單片機(jī)02：單片機(jī)芯片硬件結(jié)構(gòu)

1、第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 本章主要內(nèi)容： 1 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳 2 MCS-51單片機(jī)的存儲器配置 3 MCS-51單片機(jī)CPU時序 4 MCS-51單片機(jī)硬件配置 重點內(nèi)容：1 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2 MCS-51單片機(jī)的存儲器配置 1單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 2.1 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳一、MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 2單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 二、MCS-51單片機(jī)的根本組成(一)、中央處理器 中央處理器簡稱CPU，是單片機(jī)的核心，完成運算和控制功能。中央處理器包括運算器和控制

2、器。 1. 運算器 即運算電路，用于實現(xiàn)算術(shù)和邏輯運算。運算電路包括算術(shù)邏輯單元ALU、累加器ACC、程序狀態(tài)字PSW、B存放器等。其中算術(shù)邏輯單元ALU是運算電路的核心。 2. 控制器 即控制電路，用于發(fā)出控制信號，指揮單片機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作?？刂齐娐钒ǔ绦蛴嫈?shù)器PC、指令存放器、指令譯碼器、定時與控制電路等。3單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 (二)、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器即內(nèi)部RAM MCS-51單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器(即內(nèi)部RAM)的地址范圍為：00HFFH，共256個字節(jié)(即256B)。 (三)、定時器/計數(shù)器 MCS-51單片機(jī)共有2個16位的定時器計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或

3、計數(shù)功能。 (四)、并行I/O口 MCS-51單片機(jī)共有4個8位的I/O口P0,P1,P2,P3，以實現(xiàn)與外設(shè)的數(shù)據(jù)并行輸入/輸出。 (五)、串行口 MCS-51單片機(jī)有1個全雙工的串行I/O口，用于實現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與PC機(jī)之間的串行通信。 4單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 (六)、中斷控制系統(tǒng) MCS-51單片機(jī)共有5個中斷源(其中有2個外部中斷源)。(七)、時鐘電路 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個時鐘電路，可通過引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器和微調(diào)電容，為單片機(jī)產(chǎn)生時鐘脈沖。(八)、地址/數(shù)據(jù)總線 在外擴(kuò)存儲器和外接其它設(shè)備時，MCS-51單片機(jī)的P0

4、口和P2口被用做地址/數(shù)據(jù)總線。其中P0口用以分時傳送低8位地址或8位數(shù)據(jù)硬件以ALE信號區(qū)別；而P2口那么用以傳送高8位地址。5單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 三、MCS-51單片機(jī)的引腳及功能 MCS-51單片機(jī)共有3種封裝形式。最常用的40引腳雙列直插式DIP封裝方式集成電路芯片的引腳排列如以下圖。6單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 引腳可分4組1.主電源引腳2.外接晶體引腳3.控制信號引腳 4.輸入/輸出端口引腳 1. 主電源引腳VCC和GND(1) VCC 40腳，接+5V電源。(2) GND 20腳，接數(shù)字電路地。2. 外接晶體引腳XT

5、AL1和XTAL2(1) XTAL1 19腳，接外部晶體振蕩器。(2) XTAL2 18腳，接外部晶體振蕩器。(3) P2口(21腳-28腳)，當(dāng)訪問外部存儲器或外部設(shè)備時，P2口的8條引腳作為高8位地址線，系統(tǒng)自動把高8位地址(A8-A15)送出。(4) P3口(10腳-17腳)，是一個復(fù)用端口。作為第一功能使用時，是普通的I/O端口。作為第二功能使用時，各引腳的定義如下表所示。7圖2-2 89C51引腳排列圖及輸入/輸出邏輯示意圖8單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 2.2 MCS-51單片機(jī)的存儲器配置共256B共8個二進(jìn)制位(bit)存儲器01H00H02H03H0

6、4H05HFDHFFHFEH000000110000100000001001也稱為：一個存儲單元稱為：一個字節(jié)(B)被存儲的數(shù)據(jù)(8位)地址容量的確定： 地址總線包含8根地址線時： 28 = 256字節(jié) = 256B共計：256B 地址總線包含16根地址線時：216 = 641024B = 64KB共計：64KB9單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 地址確實定： 每根地址線可傳送一位二進(jìn)制信息(0或1)，當(dāng)?shù)刂房偩€包含8根地址線時，那么可傳送的最小數(shù)字為00000000 = 0 = 00H，最大數(shù)字為11111111= 255 = FFH。所以地址范圍是：00HFFH。 當(dāng)

