第2章 MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

1、MCS51系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)MCS51系列單片機(jī)的存儲器配置CPU的時序及輔助電路了解MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)掌握MCS51系列單片機(jī)的存儲器配置掌握MCS51系列單片機(jī)各引腳的功能掌握CPU時序及看門狗電路的工作原理主要功能概述主要功能概述 MCS51系列單片機(jī)是美國Intel公司在1980年推出的高性能8位單片機(jī)，包含51和52子兩個系列。51子系列中主要有8031、8051、8751三種機(jī)型，它們指令和引腳完全兼容，僅片內(nèi)ROM有所不同。5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理2.1 MCS-512.1 MCS-51系列單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)系列單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1.81.8位

2、位CPUCPU2.2.片內(nèi)帶振蕩器，頻率片內(nèi)帶振蕩器，頻率foscfosc的范圍為的范圍為1.21.212MHz12MHz3.1283.128個字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器個字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM(RAM(用于儲存用于儲存數(shù)據(jù)數(shù)據(jù), ,工作變量工作變量, ,位標(biāo)志等位標(biāo)志等,8052,8052內(nèi)部有內(nèi)部有256256字字節(jié)的節(jié)的RAM)RAM)4.4K4.4K字節(jié)的片內(nèi)程序存儲器字節(jié)的片內(nèi)程序存儲器ROMROM( (片外可擴(kuò)展到片外可擴(kuò)展到64K,803164K,8031無無) )5151系列主要功能為：系列主要功能為：5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理5.5.程序存儲器的尋址范

3、圍為程序存儲器的尋址范圍為64KB64KB6.6.片外數(shù)據(jù)存儲器的尋址范圍為片外數(shù)據(jù)存儲器的尋址范圍為64KB64KB7.217.21個字節(jié)專用寄存器個字節(jié)專用寄存器( (1818個特殊功能寄存?zhèn)€特殊功能寄存 器，其中器，其中3 3個為雙字節(jié)，共占用個為雙字節(jié)，共占用2121個字節(jié)。個字節(jié)。 用于用于CPUCPU對片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理，控對片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理，控 制，監(jiān)視制，監(jiān)視具有特殊功能的具有特殊功能的RAMRAM區(qū)，是一區(qū)，是一 些控制寄存器和狀態(tài)寄存器）。些控制寄存器和狀態(tài)寄存器）。8.48.4個個8 8位并行位并行I/OI/O口：口：P0P0、 P1P1、P2P2、P3P3。

4、可以作為并行輸入可以作為并行輸入/ /出口，其他復(fù)用功能。出口，其他復(fù)用功能。 5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理9. 19. 1個全雙工串行口，可個全雙工串行口，可實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信多機(jī)通信10.210.2個個1616位定時位定時/ /計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)有計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)有5 5 個中斷源個中斷源 11.11111.111條指令，含乘、除法，有很強(qiáng)的條指令，含乘、除法，有很強(qiáng)的 位處理能力位處理能力12.12.片內(nèi)采用單總線結(jié)構(gòu)，單一片內(nèi)采用單總線結(jié)構(gòu)，單一5V5V電源電源5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 5252子系列主要有子系列主要有80328032、8

5、0528052兩種機(jī)型。兩種機(jī)型。與與5151子系列不同在于：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器子系列不同在于：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 增至增至256256個字節(jié)，個字節(jié)，3 3個個1616位定時位定時/ /計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器，6 6個中斷源。個中斷源。 5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理MSC51MSC51芯片的基本結(jié)構(gòu)芯片的基本結(jié)構(gòu) 芯片的封裝形式芯片的封裝形式4040腳和腳和4444腳（其腳（其中中4 4腳是無用的）。腳是無用的）。 MCS-51MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示：所示：2.2 MCS-512.2 MCS-51單片機(jī)的單片機(jī)的CPUCPU及其特點(diǎn)及其特

6、點(diǎn)5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理P0驅(qū)動器RAM地址寄存器RAMEPROM或ROMP2驅(qū)動器P0鎖存器 P2鎖存器B寄存器A暫存器2暫存器1SP16位地址寄存器緩沖器PSWALUP1鎖存器P1驅(qū)動器振蕩器P3鎖存器P3驅(qū)動器PC加1PCDPTR中斷系統(tǒng)串行口定時/計(jì)數(shù)器定時及控制指令寄存器PSENALEEARSTVccVssP0.0P0.7P2.0P2.7P1.0P0.7P3.0P3.75151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理1.1.控制器控制器: :解釋解釋( (譯碼譯碼) )指令，發(fā)出控制信指令，發(fā)出控制信 號，協(xié)調(diào)工作，完成號，協(xié)調(diào)工作，完成CPUCPU

