單片機原理與接口技術(shù)-80C51-單片機的硬件結(jié)構(gòu)

單片機原理與接口技術(shù)80C51單片機的硬件結(jié)構(gòu)

外婆打電話給爸爸媽媽，從電話里頭得知，今晚要吃鵝，原因是鵝太難養(yǎng)了。就是昨天放的那只鵝。一回到外婆家，我就把大人們要吃鵝的消息告訴了大表弟，大表弟聽后，問我：“為什么要吃鵝？”“好像是因為鵝太難養(yǎng)了?！蔽译y過的說。說罷，我便拉著大表弟的手，往廚房里跑，鍋上正燉著鵝。大表弟又去問了問外婆，回來后得知的消息也就是我剛剛告訴大表弟的話。因為我們都跟鵝一起玩過，所以，我們決定不吃鵝了。臨近晚飯了，我見大表弟和小表弟還沒有去廚房吃飯，就拉著他們的手，叫他們在外面等一下，召開“不吃鵝計劃”會議，待大人們都離開了我們的旁邊，我便開始主持會議了。“等一下千萬不能吃鵝！聽懂了嗎？”我小聲的對表弟們說。表弟們點點頭，齊聲回答：“我們絕對不吃鵝！”再次吩咐了幾遍，我才放心的帶著他們進了廚房。吃飯的時候，大人們總是叫我們吃鵝，我們總是搖搖頭，讓給大人們吃，就算大人們逼著我們吃，我們還是不會吃的！大人們見我們這幾個小孩都不吃鵝，都笑了，他們都覺得，表弟們是受我影響，才決定不吃鵝的。大表弟的行動很滑稽，他一直在嘴里念叨著“堅決不吃鵝！”姨姨聽了他的話，剛開始還點點頭，后來實在忍不住了，就說：“別再念叨啦！我們都知道你不吃鵝了?！背酝觑埡?，媽媽又叫我喝湯，我害怕這是鵝湯，就仔細觀察了一番，確認是骨頭湯后，才肯喝湯。單片機原理與接口技術(shù)80C51單片機的硬件結(jié)構(gòu)單片機原理與接口技術(shù)80C51單片機的硬件結(jié)構(gòu)外婆打電話給爸爸媽媽，從電話里頭得知，今晚要吃鵝，原因是鵝太難養(yǎng)了。就是昨天放的那只鵝。一回到外婆家，我就把大人們要吃鵝的消息告訴了大表弟，大表弟聽后，問我：“為什么要吃鵝？”“好像是因為鵝太難養(yǎng)了?！蔽译y過的說。說罷，我便拉著大表弟的手，往廚房里跑，鍋上正燉著鵝。大表弟又去問了問外婆，回來后得知的消息也就是我剛剛告訴大表弟的話。因為我們都跟鵝一起玩過，所以，我們決定不吃鵝了。臨近晚飯了，我見大表弟和小表弟還沒有去廚房吃飯，就拉著他們的手，叫他們在外面等一下，召開“不吃鵝計劃”會議，待大人們都離開了我們的旁邊，我便開始主持會議了?！暗纫幌虑f不能吃鵝！聽懂了嗎？”我小聲的對表弟們說。表弟們點點頭，齊聲回答：“我們絕對不吃鵝！”再次吩咐了幾遍，我才放心的帶著他們進了廚房。吃飯的時候，大人們總是叫我們吃鵝，我們總是搖搖頭，讓給大人們吃，就算大人們逼著我們吃，我們還是不會吃的！大人們見我們這幾個小孩都不吃鵝，都笑了，他們都覺得，表弟們是受我影響，才決定不吃鵝的。大表弟的行動很滑稽，他一直在嘴里念叨著“堅決不吃鵝！”姨姨聽了他的話，剛開始還點點頭，后來實在忍不住了，就說：“別再念叨啦！我們都知道你不吃鵝了?！背酝觑埡螅瑡寢層纸形液葴?，我害怕這是鵝湯，就仔細觀察了一番，確認是骨頭湯后，才肯喝湯。2.1單片機的概念單片微型計算機SCMC(SingleChipMicro-Computer)，是計算機、自動控制和大規(guī)模集成電路相結(jié)合的產(chǎn)物。還有其他的稱呼，如：微控制器（MCU），嵌入式微控制器（EMCU），嵌入式微處理器（EMP）等。目前使用最多的仍是8位單片機。在8位單片機中80c51的使用更為廣泛。本教材也是以80c51為基礎(chǔ)。docin/sundae_meng2.1單片機的概念

