引腳在連接時與編程時相同。當(dāng)加了保密位后，就不能對EPROM編程，也不能執(zhí)行外部存儲器的程序。如果要對片內(nèi)EPROM重新編程，只有解除保密位。對保密位的解除，只有將EPROM全部擦除進(jìn)保密位才能一起被擦除。也可以再次寫入。二．EPROM校驗在程序的保密位未設(shè)置，無論在寫入時或?qū)懭胫?22.5MCS-51系列單片機的時序2.5.1機器周期和指令周期機器周期：機器周期是單片機的基本操作周期，每個機器周期包含S1、S2、、S66個狀態(tài)，每個狀態(tài)包含2拍P1和P2，每一拍為一個時鐘周期（振蕩周期）。因此，一個機器周期包含12個時鐘周期。依次可表示為S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、…、S6P1、S6P2。指令周期：計算機工作時不斷的取指令和執(zhí)行指令。計算機取一條指令至執(zhí)行完該指令需要的時間稱為指令周期，不同的指令，指令周期不同。單片機的指令周期以機器周期為單位。MCS-51系列單片機中，大多數(shù)指令的指令周期由一個機器周期或兩個機器周期組成，只有乘法、除法指令須要4機器周期指令。S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2時鐘信號2.5MCS-51系列單片機的時序2.5.1機器周期和指432.5.2單機器周期指令的時序S1S2S3S4S5S6讀操作碼讀無效（丟失）單字節(jié)單機器周期指令S1S2S3S4S5S6讀操作碼讀第二個字節(jié)雙字節(jié)單機器周期指令2.5.2單機器周期指令的時序S1S2S3S4S5S6讀操442.5.3雙機器周期指令的時序S1S2S3S4S5S6讀操作碼S1S2S3S4S5S6三次讀操作無效（丟失）單字節(jié)、雙機器周期指令的時序2.5.3雙機器周期指令的時序S1S2S3S4S5S6讀操45第二章單片機基本原理2.1MCS-51系列單片機簡介MCS-51系列單片機是美國Intel公司在1980年推出的高性能8位單片機，它包含51和52兩個子系列。對于51子系列，主要有8031、8051、8751三種機型，它們的指令系統(tǒng)與芯片引腳完全兼容，僅片內(nèi)程序存儲器有所不同，8031芯片不帶ROM，8051芯片帶4KROM，8751芯片帶4KEPROM。51子系列的主要特點為：◆8位CPU。◆片內(nèi)帶振蕩器，頻率范圍1．2~12MHZ?！羝瑑?nèi)帶128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器?！羝瑑?nèi)帶4K的程序存儲器?！舫绦虼鎯ζ鞯膶ぶ房臻g為64K字節(jié)?！羝鈹?shù)據(jù)存儲器的尋址空間內(nèi)64K字節(jié)?！?28個用戶位尋址空間。。

第二章單片機基本原理2.1MCS-51系列單片機簡介M46◆21個字節(jié)特殊功能寄存器?！?個8位的并行I/O接口：P0、P1、P2、P3?！?個16位定時器/計數(shù)器◆2個優(yōu)先級別的5個中斷源?！?個全雙工的串行I/O接口，可多機通信。◆111條指令，含乘法指令和除法指令?！羝瑑?nèi)采用單總線結(jié)構(gòu)?！粲休^強的位處理能力?！舨捎脝我?5V電源。對于52子系列，有8032、8052、8752三種機型。52子系列與51子系列相比大部分相同，不同之處在于：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器增至256字節(jié)；8032芯片不帶ROM，8052芯片帶8KROM，8752芯片帶8KEPROM；有3個16位定時器/計數(shù)器；6個中斷源。本書以51子系列的8051介紹MCS-51單片機的基本原理◆21個字節(jié)特殊功能寄存器。47CPUROM/EPROMRAM定時/計數(shù)器并行接口串行接口中斷系統(tǒng)P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1T0T1XTAL1XTAL2時鐘電路2.2MCS-51系列單片機的結(jié)構(gòu)原理2.2.1MCS-51系列單片機的基本組成ROM/EPROMRAM定時/計數(shù)器并行接口串行接口中斷系統(tǒng)482.2.2MCS-51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)MCS-51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示。