第2章89c51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)和原理

2023/1/213:481§2.1 MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)§2.2 MCS-51單片機(jī)引腳及其功能§2.3 89C51存儲(chǔ)器配置§2.4 CPU時(shí)序§2.5 復(fù)位及復(fù)位電路§2.6 89C51單片機(jī)的低功耗工作方式返回第二章 MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理§2.7 輸出/輸入端口結(jié)構(gòu)

§2.8思考題與習(xí)題2023/1/213:482有哪些資源資源分布（管腳、電路、結(jié)構(gòu)）如何利用：語(yǔ)言、編程、定時(shí)、串口、擴(kuò)展2023/1/213:483§2.1 MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)§2.1.1MCS-51單片機(jī)的基本組成§2.1.2MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)返回2023/1/213:48442.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。把作為控制應(yīng)用所必需的基本功能部件都集成在一個(gè)集成電路芯片上。有如下功能部件和特性：（1）8位微處理器（CPU）；（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（128BRAM）；（3）程序存儲(chǔ)器（4KBFlashROM）；（4）4個(gè)8位可編程并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）；（5）1個(gè)全雙工的異步串行口；（6）2個(gè)可編程的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖89C51CPU振蕩器和時(shí)序OSC64KB總線擴(kuò)展控制器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器256字節(jié)RAM/SFR2×16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器可編程I/O程序存儲(chǔ)器4KBROM可編程全雙工串行口外中斷內(nèi)中斷控制并行口串行通信外部時(shí)鐘源外部事件計(jì)數(shù)返回2023/1/213:486一、組成一個(gè)8位的微處理器CPU。返回2023/1/213:487一、組成

用以存放可以讀/寫(xiě)的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM128B/256B）:返回2023/1/213:488一、組成

用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。但有一些單片機(jī)內(nèi)部不帶ROM/EPROM，如8031、8032、80C31等。片內(nèi)程序存儲(chǔ)器FlashROM

（4KB/8KB）:返回2023/1/213:489一、組成

每個(gè)口可以用作輸入，也可以用作輸出。四個(gè)8位并行I/O（輸入/輸出）接口

P0~P3:返回2023/1/213:4810一、組成

每個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器:

返回2023/1/213:4811一、組成

可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與單片機(jī)或其它微機(jī)之間串行通信。一個(gè)全雙工UART的串行I/O口:返回2023/1/213:4812一、組成

但需外接晶振和電容。片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路:返回2023/1/213:4813一、組成五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)。返回2023/1/213:4814二、MCS-51系列單片機(jī)的性能如表2-1所示。表中型號(hào)帶“C”表示所用的是CMOS工藝，具有功耗低的優(yōu)點(diǎn)。返回2023/1/213:4815§2.1.2MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)圖二、結(jié)構(gòu)組成返回2023/1/213:4816一、結(jié)構(gòu)圖由中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器（ROM及RAM）和I/O接口組成。MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。返回P0驅(qū)動(dòng)器P2驅(qū)動(dòng)器P0鎖存器P2鎖存器RAM地址寄存器128BRAM4KBFlashROMB寄存器暫存器1暫存器2ACCSP程序地址寄存器緩沖器PC增1PCDPTR中斷、串行口和定時(shí)器PSWP1鎖存器P1驅(qū)動(dòng)器P3鎖存器P3驅(qū)動(dòng)器定時(shí)控制指令寄存器指令譯碼器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1XTAL2PSENALEEARET89C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖返回2023/1/213:4818指令寄存器譯碼地址譯碼程序計(jì)數(shù)器地址寄存器累加器A運(yùn)算器①②存儲(chǔ)器內(nèi)部數(shù)據(jù)總線外部地址總線AB數(shù)據(jù)緩沖器外部數(shù)據(jù)總線DB寄存器區(qū)外部控制總線CB內(nèi)部控制信號(hào)時(shí)鐘及清零四、單片機(jī)的工作過(guò)程取指過(guò)程例:MOVA,#09H74H

