片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l

1、普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)（第二版） 編著科學(xué)出版社北京片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l第二章 80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 微型計(jì)算機(jī)的基本組成有三部分，即CPU +存儲(chǔ)器+ I/O 接口。 80C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖21所示。CPU(算術(shù)邏輯單元ALU、控制器)存儲(chǔ)器-程序存儲(chǔ)器ROM、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM定時(shí)器/計(jì)數(shù)器并行 I/O口 P0P3串行口中斷系統(tǒng)定時(shí)控制邏輯電路等 2.1 80C51單片微機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 微型計(jì)算機(jī)的基本組成有三部分，即C

2、PU +存儲(chǔ)器+ I/O 接口。 80C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖21所示。CPU(算術(shù)邏輯單元ALU、控制器)存儲(chǔ)器-程序存儲(chǔ)器ROM、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM定時(shí)器/計(jì)數(shù)器并行 I/O口 P0P3串行口中斷系統(tǒng)定時(shí)控制邏輯電路等 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 這些部件通過(guò)內(nèi)部總線連接起來(lái)，基本結(jié)構(gòu)仍然是通用CPU加上外圍芯片的結(jié)構(gòu)模式，但采用了特殊功能寄存器(SFR) 進(jìn)行集中控制的方法。1.中央處理器 單片微機(jī)的核心，主要完成運(yùn)算和控制功能，又增設(shè)了“面向控制”的處理功能，增強(qiáng)了實(shí)時(shí)性。2. 程序存儲(chǔ)器 80C31：內(nèi)部沒(méi)有程序存儲(chǔ)器 80C51：內(nèi)部帶ROM

3、 87C51：內(nèi)部帶EPROM片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l單片微機(jī)的程序存儲(chǔ)器有以下幾種結(jié)構(gòu)形式： 片內(nèi)只讀存儲(chǔ)器 程序必須在制作單片微機(jī)時(shí)寫(xiě)入，一次性固化。這種結(jié)構(gòu)形式只適用于程序已成熟、定型，且批量很大的場(chǎng)合。并且只能在廠家定制完成。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 片內(nèi)可編程的ROM 片內(nèi)可編程的ROM可直接由用戶(hù)進(jìn)行編程。 紫外線可擦除型ROMEPROM型單片微機(jī) (如87C51)。EPROM需用紫外線擦除，必須脫機(jī)固化，不能在線改寫(xiě)。 電可擦除型ROMEEPROM，稱(chēng)為Flash單片微機(jī) (如89C5

4、1)。應(yīng)用系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。EPROM和EEPROM都是可以多次擦除和編程的，或稱(chēng)MTP的ROM。OTP的 ROM，僅允許用戶(hù)一次編程。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 片外只讀存儲(chǔ)器 由于受芯片集成度的限制，片內(nèi)只讀存儲(chǔ)器一般存儲(chǔ)容量較小。 利用單片微機(jī)的并行擴(kuò)展技術(shù)可以外擴(kuò)片外只讀存儲(chǔ)器。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l3. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM） 在單片微機(jī)中，用RAM來(lái)存儲(chǔ)程序在運(yùn)行期間的工作變量和數(shù)據(jù)，所以稱(chēng)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。一般在單片微機(jī)內(nèi)部設(shè)置一定容量（64B384B或更大容量 ）的RAM，以加快單片微機(jī)運(yùn)

5、行的速度，還可以使存儲(chǔ)器的功耗下降很多。在單片微機(jī)中，常把寄存器（如工作寄存器、特殊功能寄存器、堆棧等）在邏輯上劃分在片內(nèi)RAM空間中，所以可將單片微機(jī)內(nèi)部RAM看成是寄存器堆，有利于提高運(yùn)行速度。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l4. 并行I/O口單片微機(jī)往往提供了許多功能強(qiáng)、使用靈活的并行輸入/輸出引腳，用于檢測(cè)與控制。有些I/O引腳還具有多種功能，比如可以作為數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)線、地址總線的地址線、控制總線的控制線等。單片微機(jī)I/O引腳的驅(qū)動(dòng)能力也逐漸增大，甚至可以直接驅(qū)動(dòng)外擴(kuò)的LED顯示器。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

6、06112l5. 串行I/O口 實(shí)現(xiàn)與某些終端設(shè)備進(jìn)行串行通信，或者和一些特殊功能的器件相連的能力，甚至用多個(gè)單片微機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 6. 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 用于精確的定時(shí)，或者需對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)80C51有兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，80C52有三個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。 7. 中斷系統(tǒng) 具有內(nèi)、外共五個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l8定時(shí)電路及元件 計(jì)算機(jī)的整個(gè)工作是在時(shí)鐘信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，按照嚴(yán)格的時(shí)序有規(guī)律地一個(gè)節(jié)拍一個(gè)節(jié)拍地執(zhí)行各種操作。單片微機(jī)

7、內(nèi)部設(shè)有定時(shí)電路，只需外接振蕩元件即可工作。 外接振蕩元件一般選用晶體振蕩器，或用價(jià)廉的RC振蕩器，也可用外部時(shí)鐘源，作為振蕩元件。 有的單片微機(jī)將振蕩元件也集成在芯片內(nèi)部， 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l80C5180C52的封裝及邏輯圖如圖22所示。若不需要通過(guò)并行總線擴(kuò)展芯片，常采用20引腳甚至僅14引腳的單片微機(jī)，如ATMEL公司的89C1051/2051/4051，或PHILIPS公司的P87LPC764。它們的封裝及引腳見(jiàn)圖23。2.2 80C51單片微機(jī)的引腳及其功能片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l

8、按引腳的功能可分為三部分 ：1. 電源和晶振Vcc運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)接電源正端。 Vss接地。 XTAL1輸入到單片微機(jī)內(nèi)部振蕩器的反相放大器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)HMOS單片微機(jī), 此引腳應(yīng)接地；對(duì)CHMOS單片微機(jī)，此引腳作驅(qū)動(dòng)端。XTAL2反相放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，XTAL2接收振蕩器信號(hào)，對(duì)CHMOS，此引腳應(yīng)懸浮。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2. I/O P08位、漏極開(kāi)路的雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器（ROM及RAM）時(shí)，作低8位地址和8位數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單