7、地址總線包含16根地址線時，那么可傳送的最小數(shù)字為0000000000000000 = 0 = 0000H，最大數(shù)字為1111111111111111= 65536= FFFFH。所以地址范圍是：0000HFFFFH。10單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 一、MCS-51單片機(jī)的存儲器分類 1. 按功能分類：程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。 2. 按分配空間分類：內(nèi)部存儲器和外部擴(kuò)展存儲器。 內(nèi)部存儲器：也稱為片內(nèi)存儲器。即內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲 器(256B)，簡稱內(nèi)部RAM。 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部4KB程序存儲器。 外部擴(kuò)展存儲器：簡稱外部存儲器或外擴(kuò)存儲器， 也稱為片外存儲器?？煞?/p>

8、為：外部程序存儲器(64KB)和外 部數(shù)據(jù)存儲器(簡稱外部RAM；64KB)。11單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 存儲器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器256B:00HFFH內(nèi)部程序存儲器：4KB:000HFFFH外部程序存儲器：64KB:0000HFFFFH即內(nèi)部RAM內(nèi)部存儲器外部存儲器外部數(shù)據(jù)存儲器：64KB小結(jié)即外部RAM常指ROM12單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 二、MCS-51單片機(jī)存儲器的特點 1. 將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開設(shè)置。 在空間上完全獨立，并不重疊。 存取指令完全不同MOV、MOVX、MOVC。 控制信號完全不同RD、WR；EA、PS

9、EN。 2. 存儲器有內(nèi)外之分。即分為內(nèi)部存儲器和外部存儲器。 內(nèi)部存儲器，也稱為片內(nèi)存儲器。即內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器， 簡稱內(nèi)部RAM。 外部存儲器，也稱為片外存儲器。即外部數(shù)據(jù)存儲器和 外部程序存儲器，也稱為外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲器和外擴(kuò)程序存儲 器。13單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 外部程序存儲器0001H0000H0002H0003H0004H0005HFFFDHFFFFHFFFEH00010011共64KB共8個二進(jìn)制位(bit)0010100000101001也稱為：一個存儲單元稱為：一個字節(jié)(8位)被存儲的程序代碼(8位)地址(16位)三、程序存儲器地址空間14單片機(jī)原理

10、多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 在單片機(jī)處理問題之前必須先將編好的程序、表格、常數(shù)匯編成機(jī)器代碼后存入單片機(jī)的存儲器中，該存儲器稱為程序存儲器。 如上所述，89C51除片內(nèi)4KB的ROM外，還可外擴(kuò)64KB程序存儲器，地址為0000HFFFFH(內(nèi)部與外部統(tǒng)一64KB)。它以程序計數(shù)器PC作地址指針，由于PC程序計數(shù)器為16位，使得程序存儲器可用16位二進(jìn)制地址，因此，可尋址的地址空間為64KB。 程序存儲器的操作完全由程序計數(shù)器PC控制。程序存儲器的操作分為程序運行與讀查表操作兩類。以下圖為 51單片機(jī)程序存儲器示意圖 15單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底

11、 六個存儲單元的地址即6個字節(jié)的地址： 功 用字節(jié)地址串行中斷0入口地址 0023H定時器/計數(shù)器1溢出中斷入口地址 001BH定時器/計數(shù)器0溢出中斷入口地址 000BH外部中斷1入口地址 0013H外部中斷0入口地址 0003H系統(tǒng)引導(dǎo)區(qū) 0000H 0002H 單片機(jī)復(fù)位后程序計數(shù)器PC的內(nèi)容為0000H，故系統(tǒng)必須從0000H單元開始取指令來執(zhí)行程序。0000H單元是系統(tǒng)的起始地址，一般0000H0002H存放跳轉(zhuǎn)指令，使程序被引導(dǎo)到跳轉(zhuǎn)指令指定的程序存儲空間去執(zhí)行。16單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 四、外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間 MCS-51單片機(jī)的外部數(shù)據(jù)存儲