單片微型計算機SCMC(SingleChipMicro-Computer)，是計算機、自動控制和大規(guī)模集成電路相結(jié)合的產(chǎn)物。還有其他的稱呼，如：微控制器（MCU），嵌入式微控制器（EMCU），嵌入式微處理器（EMP）等。目前使用最多的仍是8位單片機。在8位單片機中80c51的使用更為廣泛。本教材也是以80c51為基礎(chǔ)。docin/sundae_meng2單片機的特點：（1）小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化。能組裝成各種智能式測控設(shè)備及智能儀器儀表。（2）可靠性好，應(yīng)用范圍廣。單片機芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，抗干擾性強，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，這是其他機種無法比擬的。（3）易擴展，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，控制功能強。單片機的邏輯控制功能很強，指令系統(tǒng)有各種控制功能指令，可以對邏輯功能比較復(fù)雜的系統(tǒng)進行控制。（4）具有通訊功能，可以很方便地實現(xiàn)多機和分布式控制，形成控制網(wǎng)絡(luò)和遠程控制。docin/sundae_meng3單片機的應(yīng)用（1）工業(yè)方面：各種測控系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，工業(yè)機器人，智能化儀器，機、電一體化產(chǎn)品。（2）智能儀器儀表方面。（3）通訊方面：調(diào)制解調(diào)器、程控交換技術(shù)等。（4）消費產(chǎn)品方面：電動玩具、錄像機、激光唱機。（5）導(dǎo)彈與控制方面：導(dǎo)彈控制、魚雷制導(dǎo)控制、智能武器裝備、飛機導(dǎo)航系統(tǒng)。（6）計算機外部設(shè)備及電器方面：打印機、硬盤驅(qū)動器、彩色與黑白復(fù)印機、磁帶機等。（7）多機分布式系統(tǒng)：可用單片機構(gòu)成分布式測控系統(tǒng)，它使單片機應(yīng)用進入了一個全新的階段。（測控系統(tǒng)，智能儀表，智能玩具，計算機外設(shè)）docin/sundae_meng4.典型單片機產(chǎn)品簡介(1)MCS-51單片機系列

MCS-51可分為兩個子系列和4種類型，按資源的配置數(shù)量，MCS-51系列分為51和52兩個子系列，其中51子系列是基本型，而52子系列屬于增強型。

資源配置子系列片內(nèi)ROM的形式片內(nèi)ROM容量片內(nèi)RAM容量定時器與計數(shù)器中斷源無ROMEPROME2PROM8×51系列80318051875189514KB128B2×1658×C51系列80C3180C5187C5189C514KB128B2×1658×52系列80328052875289528KB256B3×1668×C252系列80C23280C25287C25289C2528KB256B3×167docin/sundae_meng80C51與8051的比較（1）MCS-51系列芯片采用HMOS工藝，而80C51芯片則采用CHMOS工藝。CHMOS工藝是CMOS和HMOS的結(jié)合，（2）80C51芯片具有CMOS低功耗的特點。例如8051芯片的功耗為630mW,而80C51的功耗只有120mW。（3）80C51在功能增加了待機和掉電保護兩種工作方式，以保證單片機在掉電情況下能以最低的消耗電流維持。（4）此外，在80C51系列芯片中，內(nèi)部程序存儲器除了ROM型和EPROM型外，還有E2PROM型，例如89C51就有4KBE2PROM。并且隨著集成技術(shù)的提高，80C51系列片內(nèi)程序存儲器的容量也越來越大，目前已有64KB的芯片了。另外，許多80C51芯片還具有程序存儲器保密機制，以防止應(yīng)用程序泄密或被復(fù)制。docin/sundae_meng80C51芯片邏輯結(jié)構(gòu)圖docin/sundae_meng1.CPUCPU即中央處理器的簡稱，是單片機的核心部件，它完成各種運算和控制操作，CPU由運算器和控制器兩部分電路組成。（1）運算器電路運算器電路包括ALU（算術(shù)邏輯單元）、ACC（累加器）、B寄存器、狀態(tài)寄存器、暫存器1和暫存器2等部件，運算器的功能是進行算術(shù)運算和邏輯運算。