09H;把09H送到累加器A中執(zhí)行過(guò)程PC=0000H0001H0000H0002H0111010000001001(PC)(PC)0001H0002H0000H外部控制總線CB取指過(guò)程(PC)執(zhí)行過(guò)程你知道PC的作用嗎？2023/1/213:48191、程序存儲(chǔ)器（ROM）地址從0000H開(kāi)始。用于存放程序和表格常數(shù)。返回2023/1/213:48202、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）地址為00H～7FH。用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存以及數(shù)據(jù)緩沖等。這128B的RAM中有32個(gè)字節(jié)單元可指定為工作寄存器。片內(nèi)還有21個(gè)特殊功能寄存器（SFR），它們同128字節(jié)RAM統(tǒng)一編址，地址為80H～FFH。后面詳細(xì)介紹。返回2023/1/213:4821（三）、I/O接口89C51有四個(gè)8位并行I/O接口P0～P3。它們都是雙向端口，每個(gè)端口各有8條I/O線。P0-P3口四個(gè)鎖存器同RAM統(tǒng)一編址，可作為SFR來(lái)尋址。返回2023/1/213:48222.2 MCS-51單片機(jī)引腳及其功能§2.2.1 MCS-51單片機(jī)引腳§2.2.2MCS-51單片機(jī)引腳功能返回89C51單片機(jī)引腳圖返回2023/1/213:4824§2.2.289C51單片機(jī)引腳功能一、電源引腳：Vcc和Vss二、時(shí)鐘電路引腳：XTAL1和XTAL2三、控制信號(hào)引腳RST、ALE、PSEN和EA四、I/O端口P0、P1、P2和P3返回2023/1/213:4825一、電源引腳：Vcc和Vss1．Vcc(40腳)：電源端，為+5V。2．Vss(20腳)：接地端。返回圖2-32023/1/213:4826二、時(shí)鐘電路引腳：XTAL1和XTAL2XTAL2（18腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；在89C51片內(nèi)它是振蕩電路反向放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若需采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖。89C51/8031正常工作時(shí)，該引腳應(yīng)有脈沖信號(hào)輸出。返回2023/1/213:4827XTAL1（19腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端；在片內(nèi)它是振蕩電路反向放大器的輸入端，在采用外部時(shí)鐘時(shí)，該引腳接地。二、時(shí)鐘電路引腳：XTAL1和XTAL2返回2023/1/213:4828

三、控制信號(hào)引腳：

RST、ALE、PSEN和EARST/VPD（9腳）：RST：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)此輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。返回2023/1/213:4829RST/VPD（9腳）：VPD

：RST引腳的第二功能，備用電源輸入端。當(dāng)主電源Vcc發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時(shí)，將+5V電源自動(dòng)接入該引腳，為RAM提供備用電源，以保證RAM中的信息不丟失，使得復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。

三、控制信號(hào)引腳：

RST、ALE、PSEN和EA返回2023/1/213:4830ALE/PROG（30腳）：ALE：地址鎖存允許信號(hào)端。正常工作時(shí)，該引腳以振蕩頻率的1/6固定輸出正脈沖。CPU訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，該引腳輸出信號(hào)作為鎖存低8位地址的控制信號(hào)。它的負(fù)載能力為8個(gè)LS型TTL負(fù)載。三、控制信號(hào)引腳：

RST、ALE、PSEN和EA返回2023/1/213:4831ALE/PROG（30腳）：PROG：是對(duì)片內(nèi)帶有4KBEPROM的8751編程寫(xiě)入時(shí)的編程脈沖輸入端。三、控制信號(hào)引腳：

RST、ALE、PSEN和EA返回2023/1/213:4832

（29腳）ProgramStoreEnable

外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)在讀外部ROM時(shí)PSEN（非）低電平有效，以實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作

1、內(nèi)部ROM讀取時(shí)，PSEN不動(dòng)作；

2、外部ROM讀取時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期會(huì)動(dòng)作兩次；

3、外部RAM讀取時(shí)，兩個(gè)PSEN脈沖被跳過(guò)不會(huì)輸出；

4、外接ROM時(shí)，與ROM的OE腳相接。2023/1/213:4833EA/Vpp（31腳）：EA：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端。當(dāng)該引腳接高電平時(shí)，CPU訪問(wèn)片內(nèi)EPROM/ROM并執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器中的指令，但當(dāng)PC值超過(guò)0FFFH（片內(nèi)ROM為4KB）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外ROM中的程序。當(dāng)該引腳接低電平時(shí)，CPU只訪問(wèn)片外EPROM/ROM并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的程序。三、控制信號(hào)引腳：

RST、ALE、PSEN和EA返回2023/1/213:4834EA/Vpp（31腳）：Vpp：對(duì)8751片內(nèi)EPROM固化編程時(shí)，編程電壓輸入端（12-21V）。三、控制信號(hào)引腳：