7、給出的任務(wù)。給出的任務(wù)。u程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器PC(ProgramPC(Program Counter) Counter) 功能功能: :用來存放下一條即將執(zhí)行指令的存用來存放下一條即將執(zhí)行指令的存儲單元的地址。系統(tǒng)自動將儲單元的地址。系統(tǒng)自動將PCPC的內(nèi)容送到的內(nèi)容送到指令寄存器指令寄存器IRIR中。開機(jī)或復(fù)位時，中。開機(jī)或復(fù)位時，PCPC里的里的值被清零，計(jì)算機(jī)自動從值被清零，計(jì)算機(jī)自動從0000H0000H地址開始地址開始執(zhí)行指令。當(dāng)執(zhí)行指令時，執(zhí)行指令。當(dāng)執(zhí)行指令時，CPUCPU將自動修將自動修改改PC,PC=PC+1PC,PC=PC+1。5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與

8、工作原理u指令寄存器指令寄存器IR(InstructionIR(Instruction Register) Register) 功能功能: :用來存放從存儲器送來的即將執(zhí)行用來存放從存儲器送來的即將執(zhí)行指令的地址。是一個指令的地址。是一個9 9位的寄存器。位的寄存器。u指令譯碼器指令譯碼器ID(InstructionID(Instruction Decoder) Decoder) 功能功能: :對指令寄存器的指令進(jìn)行譯碼，并對指令寄存器的指令進(jìn)行譯碼，并將指令轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬰娐匪璧倪壿嬰娦盘?。將指令轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬰娐匪璧倪壿嬰娦盘枴?151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理u堆棧指示器堆

9、棧指示器SP(StackSP(Stack Pointer) Pointer) 功能功能: :用來存放特殊數(shù)據(jù)的用來存放特殊數(shù)據(jù)的8 8位專用的片內(nèi)位專用的片內(nèi)RAMRAM存儲器空間。是計(jì)算機(jī)不可缺少的部存儲器空間。是計(jì)算機(jī)不可缺少的部件。又稱為堆棧指針。件。又稱為堆棧指針。5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理2 2、運(yùn)算器、運(yùn)算器 它包含它包含ALUALU、累加器、累加器A A、暫存器、寄、暫存器、寄存器存器B B、程序狀態(tài)字、程序狀態(tài)字PSWPSW等功能部件。等功能部件。uPSW(PSW(程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字) )為為8 8位位D7D6D5 D4D3D2D1D0CACF0RS

10、1RS0OV F1 P5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理uC C 進(jìn)位標(biāo)志位進(jìn)位標(biāo)志位 D7D7有進(jìn)位或借位時有進(jìn)位或借位時C C1,1,否則否則C C0 0uAC AC 輔助進(jìn)位標(biāo)志輔助進(jìn)位標(biāo)志 D6D6有進(jìn)位或借位時有進(jìn)位或借位時ACAC1 (1 (包括半個包括半個字節(jié)進(jìn)位字節(jié)進(jìn)位) )，否則，否則ACAC0 0，用于，用于BCDBCD碼碼運(yùn)算運(yùn)算uFO F1 FO F1 軟件標(biāo)志軟件標(biāo)志 用戶定義，通過軟件置位或清零用戶定義，通過軟件置位或清零, ,在在程序運(yùn)行中自己定義的標(biāo)志。程序運(yùn)行中自己定義的標(biāo)志。5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理uRS1RS1

11、、RS0 RS0 工作寄存器選擇工作寄存器選擇位位 選擇四個工作寄存器組中選擇四個工作寄存器組中的的一組投入工一組投入工作作( (見后面內(nèi)容見后面內(nèi)容) ) uOV OV 溢出標(biāo)志溢出標(biāo)志 用于用于有符號數(shù)運(yùn)算，若結(jié)果超過有符號數(shù)運(yùn)算，若結(jié)果超過 -128-128+127+127，則，則OVOV1 1，否則，否則OVOV0 0uP P 奇偶標(biāo)志奇偶標(biāo)志 A A中中1 1的個數(shù)若為奇數(shù)的個數(shù)若為奇數(shù)P=1,P=1,否則否則P=0P=05151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理例如：例如：MOV A, #7FHMOV A, #7FH ADD A, #4FH ADD A, #4FH 011

12、1,1111B 0111,1111B + 0100,1111B + 0100,1111B 1100,0110B 1100,0110B結(jié)果結(jié)果: :(A)=C6H, C=0,AC=1,OV=0,P=0(A)=C6H, C=0,AC=1,OV=0,P=05151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 3. I/O 3. I/O接口：接口：4 4個個8 8位并行輸入輸出位并行輸入輸出(I/O)(I/O)接口，即接口，即P0, P1,P2P0, P1,P2和和P3P3口，用來傳送數(shù)口，用來傳送數(shù)據(jù)或地址信號。它們是準(zhǔn)雙向輸出輸入口。據(jù)或地址信號。它們是準(zhǔn)雙向輸出輸入口。P0P0和和P2P2口除了

