單片機(jī)原理及接口技術(shù)課件

參考資料1，《單片機(jī)實(shí)用教程》

----胡健兵器工業(yè)出版社20012，《單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》

----周行慈北京航空航天大學(xué)出版社19913，《單片機(jī)基礎(chǔ)》----李廣弟北京航空航天大學(xué)出版社20014，《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》----李朝青北京航空航天大學(xué)出版社1999第1頁(yè)/共364頁(yè)參考資料1，《單片機(jī)實(shí)用教程》第1頁(yè)/共364頁(yè)1本課主要內(nèi)容及課時(shí)安排

總講課課時(shí)學(xué)時(shí)第一章：計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)（1課時(shí)）主要講述計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括各種數(shù)制相互轉(zhuǎn)換、帶符號(hào)二進(jìn)制的編碼機(jī)器運(yùn)算；單片機(jī)的概念、發(fā)展?fàn)顩r、應(yīng)用領(lǐng)域及嵌入式系統(tǒng)的概念第二章：MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理（3課時(shí)）

介紹51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)介紹單片機(jī)的存儲(chǔ)組織、并行IO接口、時(shí)鐘電路及典型CPU時(shí)序，最后介紹單片機(jī)的工作方式第三章：MCS-51單片機(jī)的指令系統(tǒng)和C51語(yǔ)言（4課時(shí)）

51單片機(jī)的111條指令的分類、尋址方式、偽指令及使用中的注意事項(xiàng)第四章：匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（0課時(shí)）介紹匯編語(yǔ)言程序結(jié)構(gòu)，匯編語(yǔ)言的編輯與匯編第2頁(yè)/共364頁(yè)本課主要內(nèi)容及課時(shí)安排總講課2第五章：MCS-51中斷系統(tǒng)（2課時(shí)）主要介紹單片機(jī)中的中斷控制、中斷處理過程以及外部中斷的應(yīng)用第六章：MCS-51單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器（2課時(shí)）

介紹單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)與計(jì)數(shù)功能、相關(guān)寄存器以及定時(shí)器的4種工作方式；最后介紹定時(shí)器的綜合應(yīng)用第七章：MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展（2課時(shí)）先對(duì)51單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展進(jìn)行概述，然后分別介紹程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展、IO接口的擴(kuò)展并舉例說明第八章：人-機(jī)通道配置與接口技術(shù)（0課時(shí)） 介紹單片機(jī)的顯示接口技術(shù)（LED）和鍵盤掃描/動(dòng)態(tài)顯示接口電路。第3頁(yè)/共364頁(yè)第五章：MCS-51中斷系統(tǒng)（2課時(shí)）第3頁(yè)/共3643第九章：系統(tǒng)前向、后向通道配置及接口技術(shù)（0課時(shí)）主要對(duì)51單片機(jī)中的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的原理、技術(shù)指標(biāo)及應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)舉例第十章：串行接口技術(shù)（2課時(shí)）介紹單片機(jī)與外界進(jìn)行通信的串口技術(shù)，主要說明其串行口工作方式，單片機(jī)與PC通信的方法。最后舉實(shí)例進(jìn)行說明第十一章：?jiǎn)纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)（8課時(shí)）主要是從應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程、硬件抗干擾技術(shù)、故障及自恢復(fù)程序設(shè)計(jì)等三方面來介紹單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)第4頁(yè)/共364頁(yè)第4頁(yè)/共364頁(yè)4第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.1數(shù)制與編碼1.2單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)第5頁(yè)/共364頁(yè)第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.1數(shù)制與編碼第5頁(yè)/共3651.2單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)1.2.1單片機(jī)的概念單片機(jī)（SingleChip-Microcomputer)又稱為微控制器（Microcomputer），其最基本的結(jié)構(gòu)是將CPU和計(jì)算機(jī)外圍功能單元，如存儲(chǔ)器、IO口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等集成在一個(gè)芯片上構(gòu)成的。雖然單片機(jī)只是一個(gè)芯片，但無(wú)論從組成還是功能上看，它都具有了微機(jī)系統(tǒng)的特征。第6頁(yè)/共364頁(yè)1.2單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)1.2.1單片機(jī)的概念第6頁(yè)61.2.2單片機(jī)的發(fā)展

1971年微處理器研制成功。1974年，美國(guó)FairChild公司研制出世界上第一臺(tái)單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)F8。該機(jī)由兩塊集成電路芯片組成，具有與眾不同的指令系統(tǒng)，深受民用電器及儀器儀表領(lǐng)域的歡迎和重視。從此，單片機(jī)開始了迅速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。

1976年INTEL公司推出了MCS-48系列的8位單片微型計(jì)算機(jī)，它以體積小、功能全、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，贏得了廣泛的應(yīng)用，為單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。成為單片機(jī)發(fā)展過程中的一個(gè)重要階段。代表產(chǎn)品有INTLEL公司的MCS-51系列單片機(jī)，MOTOROLA公司的MC6801，MC6802系列機(jī)，zilog公司的Z-8系列機(jī)，TI公司的TMS7000系列等。此后，又在8位單片機(jī)的基礎(chǔ)上，發(fā)展了16位單片機(jī)。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展那，但以MCS-51為主的8位單片機(jī)仍然占單片機(jī)的主導(dǎo)地位。單片機(jī)的應(yīng)用從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，現(xiàn)在已經(jīng)使用單片機(jī)通過軟件的方式實(shí)現(xiàn)了。這種由軟件取代硬件的并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。隨著單片機(jī)應(yīng)用的推廣和普及，微控制技術(shù)必將不斷發(fā)展，日益完善，更加充實(shí)。第7頁(yè)/共364頁(yè)1.2.2單片機(jī)的發(fā)展第7頁(yè)/共364頁(yè)71.2.3單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

單片機(jī)具有體積小、可靠性高、功能強(qiáng)、靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，故可以廣泛用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)各行各業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代起到了推動(dòng)作用。從應(yīng)用規(guī)模來分，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常分為簡(jiǎn)單應(yīng)用系統(tǒng)、常規(guī)應(yīng)用系統(tǒng)和高級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)三類。其中，簡(jiǎn)單應(yīng)用系統(tǒng)是指它在家用電器或儀器儀表中的應(yīng)用，其特點(diǎn)是沒有人機(jī)對(duì)話功能，程序和運(yùn)行參數(shù)均可以固化在ROM中。常規(guī)應(yīng)用系統(tǒng)作用于過程控制，通常配有一個(gè)鍵盤和若干個(gè)IO端口，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行監(jiān)視和控制；高級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)是指單片機(jī)在分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用；在這類應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)通常用作前置（下位）機(jī)，而后臺(tái)（上位）機(jī)一般是一臺(tái)系統(tǒng)機(jī)或網(wǎng)絡(luò)工作站。第8頁(yè)/共364頁(yè)1.2.3單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域第8頁(yè)/共364頁(yè)8（1）單片機(jī)在直接數(shù)字控制系統(tǒng)中的應(yīng)用人工監(jiān)督給定值測(cè)量值反多路開關(guān)生產(chǎn)過程多路開關(guān)A/D檢測(cè)元件單片機(jī)D/A

…第9頁(yè)/共364頁(yè)（1）單片機(jī)在直接數(shù)字控制系統(tǒng)中的應(yīng)用人工監(jiān)督反多路開關(guān)生產(chǎn)9（2）單片機(jī)在分布式控制系統(tǒng)中的應(yīng)用廠級(jí)管理計(jì)算機(jī)商品信息市場(chǎng)信息生產(chǎn)信息

車間監(jiān)督計(jì)算機(jī)（scc）

車間監(jiān)督計(jì)算機(jī)（scc）

設(shè)備控制級(jí)DDC

設(shè)備控制級(jí)DDC

設(shè)備控制級(jí)DDC

設(shè)備控制級(jí)DDC

過程A

過程N(yùn)

過程A

過程N(yùn)……………MIS級(jí)SCC級(jí)DDC級(jí)第10頁(yè)/共364頁(yè)（2）單片機(jī)在分布式控制系統(tǒng)中的應(yīng)用廠級(jí)管理計(jì)算機(jī)商品信息市101.2.4嵌入式系統(tǒng)