RST、ALE、PSEN和EA返回2023/1/213:4835四、I/O端口P0、P1、P2和P31、準(zhǔn)雙向2、P0口3、P1口4、P2口5、P3口返回2023/1/213:48361、準(zhǔn)雙向當(dāng)I/O口作為輸入時(shí)，應(yīng)先向此口鎖存器寫(xiě)入全1，此時(shí)該口引腳浮空，可作高阻抗輸入。返回2023/1/213:48372、P0口：漏極開(kāi)路的8位準(zhǔn)雙向I/O口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。P0口可作為一個(gè)數(shù)據(jù)輸入/輸出口；在CPU訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，P0口為分時(shí)復(fù)用的低8位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線。返回2023/1/213:48383、P1口：帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，每位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。返回2023/1/213:48394、P2口：P2口：帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，每位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。在CPU訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高8位地址。返回2023/1/213:48405、P3口：帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，每位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。P3口除作為一般I/O口外，每個(gè)引腳都有第二功能。返回2023/1/213:4841412.1AT89S51單片機(jī)的硬件組成片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。把作為控制應(yīng)用所必需的基本功能部件都集成在一個(gè)集成電路芯片上。有如下功能部件和特性：（1）8位微處理器（CPU）；（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（128BRAM）；（3）程序存儲(chǔ)器（4KBFlashROM）；（4）4個(gè)8位可編程并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）；（5）1個(gè)全雙工的異步串行口；（6）2個(gè)可編程的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；2023/1/213:4842§2.2.289C51單片機(jī)引腳功能一、電源引腳：Vcc和Vss二、時(shí)鐘電路引腳：XTAL1和XTAL2三、控制信號(hào)引腳RST、ALE、PSEN和EA四、I/O端口P0、P1、P2和P3返回2023/1/213:4843一、結(jié)構(gòu)1、準(zhǔn)雙向I/O口2、P0口的上拉電阻3、P3口的服用返回圖2-21

P0口某位的結(jié)構(gòu)圖當(dāng)C=0時(shí)，開(kāi)關(guān)MUX被控為如圖示位置，P0口為通用I/O口；當(dāng)C=1時(shí)，開(kāi)關(guān)撥向反相器3的輸出端，P0口分時(shí)作為地址/數(shù)據(jù)總線使用。返回讀引腳讀鎖存器內(nèi)部總線寫(xiě)入DCPQQ地址/數(shù)據(jù)控制CMUXVCCT1T2P0.X4312鎖存器2023/1/213:4845圖2-19

P1口某位的結(jié)構(gòu)圖返回讀引腳讀鎖存器內(nèi)部總線寫(xiě)入DCPQQVCCP1.X12鎖存器2023/1/213:4846圖2-20

P2口某位的結(jié)構(gòu)圖返回讀引腳讀鎖存器內(nèi)部總線寫(xiě)入DCPQQ地址/數(shù)據(jù)控制CMUXVCCP2.X鎖存器圖2-22

P3口某位的結(jié)構(gòu)圖讀引腳讀鎖存器內(nèi)部總線寫(xiě)入DCPQ第二輸出功能VCCP3.X312鎖存器4第二輸入功能W返回2023/1/213:4848表2-10P3口線與第二功能表返回2023/1/213:4849§2.3 89C51存儲(chǔ)器配置§2.3.1 89C51存儲(chǔ)器分類§2.3.2 程序存儲(chǔ)器地址空間§2.3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間返回2023/1/213:4850§2.3.1 89C51存儲(chǔ)器分類一、物理結(jié)構(gòu)（哈佛結(jié)構(gòu)）二、用戶角度返回2023/1/213:4851一、物理結(jié)構(gòu)（哈佛結(jié)構(gòu)）89C51存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器ROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ROM片內(nèi)程序存儲(chǔ)器片外程序存儲(chǔ)器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器返回2023/1/213:4852二、用戶角度圖2-489C51存儲(chǔ)器配置2023/1/213:4853二、用戶角度1、片內(nèi)、外統(tǒng)一編址的64K程序存儲(chǔ)器地址空間。CPU訪問(wèn)片內(nèi)、片外ROM指令用MOVC。返回2023/1/213:4854二、用戶角度2、64K的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間。訪問(wèn)片外RAM指令用MOVX。返回2023/1/213:4855二、用戶角度3、256字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間。訪問(wèn)片內(nèi)RAM指令用MOV。上述三個(gè)存儲(chǔ)空間地址是重疊的，89C51的指令系統(tǒng)采用不同的數(shù)據(jù)傳送指令符號(hào)。返回2023/1/213:4856§2.3.2程序存儲(chǔ)器地址空間一、用途：二、編址：三、尋址方式：返回2023/1/213:4857一、用途：用于存放編好的程序和表格常數(shù)。返回2023/1/213:4858二、編址：容量為4KB。地址為0000H～0FFFH。片外最多可擴(kuò)至64KBROM/EPROM，地址為1000H～FFFFH。片內(nèi)外統(tǒng)一編址。返回2023/1/213:4859三、尋址方式：1、當(dāng)EA=“1”時(shí)：在0000～0FFFH范圍內(nèi)執(zhí)行片內(nèi)ROM中的程序，當(dāng)指令地址超過(guò)0FFFH后就自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外ROM中取指令。2023/1/213:4860三、尋址方式：2、當(dāng)EA=”0”時(shí)：片內(nèi)ROM不起作用，CPU只能從片ROM/EPROM中取指令。可以從0000H

