第2章 80C51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

1、第2章 80C51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)第2.1節(jié) 單片機(jī)的概念2.1.1 單片機(jī)基本概念一、單片機(jī)的概念計(jì)算機(jī)的組成：指由中央處理器CPU(Central Processing Unit)、只讀存儲(chǔ)器ROM（Read Only Memory）、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM（Random Access Memory）、中斷系統(tǒng)（Interrupt System）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（Timer/Counter）、I/O(Input/Output)接口。如下圖所示：CPUROMRAMT/C時(shí)鐘電路I/O1I/O2I/On總線圖11 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組成在計(jì)算機(jī)中，這些基本單元都是分別制作成獨(dú)立功能的芯片，它們分別單獨(dú)封

2、裝，然后通過外部的總線把它們連接起來，構(gòu)成一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)。單片機(jī)的組成：將計(jì)算機(jī)的基本組成部分集成在一個(gè)芯片或一個(gè)完整封裝的器件內(nèi)。雖然單片機(jī)僅僅是一個(gè)芯片，但從組成功能上看，它已經(jīng)具備了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本屬性。因此，也把它稱為微型單片計(jì)算機(jī)。單片機(jī)主要應(yīng)用于控制領(lǐng)域，用于實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的測(cè)量和控制功能。為強(qiáng)調(diào)其控制屬性，有的地方也把單片機(jī)稱為微控制器(MCU, Micro Controller Unit);單片機(jī)在應(yīng)用時(shí)，常常在控制系統(tǒng)中處于核心的地位，并融入其中，即嵌入式系統(tǒng)。為強(qiáng)調(diào)其嵌入式特性，有時(shí)也稱它為嵌入式微控制器（EMCU，Embedded Micro Controller Uni

3、t）。單片機(jī)系統(tǒng)：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)是在單片機(jī)芯片的基礎(chǔ)上擴(kuò)展其它電路構(gòu)成的具有一定應(yīng)用功能的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。也就是說，需要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行二次開發(fā)。二、通用單片機(jī)和專用單片機(jī)根據(jù)控制應(yīng)用的需要，可以將單片機(jī)分成為通用型和專用型兩種類型。通用型單片機(jī)是一種基本芯片，它的內(nèi)部資源比較豐富，性能全面且適用性強(qiáng)，能覆蓋多種應(yīng)用需求。用戶可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成各種不同應(yīng)用的控制系統(tǒng)，即通用單片機(jī)有一個(gè)再設(shè)計(jì)的過程。（本書所介紹的均為通用型單片機(jī)！）專用單片機(jī)芯片是針對(duì)一種產(chǎn)品或一種控制應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最簡(jiǎn)化、軟硬件資源利用的最優(yōu)化、可靠性和成本的最佳化等方面都作了通盤的考慮和論證，所以專用單片

4、機(jī)具有十分明顯的綜合優(yōu)勢(shì)。例如電度表和IC卡讀寫器上的單片機(jī)等。三、單片機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)通常是指芯片本身。單片機(jī)系統(tǒng)則是在單片機(jī)芯片的基礎(chǔ)上擴(kuò)展其它電路或芯片構(gòu)成的具有一定應(yīng)用功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在單片機(jī)系統(tǒng)中，單片機(jī)處于核心地位，是構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件基礎(chǔ)。（通常我們所說的單片機(jī)系統(tǒng)都是為實(shí)現(xiàn)某一控制應(yīng)用需要由用戶設(shè)計(jì)的，是一個(gè)圍繞單片機(jī)芯片而組建的計(jì)算機(jī)控制應(yīng)用系統(tǒng)。學(xué)習(xí)單片機(jī)，既要學(xué)習(xí)單片機(jī)（單片機(jī)內(nèi)部的組成和原理），也要學(xué)習(xí)單片機(jī)系統(tǒng)（單片機(jī)系統(tǒng)的組成方法）四、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是為控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，該系統(tǒng)與控制對(duì)象結(jié)合在一起使用，是單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的成

5、果。單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)調(diào)試的工具。主要有：邏輯分析儀：只能用于簡(jiǎn)單的單片機(jī)系統(tǒng)；微型計(jì)算機(jī)：用于復(fù)雜的單片機(jī)系統(tǒng)；在線仿真器：進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)和EPROM寫入。（這里要求大家了解：仿真器具有專一性，即不同型號(hào)的單片機(jī)芯片，需要相對(duì)應(yīng)的仿真器，仿真器與編程器的區(qū)別，簡(jiǎn)單地說，仿真器是用來調(diào)試程序；而編程器是將調(diào)試好的程序?qū)懙絉OM中去。也俗稱燒程序。也有集成了仿真和編程功能于一體的仿真器。仿真器與微機(jī)的區(qū)別：仿真器沒有復(fù)雜的操作系統(tǒng)，只有監(jiān)控程序的開發(fā)環(huán)境，另外一般也不具有匯編程序。故仿真器基本上都是和微機(jī)配合在一起使用。）五、單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和軟件（這里要問的