由圖2-2可以看到：它集成中央處理器（CPU）、存儲器系統(tǒng)（RAM和ROM）、定時／計數(shù)器、并行接口、串行接口、中斷系統(tǒng)及一些特殊功能寄存器（SFR），它們通過內(nèi)部總線緊密的聯(lián)系在一起。它的總體結(jié)構(gòu)仍是通用CPU加上外圍芯片的總線結(jié)構(gòu)。只是在功能部件的控制上與一般微機的通用寄存器加接口寄存器控制不同，CPU與外設(shè)的控制不再分開，采用了特殊功能寄存器集中控制，使用更方便。內(nèi)部還集成了時鐘電路，只須在外接上晶振就可形成時鐘。另外注意，8031和8032內(nèi)部沒有集成ROM。2.2.2MCS-51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)MCS-51單片49PSENALERESETXLAT1P0.0~P0.7P2.0~P2.7RAM地址寄存器RAMP0鎖存器P2鎖存器EPROM或ROM程序地址寄存器緩沖器B寄存器ACC暫存器2暫存器1ALUPSWSPPC增量器PCDPTRP0驅(qū)動器P2驅(qū)動器特殊功能寄存器指令寄存器定時及控制P1鎖存器P3鎖存器P1驅(qū)動器P3驅(qū)動器振蕩器VssP1.0~P1.7P3.0~P3.7EAXLAT2VccPSENALERESETXLAT1P0.0~P0.7P2.0502.2.3MCS-51系列單片機的中央處理器（CPU）一．運算部件運算部件以算術(shù)邏輯運算單元ALU為核心，包含累加器ACC、B寄存器、暫存器、標(biāo)志寄存器PSW等許多部件，它能實現(xiàn)算術(shù)運算、邏輯運算、位運算、數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍幚?。算術(shù)運算單元ALU是一個8位的運算器，它不僅可以完成8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)加、減、乘、除等基本的算術(shù)運算，還可以完成8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)邏輯“與”、“或”、“異或”、循環(huán)移位、求補、清零等邏輯運算，并具有數(shù)據(jù)傳輸、程序轉(zhuǎn)移等功能。ALU還有一個一般微型計算機沒有的位運算器，它可以對一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行置位、清零、求反、測試轉(zhuǎn)移及位邏輯“與”、“或”等處理。這對于控制方面很有用。累加器ACC（簡稱為A）為一個8位的寄存器，它是CPU中使用最頻繁的寄存器，ALU進(jìn)行運算時，數(shù)據(jù)絕大多數(shù)時候都來自于累加器ACC，運算結(jié)果也通常送回累加器ACC。2.2.3MCS-51系列單片機的中央處理器（CPU）一．51寄存器B稱為輔助寄存器，它是為乘法和除法指令而設(shè)置的。在乘法運算時，累加器A和寄存器B在乘法運算前存放乘數(shù)和被乘數(shù)，運算完后，通過寄存器B和累加器A存放結(jié)果。除法運算時，運算前，累加器A和寄存器B存入被除數(shù)和除數(shù)，運算后用于存放商和余數(shù)。標(biāo)志寄存器PSW是一個8位的寄存器，它用于保存指令執(zhí)行結(jié)果的狀態(tài)，以供程序查詢和判別。D7D6D5D4D3D2D1D0CACF0RS1RS0OV-PC（PSW.7）：進(jìn)位標(biāo)志位。AC（PSW.6）：輔助進(jìn)位標(biāo)志位。F0（PSW.5）：用戶標(biāo)志位。RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）：寄存器組選擇位。寄存器B稱為輔助寄存器，它是為乘法和除法指令而設(shè)置的。在乘法52RS1RS0工作寄存器組000組（00H-07H）011組（08H-0FH）102組（10H-17H）113組（18H-1FH）OV（PSW.2）：溢出標(biāo)志位。P（PSW.0）：奇偶標(biāo)志位。若累加器A中1的個數(shù)為奇數(shù)，則P置位，若累加器A中1的個數(shù)為偶數(shù)，則P清零。

