C單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理實(shí)用

會(huì)計(jì)學(xué)1C單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理實(shí)用2.180C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理

2.1.180C51單片機(jī)系列

Intel公司推出的80C51是MCS-51系列單片機(jī)中以CHMOS為生產(chǎn)工藝的一個(gè)典型產(chǎn)品；其它廠商以8051為基核開發(fā)出的CMOS工藝單片機(jī)產(chǎn)品統(tǒng)稱為80C51系列。當(dāng)前常用的80C51系列單片機(jī)主要產(chǎn)品有：

1、Intel公司的：80C31、80C51、87C51、80C32、80C52、87C52等。

2、ATMEL公司的：89C51、89C52、89C2051、89S51等。

3、Philips公司的80C51、80C550、80C552系列。

4、Motorola公司M68HC05系列。

5、華邦公司的W78C51、W77C51高速低價(jià)系列。

6、Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列。

7、Cygnal公司的C8051F系列高速SOC單片機(jī)。

8、ADI公司的ADμC8xx高精度ADC系列。

9、LG公司的GMS90/97低壓高速系列。

第1頁(yè)/共89頁(yè)2.1.280C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

80C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示，可以看出，在一塊芯片上集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的主要部件，它包括以下幾部分：

（1）8位CPU1個(gè)。（2）時(shí)鐘電路（振蕩電路和時(shí)序OSC）。（3）4KB程序存儲(chǔ)器（ROM/EPROM/Flsh），可外擴(kuò)展到64KB。（4）128B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，可外擴(kuò)展到64KB。（5）2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。（6）64KB總線擴(kuò)展控制電路。（7）4個(gè)8位并行I/O接口P0～P3。（8）1個(gè)全雙工異步串行I/O接口。（9）中斷系統(tǒng)：5個(gè)中斷源，其中包括2個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷。第2頁(yè)/共89頁(yè)第3頁(yè)/共89頁(yè)2.1.380C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

80C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-2所示，它由CPU、存儲(chǔ)器、I/O口及SFR（特殊功能寄存器）等組成。具體說(shuō)明如下：

1、80C51CPU80C51CPU即微處理器，是一8位CPU，是單片機(jī)的核心部件，是計(jì)算機(jī)的控制指揮中心。同微型計(jì)算機(jī)CPU類似，80C51內(nèi)部CPU由運(yùn)算器和控制器兩部分組成。

（1）運(yùn)算器組成:由算術(shù)運(yùn)算/邏輯運(yùn)算單元ALU(ArithmeticLogicUnit)為核心，由暫存器1、暫存器2、累加器ACC(Accumulator)、寄存器B及程序狀態(tài)寄存器PSW(ProgramStatusWord)組成。主要任務(wù)：是完成算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、位運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送等操作，運(yùn)算結(jié)果的狀態(tài)由程序狀態(tài)寄存器(PSW)保存。第4頁(yè)/共89頁(yè)圖2-280C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第5頁(yè)/共89頁(yè)

（2）控制器組成：由程序計(jì)數(shù)器(PC)、PC增1寄存器、指令寄存器(IR)、指令譯碼器(ID)、數(shù)據(jù)指針(DPTR)、堆棧指針(SP)、緩沖器及定時(shí)控制電路等組成。主要任務(wù)：完成指揮控制工作，協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分正常工作。

2、80C51的片內(nèi)存儲(chǔ)器

80C51的片內(nèi)存儲(chǔ)器與一般微機(jī)的存儲(chǔ)器的配置不同。一般微機(jī)的ROM和RAM安排在同一空間的不同范圍（稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)）。而80C51單片機(jī)的存儲(chǔ)器在物理上設(shè)計(jì)成程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩個(gè)獨(dú)立的空間（稱為哈佛結(jié)構(gòu)）。第6頁(yè)/共89頁(yè)2.1.480C51單片機(jī)的引腳及功能

80C51單片機(jī)的封裝是采用雙列直插式(DIP)封裝，引腳圖如圖2-3(a)所示。80C51的40個(gè)引腳及功能描述如下：

1、電源引腳(2根)