6、是：什么是單片機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言？主要指在單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，人們?yōu)閷?shí)現(xiàn)預(yù)想的控制功能而使用的語(yǔ)言，它有機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言等。其中匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言都是為方便高效編程而發(fā)展起來的語(yǔ)言。在實(shí)際的單片機(jī)系統(tǒng)中，它只能使用機(jī)器語(yǔ)言，因此程序員編寫的程序需要由編譯程序幫忙，將高級(jí)語(yǔ)言寫的程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言，這些也是仿真器完成的工作。而編譯好的機(jī)器語(yǔ)言如何到單片機(jī)的存儲(chǔ)器中去？依靠編程器。）機(jī)器語(yǔ)言是用二進(jìn)制代碼表示的單片機(jī)指令，用機(jī)器語(yǔ)言構(gòu)成的程序稱之為目標(biāo)程序。匯編語(yǔ)言是用符號(hào)表示的指令，匯編語(yǔ)言是對(duì)機(jī)器語(yǔ)言的改進(jìn)，是單片機(jī)最常用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。注意：這兩種語(yǔ)言均與單片機(jī)硬件關(guān)系密切，這就要求程

7、序設(shè)計(jì)人員必須精通單片機(jī)的硬件系統(tǒng)和指令系統(tǒng)。高級(jí)語(yǔ)言：編譯型語(yǔ)言有PL/M51、C-51、C、MBASIC-51等；解釋型的有MBASIC和MBASIC-52等。軟件：包括各類程序、數(shù)據(jù)以及相關(guān)的文檔資料。2.1.2 單片機(jī)的發(fā)展一、單片機(jī)的歷史及發(fā)展概況（略講！一兩句話簡(jiǎn)單提出即可。）根據(jù)單片機(jī)發(fā)展過程中各個(gè)階段的特點(diǎn)，（根據(jù)單片機(jī)的位數(shù)和內(nèi)部資源的多少來劃分，內(nèi)部資源主要是串行口、中斷源數(shù)量、定時(shí)器計(jì)數(shù)器、存儲(chǔ)器大小、相關(guān)接口A/D、D/A等）其發(fā)展歷史大概可劃分為以下四個(gè)階段：第一階段（19741976）：?jiǎn)纹瑱C(jī)的初級(jí)階段。因工藝限制，單片機(jī)采用雙片的形式，而且功能簡(jiǎn)單。第二階段（19

8、761978）：低性能單片機(jī)階段。以Intel公司制造的MCS-48系列單片機(jī)為代表第三階段（1978現(xiàn)在）：高性能單片機(jī)階段。這個(gè)階段推出的單片機(jī)普遍帶有串行I/O口，多級(jí)中斷處理系統(tǒng)，16位定時(shí)器計(jì)數(shù)器，片內(nèi)ROM、RAM容量加大，且尋址范圍可達(dá)64K字節(jié)，有的還內(nèi)置有A/D轉(zhuǎn)換器。這類單片機(jī)的代表是Intel公司的MCS-51系列，Motorola公司的6810和Zilog公司的Z8等。第四階段（1982現(xiàn)在）：8位單片機(jī)的鞏固發(fā)展以及16位單片機(jī)、32位單片機(jī)推出階段。此階段的主要特征是一方面發(fā)展16位單片機(jī)、32位單片機(jī)及專用型單片機(jī)；另一方面不斷完善高檔8位單片機(jī)，改善其結(jié)構(gòu)，以滿

9、足不同用戶的需要。16位單片機(jī)的典型產(chǎn)品如Intel公司生產(chǎn)的MCS-96系列單片機(jī)。而32位單片機(jī)除了具有更高的集成度外，其振蕩頻率已達(dá)20MHz或更高，這使32位單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理速度比16位單片機(jī)快許多，性能同8位、16位單片機(jī)相比，具有更大的優(yōu)越性。計(jì)算機(jī)廠家已投放市場(chǎng)的產(chǎn)品就有70多個(gè)系列，500多個(gè)品種。單片機(jī)的產(chǎn)品已占整個(gè)微機(jī)（包括一般的微處理器）產(chǎn)品的80%以上，其中8位單片機(jī)的產(chǎn)量又占整個(gè)單片機(jī)的產(chǎn)量的60%以上，因此可以看出，8位單片機(jī)在最近若干年里，在工業(yè)檢測(cè)、控制應(yīng)用方面將繼續(xù)占有一定的市場(chǎng)份額。(引子：MCS51單片機(jī)和8051、8031、89C51等的關(guān)系？我們平常老

10、是講8051，又有什么8031，現(xiàn)在又有89C51，它們之間究竟是什么關(guān)系?我們課本提到的80C51和它們又有什么關(guān)系呢？下面我們就來先來看看單片機(jī)的分類，從中尋找我們的答案！ )二、單片機(jī)的種類： INTEL公司：8位單片機(jī)：MCS-48, MCS-51系列。 16位單片機(jī)：MCS-96, MCS-196系列 MOTOROLA公司：68系列，68HC系列。 ZILOG公司： Z8系列 ATMEL公司：89系列 TI公司：MSP系列每個(gè)系列都包含若干個(gè)子系列或若干型號(hào)。通常MCS-51即8051系列。ROM工藝改進(jìn)后為80C51系列。1、MCS-51單片機(jī)系列MCS51為一個(gè)單片機(jī)系列產(chǎn)品，可