9、片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112lP18位、準(zhǔn)雙向I/O 口。 對(duì)于80C52，P1.0T2，是定時(shí)器2的計(jì)數(shù)輸入端； P1.1T2EX，是定時(shí)器2的外部輸入端。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112lP28位、準(zhǔn)雙向I/O口。 當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器（ROM及RAM）時(shí)，輸出高8位地址。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112lP38位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電路。 P3提供各種替代功能。在提供這些功能時(shí)，其輸出鎖存器應(yīng)由程序置 1。 串行口： P30RXD 串行輸入口。 P31TXD 串行輸出口。 中斷： P32 INT0 外部中斷0

10、輸入。 P33 INT1外部中斷1輸入。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 定時(shí)器計(jì)數(shù)器： P34T0 的外部輸入。 P35T1的外部輸入。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器選通： P36WR ，片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O端口寫(xiě)選通。 P37 RD ，片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O端口讀選通。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l3. 控制線 RST復(fù)位輸入信號(hào)。 在振蕩器工作時(shí)，在RST上作用兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，將單片微機(jī)復(fù)位。 EA /Vpp片外程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許信號(hào)。EA=1，選擇片內(nèi)程序存儲(chǔ)器EA=0，則程序存儲(chǔ)器全部在片外。使用80C31時(shí)

11、，EA必須接地，使用8751編程時(shí)， EA施加 21V的編程電壓。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112lALE/PROG地址鎖存允許信號(hào)。在訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器或I/O時(shí)，用于鎖存低8位地址，以實(shí)現(xiàn)低地址與8位數(shù)據(jù)的隔離。 ALE以 1/6的振蕩頻率固定速率輸出，可作為對(duì)外輸出的時(shí)鐘或用作外部定時(shí)脈沖。PSEN片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。在從片外程序存儲(chǔ)器取指期間，在每個(gè)機(jī)器周期中，當(dāng)PSEN有效時(shí)，程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容被送上 P0口（數(shù)據(jù)總線）。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 2.3 80C51 CPU的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 中央處理器C

12、PU是單片微機(jī)內(nèi)部的核心部件，主要包括控制器、運(yùn)算器和工作寄存器及時(shí)序電路。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2.3.1中央控制器 識(shí)別指令，并根據(jù)指令性質(zhì)控制計(jì)算機(jī)各組成部件進(jìn)行工作的部件，與運(yùn)算器一起構(gòu)成中央處理器。 在80C51中，控制器包括程序計(jì)數(shù)器PC、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令譯碼器、條件轉(zhuǎn)移邏輯電路及定時(shí)控制邏輯電路。 其功能是控制指令的讀出、譯碼和執(zhí)行，對(duì)指令的執(zhí)行過(guò)程進(jìn)行定時(shí)控制，并根據(jù)執(zhí)行結(jié)果決定是否分支轉(zhuǎn)移。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l程序計(jì)數(shù)器PC(Program Counte

13、r）一個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器，不屬于內(nèi)部的特殊功能寄存器。 PC中存放的是下一條將要從程序存儲(chǔ)器中取出的指令的地址。PC基本的工作過(guò)程是：讀指令時(shí)，PC將其中的數(shù)作為所取指令的地址輸出給程序存儲(chǔ)器，然后程序存儲(chǔ)器按此地址輸出指令字節(jié)，同時(shí)PC本身自動(dòng)加1，指向下一條指令地址。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112lPC變化的軌跡決定程序的流程。 在執(zhí)行條件轉(zhuǎn)移或無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令時(shí)，程序計(jì)數(shù)器將被置入轉(zhuǎn)移的目的地址，程序的流向發(fā)生變化。在執(zhí)行調(diào)用指令或響應(yīng)中斷時(shí)，將子程序的入口地址或者中斷矢量地址送入PC，程序流向發(fā)生變化。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微

14、機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2. 數(shù)據(jù)指針 DPTR 16位特殊功能寄存器，主要功能是作為片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O尋址用的地址寄存器。 既可以作為一個(gè)16位寄存器處理，也可以作為兩個(gè)8位寄存器處理，其高8位用DPH表示，低8位用DPL表示。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O的指令為： MOVX A，DPTR 讀 MOVX DPTR，A 寫(xiě)作為訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器時(shí)的基址寄存器。尋址程序存儲(chǔ)器中的表格、常數(shù)等單元，而不是尋址指令。 MOVCA，ADPTR JMPADPTR片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112lP

15、C與DPTR： 都是與地址有關(guān)的16位的寄存器。PC與程序存儲(chǔ)器的地址有關(guān)， DPTR與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址有關(guān)。作為地址寄存器使用時(shí)，PC與DPTR都是通過(guò)P0和P2口輸出的。PC的輸出與ALE及PSEN信號(hào)有關(guān)；DPTR的輸出，則與ALE、WR、RD信號(hào)有關(guān)。 PC只能作為16位寄存器對(duì)待，是不可以訪問(wèn)的。DPTR可以作為16位寄存器，也可以作為兩個(gè)8位特殊功能寄存器，DPTR是可以訪問(wèn)的。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l3. 指令寄存器IR、指令譯碼器及控制邏輯 IR是用來(lái)存放指令操作碼的專(zhuān)用寄存器。執(zhí)行程序時(shí)，首先進(jìn)行程序存儲(chǔ)器的讀操作，也就是根據(jù)

16、程序計(jì)數(shù)器給出的地址從程序存儲(chǔ)器中取出指令，送指令寄存器IR，IR的輸出送指令譯碼器；指令譯碼器對(duì)該指令進(jìn)行譯碼，譯碼結(jié)果送定時(shí)控制邏輯電路，如圖24所示。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 定時(shí)控制邏輯電路則根據(jù)指令的性質(zhì)發(fā)出一系列定時(shí)控制信號(hào)，控制計(jì)算機(jī)的各組成部件進(jìn)行相應(yīng)的工作，執(zhí)行指令。條件轉(zhuǎn)移邏輯電路主要用來(lái)控制程序的分支轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移條件分為兩部分：內(nèi)部條件，程序狀態(tài)標(biāo)志位（PSW）和累加器的零狀態(tài)； 外部條件，F(xiàn)0和所有位尋址空間的狀態(tài)。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 2.3.2 運(yùn)算器運(yùn)算器主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)