【例2-1】試分析下面指令執(zhí)行后，累加器A，標(biāo)志位C、AC、OV、P的值？MOVA，#67HADDA，#58H分析：第一條指令執(zhí)行時把立即數(shù)67H送入累加器A，第二條指令執(zhí)行時把累加器A中的立即數(shù)67H與立即數(shù)58H相加，結(jié)果回送到累加器A中。加法運算過程如下：RS1RS0工作寄存器組000組（00H-07H）011組（5367H=01100111B58H=01011000B01100111B+01011000B10111111=0BFH則執(zhí)行后累加器A中的值為0BFH，由相加過程得C=0、AC=0、OV=1、P=1。二．控制部件

控制部件是單片機的控制中心，它包括定時和控制電路、指令寄存器、指令譯碼器、程序計數(shù)器PC、堆棧指針SP、數(shù)據(jù)指針DPTR以及信息傳送控制部件等。它先以振蕩信號為基準(zhǔn)產(chǎn)生CPU的時序，從ROM中取出指令到指令寄存器，然后在指令譯碼器中對指令進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生指令執(zhí)行所需的各種控制信號，送到單片機內(nèi)部的各功能部件，指揮各功能部件產(chǎn)生相應(yīng)的操作，完成對應(yīng)的功能。67H=01100111B5542.2.4MCS-51系列單片機的存儲器結(jié)構(gòu)MCS-51單片機存儲器結(jié)構(gòu)與一般微機的存儲器結(jié)構(gòu)不同，分為程序存儲器ROM和數(shù)據(jù)存儲器RAM。程序存儲器存放程序、固定常數(shù)和數(shù)據(jù)表格。數(shù)據(jù)存儲器用作工作區(qū)及存放數(shù)據(jù)。一．程序存儲器1．程序存儲器的編址與訪問MCS-51單片機的程序存儲器，從物理結(jié)構(gòu)上分為片內(nèi)和片外程序存儲器，而對于片內(nèi)程序存儲器，在MCS-51系列中，不同的芯片各不相同，8031和8032內(nèi)部沒有ROM，8051內(nèi)部有4KBROM，8751內(nèi)部有4KBEPROM，8052內(nèi)部有8KBROM，8752內(nèi)部有8KBEPROM。對于內(nèi)部沒有ROM的8031和8032，工作時只能擴(kuò)展外部ROM，最多可擴(kuò)展64K，地址范圍為0000H—FFFFH2.2.4MCS-51系列單片機的存儲器結(jié)構(gòu)55對于內(nèi)部有ROM的芯片，根據(jù)情況外部可以擴(kuò)展ROM，但內(nèi)部ROM和外部ROM共用64K存儲空間，其中，片內(nèi)程序存儲器地址空間和片外程序存儲器的低地址空間重疊。51子系列重疊區(qū)域為0000H—0FFFH，52子系列重疊區(qū)域為0000H—1FFFH。片外ROMEA=0片外ROMEA=0片內(nèi)ROMEA=1片外ROM0000HFFFFH0000H0FFFH1000HFFFFH片外ROMEA=0片內(nèi)ROMEA=1片外ROM0000H1FFFH2000HFFFFH（a）片內(nèi)無ROM（b）片內(nèi)有4KROM（c）片內(nèi)有8KROM對于內(nèi)部有ROM的芯片，根據(jù)情況外部可以擴(kuò)展RO562．程序存儲器的7個特殊地址中斷源入口地址外部中斷00003H定時/計數(shù)器0000BH外部中斷10013H定時/計數(shù)器1001BH串行口0023H定時/計數(shù)器2（僅52子系列有）002BHMCS-51系列單片機復(fù)位后PC的內(nèi)容為0000H，故單片機復(fù)位后將從0000H單元開始執(zhí)行程序。程序存儲器的0000H單元地址是系統(tǒng)程序的啟動地址。這里用戶一般放一條絕對轉(zhuǎn)移指令。轉(zhuǎn)到后而的用戶程序。