11、分為兩個(gè)子系列（51子系列和52子系列）和4種類型（8031、8051、8751、8951），如表11所示。它們的差異在于內(nèi)部資源配置不同（大小和ROM類型）。51子系列為基本型，而52子系列為增強(qiáng)型。2、80C51單片機(jī)系列80C51是在MCS-51基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，由于芯片型號(hào)眾多，把它單獨(dú)列為一個(gè)新的系列，代表當(dāng)前的8位單片機(jī)。后來許多半導(dǎo)體公司以80C51為核心，增加一些功能，并兼容MCS51，命名也顯得有些雜亂。新增的功能主要有：數(shù)模轉(zhuǎn)換器A/D，可編程計(jì)數(shù)器陣列PCA，監(jiān)視定時(shí)器WDT，高速I/O口，計(jì)數(shù)器的俘獲/比較邏輯等。MCS-51單片機(jī)中包含了10個(gè)子系列，每個(gè)子系列中又有

12、多種型號(hào)。型號(hào)ROM/EPROMRAMT/CI/O串行口速度（MHz）8051子系列8031無128232UART1280514K ROM128232UART1287514K EPROM128232UART128751BH4K OTP128232UART128052子系列8032無256332UART1280528K ROM256332UART1287528K EPROM或OTP256332UART1280C51子系列80C31無128232UART12,1680C514K EPROM128232UART12,1687C514K EPROM或OTP128232UART12,16,208051子

13、系列的差別在于：片內(nèi)是否具有ROM，以及ROM的制造工藝。ROM為掩模工藝型，EPROM為紫外線可擦除型，OTP為一次寫入型。UART：通用的異步串行接口。80C51子系列和8051子系列相比，主要差別在于：采用CMOS工藝制造，因此，功耗低得多。）3、80C51和8051的比較：兼容性；芯片工藝；8051為HMOS工藝（高速度、高密度、但功耗大），而80C51為CHMOS工藝（高速度、高密度、低功耗）；功能改進(jìn)；80C51降低功耗、增加待機(jī)和調(diào)電保護(hù)，ROM類型改進(jìn)和ROM容量增大。（到這里，我們對(duì)MCS51單片機(jī)和8051、8031、89C51等的關(guān)系應(yīng)該比較清除了吧！MCS51是指由美國(guó)

14、INTEL公司（對(duì)了，就是大名鼎鼎的INTEL）生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱，這一系列單片機(jī)包括了好些品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減、改變而來的，所以人們習(xí)慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機(jī)，而8031是前些年在我國(guó)最流行的單片機(jī)，所以很多場(chǎng)合會(huì)看到8031的名稱。INTEL公司將MCS51的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051為核心的單片機(jī)，當(dāng)然，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求，其中89C51就是這幾年在我國(guó)非常流行的單片機(jī)，它是由美國(guó)

15、ATMEL公司開發(fā)生產(chǎn)的。）三、單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域（一般了解）1、單片機(jī)的特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積??； 性能價(jià)格比高（即性價(jià)比高）； 可靠性高，功耗低；（集成封裝，受外界干擾小，功耗低，發(fā)熱小，壽命長(zhǎng)） 應(yīng)用范圍十分廣泛。2、單片機(jī)的應(yīng)用范圍：構(gòu)成智能化產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備的智能化，自動(dòng)化。智能化儀器儀表。（用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理，具有自動(dòng)化程度高，功耗小，抗干擾能力強(qiáng)）家用電器。（實(shí)現(xiàn)家用電器的智能化和自動(dòng)化）在計(jì)算機(jī)外設(shè)中的應(yīng)用。（打印機(jī)、鍵盤，軟盤驅(qū)動(dòng)器，光驅(qū)等外設(shè)均采用單片機(jī)進(jìn)行控制）在工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域中的應(yīng)用數(shù)據(jù)采集與處理；（工業(yè)上由單片機(jī)來構(gòu)建的測(cè)量控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)

16、采集與處理的智能化，多功能顯示，寬量程的自動(dòng)切換，取代傳統(tǒng)的模擬量顯示和手工切換，大大提高測(cè)量精度）工業(yè)過程控制；（實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的控制，如數(shù)控機(jī)床，工業(yè)機(jī)器人，生產(chǎn)流水線等，也可以用單片機(jī)作為它們的前端控制器使用。）。2.2、80C51單片機(jī)內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)（問題：計(jì)算機(jī)5大基本組成部分指：CPU, RAM，ROM，I/O，中斷系統(tǒng)？）2.2.1 80C51單片機(jī)內(nèi)部邏輯機(jī)構(gòu)圖2-1 80C51芯片邏輯結(jié)構(gòu)圖中央處理單元CPU CPU是單片機(jī)的核心，由運(yùn)算器和控制器組成，完成運(yùn)算和控制操作。（對(duì)照?qǐng)D2.1， CPU主要由運(yùn)算部件（即運(yùn)算器，由ALU, ACC, B, TEMP1, TEMP2,PS

