第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理(石偉)

1、第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用MCS-51MCS-51單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)單片機(jī)體系結(jié)構(gòu) 第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用 2.1 概述概述第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用P1.2P3.2RSTXT1XT26MHz27pF27pF470OVssVcc5V5VSB1AT89C515V10kO4.7F 第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用 ORG 0000H CLR P1.2L0: JB P3.2 , L3 ；無鍵按下跳轉(zhuǎn)；無鍵按下跳轉(zhuǎn)L1： JNB P3.2,L1 ；等待按鍵釋放；等待按鍵釋放

2、 MOV R3,#10L2: LCALL DELAY DJNZ R3,L2 ；延時(shí)；延時(shí)5秒秒L3: LCALL DELAY ；延時(shí)；延時(shí)0.5秒秒 CPL P1.2 ；輸出反相；輸出反相 SJMP L0DELAY: MOV R7,#10D1: MOV R6,#255D2: MOV R5,#255D3: DJNZ R5,D3 DJNZ R6,D2 DJNZ R7,D1 RET END指令、偽指令指令、偽指令將在第三、四將在第三、四章中詳細(xì)講解章中詳細(xì)講解 P1.2P3.2RSTXT1XT26MHz27pF27pF470OVssVcc5V5VSB1AT89C515V10kO4.7F第2章 單片機(jī)

3、的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用 1.1.打開打開“Keil” Keil” 仿真軟件進(jìn)行程序的編輯、編譯。仿真軟件進(jìn)行程序的編輯、編譯。 1 1、新建文件進(jìn)行編輯、新建文件進(jìn)行編輯 2 2、新建一個(gè)工程、新建一個(gè)工程 3 3、選擇單片機(jī)類型，進(jìn)行工程設(shè)置、選擇單片機(jī)類型，進(jìn)行工程設(shè)置 4 4、編譯程序文件直至通過、編譯程序文件直至通過 5 5、模擬仿真、模擬仿真2. 2. 將目標(biāo)文件下載到實(shí)驗(yàn)開發(fā)板上的將目標(biāo)文件下載到實(shí)驗(yàn)開發(fā)板上的AT89S51AT89S51單片機(jī)芯片單片機(jī)芯片中，觀察程序運(yùn)行結(jié)果。中，觀察程序運(yùn)行結(jié)果。 1 1、編譯成功后打開下載軟件、編譯成功后打開下載軟件 2 2、選擇

4、好單片機(jī)、選擇好單片機(jī)AT89S51AT89S51并測(cè)試并測(cè)試 3 3、打開編譯生成的、打開編譯生成的.BIN.BIN或或.HEX.HEX文件文件 4 4、選擇自動(dòng)寫完成擦除、寫、讀、校驗(yàn)過程、選擇自動(dòng)寫完成擦除、寫、讀、校驗(yàn)過程 5 5、觀看運(yùn)行結(jié)果、觀看運(yùn)行結(jié)果第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心，配以輸入、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心，配以輸入、輸出、顯輸出、顯 示、控制等外圍電路和軟件，能實(shí)現(xiàn)一示、控制等外圍電路和軟件，能實(shí)現(xiàn)一種或多種功能的實(shí)用系統(tǒng)。種或多種功能的實(shí)用系統(tǒng)。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是由單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是由硬件硬件和和軟件軟件組成的，

5、硬件是組成的，硬件是應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)，軟件則在硬件的基礎(chǔ)上對(duì)其資應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)，軟件則在硬件的基礎(chǔ)上對(duì)其資源進(jìn)行合理調(diào)配和使用，從而完成應(yīng)用系統(tǒng)所要源進(jìn)行合理調(diào)配和使用，從而完成應(yīng)用系統(tǒng)所要求的任務(wù)，二者相互依賴，缺一不可。求的任務(wù)，二者相互依賴，缺一不可。 第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用2.1 MCS-512.1 MCS-51系列概述系列概述 MCS-51是是Intel公司生產(chǎn)的一個(gè)單片機(jī)系列名稱。公司生產(chǎn)的一個(gè)單片機(jī)系列名稱。可分為基本型和增強(qiáng)型兩大系列：可分為基本型和增強(qiáng)型兩大系列：51子系列和子系列和52子子系列，系列，這

6、一系列的單片機(jī)有多種，如：這一系列的單片機(jī)有多種，如： 8051/8751/8031 8052/8752/8032 80C51/89C51/89S51 80C52/89C52/89S52等等 第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用5151系列典型產(chǎn)品資源配置系列典型產(chǎn)品資源配置第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用 功能上，該系列單片機(jī)有基本型和增功能上，該系列單片機(jī)有基本型和增強(qiáng)型兩大類：強(qiáng)型兩大類： 增強(qiáng)型：增強(qiáng)型：8052/8752/803280C52/87C52/89C52/89S52 基本型：基本型：8051/8751/803180C51/87C51/89C51/

