微機(jī)原理及應(yīng)用第二章MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作課件

第二章MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理第二章MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理1復(fù)習(xí)提問1、真值與機(jī)器數(shù)有何區(qū)別？2、原碼、反碼、補碼三者之間如何換算？3、補碼的作用？作業(yè)：P12一、二題；下周二上課之前交作業(yè)復(fù)習(xí)提問1、真值與機(jī)器數(shù)有何區(qū)別？22.1單片機(jī)內(nèi)部組成及引腳功能2.4并行I/O口電路結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征2.6MCS-51單片機(jī)的工作方式第二章MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理2.5時鐘電路與CPU時序2.3存儲器組織2.1單片機(jī)內(nèi)部組成及引腳功能2.4并行I/O口電路結(jié)3MCS-51

系列單片機(jī)分類51

系列單片機(jī)以HMOS工藝制造8051以CHMOS工藝制造80C5151子系列52子系列內(nèi)ROM中斷數(shù)T/C數(shù)內(nèi)RAM803180518751無4KROM4KEPROM128B128B128B55522252子系列80C3280C5287C52無8KROM8KEPROM256B256B256B66633351子系列80C3180C5187C51無4KROM4KEPROM128B128B128B555222803280528752無8KROM8KEPROM256B256B256B666333MCS-51系列單片機(jī)分類51系列單片機(jī)以HMOS工藝制42.1MCS-51單片機(jī)引腳功能及內(nèi)部組成2.1.1MCS-51單片機(jī)的引腳功能2.1.2MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.1MCS-51單片機(jī)引腳功能及內(nèi)部組成2.1.1M5HMOS工藝制造的芯片為40個引腳,均采用雙列直插式封裝（DIP）

2.1.1

MCS-51的引腳功能CHMOS工藝制造的芯片有采用如下封裝：雙列直插（DIP），方形:(PLCC)，扁平封裝:(QFP)HMOS工藝制造的芯片為40個引腳,均采用雙列直插式封裝（62.1.1MCS-51的引腳功能2.31、電源和時鐘晶振引腳：Vcc、Vss、XTAL2、XTAL12、控制信號引腳(1)、RST/VPD(3)、

EA/VPP(2)、ALE/PROG(4)、PSEN3、輸入/輸出端口引腳---32P0、P1、P2、P32.1.1MCS-51的引腳功能2.31、電源和時鐘72.1.1MCS-51的引腳功能2.31、電源和時鐘晶振引腳：Vcc、Vss、XTAL2、XTAL1Vcc：電源端，接＋5V。Vss：接地端。通常在Vcc和Vss引腳之間接0.1μ高頻濾波電容。XTAL1：接外部晶振和微調(diào)電容的一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入； 若使用外部時鐘時，對于HMOS單片機(jī)，該引腳必須接地，但對于CMOS單片機(jī)而言，該引腳為外部時鐘的輸入端。XTAL2：接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出； 若使用外部時鐘時，對于HMOS單片機(jī)，該引腳為外部時鐘的輸入端，但對于CMOS單片機(jī)而言，該引腳應(yīng)懸空。2.1.1MCS-51的引腳功能2.31、電源和時鐘82.1.1MCS-51的引腳功能2.32、控制信號引腳(1)、RST/VPD(2)、

EA/VPP(3)、ALE/PROG(4)、PSEN（1）.

復(fù)位信號RST該信號高電平有效，在輸入端保持兩個機(jī)器周期的高電平后，就可以完成復(fù)位操作。該引腳還有掉電保護(hù)功能，若在該端接備用電源，在使用中若Vcc掉電，可保護(hù)片內(nèi)RAM中信息不丟失。（2）外部程序存儲器地址允許使能端/EA當(dāng)為高電平時，CPU執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令，但當(dāng)PC中的值超過內(nèi)部ROM的最高地址（8051為0FFFH）時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲器指令；/EA當(dāng)為低電平時，CPU只執(zhí)行片外程序存儲器指令。對于8031，由于其無片內(nèi)ROM，故/EA必須接低電平。

2.1.1MCS-51的引腳功能2.32、控制信號引92.1.1MCS-51的引腳功能2.32、控制信號引腳(1)、RST/VPD(2)、

EA/VPP(3)、ALE/PROG(4)、PSEN（3）、地址鎖存允許ALE 在系統(tǒng)擴(kuò)展時，ALE用于控制地址鎖存器鎖存P0口輸出的低8位地址，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)與低位地址的分時復(fù)用。 當(dāng)單片機(jī)上電正常工作后，ALE端就周期性地以時鐘頻率的1/6的固定頻率向外輸出正脈沖信號，但當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器是會丟失一個脈沖。 ALE的負(fù)載能力為8個LSTTL器件。（4）外部程序存儲器讀選通信號 低電平有效。CPU從外部程序存儲器取指令時，它在每個機(jī)器周期中兩次有效。負(fù)載能力為8個LSTTL器件。2.1.1MCS-51的引腳功能2.32、控制信號引102.1.1MCS-51的引腳功能3、輸入/輸出端口引腳---32P0、P1、P2、P3 P0口（P0.0～P0.7）：該端口為漏極開路的8位準(zhǔn)雙向口，負(fù)載能力位8高LSTTL負(fù)載，它為8位地址線和8位數(shù)據(jù)線的復(fù)用端口。 P1口（P1.0～P1.7）：它是一個內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，P1口的驅(qū)動能力為4個LSTTL負(fù)載。 P2口（P2.0～P2.7）：它為一個內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，P2口的驅(qū)動能力也為4個LSTTL負(fù)載。在訪問外部程序存儲器時，它作存儲器的高8位地址線。 P3口（P3.0～P3.7）：P3口同樣是內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，P3口除了作為一般的I/O口使用之外，其還具有特殊功能。2.1.1MCS-51的引腳功能3、輸入/輸出端口引11P3.0 RxD 串行數(shù)據(jù)接受P3.1 TxD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送P3.2 INT0 外部中斷0申請P3.3 INT1 外部中斷1申請P3.4 T0 定時器/計數(shù)器0計數(shù)輸入P3.5 T1 定時器/計數(shù)器1計數(shù)輸入P3.6 WR 外部RAM寫選通P3.7 RD 外部RAM讀選通P3口引腳信號的第二功能P3.0 RxD 串行數(shù)據(jù)接受P3口引腳信號的第二功能12程序存儲器ROM數(shù)據(jù)存儲器RAMSFRT/C微處理器運算器控制器CPU(80C51)存儲器中斷系統(tǒng)串行接口UART基本功能單元XTAL2XTAL1RSTALEEAPSEN并行I/O接口P0P1P2P351基本組成框圖2.32.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)程序存儲器數(shù)據(jù)存儲器SFRT/C微處理器運算器控制器CPU132.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1、中央處理單元CPU