6個中斷源的地址之間僅隔8個單元，存放中斷服務(wù)程序往往不夠用，這是通常放一條絕對轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)到真正的中斷服務(wù)程序，真正的中斷服務(wù)程序放到后面。2．程序存儲器的7個特殊地址中斷源入口地址外部中斷0000357二．?dāng)?shù)據(jù)存儲器從物理結(jié)構(gòu)上分為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。1．片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器MCS-51系列單片機的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器除了RAM塊外，還有特殊功能寄存器（SFR）塊。對于51子系列，前者有128字節(jié)，編址為00H—7FH；后者也占128個字節(jié)，編址為80H—FFH；二者連續(xù)不重疊。對于52子系列，前者有256字節(jié)，編址為00H—FFH；后者也有128字節(jié)，編址為80H—FFH；后者與前者的后128字節(jié)編址重疊的。訪問時通過不同的指令相區(qū)分。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器按功能分成以下幾個部分：工作寄存器組區(qū)、位尋址區(qū)、一般RAM區(qū)和特殊功能寄存器區(qū)，其中還包含堆棧區(qū)。二．?dāng)?shù)據(jù)存儲器從物理結(jié)構(gòu)上分為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器58SFR00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH80HFFH工作寄存器組區(qū)位尋址區(qū)一般RAM區(qū)一般RAM區(qū)僅52子子系列工作寄存器組區(qū)00H—1FH單元為工作寄存器組區(qū)，共32個字節(jié)。工作寄存器也稱為通用寄存器，用于臨時寄存8位信息。工作寄存器共有4組，稱為0組、1組、2組和3組，每組8個，分別依次用R0~R7表示00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH80HFFH592.位尋址區(qū)20H—2FH為位尋址區(qū)，共16字節(jié)，128位。這128位每位都可以按位方式使用，每一位都有一個位地址，位地址范圍為00H—7FH字節(jié)單元地址D7D6D5D4D3D2D1D020H070605040302010021H0F0E0D0C0B0A090822H171615141312111023H1F1E1D1C1B1A191824H272625242322212025H2F2E2D2C2B2A292826H373635343332313027H3F3E3D3C3B3A393828H474645444342414029H4F4E4D4C4B4A49482AH57565554535251502BH5F5E5D5C5B5A59582CH67666564636261602DH6F6E6D6C6B6A69682EH77767574737271702FH7F7E7D7C7B7A79782.位尋址區(qū)20H—2FH為位尋址區(qū)，共16字節(jié)603.一般RAM區(qū)30H—7FH是一般RAM區(qū)，也稱為用戶RAM區(qū)，共80字節(jié)，對于52子系列，一般RAM區(qū)從30H—FFH單元。另外，對于前兩區(qū)中未用的單元也可作為用戶RAM單元使用。4.堆棧區(qū)與堆棧指針堆棧是按先入后出、后入先出的原則進(jìn)行管理的一段存儲區(qū)域。MCS-51單片機中，堆棧是用片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的一段區(qū)域，在具體使用時應(yīng)避開工作寄存器、位尋址區(qū)，一般設(shè)在2FH以后的單元，如工作寄存器和位尋址區(qū)未用，也可開辟為堆棧。為實現(xiàn)堆棧的先入后出、后入先出的數(shù)據(jù)處理，專門設(shè)置了一個堆棧指針SP，MCS-51單片機的堆棧是向上生長型的，存入數(shù)據(jù)是從地址低端向高端延伸，取出數(shù)據(jù)是從地址高端向低端延伸。