12、器空間為64KB(即容量為64KB)，地址范圍為0000HFFFFH。外部數(shù)據(jù)存儲器0001H0000H0002H0003H0004H0005HFFFDHFFFFHFFFEH00000011共64KB共8個二進(jìn)制位(bit)0000100000001001也稱為：一個存儲單元稱為：一個字節(jié)(8位)被存儲的數(shù)據(jù)(8位)地址(16位)17單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 外部程序存儲器0001H0000H0002H0003H0004H0005HFFFDHFFFFHFFFEH00010011共64KB共8個二進(jìn)制位(bit)0010100000101001也稱為：一個存儲單元稱

13、為：一個字節(jié)(8位)被存儲的程序代碼(8位)地址(16位)18單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 問題： MCS-51單片機(jī)的外部程序存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器的地址范圍都是從0000HFFFFH。使用時會不會因為混淆而出錯呢？(答案是：不會出錯！) 為什么？外部程序存儲器FFFFH外部數(shù)據(jù)存儲器0000H(64KB)(64KB)19單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 MCS-51單片機(jī)的外部程序存儲器和外 部數(shù)據(jù)存儲器的地址范圍都是從0000H FFFFH，共64KB。但使用時不會出錯，原因 為： 1.存儲器空間相互獨立。并不重疊。 2.采用了不同的存儲器

14、訪問指令，訪 問外部程序存儲器時指令用MOVC，訪問外 部數(shù)據(jù)存儲器時指令用MOVX。 3.控制信號不同。訪問外部程序存儲 器時控制信號為PSEN；訪問外部數(shù)據(jù)存儲 器時控制信號為RD和WR。20單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 五、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器地址空間 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部RAM空間為256B(即共有256個存儲單元)，地址范圍為00H FFH。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器01H00H02H03H04H05HFDHFFHFEH00000011共256B共8個二進(jìn)制位(bit)0000100000001001也稱為：一個存儲單元稱為：一個字節(jié)(8位)被存儲的數(shù)據(jù)(8位)地址(8位)

15、21內(nèi)部存儲器 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128單元 22單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 MCS-51單片機(jī)256B的內(nèi)部RAM可以分為四個區(qū)域： 存放器區(qū) 00H1FH。共計32個工作存放器。分四組，每組8個工作存放器。2.位尋址區(qū) 有16個字節(jié)，每字節(jié)有8個二進(jìn)制位，共計128個二進(jìn)制位，位地址范圍為00H7FH。3.用戶RAM區(qū) 30HFFH。包括兩局部： 30H7FH；80HFFH。4.特殊功能存放器區(qū) 80HFFH。也稱為SFR區(qū)。(Special Function Register) 工作寄存器組3 工作寄存器組2 工作寄存器組1 工作寄存器組0 23單片機(jī)原理多媒體

16、教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 MCS-51單片機(jī)的外部數(shù)據(jù)存儲器空間與內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器空間的低地址0000H00FFH在使用時是重疊的。 為了防止混淆，MCS-51單片機(jī)用MOVX和MOV兩種指令對其加以區(qū)別，用MOV訪問內(nèi)部RAM，用MOVX訪問外部RAM。外部數(shù)據(jù)存儲器FFH內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器00H(64KB)(256B)FFFFH0000H00FFH24單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 1. 存放器區(qū)：共計32個工作存放器，分為四組，每組8個。 工作存放器常用于存放操作數(shù)及中間結(jié)果等，由于它們的功能及使用不作預(yù)先規(guī)定，因此稱為通用存放器，也叫工作存放器。 每組的

17、8個工作存放器，占8個內(nèi)部RAM存儲單元，因此，4個工作存放器組總共占用32個內(nèi)部RAM存儲單元。在任一時刻，CPU只能使用這四組工作存放器中的一組，并把正在使用的那組工作存放器稱為當(dāng)前工作存放器組，用R0R7表示8個當(dāng)前工作存放器。 25第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 問題1： 4個工作存放器組的地址范圍各是多少？ 工作寄存器組地址范圍工作寄存器組0工作寄存器組1工作寄存器組2工作寄存器組300H 07H08H 0FH10H 17H18H 1FH答案：26單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 2. 位尋址區(qū)：共計128個二進(jìn)制位。位地址范圍: 00H7FH。 位尋址區(qū)有