（1）VCC(40腳)：電源端，接+5V電源。（2）VSS(20腳)：接地端。

2、時(shí)鐘引腳(2根)

（1）XTAL1(19腳)：晶體振蕩器接入的一個(gè)引腳。采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，此引腳應(yīng)接地。（2）XTAL2(18腳)：晶體振蕩器接入的另一個(gè)引腳。使用外部時(shí)鐘時(shí)，此引腳應(yīng)接外部時(shí)鐘的輸入端。

3、控制引腳(4根)

（1）RST/VPD(9腳)：復(fù)位信號(hào)輸入引腳/備用電源輸入引腳。

說(shuō)明：當(dāng)RST引腳保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平后，就可以使80C51完成復(fù)位操作。該引腳的第二功能是VPD，即備用電源的輸入端，具有掉電保護(hù)功能。若在該引腳接+5V備用電源，在使用中若主電源VCC掉電，可保護(hù)片內(nèi)RAM中的信息不丟失。

第7頁(yè)/共89頁(yè)第8頁(yè)/共89頁(yè)

（2）ALE/PROG(30腳)：地址鎖存允許信號(hào)輸出引腳/編程脈沖輸入引腳。

說(shuō)明：在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址鎖存起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。此外，由于ALE是以晶振fosc/6的固定頻率輸出的正脈沖(fosc代表振蕩器的頻率)，因此,可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。該引腳的第二功能是對(duì)8751內(nèi)部4KBEPROM編程寫入時(shí)，作為編程脈沖的輸入端。（3）EA/VPP(31腳)：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入信號(hào)引腳/編程電壓輸入信號(hào)引腳。

說(shuō)明：當(dāng)EA接高電平時(shí)，CPU執(zhí)行片內(nèi)ROM指令，當(dāng)PC值超過(guò)0FFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外ROM指令；當(dāng)EA接低電平時(shí)，CPU只執(zhí)行片外ROM指令。該引腳的第二功能VPP是對(duì)8751片內(nèi)EPROM編程寫入時(shí)，作為21V編程電壓的輸入端。（4）PSEN(29腳)：片外ROM讀選通信號(hào)。

說(shuō)明：在讀片外ROM時(shí)，為低電平（有效），以實(shí)現(xiàn)對(duì)片外ROM的讀操作。

第9頁(yè)/共89頁(yè)4、并行I/O引腳(32根，由4個(gè)8位口構(gòu)成)

其中：（1）P0.0～P0.7(39～32腳)：一般的8位雙向I/O口引腳或數(shù)據(jù)/地址總線低8位復(fù)用引腳。

說(shuō)明：P0口即可作數(shù)據(jù)/地址總線使用，又可作一般的I/O口使用。當(dāng)CPU訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，P0口分時(shí)先作低8位地址總線，后作雙向數(shù)據(jù)總線，此時(shí)，P0口就不能再作一般I/O口使用。（2）P1.0～P1.7(1～8腳)：P1口作為一般的8位準(zhǔn)雙向I/O口使用。（3）P2.0～P2.7(21～28腳)：一般8位準(zhǔn)雙向I/O口引腳或高8位地址總線引腳。

說(shuō)明：P2口即可作為一般的I/O口使用，也可作為片外存儲(chǔ)器的高8位地址總線，與P0口配合，組成16位片外存儲(chǔ)器單元地址，可訪問(wèn)64KB的存儲(chǔ)空間。（4）P3.0～P3.7(10～17腳)：一般8位準(zhǔn)雙向I/O口引腳或第二功能引腳。

說(shuō)明：P3口除了作為一般的I/O口使用之外，每個(gè)引腳還具有第二功能，P3的8條口線都定義有第二功能，詳見(jiàn)表2-1(a)第10頁(yè)/共89頁(yè)表2-1P3口各引腳與第二功能表第11頁(yè)/共89頁(yè)2.280C51單片機(jī)的存儲(chǔ)器組織