所謂嵌入式系統(tǒng)，就是以嵌入式應(yīng)用為目的的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由于被嵌入對(duì)象的體系結(jié)構(gòu)、應(yīng)用環(huán)境要求不同，因此嵌入式系統(tǒng)也有很多類型。主要分為兩類：一類是獨(dú)立使用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；另一類是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。第11頁(yè)/共364頁(yè)1.2.4嵌入式系統(tǒng)第11頁(yè)/共364頁(yè)11第2章MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理2.1單片機(jī)內(nèi)部組成及引腳功能2.2布爾處理機(jī)2.3存儲(chǔ)器組織2.4并口IO口電路結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特性2.5時(shí)鐘電路與CPU時(shí)序2.6MCS-51單片機(jī)工作方式第12頁(yè)/共364頁(yè)第2章MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理2.1單片機(jī)內(nèi)部組122.1單片機(jī)內(nèi)部組成及引腳功能

MCS-51系列單片機(jī)有三種基本產(chǎn)品：8051、8751和8031，它們具有相同結(jié)構(gòu)和性能，唯一差別就是內(nèi)部程序存儲(chǔ)器有所不同。其中8051是ROM型單片機(jī)，內(nèi)涵4KB掩膜ROM；8751片內(nèi)含有4KB的EPROM；而8031片內(nèi)無(wú)程序程序存儲(chǔ)器。MCS-51的典型產(chǎn)品是8051，所以本章將以8051為例對(duì)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行介紹。第13頁(yè)/共364頁(yè)2.1單片機(jī)內(nèi)部組成及引腳功能第132.1MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

時(shí)鐘電路4KROM程序存儲(chǔ)器256BRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2X16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器CPU處理器并行接口串行接口中斷系統(tǒng)T0T1內(nèi)總線/INT0/INT1P0P1P2P3TXDRXD圖2-1MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖第14頁(yè)/共364頁(yè)2.1MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)14MCS-51單片機(jī)的主要性能和特點(diǎn)微處理器：一個(gè)8位的微處理器。包括以下兩部分:

（1）運(yùn)算器ALU：進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算的部件；（2）控制器：用來控制計(jì)算機(jī)工作的部件；內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM：256B(128B的RAM+21B的SFR)；內(nèi)部程序存儲(chǔ)器ROM(以8051為例)：4K的存儲(chǔ)容量；定時(shí)/計(jì)數(shù)器：2個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器；8位并行輸入輸出端口：P0、P1、P2和P3均可作輸入輸出口；串行口：全雙工的端口（RXD：接收端，TXD發(fā)送端）；中斷控制系統(tǒng)：設(shè)有5個(gè)中斷源（/INT0,/INT1,T0,T1,串行口中斷）；時(shí)鐘電路：內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但需要外接石英晶體和微調(diào)電容，時(shí)鐘電路為單片機(jī)時(shí)鐘脈沖序列；第15頁(yè)/共364頁(yè)MCS-51單片機(jī)的主要性能和特點(diǎn)微處理器：一個(gè)8位的微處152.1.2MCS-51的引腳功能MCS-51采用40引腳DIP封裝形式VCCRSTXTAL1

XTAL2/EA/PSENALEP3口RXDTXD/INT0/INT1T0T1/WR/RDGND8051P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/VPD9RXD/P3.010TXD/P3.111/INT0/P3.212/INT1/P3.313T0/P3.414T1/P3.515/WR/P3.616/RD/P3.717XTAL218XTAL119VSS2040VCC39P0.0/A0/D038P0.1/A1/D137P0.2/A2/D236P0.3/A3/D335P0.4/A4/D434P0.5/A5/D533P0.6/A6/D632P0.7/A7/D731/EA30ALE29/PSEN28P2.7/A1527P2.6/A1426P2.5/A1325P2.4/A1224P2.3/A1123P2.2/A1022P2.1/A921P2.0/A830pF30pFXTAL1XTAL2P0P1P210uF8.2KRST/VPDVCCVSS圖2-2MCS-51單片機(jī)引腳圖及邏輯圖第16頁(yè)/共364頁(yè)2.1.2MCS-51的引腳功能MCS-51采用40引腳D16MCS-51單片機(jī)的引腳定義1，主電源引腳:Vcc(+5V---40腳)和Vss(GND20腳);2，外接晶體引腳：XTAL1（19腳）、XTAL2（18腳），只要在這兩腳之間接入一個(gè)晶體震蕩器，單片機(jī)就可以以此晶體的頻率開始工作。常用的晶體頻率有0-24M，頻率越高，單片機(jī)的工作速度就越快，但單片機(jī)的功耗就要增加。3，控制或與電源復(fù)用引腳：RST/Vpd（9腳）：在系統(tǒng)上電震蕩器開始工作時(shí)，在內(nèi)部加在此引腳上有一個(gè)兩個(gè)時(shí)鐘周期的高電平使單片機(jī)復(fù)位。但為了使系統(tǒng)復(fù)位可靠，建議外加一個(gè)上電復(fù)位電路，延長(zhǎng)復(fù)位的時(shí)間。當(dāng)單片機(jī)掉點(diǎn)時(shí)，此引腳可以接入備用電源向單片機(jī)內(nèi)部的RAM供電，以防止RAM中的數(shù)據(jù)丟失。第17頁(yè)/共364頁(yè)MCS-51單片機(jī)的引腳定義第17頁(yè)/共364頁(yè)17ALE/PROG（30腳）：低8位地址鎖存器使能輸出端。當(dāng)CPU訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE可向低8位地址鎖存器輸出所存控制信號(hào)；當(dāng)不訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE端仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6固定的輸出正脈沖。對(duì)于EPROM型的單片機(jī),此腳還是用于寫程序時(shí)，輸入編程脈沖。/PSEN（29腳）：外部程序程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)使用外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)產(chǎn)生兩次負(fù)脈沖。注意，訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，此信號(hào)無(wú)效。/EA/Vdd（31腳）：外部程序存儲(chǔ)器的選擇端控制端：當(dāng)此腳加入“1”電平是，單片機(jī)使用內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器；當(dāng)EA加入低電平時(shí)，系統(tǒng)只使用外部的程序存儲(chǔ)器。但要特別注意：如果EA=1既使用單片機(jī)內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器時(shí)，如果程序計(jì)數(shù)器PC的值超過0FFFH時(shí)，單片機(jī)將自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序存儲(chǔ)器1000H開始的單元。第18頁(yè)/共364頁(yè)ALE/PROG（30腳）：低8位地址鎖存器使能輸出端。當(dāng)C184，并行輸入輸出端口引腳（P0-P3）P0.0-P0.7P0端口線(39-32腳)：輸出能力最強(qiáng)的端口，可以帶動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。驅(qū)動(dòng)一個(gè)MOS負(fù)載時(shí)，應(yīng)接一個(gè)10K左右的上拉電阻。如果系統(tǒng)使用外接存儲(chǔ)器時(shí)，該口還作為地址（低八位）總線和數(shù)據(jù)總線，注意在這種情況下，P0口就不能通用的I/O端口。P1.0-P1.7P1端口線(1–8腳)：是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向IO端口。P2.0–P2.7P2端口線(21–28腳)：是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向IO端口。除了做通用I/O端口外，當(dāng)系統(tǒng)使用外接存儲(chǔ)器時(shí)，該口還作為地址（高八位）總線，在這種情況下，P0口就不能通用的I/O端口。負(fù)載能力為4個(gè)TTL。第19頁(yè)/共364頁(yè)4，并行輸入輸出端口引腳（P0-P3）第19頁(yè)/共364頁(yè)19P3.0–P3.7P3端口線（10–17腳）：

P3口除了做通用的I/O端口外，同時(shí)它還有第二功能，負(fù)載能力為4個(gè)TTL。

P3口第二功能表端口定義說明端口定義說明P3.0RXD串行數(shù)據(jù)輸入口P3.4T0計(jì)數(shù)器０外部輸入信號(hào)P3.1TXD串行數(shù)據(jù)輸出口P3.5T1計(jì)數(shù)器１外部輸入信號(hào)P3.2INT0外部中斷０輸入口P3.6/WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫信號(hào)P3.3INT1外部中斷１輸入口P3.7/RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀信號(hào)表2-1P3口功能表第20頁(yè)/共364頁(yè)P(yáng)3.0–P3.7P3端口線（10–17腳）：端202.2布爾處理機(jī)