（1）運算器電路:用于數(shù)據(jù)處理、位操作（位測試、置位、復(fù)位）

（2）控制器電路:指揮控制工作，協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分正常工作。2、存儲器只讀存儲器ROM（4KB或8KB）用于永久性存儲應(yīng)用程序、原始數(shù)據(jù)或表格常數(shù)隨機(jī)存取存取器RAM（256B）用于程序運行中存儲工作變量和數(shù)據(jù)3、并行輸入/輸出口用作系統(tǒng)總線、I/O接口芯片。MCS－51單片機(jī)共有4個8位的I/O口（P0、P1、P2和P3），每一條I/O線都能獨立地用作輸入或輸出。MCS－51系列單片機(jī)的存儲器包括數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器，其主要特點是尋址空間是相互獨立的，物理結(jié)構(gòu)也不相同。2.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1、中央處理單元CPUMCS142.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)4.定時器/計數(shù)器T（16位增量可編程）MCS－51單片機(jī)片內(nèi)有兩個16位的定時/計數(shù)器，即定時器0和定時器1。它與CPU之間各自獨立工作，當(dāng)它計數(shù)滿時向CPU中斷。它們可以用于定時控制、延時以及對外部事件的計數(shù)和檢測等5.串行I/O口UART（二線）MCS－51單片機(jī)具有一個采用通用異步工作方式的全雙工串行通信接口，可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。它具有兩個相互獨立的接收、發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器，兩個緩沖器共用一個地址（99H），發(fā)送緩沖器只能寫入，不能讀出，接收緩沖器只能讀出，不能寫入。它可以用于串行通信、擴(kuò)展I/O接口芯片。6、中斷系統(tǒng)五源中斷、兩級優(yōu)先，可編程進(jìn)行控制2.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)4.定時器/計數(shù)器T（16152.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)7.時鐘電路MCS－51芯片內(nèi)部有時鐘電路，但晶體振蕩器和微調(diào)電容必須外接。時鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時鐘脈沖序列，振蕩器的頻率范圍為1.2MHz~12MHz，典型取值為6MHz。80C51可高達(dá)40MHz8.總線以上所有組成部分都是通過總線連接起來，從而構(gòu)成一個完整的單片機(jī)。系統(tǒng)的地址信號、數(shù)據(jù)信號和控制信號都是通過總線傳送的，總線結(jié)構(gòu)減少了單片機(jī)的連線和引腳，提高了集成度和可靠性。內(nèi)部采用單總線；外部采用三總線。2.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)7.時鐘電路162.3存儲器組織馮·諾依曼結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)共用一個存儲器邏輯空間，統(tǒng)一編址；公用相同的尋址方式、尋址空間和控制系統(tǒng)。哈佛結(jié)構(gòu)：程序與數(shù)據(jù)分為兩個獨立存儲器邏輯空間，分開編址；各有自己的尋址方式、尋址空間和控制系統(tǒng)。2.32.3存儲器組織馮·諾依曼結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)共用一個存儲172.3.1、80C51存儲器特點物理結(jié)構(gòu)上4個存儲器地址空間：片內(nèi)程序存儲器空間片外程序存儲器空間片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器空間片外數(shù)據(jù)存儲器空間從用戶使用的角度，即邏輯上3個存儲器地址空間：256B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器00H~FFH64KB片外數(shù)據(jù)存儲器0000H~FFFFH64KB片內(nèi)、片外統(tǒng)一程序存儲器0000H~FFFFH2.3.1、80C51存儲器特點物理結(jié)構(gòu)上4個存儲器地址空182.3.1、80C51存儲器特點2.3.1、80C51存儲器特點19數(shù)據(jù)存儲器的總體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲器用來存放運算的中間結(jié)果、標(biāo)志位，及數(shù)據(jù)的暫存和緩沖等。數(shù)據(jù)存儲器也分為片內(nèi)RAM和片外RAM兩部分：相對獨立，分別編址;片內(nèi)RAM(256B)地址總線寬度為8位地址范圍為00H~FFH地址指針用@R0@R1訪問時用“MOV”指令可分為數(shù)據(jù)RAM區(qū)和SFR區(qū)片外RAM(64K)地址總線寬度為16位地址范圍為0000H~FFFFH地址指針用@DPTR@R0@R1訪問時只能用“MOVX”指令與擴(kuò)展I/O接口共用RAM2.32.3.2、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器的總體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲器也分為片內(nèi)RAM和片外RA20

2.3.2、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器2.3.2、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器211、片內(nèi)RAM(256B)片內(nèi)RAM在物理上又分為兩個獨立的功能不同的區(qū)域：（1）片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū)51子系列地址空間為低128B地址范圍為00H~7FH52子系列地址空間為256B地址范圍為00H~FFH00H~7FH可直接、間接尋址80H~FFH只能可用間接尋址（2）特殊功能寄存器區(qū)(SFR)地址空間為高128B地址范圍為80H~FFH只能用直接尋址訪問1、片內(nèi)RAM(256B)片內(nèi)RAM在物理上又分為兩個獨立的22(1)、片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū)工作寄存器區(qū)：分四個R組字節(jié)地址：00H～1FH每組由R0R1R2R3R4R5R6R7組成R0、R1可作間接尋址的地址指針由PWS的RS1RS0決定當(dāng)前工作R組位尋址區(qū)：片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū)字節(jié)地址：20H～2FH位地址為：00H～7FHSFR區(qū)字節(jié)地址能被8整除的12個SFR位地址為：80H～FFH數(shù)據(jù)緩沖區(qū)/堆棧區(qū)：字節(jié)地址：00H～FFH一般使用30H～FFHFFH2552.330H48組組組組(1)、片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū)工作寄存器區(qū)：分四個R組FFH25523表2―2工作寄存器和RAM地址對照表地址寄存器地址寄存器地址寄存器地址寄存器00HR008HR010HR018HR001HE109HR111HR119HR102HR20AHR212HR21AHR203HR30BHR313HR31BHR304HR40CHR414HR41CHR405HR50DHR515HR51DHR506HR60EHR616HR61EHR607HR70FHR717HR71FHR7工作寄存區(qū)0組RS1=0、RS0=0工作寄存區(qū)1組RS1=0、RS0=1工作寄存區(qū)2組RS1=1、RS0=0工作寄存區(qū)3組RS1=1、RS0=1表2―2工作寄存器和RAM地址對照表地址寄存器地址寄存24(2)、特殊功能寄存器SFR80C51的功能模塊：I/O鎖存器:P0、P1、P2、P3定時/計數(shù)器:TCON、TMOD

、T0、T1、T2串行通訊:PCON、SCON、SBUF中斷系統(tǒng)：IE、IP專用寄存器：A、B、PSW、DPTR、SPSFR：是一個具有特殊功能的RAM區(qū)，占用字節(jié)地址：80H～FFH

是用來對80C51片內(nèi)各功能模塊進(jìn)行集中管理、控制、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器。除PC和4組工作R組外，其余所有的R均在此地址范圍內(nèi)。2.3(2)、特殊功能寄存器SFR80C51的功能模塊：SFR：225SFR的組成占用字節(jié)地址：離散分布于80H～FFH位尋址寄存器：其字節(jié)地址可被8整除。占用位地址：離散分布于80H～FFH在對SFR編程操作時：a、必須清楚SFR的字節(jié)地址、位地址、位定義；b、嚴(yán)格區(qū)分控制位和標(biāo)志位控制位：是編程人員按要求寫入的控制操作位標(biāo)志位：是系統(tǒng)運行時自動形成的標(biāo)志c、了解標(biāo)志位的清除特性有的標(biāo)志位可由硬件自動清除，集中在T0T1INT0INT1有的標(biāo)志位則必須通過軟件指令清除，集中在串行T2SFR的組成占用字節(jié)地址：在對SFR編程操作時：26返回（1）累加器A(Accumulator)A是CPU中使用最頻繁的一個8位寄存器A是專門存放操作數(shù)或運算結(jié)果。即是ALU的一個輸入端，也是ALU的一個輸出端A相當(dāng)于一個數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站—CPU中的大多數(shù)數(shù)據(jù)傳送都要通過A

這就造成計算機(jī)的瓶頸效應(yīng)，產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象在80C51中，增加一部分可以不經(jīng)過A的操作指令既加快運算速度，有減少A的堵塞現(xiàn)象MOVR2,30HMOV@R0,30HMOVR2,#3返回（1）累加器A(Accumulator)A是CPU中使27返回（2）寄存器B寄存器B(8位):專門為乘除法而設(shè)置的寄存器;與A累加器配合執(zhí)行乘、除運算;在乘除法指令中作為ALU的一個輸入端和一個輸出端。1、乘法MULAB；積的高八位→B，積的低八位→A若(A)=0A0H(160)(B)=50H(80),則執(zhí)行MULAB；結(jié)果乘積3200H(12800)(B)=32H,(A)=00H2、除法DIVAB；被除數(shù)A，除數(shù)B，余數(shù)→B，商→A(B)=00H,(A)=02H3、也可用作通用寄存器。注意：其尋址方式為直接尋址MOVB,#30返回（2）寄存器B寄存器B(8位):28（3）、堆棧指針（StackPointer）