80C51的存儲(chǔ)器在物理結(jié)構(gòu)為哈佛結(jié)構(gòu)，它將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開，如圖2-4所示。從物理地址空間看，80C51單片機(jī)有四個(gè)存儲(chǔ)器地址空間，即片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱片內(nèi)RAM）、片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（片內(nèi)ROM）、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（片外RAM）和片外程序存儲(chǔ)器（片外ROM）。第12頁(yè)/共89頁(yè)

但從使用的角度來(lái)看，80C51的存儲(chǔ)器又分為三個(gè)邏輯空間，如圖2-5所示。

1、片內(nèi)外統(tǒng)一尋址的64KB程序存儲(chǔ)器空間，地址范圍為0000H～FFFFH（訪問(wèn)用指令MOVC）。

2、64KB的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，地址范圍也為0000H～FFFFH（訪問(wèn)用指令MOVX）。

3、80C51的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM只有128B，地址范圍為00H～7FH；80C52的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM為256B，地址范圍為00H～FFH（訪問(wèn)用指令MOV）。第13頁(yè)/共89頁(yè)2.2.180C51單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器ROM

80C51內(nèi)部有4KB的掩膜ROM。80C51的片外最多能擴(kuò)展64KB程序存儲(chǔ)器，片內(nèi)外的ROM是統(tǒng)一編址的。

80C51程序存儲(chǔ)器ROM空間地址分布圖如圖2-6(a)所示。

第14頁(yè)/共89頁(yè)

對(duì)圖2-6(a)ROM空間地址分布圖作如下說(shuō)明：

1、80C51片內(nèi)有4KB的ROM存儲(chǔ)單元，地址為0000H～0FFFH。

2、80C51片外最多可擴(kuò)60KB的ROM，地址為1000H～FFFFH。

第15頁(yè)/共89頁(yè)2.2.280C51ROM低地址特殊單元

80C51的程序存儲(chǔ)器低地址單元中有6個(gè)單元具有特殊功能，見(jiàn)圖2-6（b）所示,使用時(shí)應(yīng)予以注意其含義。

1、0000H～0002H：?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位后的程序入口地址

（3個(gè)單元）。

2、0003H～000AH：外部中斷0的中斷服務(wù)程序入口地址

（8個(gè)單元）。

3、000BH～0012H：定時(shí)器0的中斷服務(wù)程序入口地址

（8個(gè)單元）。

4、0013H～001AH：外部中斷1的中斷服務(wù)程序入口地址

（8個(gè)單元）。

5、001BH～0022H：定時(shí)器1的中斷服務(wù)程序入口地址

（8個(gè)單元）。

6、0023H～002AH：串行口的中斷服務(wù)程序入口地址

（8個(gè)單元）。第16頁(yè)/共89頁(yè)

具體應(yīng)用時(shí)注意：第一組特殊單元是0000H～0002H，3個(gè)單元不可能安排長(zhǎng)程序，因此，系統(tǒng)復(fù)位后(PC)=0000H，80C51單片機(jī)從0000H單元開始取指令執(zhí)行程序。如果程序不從0000H單元開始，應(yīng)在這3個(gè)單元中存放一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，以便直接轉(zhuǎn)去執(zhí)行指定的程序。第二組特殊單元是0003H～002AH，共40個(gè)單元。這40個(gè)單元被均勻地分為5段，作為5個(gè)中斷源的中斷地址區(qū)。中斷響應(yīng)后，按中斷種類，自動(dòng)轉(zhuǎn)到各中斷區(qū)的首地址去執(zhí)行程序，因此在中斷地址區(qū)中應(yīng)存放中斷服務(wù)程序。但通常情況下，8個(gè)單元難以存下一個(gè)完整的中斷服務(wù)程序，因此通常也是從中斷地址區(qū)首地址開始存放一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，以便中斷響應(yīng)后，通過(guò)中斷地址區(qū)，再轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序的實(shí)際入口地址。