docin/sundae_meng（2）控制器電路控制器電路包括程序計數(shù)器PC、PC加1寄存器、指令寄存器、指令譯碼器、數(shù)據(jù)指針DPTR、堆棧指針SP、緩沖器以及定時與控制電路等。控制電路完成指揮控制工作，協(xié)調(diào)單片機各部分正常工作。2.存儲器

80C51單片機的存儲器包括數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器，其主要特點是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的尋址空間是相互獨立的，物理結(jié)構(gòu)也不相同。

內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器包括RAM和RAM地址寄存器，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器一般指前128個單元，高128個用于專用寄存器。內(nèi)部程序存儲器包括ROM和ROM地址寄存器，80C51有4kROM存放程序。docin/sundae_meng3.定時器/計數(shù)器

MCS－51單片機片內(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。4.并行I/O口

80C51單片機共有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。5.串行I/O口

80C51單片機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)。docin/sundae_meng6.中斷控制系統(tǒng)

80C51共有5個中斷源，即外中斷2個，定時/計數(shù)中斷2個，串行中斷1個。7.時鐘電路

80C51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。時鐘電路為單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列，振蕩器的頻率范圍為1.2MHz～33MHz，典型取值為6MHz。8.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。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)減少了單片機的連線和引腳，提高了集成度和可靠性。

docin/sundae_meng2.2.280C51單片機的封裝與信號引腳

1.芯片封裝形式圖2.2為MCS－51系列單片機引腳圖及邏輯符號，它們?yōu)闃藴实?0腳DIP封裝。docin/sundae_meng1.

輸入／輸出口線

P0口（P0.0～P0.7）：該端口為漏極開路的8位準雙向口，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位準雙向I/O口，P1口的驅(qū)動能力為4個LSTTL負載。

P2口（P2.0～P2.7）：它為一個內(nèi)部帶上拉電阻的8位準雙向I/O口，P2口的驅(qū)動能力也為4個LSTTL負載。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.芯片引腳介紹docin/sundae_meng地址鎖存允許信號ALE

系統(tǒng)擴展時，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)與低位地址的復(fù)用。此外,ALE是以六分之一晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。docin/sundae_meng

外部程序存儲器讀選通信號

/PSEN是讀外部程序存儲器的選通信號，低電平有效。訪問程序存儲器控制信號當為高電平時，CPU執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令，但當PC中的值超過0FFFH時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲器指令。當為低電平時，CPU只執(zhí)行片外程序存儲器指令。復(fù)位信號RST

該信號高電平有效，在輸入端保持兩個機器周期的高電平后，就可以完成復(fù)位操作。docin/sundae_meng

時鐘電路引腳XTAL1和XTAL2XTAL1：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，該引腳外部時鐘的輸入端。

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，該引腳必須懸空。電源引腳Vcc和VssVcc：電源端，接＋5V。Vss：接地端。

docin/sundae_meng“復(fù)用”即給一些信號引腳賦予雙重功能。第二功能信號定義主要集中在P3口線中，另外再加上幾個其它信號線。

EPROM存儲器程序固化所需要的信號編程脈沖：30腳（ALE/PROG）編程電壓（25V）：31腳（EA/Vpp)