堆棧區(qū)：是片內(nèi)RAM區(qū)中，數(shù)據(jù)按“先進(jìn)后出”或“后進(jìn)先出”方式組織的特殊區(qū)域堆棧指針SP：是存放當(dāng)前堆棧棧頂?shù)牡刂返囊粋€8位SFR堆棧操作：進(jìn)棧PUSHA;SP自動加1，將數(shù)據(jù)壓人SP所指向的單元出棧POPA;將SP所指向單元的內(nèi)容彈出，然后SP自動減1；故SP始終指向棧頂。堆棧建立：復(fù)位后(SP=07H),堆棧棧底為07H程序運行時，可以通過SP任意設(shè)定堆棧棧底MOVSP,#30H2.3（3）、堆棧指針（StackPointer）堆棧區(qū)：堆棧29堆棧①定義：是數(shù)據(jù)存儲器RAM中的一個特殊的區(qū)域；是一組按照“先進(jìn)后出”的方式工作的；是用來暫存信息的存儲單元。②堆棧指針（SP）：是一個8位地址寄存器，用來專門存放棧頂?shù)牡刂?；是專門用來管理和控制堆棧的操作的指針。③堆棧的操作：壓棧；將數(shù)據(jù)壓入棧頂?shù)牟僮鱌USHAcc彈棧：把棧頂中的數(shù)據(jù)彈出來的操作POPB堆棧①定義：②堆棧指針（SP）：③堆棧的操作：30④堆棧的作用保留斷點地址、恢復(fù)斷點地址進(jìn)入子程序時，將PC的當(dāng)前值壓入堆棧；PUSHPCL(執(zhí)行CALLsub或響應(yīng)中斷子程序)PUSHPCH子程序返回時，將斷點地址彈出到PC中；POPPCH(執(zhí)行RET或IRET)POPPCL均由硬件自動完成，無需軟件參與。保護(hù)現(xiàn)場、恢復(fù)現(xiàn)場進(jìn)入子程序后，首先將A、B、R、SFR、PSW等壓入堆棧子程序返回之前，先彈出PSW、SFR、R、B、A全靠軟件實現(xiàn)PUSHAcc POPPSWPUSHB POPRiPUSHRi POPBPUSHPSW POPAcc④堆棧的作用保留斷點地址、恢復(fù)斷點地址31（4）程序狀態(tài)字PSW(ProgramStatusWord)PSW：是一個8位SFR，存放指令執(zhí)行后的有關(guān)狀態(tài)。供查詢和判斷之用，用戶可按字節(jié)訪問，也可按位訪問。D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OVF1PCy——進(jìn)（借）位標(biāo)志位，執(zhí)行加減運算-由硬件置位或復(fù)位。保存算術(shù)運算產(chǎn)生的進(jìn)位或借位（1—進(jìn)位0—無進(jìn)位）位操作的累加器C。AC——輔助進(jìn)位標(biāo)志位，執(zhí)行加減運算-由硬件置位或復(fù)位。運算結(jié)果從D3產(chǎn)生進(jìn)位或借位時AC=1。主要用于BCD碼調(diào)整。F0F1——用戶標(biāo)志位，開機(jī)時為0可以使用的位變量，該位可以隨PSW被保存。（4）程序狀態(tài)字PSW(ProgramStatusWor32D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OVF1POV——溢出標(biāo)志位，當(dāng)執(zhí)行運算指令時，由硬件置位或復(fù)位。運算結(jié)果超出A允許范圍時，OV=1,否則OV=0。帶符號數(shù)加（減）運算：ADDA,#55H當(dāng)結(jié)果超出目的寄存器A所表示的帶符號數(shù)的范圍（-128~+127）時，OV=1,否則OV=0。判斷方法如下：最高位和次高位不同時產(chǎn)生進(jìn)（借）位時，OV=1,否則OV=0。無符號數(shù)乘法時：MULAB若乘積超過A所表示的無符號數(shù)的范圍255時，OV=1,否則OV=0。因此：若OV=0,則只需從A中取積即可。若OV=1,則需從BA中取積。無符號數(shù)除法時：DIVAB若除數(shù)B為零時，OV=1,否則OV=0。2.3D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OV33D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OVF1PRS1,RS0——寄存器組選擇位，只有軟件置位或復(fù)位00組0 R0~R7對應(yīng)的地址為00H~07H01組1 R0~R7對應(yīng)的地址為08H~0FH10組2 R0~R7對應(yīng)的地址為10H~17H11組3 R0~R7對應(yīng)的地址為18H~1FHP——奇偶標(biāo)志位每個指令周期根據(jù)累加器A中的內(nèi)容的奇偶性由硬件置位或復(fù)位。A中的1的個數(shù)為奇數(shù)P=1;A中的1的個數(shù)為偶數(shù)P=0;用于串行通信中的奇偶校驗位，提高數(shù)據(jù)的可靠性2.3D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OV34(5）、數(shù)據(jù)指針DPTR(DataPoinTeR)DPTR

：在80C51中是一個功能特殊的16位寄存器；主要功能是作為片外RAM尋址用的地址R(間接尋址)—也叫RAM地址指針①當(dāng)執(zhí)行訪問片外RAM的指令時—作為外RAM的地址R如：MOVDPTR,#1234H; MOVXA,@DPTR;讀片外RAM到A中 MOVX@DPTR,A;將A中的內(nèi)容寫入外RAM中②作為ROM的基地址R如：MOVCA,@A+DPTR; JMP@A+DPTR;③作為一個16位R來使用④作為兩個8位R來使用DPH—高8位，DPL—低8位如：MOVDPTR，#1234H; INCDPTR;如：MOVDPH，#12H; MOVDPL，#34H;2.3(5）、數(shù)據(jù)指針DPTR(DataPoinTeR)DPTR35(6）、程序計數(shù)器PC(ProgramCounter)PC=0000H程序存儲器ROM地址程序代碼0000H指令代碼10001H指令代碼20002H指令代碼3…N指令代碼nPC=0001HPC=0002H指令寄存器是控制器最基本的寄存器；是一個獨立的16位計數(shù)器；存放著下一條將要從程序存儲器中取出的指令的地址——PC當(dāng)前值PC工作過程：讀指令時,PC將其中的數(shù)據(jù)作為所取指令的地址輸出給ROM;然后ROM按此地址輸出指令字節(jié)到指令寄存器;同時PC本身自動加1，指向下一條指令的地址。(6）、程序計數(shù)器PC(ProgramCounter)36程序計數(shù)器PC工作方式

2、PC自動加1：每取一字節(jié)由CPU自動完成，是最基本工作方式

3、在執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令時，PC被置入新的數(shù)值，程序的流程發(fā)生變化變化方式:相對短轉(zhuǎn)移SJMPrel;(PC)←PC當(dāng)前值+rel相對長轉(zhuǎn)移JMP@A+DPTR;(PC)←(A+DPTR）絕對轉(zhuǎn)移AJMPaddr11;(PC)←PC當(dāng)前值15~11Addr11 長轉(zhuǎn)移 LJMPaddr16;(PC)←addr16

4、在執(zhí)行LCALL調(diào)用指令或響應(yīng)中斷時：a、PC當(dāng)前值(即下一條將要執(zhí)行的指令的地址)壓入堆棧，加以保護(hù)；b、將子程序的入口地址或中斷矢量地址送入PC，程序流向發(fā)生變化，執(zhí)行子程序或中斷服務(wù)程序c、當(dāng)子程序或中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢，遇到返回指令(RET、RETI)時，將棧頂?shù)膬?nèi)容送入PC中，程序流程又返回到原來的地方，繼續(xù)執(zhí)行.1、復(fù)位清零：單片機(jī)復(fù)位時PC=0000H。程序計數(shù)器PC工作方式2、PC自動加1：每取一字節(jié)由C372.3PC同DPTR的比較PC和DPTR

：都是與地址有關(guān)的16位寄存器16為地址均通過P2、P0口輸出PCDPTR①存放的是ROM中的地址存放的是RAM中的地址(也可是ROM中的地址)②訪問ROM時與PSEN有關(guān)訪問RAM時與WRRD有關(guān)③不可直接訪問(讀、寫)可直接訪問(讀、寫)④由硬件自動加1 可用軟件加1只能做16位R 不僅能作為16位R，也可分成兩個8位R⑥PC的變化一定影響程序的流程DPTR的變化不一定影響程序的流程2.3PC同DPTR的比較PC和DPTR：都是與地址有關(guān)的381、ROM結(jié)構(gòu)：整個ROM(64KB)可分為片內(nèi)和片外兩部分。CPU訪問的是片內(nèi)還是片外低位存儲單元,由引腳EA接不同電平確定。2.3.3程序存儲器ROM80C51的ROM用于存放經(jīng)調(diào)試正確的應(yīng)用程序代碼和表格之類的固定常數(shù)它以16位的程序計數(shù)器PC作為地址指針尋址的地址空間為64K(0000H~FFFFH),且連續(xù)、統(tǒng)一編址當(dāng)EA=1(接高電平)時程序從片內(nèi)ROM(0000H)單元開始執(zhí)行，當(dāng)PC值超出片內(nèi)ROM容量(1FFFH)時，會自動轉(zhuǎn)向片外ROM空間執(zhí)行當(dāng)EA=0(接低電平)時程序只從片外ROM(0000H)單元中執(zhí)行，而不使用片內(nèi)ROM1、ROM結(jié)構(gòu)：2.3.3程序存儲器ROM80C51的RO392、ROM中7個特殊存儲單元0000H單元：系統(tǒng)的啟動、引導(dǎo)地址：系統(tǒng)復(fù)位入口地址。存放一條長轉(zhuǎn)移指令，使之轉(zhuǎn)向用戶主程序處執(zhí)行LJMPaddr16；可在64K范圍內(nèi)無條件轉(zhuǎn)移，占用三字節(jié)存儲單元（0000H~0002H）中斷服務(wù)程序入口地址:

0003H—外部中斷INT0入口地址000BH—計時器T0溢出中斷入口地址0013H—外部中斷INT1入口地址001BH—計時器T1溢出中斷入口地址0023H—串行口中斷入口地址002BH—計時器T2溢出中斷入口地址2.32、ROM中7個特殊存儲單元0000H單元：中斷服務(wù)程序入403、ROM的操作取指令——以PC當(dāng)前值讀ROM的程序代碼內(nèi)容取數(shù)據(jù)——讀ROM的數(shù)據(jù)內(nèi)容——查表操作改變PC當(dāng)前值的方式：即改變CPU讀取程序代碼的位置復(fù)位控制——PC為系統(tǒng)啟動地址0000H硬件自加一中斷控制——PC為中斷入口地址0003H~002BH轉(zhuǎn)移控制——PC為轉(zhuǎn)移目的地址調(diào)用控制——PC為調(diào)用子程序的開始地址查表操作：MOVCA,@A+DPTR;MOVCA,@A+PC;2.33、ROM的操作取指令——以PC當(dāng)前值讀ROM的程序代碼內(nèi)414、片內(nèi)ROM與單片機(jī)的型號有關(guān)片內(nèi)ROM的類型有：查閱產(chǎn)品資料掩膜ROM————MaskROM80C5180C52一次編程ROM——OTPPIC16/17多次編程ROM——MTP(EPROMEEPROMFlashROM)87C51內(nèi)有4KEPROM87C52內(nèi)有8KEPROM89C51內(nèi)有4KEEPROM89C52內(nèi)有8KEEPROM80C31和80C32內(nèi)無ROMSST89C5420KFashROMSST89C5832KFashROMSST89E564RD72KFashROM返回2.34、片內(nèi)ROM與單片機(jī)的型號有關(guān)片內(nèi)ROM的類型有：查閱產(chǎn)422.3.4、片外數(shù)據(jù)存儲器RAM對外RAM的訪問只能R間接尋址間址R有R0R1→尋址范圍256B數(shù)據(jù)指針DPTR→尋址范圍64KB

。外RAM和擴(kuò)展的I/O只能與A交換數(shù)據(jù)MOVXA,@DPTR;讀外RAM或擴(kuò)展的I/O口→尋址范圍64KBMOVX@DPTR,A;寫外RAM或擴(kuò)展的I/O口→尋址范圍64KBMOVXA,@R0;讀外RAM或擴(kuò)展的I/O口→尋址范圍256BMOVX@R0,A;寫外RAM或擴(kuò)展的I/O口→尋址范圍256B外RAM區(qū)和擴(kuò)展的I/O口統(tǒng)一編址擴(kuò)展的I/O口的地址均占用外RAM地址單元對擴(kuò)展的I/O口操作和外RAM完全一樣返回2.32.3.4、片外數(shù)據(jù)存儲器RAM對外RAM的訪問只能R間接433、片外數(shù)據(jù)存儲器RAM將外RAM的516FH單元的數(shù)據(jù)送入累加器A用DPTR指針的操作指令：MOVDPTR,#516FH;MOVXA,@DPTR;用P2口分頁尋址和R0指針的操作指令：MOVR0,#6FH;MOVP2,#51H;MOVXA,@DPTR;返回2.33、片外數(shù)據(jù)存儲器RAM將外RAM的516FH單元的數(shù)據(jù)送44小結(jié)：1、MCS-51系列機(jī)種類2、MCS-51內(nèi)部結(jié)構(gòu)有幾部分？特點？3、MCS-51機(jī)DIP有多少引腳？ALE、/PSEN、/EA的作用？4、MCS—51存儲結(jié)構(gòu)分配是怎樣的？5、SFR中各寄存器的名稱？作業(yè)：P36一、二小結(jié)：1、MCS-51系列機(jī)種類45復(fù)習(xí)提問1、8051單片機(jī)內(nèi)部組成？2、畫出8051單片機(jī)引腳分布圖；3、畫出8052單片機(jī)內(nèi)部RAM的結(jié)構(gòu)圖；復(fù)習(xí)提問1、8051單片機(jī)內(nèi)部組成？46微機(jī)原理及應(yīng)用第二章MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和工作課件47表2-4特殊功能寄存器SFR地址表SFR名位地址、位名字節(jié)地址D7D6D5D4D3D2D1D0P087H86H85H84H83H82H81H80H80HP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0P197H96H95H94H93H92H91H90H90HP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0P2A7HA6HA5HA4HA3HA2HA1HA0HA0HP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P3B7HB6HB5HB4HB3HB2HB1HB0HB0HP3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0表2-4特殊功能寄存器SFR地址表SFR名位地址、位名字節(jié)地482.4并行I/O接口電路結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征1、4個雙向的8位I/O端口P0～P3；2、每個端口除了按字節(jié)尋址外，還可以按位尋址。3、每個端口包含一個鎖存器、一個輸出驅(qū)動器和二個輸入緩沖器2.4并行I/O接口電路結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征1、4個雙向的8492.4并行I/O接口電路結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征1、典型結(jié)構(gòu)

輸出結(jié)構(gòu)：輸出鎖存器+驅(qū)動器引腳

輸入結(jié)構(gòu)：輸入引腳+輸入緩沖器2、準(zhǔn)雙向I/O口結(jié)構(gòu)----不需擴(kuò)展外部存儲器時

輸入操作是讀引腳狀態(tài)，有條件;

輸出操作是對口鎖存器的寫入操作，無條件

讀-修改-寫操作是對口鎖存器的讀入操作，修改后再寫入到鎖存器中，無條件3、I/O的復(fù)用結(jié)構(gòu)----需要擴(kuò)展外部存儲器時總線復(fù)用(P0P2)功能復(fù)用(P3)CPU按當(dāng)前操作自動進(jìn)行功能切換2.4并行I/O接口電路結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征1、典型結(jié)構(gòu)502.4.1、P0口的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征

1、結(jié)構(gòu)：1個鎖存器、2個三態(tài)輸入緩沖器、1個多路復(fù)用開關(guān)MUX、控制電路C和1個輸出驅(qū)動電路T1、T22.4.1、P0口的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征

1、結(jié)構(gòu)：512.4.1、P0口的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征

2、通用I/O口狀態(tài)；即C=0（1）通用I/O口的“寫”：輸出數(shù)據(jù)0、1內(nèi)部總線鎖存器QMUXT2P0·x2.4.1、P0口的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征

2、通用I/O口狀態(tài)；522.4.1、P0口的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征

2、通用I/O口狀態(tài)；即C=0（1）通用I/O口的“寫”：輸出數(shù)據(jù)0、1內(nèi)部總線鎖存器QMUXT2P0·x2.4.1、P0口的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征

2、通用I/O口狀態(tài)；532.4.1、P0口的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征

2、通用I/O口；C=0（2）通用I/O口的“讀”：輸入引腳數(shù)據(jù)：（讀引腳）：P0·x下三態(tài)門D內(nèi)部總線。2.4.1、P0口的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征

2、通用I/O口；C542.4.1、P0口的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征

2、通用I/O口；C=0（3）通用I/O口的“讀-修改-寫”：（讀鎖存器）Q上三態(tài)門D內(nèi)部總線修改內(nèi)部總線鎖存器QMUXT2P0·xANLP0，#30H2.4.1、P0口的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征

2、通用I/O口；C552.4.1、P0口的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征

3、地址/數(shù)據(jù)總線：C=1，是一個真正的雙向口。執(zhí)行輸出指令：MOVX@DPTR,A執(zhí)行輸入指令：MOVXA,@DPTR2.4.1、P0口的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征

3、地址/數(shù)據(jù)總線：C562.4.1、P0口的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征