17、W組成，）和控制部件（PC, PC+1寄存器，指令寄存器IP，指令譯碼器ID，定時(shí)控制電路和振蕩電路）（PC：用于外部取指令時(shí)所需要的地址，從ROM中取出指令代碼，送到指令寄存器，再經(jīng)過指令譯碼器，變成單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)序控制信號(hào)，這些信號(hào)對(duì)該條指令應(yīng)該完成的操作的內(nèi)部相應(yīng)部件起作用，以完成對(duì)應(yīng)的操作。執(zhí)行程序就是不斷重復(fù)這個(gè)過程）內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器即圖中的RAM，內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器包括了128字節(jié)8位的RAM和RAM地址寄存器。作用是存放運(yùn)算的中間結(jié)果以及數(shù)據(jù)的暫存。地址為00H7FH。（80C51內(nèi)部實(shí)際有256個(gè)RAM單元，但高128個(gè)單元是系統(tǒng)自己定義的專用寄存器，用戶不能“隨便”使用它們。因此常

18、將前128個(gè)單元稱為“內(nèi)部RAM”）內(nèi)部程序寄存器80C51內(nèi)部共有4KB掩模ROM，程序地址寄存器。8051或80C51不同型號(hào)的單片機(jī)，它們的ROM類型或者內(nèi)部是否有ROM存在差異。程序的地址總是從0000H開始。程序寄存器用于存放程序代碼和表格數(shù)據(jù)。定時(shí)/計(jì)數(shù)器80C51片內(nèi)有兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能和計(jì)數(shù)功能，并可以根據(jù)定時(shí)或計(jì)數(shù)的結(jié)果對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制。并行I/O口MCS-51共有四個(gè)8位并行I/O口，P0P3，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與外界交換信息。（對(duì)照?qǐng)D說明其位置。I/O口是單片機(jī)與外界進(jìn)行信息交互的通道）串行口MCS-51具有一個(gè)全雙工的串行口，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與其它的數(shù)據(jù)設(shè)

19、備如上位計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送。中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)是為了使單片機(jī)具有實(shí)時(shí)控制能力而設(shè)計(jì)的內(nèi)部電路。（5級(jí)中斷，INT0，INT1，T0， T1，串行口中斷。它們是通過P3并行口的第二功能實(shí)現(xiàn)輸入輸出的。）時(shí)鐘電路外接晶體振蕩器，產(chǎn)生振蕩脈沖，由定時(shí)電路產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖系列，它作為單片機(jī)的基本工作拍節(jié)，單片機(jī)是一個(gè)按照基本時(shí)序拍節(jié)來進(jìn)行工作的器件。外接的晶體振蕩器頻率要求一般為1.212MHz。位處理器（以PSW中的進(jìn)位標(biāo)志位C作為它的累加位，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)位的置位，復(fù)位，取反，判是否等于0轉(zhuǎn)移，是否等于1轉(zhuǎn)移，清零等，也可以與單片機(jī)內(nèi)部的可尋址位之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞，以及邏輯運(yùn)算等等。位操作也是通過運(yùn)算器

20、來實(shí)現(xiàn)的，圖2.1沒有畫出。）總線（總線在圖中以空心線頭表示的線段。系統(tǒng)的地址信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)，控制信號(hào)都是通過總線進(jìn)行傳送的，這樣的總線結(jié)構(gòu)減少了單片機(jī)的外部連線和引腳，提高單片機(jī)的集成度和可靠性，以上即是單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)組成。）2.2.2、MCS-51單片機(jī)封裝與信號(hào)引腳80C51有兩種封裝方式：雙列直插式DIP，方形扁平式封裝QFP。雙列直插式封裝芯片的引腳排列如圖2.2所示。（有關(guān)器件的封裝見：器件常見封裝.ppt）圖2.2 80C51單片機(jī)芯片引腳及芯片邏輯符號(hào)1.信號(hào)引腳介紹輸入輸出口線 P0.0P0.7 P0口8位雙向口線 P1.0P1.7 P1口8位雙向口線P2.0P2.7 P2

21、口8位雙向口線P3.0P3.7 P3口8位雙向口線ALE 地址鎖存控制信號(hào)功能：a）在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址送入鎖存器鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送。如圖所示。b）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(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)（問：引腳符號(hào)上面的橫杠“”表示什么意義？低電平或負(fù)跳變）在讀外部ROM時(shí)/PSEN有效（低電平），以實(shí)觀外部ROM單元的讀操作。 訪問程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)當(dāng)信號(hào)為低電平時(shí)，對(duì)ROM的讀操作限定在外部程序存儲(chǔ)器；當(dāng)信號(hào)為高電平時(shí)，對(duì)ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開始，并可延續(xù)至外部程序存

22、儲(chǔ)器。RST 復(fù)位信號(hào)當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位操作。（復(fù)位的意義是讓PC恢復(fù)到0000h，從程序開始處重新開始運(yùn)行。相關(guān)寄存器賦初值，如SP=07H，P1P3為FFH，其它寄存器均為00h）XTAL1和XTAL2外接晶體引線端當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。VSS地線Vcc5V電源2、信號(hào)引腳的第二功能（某些引腳定義了兩個(gè)功能，即引腳復(fù)用！） “復(fù)用”即給一些信號(hào)引腳賦予雙重功能。第二功能信號(hào)定義主要集中在P3口線中，另外再加上幾個(gè)其它信號(hào)線。1、常見的第二功能信號(hào)P3口線的