前面已經(jīng)講到，單片機(jī)主要用于各種控制，而開關(guān)量控制又是單片機(jī)控制的主要對(duì)象，作為不同計(jì)算機(jī)CPU只能按字或字節(jié)進(jìn)行操作，對(duì)于簡(jiǎn)單的個(gè)別開關(guān)量進(jìn)行控制卻顯得不那么方便，而讓MCS-51驕傲的正是它能夠有效的解決了位的控制。

MCS-51片內(nèi)還有一個(gè)性能優(yōu)異的位處理器，也就是說MCS-51實(shí)際上又是一個(gè)完整而獨(dú)立的1位單片機(jī)，即布爾處理機(jī)。它有自己的CPU、位寄存器、位累加器、IO口和指令系統(tǒng)。MCS-51單片機(jī)對(duì)于位操作（布爾處理），有置位、復(fù)位、取反、測(cè)試轉(zhuǎn)移、傳送、邏輯與和邏輯或運(yùn)算等。把8位微型機(jī)和布爾處理機(jī)結(jié)合在一起是微機(jī)技術(shù)上的一個(gè)突破。布爾處理機(jī)在開關(guān)量決策、邏輯電路仿真和實(shí)時(shí)控制方面非常有效、而8位微型機(jī)在數(shù)據(jù)采集及處理、數(shù)值運(yùn)算方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。在MCS-51單片機(jī)中，8位微型機(jī)和布爾處理機(jī)的硬件資源是復(fù)合在一起的，二者相輔相成。第21頁(yè)/共364頁(yè)2.2布爾處理機(jī)前面已經(jīng)講到，單212.3存儲(chǔ)器組織MCS-51存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)與一般的微機(jī)不同。一般微機(jī)通常是程序和數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲(chǔ)空間，屬于“馮諾依曼”結(jié)構(gòu)。而MCS-51單片機(jī)則把程序存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間嚴(yán)格區(qū)分開來，屬于“哈佛”結(jié)構(gòu)。2.3.1MCS-51存儲(chǔ)器特點(diǎn)存儲(chǔ)器中物理結(jié)構(gòu)上分成四個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、片外程序存儲(chǔ)器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。從用戶使用的角度看，即從邏輯上考慮，則有三個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)外統(tǒng)一編址的64K程序存儲(chǔ)地址空間、256B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間及片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間。第22頁(yè)/共364頁(yè)2.3存儲(chǔ)器組織MCS-51存22外部ROM(4KB)/EA=0內(nèi)部ROM(4KB)/EA=1特殊功能寄存器SFR內(nèi)部128RAM外部RAM64KBFFFFH0000HFFH80H7FH00HFFFFH1000H外部ROM(60KB)/EA=0/10FFFH0000H0FFFH0000H/PSEN/WR/RD

（a）內(nèi)、外程序存儲(chǔ)器（b）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

（c）外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器圖2-38051單片機(jī)存儲(chǔ)組織CPU在訪問三個(gè)不同的邏輯空間時(shí)，通過采用不同的形式的指令（訪問程序存儲(chǔ)器使用MOVC指令、訪問片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用MOV指令、訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用MOVX指令），來產(chǎn)生相應(yīng)的存儲(chǔ)器選通信號(hào)。第23頁(yè)/共364頁(yè)外部?jī)?nèi)部特殊功能內(nèi)部外部FFFFH0000HFFH80H7F232.3.2片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放各種運(yùn)算的中間結(jié)果，用作緩沖和數(shù)據(jù)暫存，以及設(shè)置特征標(biāo)志等。8051的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間較小，僅用8位地址尋址，最大尋址范圍為256個(gè)單元，按使用情況不同可以分為低128B單元和高128B單元。其中低128B單元為真正的RAM存儲(chǔ)器，高128B單元是特殊功能寄存器區(qū)。第24頁(yè)/共364頁(yè)2.3.2片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器第24頁(yè)/共364頁(yè)24位尋址區(qū)3區(qū)2區(qū)1區(qū)0區(qū)堆棧區(qū)08H07H00H7FH30H2FH20H1FH18H17H10H0FH四個(gè)工作寄存器區(qū)每個(gè)區(qū)中有R0-R7八個(gè)工作寄存器通用的RAM區(qū)地址：30H-7FH位尋址區(qū)16個(gè)單元20H-2FH，共有128可尋址位個(gè)位。位地址：00H-7FH注意：位地址與字節(jié)地址的區(qū)別整個(gè)片內(nèi)RAM分布如下圖：

低128B單元圖2-4片內(nèi)RAM低128位存儲(chǔ)器的配置第25頁(yè)/共364頁(yè)位尋址區(qū)3區(qū)2區(qū)1區(qū)0區(qū)堆棧區(qū)08H7FH30H20H18H25高128B單元SFR高128B低128B0FFH80H7FH00H特殊功能寄存器SFR在片內(nèi)RAM中的位置BACCPSWIPP3IEP2SBUFSCONP1TH1TH0TL1TL0TMODTCONPCONDPHDPLSPP0FFHF0HE0HD0HB8HB0HA8HA0H99H98H90H8DH8CH8BH89H8AH88H87H83H82H81H80H圖2-5片內(nèi)RAM高128位存儲(chǔ)器的配置第26頁(yè)/共364頁(yè)高128B單元SFR低128B0FFH80H00H特殊功能寄261.在低128B的RAM存儲(chǔ)單元中又可劃分為：通用寄存器區(qū)、可位尋址區(qū)、用戶存儲(chǔ)數(shù)據(jù)堆棧區(qū)。（1）通用寄存器區(qū)

00H-1FH共32個(gè)單元為通用寄存器區(qū)，分四組，每組有8個(gè)8位的寄存器R0-R7。

CPU當(dāng)前使用的工作寄存器是由程序狀態(tài)字（PSW）的RS1和RS0設(shè)置決定的。表2-2通用寄存器R0-R7的地址表0區(qū)（RS1=0,RS0=0）1區(qū)（RS1=0,RS0=1）2區(qū)（RS1=1,RS0=0）3區(qū)（RS1=1,RS0=1）對(duì)應(yīng)RAM地址寄存器對(duì)應(yīng)RAM地址寄存器對(duì)應(yīng)RAM地址寄存器對(duì)應(yīng)RAM地址寄存器00HR008HR010HR018HR001HR109HR111HR119HR102HR20AHR212HR21AHR203HR30BHR313HR31BHR304HR40CHR414HR41CHR405HR50DHR515HR51DHR506HR60EHR616HR61EHR607HR70FHR717HR71FHR7第27頁(yè)/共364頁(yè)1.在低128B的RAM存儲(chǔ)單元中又可劃分為：通用寄存器區(qū)27（2）位尋址區(qū)內(nèi)部的RAM的20H-2FH為位尋址區(qū)。這16個(gè)單元的每一位都有一個(gè)地址，稱為位地址。它們占據(jù)位地址空間的00H-7FH，這每一位都可以作為一個(gè)軟件觸發(fā)器，用于存放各種程序標(biāo)志、位控制變量。7F7E7D7C7B7A797877767574737271706F6E6D6C6B6A696867666564636261605F5E5D5C5B5A595857565554535251504F4E4D4C4B4A494847464544434241403F3E3D3C3B3A393837262524232221202F2E2D2C2B2A292827262524232221201F1E1D1C1B1A191817161514131211100F0E0D0C0B0A090807060504030201002FH20H字節(jié)地址表2-3RAM區(qū)位地址分配表第28頁(yè)/共364頁(yè)（2）位尋址區(qū)7F7E7D7C7B7A7978777675728（3）用戶RAM區(qū)

30H-7FH為真正的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，可以用來暫存用戶數(shù)據(jù)或當(dāng)作堆棧使用。在微型機(jī)中，堆棧是在內(nèi)存RAM中開辟一個(gè)特定的存儲(chǔ)區(qū)，專門用來暫時(shí)存放數(shù)據(jù)或斷點(diǎn)地址，并按照“先進(jìn)后出，后進(jìn)先出”的原則進(jìn)行操作。