13、可以傳送數(shù)據(jù)，還可以在擴(kuò)口除了可以傳送數(shù)據(jù)，還可以在擴(kuò)展存儲器系統(tǒng)時作為地址總線。展存儲器系統(tǒng)時作為地址總線。 4. 4. 串行接口：集成了一對可編程全雙工串行接口：集成了一對可編程全雙工串行通信接口?？梢詫?shí)現(xiàn)單片機(jī)的串行通串行通信接口?？梢詫?shí)現(xiàn)單片機(jī)的串行通信。信。5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 5. 5. 定時定時/ /計(jì)數(shù)器：集成計(jì)數(shù)器：集成2 2個個1616位的可編程位的可編程定時定時/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器T0T0和和T1T1。其主要部件是一個。其主要部件是一個1616位加法計(jì)數(shù)器。計(jì)滿了就清零，再重新位加法計(jì)數(shù)器。計(jì)滿了就清零，再重新計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)。 6. 6. 中斷系

14、統(tǒng)中斷系統(tǒng) 7. 7. 數(shù)據(jù)指針數(shù)據(jù)指針DPTRDPTR：1616位，訪問片外位，訪問片外ROMROM、 RAMRAM和擴(kuò)展和擴(kuò)展I/OI/O時用時用5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理8.8.振蕩器振蕩器 MCS-51MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)含一個高增益反相放系列單片機(jī)內(nèi)含一個高增益反相放大器，外接晶體和微調(diào)電容，便成為自激振大器，外接晶體和微調(diào)電容，便成為自激振蕩器。其功能是為系統(tǒng)提供時鐘信號源。蕩器。其功能是為系統(tǒng)提供時鐘信號源。 30pF30pFC1C2XTAL1XTAL2單單片片機(jī)機(jī)單片機(jī)外接單片機(jī)外接晶體的接法晶體的接法5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工

15、作原理 晶體與兩個電容晶體與兩個電容C1C1、C2C2構(gòu)成并構(gòu)成并聯(lián)諧振。振蕩器頻率取決于晶體聯(lián)諧振。振蕩器頻率取決于晶體, ,電電容微調(diào)，取容微調(diào)，取30pF,30pF,電容應(yīng)盡量靠近單電容應(yīng)盡量靠近單片機(jī)芯片安裝。頻率范圍是片機(jī)芯片安裝。頻率范圍是1.2-12 1.2-12 MHz(MHz(與單片機(jī)芯片有關(guān)與單片機(jī)芯片有關(guān)) )。5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理VccP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.6P0.7P0.5EA/VDDALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.3P2.2P2.4P2.1P2.0P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P

16、1.6P1.7P1.5RST VPDRXD P3.0TXD P3.1INT0 P3.2INT1 P3.3T0 P3.4WR P3.6RD P3.7T1 P3.5XTAL2XTAL1Vss1220403921.5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理2.3 MCS-512.3 MCS-51單片機(jī)的單片機(jī)的引腳圖引腳圖 一般采用雙列直插式一般采用雙列直插式4040引腳引腳(DIP40)(DIP40)封裝，封裝，也有方形封裝，用也有方形封裝，用HMOSHMOS工藝制造，也有低功工藝制造，也有低功耗耗CHMOSCHMOS工藝制造，加工藝制造，加“C”C”識別。部分引腳識別。部分引腳采用分時

17、復(fù)用技術(shù)。采用分時復(fù)用技術(shù)。5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 MSC51MSC51芯片引腳的功能芯片引腳的功能電源引腳電源引腳Vcc(40Vcc(40腳腳) )；接；接5V5V電源正極，電源正極，Vss(20Vss(20腳腳) )：接：接5V5V電源負(fù)極，系統(tǒng)數(shù)字地，電源負(fù)極，系統(tǒng)數(shù)字地，GNDGND；時鐘引腳時鐘引腳XTAL1(19XTAL1(19腳腳) )，XTAL2(18XTAL2(18腳腳) )：該兩腳連接外接晶體和補(bǔ)償電容的兩腳；該兩腳連接外接晶體和補(bǔ)償電容的兩腳；5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 MSC51MSC51芯片引腳的功能芯片引腳的功