23、第二功能P3口8條口線都定義有第二功能，如表所示。EPROM存儲(chǔ)器程序固化所需要的信號(hào)編程脈沖：30腳（ALE/PROG）編程電壓（25V）：31腳（/Vpp)備用電源引入備用電源是通過9腳（RST/VPD）引入的。當(dāng)電源發(fā)生故障，電壓降低到下限值時(shí)，備用電源經(jīng)此端向內(nèi)部RAM提供電壓，以保護(hù)內(nèi)部RAM中的信息不丟失。說明：(問：為什么要“復(fù)用”？解決功能多與引腳數(shù)有限之間的矛盾，)a）第一功能信號(hào)與第二功能信號(hào)是單片機(jī)在不同工作方式下的信號(hào)，因此不會(huì)發(fā)生使用上的矛盾。b）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。（引腳表現(xiàn)的是單片機(jī)的外特性或硬件特性，用戶應(yīng)在了解

24、其特性的基礎(chǔ)上來使用它們，組建自己的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng),大家至少要認(rèn)識(shí)它們,最好熟記于心。）2.3、MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器（內(nèi)部存儲(chǔ)器包括內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，由于MCS-51系列單片機(jī)中，不同型號(hào)的單片機(jī)內(nèi)部RAM和ROM的存儲(chǔ)容量以及型式是不一樣的，為便于講解，我們以80C51為例，來作介紹。）1內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128單元（共256個(gè)單元，按照功能不同，通常劃分為兩個(gè)部分，）低128單元（單元地址00H7FH）高128單元（單元地址80HFFH）用戶RAM區(qū)位尋址區(qū)四組通用寄存器三組通用寄存器二組通用寄存器一組通用寄存器專用寄存器區(qū)00H08H10H18H20H30H7FH

25、FFH80H低128單元高128單元80C51內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器配置圖（低128單元是提供給用戶使用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元，我們稱之為內(nèi)部RAM，）寄存器區(qū)：內(nèi)部RAM的前32個(gè)單元作為寄存器使用，共分為四組，每組含8個(gè)寄存器，在組中按R7R0編號(hào)。地址：00H1FH單元。（任意時(shí)刻，CPU只能對(duì)其中一組寄存器進(jìn)行操作，正在使用的那組寄存器稱當(dāng)前寄存器組，）RS0、RS1決定當(dāng)前工作寄存器組。通用寄存器有兩種使用方法：MOV A, R0與MOV A, 00H位尋址區(qū)：片內(nèi)20H2FH（既可字節(jié)操作，又可位操作）位地址：00H7FH。（是位處理器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間）例如：清除位地址00H單元：CLR 00H

26、對(duì)字節(jié)單元清零不能使用CLR指令，只能采用： MOV 00H, #00H 或 ANL 00H, #00H用戶RAM區(qū)：供用戶使用的一般RAM區(qū)，其單元地址為30H7FH。對(duì)于用戶RAM區(qū)，只能以存儲(chǔ)單元（字節(jié)地址）的形式來使用，在一般應(yīng)用中常把堆棧開辟在此區(qū)中。2內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器高128單元（我們一般稱它們?yōu)閷Ｓ眉拇嫫鲄^(qū)或特殊功能寄存器區(qū)） 專用寄存器簡(jiǎn)介（用于存放相應(yīng)功能部件的控制命令、狀態(tài)或者數(shù)據(jù)，因此稱專用寄存器區(qū)。共22個(gè)，有21個(gè)可尋址，對(duì)其中的5個(gè)進(jìn)行介紹） 程序計(jì)數(shù)器（PC）(16位寄存器，尋址范圍達(dá)64K字節(jié)，自動(dòng)加1功能，實(shí)現(xiàn)順序執(zhí)行功能，沒有地址，不可尋址，用戶沒有辦法對(duì)它讀

27、寫，但在使用調(diào)用、轉(zhuǎn)移、返回等指令時(shí)，這些指令能夠自動(dòng)改變PC中的內(nèi)容，從而改變程序執(zhí)行的順序。例如：執(zhí)行 LCALL Addr16)PCPCPC158PC70SPSP+1SP+1（PC）+3 入棧LCALL Addr16PC中的數(shù)據(jù)為將要執(zhí)行的指令地址。累加器A（ACC）累加器為8位寄存器，地址為：E0H。作用： 用于存放操作數(shù)，是ALU輸入的一個(gè)重要來源； 是ALU運(yùn)算結(jié)果的暫存單元，用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果。 是數(shù)據(jù)傳送的中轉(zhuǎn)站，單片機(jī)中的大部分?jǐn)?shù)據(jù)傳送都是通過累加器進(jìn)行。 在變址尋址方式中把累加器作為變址寄存器使用。A：代表累加器的符號(hào)，而ACC代表累加器使用的寄存器單元的地址。 B寄存