7、89S51第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用 在片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的配置上，該系列單在片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的配置上，該系列單片機(jī)有以下幾種形式，即掩膜片機(jī)有以下幾種形式，即掩膜ROM、EPROM、ROMLess和和Flash ROM。如：。如： 80C51有有4K字節(jié)的掩膜字節(jié)的掩膜ROM 87C51有有4K字節(jié)的字節(jié)的EPROM 80C31在芯片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器。在芯片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器。 89C51和和89S51在芯片內(nèi)增加了基在芯片內(nèi)增加了基于于Flash技術(shù)的閃速可電改寫的程序技術(shù)的閃速可電改寫的程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 。第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用掩膜掩膜ROM型，程序由

8、芯片生產(chǎn)廠寫入型，程序由芯片生產(chǎn)廠寫入；EPROM型，程序通過寫入裝置寫入型，程序通過寫入裝置寫入；FlashROM型，程序可電寫入（常用）。型，程序可電寫入（常用）。 片內(nèi)片內(nèi)ROM的配置形式：的配置形式：無無ROM型，需外擴(kuò)型，需外擴(kuò)；第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用2.2 512.2 51單片機(jī)引腳信號(hào)單片機(jī)引腳信號(hào) (MOSI)(MOSI)(MISO)(MISO)(SCK)(SCK)第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用1.1.電源引腳電源引腳VccVcc和和Vss Vss Vcc：5V。 Vss（GND）：接地端。）：接地端。 通常在通常在Vcc和和Vss引

9、腳之間接引腳之間接0.1高頻濾波電高頻濾波電容。容。 2.2.時(shí)鐘電路引腳時(shí)鐘電路引腳XTAL1XTAL1和和XTAL2 XTAL2 第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用3.3.地址鎖存允許地址鎖存允許ALE ALE ALE用于控制地址鎖存器鎖存用于控制地址鎖存器鎖存P0口輸出的低口輸出的低8位地址；位地址；ALE周期性地以時(shí)鐘頻率的周期性地以時(shí)鐘頻率的1/6的的固定頻率向外輸出正脈沖信號(hào)？固定頻率向外輸出正脈沖信號(hào)？第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用4.4.外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)PSENPSENPSEN是讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)是讀外部程

10、序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)，低低電平有效。電平有效。從外部存儲(chǔ)器取指令時(shí)，它在每從外部存儲(chǔ)器取指令時(shí)，它在每個(gè)機(jī)器周期中兩次有效。個(gè)機(jī)器周期中兩次有效。第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用5. 5. 程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端EA/VPPEA/VPP功能一：功能一：當(dāng)當(dāng)EAEA為高電平時(shí)，為高電平時(shí)，CPUCPU執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器指執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器指令，令，但當(dāng)?shù)?dāng)PCPC中的值超過中的值超過0FFFH0FFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器指令。執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器指令。當(dāng)當(dāng)EAEA為低電平時(shí)，為低電平時(shí)，CPUCPU只執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器指令。只執(zhí)行

11、片外程序存儲(chǔ)器指令。對(duì)于對(duì)于8031，EA必須接低電平。必須接低電平。 功能二：功能二： 并口編程時(shí)，并口編程時(shí)，+12V+12V第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用6. 6. 復(fù)位信號(hào)復(fù)位信號(hào)RSTRST 該信號(hào)高電平有效，在輸入端保持該信號(hào)高電平有效，在輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周兩個(gè)機(jī)器周期期的高電平后，就可以完成復(fù)位操作。的高電平后，就可以完成復(fù)位操作。此外此外，該引腳還有掉電保護(hù)功能，該引腳還有掉電保護(hù)功能，若在該端接若在該端接5V備用電源，在使用中若備用電源，在使用中若Vcccc掉電，可保護(hù)片內(nèi)掉電，可保護(hù)片內(nèi)RAM中信息不丟失。中信息不丟失。第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單

