第2章MCS-51單片機結(jié)構(gòu)和原理ppt課件

1、跳轉(zhuǎn)到第一頁第第2 2章章 MCS-51 MCS-51單片機結(jié)構(gòu)和原理單片機結(jié)構(gòu)和原理 單片機的結(jié)構(gòu)特點。單片機的結(jié)構(gòu)特點。存儲器配置與空間的分布。存儲器配置與空間的分布。程序狀態(tài)寄存器程序狀態(tài)寄存器(PSW)(PSW)。單片機的指令時序。單片機的指令時序。跳轉(zhuǎn)到第一頁n2.1 2.1 單片機內(nèi)部組成及引腳功能單片機內(nèi)部組成及引腳功能n2.2 2.2 布爾處理機布爾處理機n2.3 2.3 單片機的存儲器組織單片機的存儲器組織 n2.4 2.4 單片機的輸入單片機的輸入/ /輸出端口輸出端口 n2.5 2.5 時鐘電路與時鐘電路與CPUCPU時序時序 n2.6 MCS-512.6 MCS-51單

2、片機工作方式單片機工作方式 n本章小結(jié)本章小結(jié)n習(xí)題習(xí)題 第第2 2章章 MCS-51 MCS-51單片機結(jié)構(gòu)和原理單片機結(jié)構(gòu)和原理 跳轉(zhuǎn)到第一頁2.1 單片機內(nèi)部組成及引腳功能2.1.1 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2.1.2 單片機的引腳及功能 nMCS-51MCS-51是美國是美國IntelIntel公司的公司的8 8位高檔單片機系列，位高檔單片機系列，也是我國目前應(yīng)用最為廣泛的一種單片機系列。也是我國目前應(yīng)用最為廣泛的一種單片機系列。8051/80C518051/80C51是整個是整個MCS-51MCS-51系列單片機的核心，系列單片機的核心，該系列其他型號的單片機都是在這一內(nèi)核的基該系列其他型

3、號的單片機都是在這一內(nèi)核的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 nMCS-51MCS-51單片機系列分為單片機系列分為5151和和5252子系列，并以芯子系列，并以芯片型號的末位數(shù)字加以標(biāo)識。其中，片型號的末位數(shù)字加以標(biāo)識。其中，5151子系列子系列是基本型，而是基本型，而5252子系列是增強型。子系列是增強型。 n單片機型號帶有字母單片機型號帶有字母“C“C的，表示該單片機采的，表示該單片機采用的是用的是CHMOSCHMOS工藝，具有低功耗的特點。工藝，具有低功耗的特點。n 8051 8051的功耗為的功耗為630mW630mW，而，而80C5180C51的功耗只有的功耗只有120mW120m

4、W。 跳轉(zhuǎn)到第一頁2.1.1 80512.1.1 8051單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)n80518051單片機的結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示，可以看出，在一單片機的結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示，可以看出，在一塊芯片上集成了一個微型計算機的主要部件，它包括塊芯片上集成了一個微型計算機的主要部件，它包括以下幾部分：以下幾部分：n1 1個個8 8位微處理器位微處理器(CPU)(CPU)。n1 1個時鐘電路。個時鐘電路。n4KB4KB程序存儲器。程序存儲器。n256B256B數(shù)據(jù)存儲器。數(shù)據(jù)存儲器。n2 2個個1616位定時位定時/ /計數(shù)器。計數(shù)器。n64KB64KB擴展總線控制電路。擴展總線控制電路。n4 4個個

5、8 8位并行位并行I/OI/O接口接口P0P0P3P3。n1 1個全雙工串行個全雙工串行I/OI/O接口。接口。n5 5個中斷源，其中包括個中斷源，其中包括2 2個優(yōu)先級嵌套中斷。個優(yōu)先級嵌套中斷。 振蕩器和 時序 OSC 程序存儲器 4KB ROM 數(shù)據(jù)存儲器 256B RAM 定時/計數(shù)器 2 個 16 位 8051 CPU 64KB 總線 擴展控制器 并行 I/O 接口 4 個 串行 I/O 接口 1 個 內(nèi) 部 總 線 內(nèi)中斷 外中斷 控制 P0 P1 P2 P3 串行輸出 串行輸入 外部時鐘源 外部事件計數(shù) 跳轉(zhuǎn)到第一頁 CPU CPU即中央處理器，是單片機的核心部件，是計算機即中央

6、處理器，是單片機的核心部件，是計算機的控制指揮中心。同微型計算機的控制指揮中心。同微型計算機CPUCPU類似，類似，80518051內(nèi)部內(nèi)部CPUCPU由運算器和控制器兩部分組成。由運算器和控制器兩部分組成。（1 1運算器電路以算術(shù)邏輯單元運算器電路以算術(shù)邏輯單元(ALU(ALU，Arithmetic Arithmetic Logic Unit)Logic Unit)為核心，由暫存器為核心，由暫存器1 1、暫存器、暫存器2 2、累加器、累加器(ACC(ACC，Accumulator)Accumulator)、寄存器、寄存器B B、程序狀態(tài)寄存器、程序狀態(tài)寄存器(PSW(PSW，Program

7、Status Word)Program Status Word)及布爾處理機共同組成。及布爾處理機共同組成。它的主要任務(wù)是完成算術(shù)運算、邏輯運算、位運算和它的主要任務(wù)是完成算術(shù)運算、邏輯運算、位運算和數(shù)據(jù)傳送等操作，運算結(jié)果的狀態(tài)由程序狀態(tài)寄存器數(shù)據(jù)傳送等操作，運算結(jié)果的狀態(tài)由程序狀態(tài)寄存器(PSW)(PSW)保管。保管。（2 2控制器電路包括程序計數(shù)器控制器電路包括程序計數(shù)器(PC)(PC)、PCPC增增1 1寄存器、指寄存器、指令寄存器令寄存器(IR)(IR)、指令譯碼器、指令譯碼器(ID)(ID)、數(shù)據(jù)指針、數(shù)據(jù)指針(DPTR)(DPTR)、堆棧指針堆棧指針(SP)(SP)、緩沖器及定時