17、對(duì)操作數(shù)的算術(shù)邏輯運(yùn)算和位操作的。對(duì)傳送到CPU的數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、乘、除、比較、BCD碼校正等算術(shù)運(yùn)算?！芭c”、“或”、“異或”等邏輯操作；移位、置位、清零、取反、加1、減1等操作。80C51的ALU還具有極強(qiáng)的位處理功能，如位置1、位清零、位“與”、位“或”等操作，對(duì)“面向控制”特別有用。 運(yùn)算器主要包括算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU、累加器A、暫存寄存器、B寄存器、程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器PSW以及BCD碼運(yùn)算修正電路等。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112lALU有兩個(gè)輸入： 通過(guò)暫存器1的輸入：輸入數(shù)據(jù)來(lái)自寄存器、直接尋址單元（含I/O口）、內(nèi)部RAM、寄存器B或是

18、立即數(shù)。 通過(guò)暫存器 2或累加器 的輸入：通過(guò)暫存器 2的運(yùn)算的指令有 ANL direct， data ORL direct， data XRL direct，data其它的運(yùn)算，其輸入之一大多數(shù)也要通過(guò)累加器。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112lALU有兩個(gè)輸出: 數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)運(yùn)算后，其結(jié)果又通過(guò)內(nèi)部總線送回到累加器中； 數(shù)據(jù)運(yùn)算后產(chǎn)生的標(biāo)志位輸出至程序狀態(tài)字 PSW。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2. 累加器A簡(jiǎn)稱(chēng)ACC或A寄存器。主要功能：累加器A存放操作數(shù)，是ALU單元的輸入之一，也是ALU運(yùn)算結(jié)果的暫存單元

19、。單片微機(jī)中大部分?jǐn)?shù)據(jù)操作都要通過(guò)累加器A進(jìn)行，容易產(chǎn)生“瓶頸”現(xiàn)象。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l3B寄存器 乘法中，ALU的兩個(gè)輸入分別為A、B，運(yùn)算結(jié)果，A中放積的低8位，B中放積的高8位。 除法中，被除數(shù)取自A，除數(shù)取自B，商數(shù)存放于A，余數(shù)存放于B。 在其它情況下，B寄存器可以作為內(nèi)部RAM中的一個(gè)單元來(lái)使用。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l4. 程序狀態(tài)字PSW （Program Status Word） 主要部分是算術(shù)邏輯運(yùn)算單元（ALU）的輸出。其中有些位(如F0)狀態(tài)可用軟件方法設(shè)定。 奇偶校

20、驗(yàn)位P、溢出標(biāo)志位OV、輔助進(jìn)位標(biāo)志位AC及進(jìn)位標(biāo)志位CY都是ALU運(yùn)算結(jié)果的直接輸出。CYACF0RS1RS0OVP片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l (1) P 奇偶標(biāo)志位 每個(gè)指令周期都由硬件來(lái)置位或清除。 用以表示累加器A中值為1的個(gè)數(shù)的奇偶性：若累加器值為1的位數(shù)是奇數(shù)，P置位（奇校驗(yàn)）；否則P清除(偶校驗(yàn)) 。如(A)=00001010，則P=0。在串行通信中，常以傳送奇偶校驗(yàn)位來(lái)檢驗(yàn)傳輸數(shù)據(jù)的可靠性。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l (2) OV 溢出標(biāo)志位 當(dāng)執(zhí)行運(yùn)算指令時(shí)，由硬件置位或清除，OV置位

21、表示運(yùn)算結(jié)果超出了目的寄存器A所能表示的帶符號(hào)數(shù)的范圍（一128127）。 若以Ci表示位 i向位il有進(jìn)位，則OV=C6C7；當(dāng)位6向位7有進(jìn)位(借位)而位7不向CY進(jìn)位(借位)時(shí)；或當(dāng)位7向C進(jìn)位(借位)而位6不向位7進(jìn)位(借位)時(shí)，OV標(biāo)志置位，表示帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算時(shí)運(yùn)算結(jié)果是錯(cuò)誤的；否則，清除OV標(biāo)志，運(yùn)算結(jié)果正確。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l對(duì)于MUL乘法，當(dāng)A、B兩個(gè)乘數(shù)的積超過(guò)255時(shí)OV置位；否則，OV0。若OV0時(shí)，只需從A寄存器中取積。對(duì)于DIV除法，若除數(shù)為0時(shí)，OV=1；否則，OV=0。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51

22、單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l (3) RS1、RS0 工作寄存器組選擇位用于設(shè)定當(dāng)前工作寄存器的組號(hào)。工作寄存器共有4組，其對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表21(4)AC 輔助進(jìn)位標(biāo)志位 當(dāng)進(jìn)行加法或減法運(yùn)算時(shí)，若低4位向高4位數(shù)發(fā)生進(jìn)位或借位時(shí)，AC將被硬件置位；否則，被清除。 在十進(jìn)制調(diào)整指令DA中要用到AC標(biāo)志位狀態(tài)。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l (5)CY 進(jìn)位標(biāo)志位。在進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算時(shí)，可以被硬件置位或清除，以表示運(yùn)算結(jié)果中高位是否有進(jìn)位或借位。在布爾處理機(jī)中CY被認(rèn)為是位累加器。 (6)F0 用戶(hù)標(biāo)志位。開(kāi)機(jī)時(shí)該位為“0”。用戶(hù)可根據(jù)需要，通過(guò)位操作指令置“

23、l”或者清“0”。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 2.3.3 時(shí)鐘電路及CPU的工作時(shí)序時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片微機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互關(guān)系。單片微機(jī)本身就如一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l1. 時(shí)鐘電路在80C51內(nèi)帶有時(shí)鐘電路，只需要在片外通過(guò)XTALI和XTAL2引腳接入定時(shí)控制元件（晶體振蕩器和電容），即可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。在80C51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益

24、反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容。80C51的時(shí)鐘電路如圖26所示。 時(shí)鐘電路由下列幾部分組成：振蕩器及定時(shí)控制元件、時(shí)鐘發(fā)生器、地址鎖存允許信號(hào) ALE。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l(1) 振蕩器及定時(shí)控制元件 在80C51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。 需要在片外通過(guò)XTAL1和XTAL2引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，振蕩器即可工作。振蕩器的結(jié)構(gòu)和振蕩電路原理如圖27所示。振蕩器的工作可以由PD位（特殊功能寄存器PCON中的一位）控制