18、能控制引腳控制引腳PSENPSEN，ALEALE，EAEA，RESETRESET（RSTRST）PSEN(29PSEN(29腳腳) )程序存儲器允許輸出控制端；程序存儲器允許輸出控制端；是片外取指令信號輸出端，僅對程序存儲是片外取指令信號輸出端，僅對程序存儲器作用，一般連程序存儲器的器作用，一般連程序存儲器的OEOE端。端。ALE/PROG(30ALE/PROG(30腳腳) )ALEALE的作用是輸出地址的作用是輸出地址鎖存允許信號。當(dāng)鎖存允許信號。當(dāng)CPUCPU訪問外部存儲器時，訪問外部存儲器時，ALEALE發(fā)出的信號的負(fù)跳沿控制鎖存器鎖存發(fā)出的信號的負(fù)跳沿控制鎖存器鎖存CPUCPU發(fā)出發(fā)出

19、的低的低8 8位地址信號。該引腳輸出頻率為振蕩頻位地址信號。該引腳輸出頻率為振蕩頻率率f foscosc的的1/61/6。 PROGPROG的作用是片內(nèi)含有的作用是片內(nèi)含有EPROMEPROM的機(jī)型，該腳用作編程脈沖輸入端。的機(jī)型，該腳用作編程脈沖輸入端。5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 MSC51MSC51芯片引腳的功能芯片引腳的功能控制引腳控制引腳PSENPSEN，ALEALE，EAEA，RESETRESET（RSTRST）EA/VEA/VPPPP(31(31腳腳) )EAEA的作用是內(nèi)的作用是內(nèi)/ /片外程序片外程序存儲器選用端。當(dāng)存儲器選用端。當(dāng)EA=1EA=1時，

20、訪問片內(nèi)存儲器，時，訪問片內(nèi)存儲器，但當(dāng)?shù)?dāng)PCPC溢出時（大于溢出時（大于4K4K，即地址值為，即地址值為0FFFH0FFFH），），CPUCPU自動執(zhí)行外部存儲器程序。當(dāng)自動執(zhí)行外部存儲器程序。當(dāng)EA=0EA=0時，時，CPUCPU只執(zhí)行外部存儲器程序；只執(zhí)行外部存儲器程序；V Vpppp的作用是對片內(nèi)的作用是對片內(nèi)含有含有EPROMEPROM的機(jī)型，該腳用作編程電壓輸入端。的機(jī)型，該腳用作編程電壓輸入端。5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 MSC51MSC51芯片引腳的功能芯片引腳的功能控制引腳控制引腳PSENPSEN，ALEALE，EAEA，RESETRESET（RS

21、TRST）RST/VRST/VPDPD(9(9腳腳) )RSTRST是復(fù)位端是復(fù)位端RESETRESET。即復(fù)。即復(fù)位信號輸入端。只要在位信號輸入端。只要在RSTRST加上持續(xù)時間大于加上持續(xù)時間大于2 2個機(jī)器周期（個機(jī)器周期（2424個時鐘振蕩周期）的高電平，個時鐘振蕩周期）的高電平，就可以對系統(tǒng)復(fù)位。就可以對系統(tǒng)復(fù)位。 備用備用電源的接入端口。電源的接入端口。當(dāng)當(dāng)VccVcc掉電期間，該腳接備用電源掉電期間，該腳接備用電源V VPDPD，可保存，可保存片內(nèi)片內(nèi)RAMRAM的信息的信息。5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 MSC51MSC51芯片引腳的功能芯片引腳的功能輸

22、入輸出輸入輸出I/OI/O端口引腳端口引腳P0.0P0.0P0.7:P0.7:(32-39(32-39腳腳) )可作為準(zhǔn)雙向可作為準(zhǔn)雙向I/OI/O口。在接有片口。在接有片 外存儲器或擴(kuò)展外存儲器或擴(kuò)展I/OI/O口時，口時，P0P0口分時復(fù)用口分時復(fù)用 為低為低8 8位地址總線和位地址總線和8 8位數(shù)據(jù)線。位數(shù)據(jù)線。P1.0P1.0P1.7:P1.7:(1-8(1-8腳腳) )可作為準(zhǔn)雙向可作為準(zhǔn)雙向I/OI/O口。在口。在5252系列系列 中還有第二種功能中還有第二種功能( (通用通用I/OI/O接口功能接口功能) )。P2.0P2.0P2.7:P2.7:(21-28(21-28腳腳) )

23、可作為準(zhǔn)雙向可作為準(zhǔn)雙向I/OI/O口。在接有片口。在接有片 外存儲器或擴(kuò)展外存儲器或擴(kuò)展I/OI/O口時，口時，P2P2口用作高口用作高8 8位位 地址總線。地址總線。P3.0P3.0P3.7:P3.7:(10-17(10-17腳腳) )可作為準(zhǔn)雙向可作為準(zhǔn)雙向I/OI/O口。此外，還口。此外，還 有特殊功能。第二種功能，如下圖所示：有特殊功能。第二種功能，如下圖所示： 5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理引腳引腳第第 二二 功功 能能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0（外部中斷0請求輸入端）P3.3INT1 （外部中斷1請求輸入端）P3