MCS-51單片機(jī)的堆棧，是在片內(nèi)RAM低128B中開辟的一個(gè)專用區(qū)（一般選擇30H-7FH作為棧區(qū)）。堆棧的一端是固定的，稱為棧底；另一端是浮動(dòng)的，稱為棧頂。當(dāng)堆棧中沒有數(shù)據(jù)時(shí)，棧頂與棧底相重合。當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)棧時(shí)，棧頂會(huì)自動(dòng)地向地址遞增的方向變化。一般把堆棧中的數(shù)據(jù)稱為元素，最后進(jìn)棧的那個(gè)元素所在地就是棧頂。由于堆棧元素的存入和取出必須遵循FILO和LIFO的原則，因此堆棧的操作總是對(duì)棧頂進(jìn)行的。RAM08H07H棧頂7FH棧底…………圖2-6堆棧示意圖第29頁(yè)/共364頁(yè)（3）用戶RAM區(qū)RAM08H棧頂7FH棧底…………圖2-6292.片內(nèi)高128B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

單片機(jī)內(nèi)部的I/O口鎖存器、串行口數(shù)據(jù)緩沖器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及各種控制寄存器和狀態(tài)寄存器等統(tǒng)稱為特殊功能寄存器SFR（SpecialFunctionRegister）它共有21個(gè)SFR，它們離散地分布在片內(nèi)RAM地址為80H-FFH的高地址區(qū)域，且每一個(gè)SFR都有一個(gè)字節(jié)地址，并定義了符號(hào)名，其地址分布見表：第30頁(yè)/共364頁(yè)2.片內(nèi)高128B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單片機(jī)內(nèi)部的30表2-4特殊功能寄存器SFR地址表第31頁(yè)/共364頁(yè)表2-4特殊功能寄存器SFR地址表第31頁(yè)/共364頁(yè)31

下面簡(jiǎn)單介紹部分SFR的功能,其余的SFR將在后續(xù)章節(jié)中陸續(xù)介紹：（1）累加器ACC

累加器ACC是8位寄存器，是最重要的特殊功能寄存器，許多指令的操作數(shù)取自ACC,大部分運(yùn)算結(jié)果也存放在ACC中。在指令系統(tǒng)中，ACC是助記符是A。（2）寄存器B寄存器B是8位的寄存器。主要用于乘法和除法操作指令。對(duì)于其他指令，寄存器B可以作為一般的數(shù)據(jù)寄存器使用。（3）堆棧指針SP堆棧指針SP是一個(gè)8位的寄存器，用它存放棧頂?shù)牡刂?。進(jìn)棧時(shí)，SP自動(dòng)加1，將數(shù)據(jù)壓入SP所指向的單元；出棧時(shí)，則將SP所指向單元的內(nèi)容彈出，然后SP自動(dòng)減1.因此，SP總是指向棧頂。（4）程序狀態(tài)字PSWPSW是8位寄存器，用于寄存程序運(yùn)行的狀態(tài)信息。其中有些位（如CY,AC,OV等）的狀態(tài)是根據(jù)程序執(zhí)行結(jié)果由硬件自動(dòng)設(shè)置的，而有些位（如RS1,RS0等）的狀態(tài)則是由軟件設(shè)置的。第32頁(yè)/共364頁(yè)下面簡(jiǎn)單介紹部分SFR的功能,其余的SFR將在后續(xù)章節(jié)中陸32CY(PSW.7)進(jìn)位標(biāo)志:在加減法運(yùn)算中,累加器A的最高位A7有進(jìn)位,則CY=1,否則CY=0.同理,在減法運(yùn)算中,如果A7有借位,則CY=1.因此CY往往作為無(wú)符號(hào)數(shù)運(yùn)算是否有溢出的標(biāo)志。AC(PSW.6):輔助進(jìn)位位:用來判斷加減法運(yùn)算時(shí),低四位是否向高四位進(jìn)位或借位(既A3的進(jìn)位或借位).往往用來判斷壓縮的BCD碼的運(yùn)算處理.F0(PSW.5),F1(PSW.1)用戶標(biāo)志位:完全由用戶來定義和使用。RS1,RS0工作寄存器區(qū)選擇位:確定工作寄存器R0-R7在哪個(gè)區(qū)中.單片機(jī)在上電或復(fù)位后RS1、RS0=00。當(dāng)需要人為的修改RS1,RS0的值來改變工作寄存器區(qū)的位置（后表將詳細(xì)介紹）。CYACF0RS1RS0OVF1P

程序狀態(tài)字PSW:8位寄存器.表征程序執(zhí)行的狀態(tài)信息。具體格式如下：第33頁(yè)/共364頁(yè)CY(PSW.7)進(jìn)位標(biāo)志:在加減法運(yùn)算中,累加器A的33OV(PSW.2)溢出標(biāo)志位:判斷符號(hào)數(shù)加減法運(yùn)算時(shí)是否有溢出.OV的結(jié)果可以用一個(gè)算法來表示:OV=CP異或CS

其中:CP為A7的進(jìn)位,CS為A6的進(jìn)位OV=1表明有溢出。P(PSW.0)奇偶標(biāo)志位:用來標(biāo)志累加器A中運(yùn)算后1的個(gè)數(shù)。當(dāng)P=1時(shí),表明A中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè),反之為偶數(shù)個(gè)。

【舉例】：有兩個(gè)數(shù)0FH和F8H，試將兩數(shù)相加

MOVA，#0FH；將立即數(shù)0fh送累加器AADDA，#0F8H；A的內(nèi)容與立即數(shù)0f8h相加，結(jié)果送A00001111運(yùn)算結(jié)果：A=07H，CY=1（既CP=1），

+11111000CS=1，OV=0（因?yàn)镃P=1，CS=1）

Cy→100000111AC=1，P=1如何根據(jù)PSW來分析運(yùn)算結(jié)果是否正確？是否有溢出？1，若數(shù)據(jù)為無(wú)符號(hào)數(shù)。既15+248=263=107H既CY=1，A=07H。2，若數(shù)據(jù)為有符號(hào)數(shù)。既+15加-8=+7=07H，OV=0表明無(wú)溢出。第34頁(yè)/共364頁(yè)OV(PSW.2)溢出標(biāo)志位:判斷符號(hào)數(shù)加減法運(yùn)算時(shí)是否34RS1RS0寄存器組R0-R7所對(duì)應(yīng)的RAM單元地址00000H-07H01108H-0FH10210H-17H11318H-1FH表2-5RS1,RS0與寄存器組的關(guān)系（5）DPTR

數(shù)據(jù)指針DPTR是一個(gè)16位的特殊功能寄存器，編程時(shí)，DPTR既可以作為一個(gè)16位的寄存器使用，也可以作為兩個(gè)獨(dú)立的8位寄存器分開使用，此時(shí)用DPH表示DPTR的高字節(jié)，用DPL表示DPTR的低字節(jié)。一般編程時(shí)，常用DPTR來存放外RAM單元（或外部I/O接口）的16位地址，作間接寄存器使用，它可以指向外RAM64KB范圍內(nèi)的任一存儲(chǔ)單元。（6）程序計(jì)數(shù)器PC

程序計(jì)數(shù)器PC是16位專用寄存器，其內(nèi)容就是下一條要執(zhí)行的指令的首地址。CPU總是把PC的內(nèi)容送往地址總線，作為選擇存儲(chǔ)單元的地址，以便從指定的存儲(chǔ)單元中取出指令，譯碼和執(zhí)行。第35頁(yè)/共364頁(yè)RS1RS0寄存器組R0-R7所對(duì)應(yīng)的RAM單元地址000035

程序存儲(chǔ)器用于存放程序代碼和表格常數(shù)。其所支持的最大程序存儲(chǔ)器空間為64KB，地址指針就是16位的程序計(jì)數(shù)器PC。在程序存儲(chǔ)器中，有六個(gè)特殊的單元需要注意，編程者是不能隨便使用的：0000H-0002H單元：上電時(shí)，程序計(jì)數(shù)器PC所指向的單元0003H-000AH單元：外部中斷/INT0的入口地址；000BH-0012H單元：定時(shí)器T0的溢出中斷入口地址；0013H-001AH單元：外部中斷/INT1的入口地址；001BH-0022H單元：定時(shí)器T1的溢出中斷入口地址；0023H-002AH單元：串行口接收、傳送的中斷入口地址。

中斷響應(yīng)后，按中斷種類由硬件控制PC自動(dòng)轉(zhuǎn)到各中斷區(qū)的首地址去執(zhí)行程序。但每個(gè)中斷入口地址區(qū)只有8個(gè)單元，無(wú)法放置完整的中斷處理子程序，因此，程序員在編程時(shí)必須在中斷入口區(qū)放置一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，將程序引導(dǎo)到真正的中斷處理程序的實(shí)際入口位置。2.3.3片內(nèi)程序存儲(chǔ)器第36頁(yè)/共364頁(yè)程序存儲(chǔ)器用于存放程序代碼和表格常數(shù)。其所支持362.4并行IO端口電路結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特性