備用電源引入備用電源是通過9腳（RST/VPD）引入的。當電源發(fā)生故障，電壓降低到下限值時，備用電源經(jīng)此端向內(nèi)部RAM提供電壓，以保護內(nèi)部RAM中的信息不丟失。3.芯片引腳的第二功能docin/sundae_mengP3口還具有第二功能，其引腳描述如表2.1。表2.1P3口線的第二功能口線特殊功能信號名稱P3.0RXD串行輸入口P3.1TXD串行輸出口P3.2外部中斷0輸入口P3.3外部中斷1輸入口P3.4T0定時器0外部輸入口P3.5T1定時器1外部輸入口P3.6WR寫選通輸出口P3.7RD讀選通輸出口docin/sundae_meng（2）引腳復(fù)用不會引起混亂第一功能與第二功能是不同工作方式下的信號，不會發(fā)生使用上的矛盾。說明：P3口線先按需要優(yōu)先選用它的第二功能，剩下不用的才作為I/O口線使用。docin/sundae_meng

2.380C51單片機的內(nèi)部存儲器ROM：存放程序或者始終要保留的數(shù)據(jù)（表格數(shù)據(jù)）。RAM：用來存放程序運行中所需要的常數(shù)和變量，全局數(shù)據(jù)也存放在RAM里。docin/sundae_meng

一般來說，單片機芯片的內(nèi)部包括數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器，先介紹數(shù)據(jù)存儲區(qū)。８０Ｃ５１單片機的數(shù)據(jù)存儲器共２５６個單元，劃分為兩部分：低１２８單元區(qū)和高１２８單元區(qū)，如圖２.３所示．圖2.380C51內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器配置圖docin/sundae_meng2.3.1內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128單元區(qū)

８０Ｃ５１的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128單元區(qū)，稱為內(nèi)部ＲＡＭ，地址為００Ｈ－７ＦＨ．按用途劃分為三個區(qū)。1、寄存器區(qū)

內(nèi)部RAM的前32個單元作為通用（工作）寄存器使用，地址為00H~1FH。分為4組，組號依次為0、1、2、3，每組有8個寄存器：R7~R0。任一時刻，cpu只能使用其中的一組寄存器，稱為當前工作寄存器組，由程序狀態(tài)字寄存器PSW中的RS1，RS0位的組合來決定。沒有選中的單元也可作為一般的數(shù)據(jù)緩存使用。系統(tǒng)上電復(fù)位時，默認選中第0組寄存器。

寄存器：1、可用8位地址尋址；2、在指令中既可用名稱表示，也可以使用單元地址表示。docin/sundae_meng2、位尋址區(qū)在工作寄存器后的16個數(shù)據(jù)單元（20H～2FH），它們既可以作為一般的數(shù)據(jù)單元使用，又可以按位對每個單元進行操作，因此這16個數(shù)據(jù)單元又稱作位尋址區(qū)。位尋址區(qū)共計128位，其位地址為00H～7FH。

位地址的表示方式：1位地址的形式；

2存儲單元地址加位的形式。docin/sundae_meng3.用戶RAM區(qū)在內(nèi)部RAM的低128個單元中，剩余的80個數(shù)據(jù)單元即30H～7FH為真正的用戶RAM區(qū)，對于這些區(qū)域，用戶只能以存儲單元的形式來使用，通常在應(yīng)用中也把堆棧開辟在這段區(qū)域。docin/sundae_meng2.3.2內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器高128單元區(qū)

內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的高128個單元是為專用寄存器提供的，因此該區(qū)也稱作特殊功能寄存器區(qū)（SFR），它們主要用于存放控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)。除去程序計數(shù)器PC外，還有21個特殊功能寄存器，其地址空間為80H～FFH。這21個寄存器中有11個特殊功能寄存器具有位尋址能力，它們的字節(jié)地址剛好能被8整除。下面將對部分專用寄存器作簡要介紹。docin/sundae_meng（1）累加器A（或ACC----ACCumulator）