入棧和出棧數(shù)據(jù)是以字節(jié)為單位。入棧時，SP指針的內(nèi)容先自動加1，然后再把數(shù)據(jù)存入到SP指針指向的單元；出棧時，先把SP指針指向的單元的數(shù)據(jù)取出，然后再把SP指針的內(nèi)容自動減1。復(fù)位時，SP的初值為07H，因此堆棧實際上從08H開始存放數(shù)據(jù)。3.一般RAM區(qū)30H—7FH是一般RAM區(qū)，也稱為615.特殊功能寄存器特殊功能寄存器（SFR）也稱專用寄存器，專門用于控制、管理片內(nèi)算術(shù)邏輯部件、并行I/O口、串行口、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能模塊的工作，用戶在編程時可以給其設(shè)定值，但不能移作它用。分布在80H—FFH地址空間，與片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址，除PC外，51子系列有18個特殊功能寄存器，其中3個為雙字節(jié)，共占用21個字節(jié)；52子系列有21個特殊寄存器，其中5個為雙字節(jié)，共占用26個字節(jié)。它們的分配情況如下：CPU專用寄存器：累加器A（E0H），寄存器B（F0H），程序狀態(tài)寄存器PSW（D0H），堆棧指針SP（81H），數(shù)據(jù)指針DPTR（82H、83H）。并行接口：P0~P3（80H、90H、A0H、B0H）。串行接口：串口控制寄存器SCON（98H），串口數(shù)據(jù)緩沖器SBUF（99h），電源控制寄存器PCON（87H）。5.特殊功能寄存器特殊功能寄存器（SFR）也稱專用寄存器，62定時/計數(shù)器：方式寄存器TMOD（89H），控制寄存器TCON（88H），初值寄存器TH0、TL0（8CH、8AH）/TH1、TL1（8DH、8BH）。中斷系統(tǒng)：中斷允許寄存器IE（A8H），中斷優(yōu)先級寄存器IP（B8H）。定時/計數(shù)器2相關(guān)寄存器：定時/計數(shù)器2控制寄存器T2CON（CBH），定時/計數(shù)器2自動重裝寄存器RLDL、RLDH（CAH、CBH），定時/計數(shù)器2初值寄存器TH2、TL2（CDH、CCH）。（僅52子系列有）特殊功能寄存器名稱符號地址位地址與位名稱D7D6D5D4D3D2D1D0P0口P080H8786858483828180堆棧指針SP81H數(shù)據(jù)指針低字節(jié)DPL82H數(shù)據(jù)指針高字節(jié)DPH83H定時/計數(shù)器控制TCON88HTF18FTR18ETF08DTR08CIE18BIT18AIE089IT088定時/計數(shù)器方式TMOD89HGATEC/TM1M0GATEC/TM1M0定時/計數(shù)器：方式寄存器TMOD（89H），控制寄存器TCO63定時/計數(shù)器0低字節(jié)TL08AH定時/計數(shù)器0高字節(jié)TH08BH定時/計數(shù)器1低字節(jié)TL18CH定時/計數(shù)器1高字節(jié)TH18DHP1口P190H9796959493929190電源控制PCON97HSMODGF1GF0PDIDL串行口控制SCON98HSM09FSM19ESM09DREN9CTB89BRB89ATI99RI98串行口數(shù)據(jù)SBUF99HP2口P2A0HA7A6A5A4A3A2A1A0中斷允許控制IEA8HEAAFET2ADESACET1ABEX1AAET0A9EX0A9定時/計數(shù)器0低字節(jié)TL08AH定時/計數(shù)器0高字節(jié)TH0864P3口P3B0HB7B6B5B4B3B2B1B0中斷優(yōu)先級控制IPB8HPT2BDPSBCPT1BBPX1BAPT0B9PX0B8定時/計數(shù)器2控制T2CONC8HTF2CFEXF2CERCLKCDTCLKCCEXEN2CBTR2CAC/T2C9CP/RL2C8定時/計數(shù)器2重裝低字節(jié)RLDLCAH定時/計數(shù)器2重裝高字節(jié)RLDHCBH定時/計數(shù)器2低字節(jié)TL2CCH定時/計數(shù)器2高字節(jié)TH2CDH程序狀態(tài)寄存器PSWD0HCD7ACD6F0D5RS1D4RS0D3OVD2D1PD0累加器AE0HE7E6E5E4E3E2E1E0寄存器BBF0HF7F6F5F4F3F2F1F0P3口P3B0HB7B6B5B4B3B2B1B0中斷優(yōu)先級控65在表中，帶有位名稱或位地址的特殊功能寄存器，既能按字節(jié)方式處理，也能夠按位方式處理。