在MCS-51單片機(jī)的四個(gè)端口P0,P1,P2,P3都是具有輸出鎖存功能的雙向端口,他們都由鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器組成。這些鎖存器的位置都在SFR中,其地址分別為:80H、90H、A0H、B0H.出于系統(tǒng)的考慮,在硬件設(shè)計(jì)上對(duì)每一個(gè)端口都有不同的要求,所以每一個(gè)端口又具有不同的特點(diǎn).其中，在需要擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，P2口作為訪問外部存儲(chǔ)器的高8位地址線，P0口分時(shí)作為低8位地址線和雙向數(shù)據(jù)總線。此外，P3口具有雙功能。第37頁(yè)/共364頁(yè)2.4并行IO端口電路結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特性372.4.1P0口特點(diǎn):“通用數(shù)據(jù)I/O端口”和“地址、數(shù)據(jù)復(fù)用總線”端口.1，在作為通用數(shù)據(jù)I/O端口時(shí),具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力(8個(gè)TTL負(fù)載),與MOS負(fù)載連接時(shí),需要外接一個(gè)上拉電阻。

2，作為“地址、數(shù)據(jù)復(fù)用總線”使用時(shí),P0口首先輸出外部存儲(chǔ)器的低八位地址,然后再變?yōu)閿?shù)據(jù)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入或輸出.此時(shí)，P0口不能再作為通用I/O口。第38頁(yè)/共364頁(yè)2.4.1P0口特點(diǎn):“通用數(shù)據(jù)I/O端口”和“地址、數(shù)38DQ

鎖存器CL/QP0.x引腳Vcc地址/數(shù)據(jù)1/0控制(=0時(shí))讀鎖存器讀引腳內(nèi)部總線寫鎖存器MUX(控制=0時(shí))硬件組成：1，一個(gè)輸出鎖存器（D型觸發(fā)器）；2，二個(gè)三態(tài)門（控制讀引腳或讀鎖存器）；3，與門和MUX等元件組成的輸出控制電路；4，一對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET構(gòu)成的輸出電路.Vcc圖2-7P0端口的結(jié)構(gòu)圖第39頁(yè)/共364頁(yè)DQP0.xVcc地址/數(shù)據(jù)控制(=0時(shí))讀鎖存391，P0口的I/O操作（通用I/O端口）在P0口作為通用I/O端口時(shí),控制電路中的“控制”為“0”電平,多路開關(guān)MUX接入下方的鎖存器的/Q端。由于與門的一個(gè)輸入端為“0”,所以它使上端的FET截止.這就是P0口在做I/O口時(shí)輸出為“漏極開路”的結(jié)構(gòu)原因.輸出操作:在執(zhí)行以口為目標(biāo)的指令時(shí),數(shù)據(jù)送到鎖存器的“D”端,經(jīng)“/Q”端送場(chǎng)效管應(yīng)輸出極.如:送“1”時(shí),/Q=“0”,使下端的FET截止.這樣出現(xiàn)輸出極的兩個(gè)FET全部截止.在這種情況下必須在端口線上外加上拉電阻.這樣在上拉電阻的作用下,使端口為高電平.同理,若總線向口送“0”時(shí),鎖存器的/Q=1,使下端的FET導(dǎo)通(上面的FET仍然截止),這樣端口呈現(xiàn)“0”電平.第40頁(yè)/共364頁(yè)1，P0口的I/O操作（通用I/O端口）在P0口作為通用I/40輸入操作（讀引腳，讀鎖存，輸入前寫一）a,讀引腳:讀外部送到端口引腳的電平,即通常所說的輸入操作（如：MOVA,P0）.此時(shí),單片機(jī)控制“讀引腳”的三態(tài)門,使引腳處的外部電平經(jīng)三態(tài)門送入內(nèi)部總線.b,讀鎖存器:將進(jìn)行讀鎖存器并進(jìn)行處理，最后再寫回鎖存器的操作稱之為：“讀—修改—寫”操作。在這種情況下,讀入的數(shù)據(jù)不是來自引腳，而是端口內(nèi)部的鎖存器的內(nèi)容。 當(dāng)前面完成一次端口的輸出后，要再將前面輸入的狀態(tài)取回來，進(jìn)行再處理，然后重新輸出，在MCS-51的指令系統(tǒng)中這種“讀—修改—寫”的操作有:ORL、XRL、JBC、CPL、INC、DEC、DJNZ、MOVPx,y、CLRPx,y和SETPx,y。如：ORLP0,A;P0∨A→P0

P0.X第41頁(yè)/共364頁(yè)輸入操作（讀引腳，讀鎖存，輸入前寫一）P0.X第41頁(yè)/共41c，輸入時(shí)應(yīng)先寫“1”：在端口電路中,可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題:端口在輸入（讀引腳）時(shí),原來鎖存器的狀態(tài)可能要影響引腳電平的輸入.例如:原來鎖存器的狀態(tài)為“0”態(tài),既輸出極的下端FET是飽和狀態(tài),這樣如果外電路向引腳輸入高電平時(shí),電路將不能正確讀入.要解決的方法就是讓下端的FET截止,既事先向端口寫一個(gè)“1”.第42頁(yè)/共364頁(yè)c，輸入時(shí)應(yīng)先寫“1”：在端口電路中,可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題:端口422,P0口的總線方式

控制電路的“控制”=1,此時(shí)與門打開,MUX接向“地址/數(shù)據(jù)”信號(hào).在這種情況下,輸出極的兩個(gè)FET都處于正常的工作狀態(tài)。訪問外部存儲(chǔ)器的指令movx、movc

，就是使用P0口來輸出外部存儲(chǔ)器的低八位地址和輸入、輸出存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)。可以從：訪問外部程序存儲(chǔ)器ROM的時(shí)序；

讀外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的指令時(shí)序中來清楚的觀察P0口作為“地址/數(shù)據(jù)復(fù)用”總線的工作特點(diǎn)。在進(jìn)行單片機(jī)的硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，如果使用了外部存儲(chǔ)器（或使用movx指令來訪問外部接口電路）時(shí)，P0口成為整個(gè)系統(tǒng)的地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線。換句話，P0口不能再作為通用的I/O端口的形式直接與外部連接。第43頁(yè)/共364頁(yè)2,P0口的總線方式控制電路的“控制”=1,此431,

做通用數(shù)據(jù)I/O端口時(shí),輸出級(jí)上端的FET處于截止?fàn)顟B(tài),所以與MOS器件連接時(shí),必須接“上拉電阻”,否則不能正確的輸出高電平;2,在輸入操作前,為了保證輸入正確，必須先向端口“寫1”;3,“讀引腳”與“讀鎖存器”是不同的兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。凡是“讀—修改—寫”的操作,CPU讀的都是端口鎖存器中的數(shù)據(jù)。4,為了提高電路的可靠性,端口引腳不要直接與三極管一類的器件直接連接,應(yīng)加隔離電路或與三極管之間加一個(gè)電阻.5,在總線方式時(shí),P0口不能再做通用的I/O端口。它分時(shí)輸出地址、數(shù)據(jù)總線的信息（此時(shí)引腳不用外接上拉電阻）。P0口特點(diǎn)小結(jié):第44頁(yè)/共364頁(yè)1,做通用數(shù)據(jù)I/O端口時(shí),輸出級(jí)上端的FET處于截止?fàn)顟B(tài)44特點(diǎn)：?jiǎn)渭兊耐ㄓ肐/O端口,負(fù)載能力為3個(gè)TTL輸入。與P0口的區(qū)別在于內(nèi)部具有上拉電阻，所以輸出時(shí)不用外接上拉電阻。2.4.2P1口的位結(jié)構(gòu)圖DQ

鎖存器CL/QP1.x引腳Vcc讀鎖存器讀引腳內(nèi)部總線寫鎖存器內(nèi)部上拉電阻圖2-8P1端口的結(jié)構(gòu)圖

由于P1口只能當(dāng)作通用I/O口使用，所以在電路結(jié)構(gòu)上與P0口不同，首先，它不需要多路轉(zhuǎn)換器，其次為通用輸出功能提供了上拉電阻。