累加器為8位寄存器，是程序中最常用的專用寄存器，在指令系統(tǒng)中累加器的助記符為A。存放操作數(shù)。大部分單操作數(shù)指令的操作取自累加器，很多雙操作數(shù)指令的一個操作數(shù)也取自累加器。運算結(jié)果的暫存單元。加、減乘和除等算術(shù)運算指令的運算結(jié)果都存放在累加器A或AB寄存器中。數(shù)據(jù)傳送的中轉(zhuǎn)站。在變址尋址方式中累加器被作為變址寄存器使用在MCS－51中由于只有一個累加器，而單片機中的大部分數(shù)據(jù)操作都是通過累加器進行的，故累加器的使用是十分頻繁的。1.專用寄存器簡介docin/sundae_meng(2）B寄存器（Bregister）

B寄存器為8位寄存器，主要用于乘除指令中。乘法指令的兩個操作數(shù)分別取自累加器A和寄存器B，其中B為乘數(shù)，乘法結(jié)果的高8位存放于寄存器B中。除法指令中，被除數(shù)取自A，除數(shù)取自B，除法的結(jié)果商數(shù)存放于A，余數(shù)存放于B中。在其它指令中，B寄存器也可作為一般的數(shù)據(jù)單元來使用。（3）程序狀態(tài)字（PSW----ProgramStatusWord）程序狀態(tài)字是一個8位寄存器，用于寄存指令執(zhí)行的狀態(tài)信息。在狀態(tài)字中，有些位狀態(tài)是根據(jù)指令執(zhí)行結(jié)果，由硬件自動完成設(shè)置的，而有些狀態(tài)位則必須通過軟件方法設(shè)定。PSW中的每個狀態(tài)位都可由軟件讀出，PSW的各位定義如下。

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位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位標志CYACF0RS1RS0OV/ PCY（PSW.7)-進位標志位在執(zhí)行某些算術(shù)和邏輯指令時，可以被硬件或軟件置位或清零。在算術(shù)運算中它可作為進位標志（加法進位，減法借位，在位操作（在位傳送、位與、位或等）中作累加器使用，移位操作中用于構(gòu)成循環(huán)移位通路）docin/sundae_meng

位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位標志CYACF0RS1RS0OV/ PAC(PSW.6)-輔助進位標志位（半進位標志位）進行加法或減法操作時，當發(fā)生低四位向高四位進位或借位時，AC由硬件置位，否則AC位被置“0”。在進行十進制調(diào)整指令時，將借助AC狀態(tài)進行判斷。docin/sundae_meng

位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位標志CYACF0RS1RS0OV/ PF0(PSW.6)-用戶標志位該位為用戶定義的狀態(tài)標記，用戶根據(jù)需要用軟件對其置位或清零，也可以用軟件測試F0來控制程序的跳轉(zhuǎn)。docin/sundae_meng

位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位標志CYACF0RS1RS0OV/ PRS1和RS0(PSW.4和PSW.3)-寄存器組選擇位該兩位通過軟件置“0”或“1”來選擇當前工作寄存器組。表2.3寄存器組選擇docin/sundae_meng

位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位標志CYACF0RS1RS0OV/ POV（PSW.2)-溢出標志位當執(zhí)行算術(shù)指令時，由硬件置位或清零來指示溢出狀態(tài)。加減運算(有無符號數(shù)均可)中，OV＝1表示加減運算結(jié)果超出了累加器A所能表示的符號數(shù)有效范圍（－128～＋127），即運算結(jié)果是錯誤的，反之，OV＝0表示運算正確，即無溢出產(chǎn)生。無符號數(shù)乘法指令MUL的執(zhí)行結(jié)果也會影響溢出標志，若置于累加器A和寄存器B的兩個數(shù)的乘積超過了255，則OV＝1，反之OV＝0。由于乘積的高8位存放于B中，低8位存放于A中，OV＝0則意味著只要從A中取得乘積即可，否則要從BA寄存器對中取得乘積結(jié)果。在除法運算中，OV=1表示除數(shù)為0，除法不能進行；反之，OV=0，除數(shù)不為0，除法可正常進行。docin/sundae_meng