開(kāi)始尋址。2023/1/213:4861三、尋址方式：3、片內(nèi)ROM和片外ROM取指的速度相同。2023/1/213:4862三、尋址方式：4、程序存儲(chǔ)器的保留存儲(chǔ)單元。

如表2-2所示。

2023/1/213:4863三、尋址方式：（1）0000H～0002H三個(gè)單元：用作上電復(fù)位后引導(dǎo)程序的存放單元。因?yàn)閺?fù)位后PC的內(nèi)容為0000H，CPU總是從0000H開(kāi)始執(zhí)行程序。將轉(zhuǎn)移指令存放到這三個(gè)單元，程序就被引導(dǎo)到指定的程序存儲(chǔ)器空間去執(zhí)行。2023/1/213:4864三、尋址方式：（2）0003H～002AH單元：均分為五段，用作五個(gè)中斷服務(wù)程序的入口。中斷矢量地址表如表2-3所示。返回2023/1/213:48650000-0002H復(fù)位后初始化引導(dǎo)程序地址有5個(gè)特殊單元，存放5種中斷源的中斷入口：

8位為一個(gè)中斷入口地址中斷時(shí)PC值變化外部中斷0 0003H定時(shí)器0溢出 000BH外部中斷1 0013H定時(shí)器1溢出 001BH串行口

0023H外部程序存儲(chǔ)器的訪問(wèn)P26頁(yè)一般4k足夠2023/1/213:4866§2.3.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間一、用途：二、片外RAM：三、片內(nèi)RAM：