P1口的每一位可以分別定義為輸入或輸出，其功能同P0口通用功能。

P1口的每一位可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。第45頁(yè)/共364頁(yè)特點(diǎn)：?jiǎn)渭兊耐ㄓ肐/O端口,負(fù)載能力為3個(gè)TTL輸入。與P0452.4.3P2口

特點(diǎn)：“通用數(shù)據(jù)I/O端口”和“高八位地址總線”端口DQ

鎖存器CL/QP2.x引腳Vcc地址/數(shù)據(jù)1/0控制讀鎖存器讀引腳內(nèi)部總線寫鎖存器MUX(地址/數(shù)據(jù)=0)內(nèi)部上拉電阻圖2-9P2端口的結(jié)構(gòu)圖第46頁(yè)/共364頁(yè)2.4.3P2口

特點(diǎn)：“通用數(shù)據(jù)I/O端口”和“46與P0口一樣，P2口在系統(tǒng)使用外部存儲(chǔ)器時(shí)，做高八位的地址總線。當(dāng)P2口當(dāng)作通用I/O口時(shí)，多路開關(guān)使輸出鎖存器的Q端與驅(qū)動(dòng)器的柵極相連構(gòu)成一個(gè)雙向口，其功能同P0口的通用功能。同樣，P2口作為輸入時(shí)，也必須使鎖存器預(yù)先置1.應(yīng)當(dāng)注意的是：僅使用外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口分兩種情況：

1，僅僅使用256B的外部RAM時(shí)，既使用movxa,@r0指令訪問外部RAM，此時(shí)用8位的寄存器R0或R1作間址寄存器，這時(shí)P2口無(wú)用，所以在這種情況下，P2口仍然可以做通用I/O端口。

2，如果訪問外部ROM或使用大于256BRAM時(shí)，P2口必須作為外存儲(chǔ)器的高八位地址總線。如：movxa，@dptr；訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

movca，@a+dptr；訪問外部程序存儲(chǔ)器這里使用了16位的寄存器DPTR第47頁(yè)/共364頁(yè)與P0口一樣，P2口在系統(tǒng)使用外部存儲(chǔ)器時(shí)，做高八位的地址總472.4.4P3口

特點(diǎn)：通用I/O端口、多用途端口在多用途情況下，P3口分別作為串行口、外中斷輸入、外部計(jì)數(shù)輸入和系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)使用的WR和RD信號(hào)的端口。在這種情況下，鎖存器Q端為“1”電平以保證與門是打開的。在通用I/O模式下，“替代輸出功能”端為“1”電平，以保證與門打開。DQ

鎖存器CL/QP3.x引腳替代輸出功能讀鎖存器讀引腳內(nèi)部總線寫鎖存器MUX(地址/數(shù)據(jù)=0)Vcc圖2-10P3端口的結(jié)構(gòu)圖第48頁(yè)/共364頁(yè)2.4.4P3口

特點(diǎn)：通用I/O端口、多用途端口在48并行端口在使用時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題“拉電流”還是“灌電流”----與大電流負(fù)載的連接

(我們以美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51為例)

1,

使用灌電流的方式與電流較大的負(fù)載直接連接時(shí),端口可以吸收約20mA的電流而保證端口電平不高于0.45V（見右上圖）。

2,采用拉電流方式連接負(fù)載時(shí)，AT89C51所能提供“拉電流”僅僅為80μA，否則輸出的高電平會(huì)急劇下降.如果我們采用右下圖的方式，向端口輸出一個(gè)高電平去點(diǎn)亮LED，會(huì)發(fā)現(xiàn)，端口輸出的電平不是“1”而是“0”！

當(dāng)然，不是所有的單片機(jī)都是這樣，PIC單片機(jī)就可以提供30mA的拉電流和灌電流。單對(duì)于大多數(shù)IC電路，最好還是使用“灌電流”去推動(dòng)負(fù)載。Px.yVddPx.yVddVdd灌電流方式輸出”0”點(diǎn)亮LED拉電流方式輸出高電平點(diǎn)亮LED第49頁(yè)/共364頁(yè)并行端口在使用時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題“拉電流”還是“灌電流”--49單片機(jī)與繼電器等大電流負(fù)載的接口我們知道:AT89C51的端口可以吸收約20mA的電流.對(duì)于繼電器等大于20mA的負(fù)載,單片機(jī)可以采用右圖的接法,用一個(gè)三極管來承擔(dān)負(fù)載所需的大電流.若于負(fù)載電流易造成干擾單片機(jī)的環(huán)境,應(yīng)采用右下圖”光電隔離”的方式.其中:A、

B兩處沒有任何電的聯(lián)系.Px.yJVccVdd負(fù)載VccPx.yAB第50頁(yè)/共364頁(yè)單片機(jī)與繼電器等大電流負(fù)載的接口我們知道:AT89C51的端502.5.1時(shí)鐘電路

1.內(nèi)部時(shí)鐘方式內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如下圖2-14所示。利用MCS-51內(nèi)部的高增益反向放大器，在XTAL1和XTAL2引腳上外界定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器電路便產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件一般采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體可以在1.2-12MHZ直接任選，電容可以在5-30pF之間選擇，電容C1和C2的大小可以起到頻率微調(diào)的作用，電容大小要和晶體的容性負(fù)載阻抗相匹配，否則不易起振。內(nèi)部時(shí)鐘方式如下圖：2.5時(shí)鐘電路與CPU時(shí)序30pF30pFXTAL1XTAL28051圖2-11單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘方式第51頁(yè)/共364頁(yè)2.5.1時(shí)鐘電路2.5時(shí)鐘電路與CPU時(shí)序30pF30512.外部時(shí)鐘方式外部時(shí)鐘方式常用于多機(jī)系統(tǒng)，以便各個(gè)單片機(jī)能夠同步工作。對(duì)外部振蕩信號(hào)無(wú)特殊要求，但需要保證脈沖寬度不小于20ns，且頻率應(yīng)低于單片機(jī)所支持的最高頻率。對(duì)于8051單片機(jī)，外部脈沖由XTAL2引入內(nèi)部電路，XTAL1接地；對(duì)于80C51單片機(jī)，外部脈沖由XTAL1引入，XTAL2懸空。外部時(shí)鐘信號(hào)VSSXTAL1XTAL280511Vcc外部時(shí)鐘信號(hào)VSSXTAL1XTAL280C511懸空5.1k圖2-12單片機(jī)的外部時(shí)鐘方式（a）8051外部時(shí)鐘方式（b）80C51外部時(shí)鐘方式第52頁(yè)/共364頁(yè)2.外部時(shí)鐘方式外部時(shí)鐘信號(hào)VSSXTAL1XTAL28052S1S1S6S5S4S3機(jī)器周期2.5.2時(shí)序定時(shí)單位

單片機(jī)的工作過程就是不斷的執(zhí)行指令的過程。CPU每執(zhí)行一條指令，都要經(jīng)過取指（取操作碼）、取操作數(shù)和執(zhí)行等幾個(gè)過程。CPU執(zhí)行一條指令的各個(gè)微操作所對(duì)應(yīng)時(shí)間順序稱為CPU時(shí)序。為了直觀的展現(xiàn)CPU的時(shí)序，把執(zhí)行一條指令時(shí)相應(yīng)信號(hào)線上有關(guān)信息的變化，按時(shí)間序列特定的波形展示出來，這就是時(shí)序圖。由于指令的字節(jié)數(shù)不同，執(zhí)行的操作也不同，因而執(zhí)行不同的指令所需要的時(shí)間差別較大。為了便于說明，人們按指令的執(zhí)行過程定義了幾種時(shí)序定時(shí)單位，及振蕩周期、時(shí)鐘周期和指令周期，它們的相互關(guān)系如下圖所示狀態(tài)周期或時(shí)鐘周期振蕩周期P1P2指令周期….圖2-13MCS-51各周期的關(guān)系第53頁(yè)/共364頁(yè)S1S1S6S5S4S3機(jī)器周期2.5.2時(shí)序定時(shí)單位531.振蕩周期：時(shí)振蕩周期也稱為節(jié)拍，它是單片機(jī)最基本的定時(shí)單位。前面介紹的時(shí)鐘振蕩器的周期就是振蕩周期。2.時(shí)鐘周期