25、。當(dāng)PD置1時(shí)，振蕩器停止工作，系統(tǒng)進(jìn)入低功耗工作狀態(tài)。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l振蕩器的工作頻率一般在1.212 MHz之間，有些單片微機(jī)的頻率范圍高端可達(dá)40 MHz，低端可達(dá)0Hz。在由多片單片微機(jī)組成的系統(tǒng)中，為了各單片微機(jī)之間時(shí)鐘信號(hào)的同步，應(yīng)當(dāng)引入唯一的公用外部脈沖信號(hào)作為各單片微機(jī)的振蕩脈沖。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l(2) 內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)2分頻的觸發(fā)器。其輸入由振蕩器引入的，輸出為兩個(gè)節(jié)拍的時(shí)鐘信號(hào)。輸出的前半周期，節(jié)拍1（P1）信號(hào)有效；后半周期，節(jié)拍2（P

26、2）信號(hào)有效。每個(gè)輸出周期為一個(gè)計(jì)算機(jī)CPU的狀態(tài)周期，即時(shí)鐘發(fā)生器的輸出為狀態(tài)時(shí)鐘。每個(gè)狀態(tài)周期內(nèi)包括一個(gè)P1節(jié)拍和一個(gè)P2節(jié)拍，形成CPU內(nèi)的基本定時(shí)時(shí)鐘。(3) ALE信號(hào)狀態(tài)時(shí)鐘經(jīng)過(guò)3分頻之后，產(chǎn)生ALE引腳上的信號(hào)輸出。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2時(shí)序定時(shí)單位 時(shí)序是用定時(shí)單位來(lái)說(shuō)明的。80C51的時(shí)序定時(shí)單位共有4個(gè)：節(jié)拍、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期。（1）節(jié)拍P 振蕩脈沖的周期稱(chēng)為節(jié)拍。（2） 狀態(tài)S 一個(gè)狀態(tài)S包含兩個(gè)節(jié)拍，其前半周期對(duì)應(yīng)的節(jié)拍叫P1，后半周期對(duì)應(yīng)的節(jié)拍叫P2 。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基

27、本結(jié)構(gòu)06112l（3） 機(jī)器周期80C51采用定時(shí)控制方式，有固定的機(jī)器周期。規(guī)定一個(gè)機(jī)器周期的寬度為6個(gè)狀態(tài)，并依次表示為S1S6。一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩脈沖周期，是振蕩脈沖的12分頻。 機(jī)器周期是單片微機(jī)的最小時(shí)間單位。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l（4） 指令周期執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間稱(chēng)為指令周期。它是最大的時(shí)序定時(shí)單位。80C51的指令周期根據(jù)指令的不同，可包含有1、2、3、4個(gè)機(jī)器周期。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l3. 80C51指令時(shí)序 80C51共有111條指令，全部指令按其長(zhǎng)度可分為單

28、字節(jié)指令、雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令。 圖28所表示的是幾種典型單機(jī)器周期和雙機(jī)器周期指令的時(shí)序。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l(1) 單機(jī)器周期指令，如圖28（a）、（b）所示。 雙字節(jié)時(shí)，執(zhí)行在S1P2開(kāi)始，操作碼被讀入指令寄存器；在S4P2時(shí)，再讀入第二個(gè)字節(jié)。單字節(jié)時(shí)，執(zhí)行在S1P2開(kāi)始，操作碼被讀入指令寄存器；在S4P2時(shí)仍有讀操作，但被讀入的字節(jié)（即下一操作碼）被忽略，且此時(shí)PC并不增量。 以上兩種情況均在S6P2時(shí)結(jié)束操作。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l (2) 雙機(jī)器周期指令，如圖28（c）、（d）

29、所示。雙字節(jié)時(shí)，執(zhí)行在S1P2開(kāi)始，操作碼被讀入指令寄存器；在S4P2時(shí)，再讀入的字節(jié)被忽略。由S5開(kāi)始送出外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址，隨后是讀或?qū)懙牟僮?。在讀、寫(xiě)期間，ALE不輸出有效信號(hào)。 在第二個(gè)機(jī)器周期，片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也尋址和選通，但不產(chǎn)生取指操作。 單字節(jié)時(shí)，執(zhí)行在S1P2開(kāi)始，在整個(gè)兩個(gè)機(jī)器周期中，共發(fā)生4次讀操作，但是后3次操作都無(wú)效。 一般，算術(shù)/邏輯操作發(fā)生在節(jié)拍1期間，內(nèi)部寄存器對(duì)寄存器的傳送發(fā)生在節(jié)拍2期間。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l圖中的ALE信號(hào)是為地址鎖存而定義的，該信號(hào)每有效一次對(duì)應(yīng)單片微機(jī)進(jìn)行一次讀指令操作。在一個(gè)機(jī)器周

30、期中，ALE信號(hào)兩次有效，第一次在S1P2和S2P1期間，第二次在S4P2和S5P1期間，有效寬度為一個(gè)狀態(tài)周期S。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l（1）單字節(jié)單周期指令（例如 INC A） 只需進(jìn)行一次讀指令操作。當(dāng)?shù)诙€(gè)ALE有效時(shí)，由于PC沒(méi)有加1，所以讀出的還是原指令。（2）雙字節(jié)單周期指令（例如 ADD A，data） ALE的兩次讀操作都是有效的，第一次是讀指令操作碼，第二次是讀指令第二字節(jié)。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l（3）單字節(jié)雙周期指令（例如 INC DPTR） 兩個(gè)機(jī)器周期共進(jìn)行4次讀指令的