2．片外數(shù)據(jù)存儲器MCS-51單片機片內(nèi)有128字節(jié)或256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，當(dāng)這些數(shù)據(jù)存儲器不夠時，可在外部擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲器，擴(kuò)展的外部數(shù)據(jù)存儲器最多64KB，地址范圍為0000H—0FFFFH，通過DPTR作指針間接方式訪問，對于低端的256字節(jié)，可用兩位十六進(jìn)制地址編址，地址范圍為00H—0FFH，可通過R0和R1間接方式訪問。另外，擴(kuò)展的外部設(shè)備占用片外數(shù)據(jù)存儲器空間，通過用訪問片外數(shù)據(jù)存儲器的方法訪問。說明：第一，64K的程序存儲器和64K的片外數(shù)據(jù)存儲器地址空間都為0000H—0FFFFH，地址空間是重疊的，它們?nèi)绾螀^(qū)分呢？MCS-51單片機是通過不同的信號來對片外數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器進(jìn)行讀、寫的，片外數(shù)據(jù)存儲器的讀、寫通過RD和WR信號來控制，而程序存儲器的讀通過PSEN信號控制，通過用不同的指令來實現(xiàn)，片外數(shù)據(jù)存儲器用MOVX指令，程序存儲器用MOVC指令。和在表中，帶有位名稱或位地址的特殊功能寄存器，既能按字節(jié)方式處66第二，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器的低256字節(jié)的地址空間是重疊的，它們?nèi)绾螀^(qū)分呢？片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器的低256字節(jié)通過不同的指令訪問，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器用MOV指令，片外數(shù)據(jù)存儲器用MOVX指令。因此在訪問時不會產(chǎn)生混亂。2.2.5MCS-51系列單片機的輸入/輸出接口MCS-51系列單片機有4個8位的并行I/O接口：P0、P1、P2和P3口。它們是特殊功能寄存器中的4個。這4個口，既可以作輸入，也可以作輸出，既可按8位處理，也可按位方式使用。輸出時具有鎖存能力，輸入時具有緩沖功能。第二，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器的低256字節(jié)的地址空間67一．P0口P0口是一個三態(tài)雙向口，可作為地址／數(shù)據(jù)分時復(fù)用口，也可作為通用的I/O接口。它包括一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)緩沖器、輸出驅(qū)動電路和輸出控制電路組成，它的一位結(jié)構(gòu)如圖：21&DQCLK鎖存器讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳地址控制VccGNDP0.xV2V134MUX一．P0口P0口是一個三態(tài)雙向口，可作為地址／數(shù)據(jù)分時復(fù)用口68當(dāng)控制信號為高電平“1”，P0口作為地址／數(shù)據(jù)分時復(fù)用總線用。這時可分為兩種情況：一種是從P0口輸出地址或數(shù)據(jù)，另一種是從P0口輸入數(shù)據(jù)?？刂菩盘枮楦唠娖健?”，使轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX把反相器4的輸出端與V1接通，同時把與門3打開。