12、片機(jī)原理與應(yīng)用7.7.輸入輸入/ /輸出口引腳輸出口引腳P0P0、P1P1、P2P2和和P3 P3 P0口：口：該端口為漏極開路的該端口為漏極開路的8位準(zhǔn)雙向口，位準(zhǔn)雙向口，負(fù)載能力為負(fù)載能力為8高高LSTTL負(fù)載，它為負(fù)載，它為8 8位地位地址線和址線和8 8位數(shù)據(jù)線的復(fù)用端口。位數(shù)據(jù)線的復(fù)用端口。第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用 P1口：口：它是一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的它是一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙位準(zhǔn)雙向向I/O口，口，P1口的驅(qū)動(dòng)能力為口的驅(qū)動(dòng)能力為4個(gè)個(gè)LSTTL負(fù)負(fù)載。載。 P2口口：它為一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的：它為一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙位準(zhǔn)雙向向I/O口，口，P

13、2口的驅(qū)動(dòng)能力也為口的驅(qū)動(dòng)能力也為4個(gè)個(gè)LSTTL負(fù)載。負(fù)載。在訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，它作存在訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，它作存儲(chǔ)器的高儲(chǔ)器的高8位地址線。位地址線。 P3口：口：P3口同樣是內(nèi)部帶上拉電阻的口同樣是內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)位準(zhǔn)雙向雙向I/O口，口，P3口除了作為一般的口除了作為一般的I/O口使口使用之外，其還具有特殊功能。用之外，其還具有特殊功能。第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用AT89S51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電流總結(jié) 每個(gè)管腳灌電流10mA P0總電流26mA P1總電流 15mA; P2總電流 15mA; P3總電流 15mA; 單片機(jī)總灌電流71mA第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

14、和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用u按功能可分成按功能可分成8個(gè)部件，通過片內(nèi)單一總線連接起來個(gè)部件，通過片內(nèi)單一總線連接起來2.3 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部組成及結(jié)構(gòu)單片機(jī)的內(nèi)部組成及結(jié)構(gòu)2.3.1 AT89S51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)鐘電路總線控制CPUROM/EPROM/FLASH4K 字節(jié)RAM 128字節(jié)SFR 21個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器2個(gè)中斷系統(tǒng)5中斷源、2優(yōu)先級(jí)串行口全雙工 1個(gè)并行口4個(gè)RST EAALE PSENXTAL2XTAL1P0P1P2P3VCCVSS第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用CPU運(yùn)算部件運(yùn)算部件控制部件控制部件BRAMP0口口P2口口ROM(EPROM)

15、串行口串行口 C / T中斷中斷系統(tǒng)系統(tǒng)SFRP1口口8P3口口888XTAL1XTAL2PSEN ALE EA RESETVccVss1.1.微處理器微處理器2.2.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3.3.程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器4.I/O4.I/O口口5.5.串行口串行口6.6.定時(shí)定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器7.7.中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)8.8.特殊功能特殊功能寄存器寄存器u控制方式：控制方式：SFR對(duì)各功能部件集中控制對(duì)各功能部件集中控制第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用 1) 中央處理器（中央處理器（CPU）: 8位，運(yùn)算和控制功能。位，運(yùn)算和控制功能。 2) 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（

16、內(nèi)部RAM）: 共共256個(gè)個(gè)RAM單元，用戶使用前單元，用戶使用前128個(gè)單元，用于存放可讀寫數(shù)個(gè)單元，用于存放可讀寫數(shù)據(jù)，后據(jù)，后128個(gè)單元被專用寄存器占用。個(gè)單元被專用寄存器占用。 3) 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（內(nèi)部內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（內(nèi)部ROM）：）：80C51共有共有4 KB掩膜掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格。，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格。89C和和89S系列內(nèi)部有不同容量的系列內(nèi)部有不同容量的FLASH存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器，使用更方便。使用更方便。第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用 4) 定時(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)器：80C51共有兩個(gè)共有兩個(gè)16位的定位的定時(shí)時(shí)/計(jì)數(shù)器，以

17、實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。 5) 并行并行I/O口：口： MCS-51共有共有4個(gè)個(gè)8位的位的I/O口（口（P0、P1、P2、P3）。）。 6) 串行口：串行口：一個(gè)全雙工的串行口。一個(gè)全雙工的串行口。 7) 中斷控制系統(tǒng)：中斷控制系統(tǒng)：共有共有5個(gè)中斷源，即外個(gè)中斷源，即外中斷兩個(gè)，定時(shí)中斷兩個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷兩個(gè)，串行中斷計(jì)數(shù)中斷兩個(gè)，串行中斷一個(gè)。一個(gè)。第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用 8) 時(shí)鐘電路：時(shí)鐘電路：時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列。系統(tǒng)允許的晶振頻率一般為脈沖序列。系統(tǒng)允許的晶振頻率一般為2 MHz至至12 M