4、P0口應(yīng)用特征總結(jié)：（1）P0既可按字節(jié)尋址，又可按位尋址；（2）P0口可作通用I/O口,又可作地址/數(shù)據(jù)總線口；（3）P0作通用I/O口輸入時：是準(zhǔn)雙向口；先寫1。（4）P0作通用I/O口輸出時：是開漏輸出；需外接上拉電阻。（5）P0作地址/數(shù)據(jù)總線口時，P0是一真正雙向口，而作通用I/O口時，只是一個準(zhǔn)雙向口。（6）可帶8個TTL輸入。2.4.1、P0口的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征

4、P0口應(yīng)用特征總結(jié)：571、P0用作通用I/O口

當(dāng)系統(tǒng)不進(jìn)行片外的ROM擴(kuò)展，也不進(jìn)行片外RAM擴(kuò)展時，單片機(jī)硬件自動使C=0，MUX開關(guān)接向鎖存器的反相輸出端。這時P0用作通用I/O口。另外，與門輸出的“0”使輸出驅(qū)動器的上拉場效應(yīng)管T1處于截止?fàn)顟B(tài)。因此，輸出驅(qū)動級工作在需外接上拉電阻的漏極開路方式。1、P0用作通用I/O口當(dāng)系統(tǒng)不進(jìn)行片外的ROM58作輸出口時，CPU執(zhí)行口的輸出指令，內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)在“寫鎖存器”信號的作用下由D端進(jìn)入鎖存器，經(jīng)鎖存器的反向端送至場效應(yīng)管T2，再經(jīng)T2反向，在P0.X引腳出現(xiàn)的數(shù)據(jù)正好是內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)。MOVP0，AMOVP0.1,C作輸入口時，數(shù)據(jù)可以讀自口的鎖存器，也可以讀自口的引腳。這要根據(jù)輸入操作采用的是“讀鎖存器”指令還是“讀引腳”指令來決定。ANLP0，#30HMOVA，P0作輸出口時，CPU執(zhí)行口的輸出指令，內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)在“59

執(zhí)行“讀—修改—寫”類輸入指令時（如：ANLP0，A），內(nèi)部產(chǎn)生的“讀鎖存器”操作信號，使鎖存器Q端數(shù)據(jù)進(jìn)入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，在與累加器A進(jìn)行邏輯運算之后，結(jié)果又送回P0的口鎖存器并出現(xiàn)在引腳。讀口鎖存器可以避免因外部電路原因使原口引腳的狀態(tài)發(fā)生變化造成的誤讀。執(zhí)行“讀—修改—寫”類輸入指令時（如：ANLP60在執(zhí)行“MOV”類輸入指令時（如：MOVA，P0），內(nèi)部產(chǎn)生的操作信號是“讀引腳”。注意，在執(zhí)行該類輸入指令前要先把鎖存器寫入“1”，使場效應(yīng)管T2截止，使引腳處于懸浮狀態(tài)，可以作為高阻抗輸入。否則，在作為輸入方式之前曾向鎖存器輸出過“0”，則T2導(dǎo)通會使引腳箝位在“0”電平，使輸入高電平“1”無法讀入。所以，P0口在作為通用I/O口時，屬于準(zhǔn)雙向口。在執(zhí)行“MOV”類輸入指令時（如：MOVA，P0）612、P0用作地址/數(shù)據(jù)總線

當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行片外的ROM擴(kuò)展或進(jìn)行片外RAM擴(kuò)展，單片機(jī)內(nèi)硬件自動使C=1，MUX開關(guān)接向反相器的輸出端，這時與門的輸出由地址/數(shù)據(jù)線的狀態(tài)決定，這時P0用作地址/數(shù)據(jù)總線。2、P0用作地址/數(shù)據(jù)總線當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行片外的R62CPU在執(zhí)行輸出指令時，低8位地址信息和數(shù)據(jù)信息分時地出現(xiàn)在地址/數(shù)據(jù)總線上。P0.X引腳的狀態(tài)與地址/數(shù)據(jù)線的信息相同。CPU在執(zhí)行輸入指令時，首先低8位地址信息出現(xiàn)在地址/數(shù)據(jù)總線上，P0.X引腳的狀態(tài)與地址/數(shù)據(jù)總線的地址信息相同。然后，CPU自動地使轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX撥向鎖存器，并向P0口寫入FFH，同時“讀引腳”信號有效，數(shù)據(jù)經(jīng)緩沖器進(jìn)入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時是一個真正的雙向口。CPU在執(zhí)行輸出指令時，低8位地址信息和數(shù)據(jù)信息分時地出現(xiàn)在632.4.2、P１口的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征P1口由一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動電路組成，內(nèi)部設(shè)有上拉電阻；P1口是通用的準(zhǔn)雙向I/O口。2.4.2、P１口的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征P1口由一個輸出642.4.2、P１口的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征應(yīng)用特點（1）只能作I/O口用，且是一個準(zhǔn)雙向口；（2）可按字節(jié)尋址，也可按位尋址（3）無地址/數(shù)據(jù)口功能，可驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載2.4.2、P１口的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征應(yīng)用特點65P1口由一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動電路組成。輸出驅(qū)動電路與P2口相同，內(nèi)部設(shè)有上拉電阻。P1口是通用的準(zhǔn)雙向I/O口。輸出高電平時，能向外提供拉電流負(fù)載，不必再接上拉電阻。當(dāng)口用作輸入時，須向口鎖存器寫入1。P1口由一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動662.4.3、P２口的應(yīng)用特征1、P2用作通用I/O口

2、P2用作地址總線A15~A82.4.3、P２口的應(yīng)用特征1、P2用作通用I/O口2、672.4.3、P２口的應(yīng)用特征（1）當(dāng)P2口作為通用I/O時，是一準(zhǔn)雙向口。（2）從P2口輸入數(shù)據(jù)時，先向鎖存器寫“1”。（3）可位尋址，也可按字節(jié)尋址（4）可輸出地址高8位。2.4.3、P２口的應(yīng)用特征（1）當(dāng)P2口作為通用I/681、P2用作通用I/O口

當(dāng)不在單片機(jī)芯片外部擴(kuò)展程序存儲器，只擴(kuò)展256B的片外RAM時，僅用到了地址線的低8位，P2口仍可以作為通用I/O口使用。

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”信號的作用下由D端進(jìn)入鎖存器，經(jīng)反相器后送至場效應(yīng)管T，再經(jīng)T反相，在P2.X引腳出現(xiàn)的數(shù)據(jù)正好是內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)。P2口用作輸入時，數(shù)據(jù)可以讀自口的鎖存器，也可以讀自口的引腳。這要根據(jù)輸入操作采用的是“讀鎖存器”指令還是“讀引腳”指令來決定。1、P2用作通用I/O口當(dāng)不在單片機(jī)芯片外部擴(kuò)展69執(zhí)行“讀—修改—寫”類輸入指令時內(nèi)部產(chǎn)生的“讀鎖存器”操作信號使鎖存器Q端數(shù)據(jù)進(jìn)入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，在與累加器A進(jìn)行邏輯運算之后，結(jié)果又送回P2的口鎖存器并出現(xiàn)在引腳。執(zhí)行“MOV”類輸入指令時，內(nèi)部產(chǎn)生的操作信號是“讀引腳”。應(yīng)在執(zhí)行輸入指令前要把鎖存器寫入“1”，從而使引腳處高阻抗輸入狀態(tài)。P2口在作為通用I/O口時，屬于準(zhǔn)雙向口。執(zhí)行“讀—修改—寫”類輸入指令時內(nèi)部產(chǎn)生的“讀鎖存器702、P2用作地址總線

當(dāng)需要在單片機(jī)芯片外部擴(kuò)展程序存儲器或擴(kuò)展的RAM容量超過256字節(jié)時，單片機(jī)內(nèi)硬件自動使控制C=1，MUX開關(guān)接向地址線，這時P2.X引腳的狀態(tài)正好與地址線的信息相同。2、P2用作地址總線當(dāng)需要在單片機(jī)芯片外部擴(kuò)展程序712.4.4、P３口的應(yīng)用特征1、P3用作第一功能（通用I/O口）

對P3口進(jìn)行字節(jié)或位尋址時，單片機(jī)內(nèi)部的硬件自動將第二功能輸出線的W置1。這時，對應(yīng)的口線為通用I/O口方式,屬于準(zhǔn)雙向口。2.4.4、P３口的應(yīng)用特征1、P3用作第一功能（通用I/721、P3用作第一功能（通用I/O口）