:又稱狀態(tài)周期，是由振蕩器周期經(jīng)2分頻后獲得的。所以時(shí)鐘周期是振蕩周期的2倍。時(shí)鐘周期被分為P1和P2拍節(jié)。在每個(gè)時(shí)鐘周期代碼前板周期內(nèi)，P1信號(hào)有效，這時(shí)通常完成算術(shù)邏輯操作；而在后半周期內(nèi)，P2信號(hào)有效，完成內(nèi)部寄存器直接的傳送操作。時(shí)序中最小的時(shí)間單位.其值由外接晶體或外輸入時(shí)鐘來決定，其值石英振蕩器頻率的倒數(shù)。 例如:在單片機(jī)外接1MH的晶體,則單片機(jī)的系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率為1M,時(shí)鐘周期為1us.3.機(jī)器周期:MCS-51采用定時(shí)控制方式，因此它有固定的機(jī)器周期。完成特定功能所需要的時(shí)間,在MCS-51單片機(jī)中機(jī)器周期由12個(gè)時(shí)鐘周期構(gòu)成,并分為6個(gè)狀態(tài)(S1-S6),每個(gè)狀態(tài)又分為P1和P2兩拍.這樣一個(gè)機(jī)器周期的12個(gè)震蕩周期可以表示為:

S1P1,S1P2,S2P1,S2P2,S3P1,S3P2…S6P1,S6P2

將12個(gè)震蕩周期用6個(gè)狀態(tài)和2拍來替代。第54頁(yè)/共364頁(yè)1.振蕩周期：時(shí)振蕩周期也稱為節(jié)拍，它是單片機(jī)最基本的定時(shí)單544.指令周期:這是時(shí)序圖中最大的時(shí)間單位,既執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間.在MCS-51系統(tǒng)中,不同的指令它所包含的機(jī)器周期數(shù)不同.它們分別是:1,單機(jī)器周期指令;2,雙機(jī)器周期指令;3,四機(jī)器周期指令

我們知道:一個(gè)機(jī)器周期包含了12個(gè)震蕩周期.如果我們使用一個(gè)12M的晶體震蕩器,那么:

一個(gè)機(jī)器周期為1us,

兩個(gè)機(jī)器周期為2us,

四個(gè)機(jī)器周期為4us.

可見一條指令的運(yùn)算速度與它所包含的機(jī)器周期數(shù)有關(guān).機(jī)器周期數(shù)越少,執(zhí)行的速度就越快.在MCS-51單片機(jī)的指令系統(tǒng)中,除了乘、除法指令為四個(gè)機(jī)器周期外,其余都是單周期和雙周期指令.第55頁(yè)/共364頁(yè)4.指令周期:這是時(shí)序圖中最大的時(shí)間單位,既執(zhí)行一條指令所需552.5.3典型指令的取指、執(zhí)行時(shí)序

在MCS-51單片機(jī)的指令系統(tǒng)中有： 單字節(jié)； 雙字節(jié)； 三字節(jié)指令。在MCS-51的111條指令中,可以分為六種基本的時(shí)序:

1,單字節(jié)單周期指令;4,雙字節(jié)單周期指令;2,單字節(jié)雙周期指令;5,雙字節(jié)雙周期指令;3,單字節(jié)四周期指令;6,三字節(jié)雙周期指令.第56頁(yè)/共364頁(yè)2.5.3典型指令的取指、執(zhí)行時(shí)序 第56頁(yè)/共364頁(yè)56

指令特點(diǎn):在程序存儲(chǔ)器ROM中僅占一個(gè)存儲(chǔ)單元。 在ALE第一次有效(S2P1)時(shí),從ROM中讀取指令的操作碼,送入指令寄存器IR中.并譯碼執(zhí)行,在ALE第二次有效時(shí),封鎖PC加一,使第二次讀數(shù)無(wú)效.可見:1,ALE信號(hào)對(duì)應(yīng)這從ROM中讀指令,所以在一個(gè)機(jī)器周期中CPU可以讀兩次指令;2,對(duì)于單字節(jié)單周期的指令,CPU通過譯碼后封死PC,實(shí)際上指令的后半部不做任何工作.單字節(jié)單周期指令的時(shí)序:機(jī)器周期讀操作碼一讀操作無(wú)效ALES1S2S6S5S4S3圖2-14單字節(jié)單周期指令的時(shí)序第57頁(yè)/共364頁(yè)指令特點(diǎn):在程序存儲(chǔ)器ROM中僅占一個(gè)存儲(chǔ)單元。單字57

指令特點(diǎn):一條指令長(zhǎng)度為兩個(gè)字節(jié)，并存儲(chǔ)在ROM相鄰的兩個(gè)單元中。要想完整的將這樣的指令執(zhí)行完,必須從ROM中讀兩次操作碼.

在ALE第一次有效時(shí),CPU從ROM的n單元中取出指令的第一個(gè)字節(jié)OP1-1,并送入IR譯碼,通過譯碼CPU知道這是一條雙字節(jié)指令,所以使PC加一,并在ALE第二次有效時(shí),從ROM的n+1單元取出指令的第二個(gè)字節(jié)OP1-2送入IR進(jìn)行譯碼,并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的操作.最后在S6P2時(shí)完成本條指令的運(yùn)行.S1S2S6S5S4S3機(jī)器周期讀操作碼一讀操作碼二OP1-2OP1-1n+1n程序ROMPC雙字節(jié)單周期指令時(shí)序ALE圖2-15雙字節(jié)單周期指令的時(shí)序第58頁(yè)/共364頁(yè)指令特點(diǎn):一條指令長(zhǎng)度為兩個(gè)字節(jié)，并存儲(chǔ)在ROM相鄰58指令特點(diǎn):單字節(jié),需要兩個(gè)機(jī)器周期運(yùn)行.如:INCDPTR

DPTR為兩個(gè)8位的寄存器,加一時(shí),必須分兩步完成.既第一步DPL加一,如果DPL加一有進(jìn)位則還要進(jìn)行第二步對(duì)DPH加一.

在指令周期的第一個(gè)ALE時(shí),將ROM中的操作碼OP取出,經(jīng)IR譯碼后得知為單字節(jié)雙周期指令,所以一面執(zhí)行該指令,同時(shí)封鎖后面三次ALE有效時(shí)的PC+1,在第二個(gè)機(jī)器周期的S6P2時(shí),完成操作.S1S2S6S5S4S3機(jī)器周期1讀操作碼讀無(wú)效S1S2S6S5S4S3讀無(wú)效讀無(wú)效機(jī)器周期2單字節(jié)雙周期指令的時(shí)序ALE圖2-16單字節(jié)雙周期指令的時(shí)序第59頁(yè)/共364頁(yè)指令特點(diǎn):單字節(jié),需要兩個(gè)機(jī)器周期運(yùn)行.如:INCDP59設(shè)外部RAM2000H單元中有一個(gè)數(shù)x,且DPTR中已存有該數(shù)地址2000H.則CPU

執(zhí)行外部ROM中的指令:MOVXA,@DPTR;將外RAM的x送A中/WR

/RD

P2口MCS-51

P1口

ALED7∶D0/CP/WR/RDA15∶A8

A7∶A064KRAMD0～D7S1S2S6S5S4S3S1S2S6S5S4S3ALEPsenA15-A8(PC)A15-A8(DPH)A7-A0指令A(yù)7-A0數(shù)據(jù)RDP2口P0口選中外部RAM讀外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的指令時(shí)序圖2-17讀外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的指令時(shí)序第60頁(yè)/共364頁(yè)設(shè)外部RAM2000H單元中有一個(gè)數(shù)x,且DPTR中已存有該601,在S2P2時(shí),ALE的第一個(gè)下降沿將P0口輸出的外程序ROM的低八位地址鎖存到74LS373鎖存器中；2,在S3P2的Psen為低電平時(shí),選中外ROM,并根據(jù)單片機(jī)P0、P2口輸出的16位地址選中movx指令(單字節(jié)),通過P0口送至單片機(jī)內(nèi)部IR中譯碼.經(jīng)譯碼后產(chǎn)生下列的一系列操作；3,CPU將DPTR中的高8位(20H)送P2口輸出,低八位(00H)經(jīng)P0口輸出,節(jié)在S5P1時(shí)ALE第二次下降沿時(shí),將P0口的低八位地址鎖存；4,在第二個(gè)機(jī)器周期的S1-S3中單片機(jī)輸出/RD信號(hào)（低電平）,選中外部RAM,并根據(jù)單片機(jī)提供的2000H這16位地址中取出數(shù)據(jù)x.5,CPU在S2-S3期間,將外部RAM2000H單元送到P0口上的數(shù)據(jù)送入累加器A中.第61頁(yè)/共364頁(yè)1,在S2P2時(shí),ALE的第一個(gè)下降沿將P0口輸出的外程61上述過程可以分成兩個(gè)指行的階段:1,根據(jù)PC所指定的程序存儲(chǔ)器的地址,將movx指令從片外ROM中取出; 2,經(jīng)譯碼后將DPTR提供的外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM中的數(shù)據(jù)地址取出數(shù)據(jù),經(jīng)P0口送累加器A.