24、.4T0（定時器/計(jì)數(shù)器0脈沖輸入端）P3.5T1 （定時器/計(jì)數(shù)器1脈沖輸入端）P3.6WR（片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端）P3.7RD（片外數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端）5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理引腳特點(diǎn)功能多功能多/ /引腳少，許多引腳具有第二功能。引腳少，許多引腳具有第二功能。ABAB總線總線( (地址總線地址總線) )由由P0P0、P2P2組成組成1616位位DBDB總線總線( (數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線) )由由P0P0分時復(fù)用分時復(fù)用8 8位位CBCB總線總線( (控制總線控制總線) )有有ALEALE、PSENPSEN、RSTRST、 EAEA、INT0INT

25、0、INT1INT1、T0T0、T1T1、WRWR、RDRD等等1010根。根。5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理存儲器配置存儲器配置 MCS-51MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)含的存儲器系列單片機(jī)內(nèi)含的存儲器容量（字節(jié)數(shù)）如下表所示容量（字節(jié)數(shù)）如下表所示: :5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理2.4 MCS-512.4 MCS-51單片機(jī)的存儲空間單片機(jī)的存儲空間MCS-51系系列列單片機(jī)型號單片機(jī)型號存存 儲儲 器器 類類 型型片內(nèi)程序存儲器容量(B)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器容量(B)掩膜ROMEPROMRAMSFR專用寄存器51子子系系列列8031128128805

26、14KB12812887514KB12812852子子系列系列803225612880528KB2561285151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 MCS-51MCS-51系列單片機(jī)存儲空系列單片機(jī)存儲空間可分為三大區(qū)域：間可分為三大區(qū)域：程 序 存 儲 器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器片外數(shù)據(jù)存儲器5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理1000HFFFFH片外ROM片外RAM0000HFFFFH7FH0000H0FFFH0000H0FFFH00H80HFFH片外ROM/EA=0 SFR片內(nèi)ROM/EA=1 片內(nèi)RAM存儲器編址圖如下圖所示存儲器編址圖如下圖所示 數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲

27、器程序存儲器程序存儲器5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理MCS-51系列單片機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)與常見的微機(jī)的配置方式不同。采用哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)。它們把程序和數(shù)據(jù)存儲器分開，各自獨(dú)立。各有自己的尋址系統(tǒng)、控制信號和功能。因訪問指令不同，地址可以重疊。5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理程序存儲器程序存儲器1.編址與訪問 MCS-51MCS-51系列單片機(jī)的系列單片機(jī)的程序計(jì)程序計(jì)數(shù)器數(shù)器PCPC為為1616位，所以程序存儲器位，所以程序存儲器尋址范圍為尋址范圍為64KB64KB（0000H0000HFFFFHFFFFH）5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)

28、的結(jié)構(gòu)與工作原理通過通過MOVCMOVC指令進(jìn)行訪問指令進(jìn)行訪問編址規(guī)律：編址規(guī)律： 先片內(nèi)、后片外，片內(nèi)片外地址連續(xù)，先片內(nèi)、后片外，片內(nèi)片外地址連續(xù)，二者一般不作重疊。二者一般不作重疊。 EAEA0 0，只訪問片外程序存儲器，只訪問片外程序存儲器 EAEA1 1，先訪問片內(nèi)程序存儲器。當(dāng)程，先訪問片內(nèi)程序存儲器。當(dāng)程序計(jì)數(shù)器序計(jì)數(shù)器PC0FFFHPC0FFFH（5151子系統(tǒng)）或子系統(tǒng)）或PC1FFFH (52PC1FFFH (52子系統(tǒng)子系統(tǒng)) )，再去訪問片外程，再去訪問片外程序存儲器。序存儲器。 5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理地址分配地址分配: :片內(nèi)片內(nèi)4K(

29、0000H4K(0000H0FFFH)0FFFH)：對于：對于小程序，片內(nèi)的空間已經(jīng)夠用，可以存放小程序，片內(nèi)的空間已經(jīng)夠用，可以存放20002000多條指令。對于大程序，需要擴(kuò)展到片多條指令。對于大程序，需要擴(kuò)展到片外：片外外：片外64K(0000H64K(0000HFFFFH);FFFFH);復(fù)位復(fù)位: :復(fù)位后復(fù)位后PCPC里的內(nèi)容為里的內(nèi)容為0000H0000H。0000H0000H是程序啟動地址，通常在該單元放一條絕對是程序啟動地址，通常在該單元放一條絕對跳轉(zhuǎn)指令，跳向主程序的入口地址跳轉(zhuǎn)指令，跳向主程序的入口地址; ; 5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理2 . 7