28、器8位寄存器，主要用于乘除運(yùn)算。（當(dāng)然也可以作一般寄存器使用）乘法運(yùn)算：乘積的高8位存于B中，低8位存于A中。除法運(yùn)算：B中為除數(shù)，A中為商值。例如：MUL AB; AB(BA),B中放高8位數(shù)據(jù)，A中放低8位數(shù)據(jù)。DIV AB; AB(A)商值，（B）余數(shù)。程序狀態(tài)字（PSW） 8位寄存器，用于寄存指令執(zhí)行的狀態(tài)信息。（有的是根據(jù)指令執(zhí)行的結(jié)果，由硬件來自動(dòng)設(shè)置的；有的是通過指令來對(duì)它設(shè)置的。PSW的位狀態(tài)由專門的指令進(jìn)行測(cè)試，也可由指令進(jìn)行讀出，一些條件轉(zhuǎn)移指令就將根據(jù)PSW中有關(guān)位的狀態(tài)以進(jìn)行判別，以決定程序是否轉(zhuǎn)移）程序狀態(tài)字的定義如下：CY（PSW.7）：進(jìn)位標(biāo)志位，位累加器C。*

29、AC(PSW.6): 輔助進(jìn)位標(biāo)志位，（低4位向高位進(jìn)位或借位時(shí)，硬件自動(dòng)對(duì)該位置1）* F0(PSW.5)：用戶標(biāo)志位，也稱軟件標(biāo)志位。（用戶定義的標(biāo)志位，用戶根據(jù)需要，由軟件指令對(duì)它置位或復(fù)位，然后在程序的其它段中，對(duì)這個(gè)標(biāo)志位進(jìn)行檢測(cè)，決定程序是否轉(zhuǎn)移）* RS1和RS0(PSW.4和PSW.3)：工作寄存器組選擇位。*OV(PSW.2)：溢出標(biāo)志位。符號(hào)數(shù)的加減：OV=1表示加減運(yùn)算結(jié)果超出了A所表達(dá)的符號(hào)數(shù)范圍：128（00H）127（FFH）。乘法運(yùn)算：OV=1表示乘積超過255，即乘積分別在B與A中；OV=0表示乘積為8位，只放在A中。除法運(yùn)算：OV=1表示除數(shù)為0，除法不能進(jìn)行

30、；OV=0表示除數(shù)不為0，除法可正常進(jìn)行。*P(PSW.0)：奇偶標(biāo)志位。（A）中“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，P0；（A）中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，P1；數(shù)據(jù)指針（DPTR）16位寄存器，在訪問外部64K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)作地址指針使用。DPTR為16位，可分為兩個(gè)8位寄存器：DPH DPTR高位字節(jié)、8位；DPL DPTR低位字節(jié)、8位。專用寄存器的字節(jié)尋址（見課本p21，表23，這21個(gè)寄存器是不連續(xù)地分布在高128個(gè)單元中，因此對(duì)于其它沒有定義的單元，用戶是不能使用的，如果訪問它們得到的將是不確定的狀態(tài)）專用寄存器的位尋址（在表23中打“*”號(hào)的寄存器表示可以位尋址，使用方法和內(nèi)部RAM中的位尋址區(qū)完全相

31、同。）3、MCS-51的堆棧操作堆棧是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。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(jìn)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。、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(gè)：保護(hù)斷點(diǎn)和保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)。（問：斷點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)有什么區(qū)別？端點(diǎn)是指程序運(yùn)動(dòng)到此的PC值，現(xiàn)場(chǎng)則是程序運(yùn)動(dòng)到此，相關(guān)寄存器單元的內(nèi)容。）、堆棧的開辟堆棧只能開辟在芯片的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，即所謂的內(nèi)堆棧形式。、堆棧指示器（堆棧指針）堆棧指示器SP（Stack Pointer）的內(nèi)容是堆棧棧頂?shù)拇?/p>

32、儲(chǔ)單元地址。SP是一個(gè)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30H7FH單元（低128單元的位尋址區(qū)后）中開辟，所以在程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意把SP值初始化為30H以后。、堆棧使用方式堆棧的使用有兩種方式。自動(dòng)方式：即在調(diào)用子程序或中斷時(shí)，返回地址（斷點(diǎn)）自動(dòng)進(jìn)棧。程序返回時(shí)，斷點(diǎn)再自動(dòng)彈回PC。指令方式：即使用專用的堆棧操作指令，進(jìn)行進(jìn)出棧操作。其進(jìn)棧指令為PUSH，出棧指令為POP。例如保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)就是指令方式進(jìn)行操作。堆棧隨數(shù)據(jù)壓入時(shí)，堆棧指針的變化情況可以分為：向下生長(zhǎng)型和向上生長(zhǎng)型。MCS-51為向上生長(zhǎng)型。4內(nèi)部程序存儲(chǔ)區(qū)片內(nèi)ROM: 4K 0000H0