18、Hz（89S系列為系列為0 Hz至至33 MHz ）。）。 9) ISPISP在系統(tǒng)編程：在系統(tǒng)編程： AT89S51/52內(nèi)有內(nèi)有4/8K字節(jié)的字節(jié)的FLASH存貯器，支持在系統(tǒng)編程存貯器，支持在系統(tǒng)編程ISP和和1000次的擦寫周期。次的擦寫周期。 10) 看門狗監(jiān)視定時(shí)器看門狗監(jiān)視定時(shí)器WDTWDT：AT89S系列單系列單片機(jī)內(nèi)部增加了一個(gè)定時(shí)器片機(jī)內(nèi)部增加了一個(gè)定時(shí)器T3作為看門狗作為看門狗監(jiān)視定時(shí)器。監(jiān)視定時(shí)器。第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用2.3.2 89C51的的CPU CPU由運(yùn)算器、控制器和若干由運(yùn)算器、控制器和若干SFR（ACC，B，PSW，SP，DPTR

19、）構(gòu)成。）構(gòu)成。 （1）運(yùn)算器：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和邏）運(yùn)算器：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。輯運(yùn)算。 （2）累加器）累加器ACC：提供一個(gè)操作數(shù)并存：提供一個(gè)操作數(shù)并存放運(yùn)算結(jié)果，其進(jìn)位標(biāo)志放運(yùn)算結(jié)果，其進(jìn)位標(biāo)志CY同時(shí)也是布同時(shí)也是布爾處理器的累加器。爾處理器的累加器。 （3）寄存器）寄存器B：用于乘法和除法操作，：用于乘法和除法操作，也用作暫存器。也用作暫存器。第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用 DPTR為為16位寄存器，位寄存器，編程時(shí)，可以按編程時(shí)，可以按16位寄存位寄存器來使用，也可以按兩個(gè)器來使用，也可以按兩個(gè)8位寄存器來使用。位寄存器來使用。DPTR主要是用來保存

20、主要是用來保存16位地址位地址 MOVX A, DPTR MOVX DPTR, AMOVC A, A+DPTRMOV DPTR,#1000HMOV DPH,#10H MOV DPL,#00H 指向棧頂數(shù)據(jù)的地址，指向棧頂數(shù)據(jù)的地址，8位，可軟件設(shè)置初值，復(fù)位位，可軟件設(shè)置初值，復(fù)位時(shí)時(shí)SP = 07H。第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用（6 6）CPUCPU標(biāo)志寄存器標(biāo)志寄存器 CYCY：進(jìn)位標(biāo)志，有進(jìn)位或借位進(jìn)位標(biāo)志，有進(jìn)位或借位時(shí)為時(shí)為1，否則為，否則為0 ACAC：輔助進(jìn)位標(biāo)志當(dāng)輔助進(jìn)位標(biāo)志當(dāng)D3向向D4有有進(jìn)位或借位時(shí)為進(jìn)位或借位時(shí)為1，否則為，否則為0 F0F0：用戶標(biāo)

21、志用戶標(biāo)志 RS1RS1、RS0RS0：工作寄存器組工作寄存器組 OVOV：溢出標(biāo)志，結(jié)果超過溢出標(biāo)志，結(jié)果超過-128+127時(shí)，時(shí)，OV=1，否則為，否則為0 P P：奇偶校驗(yàn)標(biāo)志，當(dāng)奇偶校驗(yàn)標(biāo)志，當(dāng)ACC中中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè)時(shí)，的個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè)時(shí)，P=1CYCYACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOVP PPSW 第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用CPU的工作原理的工作原理 程序計(jì)數(shù)器（程序計(jì)數(shù)器（PC ）：是一個(gè)）：是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，位的計(jì)數(shù)器，其內(nèi)容為將要執(zhí)行指令的地址。其內(nèi)容為將要執(zhí)行指令的地址。PC有自動(dòng)加有自動(dòng)加1功能，從而實(shí)現(xiàn)程序的順序執(zhí)行。只能通

22、過轉(zhuǎn)功能，從而實(shí)現(xiàn)程序的順序執(zhí)行。只能通過轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令改變其內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)程移、調(diào)用、返回等指令改變其內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)移。序的轉(zhuǎn)移。 指令寄存器：用于暫時(shí)存放指令，等待譯碼。指令寄存器：用于暫時(shí)存放指令，等待譯碼。 指令譯碼器：對(duì)指令進(jìn)行譯碼，分析指令功能。指令譯碼器：對(duì)指令進(jìn)行譯碼，分析指令功能。第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用CPU執(zhí)行程序一般包括兩個(gè)主要過程執(zhí)行程序一般包括兩個(gè)主要過程 第一，第一，就是從程序存儲(chǔ)器中就是從程序存儲(chǔ)器中取出指令取出指令，指令的地址由，指令的地址由PC指針提供。指針提供。 第二第二，就是，就是指令執(zhí)行指令執(zhí)行過程，取出的指令代碼首