30、2 . 7個特殊單元個特殊單元 程序存儲器有程序存儲器有7 7個單元留作特殊用途。不個單元留作特殊用途。不能存放其他指令。第一單元為能存放其他指令。第一單元為0000H0000H。復(fù)位后。復(fù)位后程序執(zhí)行起始地址（程序執(zhí)行起始地址（PCPC0000H0000H）。另外）。另外6 6個個對應(yīng)于對應(yīng)于6 6個中斷源個中斷源（5151子系列僅有子系列僅有5 5個）個），作，作為中斷服務(wù)程序入口地址為中斷服務(wù)程序入口地址( (在在64K64K存儲器中存儲器中),),見下表見下表5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理中 斷 源入 口 地 址外部中斷外部中斷00003H-000AH定時定時/計(jì)

31、數(shù)器計(jì)數(shù)器0溢出溢出000BH-0012H外部中斷外部中斷10013H-001AH定時定時/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器1溢出溢出001BH-0022H串行口中斷串行口中斷0023H-002AH定時定時/計(jì)時器計(jì)時器2溢出或溢出或T2EX端負(fù)跳變端負(fù)跳變(僅僅增強(qiáng)型增強(qiáng)型8XX52, 如如8032、8052用用)002BH5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理作用：作用：7 7個單元相隔很近，放不下稍長個單元相隔很近，放不下稍長程序代碼。它們實(shí)際存放一條無條件轉(zhuǎn)程序代碼。它們實(shí)際存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，分別轉(zhuǎn)移到用戶程序真正起始移指令，分別轉(zhuǎn)移到用戶程序真正起始地址或?qū)?yīng)中斷服務(wù)程序真正入口地址

32、。地址或?qū)?yīng)中斷服務(wù)程序真正入口地址。 5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理主程序?qū)嶋H從主程序?qū)嶋H從0030H0030H開始存放，復(fù)位后，通過開始存放，復(fù)位后，通過跳轉(zhuǎn)指令跳轉(zhuǎn)指令LJMPLJMP轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)移至0030H0030H開始執(zhí)行。開始執(zhí)行。ORG 0000HLJMP MAIN.ORG 0030HMAIN: MOV SP, #30H 5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 51 51子系列單片機(jī)片內(nèi)含有子系列單片機(jī)片內(nèi)含有256256個字節(jié)個字節(jié)RAM(00HRAM(00HFFH)FFH)。其中前。其中前 128128個個(00H

33、(00H7FH)7FH)可供用戶使用。可供用戶使用。 可供用戶使用的前可供用戶使用的前 128128個字節(jié)分為個字節(jié)分為三大區(qū)域三大區(qū)域：（1 1）(4(4組組) )工作寄存器工作寄存器(00H(00H1FH1FH，4 48=328=32單元單元) )；（2 2）(128(128個單元（位）的個單元（位）的 ) )位位尋址區(qū)尋址區(qū)(20H(20H2FH2FH，16168=1288=128個個單元單元) )；（3 3）數(shù)據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)(30H(30H7FH7FH的的 存儲空間只能作字存儲空間只能作字節(jié)尋址節(jié)尋址) )如下圖所示：如下圖所示：5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

34、工工作作寄寄存存器器區(qū)區(qū)00H00HR0R0工作寄存器0組01H01HR1R107H07HR7R708H08HR0R0工作寄存器1組09H09HR1R10FH0FHR7R710H10HR0R0工作寄存器2組11H11HR1R117H17HR7R718H18HR0R0工作寄存器3組19H19HR1R11FH1FHR7R75151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理D7 D7 D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D0位位尋尋址址區(qū)區(qū)20H20H0707060605050404030302020101000021H21H0F0F0E0E0D0D0C0C0B0B0A0A0909

35、080822H22H1717161615151414131312121111101023H23H1F1F1E1E1D1D1C1C1B1B1A1A1919181824H24H2727262625252424232322222121202025H25H2F2F2E2E2D2D2C2C2B2B2A2A2929282826H26H3737363635353434333332323131303027H27H3F3F3E3E3D3D3C3C3B3B3A3A3939383828H28H4747464645454444434342424141404029H29H4F4F4E4E4D4D4C4C4B4B4A4A

36、494948482AH2AH575756565555545453535252515150502BH2BH5F5F5E5E5D5D5C5C5B5B5A5A595958582CH2CH676766666565646463636262616160602DH2DH6F6F6E6E6D6D6C6C6B6B6A6A696968682EH2EH777776767575747473737272717170702FH2FH7F7F7E7E7D7D7C7C7B7B7A7A797978785151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理1. 1.工作寄存器區(qū)工作寄存器區(qū) 占用占用片內(nèi)片內(nèi)RAM 00HRAM 0