18、16個字節(jié)，字節(jié)地址為20H2FH。每字節(jié)有8個二進(jìn)制位，每個二進(jìn)制位都有各自的地址，稱為位地址。 16個字節(jié)共計包含128個二進(jìn)制位，位地址范圍為00H7FH。工作寄存器組3 工作寄存器組2 工作寄存器組1 工作寄存器組0 間接尋址用戶RAM區(qū)/SFR區(qū)直接尋址用戶RAM區(qū) 問題： 什么叫字節(jié)地址？27單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 3. 用戶RAM區(qū)： 30H7FH。 用戶RAM區(qū)包括兩局部： (1). 30H7FH：80個字節(jié)。 (2). 80HFFH：128個字節(jié)。工作寄存器組3 工作寄存器組2 工作寄存器組1 工作寄存器組0 間接尋址用戶RAM區(qū)/SFR區(qū)直接

19、尋址用戶RAM區(qū)間接尋址用戶RAM區(qū)(共128B)直接尋址用戶RAM區(qū)(即采用直接尋址方式；共80B)FFH7FH30H80H28單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 4. 特殊功能存放器區(qū)(即SFR區(qū))：地址范圍 80HFFH。工作寄存器組3 工作寄存器組2 工作寄存器組1 工作寄存器組0 直接尋址SFR區(qū)直接尋址用戶RAM區(qū)29單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 直接尋址SFR區(qū)/ (可用共44B)FFH80HSFR區(qū)采用直接尋址方式。 因這些寄存器的功能已做了專門規(guī)定，故而也稱為專用寄存器。 MCS-51單片機(jī)有44個特殊功能寄存器，除程序計數(shù)器PC

20、不可尋址外，有43個是可尋址的(其中有16個也可位尋址)。 其余的單元廠家沒做定義，用戶不能使用。 30單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 六、常用特殊功能存放器介紹 常用特殊功能存放器有：程序計數(shù)器PC、累加器ACC、B存放器、程序狀態(tài)字PSW、數(shù)據(jù)指針DPTR。1. 程序計數(shù)器(PC：Program Counter)： 功能：用于指向程序存儲器的某個存儲單元。(1). PC是一個16位的計數(shù)器。(3). PC的內(nèi)容為將要執(zhí)行的指令地址。尋址范圍達(dá)64KB。 (2). PC有自動加1功能，以實現(xiàn)程序的順序執(zhí)行。(4). PC沒有地址，是不可尋址的。因此用戶無法對它進(jìn)行 讀

21、寫操作。但可以通過轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令改變 其內(nèi)容，以實現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)移。特點：31單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 2. 累加器(ACC：Accumulator ；也可用A表示)： 功能：累加器可用于存放指令的操作數(shù)，以及存放 ALU 運算的中間結(jié)果。它是程序中最常用的特殊功能存放器，功能較多，地位重要。 (1). 累加器是一個8位的特殊功能存放器。(2). 累加器有地址，是可以尋址的。問題1：累加器的地址是多少？特點：問題2：累加器可以位尋址嗎？答案：E0H答案：可以32 答案1: SETB ACC.0 (不能用A.0)答案2: SETB E0H答案3: SETB E0

22、H.0 例題： 如何將累加器的最低位置1?33單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 3. B存放器(B Register)： 功能：(1).用于乘法運算。此時，B存放器中存放乘數(shù)。乘法 運算完成后，乘積的高位數(shù)據(jù)存放于B中。 (2).用于除法運算。此時，B存放器中存放除數(shù)。除法 運算完成后，余數(shù)存于B中。 (3).B存放器也可作為一般的數(shù)據(jù)存放器使用。 (1). B存放器是一個8位的特殊功能存放器。 (2). B存放器有地址，是可以尋址的。特點：問題1：B寄存器的地址是多少？問題2：B存放器可以位尋址嗎？答案：F0H答案：可以34單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)

23、硬件根底 4. 程序狀態(tài)字(PSW：Program Status Word )： 功能：用于存放指令執(zhí)行的狀態(tài)信息。 (1). PSW是一個8位的特殊功能存放器。 (2). PSW有地址，是可以尋址的。特點：問題1：PSW的地址是多少？問題2：PSW可以位尋址嗎？答案：D0H答案：可以35單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位標(biāo)志CYACF0RS1RS0OVPP：奇偶校驗位。 用于說明累加器A中1的個數(shù)的奇偶性。假設(shè)A中1的個數(shù)為偶數(shù)，那么(P)=0；假設(shè)A中1的個數(shù)為奇數(shù)，那么(P)=1。