返回2023/1/213:4867一、用途：用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等。2023/1/213:4868二、片外RAM：地址：0000H~FFFFH尋址：用MOVX指令2023/1/213:4869三、片內(nèi)RAM：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器最大可尋址256個(gè)單元，它們又分為兩部分：低128字節(jié)(00H～7FH)是真正的RAM區(qū)；高128字節(jié)(80H～FFH)為特殊功能寄存器(SFR)區(qū)。如圖27所示。2023/1/213:4870圖2－8低128字節(jié)RAM區(qū)2023/1/213:48711)低128字節(jié)RAM89C51的32個(gè)工作寄存器與RAM安排在同一個(gè)隊(duì)列空間里，統(tǒng)一編址并使用同樣的尋址方式(直接尋址和間接尋址)。00H～1FH地址安排為4組工作寄存器區(qū)，每組有8個(gè)工作寄存器(R0～R7)，共占32個(gè)單元，見(jiàn)表2-4。通過(guò)對(duì)程序狀態(tài)字PSW中RS1、RS0的設(shè)置，每組寄存器均可選作CPU的當(dāng)前工作寄存器組。若程序中并不需要4組，那么其余可用作一般RAM單元。CPU復(fù)位后，選中第0組寄存器為當(dāng)前的工作寄存器。通用寄存器兩種使用方法：MOVAR0，MOVA00H工作寄存器區(qū)后的16字節(jié)單元(20H～2FH)，可用位尋址方式訪問(wèn)其各位。在89系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)中，還包括許多位操作指令，這些位操作指令可直接對(duì)這128位尋址。這128位的位地址為00H～7FH，其位地址分布見(jiàn)圖2－8。2023/1/213:487272RS1、RS0與4組工作寄存器區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系RS1RS0所選的4組寄存器000區(qū)（內(nèi)部RAM地址00H～07H）011區(qū)（內(nèi)部RAM地址08H～0FH）102區(qū)（內(nèi)部RAM地址10H～17H）113區(qū)（內(nèi)部RAM地址18H～1FH）2023/1/213:4873位操作位操作:00H-7FH置1SETBMOVCPL清零CLRCPLMOV布爾操作ANLORLP1.0PSW.7ET0TR0CLR00HMOV00H,#00H或者ANL00H,#00H2023/1/213:4874用戶RAM供給用戶使用的區(qū)域20-7FH96個(gè)（16個(gè)位尋址，32個(gè)通用尋址）用戶單元只能用字節(jié)地址的形式來(lái)使用，（直接尋址）一般把堆棧區(qū)開(kāi)在此區(qū)域2023/1/213:48752)高128字節(jié)RAM——特殊功能寄存器(SFR)89C51片內(nèi)高128字節(jié)RAM中，有21個(gè)特殊功能寄存器(SFR)，它們離散地分布在80H～FFH的RAM空間中。訪問(wèn)特殊功能寄存器只允許使用直接尋址方式。這些特殊功能寄存器見(jiàn)圖2－9。各SFR的名稱及含義如表2－5所列。2023/1/213:4876圖2－9高128字節(jié)RAM區(qū)(SFR區(qū)，特殊功能寄存器區(qū))2023/1/213:4877(1)累加器ACC(E0H)累加器ACC是89C51最常用、最忙碌的8位特殊功能寄存器，許多指令的操作數(shù)取自于ACC，許多運(yùn)算中間結(jié)果也存放于ACC。在指令系統(tǒng)中用A作為累加器ACC的助記符。2023/1/213:4878(2)寄存器B(F0H)在乘、除指令中，用到8位寄存器B。乘法指令的兩個(gè)操作數(shù)分別取自A和B，乘積存于B和A兩個(gè)8位寄存器中。除法指令中，A中存放被除數(shù)，B中放除數(shù)，商存放于A，B中存放余數(shù)。在其他指令中，B可作為一般通用寄存器或一個(gè)RAM單元使用。MULAB；AxB=ABB放高8位，A放低8位DIVAB；A中存放被除數(shù)，B中放除數(shù)，商存放于A，B中存放余數(shù)。2023/1/213:4879(3)程序狀態(tài)寄存器PSW(D0H)PSW是一個(gè)8位特殊功能寄存器，它的各位包含了程序執(zhí)行后的狀態(tài)信息，供程序查詢或判別之用。各位的含義及其格式如表2－6所列。PSW除有確定的字節(jié)地址(D0H)外，每一位均有位地址，見(jiàn)表2－6。2023/1/213:4880CY(PSW.7)：進(jìn)位標(biāo)志位。在執(zhí)行加法(或減法)運(yùn)算指令時(shí)，如果運(yùn)算結(jié)果最高位(位7)向前有進(jìn)位(或借位)，則CY位由硬件自動(dòng)置1；如果運(yùn)算結(jié)果最高位無(wú)進(jìn)位(或借位)，則CY清0。CY也是89C51在進(jìn)行位操作(布爾操作)時(shí)的位累加器，在指令中用C代替CY。AC(PSW.6)：半進(jìn)位標(biāo)志位，也稱輔助進(jìn)位標(biāo)志。當(dāng)執(zhí)行加法(或減法)操作時(shí)，如果運(yùn)算結(jié)果(和或差)的低半字節(jié)(位3)向高半字節(jié)有半進(jìn)位(或借位)，則AC位將被硬件自動(dòng)置1；否則AC被自動(dòng)清0。F0(PSW.5)：用戶標(biāo)志位。用戶可以根據(jù)自己的需要對(duì)F0位賦予一定的含義，由用戶置位或復(fù)位，以作為軟件標(biāo)志。2023/1/213:4881RS0和RS1(PSW.3和PSW.4)：工作寄存器組選擇控制位。這兩位的值可決定選擇哪一組工作寄存器為當(dāng)前工作寄存器組。通過(guò)用戶用軟件改變RS1和RS0值的組合，以切換當(dāng)前選用的工作寄存器組。其組合關(guān)系如表2－7所列。89C51上電復(fù)位后，RS1=RS0=0，CPU自動(dòng)選擇第0組為當(dāng)前工作寄存器組。根據(jù)需要，可利用傳送指令對(duì)PSW整字節(jié)操作或用位操作指令改變RS1和RS0的狀態(tài)，以切換當(dāng)前工作寄存器組。這樣的設(shè)置為程序中保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)提供了方便。2023/1/213:4882OV(PSW.2)：溢出標(biāo)志位。當(dāng)進(jìn)行補(bǔ)碼加減運(yùn)算時(shí)，如有溢出，即當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超出－128～＋127的范圍時(shí)，OV位由硬件自動(dòng)置1；無(wú)溢出時(shí)，OV=0。乘法運(yùn)算，OV=1，超出了255，放在A和B，OV=0，放在A，除法：除數(shù)為0PSW.1：為保留位。89C51未用，89C52為F1用戶標(biāo)志位。P(PSW.0)：奇偶校驗(yàn)標(biāo)志位。每條指令執(zhí)行完后，該位始終跟蹤指示累加器A中1的個(gè)數(shù)。如結(jié)果A中有奇數(shù)個(gè)1，則置P=1；否則P=0。常用于校驗(yàn)串行通信中的數(shù)據(jù)傳送是否出錯(cuò)。2023/1/213:4883例子MOVA,#79HADDA,#58H79H111100158H+101100011010001