23、先被送到過程，取出的指令代碼首先被送到CPU中控制器中的指令寄存器，再通過指令譯碼器譯碼中控制器中的指令寄存器，再通過指令譯碼器譯碼變成各種電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)指令的各種功能。變成各種電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)指令的各種功能。 執(zhí)行執(zhí)行 取指令取指令 分析分析 第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用 單片機(jī)的工作過程就是執(zhí)行程序的過程，單片機(jī)的工作過程就是執(zhí)行程序的過程，程序執(zhí)行可分解為取指令、分析指令、執(zhí)行程序執(zhí)行可分解為取指令、分析指令、執(zhí)行指令及為取下條指令做準(zhǔn)備的循環(huán)操作過程。指令及為取下條指令做準(zhǔn)備的循環(huán)操作過程。 Y=5+10 第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用程序程序

24、MOV A， #05H 執(zhí)行過程：執(zhí)行過程：第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用 PC的內(nèi)容的內(nèi)容2000H送地址寄存器。送地址寄存器。 PC的內(nèi)容自動(dòng)加的內(nèi)容自動(dòng)加1（PC=2001H）。）。 地址寄存器內(nèi)容選中地址寄存器內(nèi)容選中2000H存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元 。 被選中的存儲(chǔ)單元的內(nèi)容被選中的存儲(chǔ)單元的內(nèi)容74H送指令寄存器。送指令寄存器。 操作碼操作碼74H送指令譯碼器。送指令譯碼器。 指令譯碼器將操作碼分解成一系列的微操作信號(hào)。指令譯碼器將操作碼分解成一系列的微操作信號(hào)。 微操作信號(hào)與時(shí)序電路相結(jié)合，產(chǎn)生完成指令任務(wù)微操作信號(hào)與時(shí)序電路相結(jié)合，產(chǎn)生完成指令任務(wù)的工作時(shí)序。的工作

25、時(shí)序。 第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用 按照指令的工作時(shí)序，按照指令的工作時(shí)序，PC的當(dāng)前值（的當(dāng)前值（2001H）再）再送地址寄存器，選取中地址為送地址寄存器，選取中地址為2001H的存儲(chǔ)單元。的存儲(chǔ)單元。 2001H單元中的內(nèi)容單元中的內(nèi)容05H直接送累加器直接送累加器A。 2001H指令單元數(shù)據(jù)取出后，指令單元數(shù)據(jù)取出后，PC值自動(dòng)加值自動(dòng)加1，變成，變成2002H，為取下條指令作好準(zhǔn)備。，為取下條指令作好準(zhǔn)備。第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用0 00 08 80 0H HRAM內(nèi)內(nèi)部部0 00 0F FF FH H能寄存器特殊功0 0F FF FF F

26、F FH H）（外部外部K64RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器0 00 00 00 0H H0 00 07 7F FH H0 00 00 00 0H H0 0F FF FF FH H0EAROM外部1EAROM內(nèi)部 程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器1000H1000H0 0F FF FF FF FH H0 00 00 00 0H H第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用用途：用途： 存放程序及程序運(yùn)行時(shí)所需的常數(shù)。存放程序及程序運(yùn)行時(shí)所需的常數(shù)。尋址范圍：尋址范圍：0000H 0000H FFFFH FFFFH 容量容量64KB64KB，即地址長度：，即地址長度：1616位位 1EA ，尋址內(nèi)部，尋

27、址內(nèi)部ROM；說明：當(dāng)說明：當(dāng)PC值超過片內(nèi)值超過片內(nèi)ROM容量時(shí)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部存儲(chǔ)器容量時(shí)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部存儲(chǔ)器空間。空間。0EA ，尋址外部，尋址外部ROM。 說明：說明：8031單片機(jī)單片機(jī)必須接低電平。必須接低電平。EA第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用6464KB KB 程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器空間，空間， EAEA不同電平不同電平選擇片內(nèi)或片外低選擇片內(nèi)或片外低位存儲(chǔ)單元位存儲(chǔ)單元 特殊存儲(chǔ)單元：特殊存儲(chǔ)單元：0000H 系統(tǒng)復(fù)位，系統(tǒng)復(fù)位，PC指指 向此處；向此處；0003H 外部中斷外部中斷0入口入口000BH T0溢出中斷入口溢出中斷入口 0013H 外中斷外中斷1入