37、0H1FH1FH。共分。共分4 4組，每組組，每組8 8個個單元，用單元，用R0R0R7R7表示，實(shí)際應(yīng)用只使用一組，表示，實(shí)際應(yīng)用只使用一組，其他各組不工作、待用。哪一組工作由其他各組不工作、待用。哪一組工作由PSWPSW中中RS1RS1、RS0RS0兩位選擇，如下表所示：兩位選擇，如下表所示：5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理RS1RS0選 中00工作寄存器0組01工作寄存器1組10工作寄存器2組11工作寄存器3組5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 占用片內(nèi)202FH 16個單元，每個單元 8位，共計(jì)168128位，每位對應(yīng)都有位地址。有了位地址可以位尋

38、址。2.位尋址區(qū) 占用片內(nèi)307FH，共80個單元。3.數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 1個16位的寄存器。也可分成2個獨(dú)立的寄存器使用。高字節(jié)為DPH,低字節(jié)為DPL 。4. 數(shù)據(jù)指針DPTR5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理一個8位的堆棧指針SP，專用于指出當(dāng)前堆棧頂部是片內(nèi)RAM的哪一個單元，向上原則，復(fù)位后SP07H。為了避開工作寄存器和位尋址區(qū)，SP初值可定為2FH或更大的片內(nèi)RAM地址值。堆棧的作用：保護(hù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場。用于子程序調(diào)用和中斷操作。5.堆棧與堆棧指針5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理占用片內(nèi)RAM 80FFH中部分單元。80FFH未被SFR占用的單元保留，

39、用戶不能使用。SFR也稱專用寄存器，專用于控制、管理片內(nèi)ALU部件、并行I/O口、串行I/O口、定時/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)，如下表所示。其中有些專用寄存器有位地址或位名稱，可以進(jìn)行位操作。6.特殊功能寄存器塊SFR5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理專用寄存器專用寄存器符號符號地址地址位地址與位名稱位地址與位名稱D7D6D5D4D3D2D1D0P0口口P080H8786858483828180堆棧指針堆棧指針SP81H數(shù)據(jù)指針低字節(jié)數(shù)據(jù)指針低字節(jié)數(shù)據(jù)指針高字節(jié)數(shù)據(jù)指針高字節(jié)DPLDPTRDPH82H83H定時器定時器/計(jì)數(shù)器控制計(jì)數(shù)器控制TCON88HTF18FTR18ETF08D

40、TR08CIE18BIT18AIE089IT088定時器定時器/計(jì)數(shù)器方式控計(jì)數(shù)器方式控制制TMOD89HGATEC/TM1M0GATEC/TM1M0定時器定時器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器0低字節(jié)低字節(jié)TL08AH定時器定時器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器1低字節(jié)低字節(jié)TL18BH定時器定時器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器0高字節(jié)高字節(jié)TH08CH定時器定時器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器1高字節(jié)高字節(jié)TH18DH5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理專用寄存器專用寄存器符號符號地址地址位地址與位名稱位地址與位名稱D7D6D5D4D3D2D1D0P1口口P190H9796959493929190電源控制電源控制PCON97HSMOD-GF

41、1GF0PDIDL串行控制串行控制SCON98HSM09FSM19ESM29DREN9CTB89BRB89ATI99RI98串行數(shù)據(jù)緩沖區(qū)串行數(shù)據(jù)緩沖區(qū)SBUF99HP2口口P2A0HA7A6A5A4A3A2A1A0中斷允許控制中斷允許控制IEA8HEAAF-ET2ADESACET1ABEX1AAET0A9EX0A8P3口口P3B0HB7B6B5B4B3B2B1B0中斷優(yōu)先級控制中斷優(yōu)先級控制IPB8H-PT2BDPSBCPT1BBPX1BAPT0B9PX0B85151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理專用寄存器專用寄存器符號符號地址地址位地址與位名稱位地址與位名稱D7D6D5D4D

42、3D2D1D0定時器定時器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器2控制控制T2CONC8HTF2CFEXF2CERCLKCDTCLKCCEXEN2CBTR2CAC/T2C9CP/RI2C8定時器定時器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器2自動重載低字節(jié)自動重載低字節(jié)RLDLCAH定時器定時器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器2自動重載高字節(jié)自動重載高字節(jié)RLDHCBH定時器定時器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器2低字節(jié)低字節(jié)TL2CCH定時器定時器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器2高字節(jié)高字節(jié)TH2CDH程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字PSWD0HCD7ACD6F0D5RS1D4RS0D3OVD2-D1PD0累加器累加器AE0HE7E6E5E4E3E2E1E0B寄存器寄存器BF0HF7F6F5F4F3F2