第17頁(yè)/共89頁(yè)2.2.380C51單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM80C51數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM主要用來(lái)存放運(yùn)算的中間結(jié)果和數(shù)據(jù)等。80C51單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM分為片內(nèi)RAM和片外RAM兩大部分，如圖2.7所示。80C51的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM只有128B，地址范圍為00H～7FH；80C52的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM為256B，地址范圍為00H～FFH。片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM最多可擴(kuò)至64KB存儲(chǔ)單元，地址范圍為0000H～FFFFH。說(shuō)明兩點(diǎn)：①80C52的片內(nèi)RAM地址空間共有256B，又分為兩個(gè)部分：●低128B(00H～7FH)RAM區(qū)與80C51的RAM區(qū)相同（訪問(wèn)時(shí)采用直接或間接尋址方式均可）?！窀?28B(80H～FFH)RAM區(qū)，在訪問(wèn)這個(gè)區(qū)只能用寄存器間接尋址。需要注意是該地址范圍與特殊功能寄存器(SFR)區(qū)相重疊，區(qū)別是訪問(wèn)特殊功能寄存器區(qū)采用直接尋址方式。②片內(nèi)RAM和片外RAM的低端地址0000H～007FH區(qū)是相重疊的，因此，就需要采用不同的尋址方式來(lái)解決。訪問(wèn)片內(nèi)RAM時(shí)用指令MOV,而訪問(wèn)片外RAM時(shí)用指令MOVX，另外片外RAM不能進(jìn)行堆棧操作。第18頁(yè)/共89頁(yè)

在80C51單片機(jī)中，盡管片內(nèi)RAM的容量不大，但它的功能多，使用靈活。下面分別對(duì)低128BRAM區(qū)和高128B特殊功能寄存器(SFR)區(qū)進(jìn)行討論。

一、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128單元內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128單元是指地址為00H～7FH單元，如圖2-8所示。低128單元是單片機(jī)的真正RAM存儲(chǔ)器，按其用途劃分為工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和用戶RAM區(qū)三個(gè)區(qū)域。

1、工作寄存器區(qū)

80C51單片機(jī)內(nèi)部RAM的00H～1FH地址單元，共32B，分成4組工作寄存器，每組8個(gè)工作寄存單元。

寄存器0組：地址00H～07H（R0～R7）寄存器1組：地址08H～0FH（R0～R7）寄存器2組：地址10H～17H（R0～R7）寄存器3組：地址18H～1FH（R0～R7）各組都以R0～R7作工作寄存單元編號(hào)。由于它們的功能及使用不作預(yù)先規(guī)定，因此稱之為通用寄存器。4組通用寄存器在任一時(shí)刻，CPU只能使用其中的一組工作寄存器，并且把正在使用的那組寄存器稱之為當(dāng)前寄存器組。到底是哪一組，由程序狀態(tài)字寄存器PSW中RS1、RS0位的狀態(tài)組合來(lái)決定。第19頁(yè)/共89頁(yè)30H～7FH數(shù)據(jù)緩沖區(qū)20H～2FH位尋址區(qū)（00H~7FH）18H～1FH工作寄存器3區(qū)（R0~R7）10H～17H工作寄存器2區(qū)（R0~R7）08H～0FH工作寄存器1區(qū)（R0~R7）00H～07H工作寄存器0區(qū)（R0~R7）圖2-880C51片內(nèi)RAM的配置第20頁(yè)/共89頁(yè)

2、位尋址區(qū)

內(nèi)部RAM的20H～2FH地址單元，既可作為一般RAM單元使用，進(jìn)行字節(jié)操作，也可以對(duì)單元中每一位進(jìn)行位操作，因此把該區(qū)稱之為位尋址區(qū)。位尋址區(qū)共有16個(gè)RAM單元，計(jì)128位，地址為00H～7FH，見(jiàn)表2-2。程序設(shè)計(jì)時(shí)，常將程序狀態(tài)標(biāo)志、位控制變量設(shè)在位尋址區(qū)內(nèi)。這種位尋址能力是80C51的一個(gè)重要特點(diǎn)。

3、用戶RAM區(qū)