對P3口進(jìn)行字節(jié)或位尋址時，單片機(jī)內(nèi)部的硬件自動將第二功能輸出線的W置1。這時，對應(yīng)的口線為通用I/O口方式。輸出時，鎖存器的狀態(tài)（Q端）與輸出引腳的狀態(tài)相同；輸入時，要先向口鎖存器寫入1，使引腳處于高阻輸入狀態(tài)。輸入的數(shù)據(jù)在“讀引腳”信號的作用下，進(jìn)入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。P3口作為通用I/O口時，屬于準(zhǔn)雙向口。1、P3用作第一功能（通用I/O口）對P3口進(jìn)行字732、P3用作第二功能使用

當(dāng)CPU不對P3口進(jìn)行字節(jié)或位尋址時，內(nèi)部硬件自動將口鎖存器的Q端置1。這時，P3口作為第二功能使用。P3.0：RXD（串行口輸入）；P3.1：TXD（串行口輸出）；P3.2：外部中斷0輸入；P3.3：外部中斷1輸入；P3.4：T0（定時器0的外部輸入）；P3.5：T1（定時器1的外部輸入）；P3.6：（片外數(shù)據(jù)存儲器“寫”選通控制輸出）；P3.7：（片外數(shù)據(jù)存儲器“讀”選通控制輸出）。2、P3用作第二功能使用當(dāng)CPU不對P3口進(jìn)行字節(jié)742.4.5

并行口小結(jié)：1、P0口：地址低8位與數(shù)據(jù)線分時使用端口2、P1口：按位可編址的輸入輸出端口，3、P2口：地址高8位輸出口4、P3口：雙功能口。若不用第二功能，也可作通用I/O口。5、按三總線劃分：地址線：P0低八位地址，P2高八地址；數(shù)據(jù)線：P0輸入輸出8位數(shù)據(jù)；控制線：P3口的8位加上/PSEN、ALE共同完成控制總線。2.4.5并行口小結(jié)：1、P0口：地址低8位與數(shù)據(jù)線分752.5.1、時鐘電路2.5、時鐘電路與CPU時序2.5.2、時序、定時單位2.5.3、典型指令的取指、執(zhí)行時序2.32.5.1、時鐘電路2.5、時鐘電路與CPU時序2.5.2、7680C51時鐘系統(tǒng)是一個內(nèi)含高增益反向放大器時鐘振蕩器、外接諧振器、可關(guān)斷控制的時鐘系統(tǒng)2.5.1、時鐘電路80C51時鐘系統(tǒng)是一個內(nèi)含高增益反向放大器時鐘振蕩器、外772.5.1、時鐘電路1、80C51的內(nèi)部時鐘方式內(nèi)時鐘方式：利用80C51內(nèi)部帶有的時鐘電路，在片外通過引腳X1和X2接入定時控制元件(晶體振蕩器和電容)，既可構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。2.5.1、時鐘電路1、80C51的內(nèi)部時鐘方式內(nèi)時鐘方式782、80C51的外部時鐘方式外部時鐘方式：外部振蕩器輸入時鐘。常用于多機(jī)系統(tǒng)返回2.32、80C51的外部時鐘方式外部時鐘方式：外部振蕩器輸入時鐘792.5.2、時序、定時單位啟動單片機(jī)后，指令執(zhí)行順序取指令分析指令執(zhí)行指令一條指令的執(zhí)行可以分解為若干基本的微操作，而這些微操作所對應(yīng)的脈沖信號，在時間上有嚴(yán)格的先后次序——這些次序就是計算機(jī)的時序2.5.2、時序、定時單位啟動單片機(jī)后，指令執(zhí)行順序取指令802.5.2、時序、定時單位振蕩周期：是指為單片機(jī)提供時鐘信號的振蕩源的周期--節(jié)拍P狀態(tài)周期S：是振蕩脈沖的二分頻，是振蕩周期的兩倍，被振蕩周期分成兩個節(jié)拍P1P2機(jī)器周期：CPU完成一個基本操作所需要的時間。一個機(jī)器周期由6個狀態(tài)周期(12個振蕩周期)組成。依次為S1P1(狀態(tài)1第一拍)、S1P2、S2P1……S6P2共12拍每個節(jié)拍持續(xù)一個振蕩周期，每個狀態(tài)持續(xù)2個振蕩周期指令周期：一條指令的執(zhí)行時間2.5.2、時序、定時單位振蕩周期：是指為單片機(jī)提供時鐘信號81返回指令周期：一條指令的執(zhí)行時間一條指令可用機(jī)器周期來劃分若干階段，每個階段（機(jī)器周期）完成一個基本操作80C51指令按執(zhí)行時間，以機(jī)器周期為單位分為：單周期、雙周期和四周期指令80C51指令按占有空間，以字節(jié)為單位可分為：單字節(jié)、雙字節(jié)和三字節(jié)指令1機(jī)器周期=6個狀態(tài)周期=12個振蕩周期如外接晶振為12MHZ時，MCS-51中的四個周期的具體值為：振蕩周期=狀態(tài)周期=機(jī)器周期=指令周期=1/12us1/6us1us1~4us2.3返回指令周期：一條指令的執(zhí)行時間一條指令可用機(jī)器周期來劃分若822.5.3典型指令的取指、執(zhí)行時序由于單片機(jī)內(nèi)部時鐘信號外部無法觀測，則以振蕩信號XTAL和ALE引腳信號為參考。ALE信號是為地址鎖存而定義的，該ALE信號每有效一次，CPU通過P2和P0口輸出16位地址信息對應(yīng)單片機(jī)進(jìn)行一次讀指令操作。每個機(jī)器周期，ALE信號兩次有效，輸出高電平有效信號。一次在S1P2到S2P1期間，有效寬度為一個狀態(tài)。一次在S4P2到S5P1期間，有效寬度為一個狀態(tài)。但訪問外RAM期間ALE端少輸出一個有效信號，所以ALE輸出頻率為振蕩脈沖的1/6，且不穩(wěn)定。2.5.3典型指令的取指、執(zhí)行時序由于單片機(jī)內(nèi)部時鐘信號外83返回2.5.3典型指令的取指、執(zhí)行時序返回2.5.3典型指令的取指、執(zhí)行時序842.6MCS-51單片機(jī)的工作方式◆一、復(fù)位方式、復(fù)位電路◆二、程序執(zhí)行方式◆三、單步執(zhí)行方式◆四、掉電和低功耗方式◆五EPROM編程和校驗（自學(xué)）2.6MCS-51單片機(jī)的工作方式◆一、復(fù)位方式、復(fù)位85返回一、復(fù)位方式1、復(fù)位條件：時鐘電路(晶振)工作后，在RST引腳上出現(xiàn)持續(xù)2個機(jī)器周期的以上高電平時，單片機(jī)實現(xiàn)初始化復(fù)位；保證系統(tǒng)可靠地復(fù)位，設(shè)計復(fù)位電路時，通常是RST引腳保持10ms以上的高電平。若RST引腳保持高電平，則單片機(jī)將循環(huán)復(fù)位當(dāng)RST引腳從高電平變成低電平時，單片機(jī)將從0000H單元開始執(zhí)行程序。2.4返回一、復(fù)位方式1、復(fù)位條件：2.486返回2、復(fù)位狀態(tài)：注：復(fù)位后內(nèi)部寄存器變成以下狀態(tài)1）程序計數(shù)器清零PC=0000H，使單片機(jī)從0000H開始執(zhí)行程序2）堆棧指針清零SP=07H（需要的話初始化后重設(shè)棧底）3）狀態(tài)寄存器PSW=0選擇工作R組的0組4）TH1，TL1，TH0，TL0為05）TMOD=0定時/記數(shù)器處于方式0工作狀態(tài)6）TCON=0禁止計數(shù)器記數(shù)7）SCON=0串行口工作方式08）IE有效位為0禁止中斷9）P0,P1，P2，P3口鎖存器全為1狀態(tài)，為輸入狀態(tài)復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，復(fù)位后：大多數(shù)SFR的狀態(tài)為00H,只有P0~P3=FFH和SP=07H.信號復(fù)位后不影響內(nèi)RAM的狀態(tài)在復(fù)位有效期間，ALE、PSEN引腳為高電平。2.4返回2、復(fù)位狀態(tài)：注：復(fù)位后內(nèi)部寄存器變成以下狀態(tài)復(fù)位是單片873、復(fù)位電路設(shè)計上電自動復(fù)位是進(jìn)入系統(tǒng)時的正常初始化按鍵手動復(fù)位在程序運行出錯、操作錯誤時，系統(tǒng)處于死循環(huán)狀態(tài).按鍵手動復(fù)位和上電自動復(fù)位的組合系統(tǒng)復(fù)位：保證單片機(jī)最后復(fù)位2.43、復(fù)位電路設(shè)計上電自動復(fù)位2.488