31、操作，但其中后3次的讀操作全是無(wú)效的。 (4) 單字節(jié)雙周期指令（例如MOVX類(lèi)指令）執(zhí)行MOVX類(lèi)指令時(shí)，先在ROM讀取指令，然后對(duì)外部RAM進(jìn)行讀/寫(xiě)操作。第一機(jī)器周期時(shí)，與其它指令一樣，第一次讀指令（操作碼）有效，第二次讀指令操作無(wú)效。第二周期時(shí)，進(jìn)行外部RAM訪問(wèn)，此時(shí)與ALE信號(hào)無(wú)關(guān)，不產(chǎn)生讀指令操作。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2.4 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和地址空間單片微機(jī)的存儲(chǔ)器有兩種基本結(jié)構(gòu)：普林斯頓（Princeton）結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)合用一個(gè)存儲(chǔ)器空間的結(jié)構(gòu)； 哈佛（Haryard）結(jié)構(gòu)：程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開(kāi)，分別尋址的結(jié)構(gòu)。80

32、C51系列采用哈佛結(jié)構(gòu)。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l圖29為80C51存儲(chǔ)器映象圖。在物理上設(shè)有4個(gè)存儲(chǔ)器空間 程序存儲(chǔ)器：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器；片外程序存儲(chǔ)器。 數(shù)據(jù)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。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 在邏輯上設(shè)有3個(gè)存儲(chǔ)器地址空間 片內(nèi)、片外統(tǒng)一的 64 KB程序存儲(chǔ)器地址空間； 片內(nèi)256（80C52 為384）B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間； 片外64 KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，在物理上

33、又包含兩部分： 80C51：0127B為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間； 128255B為特殊功能寄存器空間。 80C52：0127 B為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間； 128255B共128個(gè)字節(jié)是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和特殊 功能寄存器地址重疊空間。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l80C51有三種基本的尋址空間： 64 KB的片內(nèi)、外程序存儲(chǔ)器尋址空間； 64 KB的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間； 256（或384）B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間，其中包括特殊功能寄存器尋址空間。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2.4.l 程序存儲(chǔ)器用于存放經(jīng)調(diào)試正確的

34、應(yīng)用程序和表格之類(lèi)的固定常數(shù)。采用16位的程序計(jì)數(shù)器 PC和16位的地址總線，可擴(kuò)展的地址空間為64 KB。 程序存儲(chǔ)器分為片內(nèi)和片外兩部分。EA引腳接高電平時(shí)，程序從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器0000H開(kāi)始執(zhí)行；當(dāng)PC值超出片內(nèi)程序存儲(chǔ)器容量時(shí)，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外程序存儲(chǔ)器空間執(zhí)行。 EA引腳接低電平時(shí)，迫使系統(tǒng)全部執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器0000H開(kāi)始存放的程序。 對(duì)于片內(nèi)無(wú)ROM的80C31/80C32，應(yīng)將EA引腳固定接低電平，以迫使系統(tǒng)全部執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器程序。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 程序存儲(chǔ)器的特定的程序入口地址 由于系統(tǒng)復(fù)位后的PC地址為0000H，

35、故系統(tǒng)從0000H單元開(kāi)始取指，執(zhí)行程序。從0003H002DH單元被保留用于6個(gè)中斷源的中斷服務(wù)程序的入口地址。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 復(fù)位0000H 外部中斷0 0003H 計(jì)時(shí)器T0溢出 000BH 外部中斷1 0013H 計(jì)時(shí)器T1溢出 001BH 串行口中斷 0023H 計(jì)時(shí)器 T2/T2EX002BH(80C52) 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器類(lèi)型有：掩膜ROM、OTPROM和MTPROM（包括EPROM及E2PROM等）。 87C51中為4KB的可編程、可改寫(xiě)的只讀存儲(chǔ)器

36、EPROM；89C51中為4KB的可編程、可改寫(xiě)的只讀存儲(chǔ)器EEPROM；80C31片內(nèi)沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，使用時(shí)必須由片外進(jìn)行擴(kuò)展。片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的容量目前已達(dá)到 62KB。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由RAM構(gòu)成，用來(lái)存放隨機(jī)數(shù)據(jù)。 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址只有8位，最大尋址范圍為256個(gè)字節(jié)。片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有16位數(shù)據(jù)指針DPTR，用于訪問(wèn)。80C51具有64KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展能力。2.4.2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在物理上又分成兩個(gè)獨(dú)立的功能不同的區(qū)。 片內(nèi)數(shù)據(jù)R

37、AM區(qū)：對(duì)80C51，為0 127B； 對(duì)80C52，為0255B。 特殊功能寄存器SFR區(qū)：地址空間的高 128 B。對(duì)于80C52，高128B的RAM區(qū)和SFR區(qū)的地址空間是重疊的。訪問(wèn)高 128B RAM區(qū)時(shí)，選用間接尋址方式；訪問(wèn)SFR區(qū)，則應(yīng)選用直接尋址方式。圖2-10為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間分布圖。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū)工作寄存器區(qū)用寄存器直接尋址的區(qū)域， 從圖 210中可知，其中片內(nèi)數(shù)據(jù) RAM區(qū)的 031（00H1FH），共 32個(gè)單元，是 4個(gè)通用工作寄存器組（表2l），每個(gè)組包含 8個(gè) 8位寄存器，編號(hào)為

38、 R0R7。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l在某一時(shí)刻，只能選用一個(gè)寄存器組使用。其選擇是通過(guò)軟件對(duì)程序狀態(tài)字（PSW）中的RS0、RS1兩位的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。若RS0、RS1均為0，則選用工作寄存器0組為當(dāng)前工作寄存器。累加器ACC、B、DPTR及CY（布爾處理器的累加器）一般也作為寄存器對(duì)待。寄存器R0、R1 通常用做間接尋址時(shí)的地址指針。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 位尋址區(qū) 從片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū)的3247（20H2FH）的16個(gè)字節(jié)單元，共包含128位，是可位尋址的RAM區(qū)。這16個(gè)字節(jié)單元，既可進(jìn)行字

39、節(jié)尋址，又可位尋址。字節(jié)地址與位地址之間的關(guān)系見(jiàn)表22。 可位尋址的特殊功能寄存器。在這一存儲(chǔ)器空間所有位都具有位地址。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 字節(jié)尋址區(qū) 從片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū)的48127（30H7FH），共80個(gè)字節(jié)單元，可以采用直接字節(jié)尋址的方法訪問(wèn)。 對(duì)于 80C52，還有高 128B的數(shù)據(jù) RAM區(qū)。這一區(qū)域只能采用間接字節(jié)尋址的方法訪問(wèn)。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 堆棧區(qū)及堆棧指示器SP （stack pointer） ： 堆棧是在片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū)中，數(shù)據(jù)先進(jìn)后出或后進(jìn)先出的區(qū)域。 SP在8