在第一階段CPU產(chǎn)生/Psen信號(hào)用來選通外部程序存儲(chǔ)器ROM;

在第二階段CPU輸出/RD信號(hào)(低電平),用來選通并讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的數(shù)據(jù).第62頁(yè)/共364頁(yè)上述過程可以分成兩個(gè)指行的階段:第62頁(yè)/共364頁(yè)622.6MCS-51單片機(jī)工作方式MCS-51單片機(jī)的工作方式有多種，如復(fù)位、程序執(zhí)行、單步執(zhí)行、低功耗、EPROM編程與校驗(yàn)等。2.6.1復(fù)位方式及復(fù)位電路1.復(fù)位方式

單片機(jī)復(fù)位后不會(huì)影響內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)，僅將PC指向0000H，SP指向07H，保證單片機(jī)復(fù)位信號(hào)撤出后CPU能夠從起始地址0000H開始執(zhí)行程序。但單片機(jī)由于外界干擾等原因造成程序跑飛或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，可用復(fù)位信號(hào)重新啟動(dòng)程序。復(fù)位操作還對(duì)單片機(jī)的個(gè)別引腳有影響，使P0-P3置位輸入方式，使ALE=1,/PSEN=1.寄存器內(nèi)容寄存器內(nèi)容PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXXX00000BSBUF00HIE0XX000000BPCON0XXXXXXXB表2-6復(fù)位后內(nèi)部寄存器的狀態(tài)第63頁(yè)/共364頁(yè)2.6MCS-51單片機(jī)工作方式M632.復(fù)位電路

RST端的尾部復(fù)位電路有兩種復(fù)位形式：上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位。（1）上電自動(dòng)復(fù)位電路只要在RST復(fù)位端接一個(gè)電容至VCC和一個(gè)電阻至VSS，就能夠?qū)崿F(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位。在家電瞬間，電容通過電阻充電，就在RST端出現(xiàn)一定寬度的高電平，只要高電平時(shí)間足夠長(zhǎng)，就可以使單片機(jī)有效復(fù)位。（2）按鍵手動(dòng)復(fù)位按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。按鍵電平復(fù)位時(shí)通過使復(fù)位端經(jīng)過電阻與VCC接通而實(shí)現(xiàn)的。按鍵脈沖復(fù)位則是通過利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的。8051Vcc8051Vcc8051Vcc（a）上電自動(dòng)復(fù)位（b）手動(dòng)電平復(fù)位（c）手動(dòng)脈沖復(fù)位圖2-17MCS-51復(fù)位電路第64頁(yè)/共364頁(yè)2.復(fù)位電路8051Vcc8051Vcc8051Vcc（a64（3）系統(tǒng)復(fù)位

在單片機(jī)的應(yīng)用中,除單片機(jī)身體需復(fù)位以外,外部擴(kuò)展I/O接口電路等也需要復(fù)位,因此需要一個(gè)系統(tǒng)的同步復(fù)位信號(hào).即單片機(jī)復(fù)位后,CPU開始工作時(shí),外部的電路一定要準(zhǔn)備好,以保證CPU有效的對(duì)外部電路進(jìn)行初始化編程.如上所述,MCS-51的復(fù)位端RST是一個(gè)施密特觸發(fā)器,高電平有效,而I/O接口電路的復(fù)位端一般為TTL電平輸入,通常也是高電平有效,但這兩種復(fù)位輸入端復(fù)位有效的電平不完全相同.若將單片機(jī)的復(fù)位不同步,CPU對(duì)I/O初始化編程無(wú)效,使系統(tǒng)不能夠正常工作.解決的辦法就是通過延時(shí)一段時(shí)間后,再對(duì)外部電路進(jìn)行初始化編程.有效的系統(tǒng)復(fù)位電路如下圖2-18所示:8051Vcc8051Vcc（b）至外部IO電路復(fù)位端1（a）至外部IO電路復(fù)位端圖2-18系統(tǒng)復(fù)位電路第65頁(yè)/共364頁(yè)（3）系統(tǒng)復(fù)位8051Vcc8051Vcc（b）至外部IO電652.6.2程序執(zhí)行方式

程序執(zhí)行方式是單片機(jī)的最基本工作方式。所執(zhí)行的程序可以在內(nèi)部ROM、外部ROM或者同時(shí)放在內(nèi)外ROM中。若程序放在外部ROM中，則應(yīng)使/EA=0;否則，可令/EA=1。由于復(fù)位之后PC=0000H,所以程序的執(zhí)行總是從地址0000H開始的。但真正的程序一般不一定從0000H開始存放，此時(shí)需要在0000H單元存放一條轉(zhuǎn)移指令，使程序跳轉(zhuǎn)到真正的程序入口處。2.6.3單步執(zhí)行方式

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試階段，有時(shí)需要觀察每條指令執(zhí)行后的結(jié)果，此時(shí)就需要用到單步執(zhí)行方式。單步執(zhí)行方式是使程序執(zhí)行處于外加脈沖的控制下，一條指令以條指令地執(zhí)行，即按一次鍵，執(zhí)行一條指令。單步執(zhí)行方式可以利用MCS-51的外部中斷來實(shí)現(xiàn).MCS-51中斷系統(tǒng)規(guī)定:從中斷服務(wù)程序返回以后至少要執(zhí)行一條指令后才能夠重新響應(yīng)新的中斷請(qǐng)求.據(jù)此,如果將外加脈沖從/INT0引腳輸入,平時(shí)保證/INT0為低電平,并通過初始化設(shè)定外部中斷0為高優(yōu)先級(jí)和低電平觸發(fā)方式,就能保證單片機(jī)平時(shí)處于中斷響應(yīng)狀態(tài).在中斷服務(wù)子程序中配合使用下面的指令就能夠時(shí)下按壓一次只執(zhí)行一條指令的單步操作.JNBP3.2,$;若/INT0=0,不往下執(zhí)行

JBP3.2,$;若/INT0=1,往下執(zhí)行

RETI;返回主程序執(zhí)行一條指令第66頁(yè)/共364頁(yè)2.6.2程序執(zhí)行方式程序執(zhí)行方式是單662.6.4低功耗操作模式CHMOS型的80C51單片機(jī)有兩種低功耗操作方式：待機(jī)操作方式和掉電操作方式。在待機(jī)方式時(shí)，CPU停止工作，而RAM、定時(shí)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。在掉電方式時(shí)，僅給片內(nèi)RAM供電，片內(nèi)所有其他的電路均不工作。HMOS的8051單片機(jī)只有一種低功耗方式：掉電操作方式。HMOS型單片機(jī)的掉電操作方式正常操作時(shí)，8051的內(nèi)部RAM由VCC供電，當(dāng)RST/VPD端的電壓超過VCC時(shí)，內(nèi)部RAM將改為由RST/VPD端的電源供電。若RST/VPD端接有備用電源，則當(dāng)VCC掉電時(shí)，次備用電源就可保護(hù)內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。2.CHMOS型單片機(jī)的低功耗方式

80C51單片機(jī)用軟件來選擇低功耗,主要由電源控制寄存器PCON中的相關(guān)位控制，PCON寄存器格式如下：位序D7D6D5D4D3D2D1D0位名SMOD///GF1GF0PDIDL表2-7PCON寄存器格式第67頁(yè)/共364頁(yè)2.6.4低功耗操作模式CHMOS型的80C51單片機(jī)有67IDL:待機(jī)方式位當(dāng)IDL=1時(shí)，激活待機(jī)工作方式

PD:掉電工作方式當(dāng)PD=1時(shí)，激活掉電工作方式

GF1GF0：通用標(biāo)志位

SMOD：串行波特率倍增位（1）待機(jī)方式執(zhí)行一條置位I