C=0,最高位無(wú)進(jìn)位AC=1低半字節(jié)有進(jìn)位，OV=01=1溢出P=0,有4個(gè)1

2023/1/213:4884(4)棧指針SP(81H)堆棧指針SP為8位特殊功能寄存器，SP的內(nèi)容可指向89C51片內(nèi)00H～7FHRAM的任何單元。系統(tǒng)復(fù)位后，SP初始化為07H，即指向07H的RAM單元。2023/1/213:488589C51在片內(nèi)RAM中專門開(kāi)辟出來(lái)一個(gè)區(qū)域，數(shù)據(jù)的存取是以“后進(jìn)先出”的結(jié)構(gòu)方式處理的，好像沖鋒槍壓入子彈。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方式對(duì)于處理中斷，調(diào)用子程序都非常方便。堆棧的操作有兩種：一種叫數(shù)據(jù)壓入(PUSH)，另一種叫數(shù)據(jù)彈出(POP)。89C51的堆棧指針SP是一個(gè)雙向計(jì)數(shù)器。進(jìn)棧時(shí)，SP內(nèi)容自動(dòng)增值，出棧時(shí)自動(dòng)減值。存取信息必須按“后進(jìn)先出”或“先進(jìn)后出”的規(guī)則進(jìn)行。在圖2－10中，假若有8個(gè)RAM單元，每個(gè)單元都在其右面編有地址，棧頂由堆棧指針SP自動(dòng)管理。每次進(jìn)行壓入或彈出操作以后，堆棧指針便自動(dòng)調(diào)整以保持指示堆棧頂部的位置。向上生長(zhǎng)型SP自動(dòng)加1圖2－10堆棧的壓入與彈出2023/1/213:4887(5)數(shù)據(jù)指針DPTR(83H，82H)DPTR是一個(gè)16位的特殊功能寄存器，其高位字節(jié)寄存器用DPH表示(地址83H)，低位字節(jié)寄存器用DPL表示(地址82H)。DPTR既可以作為一個(gè)16位寄存器來(lái)處理，也可以作為兩個(gè)獨(dú)立的8位寄存器DPH和DPL使用。DPTR主要用于存放16位地址，以便對(duì)64KB片外RAM作間接尋址。2023/1/213:4888(6)Ｉ/Ｏ端口P0～P3(80H，90H，A0H，B0H)P0～P3為4個(gè)8位特殊功能寄存器，分別是4個(gè)并行Ｉ/Ｏ端口的鎖存器。它們都有字節(jié)地址，每一個(gè)口鎖存器還有位地址，每一條Ｉ/Ｏ線均可獨(dú)立用作輸入或輸出。用作輸出時(shí)，可以鎖存數(shù)據(jù)；用作輸入時(shí)，數(shù)據(jù)可以緩沖。圖2-11所示為各個(gè)SFR所在的字節(jié)地址位置?？崭癫糠譃槲磥?lái)設(shè)計(jì)新型芯片可定義的SFR位置。2023/1/213:4889圖2-11特殊功能寄存器SFR的位置2023/1/213:4890§2.4 CPU時(shí)序§2.4.1 片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生返回§2.4.2 機(jī)器周期和指令周期§2.4.3 CPU取指、執(zhí)行周期時(shí)序2023/1/213:4891§2.4.1 片內(nèi)時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生89C51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。電容器Ｃ１和Ｃ２通常取30pF左右，可穩(wěn)定頻率并對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用。振蕩脈沖頻率范圍為fOSC=0～24MHz。晶體振蕩器的頻率為fOSC，振蕩信號(hào)從XTAL2端輸入到片內(nèi)的時(shí)鐘發(fā)生器上，如圖2-12