24、OV：溢出標(biāo)志位。 PSW中各位的含義及功能 在帶符號數(shù)的加減運算中，(OV)=1表示運算結(jié)果超出了累加器A所能表示的帶符號數(shù)的有效范圍(-128+127)，即產(chǎn)生了溢出；反之，(OV)=0表示運算結(jié)果正確，即無溢出產(chǎn)生。 在乘法運算中，(OV)=1表示乘積超過255，即乘積分別在B與A中；反之，(OV)=0，表示乘積只在A中。 在除法運算中，(OV)=1表示除數(shù)為0，除法不能進(jìn)行；反之，(OV)=0，表示除數(shù)不為0，除法可正常進(jìn)行。361 0 0 0 0 0 1 11 0 0 1 0 0 0 0+)請分析下列兩數(shù)相加后： 單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 例題： (OV

25、)= ？(OV)= 1、1, 0 0 0 1 0 0 1 1符號位符號位 例題： 兩個負(fù)數(shù)相加結(jié)果不可能為正。問題：(P)= ?答案：(P)= 137 在進(jìn)行十進(jìn)制數(shù)運算時需要十進(jìn)制調(diào)整，此時要用到AC位的狀態(tài)進(jìn)行判斷，以決定如何進(jìn)行十進(jìn)制調(diào)整。單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位標(biāo)志CYACF0RS1RS0OVPF0:的標(biāo)志位，用戶可根據(jù)需要，通過編程將其設(shè)置為 1 或 0 。AC：輔助進(jìn)位標(biāo)志位。 PSW中各位的含義及功能 在加減運算中，當(dāng)?shù)?位向高4位進(jìn)位或借位時，AC由硬件置位(即

26、設(shè)置為 1 )，否則AC位被清0(即設(shè)置為 0 ) 。380 0 0 1 0 0 1 10 0 0 0 1 0 0 1-) 例題2： 請分析下列兩數(shù)相減后：單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 問題：(P)=？ (OV)=？例題1： 0 0 0 0 1 0 1 00 1 0 0 1 0 0 0+)請分析下列兩數(shù)相加后： (AC)= ? (AC)= 1 0 1 0 1 0 0 1 0、低4位高4位、0 0 0 0 1 0 1 0(AC)= ？ (AC)= 1 問題：(P)=？ (OV)=？ 答案：(P)=1，(OV)= 0 答案：(P)=0，(OV)= 0 39 在位操作中，作

27、累加位使用。在位傳送、位與、位或等位操作中，都要使用進(jìn)位標(biāo)志位。在加減運算中，當(dāng)有低4位向高4位進(jìn)位或借位時，AC由硬件置位(即設(shè)置為 1 )，否則AC位被清0(即設(shè)置為 0 ) 。單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位標(biāo)志CYACF0RS1RS0OVPCY：進(jìn)位標(biāo)志位。也可用 C 表示。 PSW中各位的含義及功能 存放算術(shù)運算的進(jìn)位標(biāo)志。 在加減運算中，當(dāng)?shù)?位向更高位進(jìn)位或借位時，CY由硬件置位(即設(shè)置為 1 )，否則CY位被清0(即設(shè)置為 0 ) 。40單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MC

28、S-51單片機(jī)硬件根底 例題： 1 1 0 0 0 0 1 01 0 1 0 1 0 0 1+)請分析下列兩數(shù)相加后： (CY)= ? (CY)= 1 1, 0 1 1 0 1 0 1 1、第7位問題：(P)=？(OV)=？ (AC)=？ 答案：(P)=1，(OV)=1,(AC)=0 (OV)=CY CY+41 這兩個位的狀態(tài)是由軟件設(shè)置的(即由用戶編程設(shè)定)，它們的每一種狀態(tài)組合對應(yīng)選中一組工作寄存器，被選中的工作寄存器組即為當(dāng)前工作寄存器組,包含8個當(dāng)前工作寄存器。單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW

29、.1PSW.0位標(biāo)志CYACF0RS1RS0OVPRS0、RS1：當(dāng)前工作存放器( R0 R7 )選擇位。PSW中各位的含義及功能用于設(shè)定當(dāng)前工作寄存器所在組的組號。RS0、RS1的狀態(tài)組合與工作存放器組之間的對應(yīng)關(guān)系：RS1RS0工作寄存器組工作寄存器組的地址范圍00工作寄存器組000H07H01工作寄存器組108H0FH10工作寄存器組210H17H11工作寄存器組318H1FH42單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 如何選擇當(dāng)前工作寄存器？ 例題1： 第0組工作存放器的地址范圍是：00H07H。 答案：可利用PSW中的RS0、RS1這兩位的狀態(tài)組合來選擇某一組工作存放