二、程序執(zhí)行方式程序執(zhí)行方式是單片機(jī)的基本工作方式。由于復(fù)位后PC=0000H，因此程序總是從地址0000H開始CPU根據(jù)PC的當(dāng)前值，從ROM中取出指令；將指令放入IR，同時PC自動加1；由ID對指令進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生各種控制信息，執(zhí)行指令執(zhí)行完指令后，又根據(jù)PC的當(dāng)前值，再從ROM中取出指令→IR、PC+1→ID→控制信息→執(zhí)行指令，周而復(fù)始的進(jìn)行。2.4二、程序執(zhí)行方式程序執(zhí)行方式是單片機(jī)的基本工作方式。89單步執(zhí)行就是通過外來脈沖控制程序的執(zhí)行，使之達(dá)到來一個脈沖就執(zhí)行一條指令的目的。三、單步執(zhí)行方式單步執(zhí)行就是通過外來脈沖控制程序的執(zhí)行，使之達(dá)到來一90返回四、掉電和低功耗方式1、掉電和待機(jī)方式的內(nèi)部結(jié)構(gòu)CHMOS機(jī)型的節(jié)電方式2.4返回四、掉電和低功耗方式1、掉電和待機(jī)方式的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.491返回1、掉電和待機(jī)方式的內(nèi)部結(jié)構(gòu)PD=0為掉電方式振蕩器停止工作，只有片內(nèi)RAM的內(nèi)容被保存；IDL=0為待機(jī)方式此時振蕩器正常工作，中斷系統(tǒng)、串行口、T/C電路由時鐘驅(qū)動；但時鐘不送往CPU,CPU處于等待狀態(tài)。2.4返回1、掉電和待機(jī)方式的內(nèi)部結(jié)構(gòu)PD=0為掉電方式IDL=921、掉電和待機(jī)方式的內(nèi)部結(jié)構(gòu)這兩種方式都由電源控制寄存器PCON(87H)設(shè)定D7D6D5D4D3D2D1D0SMOD---GF1GF0PDIDLSMOD——串行通訊波特率加倍位。SMOD=1；串行口方式1、2、3的波特率提高一倍SMOD=0；不變。GF1、GF2——通用的用戶標(biāo)志位，供用戶使用PD——掉電保護(hù)位，PD=1時進(jìn)入掉電方式IDL——待機(jī)保護(hù)位，PD=1時進(jìn)入節(jié)電方式2.41、掉電和待機(jī)方式的內(nèi)部結(jié)構(gòu)這兩種方式都由電源控制寄存器PC93返回1、掉電和待機(jī)方式的內(nèi)部結(jié)構(gòu)這兩種方式都由電源控制寄存器PCON(87H)設(shè)定D7D6D5D4D3D2D1D0SMOD---GF1GF0PDIDLPDIDL80C51工作方式00正常工作方式01節(jié)電工作方式10掉電工作方式11掉電工作方式2.4返回1、掉電和待機(jī)方式的內(nèi)部結(jié)構(gòu)這兩種方式都由電源控制寄存器94返回2、待機(jī)方式待機(jī)方式的進(jìn)入使PCON的IDL位置1←MOVPCON,#01H;待機(jī)方式的狀態(tài)此時振蕩器正常工作，中斷系統(tǒng)、串行口、T/C電路由時鐘驅(qū)動；但時鐘不送往CPU,CPU不能工作處于等待狀態(tài)。PCDPTRSPPSWAB的狀態(tài)均保持不變；ALEPSEN引腳為高電平→無效信號；P0P1P2P3引腳保持不變；內(nèi)RAM保持不變；待機(jī)方式的退出任何中斷均可以退出;按鈕硬件復(fù)位退出。2.4返回2、待機(jī)方式待機(jī)方式的進(jìn)入待機(jī)方式的狀態(tài)待機(jī)方式的退出295返回3、掉電方式掉電方式的進(jìn)入使PCON的PD位置1←MOVPCON,#02H;掉電方式的狀態(tài)振蕩器停止工作只有片內(nèi)RAM的內(nèi)容被保存；中斷系統(tǒng)、串行口、T/C電路不能工作；CPU不能工作。掉電方式的退出按鈕硬件復(fù)位退出。2.4返回3、掉電方式掉電方式的進(jìn)入掉電方式的狀態(tài)掉電方式的退出296小結(jié)：1、P0、P1、P2、P3口的機(jī)構(gòu)及使用特點？2、單片機(jī)的時鐘電路?3、單片機(jī)的復(fù)位方式及電路?4、單片機(jī)的低功耗方式有哪些？作業(yè)：P37三、四小結(jié)：1、P0、P1、P2、P3口的機(jī)構(gòu)及使用特點？97第二章MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理第二章MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理98復(fù)習(xí)提問1、真值與機(jī)器數(shù)有何區(qū)別？2、原碼、反碼、補碼三者之間如何換算？3、補碼的作用？作業(yè)：P12一、二題；下周二上課之前交作業(yè)復(fù)習(xí)提問1、真值與機(jī)器數(shù)有何區(qū)別？992.1單片機(jī)內(nèi)部組成及引腳功能2.4并行I/O口電路結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特征2.6MCS-51單片機(jī)的工作方式第二章MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理2.5時鐘電路與CPU時序2.3存儲器組織2.1單片機(jī)內(nèi)部組成及引腳功能2.4并行I/O口電路結(jié)100MCS-51

系列單片機(jī)分類51

系列單片機(jī)以HMOS工藝制造8051以CHMOS工藝制造80C5151子系列52子系列內(nèi)ROM中斷數(shù)T/C數(shù)內(nèi)RAM803180518751無4KROM4KEPROM128B128B128B55522252子系列80C3280C5287C52無8KROM8KEPROM256B256B256B66633351子系列80C3180C5187C51無4KROM4KEPROM128B128B128B555222803280528752無8KROM8KEPROM256B256B256B666333MCS-51系列單片機(jī)分類51系列單片機(jī)以HMOS工藝制1012.1MCS-51單片機(jī)引腳功能及內(nèi)部組成2.1.1MCS-51單片機(jī)的引腳功能2.1.2MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.1MCS-51單片機(jī)引腳功能及內(nèi)部組成2.1.1M102HMOS工藝制造的芯片為40個引腳,均采用雙列直插式封裝（DIP）

2.1.1

MCS-51的引腳功能CHMOS工藝制造的芯片有采用如下封裝：雙列直插（DIP），方形:(PLCC)，扁平封裝:(QFP)HMOS工藝制造的芯片為40個引腳,均采用雙列直插式封裝（1032.1.1MCS-51的引腳功能2.31、電源和時鐘晶振引腳：Vcc、Vss、XTAL2、XTAL12、控制信號引腳(1)、RST/VPD(3)、

EA/VPP(2)、ALE/PROG(4)、PSEN3、輸入/輸出端口引腳---32P0、P1、P2、P32.1.1MCS-51的引腳功能2.31、電源和時鐘1042.1.1MCS-51的引腳功能2.31、電源和時鐘晶振引腳：Vcc、Vss、XTAL2、XTAL1Vcc：電源端，接＋5V。Vss：接地端。通常在Vcc和Vss引腳之間接0.1μ高頻濾波電容。XTAL1：接外部晶振和微調(diào)電容的一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入； 若使用外部時鐘時，對于HMOS單片機(jī)，該引腳必須接地，但對于CMOS單片機(jī)而言，該引腳為外部時鐘的輸入端。XTAL2：接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出； 若使用外部時鐘時，對于HMOS單片機(jī)，該引腳為外部時鐘的輸入端，但對于CMOS單片機(jī)而言，該引腳應(yīng)懸空。2.1.1MCS-51的引腳功能2.31、電源和時鐘1052.1.1MCS-51的引腳功能2.32、控制信號引腳(1)、RST/VPD(2)、

EA/VPP(3)、ALE/PROG(4)、PSEN（1）.