33、FFFH,(注意它們中一些特殊單元的使用，它們包括以下幾個(gè)部分)0000H0002H 系統(tǒng)的上電復(fù)位程序入口地址0003H000AH 外部中斷0的中斷地址區(qū)000BH0012H定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的中斷地址區(qū)0013H001AH外部中斷1的中斷地址區(qū)001BH0022H定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的中斷地址區(qū)0023H002AH串行中斷地址區(qū)（也就是說，如果有這些中斷服務(wù)程序的話，它的首地址要放在相應(yīng)的中斷地址區(qū)里來使用。）5MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器分開；存儲(chǔ)器有內(nèi)外之分。MCS-51單片機(jī)由芯片內(nèi)存儲(chǔ)器和芯片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器構(gòu)成了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的整個(gè)存儲(chǔ)器系統(tǒng)。（圖2.6中

34、，8051內(nèi)部有4k存儲(chǔ)區(qū)，當(dāng)，表示從內(nèi)部開始尋址，一直達(dá)到片外的64K范圍，如果內(nèi)部不具有程序存儲(chǔ)器或不使用內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，。存儲(chǔ)器的正確使用，以及片外存儲(chǔ)區(qū)的擴(kuò)展是構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重要內(nèi)容，在以后的章節(jié)中還要加以介紹）。2.3 MCS - 51并行I/O端口（前面我們介紹了MCS-51單片機(jī)內(nèi)部的CPU結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)和地址分配等內(nèi)容，這節(jié)課我們來對(duì)單片機(jī)的并行輸入輸出口進(jìn)行介紹。）單片機(jī)端口是一個(gè)集數(shù)據(jù)輸入緩沖、數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動(dòng)及鎖存等多項(xiàng)功能于一體的I/O電路。MCS-51單片機(jī)有四個(gè)8位的并行雙向I/O口，分別記為P0、P1、P2、P3（共占用32根硬件線，其中的每一根引腳線都能獨(dú)

35、立地作為輸入或輸出線使用。這些端口設(shè)計(jì)巧妙，認(rèn)識(shí)這些端口的設(shè)計(jì)，不僅可以合理地使用它們，也可以參考它們?cè)O(shè)計(jì)一些外圍電路。這4個(gè)并行口有許多相同之處，各端口因使用要求不同，也有差異。）一、P0口P0口的字節(jié)地址為80H，位地址為80H87H。P0口：是漏極開路的準(zhǔn)雙向口。低8位地址/數(shù)據(jù)總線口。1P0口的結(jié)構(gòu)（圖2.7為P0口某一路的電路結(jié)構(gòu)圖，由1個(gè)輸出鎖存器，2個(gè)輸入緩沖器（注意它們分別帶有控制信號(hào)線），多路開關(guān)（可以讓p0口既可作通用I/O口，又可作地址/數(shù)據(jù)線使用），反相器和與門（兩者構(gòu)成它的控制部分），輸出是由兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的輸出驅(qū)動(dòng)電路。）OC門，又稱集電極開路門，即集電極懸空的門

36、電路，這種門電路在使用時(shí)必須外接上拉電阻。OC門2作為通用I/O口使用（此時(shí)，控制線C為“0”，MUX與鎖存器的端相連，作通用I/O口使用，它有2個(gè)功能，首先看它作為輸出口時(shí)候的使用情況，從內(nèi)部總線發(fā)“1”（或“0”）時(shí)，在寫入控制信號(hào)作用下，可傳遞到Q和端，到T2管的柵極為“0”（或“1”），T2管截止（或?qū)ǎ琓1也處于截止（因控制線為“0”），對(duì)T2管漏極開路，從而不能得到“1”，要想外部引腳有此信號(hào)（即作為輸出口），需要在外部接上拉電阻。）（下面再來看，作為輸入口使用的情況。作為輸入口使用時(shí)，我們希望引腳上面的0或1電平能夠通過下面的通道進(jìn)入到內(nèi)部總線，但單片機(jī)作了一個(gè)設(shè)計(jì)，即要想外

37、部引腳的電平能夠進(jìn)入，需要先作一個(gè)置1的操作，使得T2管截止，為什么要作這個(gè)工作呢？我們來分析一下，假設(shè)T2此時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)，則引腳被鉗位為低電平0上，無論外面輸入的是什么電平，都將是0，因此要先讓T2截止，需要從內(nèi)部總線送一個(gè)“1”信號(hào)，看圖，T2截止。把這樣一種操作，所對(duì)應(yīng)的P口，稱為準(zhǔn)雙向口。）3作為地址/數(shù)據(jù)總線使用（此時(shí)控制線發(fā)出“1”信號(hào)（作用有2，一個(gè)打開與門，另一個(gè)將MUX打向反相器的輸出端），此時(shí)的口線就作為地址和數(shù)據(jù)總線來使用了。送出“0”或“1”狀態(tài)，假設(shè)為“0”，反相器的輸出端為“1”，T2導(dǎo)通，T1截止，輸出為“0”；當(dāng)為“1”信號(hào)時(shí)，反相器的輸出端為“0”，T2截止

38、，與門打開，T1導(dǎo)通,P0.X上拉為高電平。所以，作為地址和數(shù)據(jù)線使用的時(shí)候，這兩個(gè)管子具有推挽的作用，增強(qiáng)其驅(qū)動(dòng)能力。以上為P口兩種使用狀態(tài)時(shí)的工作原理。）二、P1口:P1口的字節(jié)地址為90H，位地址為90H97H。P1口：帶有上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。P1口作為輸出口使用時(shí)，已能對(duì)外提供推拉電流負(fù)載，外電路無需再接上拉電阻。P1口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向其鎖存器寫入“1”，使輸出驅(qū)動(dòng)電路的FET截止。（由電路可知，P1口也是一個(gè)準(zhǔn)雙向口）三、P2口P2口的字節(jié)地址為A0H，位地址為A0HA7H。P2口：內(nèi)部帶有上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口；在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)是高8位地址線輸出口。（因?yàn)?/p>