30、器作為當(dāng)前工作存放器。例題2：如果要求選擇第2組工作存放器作為當(dāng)前工作存放器，那么RS1、RS0的狀態(tài)組合應(yīng)為多少？答案：RS1、RS0的狀態(tài)組合應(yīng)為1 0。例題3：如果要求選擇第0組工作存放器作為當(dāng)前工作存放器，那么RS1、RS0的狀態(tài)組合應(yīng)為多少？第0組工作存放器的地址范圍是多少？答案：RS1、RS0的狀態(tài)組合應(yīng)為00。43單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 5. 數(shù)據(jù)指針： MCS-51單片機(jī)中有1個數(shù)據(jù)指針：DPTR (1). DPTR是一個16位的特殊功能存放器。(2). DPTR有地址，是可以尋址的。DPTR的特點：問題1：DPTR的地址是多少？問題2：DPTR

31、可以位尋址嗎？答案：82H(DPL)、83H(DPH)答案：不可以DPTR的功能：用于指向外部數(shù)據(jù)存儲器空間，即在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時作為地址指針使用，以實現(xiàn)對外部數(shù)據(jù)存儲器的存取訪問。(3). DPTR既可按16位存放器使用，也可作為兩個8位存放器使用，即：DPH(DPTR高8位)，DPL(DPTR低8位)。(4). DPTR的尋址范圍為64KB 。( 216 = 64KB )44單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 七、MCS-51單片機(jī)的堆棧 堆棧的含義：在用戶進(jìn)行程序設(shè)計時，往往需要一個后進(jìn)先出(LIFO -Last In First Out)的RAM區(qū)，以便將某些重

32、要信息暫時保存起來，以免被破壞。這種后進(jìn)先出的緩沖區(qū)就稱為堆棧。 從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的角度講，堆棧實際上是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是只允許在其一端進(jìn)行數(shù)據(jù)插入和數(shù)據(jù)刪除操作的線性表。45單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 MCS-51單片機(jī)的堆棧可開辟在內(nèi)部RAM的用戶RAM區(qū)(30H7FH)30H00H01H31H7FH堆棧區(qū)堆棧的開辟區(qū)域：內(nèi)部RAM堆棧的深度： 堆棧的深度就是堆棧的容量。 MCS-51單片機(jī)堆棧的深度與堆棧所存儲的數(shù)據(jù)多少有關(guān)。 如：堆棧中存儲了10個字節(jié)的數(shù)據(jù)，那么堆棧的深度就是10字節(jié)(即10B)。46單片機(jī)原理及接口技術(shù)多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底

33、 堆棧的操作：進(jìn)棧和出棧。堆棧的操作特點：遵循后進(jìn)先出的操作特點。這是因為： 堆棧是只允許在其一端進(jìn)行數(shù)據(jù)插入和數(shù)據(jù)刪除操作的線性表。 先入棧的數(shù)據(jù)存放在棧的底部，所以后出棧；而后入棧的數(shù)據(jù)存放在棧的頂部，所以先出棧。000001110000001100000010進(jìn)棧出棧因此：不管是進(jìn)棧還是出棧，都 是對堆棧的棧頂單元進(jìn)行 的。棧底棧頂30H00H01H31H32H堆棧區(qū)內(nèi)部RAM47單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 堆棧指示器(SP：Stack Pointer)：也稱為堆棧指針。是一種常用的特殊功能存放器。為了指示棧頂單元，所以設(shè)置了堆棧指示器！堆棧指示器的特點： 是

34、一個8位的特殊功能存放器。 堆棧指示器的功能：用于指示棧頂單元地址。 注意：堆棧指示器的內(nèi)容就是當(dāng)前堆棧棧頂單元的地址。 棧頂00000111000000110000001030H00H01H31H32H堆棧區(qū)內(nèi)部RAM SP 48SP 單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 棧頂00000010 系統(tǒng)復(fù)位后，SP的內(nèi)容為07H。 一般情況下，堆棧最好在內(nèi)部RAM的30H7FH單元中開辟，而棧頂?shù)奈恢媚敲从啥褩Ｖ羔楽P指出，所以在程序設(shè)計時應(yīng)該將SP的值初始化為30H，即(SP)=30H！以免占用珍貴的存放器區(qū)和位尋址區(qū)。 SP的內(nèi)容一經(jīng)確定，堆棧的位置也就確定下來了，由于SP