28、口入口001BH T1溢出中斷入口溢出中斷入口0023H 串口中斷入口串口中斷入口第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用用途：用途：存放程序執(zhí)行的中間結(jié)果和過程數(shù)據(jù)的存放程序執(zhí)行的中間結(jié)果和過程數(shù)據(jù)的 。物理上分為兩大區(qū)域：物理上分為兩大區(qū)域： 00H 7FH即即128B用戶用戶RAM區(qū)。區(qū)。 80H FFH即特殊功能寄存器區(qū)。即特殊功能寄存器區(qū)。組組通通用用寄寄存存器器區(qū)區(qū)第第0組組通通用用寄寄存存器器區(qū)區(qū)第第1組組通通用用寄寄存存器器區(qū)區(qū)第第2組組通通用用寄寄存存器器區(qū)區(qū)第第3）（位位地地址址位位尋尋址址區(qū)區(qū)FH7H00區(qū)區(qū)用用戶戶RAMH00H08/H07H10/FH0H18/

29、H17H20/FH1H30/FH2FH7R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7即可位尋址，又可字節(jié)尋址即可位尋址，又可字節(jié)尋址數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、堆棧區(qū)、工作數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、堆棧區(qū)、工作單元單元 第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用注意注意: : 一個(gè)單元地址對(duì)應(yīng)有一個(gè)單元地址對(duì)應(yīng)有8 8個(gè)位地址個(gè)位地址MSBMSBMost Significant Bit Most Significant Bit （最高有效位）（最高有效位）LSB LSB Least Significant Bit Least Significant Bit （最低有效位）（最低有效位）單元地址2FH2EH2DH2C

30、H2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20H7F7F77776F6F67675F5F57574F4F47473F3F37372F2F27271F1F17170F0F0707 MSB 位地址 LSB7E7E76766E6E66665E5E56564E4E46463E3E36362E2E26261E1E16160E0E06067D7D75756D6D65655D5D55554D4D45453D3D35352D2D25251D1D15150D0D05057C7C74746C6C64645C5C54544C4C44443C3C34342C2C24241C1C14140C0

31、C04047B7B73736B6B63635B5B53534B4B43433B3B33332B2B23231B1B13130B0B03037A7A72726A6A62625A5A52524A4A42423A3A32322A2A22221A1A12120A0A020279797171696961615959515149494141393931312929212119191111090901017878707068686060585850504848404038383030282820201818101008080000RAM位尋址區(qū)位地址表位尋址區(qū)位地址表(P11)(P11)第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

32、和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用 寄存器寄存器 位地址位地址/ /位定義位定義 地址地址 F7F7 F6F6 F5F5 F4F4 F3F3 F2F2 F1F1 F0F0 B B F0HF0H E7E7 E6E6 E5E5 E4E4 E3E3 E2E2 E1E1 E0E0 ACCACC E0E0 D7D7 D6D6 D5D5 D4D4 D3D3 D2D2 D1D1 D0D0 PSWPSW CYCY ACAC F0F0 RS1RS1 RS0RS0 OVOV / / P P D0HD0H BFBF BEBE BDBD BCBC BBBB BABA B9B9 B8B8 IPIP B8HB8H B7B7 B

33、6B6 B5B5 B4B4 B3B3 B2B2 B1B1 B0B0 P3P3 P3.7P3.7 P3.6P3.6 P3.5P3.5 P3.P3.4 4 P3.3P3.3 P3.2P3.2 P3.1P3.1 P3.0P3.0 B0HB0H IEIE A8HA8H A7A7 A6A6 A5A5 A4A4 A3A3 A2A2 A1A1 A0A0 P2P2 P2.7P2.7 P2.6P2.6 P2.5P2.5 P2.4P2.4 P2.3P2.3 P2.2P2.2 P2.1P2.1 P2.0P2.0 A0HA0H SBUFSBUF 99H99H 第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用第2章 單

34、片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用1 1、數(shù)據(jù)總線（、數(shù)據(jù)總線（DBDB）由由P0口提供口提供8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)2 2、地址總線（、地址總線（ABAB）由由P2，P0提供提供16位地址位地址3 3、控制總線（、控制總線（CBCB）由由P3口和口和RST、EA、ALE、PSEN組成組成8031P0.0-P0.7ALEPSENP2.0-P2.48D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GEAOECE2764373第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用 我們知道了單片機(jī)怎樣取指、執(zhí)指，即怎樣運(yùn)行程序了。我們知道了單片機(jī)怎樣取指、執(zhí)指，即怎樣運(yùn)行程序了。那么怎樣才能保證那么怎樣才能保證CP