8、控制電路等?？刂破麟?、緩沖器及定時控制電路等?？刂破麟娐吠瓿芍笓]控制工作，協(xié)調(diào)單片機各部分正常工作。路完成指揮控制工作，協(xié)調(diào)單片機各部分正常工作。 跳轉(zhuǎn)到第一頁2.1.2 80512.1.2 8051單片機的引腳及功能單片機的引腳及功能 nMCS-51MCS-51單片機的封裝形式有兩種，一種是雙列直單片機的封裝形式有兩種，一種是雙列直插式插式(DIP)(DIP)封裝，另一種是方形封裝。封裝，另一種是方形封裝。n80518051的的4040個引腳可分為：個引腳可分為：n電源引腳電源引腳2 2根根n時鐘引腳時鐘引腳2 2根根n控制引腳控制引腳4 4根根nI/OI/O引腳引腳3232根根n由于由于8

9、0518051單片機是高性能的單片機，同時受到引單片機是高性能的單片機，同時受到引腳數(shù)目的限制，所以有部分引腳具有第二功能。腳數(shù)目的限制，所以有部分引腳具有第二功能。 跳轉(zhuǎn)到第一頁80518051單片機引腳圖單片機引腳圖 DIP引腳圖 邏輯符號 跳轉(zhuǎn)到第一頁80518051引腳的功能描述引腳的功能描述n電源引腳電源引腳(2(2根根) ) nVCC(40VCC(40腳腳) )：電源端，接：電源端，接+5V+5V電源。電源。nVSS(20VSS(20腳腳) )：接地端。：接地端。n時鐘引腳時鐘引腳(2(2根根) ) nXTAL1(19XTAL1(19腳腳) )：接外部晶振和微調(diào)電容的一端。采用外部

10、時：接外部晶振和微調(diào)電容的一端。采用外部時鐘電路時，對鐘電路時，對HMOSHMOS型工藝的單片機，此引腳應(yīng)接地；對型工藝的單片機，此引腳應(yīng)接地；對CHMOSCHMOS型而言，此引腳應(yīng)接外部時鐘的輸入端。型而言，此引腳應(yīng)接外部時鐘的輸入端。nXTAL2(18XTAL2(18腳腳) )：接外部晶振和微調(diào)電容的另一端。使用外部：接外部晶振和微調(diào)電容的另一端。使用外部時鐘時，對時鐘時，對HMOSHMOS型工藝的單片機，此引腳應(yīng)接外部時鐘的型工藝的單片機，此引腳應(yīng)接外部時鐘的輸入端；對輸入端；對CHMOSCHMOS型而言，此引腳懸空。型而言，此引腳懸空。 跳轉(zhuǎn)到第一頁80518051引腳的功能描述引腳的

11、功能描述n控制引腳控制引腳(4(4根根) )n RST/VPD(9 RST/VPD(9腳腳) )：復(fù)位信號：復(fù)位信號/ /備用電源輸入引腳。備用電源輸入引腳。n 當(dāng)當(dāng)RSTRST引腳保持兩個機器周期的高電平后，就可以使引腳保持兩個機器周期的高電平后，就可以使80518051完成復(fù)位操作。該引腳的第二功能是完成復(fù)位操作。該引腳的第二功能是VPDVPD，即備用電源的，即備用電源的輸入端，具有掉電保護功能。若在該引腳接輸入端，具有掉電保護功能。若在該引腳接+5V+5V備用電源，在備用電源，在使用中若主電源使用中若主電源VCCVCC掉電，可保護片內(nèi)掉電，可保護片內(nèi)RAMRAM中的信息不丟失。中的信息不

12、丟失。 nALE/PROG (30ALE/PROG (30腳腳) )：地址鎖存允許信號輸出：地址鎖存允許信號輸出/ /編程脈沖輸入引編程脈沖輸入引腳。當(dāng)腳。當(dāng)CPUCPU訪問片外存儲器時，訪問片外存儲器時，ALEALE輸出信號控制鎖存輸出信號控制鎖存P0P0口輸口輸出的低出的低8 8位地址，從而實現(xiàn)位地址，從而實現(xiàn)P0P0口數(shù)據(jù)與低位地址的分時復(fù)用?？跀?shù)據(jù)與低位地址的分時復(fù)用。當(dāng)當(dāng)80518051上電正常工作后，自動在上電正常工作后，自動在ALEALE端輸出頻率為端輸出頻率為fosc/6fosc/6的脈的脈沖序列沖序列(fosc(fosc代表振蕩器的頻率代表振蕩器的頻率) )。n 該引腳的第二

13、功能該引腳的第二功能PROGPROG是對是對87518751內(nèi)部內(nèi)部4KB EPROM4KB EPROM編程編程寫入時，作為編程脈沖的輸入端。寫入時，作為編程脈沖的輸入端。n 跳轉(zhuǎn)到第一頁lEA/VPP(31EA/VPP(31腳腳) )：外部程序存儲器地址允許輸入端：外部程序存儲器地址允許輸入端/ /編編程電壓輸入端。程電壓輸入端。l 當(dāng)當(dāng)EAEA接高電平時，接高電平時，CPUCPU執(zhí)行片內(nèi)執(zhí)行片內(nèi)ROMROM指令，但指令，但當(dāng)當(dāng)PCPC值超過值超過0FFFH0FFFH時，將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外時，將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外ROMROM指令；指令；當(dāng)當(dāng)EAEA接低電平時，接低電平時，CPUCPU只執(zhí)行片外