35、可初始化為不同的值，所以堆棧位置是可浮動的。堆棧區(qū)30H00H07H7FH內(nèi)部RAMFFHSP 49 ：堆棧開辟在芯片的外部存儲器中。 ：堆棧開辟在芯片的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器中。 單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 堆棧的分類：堆棧有兩種分類方法。 1. 按照堆棧的開辟區(qū)域分類：堆棧內(nèi)堆棧外堆棧問題：根據(jù)堆棧的開辟區(qū)域，MCS-51單片機(jī)的堆棧屬于哪一類堆棧？答案： MCS-51單片機(jī)的堆棧是內(nèi)堆棧。50 棧底在高地址單元，隨著數(shù)據(jù)進(jìn)棧，地址遞減；隨著數(shù)據(jù)出棧，地址遞增。 棧底在低地址單元，隨著數(shù)據(jù)進(jìn)棧，地址遞增；隨著數(shù)據(jù)出棧，地址遞減。單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單

36、片機(jī)硬件根底 2. 按照堆棧的操作方式分類：堆棧向上生長型堆棧向下生長型堆棧向上生長型堆棧向下生長型堆棧51單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 向下生長型堆棧向上生長型堆棧52單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 000001110000001100000010進(jìn)棧出棧棧底棧頂30H00H01H31H32H堆棧區(qū)內(nèi)部RAM答案：MCS-51單片機(jī)的堆棧是向上生長型堆棧。問題：根據(jù)堆棧的操作方式，MCS-51單片機(jī)的堆棧屬于哪種類型？棧頂棧頂53執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序子程序返回執(zhí)行子程序調(diào)用子程序單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 堆棧

37、的功能：保護(hù)斷點和保護(hù)現(xiàn)場。斷點 斷點：實際上是程序存儲器中，一個存儲單元的地址。 這個存儲單元用于存儲“子程序調(diào)用指令接下來的那條指令。 現(xiàn)場：實際上是指某些重要的存放器中的內(nèi)容，例如：A、R0R7、DPTR等的內(nèi)容。54單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 堆棧的使用方式：自動方式和指令方式。 自動方式：在調(diào)用子程序或中斷時，斷點(即返回地址)自動進(jìn)棧，不需用戶干預(yù)。當(dāng)子程序或中斷返回時，斷點(即返回地址)自動出棧，也不需用戶干預(yù)。 指令方式：由用戶使用專用的堆棧操作指令，通過編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)的進(jìn)?；虺鰲?PUSH、POP)。問題1：保護(hù)現(xiàn)場時，現(xiàn)場(即A、 R0R7、 DP

38、TR等的內(nèi)容)以什么方式進(jìn)入堆棧？答案： 指令方式。問題2：今有一組數(shù)據(jù)：00H,12,00010010B，應(yīng)使用什么方式將其送入堆棧保護(hù)起來？答案： 指令方式。55單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 時鐘信號可由以下兩種方式產(chǎn)生：2.3 CPU時序一、時鐘信號的產(chǎn)生 時序指的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互時間關(guān)系， 為了說明信號間的時間關(guān)系，就需要定義定時單位。定時單位的定義那么與時鐘信號有關(guān)。而時鐘信號由時鐘電路產(chǎn)生。 1.通過XTAL1和XTAL2引腳外接晶體振蕩器和微調(diào)電容 ： 2.通過XTAL1引腳外接TTL時鐘信號 ：56單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單

39、片機(jī)硬件根底 1.通過XTAL1和XTAL2引腳外接晶體振蕩器和微調(diào)電容 ：常用晶振的頻率為：6MHz和12MHzf時鐘信號=fOSC 振蕩脈沖 AT89C5157單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 2.通過XTAL1引腳外接TTL時鐘信號 ：f時鐘信號=fTTL電平 58 二、時鐘單位 計算機(jī)在執(zhí)行指令時，是將一條指令分解為假設(shè)干根本的微操作，這些微操作所對應(yīng)的脈沖信號在時間上的先后次序(或指令執(zhí)行中各信號之間的相互時間關(guān)系)稱為計算機(jī)的時序。 51單片機(jī)的時序由四種周期構(gòu)成，即振蕩周期、時鐘周期、機(jī)器周期和指令周期。1時序定時單位單片機(jī)執(zhí)行指令是在時序電路的控制下逐步進(jìn)