35、U有序的工作？這就必須提到單片機(jī)的有序的工作？這就必須提到單片機(jī)的兩個(gè)非常重要的外圍電路：單片機(jī)的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。兩個(gè)非常重要的外圍電路：單片機(jī)的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。 C1和和C2取取30 pF左右左右1.212 MHz第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用晶振、晶振、復(fù)位電路復(fù)位電路烘箱控制系統(tǒng)第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用【振蕩周期振蕩周期】：單片機(jī)外接石英晶體振蕩器的周期。如外：單片機(jī)外接石英晶體振蕩器的周期。如外接石英晶體的頻率若為接石英晶體的頻率若為12MHz，這其振蕩周期就是，這其振蕩周期就是1/12微微秒。秒?！緺顟B(tài)周期狀態(tài)周期】：單片機(jī)完成一個(gè)最

36、基本的動(dòng)作所需的時(shí)間：單片機(jī)完成一個(gè)最基本的動(dòng)作所需的時(shí)間周期。如掃描一次定時(shí)器周期。如掃描一次定時(shí)器T0引腳狀態(tài)所需要的時(shí)間。一個(gè)引腳狀態(tài)所需要的時(shí)間。一個(gè)狀態(tài)周期狀態(tài)周期2個(gè)振蕩周期。個(gè)振蕩周期。【機(jī)器周期機(jī)器周期】：單片機(jī)完成一次完整的具有一定功能的動(dòng)：單片機(jī)完成一次完整的具有一定功能的動(dòng)作所需的時(shí)間周期。如一次完整的讀操作或?qū)懖僮鲗?duì)應(yīng)的作所需的時(shí)間周期。如一次完整的讀操作或?qū)懖僮鲗?duì)應(yīng)的時(shí)間。一個(gè)機(jī)器周期時(shí)間。一個(gè)機(jī)器周期6個(gè)狀態(tài)周期。個(gè)狀態(tài)周期?！局噶钪芷谥噶钪芷凇浚?執(zhí)行完某條指令所需要的時(shí)間周期，一般執(zhí)行完某條指令所需要的時(shí)間周期，一般需要需要14個(gè)機(jī)器周期，如個(gè)機(jī)器周期，如MUL

37、 AB指令是四機(jī)器周期指令。指令是四機(jī)器周期指令。一個(gè)指令周期一個(gè)指令周期14個(gè)機(jī)器周期。個(gè)機(jī)器周期。第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用ALE2S6S2S6S3S4S5S3S4S5S1S1S一個(gè)機(jī)器周期一個(gè)機(jī)器周期P1 P2P1 P22S1S6S1S單字節(jié)單周期指令例：INC A讀操作碼讀操作碼）讀下一個(gè)操作碼（丟棄讀下一個(gè)操作碼（丟棄3S4S5S單周期單字節(jié)指令時(shí)序單周期單字節(jié)指令時(shí)序第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用 單片機(jī)工作時(shí)，除了需要時(shí)鐘支持外，還必須單片機(jī)工作時(shí)，除了需要時(shí)鐘支持外，還必須有一個(gè)初始狀態(tài)，即單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位不有一個(gè)初始狀態(tài)，即單片機(jī)

38、的復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位不改變改變RAM（包括工作寄存器（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，）的狀態(tài)，89C51的初始狀態(tài)如下表：的初始狀態(tài)如下表： 時(shí)鐘電路開始工作時(shí)鐘電路開始工作后，在后，在RESET引腳引腳上出現(xiàn)上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。系統(tǒng)即初始復(fù)位。單片機(jī)RST+5V2001K30F第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用特殊功能寄存器特殊功能寄存器初始態(tài)初始態(tài)特殊功能寄存器特殊功能寄存器初始態(tài)初始態(tài)ACC00HB00HPSW00HSP07HDPH00HTH000HDPL00HTL000HIPxxx00000BTH100HIE0 xx0

39、0000BTL100HTMOD00HTCON00HSCONxxxxxxxxBSBUF00HP0-P31111111BPCON0 xxxxxxxB第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用2.6.2 80C51系列系列單片機(jī)的低功耗方式單片機(jī)的低功耗方式1、 電源控制寄存器電源控制寄存器PCONSMOD GF1 GF0 PD IDL IDL=0,PD=0,正常工作方式。正常工作方式。 PD=1,進(jìn)入掉電工作方式；進(jìn)入掉電工作方式； IDL=1,PD=0,進(jìn)入待機(jī)工作方式。進(jìn)入待機(jī)工作方式。 GF1、GF0為用戶使用的通用標(biāo)志。為用戶使用的通用標(biāo)志。第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理