14、只執(zhí)行片外ROMROM指令。對于指令。對于80318031，由于其無片內(nèi)，由于其無片內(nèi)ROMROM，故其，故其EAEA必須接低電平。必須接低電平。 l 該引腳的第二功能該引腳的第二功能VPPVPP是對是對87518751片內(nèi)片內(nèi)EPROMEPROM編編程寫入時，作為程寫入時，作為21V21V編程電壓的輸入端。編程電壓的輸入端。lPSEN(29PSEN(29腳腳) )：片外：片外ROMROM讀選通信號端。讀選通信號端。l 在讀片外在讀片外ROMROM時，時，PSENPSEN有效，為低電平，以有效，為低電平，以實現(xiàn)對片外實現(xiàn)對片外ROMROM的讀操作。的讀操作。 8051引腳的功能描述引腳的功能描

15、述跳轉(zhuǎn)到第一頁80518051引腳的功能描述引腳的功能描述nI/OI/O引腳引腳(4(48=328=32根根) ) nP0.0P0.0P0.7(39P0.7(393232腳腳) )：P0P0口的口的8 8位雙向位雙向I/OI/O口線?？诰€。n P0 P0口即可作地址口即可作地址/ /數(shù)據(jù)總線使用，又可作通用的數(shù)據(jù)總線使用，又可作通用的I/OI/O口口使用。當(dāng)使用。當(dāng)CPUCPU訪問片外存儲器時，訪問片外存儲器時，P0P0口分時先作低口分時先作低8 8位地址位地址總線，后作雙向數(shù)據(jù)總線，此時，總線，后作雙向數(shù)據(jù)總線，此時，P0P0口就不能再作口就不能再作I/OI/O口口使用了。使用了。nP1.0

16、P1.0P1.7(1P1.7(18 8腳腳) )：P1P1口的口的8 8位準(zhǔn)雙向位準(zhǔn)雙向I/OI/O口線?？诰€。n P1 P1口作為通用的口作為通用的I/OI/O口使用?？谑褂?。nP2.0P2.0P2.7(21P2.7(212828腳腳) )：P2P2口的口的8 8位準(zhǔn)雙向位準(zhǔn)雙向I/OI/O口線?？诰€。n P2 P2口即可作為通用的口即可作為通用的I/OI/O口使用，也可作為片外存儲口使用，也可作為片外存儲器的高器的高8 8位地址總線，與位地址總線，與P0P0口配合，組成口配合，組成1616位片外存儲器位片外存儲器單元地址。單元地址。nP3.0P3.0P3.7(10P3.7(101717腳腳

17、) )：P3P3口的口的8 8位準(zhǔn)雙向位準(zhǔn)雙向I/OI/O口線。口線。n P3 P3口除了作為通用的口除了作為通用的I/OI/O口使用之外，每個引腳還具口使用之外，每個引腳還具有第二功能。有第二功能。 跳轉(zhuǎn)到第一頁2.2 2.2 布爾處理機布爾處理機nMCS-51MCS-51單片機不僅能按字節(jié)進行操作，單片機不僅能按字節(jié)進行操作，還能按位進行操作。也就是說還能按位進行操作。也就是說MCS-51MCS-51單片機實際上又是一個完整而獨立的單片機實際上又是一個完整而獨立的1 1位單片機，即布爾處理機。位單片機，即布爾處理機。跳轉(zhuǎn)到第一頁2.3 存儲器組織 n2.3.1MCS-51存儲器特點 n2.

18、3.2數(shù)據(jù)存儲器RAM n2.3.3程序存儲器ROM跳轉(zhuǎn)到第一頁2.3.1 MCS-51存儲器特點 n80518051的存儲器結(jié)構(gòu)與常見的微型計算機的配置的存儲器結(jié)構(gòu)與常見的微型計算機的配置方式不同，它把程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開，方式不同，它把程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開，有各自的尋址系統(tǒng)、控制信號和功能。有各自的尋址系統(tǒng)、控制信號和功能。 n80518051的存儲器在物理結(jié)構(gòu)上分為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲的存儲器在物理結(jié)構(gòu)上分為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器、片內(nèi)程序存儲器、片外數(shù)據(jù)存儲器和片外器、片內(nèi)程序存儲器、片外數(shù)據(jù)存儲器和片外程序存儲器程序存儲器4 4個存儲空間。但從用戶使用的角個存儲空間。但從用戶使用的角度看

19、，度看，80518051的存儲器分為的存儲器分為3 3個邏輯空間。個邏輯空間。 片內(nèi)外統(tǒng)一尋址的片內(nèi)外統(tǒng)一尋址的64KB64KB程序存儲器空間，地址范程序存儲器空間，地址范圍為圍為0000H0000HFFFFHFFFFH。64KB64KB的片外數(shù)據(jù)存儲器空間，地址范圍也為的片外數(shù)據(jù)存儲器空間，地址范圍也為0000H0000HFFFFHFFFFH。256B256B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器空間，地址范圍為的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器空間，地址范圍為00H00HFFHFFH。 0000H 7FH 00H 80H FFH 0FFFH 0FFFH 0000H 0000H EA0 FFFFH SFR RAM EA1 ROM

20、4KB FFFFH 64KB ROM RAM 64KB （I/O） RAM 片內(nèi)存儲器 1000H 片外擴展存儲器 跳轉(zhuǎn)到第一頁2.3.2 2.3.2 數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器RAM RAM n數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器RAMRAM主要用來存放運算的中間結(jié)果和數(shù)據(jù)等。主要用來存放運算的中間結(jié)果和數(shù)據(jù)等。n在在80518051中，其存儲空間分布如下：中，其存儲空間分布如下：n片外片外RAMRAM最多可擴至最多可擴至64KB64KB存儲單元，地址范圍為存儲單元，地址范圍為0000H0000HFFFFHFFFFH。n片內(nèi)片內(nèi)RAMRAM為為256B256B存儲單元，地址范圍為存儲單元，地址范圍為00H00HF