所示。返回2023/1/213:4892圖2-1289C51的片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘發(fā)生器2023/1/213:48931.節(jié)拍與狀態(tài)周期時(shí)鐘發(fā)生器是一個(gè)2分頻的觸發(fā)器電路，它將振蕩器的信號(hào)頻率fOSC除以2，向CPU提供兩相時(shí)鐘信號(hào)P1和P2。時(shí)鐘信號(hào)的周期稱為機(jī)器狀態(tài)周期S(STATE)，是振蕩周期的2倍。在每個(gè)時(shí)鐘周期(即機(jī)器狀態(tài)周期S)的前半周期，相位1(P1)信號(hào)有效，在每個(gè)時(shí)鐘周期的后半周期，相位2(P2，節(jié)拍2)信號(hào)有效。每個(gè)時(shí)鐘周期(以后常稱狀態(tài)S)有兩個(gè)節(jié)拍(相)P1和P2，CPU就以兩相時(shí)鐘P1和P2為基本節(jié)拍指揮89C51單片機(jī)各個(gè)部件協(xié)調(diào)地工作。一個(gè)機(jī)器周期是指CPU訪問(wèn)存儲(chǔ)器一次所需的時(shí)間。例如，取指令、讀存儲(chǔ)器、寫(xiě)存儲(chǔ)器等等。一個(gè)機(jī)器周期包括12個(gè)振蕩周期，分為6個(gè)S狀態(tài)：S1~S6。每個(gè)狀態(tài)又分為兩拍，稱為P1和P2。因此，一個(gè)機(jī)器周期中的12個(gè)振蕩周期表示為S1P1，S1P2，S2P1，···，S6P1，S6P2。若采用6MHz晶體振蕩器，則每個(gè)機(jī)器周期為2μs（微秒）機(jī)器周期如圖所示返回2.機(jī)器周期和指令周期指令周期：執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間。每條指令由一個(gè)或若干個(gè)字節(jié)組成。有單字節(jié)指令，雙字節(jié)指令，…多字節(jié)指令等。字節(jié)數(shù)少則占存儲(chǔ)器空間少。每條指令的指令周期都由一個(gè)或幾個(gè)機(jī)器周期組成。有單周期指令、雙周期指令、和四周期指令。機(jī)器周期數(shù)少則執(zhí)行速度快。指令周期如圖所示返回2.機(jī)器周期和指令周期2023/1/213:48963.基本時(shí)序定時(shí)單位綜上所述，89C51或其他80C51單片機(jī)的基本時(shí)序定時(shí)單位有如下4個(gè)。振蕩周期：晶振的振蕩周期，為最小的時(shí)序單位。狀態(tài)周期：振蕩頻率經(jīng)單片機(jī)內(nèi)的二分頻器分頻后提供給片內(nèi)CPU的時(shí)鐘周期。因此，一個(gè)狀態(tài)周期包含2個(gè)振蕩周期。機(jī)器周期（MC）：

1個(gè)機(jī)器周期由6個(gè)狀態(tài)周期即12個(gè)振蕩周期組成，是計(jì)算機(jī)執(zhí)行一種基本操作的時(shí)間單位。指令周期：執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間。一個(gè)指令周期由1～4個(gè)機(jī)器周期組成，依據(jù)指令不同而不同，見(jiàn)附錄A。2023/1/213:48974個(gè)時(shí)序單位從小到大依次是節(jié)拍、狀態(tài)周期、機(jī)器周期和指令周期，如圖2-13所示。圖2-1389C51單片機(jī)各種周期的相互關(guān)系2023/1/213:4898例子：當(dāng)晶體振蕩頻率為12MHz，分別計(jì)算振蕩周期、狀態(tài)周期、機(jī)器周期、ALE信號(hào)周期振蕩周期=1/12M=83ns狀態(tài)周期=2/12M=166nsALE周期=6/12M=500ns機(jī)器周期=12/12M=1us2023/1/213:4899§2.4.2 CPU取指、執(zhí)行周期時(shí)序每條指令的執(zhí)行都可以包括取指和執(zhí)指兩個(gè)階段。在取指階段，CPU從內(nèi)部或外部ROM中取出指令操作碼及操作數(shù)，然后再執(zhí)行這條指令。單字節(jié)和雙字節(jié)的指令都可能是單機(jī)器周期或雙周期，而三字節(jié)指令都是雙周期的，只有乘、除指令占四周期。因此，執(zhí)行一條指令的時(shí)間（指令周期）分別是2μs，4μs和8μs。如