如果從P0口輸出地址或數(shù)據(jù)信號，當(dāng)?shù)刂坊驍?shù)據(jù)為“1”時，經(jīng)反相器4使V1截止，而經(jīng)與門3使V2導(dǎo)通，P0.x引腳上出現(xiàn)相應(yīng)的高電平“1”；當(dāng)?shù)刂坊驍?shù)據(jù)為“0”時，經(jīng)反相器4使V1導(dǎo)通而V2截止，引腳上出現(xiàn)相應(yīng)的低電平“0”，這樣就將地址/數(shù)據(jù)的信號輸出。如果從P0口輸入數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)從引腳下方的三態(tài)輸入緩沖器進(jìn)入內(nèi)部總線。當(dāng)控制信號應(yīng)為低電平“0”，P0口作為通用I/O口使用?？刂菩盘枮椤?”，轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX把輸出級與鎖存器Q端接通，在CPU向端口輸出數(shù)據(jù)時，因與門3輸出為“0”，使V2截止，此時，輸出級是漏極開路電路。當(dāng)寫入脈沖加在鎖存器時鐘端CLK上時，與內(nèi)部總線相連的D端數(shù)據(jù)取反后出現(xiàn)在Q端，又經(jīng)輸出T1反相，在P0引腳上出現(xiàn)的數(shù)據(jù)正好是內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)。當(dāng)要從P0口輸入數(shù)據(jù)時，引腳信號仍經(jīng)輸入緩沖器進(jìn)入內(nèi)部總線當(dāng)控制信號為高電平“1”，P0口作為地址／數(shù)據(jù)分69當(dāng)P0口作通用I/O接口時，應(yīng)注意以下兩點：（1）在輸出數(shù)據(jù)時，由于V2截止，輸出級是漏極開路電路，要使“1”信號正常輸出，必須外接上拉電阻。（2）P0口作為通用I/O口輸入使用時，在輸入數(shù)據(jù)前，應(yīng)先向P0口寫“1”，此時鎖存器的Q端為“0”，使輸出級的兩個場效應(yīng)管V1、V2均截止，引腳處于懸浮狀態(tài)，才可作高阻輸入。因為，從P0口引腳輸入數(shù)據(jù)時，V2一直處于截止?fàn)顟B(tài)，引腳上的外部信號既加在三態(tài)緩沖器1的輸入端，又加在V1的漏極。假定在此之前曾經(jīng)輸出數(shù)據(jù)“0”，則V1是導(dǎo)通的，這樣引腳上的電位就始終被箝位在低電平，使輸入高電平無法讀入。因此，在輸入數(shù)據(jù)時，應(yīng)人為地先向P0口寫“1”，使V1、V2均截止，方可高阻輸入。另外，P0口的輸出級具有驅(qū)動8個LSTTL負(fù)載的能力，輸出電流不大于800A

當(dāng)P0口作通用I/O接口時，應(yīng)注意以下兩點：70二．P1口P1口是準(zhǔn)雙向口，它只能作通用I/O接口使用。P1口的結(jié)構(gòu)與P0口不同，它的輸出只由一個場效應(yīng)管V1與內(nèi)部上拉電阻組成，如圖21DQCLK鎖存器讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳VccGNDP1.xV1內(nèi)部上拉電阻輸入輸出原理特性與P0口作為通用I/O接口使用時一樣，當(dāng)其輸出時，可以提供電流負(fù)載，不必像P0口那樣需要外接上拉電阻。P1口具有驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載的能力。二．P1口P1口是準(zhǔn)雙向口，它只能作通用I/O接口71三．P2口P2口也是準(zhǔn)雙向口，它有兩種用途：通用I/O接口和高8位地址線。它的1位的結(jié)構(gòu)如圖2.8，與P1口相比，它只在輸出驅(qū)動電路上比P1口多了一個模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX和反相器3。21DQCLK鎖存器讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳地址控制VccGNDP2.xV1MUX內(nèi)部上拉電阻3三．