21、FHFFH。n片內(nèi)片內(nèi)RAMRAM地址空間共有地址空間共有256B256B，又分為兩個部分：，又分為兩個部分：n低低128B(00H128B(00H7FH)7FH)為真正的為真正的RAMRAM區(qū)，如下圖所示區(qū)，如下圖所示 。n高高128B(80H128B(80HFFH)FFH)為特殊功能寄存器為特殊功能寄存器(SFR)(SFR)區(qū)，如下表所區(qū)，如下表所示示 。跳轉(zhuǎn)到第一頁片片內(nèi)內(nèi)RAM地地址址空空間間 7FH30H2FH7F7E7D7C7B7A79782EH77767574737271702DH6F6E6D6C6B6A69682CH67666564636261602BH5F5E5D5C5B5A

22、59582AH575655545352515029H4F4E4D4C4B4A494828H474645444342414027H3F3E3D3C3B3A393826H373635343332313025H2F2E2D2C2B2A292824H272625242322212023H1F1E1D1C1B1A191822H171615141312111021H0F0E0D0C0B0A090820H07060504030201001FH18H第第3組工作寄存器組工作寄存器 (R0R7)17H10H第第2組工作寄存器組工作寄存器 (R0R7)0FH08H第第1組工作寄存器組工作寄存器 (R0R7)07H

23、00H第第0組工作寄存器組工作寄存器 (R0R7)工作寄存器區(qū)位尋址區(qū)用戶RAM區(qū)(堆棧、數(shù)據(jù)緩沖區(qū))跳轉(zhuǎn)到第一頁SFRSFR中中位位地地址址分分布布表表 SFRMSB位地址位地址/位定義位定義LSB字節(jié)地址字節(jié)地址BF7F6F5F4F3F2F1F0F0HACCE7E6E5E4E3E2E1E0E0HPSWD7D6D5D4D3D2D1D0D0HCYACF0RS1RS0OV- -PIPBFBEBDBCBBBAB9B8B8H- - - -PSPT1PX1PT0PX0P3B7B6B5B4B3B2B1B0B0HP3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0IEAFAEADACABAAA

24、9A8A8HEA- - -ESET1EX1ET0EX0P2A7A6A5A4A3A2A1A0A0HP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0SCON9F9E9D9C9B9A999898HSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRIP1979695949392919090HP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0TCON8F8E8D8C8B8A898888HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0P0878685848382818080HP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0跳轉(zhuǎn)到第一頁程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字PSWPSW

25、位 序 D7D6D5D4D3D2D1D0位地址 D7HD7H D5HD4HD3HD2HD1HD0H位 名CYACF0RS1RS0OVF1P進位標(biāo)志半進位標(biāo)志用戶標(biāo)志位工作寄存器組選擇位溢出標(biāo)志位用戶標(biāo)志位奇偶標(biāo)志位跳轉(zhuǎn)到第一頁數(shù)據(jù)指針數(shù)據(jù)指針DPTRDPTRn數(shù)據(jù)指針數(shù)據(jù)指針DPTRDPTR是一個是一個1616位的特殊功能寄存器，編程時位的特殊功能寄存器，編程時DPTRDPTR可以作為一個可以作為一個1616位寄存器使用，也可以作為兩個獨位寄存器使用，也可以作為兩個獨立的立的8 8位寄存器分開使用，此時位寄存器分開使用，此時DPHDPH表示高字節(jié)，表示高字節(jié)，DPLDPL表示表示低字節(jié)。低字節(jié)

26、。n一般編程時常用一般編程時常用DPTRDPTR來存放外來存放外RAMRAM單元的單元的1616位地址，作間位地址，作間接寄存器使用。接寄存器使用。程序技術(shù)器程序技術(shù)器PCPCn程序技術(shù)器程序技術(shù)器PCPC是是1616位專用寄存器，其內(nèi)容為下一條要執(zhí)行位專用寄存器，其內(nèi)容為下一條要執(zhí)行指令的首地址。指令的首地址。nPCPC具有自動加具有自動加1 1的功能。改變的功能。改變PCPC的內(nèi)容就可以改變指令執(zhí)的內(nèi)容就可以改變指令執(zhí)行的次序。系統(tǒng)復(fù)位后行的次序。系統(tǒng)復(fù)位后PCPC的地址是的地址是0000H0000H。n一般編程時常用一般編程時常用DPTRDPTR來存放外來存放外RAMRAM單元的單元的1

27、616位地址，作間位地址，作間接寄存器使用。接寄存器使用。跳轉(zhuǎn)到第一頁2.3.3 2.3.3 程序存儲器程序存儲器ROMROMn程序存儲器程序存儲器ROMROM用來存放程序、常數(shù)或表格等。用來存放程序、常數(shù)或表格等。n在在80518051中，其存儲空間分布如下：中，其存儲空間分布如下：n片內(nèi)有片內(nèi)有4KB4KB的的ROMROM存儲單元，地址為存儲單元，地址為0000H0000H0FFFH0FFFH。n片外最多可擴至片外最多可擴至64KB64KB的的ROMROM，地址為，地址為1000H1000HFFFFHFFFFH。n片內(nèi)外片內(nèi)外ROMROM統(tǒng)一編址。統(tǒng)一編址。 n當(dāng)當(dāng)EAEA引腳接高電平時，