40、0C51中存放當(dāng)前的堆棧棧頂所指存儲(chǔ)單元地址的一個(gè)8位寄存器。 堆棧有兩種形式，一是向上生成，二是向下生成。80C51的堆棧是向上生成的：即進(jìn)棧時(shí)SP的內(nèi)容是增加的；出棧時(shí)SP的內(nèi)容是減少的。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l系統(tǒng)復(fù)位后，SP內(nèi)容為07H，以07H為棧底，壓棧的內(nèi)容從08H單元開(kāi)始存放。堆棧是為子程序調(diào)用和中斷操作而設(shè)立的，具體功能：保護(hù)斷點(diǎn)和保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)。在80C51中，堆棧在子程序調(diào)用和中斷時(shí)會(huì)把斷點(diǎn)地址自動(dòng)進(jìn)棧和出棧，還有對(duì)堆棧的進(jìn)棧和出棧的指令（PUSH、POP）操作，用于保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)。 子程序調(diào)用和中斷都允許嵌套，并可以多級(jí)嵌套

41、，而現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)也往往使用堆棧，要注意給堆棧以一定的深度。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 特殊功能寄存器 SFR （Special Function Register）區(qū) SFR是80C51中各功能部件所對(duì)應(yīng)的寄存器，用以存放相應(yīng)功能部件的控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)的區(qū)域。 80C51設(shè)有128B片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM結(jié)構(gòu)的特殊功能寄存器空間區(qū)。除程序計(jì)數(shù)器PC和4個(gè)通用工作寄存器組外，其余所有的寄存器都在這個(gè)地址空間之內(nèi)。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l80C51共定義了21個(gè)特殊功能寄存器，其名稱(chēng)和字節(jié)地址列于表23中。在8

42、0C52中，除上述80C51的21個(gè)之外，還增加了5個(gè)特殊功能寄存器，共計(jì)26個(gè)。在80C51的21個(gè)（80C52的26個(gè)）特殊功能寄存器中，字節(jié)地址中低位地址為0H或8H的特殊功能寄存器，除有字節(jié)尋址能力外，還有位尋址能力。這些特殊功能寄存器與位地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表24。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2.4.3 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)在外部存放數(shù)據(jù)的區(qū)域，這一區(qū)域只能用寄存器間接尋址的方法訪問(wèn)。指令助記符為MOVX。 當(dāng)用R0、R1尋址時(shí)，由于R0、R1為8位寄存器，最大尋址范圍為256B； 當(dāng)用DPTR尋址時(shí)，由于DPTR為16位寄存器，最大尋址范圍為64K

43、B。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2.5 并行輸入/輸出端口80C51共有4個(gè) 8位的并行雙向口，計(jì)有 32根輸入輸出（I/O）口線。各口的每一位均由鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器所組成。由于它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上的一些差異，故各口的性質(zhì)和功能也就有了差異。它們之間的異同列于表25。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2.5.1 P0口多功能的8位口，字節(jié)訪問(wèn)地址為80H，位訪問(wèn)地址為80H87H。 位結(jié)構(gòu) P0口位結(jié)構(gòu)原理圖見(jiàn)圖211。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l P0口中一個(gè)多路

44、開(kāi)關(guān)：多路開(kāi)關(guān)的輸入有兩個(gè)，地址數(shù)據(jù)輸出；輸出鎖存器的輸出/Q。多路開(kāi)關(guān)的輸出用于控制輸出FET Q0的導(dǎo)通和截止。多路開(kāi)關(guān)的切換由內(nèi)部控制信號(hào)控制。 P0口的輸出上拉電路導(dǎo)通和截止受內(nèi)部控制信號(hào)和地址數(shù)據(jù)信號(hào)共同（相“與”）來(lái)控制。 當(dāng)內(nèi)部信號(hào)置1時(shí)，多路開(kāi)關(guān)接通地址數(shù)據(jù)輸出端。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l當(dāng)?shù)刂窋?shù)據(jù)輸出線置1時(shí)，控制上拉電路的“與”門(mén)輸出為1，上拉FET導(dǎo)通，同時(shí)地址數(shù)據(jù)輸出通過(guò)反相器輸出0，控制下拉FET截止，這樣A點(diǎn)電位上拉，地址數(shù)據(jù)輸出線為1。當(dāng)?shù)刂窋?shù)據(jù)輸出線置0時(shí)，“與”門(mén)輸出為0，上拉FET截止，同時(shí)地址數(shù)據(jù)輸出通過(guò)反相

45、器輸出1，控制下拉FET導(dǎo)通，這樣A點(diǎn)電位下拉，地址數(shù)據(jù)輸出線為0。此時(shí)的輸出狀態(tài)隨地址數(shù)據(jù)線而變，P0口可以作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用。這時(shí)上下兩個(gè)FET處于反相，構(gòu)成了推拉式的輸出電路，其負(fù)載能力大大增加。此時(shí)的P0口相當(dāng)一個(gè)雙向口。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l當(dāng)內(nèi)部信號(hào)置0時(shí)，多路開(kāi)關(guān)接通輸出鎖存器的Q端由于內(nèi)部控制信號(hào)為0，與門(mén)關(guān)閉，上拉FET截止，形成P0口的輸出電路為漏極開(kāi)路輸出。 輸出鎖存器的Q端引至下拉FET柵極，因此P0口的輸出狀態(tài)由下拉電路決定。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l在P0口作

46、輸出口用時(shí)，若P0i輸出1，輸出鎖存器的Q端為0，下拉FET截止，這時(shí)P0i為漏極開(kāi)路輸出；若P0i輸出0，輸出鎖存器的Q端為1，下拉FET導(dǎo)通，P0i輸出低電平。 在P0口作輸入口用時(shí)，為了使P0i能正確讀入數(shù)據(jù)，必須先使P0.i置1。這樣，下拉FET也截止，P0i處于懸浮狀態(tài)。A點(diǎn)的電平由外設(shè)的電平而定，通過(guò)輸入緩沖器讀入CPU，P0口相當(dāng)于一個(gè)高阻抗的輸入口。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l P0口的功能 作IO口使用 相當(dāng)于一個(gè)真正的雙向口：輸出鎖存、輸入緩沖，但輸入時(shí)需先將口置1；每根口線可以獨(dú)立定義為輸入或輸出。它具有雙向口的一切特點(diǎn)。 與其