P2口P2口也是準(zhǔn)雙向口，它有兩種用途：通用72當(dāng)控制信號為為高電平“1”，轉(zhuǎn)換開關(guān)接右側(cè)，P2口用作高8位地址總線使用時，訪問片外存儲器的高8位地址A8~A15由P2口輸出。如系統(tǒng)擴(kuò)展了ROM，由于單片機工作時一直不斷地取指令，因而P2口將不斷的送出高8位地址，P2口將不能作通用I/O口用。如系統(tǒng)僅僅擴(kuò)展RAM，這時分幾種情況：當(dāng)片外RAM容量不超過256字節(jié)，在訪問RAM時，只須P0口送低8位地址即可，P2口仍可作為通用I/O口使用；當(dāng)片外RAM容量大于256字節(jié)時，需要P2口提供高8位地址，這時P2口就不能作通用I/O接口使用。當(dāng)控制信號為為高電平“0”，轉(zhuǎn)換開關(guān)接左側(cè)，P2口用作當(dāng)作為準(zhǔn)雙向通用I/O接口?？刂菩盘柺罐D(zhuǎn)換開關(guān)接左側(cè)，其工作原理與P1相同，只是P1口輸出端由鎖存器ō接V1，而P2口是由鎖存器Q端經(jīng)反相器3接V1，也具有輸入、輸出、端口操作三種工作方式，負(fù)載能力也與P1相同。當(dāng)控制信號為為高電平“1”，轉(zhuǎn)換開關(guān)接右側(cè)，P2口73四．P3口P3口1位的結(jié)構(gòu)如圖2.9。它的輸出驅(qū)動由與非門3、V1組成，輸入比P0、P1、P2口多了一個緩沖器4。21DQCLK鎖存器讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線讀引腳VccGNDP3.xV1內(nèi)部上拉電阻&34第二功能輸入第二功能輸出四．P3口P3口1位的結(jié)構(gòu)如圖2.9。它的輸出驅(qū)動由與非門374P3口除了作為準(zhǔn)雙向通用I/O口使用外，它的每一根線還具有第二種功能。P3口第二功能P3.0RXD串行口輸入端P3.1TXD串行口輸出端P3.2INT0外部中斷0請求輸入端，低電平有效P3.3INT1外部中斷1請求輸入端，低電平有效P3.4T0定時/計數(shù)器0外部計數(shù)脈沖輸入端P3.5T1定時/計數(shù)器0外部計數(shù)脈沖輸入端P3.6WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫信號，低電平有效P3.7RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀信號，低電平有效P3口除了作為準(zhǔn)雙向通用I/O口使用外，它的每一根線還具有第75當(dāng)P3口作為第二功能時，鎖存器的Q輸出端必須為高電平，否則V1管導(dǎo)通，引腳將被箝位在低電平，無法實現(xiàn)第二功能。當(dāng)鎖存器Q端為高電平，P3口的狀態(tài)取決于第二功能輸出線的狀態(tài)。單片機復(fù)位時，鎖存器的輸出端為高電平。P3口第二功能中輸入信號RXD、INT0、INT1、T0、T1經(jīng)緩沖器4輸入，可直接進(jìn)入芯片內(nèi)部。當(dāng)P3口作為通用I/O接口時，第二功能輸出線為高電平，與非門3的輸出取決于鎖存器的狀態(tài)。這時，P3是一個準(zhǔn)雙向口，它的工作原理、負(fù)載能力與P1、P2口相同。當(dāng)P3口作為第二功能時，鎖存器的Q輸出端必須為高762.3MCS-51系列單片機的外部引腳及片外總線2.3.1外部引腳P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VpdP3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7XTAL2XTAL1VssVccP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VppALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0123456789101112141516171819204039383736353433323130292827262524232221803180518751RXDTXDINT0INT1T0T1WRRDP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P