28、引腳接高電平時，CPUCPU將首先訪問片內(nèi)將首先訪問片內(nèi)ROMROM，當(dāng)指，當(dāng)指令地址超過令地址超過0FFFH0FFFH時，自動轉(zhuǎn)向片外時，自動轉(zhuǎn)向片外ROMROM取指令。取指令。n當(dāng)當(dāng)EAEA引腳接低電平時，引腳接低電平時，CPUCPU只訪問片外只訪問片外ROMROM。片外。片外ROMROM的的地址從地址從0000H0000H開始編址。對于開始編址。對于80318031，由于其片內(nèi)無，由于其片內(nèi)無ROMROM，所以使用時必須使所以使用時必須使EAEA接低電平，以便能夠從片外擴展的接低電平，以便能夠從片外擴展的EPROMEPROM中取指令。中取指令。跳轉(zhuǎn)到第一頁程序存儲器程序存儲器ROMROM

29、n在程序存儲器中，以下在程序存儲器中，以下6 6個單元具有特殊個單元具有特殊含義。含義。n0000H0000H：單片機復(fù)位后的程序入口地址。：單片機復(fù)位后的程序入口地址。 n0003H0003H：外部中斷：外部中斷0 0的中斷服務(wù)程序入口地的中斷服務(wù)程序入口地址。址。 n000BH000BH：定時器：定時器0 0的中斷服務(wù)程序入口地址。的中斷服務(wù)程序入口地址。 n0013H0013H：外部中斷：外部中斷1 1的中斷服務(wù)程序入口地的中斷服務(wù)程序入口地址。址。 n001BH001BH：定時器：定時器1 1的中斷服務(wù)程序入口地址。的中斷服務(wù)程序入口地址。 n0023H0023H：串行口的中斷服務(wù)程序

30、入口地址。：串行口的中斷服務(wù)程序入口地址。跳轉(zhuǎn)到第一頁2.4 2.4 單片機的輸入單片機的輸入/ /輸出端口輸出端口 n2.4.1 P0口n2.4.2 P1口n2.4.3 P2口n2.4.4 P3口跳轉(zhuǎn)到第一頁n80518051單片機有單片機有4 4個個8 8位并行位并行I/OI/O端口，稱為端口，稱為P0P0、P1P1、P2P2和和P3P3口，每個端口都各有口，每個端口都各有8 8條條I/OI/O口口線，每條線，每條I/OI/O口線都能獨立地用作輸入或輸口線都能獨立地用作輸入或輸出。出。n在無片外擴展存儲器的系統(tǒng)中，這四個在無片外擴展存儲器的系統(tǒng)中，這四個I/OI/O口都可以作為通用口都可以

31、作為通用I/OI/O口使用。口使用。n在有片外擴展存儲器的系統(tǒng)中，在有片外擴展存儲器的系統(tǒng)中，P2P2口送出口送出高高8 8位地址，位地址，P0P0口分時送出低口分時送出低8 8位地址和位地址和8 8位位數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。 跳轉(zhuǎn)到第一頁nP0P0口某一位的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，它由一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)輸入口某一位的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，它由一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)輸入緩沖器、一個轉(zhuǎn)換開關(guān)緩沖器、一個轉(zhuǎn)換開關(guān)MUXMUX、一個輸出驅(qū)動電路、一個輸出驅(qū)動電路(T1(T1和和T2)T2)和一個與門及和一個與門及一個非門組成。一個非門組成。 1 D CP Q Q MUX & T1 T2 鎖存器 地址/數(shù)

32、據(jù) 控制信號 C VCC 內(nèi)部總線 寫鎖存器 讀鎖存器 讀引腳 P0.X 引腳 1 2 2.4.1 P02.4.1 P0口口 跳轉(zhuǎn)到第一頁(1) P0(1) P0口用作通用口用作通用I/OI/O口口 MUX與鎖存器的與鎖存器的Q端接通，與門輸出為端接通，與門輸出為0，T1截止，輸出驅(qū)動級就工作在需外接截止，輸出驅(qū)動級就工作在需外接上拉電阻的漏極開路方式。上拉電阻的漏極開路方式。 P0口用作輸出口口用作輸出口 CPU在執(zhí)行輸出指令時，內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)在在執(zhí)行輸出指令時，內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)在“寫鎖存器信號的作用下，寫鎖存器信號的作用下，由由D端進入鎖存器，取反后出現(xiàn)在端進入鎖存器，取反后出現(xiàn)在Q

33、端，再經(jīng)過端，再經(jīng)過T2反向，則反向，則P0.X引腳上的數(shù)據(jù)引腳上的數(shù)據(jù)就是內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)。由于就是內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)。由于T2為漏極開路輸出，故此時必須外接上拉電阻。為漏極開路輸出，故此時必須外接上拉電阻。 P0口用作輸入口口用作輸入口 數(shù)據(jù)可以讀自端口的鎖存器，也可以讀自端口的引腳，這要看輸入操作執(zhí)行的數(shù)據(jù)可以讀自端口的鎖存器，也可以讀自端口的引腳，這要看輸入操作執(zhí)行的是是“讀鎖存器指令還是讀鎖存器指令還是“讀引腳指令。讀引腳指令。方式方式1：讀引腳。：讀引腳。CPU在執(zhí)行在執(zhí)行“MOV類輸入指令時類輸入指令時(如：如：MOV A , P0)，內(nèi)部產(chǎn)生，內(nèi)部產(chǎn)生的操作信號是的操作信號是“讀引腳

34、讀引腳”。P0.X引腳上的數(shù)據(jù)經(jīng)過緩沖器引腳上的數(shù)據(jù)經(jīng)過緩沖器2讀入到內(nèi)部總線。讀入到內(nèi)部總線。注意，在讀引腳時，必須先向電路中的鎖存器寫入注意，在讀引腳時，必須先向電路中的鎖存器寫入1，使，使T2截止，截止，P0.X引腳處引腳處于懸浮狀態(tài)，可作為高阻抗輸入。于懸浮狀態(tài)，可作為高阻抗輸入。方式方式2：讀鎖存器。：讀鎖存器。CPU在執(zhí)行在執(zhí)行“讀讀-改改-寫類輸入指令時寫類輸入指令時(如：如：ANL P0, A )，內(nèi)部，內(nèi)部產(chǎn)生的操作信號是產(chǎn)生的操作信號是“讀鎖存器讀鎖存器”，鎖存器中的數(shù)據(jù)經(jīng)過緩沖器，鎖存器中的數(shù)據(jù)經(jīng)過緩沖器1送到內(nèi)部總線，送到內(nèi)部總線，然后與然后與A的內(nèi)容進行邏輯的內(nèi)容進行