圖2-14所示返回2023/1/213:48100圖2－1489C51單片機(jī)的取指/執(zhí)行時(shí)序04H27dataA3E0MovxA,@DptR2023/1/213:48101§2.5 復(fù)位操作返回2.5.1復(fù)位操作的主要功能主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。復(fù)位操作還對(duì)其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表2－8所列。表2－8中的符號(hào)意義如下：2023/1/213:48102A=00H：表明累加器已被清0。PSW=00H：表明選寄存器0組為工作寄存器組。SP=07H：表明堆棧指針指向片內(nèi)RAM07H字節(jié)單元，根據(jù)堆棧操作的先加后壓法則，第一個(gè)被壓入的數(shù)據(jù)被寫(xiě)入08H單元中。P0～P3=FFH：表明已向各端口線寫(xiě)入1，此時(shí)，各端口既可用于輸入，又可用于輸出。IP=×××00000B：表明各個(gè)中斷源處于低優(yōu)先級(jí)。IE=0××00000B：表明各個(gè)中斷均被關(guān)斷。TMOD=00H：表明T0，T1均為工作方式0，且運(yùn)行于定時(shí)器狀態(tài)。TCON=00H：表明T0，T1均被關(guān)斷。SCON=00H：表明串行口處于工作方式0，允許發(fā)送，不允許接收。PCON=00H：表明SMOD=0，波特率不加倍。2023/1/213:48103表2－8各特殊功能寄存器的復(fù)位值返回2023/1/213:48104§2.5.2 復(fù)位信號(hào)及其產(chǎn)生一、復(fù)位信號(hào)：RST引腳為復(fù)位信號(hào)輸入端。當(dāng)RST引腳為高電平，且有效時(shí)間持續(xù)24個(gè)振蕩周期以上，才能復(fù)位。二、產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的電路邏輯圖：如圖2-15所示。返回2023/1/213:48105返回

復(fù)位電路施密特觸發(fā)器片內(nèi)RAMRST/VPDVCCVSSD1D2圖2－15復(fù)位電路邏輯圖2023/1/213:48106§2.5.3 復(fù)位電路一、上電自動(dòng)復(fù)位：是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電實(shí)現(xiàn)。如圖2-16(a)所示。二、按鍵手動(dòng)復(fù)位：按鍵電平復(fù)位方式：如圖2-16(b)所示。返回2023/1/213:48107圖2-16(a)上電復(fù)位電路只要Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms，就自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)復(fù)位。返回VCCCRVCCRST/VPDVSS1KΩ22μF89C512023/1/213:48108圖2-12(b)按鍵電平復(fù)位電路通過(guò)使復(fù)位端經(jīng)電阻與VCC電源接通而實(shí)現(xiàn)。VCCCR2VCCRST/VPDVSS1KΩ22μF89C51R1200ΩRESET返回2023/1/213:4810951管腳及寄存器中英文對(duì)照縮寫(xiě)

英文解釋

中文解釋

RST

（9）

Reset

復(fù)位信號(hào)引腳

RxD

(10--P3.0)

ReceiveData

串口接收端

TxD

(11--P3.1)

TransmitData

串口發(fā)送端

INT0(————)

（12--P3.2）

Interrupt0

外部中斷0信號(hào)輸入引腳

INT1(————)

（13--P3.3）

Interrupt1

外部中斷1信號(hào)輸入引腳

T0

(14--P3.4)

Timer0

定時(shí)/計(jì)數(shù)器0輸入信號(hào)引腳

T1

(15--P3.5)

Timer1

定時(shí)/計(jì)數(shù)器1輸入信號(hào)引腳

2023/1/213:48110WR(———)

(16