40、與應(yīng)用2、 待機(jī)方式 在待機(jī)工作方式在待機(jī)工作方式CPU停止工作，但振蕩停止工作，但振蕩器與中斷源繼續(xù)工作。器與中斷源繼續(xù)工作。 通過字節(jié)操作使通過字節(jié)操作使IDL=1,單片機(jī)進(jìn)入待機(jī)單片機(jī)進(jìn)入待機(jī)工作方式。工作方式。 一次硬件復(fù)位或一次被開放的中斷源的一次硬件復(fù)位或一次被開放的中斷源的中斷申請(qǐng)可復(fù)位中斷申請(qǐng)可復(fù)位IDL，使單片機(jī)結(jié)束待，使單片機(jī)結(jié)束待機(jī)。機(jī)。第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用3、 掉電方式 在掉電工作方式在掉電工作方式CPU與振蕩器都停止工與振蕩器都停止工作，僅片內(nèi)作，僅片內(nèi)RAM部分維持供電。掉電期部分維持供電。掉電期間，電壓可低至間，電壓可低至2V。 通過字

41、節(jié)操作使通過字節(jié)操作使PD=1,單片機(jī)進(jìn)入掉電工單片機(jī)進(jìn)入掉電工作方式。作方式。 只有在電源電壓正常時(shí)的硬件復(fù)位能使只有在電源電壓正常時(shí)的硬件復(fù)位能使單片機(jī)結(jié)束掉電狀態(tài)。單片機(jī)結(jié)束掉電狀態(tài)。第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用2.6.3 ISP2.6.3 ISP編程工作方式編程工作方式 ISP編程方式編程方式并行編程方式并行編程方式第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用 并行編程方式需要借助編程器，在并行編程方式需要借助編程器，在EA/VPP（31引腳）上使用高電壓（引腳）上使用高電壓（+12V）和協(xié)調(diào)的控制）和協(xié)調(diào)的控制信號(hào)進(jìn)行編程。信號(hào)進(jìn)行編程。 一、并行編程方式一、

42、并行編程方式 缺點(diǎn)：一是增加了硬件成本；二是在實(shí)際缺點(diǎn)：一是增加了硬件成本；二是在實(shí)際應(yīng)用開發(fā)過程中，需要從目標(biāo)系統(tǒng)電路板上拔應(yīng)用開發(fā)過程中，需要從目標(biāo)系統(tǒng)電路板上拔下芯片，編程后再插上。下芯片，編程后再插上。二、二、ISP編程方式（在線編程方式）編程方式（在線編程方式） 將將RST 接至接至Vcc，程序代碼存儲(chǔ)陣列可通過串行，程序代碼存儲(chǔ)陣列可通過串行ISP 接口進(jìn)行編程，接口進(jìn)行編程，89S51的串行接口包含時(shí)鐘輸?shù)拇薪涌诎瑫r(shí)鐘輸入入SCK 線（線（P1.7腳）、腳）、MOSI數(shù)據(jù)輸入線（數(shù)據(jù)輸入線（P1.5腳）腳）和和MISO數(shù)據(jù)輸出線（數(shù)據(jù)輸出線（P1.6腳）。腳）。 第2章 單片

43、機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用 ISP電纜和電纜和AT89S51系列單片機(jī)通過一個(gè)系列單片機(jī)通過一個(gè)10針的針的IDC口進(jìn)口進(jìn)行連接，行連接，IDC-10的引腳定義如圖所示。的引腳定義如圖所示。 Atmel公司的公司的ISP軟件可在軟件可在Atmel公司的網(wǎng)站上公司的網(wǎng)站上免費(fèi)下載，軟件的使用可參閱軟件的幫助說明。免費(fèi)下載，軟件的使用可參閱軟件的幫助說明。第2章 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 單片機(jī)原理與應(yīng)用P0. 0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7P1. 0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7P2.7 P2.6 P2.5 P2.

44、4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0P3. 0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7u4 4個(gè)個(gè)8 8位并行位并行I/OI/O口：口：P0P0，P1P1，P2P2，P3P3；u均可作為雙向均可作為雙向I/OI/O端口使用。輸入時(shí)可端口使用。輸入時(shí)可以緩沖，輸出時(shí)可以鎖存。以緩沖，輸出時(shí)可以鎖存。 P0 P0：訪問片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，訪問片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)， 復(fù)用為低復(fù)用為低8 8位地址線和數(shù)據(jù)線位地址線和數(shù)據(jù)線 P2P2：高高8 8位地址線。位地址線。P1P1：雙向雙向I/OI/O端口端口 P3P3：第二功能第二功能1234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222180318051 875189C5189S51片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)片外擴(kuò)展存儲(chǔ)