35、邏輯“與與”，結(jié)果送回，結(jié)果送回P0的端口鎖存器并出現(xiàn)在引腳。除的端口鎖存器并出現(xiàn)在引腳。除了了MOV類指令外，其他的讀口操作指令都屬于這種情況。類指令外，其他的讀口操作指令都屬于這種情況。 跳轉(zhuǎn)到第一頁(2) P0(2) P0口用作地址口用作地址/ /數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 nMUXMUX將地址將地址/ /數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)線與T2T2接通，同時與門輸出有效。接通，同時與門輸出有效。n若地址若地址/ /數(shù)據(jù)線為數(shù)據(jù)線為1 1，則，則T1T1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2T2截止，截止，P0P0口輸出為口輸出為1 1；反之；反之T1T1截止，截止，T2T2導(dǎo)通，導(dǎo)通，P0P0口輸出為口輸出為0 0。n當(dāng)數(shù)據(jù)從當(dāng)數(shù)據(jù)從P

36、0P0口輸入時，讀引腳使三態(tài)緩沖器口輸入時，讀引腳使三態(tài)緩沖器2 2打開，端口上的數(shù)據(jù)經(jīng)緩打開，端口上的數(shù)據(jù)經(jīng)緩沖器沖器2 2送到內(nèi)部總線。送到內(nèi)部總線。 跳轉(zhuǎn)到第一頁（3 3P0P0口小結(jié)口小結(jié) P0 P0口既可作地址口既可作地址/ /數(shù)據(jù)總線使用，也可作通用數(shù)據(jù)總線使用，也可作通用I/OI/O口使用。當(dāng)口使用。當(dāng)P0P0口作地口作地址址/ /數(shù)據(jù)總線使用時，就不能再作通用數(shù)據(jù)總線使用時，就不能再作通用I/OI/O口使用了?？谑褂昧?。 P0 P0口作輸出口使用時，輸出級屬漏極開路，必須外接上拉電阻，才有口作輸出口使用時，輸出級屬漏極開路，必須外接上拉電阻，才有高電平輸出。高電平輸出。 P0

37、P0口作輸入口讀引腳時，應(yīng)先向鎖存器寫口作輸入口讀引腳時，應(yīng)先向鎖存器寫1 1，使，使T2T2截止，不影響輸入截止，不影響輸入電平。電平。 跳轉(zhuǎn)到第一頁nP1口是唯一的單功能口，僅能作為通用口是唯一的單功能口，僅能作為通用I/O口使用。由于在其輸出端接口使用。由于在其輸出端接有上拉電阻，故可以直接輸出而無需外接上拉電阻。有上拉電阻，故可以直接輸出而無需外接上拉電阻。n同同P0口一樣，當(dāng)作輸入口時，必須先向鎖存器寫口一樣，當(dāng)作輸入口時，必須先向鎖存器寫“1”，使場效應(yīng)管，使場效應(yīng)管T截截止。止。 D CP Q Q T 鎖存器 VCC 內(nèi)部總線 寫鎖存器 讀鎖存器 讀引腳 P1.X 引腳 1 2

38、2.4.2 P12.4.2 P1口口 跳轉(zhuǎn)到第一頁n圖中的控制信號圖中的控制信號C C決定轉(zhuǎn)換開關(guān)決定轉(zhuǎn)換開關(guān)MUXMUX的位置：當(dāng)?shù)奈恢茫寒?dāng)C=0C=0時，時，MUXMUX撥向下方，撥向下方，P0P0口為通用口為通用I/OI/O口；當(dāng)控制信號口；當(dāng)控制信號C=1C=1時，時，MUXMUX撥向上方，撥向上方，P0P0口作為地址總線口作為地址總線使用。使用。n在實際應(yīng)用中，在實際應(yīng)用中，P2P2口通常作為高口通常作為高8 8位地址總線使用。位地址總線使用。 D CP Q Q MUX 1 鎖存器 地址 控制信號 C 內(nèi)部總線 寫鎖存器 讀鎖存器 讀引腳 T VCC P2.X 引腳 1 2 2.4.

39、3 P22.4.3 P2口口 跳轉(zhuǎn)到第一頁nP3P3口用作通用口用作通用I/OI/O口時，第二輸出功能信號口時，第二輸出功能信號W=1W=1，P3P3口的每一位都可定口的每一位都可定義為輸入或輸出，其工作原理同義為輸入或輸出，其工作原理同P1P1口類似?？陬愃?。n在真正的應(yīng)用電路中，在真正的應(yīng)用電路中，P3P3口的第二功能顯得更為重要口的第二功能顯得更為重要 。 D CP Q Q & 鎖存器 第二輸出功能 內(nèi)部總線 寫鎖存器 讀鎖存器 讀引腳 T VCC P3.X 引腳 第二輸入功能 1 2 W 3 2.4.4 P32.4.4 P3口口 跳轉(zhuǎn)到第一頁 P3口的第二功能口的第二功能 IN