47、它口的區(qū)別是，輸出時(shí)為漏極開(kāi)路輸出，與NMOS的電路接口時(shí)必須要用電阻上拉，才能有高電平輸出；輸入時(shí)為懸浮狀態(tài)，為一個(gè)高阻抗的輸入口。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 作地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線用 此時(shí)P0口為一個(gè)準(zhǔn)雙向口。但是有上拉電阻，作數(shù)據(jù)輸入時(shí)，口也不是懸浮狀態(tài)。作地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線用。作數(shù)據(jù)總線用時(shí)，輸入輸出8位數(shù)據(jù)D0D7；作地址總線用時(shí)，輸出低8位地址A0A7。當(dāng)P0口作地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線用之后，就再也不能作IO口使用了。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 8位口，字節(jié)訪問(wèn)地址為90H，位訪問(wèn)地址為90H97H。

48、位結(jié)構(gòu)和工作原理 P1口的位結(jié)構(gòu)如圖212所示。包含輸出鎖存器、輸入緩沖器BUF1（讀引腳）、BUF2（讀鎖存器）以及由 FET晶體管 Q0與上拉電阻組成的輸出輸入驅(qū)動(dòng)器。 P1口的工作過(guò)程分析如下： P1.i位作輸出口用時(shí)：CPU輸出0時(shí)，D0，Q0，Ql，晶體管Q0導(dǎo)通，A點(diǎn)被下拉為低電平，即輸出0；CPU輸出1時(shí)，Dl，Q1，Q0，晶體管Q0截止，A點(diǎn)被上拉為高電平，即輸出l。2.5.2 P1口片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112lP1i位作輸入口用時(shí)：先向P1i位輸出高電平，使A點(diǎn)提升為高電平，此操作稱(chēng)為設(shè)置P1i為輸入線。若外設(shè)輸入為1時(shí)A點(diǎn)為高電平

49、，由BUFI讀入總線后B點(diǎn)也為高電平；若外設(shè)輸入為0時(shí)A點(diǎn)為低電平，由BUF1讀入總線后B點(diǎn)也為低電平。 、 P1口的特點(diǎn)輸出鎖存器，輸出時(shí)沒(méi)有條件；輸入緩沖，輸入時(shí)有條件，即需要先將該口設(shè)為輸入狀態(tài)，先輸出1；工作過(guò)程中無(wú)高阻懸浮狀態(tài)，也就是該口不是輸入態(tài)就是輸出態(tài)。 具有這種特性的口不屬于“真正”的雙向口，而被稱(chēng)為“準(zhǔn)”雙向口。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l P1口的操作 字節(jié)操作和位操作 CPU對(duì)于 P1口可以作為一個(gè) 8位口來(lái)操作，也可以按位來(lái)操作。 有關(guān)字節(jié)操作的指令有： 輸出： MOVP1，A ；P1A MOVP1，data ；P1data

50、 MOV P1，direct ；P1direct 輸入： MOV A，P1 ；AP1 MOV direct，Pl ；directPl片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l有關(guān)位操作的指令有： 置位、清除：SETB P1.i ；P1.i1 CLR Pli ；P1i0 輸入、輸出：MOV P1i，C ；P1iCY MOV C，P1i ；CYP1.i 判跳： JBP1i，rel ；P1.i=1，跳轉(zhuǎn) JBC P1i，rel ；P1.i1，跳轉(zhuǎn)且；清P1.i0 邏輯運(yùn)算： ANL C，P1i ；CY（P1.iCY） ORL C，P1i ；CY（P1.iCY） P1i中

51、的i0，7。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l P1口不僅可以以8位一組進(jìn)行輸入、輸出操作，還可以逐位分別定義各口線為輸入線或輸出線。例如：ORLP1，0 0 0 0 0 0 1 0 B使P1l位口線輸出l，而使其余各位不變。 ANL P1，1 1 1 1 1 1 0 1 B使P11位線輸出0，而使其余各位不變。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 讀引腳操作和讀鎖存器操作 從P1口的位結(jié)構(gòu)圖中可以看出，有兩種讀口的操作：一種是讀引腳操作，一種是讀鎖存器操作。 在響應(yīng)CPU輸出的讀引腳信號(hào)時(shí)，端口本身引腳的電平值通過(guò)緩

52、沖器BUF1進(jìn)入內(nèi)部總線。這種類(lèi)型的指令，執(zhí)行之前必須先將端口鎖存器置1，使A點(diǎn)處于高電平，否則會(huì)損壞引腳，而且也使信號(hào)無(wú)法讀出。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 這種類(lèi)型的指令有： MOV A，P1 ；AP1 MOVdirect，P1 ；directP1 在執(zhí)行讀鎖存器的指令時(shí)，CPU首先完成將鎖存器的值通過(guò)緩沖器BUF2讀入內(nèi)部，進(jìn)行修改，然后重新寫(xiě)到鎖存器中去，這就是“讀一修改一寫(xiě)”指令。這種類(lèi)型的指令包含所有的口的邏輯操作（ANL、ORL、XRL）和位操作(JBC、CPL、MOV、SETB、CLR等）指令。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C

53、51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l P1口的多功能線 在80C52中，P10和P11口線是多功能的，即除作一般雙向I/O口線之外，這兩根口線還具有下列功能： P10T2的外部輸入端T2； P11T2的外部控制端T2EX。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 多功能的8位口，字節(jié)訪問(wèn)地址為A0H，位訪問(wèn)地址為A0HA7H。 P2口位結(jié)構(gòu)和工作原理P2口位結(jié)構(gòu)原理圖示于圖213。 多路開(kāi)關(guān)的輸入有兩個(gè)：一個(gè)是口輸出鎖存器的輸出端Q；一個(gè)是地址寄存器（PC或DPTR）的高位輸出端。多路開(kāi)關(guān)的輸出經(jīng)反相器反相后去控制輸出FET的 Q0。多路開(kāi)關(guān)的切換由內(nèi)部控制信號(hào)控