39、有兩個(gè)功能：IO和地址總線，所以也接一個(gè)多路轉(zhuǎn)接開關(guān)MUX，它的工作原理和P0口相似，相對(duì)簡(jiǎn)單一些，沒有數(shù)據(jù)總線的關(guān)系。）四、P3口P3口的字節(jié)地址為B0H，位地址為B0HB7H。P3口：內(nèi)部帶有上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口,此外，它還具有第二功能?？诰€第二功能信號(hào)名稱I/O特性P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收輸入P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送輸出P3.2外部中斷0申請(qǐng)輸入P3.3外部中斷1申請(qǐng)輸入P3.4T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入輸入P3.5T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入輸入P3.6外部RAM寫選通輸出P3.7外部RAM讀選通輸出（下面看P3口的電路特點(diǎn)）（作為特定的口線，某個(gè)時(shí)刻僅選擇一個(gè)功能，圖中

40、將輸入輸出同時(shí)表示在圖中，是為了說明問題的方便。首先作為輸入輸出通道，第二輸出功能線為1，當(dāng)總線送1，鎖存器Q端為1，經(jīng)與非門后為0，場(chǎng)效應(yīng)管截止，P3.X為高；當(dāng)總線送0，鎖存器Q端為0，經(jīng)與非門后為1，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，P3.X為低；作為輸入口，和前面介紹的口相同，需要先置1，因此也為準(zhǔn)雙向口。）（作為第二功能，譬如作第二輸出功能時(shí)，單片機(jī)通過內(nèi)部總線，使Q端保持為1，與非門打開，如果此時(shí)輸出為0，柵極為1，F(xiàn)ET導(dǎo)通，P3.x為低，輸出等于0。如果此時(shí)輸出為1，柵極為0，F(xiàn)ET截止，P3.x為高，輸出等于1。）（作為第二輸入功能時(shí)，增加了一個(gè)緩沖器，P3.x信號(hào)如果是第二功能輸入信號(hào)時(shí)，該信

41、號(hào)通過該緩沖器，由中間的引線輸入到某個(gè)寄存器中去，不會(huì)通過讀引腳的三態(tài)門而進(jìn)入內(nèi)部總線。如果P3.x信號(hào)不是第二功能輸入信號(hào)，而是要進(jìn)入內(nèi)部總線的信號(hào)時(shí)，讀引腳信號(hào)有效，三態(tài)門打開，但會(huì)不會(huì)又進(jìn)入到中間引線相連的某個(gè)寄存器中去呢？不會(huì)的，單片機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)是作了考慮的，不會(huì)讓該信號(hào)進(jìn)入到第二功能的特殊寄存器中去的。）（這四個(gè)電路的共有特性，就是上面這個(gè)緩沖器的作用，單片機(jī)經(jīng)常需要對(duì)它送出的信號(hào)進(jìn)行讀回和判別。這時(shí)讀回的是鎖存器輸出端信號(hào)，而非已經(jīng)送到外部引腳的信號(hào)。）（把握準(zhǔn)雙向、多功能的特點(diǎn)）2.4 時(shí)鐘電路與時(shí)序 （單片機(jī)內(nèi)部是一個(gè)復(fù)雜的時(shí)序電路，要學(xué)習(xí)好它，也需要對(duì)時(shí)序有一定的了解，這一節(jié)課我

42、們向大家介紹單片機(jī)的時(shí)鐘電路、以及它的時(shí)序，同時(shí)也講解一下單片機(jī)的復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。）MCS-51單片機(jī)時(shí)鐘電路與時(shí)序，時(shí)鐘電路。時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生：（圖2.11中，有高增益的放大器，兩端接XTAL1和XTAL2，其中XTAL1為信號(hào)輸入引腳，XTAL2為信號(hào)的輸出引腳，使用時(shí)在此兩個(gè)引腳之間跨接晶體振蕩器，同時(shí)對(duì)地分別接上一個(gè)2040pF的電容，這個(gè)自激振蕩電路就送出一個(gè)振蕩時(shí)鐘，此振蕩時(shí)鐘并不能為單片機(jī)使用，如果要使用它，還必須要單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘電路對(duì)此振蕩脈沖的頻率進(jìn)一步的分頻，我們來看這個(gè)電路：）S1P1 P2S2P1 P2P1 P2 （在自激振蕩器的后面，加一些分頻電路，通過這些分頻電路，輸出的脈沖信號(hào)就是單片機(jī)所需要的一些時(shí)鐘信號(hào)。振蕩電路首先經(jīng)過2分頻電路后，能夠得到2個(gè)狀態(tài)時(shí)鐘，分別定義為P1和P2，它們與振蕩脈沖的關(guān)系如下：）(振蕩脈沖的