40、T0INT1WRRD引腳引腳 第二功能第二功能 功能說明功能說明 P3.0RXD串行口輸入串行口輸入P3.1TXD串行口輸出串行口輸出P3.2外部中斷外部中斷0輸入輸入P3.3外部中斷外部中斷1輸入輸入P3.4T0定時器定時器/計數(shù)器計數(shù)器0計數(shù)輸入計數(shù)輸入P3.5T1定時器定時器/計數(shù)器計數(shù)器1計數(shù)輸入計數(shù)輸入P3.6片外片外RAM寫選通信號寫選通信號(輸出輸出)P3.7片外片外RAM讀選通信號讀選通信號(輸出輸出)跳轉(zhuǎn)到第一頁輸入輸入/ /輸出端口負(fù)載能力輸出端口負(fù)載能力 nP0P0口的輸出級與口的輸出級與P1P1P3P3口的輸出級在結(jié)構(gòu)上不同，其輸出級口的輸出級在結(jié)構(gòu)上不同，其輸出級無上

41、拉電阻，因此它們的負(fù)載能力和接口要求也不相同。無上拉電阻，因此它們的負(fù)載能力和接口要求也不相同。nP0P0口的每一位能驅(qū)動口的每一位能驅(qū)動8 8個個LSTTLLSTTL負(fù)載。在作為通用負(fù)載。在作為通用I/OI/O口使用口使用時，輸出驅(qū)動電路是開漏的，所以，驅(qū)動集電極開路時，輸出驅(qū)動電路是開漏的，所以，驅(qū)動集電極開路(OC(OC門門) )電路或漏級開路電路需外接上拉電阻。當(dāng)作為地址電路或漏級開路電路需外接上拉電阻。當(dāng)作為地址/ /數(shù)據(jù)總數(shù)據(jù)總線使用時線使用時(T1(T1可以提供上拉電平可以提供上拉電平) )，口線不是開漏的，無需外，口線不是開漏的，無需外接上拉電阻。接上拉電阻。nP1P1P3P3

42、口的每一位能驅(qū)動口的每一位能驅(qū)動4 4個個LSTTLLSTTL負(fù)載。它們的輸出驅(qū)動電負(fù)載。它們的輸出驅(qū)動電路有上拉電阻，所以可以方便地由集電極開路路有上拉電阻，所以可以方便地由集電極開路(OC(OC門門) )電路或電路或漏級開路電路所驅(qū)動，而無需外接上拉電阻。漏級開路電路所驅(qū)動，而無需外接上拉電阻。n對于對于80C5180C51單片機單片機(CHMOS)(CHMOS)，端口只能提供幾毫安的輸出電流，端口只能提供幾毫安的輸出電流，故當(dāng)作輸出口去驅(qū)動一個普通晶體管的基極時，應(yīng)在端口與故當(dāng)作輸出口去驅(qū)動一個普通晶體管的基極時，應(yīng)在端口與晶體管基極間串聯(lián)一個電阻，以限制高電平輸出時的電流。晶體管基極間

43、串聯(lián)一個電阻，以限制高電平輸出時的電流。 跳轉(zhuǎn)到第一頁2.5 2.5 時鐘電路與時鐘電路與CPUCPU時序時序n2.5.1 時鐘電路n2.5.2 CPU時序 跳轉(zhuǎn)到第一頁2.5.1 2.5.1 時鐘電路時鐘電路 n80518051單片機的時鐘信號通常由兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部振蕩方式，二單片機的時鐘信號通常由兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部振蕩方式，二是外部時鐘方式。是外部時鐘方式。 n (a) (a) 內(nèi)部方式時鐘電路內(nèi)部方式時鐘電路 (b) (b) 外部方式時鐘電路外部方式時鐘電路 晶振 C1 C2 XTAL1 XTAL2 8051 TTL XTAL2 XTAL1 8051 VCC 外部時鐘 信號 V

44、SS 跳轉(zhuǎn)到第一頁2.5.1 2.5.1 時鐘電路時鐘電路1. 1. 內(nèi)部振蕩方式內(nèi)部振蕩方式 在在80518051單片機內(nèi)部有一個高增益的反相放大器，用于構(gòu)成單片機內(nèi)部有一個高增益的反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器，反相放大器的輸入端為振蕩器，反相放大器的輸入端為XTAL1XTAL1，輸出端為，輸出端為XTAL2XTAL2。內(nèi)部振蕩方式是在內(nèi)部振蕩方式是在XTAL1XTAL1和和XTAL2XTAL2引腳兩端跨接石英晶體振蕩器引腳兩端跨接石英晶體振蕩器和兩個電容構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩電路。和兩個電容構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩電路。電容電容C1C1和和C2C2通常取通常取30pF30pF，對振蕩頻率有微調(diào)作用。晶

45、振頻率范，對振蕩頻率有微調(diào)作用。晶振頻率范圍是圍是1.2MHz1.2MHz12MHz12MHz。2. 2. 外部時鐘方式外部時鐘方式 外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機內(nèi)。外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機內(nèi)。80518051：外部時鐘由：外部時鐘由XTAL2XTAL2輸入，直接送入內(nèi)部時鐘電路，輸入，直接送入內(nèi)部時鐘電路，XTAL1XTAL1接地；接地；80C5180C51：外部時鐘由：外部時鐘由XTAL1XTAL1輸入，輸入，XTAL2XTAL2懸空。懸空。外部時鐘信號為高電平持續(xù)時間要大于外部時鐘信號為高電平持續(xù)時間要大于20ns20ns，且頻率低于，且頻率低于1

46、2MHz12MHz的方波。的方波。 跳轉(zhuǎn)到第一頁2.5.2 CPU2.5.2 CPU時序時序nCPUCPU時序就是時序就是CPUCPU在執(zhí)行指令時所需控制信號的時間順序。在執(zhí)行指令時所需控制信號的時間順序。n單片機的時序定時單位從小到大依次為：振蕩周期、狀態(tài)單片機的時序定時單位從小到大依次為：振蕩周期、狀態(tài)周期、機器周期和指令周期。周期、機器周期和指令周期。 nMCS-51MCS-51單片機共有單片機共有111111條指令，按照指令字節(jié)數(shù)和機器周期條指令，按照指令字節(jié)數(shù)和機器周期數(shù)可分為六類，即單字節(jié)單周期指令、單字節(jié)雙周期指令、數(shù)可分為六類，即單字節(jié)單周期指令、單字節(jié)雙周期指令、單字節(jié)四周期