54、制。輸出鎖存器的輸出端是Q而不是Q，多路開(kāi)關(guān)之后需接反相器。 2.5.3 P2口片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l P2口的工作狀態(tài)是I/O口狀態(tài)。 在內(nèi)部控制信號(hào)的作用下，多路開(kāi)關(guān)的輸入投向輸出鎖存器的輸出Q（C點(diǎn)）側(cè)，這樣多路開(kāi)關(guān)將接通輸出鎖存器。 若經(jīng)由內(nèi)部總線輸出0，輸出鎖存器的Q端為0，信號(hào)經(jīng)多路開(kāi)關(guān)和反相器后輸出1，Q0導(dǎo)通，A點(diǎn)為0，輸出低電平；若經(jīng)由內(nèi)部總線輸出1，輸出鎖存器的Q端為1，反相器后輸出0，Q0截止，A點(diǎn)為1 ，輸出高電平。 P2口的工作狀態(tài)是輸出高8位地址。在內(nèi)部控制信號(hào)的作用下，多路開(kāi)關(guān)的輸入投向地址輸出（B點(diǎn)）側(cè)，這樣多路

55、開(kāi)關(guān)將接通地址寄存器輸出。A點(diǎn)的電平將隨地址輸出的0、1而0、1地變化。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l P2口的功能 作IO口使用時(shí)，P2口為一準(zhǔn)雙向口。 作地址輸出時(shí)，P2口可以輸出程序存儲(chǔ)器或片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的高8位地址，與P0輸出的低地址一起構(gòu)成16位地址線，從而可分別尋址64KB的程序存儲(chǔ)器或片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。地址線是8位一起自動(dòng)輸出的。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l P2口使用中注意的問(wèn)題 由于P2口的輸出鎖存功能，在取指周期內(nèi)或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀、寫(xiě)選通期間，輸出的高8位地址是鎖存的，故無(wú)需外加地址鎖存

56、器。 在系統(tǒng)中如果外接有程序存儲(chǔ)器，由于訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器的連續(xù)不斷的取指操作，P2口需要不斷送出高位地址，這時(shí)P2口的全部口線均不宜再作I/O口使用。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 在無(wú)外接程序存儲(chǔ)器而有片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，P2口使用可分為兩種情況： 若片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量256 B：可使用“MOVX A，Ri”及“MOVX Ri，A”類(lèi)指令訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這時(shí)P2口不輸出地址，P2口仍可作為I/O口使用； 若片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量256 B：這時(shí)使用“MOVX A，DPTR”及“MOVXDPTR，A”類(lèi)指令訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，P2口需輸出高8

57、位地址。在片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀、寫(xiě)選通期間，P2口引腳上鎖存高8位地址信息，但是在選通結(jié)束后，P2口內(nèi)原來(lái)鎖存的內(nèi)容又重新出現(xiàn)在引腳上。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l 使用“MOVX A，Ri”及“MOVX Ri，A”類(lèi)訪問(wèn)指令時(shí)，高位地址通過(guò)程序設(shè)定，只利用P1、P3甚至P2口中的某幾根口線送高位地址，從而保留P2口的全部或部分口線作I/O口用。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2.5.4 P3口多功能的8位口，字節(jié)訪問(wèn)地址為B0H，位訪問(wèn)地址為B0HB7H。 位結(jié)構(gòu)與工作原理 P3口的位結(jié)構(gòu)原理如圖214所示。

58、與非門(mén)有兩個(gè)輸入端：一個(gè)為口輸出鎖存器的Q端，另一個(gè)為替代功能的控制輸出。與非門(mén)的輸出端控制輸出FET管Q0。有兩個(gè)輸入緩沖器，替代輸入功能取自第一個(gè)緩沖器的輸出端；I/O口的通用輸入信號(hào)取自第二個(gè)緩沖器的輸出端。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l輸出工作過(guò)程： 當(dāng)替代輸出功能B點(diǎn)置1時(shí)，輸出鎖存器的輸出可以順利通到引腳P3i。其工作狀況與P1口相類(lèi)似。這時(shí)P3口的工作狀態(tài)為I/O口，顯然此時(shí)該口具有準(zhǔn)雙向口的性質(zhì)。 當(dāng)輸出鎖存器的輸出置1時(shí)，替代輸出功能可以順利通到引腳P3i。 若替代輸出為0時(shí)，因與非門(mén)的C點(diǎn)已置l，現(xiàn)B點(diǎn)為0，故與非門(mén)的輸出為l，使Q

59、0導(dǎo)通，從而使A點(diǎn)也為0。若替代輸出為1時(shí)，與非門(mén)的輸出為0，Q0截止，從而使A點(diǎn)也為高電平。這時(shí)P3口的工作狀態(tài)處于替代輸出功能狀態(tài)。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l P3口的功能 可作I/O口使用，為準(zhǔn)雙向口。 既可以字節(jié)操作，也可以位操作；既可以8位口操作，也可以逐位定義口線為輸入線或輸出線；既可以讀引腳，也可以讀鎖存器，實(shí)現(xiàn)“讀一修改一輸出”操作。 可以作為替代功能的輸入、輸出。 片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l替代輸入功能： P30 RXD，串行輸入口。 P32INT0，外部中斷0的請(qǐng)求。 P33INT1

60、，外部中斷1的請(qǐng)求。 P34T0，T0外部計(jì)數(shù)脈沖輸入。 P35T1，T1外部計(jì)數(shù)脈沖輸入。 替代輸出功能： P3lTXD，串行輸出口。 P36WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O端口寫(xiě)選通。 P37RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O端口讀選通。片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版80C51單片微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)06112l2.6 布爾（位）處理器一個(gè)完整的一位微計(jì)算機(jī)，它具有自已的CPU、寄存器、I/O、存儲(chǔ)器和指令集。一位機(jī)在開(kāi)關(guān)決策、邏輯電路仿真和實(shí)時(shí)控制方面非常有效。 位處理器系統(tǒng)包括以下幾個(gè)功能部件： 位累加器：借用進(jìn)位標(biāo)志位CY。在布爾運(yùn)算中CY是數(shù)據(jù)源之一，又是運(yùn)算結(jié)果的存放處，位數(shù)據(jù)傳送的中心。根據(jù)C