43、F1F05151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理片外數(shù)據(jù)存儲器片外數(shù)據(jù)存儲器MCS-51系列單片機(jī)有一個數(shù)據(jù)指針DPTR可用于尋址片外程序存儲器或片外數(shù)據(jù)存儲器單元。它為16位，可尋址范圍為64KB（0000HFFFFH）。通過MOVX指令進(jìn)行訪問。5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理CPUCPU時序及輔助電路時序及輔助電路基本概念基本概念1. 1.振蕩周期振蕩周期振蕩器輸出脈沖頻率所對應(yīng)的周期。振蕩器輸出脈沖頻率所對應(yīng)的周期。T T振振1/fsoc1/fsoc5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理2.5 MCS-512.5 MCS-51單片機(jī)的單片機(jī)

44、的CPUCPU及輔助電路及輔助電路2. 2.時鐘周期時鐘周期( (也稱狀態(tài)周期也稱狀態(tài)周期) )振蕩器輸出脈沖經(jīng)二分頻后成為內(nèi)部時振蕩器輸出脈沖經(jīng)二分頻后成為內(nèi)部時鐘信號（用作單片機(jī)內(nèi)部各功能部件按鐘信號（用作單片機(jī)內(nèi)部各功能部件按序協(xié)調(diào)工作的控制信號），其對應(yīng)的序協(xié)調(diào)工作的控制信號），其對應(yīng)的周期：周期：T時T狀2/fosc5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理3. 3.機(jī)器周期機(jī)器周期6 6個時鐘周期構(gòu)成一個機(jī)器周期個時鐘周期構(gòu)成一個機(jī)器周期，T T機(jī)機(jī)6T6T時時。有時用。有時用TcyTcy表示。表示。 4. 4.指令周期指令周期CPUCPU執(zhí)行一條指令所需時間，它以執(zhí)行一

45、條指令所需時間，它以機(jī)器周機(jī)器周期期為計(jì)量單位。如單周期指令為計(jì)量單位。如單周期指令( (一個機(jī)器一個機(jī)器周期周期) )、雙周期指令、雙周期指令、4 4周期指令。周期指令。5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理CPU時序時序以S1S6表示一個機(jī)器周期的6個T時，以P1 P2表示每個T時的兩個節(jié)拍，則一個T機(jī)依次有S1P1、S1P2S6P1、S6P2 12個T振。除訪問片外RAM時，ALE(地址鎖存信號)脈沖每個Tcy的S1P2至S2P1及S4P2至S5P1期間發(fā)生一次。單周期指令的CPU時序如下圖所示： 5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理振蕩器信號振蕩器信號(X

46、TAL2端)ALES1P1 P2S2P1 P2S3P1 P2S4P1 P2S5P1 P2S6P1 P2S1P1 P2讀操作碼S1S2S3S4S5S6讀下一條指令讀操作碼S1S2S3S4S5S6讀第二字節(jié)a）b)單周期指令的時序a）單字節(jié)周期指令，如單字節(jié)周期指令，如INCA b）雙字節(jié)單周期指令，例如：雙字節(jié)單周期指令，例如：ADD A, #data5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理它包含有單字節(jié)、雙字節(jié)指令。兩者都在S1P2期間由CPU取指令（讀指令），PC自動加1；雙字節(jié)指令在同一個T機(jī)的S4再讀第二字節(jié)，PC+1PC，而單字節(jié)指令在S4也讀操作碼，因是單字節(jié)指令讀后丟棄

47、不用。PC不加1。兩種指令在S6P2結(jié)束時都完成操作。 若是單字節(jié)雙周期指令在兩個若是單字節(jié)雙周期指令在兩個T機(jī)機(jī)內(nèi)讀內(nèi)讀4次，后次，后3次讀后丟棄。次讀后丟棄。(圖見教材圖見教材) 5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理輔助電路輔助電路1. 1.復(fù)位電路復(fù)位電路 MCS-51系列單片機(jī)的RST腳上只要出現(xiàn)10ms以上的高電平,持續(xù)時間大于2個機(jī)器周期，實(shí)現(xiàn)復(fù)位。它的兩種復(fù)位方式：上電復(fù)位，手動復(fù)位。5151單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理(1)(1)復(fù)位狀態(tài)復(fù)位狀態(tài) 復(fù)位后，復(fù)位后，SFRSFR和和PCPC的狀態(tài)如下表所示：的狀態(tài)如下表所示：寄寄 存存 器器復(fù)復(fù) 位位 狀狀 態(tài)態(tài)寄寄 存存 器器復(fù)復(fù) 位位 狀狀 態(tài)態(tài)PCPC0000H0000HTCONTCON00H00HA A00H00HT2CONT2CON00H00HB B00H00HTH0TH000H00HPSWPSW00H00HTL0TL000H00HSPSP07H07HTH1TH100H00HDPTRDPTR0000H0000HTL1TL100H00HP0P0P3P3FFHFFHSCONSCON00H00HIP