位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位標志CYACF0RS1RS0OV/ PP(PSW.0)-奇偶標志位每個指令周期由硬件來置位或清零用以表示累加器A中1的個數(shù)的奇偶性，若累加器中1的個數(shù)為奇數(shù)則P＝1，否則P＝0。docin/sundae_meng

（4）

數(shù)據(jù)指針DPTR

數(shù)據(jù)指針DPTR為一個16位的專用寄存器，其高位用DPH表示，其低位用DPL表示，它既可以作為一個16位的寄存器來使用，也可作為兩個8位的寄存器DPH和DPL使用。DPTR在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時既可用來存放16位地址，也可作地址指針使用。如MOVXDPTR，A。（5）I/O端口P0～P3P0～P3為四個8位的特殊功能寄存器，分別是四個并行I/O端口的鎖存器，當I/O端口的某一位用作輸入時，對應(yīng)的鎖存器必須先置“1”。

docin/sundae_meng（6）

定時器/計數(shù)器在MCS－51中，除8032/8052外都只有兩個16位定時器/計數(shù)器T0和T1，它們由兩個相互獨立的8位寄存器組成TH和TL，共有四個獨立的寄存器TH0、TL0、TH1和TL1，只可對這四個寄存器獨立尋址，而不能作為一個16位寄存器來尋址。

（7）

串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF用于存放將要發(fā)送或已接收的數(shù)據(jù)，它由發(fā)送緩沖器和接收緩沖器組成，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)被送入SBUF時進入發(fā)送緩沖器，反之進入接收緩沖器。

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2.專用寄存器的單元尋址及位尋址docin/sundae_meng

說明：對專用寄存器只能使用直接尋址方式，在指令中既可使用寄存器符號表示，也可使用寄存器地址表示。在21個可尋址的專用寄存器中，有11個寄存器是可以位尋址的。專用寄存器的83個可尋址位加上位尋址區(qū)的128個通用位，構(gòu)成位處理器的整個數(shù)據(jù)位存儲空間。docin/sundae_meng3.程序計數(shù)器PC（ProgramCounter）

PC是一個16位的計數(shù)器。其內(nèi)容為將要執(zhí)行的指令地址，尋址范圍達64KB。PC有自動加1功能，以實現(xiàn)程序的順序執(zhí)行。PC沒有地址，是不可尋址的，因此用戶無法對它進行讀寫。但在執(zhí)行轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令時能自動改變其內(nèi)容，以改變程序的執(zhí)行順序。docin/sundae_meng2.3.3堆棧操作堆棧是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。所謂堆棧，就是只允許在其一端進行數(shù)據(jù)插入和數(shù)據(jù)刪除操作的線性表。數(shù)據(jù)寫入堆棧稱為入棧（PUSH）。數(shù)據(jù)從堆棧中讀出稱之出棧(POP)。數(shù)據(jù)操作規(guī)則：“后進先出”LIFO。即先入棧的數(shù)據(jù)由于存放在棧的底部，因此后出棧；而后入棧的數(shù)據(jù)存放在棧的頂部，因此先出棧。1、堆棧的功用堆棧主要是為子程序調(diào)用和中斷操作而設(shè)立的。其具體功能有兩個：保護斷點和保護現(xiàn)場。docin/sundae_meng2、堆棧的開辟堆棧只能開辟在芯片的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器中，即所謂的內(nèi)堆棧形式。3、堆棧指針堆棧指針SP（StackPointer）的內(nèi)容是堆棧棧頂?shù)拇鎯卧刂?。SP是一個8位寄存器。說明：系統(tǒng)復(fù)位后，SP的內(nèi)容為07H，但由于堆棧最好在內(nèi)部RAM的30H～7FH單元中開辟，所以在程序設(shè)計時應(yīng)注意把SP值初始化為30H以后。docin/sundae_meng