40、行的，通常以時序圖的形式來說明相關(guān)信號的波形及出現(xiàn)的先后次序。周期從小到大分別為：591振蕩周期：指為單片機(jī)提供定時信號的振蕩源的周期，假設(shè)為內(nèi)部產(chǎn)生方式時，為石英晶體的振蕩周期，也叫拍節(jié)(用P表示)。2時鐘周期：也稱為狀態(tài)周期，用S表示。時鐘周期是計算機(jī)中最根本的時間單位，在一個時鐘周期內(nèi)，CPU完成一個最根本的動作。51單片機(jī)中一個時鐘周期為振蕩周期的2倍。603機(jī)器周期：51單片機(jī)采用同步控制方式，因此具有固定的機(jī)器周期。規(guī)定：一個機(jī)器周期含有6個時鐘周期，即振蕩脈沖經(jīng)過12分頻后才得到機(jī)器周期信號，所以機(jī)器周期頻率就是振蕩頻率的六分頻。 就是說，一個機(jī)器周期包含6個狀態(tài)，分別叫做S1、

41、S2、S3、S4、S5、S6，也就包含12個拍節(jié)。不同的狀態(tài)產(chǎn)生不同的操作。 f機(jī)器周期 =fOSC12。例如，當(dāng)振蕩脈沖頻率為12 MHz時，一個機(jī)器周期為1 s，當(dāng)振蕩脈沖的頻率為6 MHz時，一個機(jī)器周期為2 s。4指令周期：指令周期是最大的時序定時單位，指完成一條指令(例如，存儲器讀、存儲器寫等)所需要的時間稱為指令周期。指令周期以機(jī)器周期的數(shù)目來表示，5l單片機(jī)的指令周期含14個機(jī)器周期不等，其中多數(shù)為單周期指令，還有2周期和4周期指令。61單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時間。 根據(jù)機(jī)器周期數(shù)來計算指令周期。 如：單周期指令執(zhí)行

42、這樣的指令需要1個機(jī)器周期。 雙周期指令執(zhí)行這樣的指令需要2個機(jī)器周期。 三周期指令執(zhí)行這樣的指令需要3個機(jī)器周期。 四周期指令執(zhí)行這樣的指令需要4個機(jī)器周期。 五周期指令執(zhí)行這樣的指令需要5個機(jī)器周期。62單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 問題：fOSC =12MHz，則f機(jī)器周期=？T機(jī)器周期=？答案： f機(jī)器周期= 1212= 1MHz。 T機(jī)器周期=1 f機(jī)器周期 =1(1106) =1微秒 T機(jī)器周期=fOSC 12 63單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 三、指令時序單周期指令的時序：64單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根

43、底 MCS-51單片機(jī)有4個并行I/O口：P0、P1、P2、P3。2.4 MCS-51單片機(jī)的并行I/O口一、單片機(jī)中口的概念 口：是一個集數(shù)據(jù)輸入緩沖、數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動及鎖存于一體的I/O電路。 1. P0口：常用作地址/數(shù)據(jù)總線。雙向口。 對應(yīng)特殊功能存放器P0，其地址為80H；可位 尋址，位地址范圍為：80H87H。每一位對 應(yīng)一根引腳。位序號P0.7P0.6P0.5P0.3P0.3P0.2P0.1P0.0位地址87H86H85H84H83H82H81H80H引腳號323334353637383965單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 2. P1口：作為通用I/O口。準(zhǔn)雙

44、向口，所以當(dāng)作為輸入 口使用時，應(yīng)先向P1口寫1。 對應(yīng)特殊功能存放器P1，其地址為90H；可位 尋址，位地址范圍為：90H97H。每一位對 應(yīng)一根引腳。位序號P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0位地址97H96H95H94H93H92H91H90H引腳號8765432166單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 3. P2口：常作為高8位地址線。準(zhǔn)雙向口。 對應(yīng)特殊功能存放器P2，其地址為A0H；可位 尋址，位地址范圍為：A0HA7H。每一位對 應(yīng)一根引腳。位序號P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0位地址A7HA6HA5HA4HA3HA2HA1HA0H引腳號282726252423222167單片機(jī)原理多媒體教程第二章 MCS-51單片機(jī)硬件根底 4. P3口：常用其第二功能。 對應(yīng)特殊功能存放器P3，其地址為B0