復(fù)位信號RST該信號高電平有效，在輸入端保持兩個機(jī)器周期的高電平后，就可以完成復(fù)位操作。該引腳還有掉電保護(hù)功能，若在該端接備用電源，在使用中若Vcc掉電，可保護(hù)片內(nèi)RAM中信息不丟失。（2）外部程序存儲器地址允許使能端/EA當(dāng)為高電平時，CPU執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令，但當(dāng)PC中的值超過內(nèi)部ROM的最高地址（8051為0FFFH）時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲器指令；/EA當(dāng)為低電平時，CPU只執(zhí)行片外程序存儲器指令。對于8031，由于其無片內(nèi)ROM，故/EA必須接低電平。

2.1.1MCS-51的引腳功能2.32、控制信號引1062.1.1MCS-51的引腳功能2.32、控制信號引腳(1)、RST/VPD(2)、

EA/VPP(3)、ALE/PROG(4)、PSEN（3）、地址鎖存允許ALE 在系統(tǒng)擴(kuò)展時，ALE用于控制地址鎖存器鎖存P0口輸出的低8位地址，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)與低位地址的分時復(fù)用。 當(dāng)單片機(jī)上電正常工作后，ALE端就周期性地以時鐘頻率的1/6的固定頻率向外輸出正脈沖信號，但當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器是會丟失一個脈沖。 ALE的負(fù)載能力為8個LSTTL器件。（4）外部程序存儲器讀選通信號 低電平有效。CPU從外部程序存儲器取指令時，它在每個機(jī)器周期中兩次有效。負(fù)載能力為8個LSTTL器件。2.1.1MCS-51的引腳功能2.32、控制信號引1072.1.1MCS-51的引腳功能3、輸入/輸出端口引腳---32P0、P1、P2、P3 P0口（P0.0～P0.7）：該端口為漏極開路的8位準(zhǔn)雙向口，負(fù)載能力位8高LSTTL負(fù)載，它為8位地址線和8位數(shù)據(jù)線的復(fù)用端口。 P1口（P1.0～P1.7）：它是一個內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，P1口的驅(qū)動能力為4個LSTTL負(fù)載。 P2口（P2.0～P2.7）：它為一個內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，P2口的驅(qū)動能力也為4個LSTTL負(fù)載。在訪問外部程序存儲器時，它作存儲器的高8位地址線。 P3口（P3.0～P3.7）：P3口同樣是內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，P3口除了作為一般的I/O口使用之外，其還具有特殊功能。2.1.1MCS-51的引腳功能3、輸入/輸出端口引108P3.0 RxD 串行數(shù)據(jù)接受P3.1 TxD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送P3.2 INT0 外部中斷0申請P3.3 INT1 外部中斷1申請P3.4 T0 定時器/計數(shù)器0計數(shù)輸入P3.5 T1 定時器/計數(shù)器1計數(shù)輸入P3.6 WR 外部RAM寫選通P3.7 RD 外部RAM讀選通P3口引腳信號的第二功能P3.0 RxD 串行數(shù)據(jù)接受P3口引腳信號的第二功能109程序存儲器ROM數(shù)據(jù)存儲器RAMSFRT/C微處理器運算器控制器CPU(80C51)存儲器中斷系統(tǒng)串行接口UART基本功能單元XTAL2XTAL1RSTALEEAPSEN并行I/O接口P0P1P2P351基本組成框圖2.32.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)程序存儲器數(shù)據(jù)存儲器SFRT/C微處理器運算器控制器CPU1102.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1、中央處理單元CPU

（1）運算器電路:用于數(shù)據(jù)處理、位操作（位測試、置位、復(fù)位）

（2）控制器電路:指揮控制工作，協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分正常工作。2、存儲器只讀存儲器ROM（4KB或8KB）用于永久性存儲應(yīng)用程序、原始數(shù)據(jù)或表格常數(shù)隨機(jī)存取存取器RAM（256B）用于程序運行中存儲工作變量和數(shù)據(jù)3、并行輸入/輸出口用作系統(tǒng)總線、I/O接口芯片。MCS－51單片機(jī)共有4個8位的I/O口（P0、P1、P2和P3），每一條I/O線都能獨立地用作輸入或輸出。MCS－51系列單片機(jī)的存儲器包括數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器，其主要特點是尋址空間是相互獨立的，物理結(jié)構(gòu)也不相同。2.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1、中央處理單元CPUMCS1112.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)4.定時器/計數(shù)器T（16位增量可編程）MCS－51單片機(jī)片內(nèi)有兩個16位的定時/計數(shù)器，即定時器0和定時器1。它與CPU之間各自獨立工作，當(dāng)它計數(shù)滿時向CPU中斷。它們可以用于定時控制、延時以及對外部事件的計數(shù)和檢測等5.串行I/O口UART（二線）MCS－51單片機(jī)具有一個采用通用異步工作方式的全雙工串行通信接口，可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。它具有兩個相互獨立的接收、發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器，兩個緩沖器共用一個地址（99H），發(fā)送緩沖器只能寫入，不能讀出，接收緩沖器只能讀出，不能寫入。它可以用于串行通信、擴(kuò)展I/O接口芯片。6、中斷系統(tǒng)五源中斷、兩級優(yōu)先，可編程進(jìn)行控制2.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)4.定時器/計數(shù)器T（161122.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)7.時鐘電路MCS－51芯片內(nèi)部有時鐘電路，但晶體振蕩器和微調(diào)電容必須外接。時鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時鐘脈沖序列，振蕩器的頻率范圍為1.2MHz~12MHz，典型取值為6MHz。80C51可高達(dá)40MHz8.總線以上所有組成部分都是通過總線連接起來，從而構(gòu)成一個完整的單片機(jī)。系統(tǒng)的地址信號、數(shù)據(jù)信號和控制信號都是通過總線傳送的，總線結(jié)構(gòu)減少了單片機(jī)的連線和引腳，提高了集成度和可靠性。內(nèi)部采用單總線；外部采用三總線。2.1.2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)7.時鐘電路1132.3存儲器組織馮·諾依曼結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)共用一個存儲器邏輯空間，統(tǒng)一編址；公用相同的尋址方式、尋址空間和控制系統(tǒng)。哈佛結(jié)構(gòu)：程序與數(shù)據(jù)分為兩個獨立存儲器邏輯空間，分開編址；各有自己的尋址方式、尋址空間和控制系統(tǒng)。2.32.3存儲器組織馮·諾依曼結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)共用一個存儲1142.3.1、80C51存儲器特點物理結(jié)構(gòu)上4個存儲器地址空間：片內(nèi)程序存儲器空間片外程序存儲器空間片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器空間片外數(shù)據(jù)存儲器空間從用戶使用的角度，即邏輯上3個存儲器地址空間：256B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器00H~FFH64KB片外數(shù)據(jù)存儲器0000H~FFFFH64KB片內(nèi)、片外統(tǒng)一程序存儲器0000H~FFFFH2.3.1、80C51存儲器特點物理結(jié)構(gòu)上4個存儲器地址空1152.3.1、80C51存儲器特點2.3.1、80C51存儲器特點116數(shù)據(jù)存儲器的總體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲器用來存放運算的中間結(jié)果、標(biāo)志位，及數(shù)據(jù)的暫存和緩沖等。數(shù)據(jù)存儲器也分為片內(nèi)RAM和片外RAM兩部分：相對獨立，分別編址;片內(nèi)RAM(256B)地址總線寬度為8位地址范圍為00H~FFH地址指針用@R0@R1訪問時用“MOV”指令可分為數(shù)據(jù)RAM區(qū)和SFR區(qū)片外RAM(64K)地址總線寬度為16位地址范圍為0000H~FFFFH地址指針用@DPTR@R0@R1訪問時只能用“MOVX”指令與擴(kuò)展I/O接口共用RAM2.32.3.2、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器的總體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲器也分為片內(nèi)RAM和片外RA117

2.3.2、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器2.3.2、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器1181、片內(nèi)RAM(256B)片內(nèi)RAM在物理上又分為兩個獨立的功能不同的區(qū)域：（1）片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū)51子系列地址空間為低128B地址范圍為00H~7FH52子系列地址空間為256B地址范圍為00H~FFH00H~7FH可直接、間接尋址80H~FFH只能可用間接尋址（2）特殊功能寄存器區(qū)(SFR)地址空間為高128B地址范圍為80H~FFH只能用直接尋址訪問1、片內(nèi)RAM(256B)片內(nèi)RAM在物理上又分為兩個獨立的119(1)、片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū)工作寄存器區(qū)：分四個R組字節(jié)地址：00H～1FH每組由R0R1R2R3R4R5R6R7組成R0、R1可作間接尋址的地址指針由PWS的RS1R