圖2.4兩種不同類型的堆棧結(jié)構(gòu)4、堆棧類型80c51使用向上生長型堆棧，操作規(guī)則如下：進棧操作：先SP加1，后寫入數(shù)據(jù)。出棧操作：先讀出數(shù)據(jù)，后SP減1。docin/sundae_meng5.堆棧使用方式堆棧的使用有兩種方式。自動方式：即在調(diào)用子程序或中斷時，返回地址（斷點）自動進棧。程序返回時，斷點再自動彈回PC。指令方式：即使用專用的堆棧操作指令，進行進出棧操作。其進棧指令為PUSH，出棧指令為POP。例如保護現(xiàn)場就是指令方式進行操作。docin/sundae_meng2.3.4內(nèi)部程序存儲器在MCS－51系列中，程序存儲器被用來存放程序、常數(shù)或表格等。在80C51中，其片內(nèi)有4K字節(jié)的ROM存儲單元，地址為0000H～0FFFH。87C51有4K字節(jié)的EPROM，而80C52和87C52則有8K字節(jié)的片內(nèi)存儲器。80C31和80C32無片內(nèi)程序存儲器，所以片內(nèi)程序存儲器的有無是區(qū)分芯片的主要標志。

MCS－51系列設(shè)置信號引腳,以其電平狀態(tài)來區(qū)分程序存儲器的有無。無片內(nèi)程序存儲器，接地，有片內(nèi)程序存儲器，接高電平。

docin/sundae_meng如何工作：程序計數(shù)器（PC），也叫PC指針，是取指地址。上電復(fù)位后內(nèi)容為0000H，即從0000H地址的指令順序執(zhí)行，最大為FFFFH，所以程序空間為64K。64K空間分為片內(nèi)ROM和片外ROM，但統(tǒng)一編址。

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在64K的程序存儲器中，有一組保留單元0000H～002AH，其中0000H～0002H為系統(tǒng)的啟動單元。剩下0003H～002AH均勻分為5個特殊的單元，存放5種中斷源的中斷地址區(qū)：

外部中斷0入口地址 0003H定時器0中斷入口地址 000BH外部中斷1入口地址 0013H定時器1中斷入口地址 001BH串行口中斷入口地址0023Hdocin/sundae_meng80C51單片機具有4個8位雙向并行端口（P0～P3），共32根1/O口線。每一根1/O口線都能獨立地用作輸入或輸出。這4個端口是單片機與外部設(shè)備進行信息（數(shù)據(jù)、地址、控制信號）交換的輸人或輸出通道。可以按字節(jié)尋址外，還可以按位尋址。2.480C51單片機的并行I/O口docin/sundae_meng2.4.1P0口邏輯結(jié)構(gòu)

P0口地址為80H，位地址為80H-87H。P0口各位口線的邏輯結(jié)構(gòu)，由一個鎖存器、兩個三態(tài)輸入緩沖器、一個多路復(fù)用開關(guān)以及控制電路和驅(qū)動電路等組成。

P0口可以作為輸入輸出口，在實際應(yīng)用中它通常作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線。在訪問外部存儲器時，P0口為真正的雙向口.docin/sundae_meng2.4.2P1口邏輯結(jié)構(gòu)

P1口地址為90H，位地址為90H-97H。只能作為通用數(shù)據(jù)I/O口使用，電路邏輯如下圖：P1口是一個準雙向口，通常作為I/O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。docin/sundae_meng2.4.3P2口邏輯結(jié)構(gòu)

P2口地址為A0H，位地址為A0H-A7H。 既可做通用I/O口，又可作系統(tǒng)高位地址線，某一位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與P0類似。docin/sundae_meng2.4.4P3口邏輯結(jié)構(gòu)

P3口地址為B0H，位地址為B0H-B7H。 雖然可做通用I/O口，但在實際應(yīng)用中，它的第二功能信號更為重要，某一位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖：docin/sundae_meng2.580C51單片機的時鐘與定時