47、指令、雙字節(jié)單周期指令、雙字節(jié)雙周期指單字節(jié)四周期指令、雙字節(jié)單周期指令、雙字節(jié)雙周期指令和三字節(jié)雙周期指令。令和三字節(jié)雙周期指令。 跳轉(zhuǎn)到第一頁典型指令的取指、執(zhí)行時序典型指令的取指、執(zhí)行時序 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2 S3 S4 S5 S6 讀操作碼 再讀下一個操作碼 讀下一個操作碼(丟棄) 讀操作碼 讀第二字節(jié) 讀下一個操作碼 讀下一個操作碼(丟棄) 再讀下一個操作碼 讀下一個操作碼(丟棄) 讀操作碼 不取指 無 ALE 地

48、址 數(shù)據(jù) 訪問外部存儲器 (a) 單字節(jié)單周期指令，如 INC A (b) 雙字節(jié)單周期指令，如 ADD A,#data (c) 單字節(jié)雙周期指令，如 INC DPTR (d)單字節(jié)雙周期指令 S1 S2 S3 S4 S5 S6 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 S1 S2 S3 S4 S5 S6 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 讀操作碼 不取指 再讀下一個操作碼 如 MOVX 類指令 ALE OSC 一個機器周期 一個機器周期 l振蕩周期為單片機提供定時信號的振蕩源的周期或外部輸入時鐘信號的周期。l時鐘周期又成為狀

49、態(tài)周期(或狀態(tài)S)是振蕩周期的兩倍，它分為P1節(jié)拍和P2節(jié)拍。l一條指令的執(zhí)行過程分作幾個基本操作，完成一個基本操作所需的時間稱作機器周期。l執(zhí)行一條指令所需的時間稱為指令周期。 跳轉(zhuǎn)到第一頁2.6 MCS-512.6 MCS-51單片機工作方式單片機工作方式 n2.6.1 復(fù)位方式與復(fù)位電路 n2.6.2 程序執(zhí)行方式n2.6.3 單步執(zhí)行方式n2.6.4 低功耗操作方式n2.6.5 EPROM編程和校驗方式 跳轉(zhuǎn)到第一頁2.6.1 2.6.1 復(fù)位方式與復(fù)位電路復(fù)位方式與復(fù)位電路 n復(fù)位是單片機的初始化操作。復(fù)位是單片機的初始化操作。n復(fù)位功能是把復(fù)位功能是把PCPC初始化為初始化為000

50、0H0000H，使，使CPUCPU從從0000H0000H單元開始執(zhí)單元開始執(zhí)行程序；復(fù)位操作同時還對其他一些寄存器有影響，但內(nèi)行程序；復(fù)位操作同時還對其他一些寄存器有影響，但內(nèi)部部RAMRAM的數(shù)據(jù)是不變的。的數(shù)據(jù)是不變的。 n除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需要按操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵重新啟動。復(fù)位鍵重新啟動。跳轉(zhuǎn)到第一頁部分特殊功能寄存器的復(fù)位狀態(tài)部分特殊功能寄存器的復(fù)位狀態(tài) 說明：表中符號狀為隨機態(tài)。說明：表中符號狀為隨機態(tài)。寄存器寄存器 復(fù)

51、位狀態(tài)復(fù)位狀態(tài)寄存器寄存器 復(fù)位狀態(tài)復(fù)位狀態(tài)PC 0000H ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPTR 0000H P0P3 0FFH IP 00000B IE 000000B TMOD 00H TCON 00H TL0，TL1 00H TH0，TH1 00H SCON 00H SBUF 不定不定 PCON 00000B 跳轉(zhuǎn)到第一頁復(fù)位電路復(fù)位電路 n單片機的復(fù)位引腳單片機的復(fù)位引腳RSTRST出現(xiàn)出現(xiàn)2 2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復(fù)位操作。行復(fù)位操作。 n常見的復(fù)位操作有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式常見的復(fù)位

52、操作有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式 。n上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。n按鍵手動復(fù)位是通過復(fù)位端經(jīng)電阻與電源按鍵手動復(fù)位是通過復(fù)位端經(jīng)電阻與電源VCCVCC接通而實現(xiàn)的，它兼?zhèn)渖辖油ǘ鴮崿F(xiàn)的，它兼?zhèn)渖想姀?fù)位功能。電復(fù)位功能。 n (a) (a) 上電自動復(fù)位上電自動復(fù)位 (b) (b) 按鍵手動復(fù)位按鍵手動復(fù)位 RST 8051 R C +5V + RST 8051 R R1 C +5V + 跳轉(zhuǎn)到第一頁2.6.2 2.6.2 程序執(zhí)行方式程序執(zhí)行方式 n單片機執(zhí)行程序的過程，就是逐條執(zhí)行指令的過程。單片機每執(zhí)行一單片機執(zhí)行程序的過程，就是逐條執(zhí)行指令的過程。單片機每執(zhí)行一條指令都可分為三個階段，即取指令條指令都可分為三個階段，即取指令分析指令分析指令執(zhí)行指令。執(zhí)行指令。 n單片機中的程序一般事先都已通過寫入器單片機中的程序一般事先都已通過寫入器( (編程器編程器) )固化在片內(nèi)或片外固化在片內(nèi)或片外程序存儲器中，因而一開機即可執(zhí)行指令。程序存儲器中，因而一開機即可執(zhí)行指令。