單片機本身是一個復(fù)雜的同步時序系統(tǒng)，為保證同步工作方式的實現(xiàn)，單片機必須有時鐘信號，以使其系統(tǒng)在時鐘信號的控制下按時序協(xié)調(diào)工作。時序是指令執(zhí)行過程中各信號之間的相互時間關(guān)系。

2.5.1時鐘電路單片機的時鐘電路由振蕩電路和分頻電路組成。

1.振蕩電路在80C51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2，在芯片的外部通過這兩個引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。如圖2.9所示。docin/sundae_meng

圖2.980C51單片機的振蕩電路

電路中的電容一般取30pF左右，而晶體的振蕩頻率范圍通常是1.2MHz～33MHz。docin/sundae_meng2.分頻電路振蕩電路產(chǎn)生的振蕩信號并不直接為單片機所用，要進行分頻，以得到單片機各種相關(guān)的時鐘信號。docin/sundae_meng3.晶振頻率1.2~33MHz。晶振頻率高，系統(tǒng)時鐘頻率就高，單片機運行速度就快。

4.從外部引入脈沖信號驅(qū)動時鐘電路除了由振蕩電路產(chǎn)生高頻振蕩信號外，還可從外部脈沖源直接引入。在由多片單片機組成的系統(tǒng)中，為了各單片機之間時鐘信號的同步，引入唯一的外部脈沖信號作為各單片機的振蕩脈沖。

docin/sundae_meng2.5.2定時單位

時序的定時單位共有4個，從小到大依次是：拍節(jié)、狀態(tài)、機器周期和指令周期。1.振蕩周期振蕩周期指為單片機提供定時信號的振蕩源的周期或外部輸入時鐘的周期，振蕩周期即為拍節(jié)（P）。2.時鐘周期時鐘周期又稱作狀態(tài)周期或狀態(tài)時間S，它是振蕩周期的兩倍，它分為P1節(jié)拍和P2節(jié)拍，通常在P1節(jié)拍完成算術(shù)邏輯操作，在P2節(jié)拍完成內(nèi)部寄存器之間的傳送操作。docin/sundae_meng3.機器周期一個機器周期由6個狀態(tài)組成，如果把一條指令的執(zhí)行過程分作幾個基本操作，則將完成一個基本操作所需的時間稱作機器周期。單片機的單周期指令執(zhí)行時間就為一個機器周期。4.指令周期指令周期是最大的時序單位，即執(zhí)行一條指令所占用的全部時間，通常為1個、2個、4個機器周期。練習(xí)1、一個機器周期=

個振蕩周期=

個時鐘周期。2、在MCS－51單片機中，如果采用6MHz晶振，1個機器周期為

。docin/sundae_meng2.680C51單片機的系統(tǒng)復(fù)位

復(fù)位是單片機的硬件初始化操作。復(fù)位后，單片機才能開始正常工作。RST引腳是復(fù)位信號的輸入端，復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)2個機器周期以上。2.6.1復(fù)位方式與初始化狀

1.復(fù)位方式（1）加電復(fù)位：通過專用的復(fù)位電路產(chǎn)生復(fù)位信號。開機加電時，系統(tǒng)自動完成（2）手動復(fù)位：一次重新啟動操作。（死機、死循環(huán)或程序“跑飛”）

在實際應(yīng)用中，總是把加電復(fù)位和手動復(fù)位結(jié)合在一起，形成一個綜合的復(fù)位電路。

docin/sundae_meng2.初始化狀態(tài)

復(fù)位后的片內(nèi)狀態(tài)為ALE信號變?yōu)闊o效狀態(tài)，變?yōu)闊o效狀態(tài)，ALE=0，=1.docin/sundae_meng2.6.2復(fù)位電路1.復(fù)位電路概述使用過的復(fù)位電路：積分電路型、微分電路型、比較型和看門狗型。常用前兩種。（1）積分電路型用于產(chǎn)生低電平復(fù)位信號，見下圖。

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（2）微分電路型用于產(chǎn)生高電平復(fù)位信號，見下圖。docin/sundae_meng

2.80C51基本復(fù)位電路按健手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。上電自動復(fù)位是通