地址為30H～7FH，共計(jì)80個(gè)字節(jié)，這就是供用戶使用的一般RAM區(qū)。這個(gè)區(qū)域的操作指令非常豐富，數(shù)據(jù)處理方便靈活。對(duì)用戶RAM區(qū)的使用沒(méi)有任何規(guī)定或限制，但在一般應(yīng)用中常把堆棧設(shè)置在此區(qū)中。

第21頁(yè)/共89頁(yè)表2-2片內(nèi)RAM及位尋址區(qū)的位地址表第22頁(yè)/共89頁(yè)二.內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM高128單元

在80C51內(nèi)部RAM的高128單元是供給專用寄存器使用的，它們分布在其單元地址為80H～FFH的空間。因這些寄存器的功能已作專門規(guī)定，故稱之為專用寄存器（SpecialFunctionRegister），也可稱為特殊功能寄存器（簡(jiǎn)稱為SFR寄存器）。訪問(wèn)SFR寄存器只允許使用直接尋址方式。

1、特殊功能寄存器（SFR）簡(jiǎn)介

80C51共有21個(gè)特殊功能寄存器（SFR），其中的11個(gè)SFR還具有位尋址功能，見(jiàn)表2-3用“*”表示的?，F(xiàn)把其中部分SFR簡(jiǎn)單介紹如下：

1）與運(yùn)算器有關(guān)的特殊功能寄存器有3個(gè)

(1)累加器ACC（Accumulator）。累加器為8位寄存器，是最常用的專用寄存器，用于向ALU提供操作，因此，功能較多，地位重要。它既可用于存放操作數(shù)，也可用來(lái)存放運(yùn)算的中間結(jié)果。第23頁(yè)/共89頁(yè)表2-380C51SFR中位地址分布表第24頁(yè)/共89頁(yè)(2)B寄存器。B寄存器是一個(gè)8位寄存器，主要用于乘、除運(yùn)算。也可以作為RAM的一個(gè)單元使用。

(3)程序狀態(tài)字PSW（ProgramStatusWord）。程序狀態(tài)字是一個(gè)8位寄存器，用于存放程序運(yùn)行中的各種狀態(tài)信息，作為程序查詢或判斷的條件。PSW有些位的狀態(tài)是根據(jù)程序執(zhí)行結(jié)果，由硬件自動(dòng)設(shè)置的，而有些位的狀態(tài)則使用軟件方法設(shè)定。

PSW的各位定義見(jiàn)表2-4。各位的定義及使用作如下說(shuō)明：

CY（PSW.7）——進(jìn)位（借位）標(biāo)志位。其功能有二：一是存放算術(shù)運(yùn)算的進(jìn)位（）時(shí)，CY由硬件置“1”，否則清“0”；二是在進(jìn)行位操作時(shí)，CY作為累加器借位）標(biāo)志，在作加法（減法）運(yùn)算時(shí)，如果操作結(jié)果的最高位有進(jìn)位（借位C使用，可進(jìn)行位傳送、位與位的邏輯運(yùn)算等位操作，會(huì)影響該標(biāo)志位。

AC（PSW.6）——輔助進(jìn)位標(biāo)志位。在進(jìn)行加法（減法）運(yùn)算中，當(dāng)?shù)?位向高4位進(jìn)位（借位）時(shí)，AC由硬件置“1”，否則AC位被清“0”。AC位常用于調(diào)整BCD碼運(yùn)算結(jié)果。PSW位地址PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位標(biāo)志

CYACF0RS1RS0OVF1P第25頁(yè)/共89頁(yè)

F0（PSW.5）——用戶標(biāo)志位。這是一個(gè)留給用戶自己定義的標(biāo)志位，可以根據(jù)自己的需要通過(guò)軟件方法置位或復(fù)位F0位，用以控制程序的轉(zhuǎn)向。

RS1和RS0（PSW.4，PSW.3）——工作寄存器組選擇位。工作寄存器共有4組，對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表2-5。RS1和RS0這兩位的狀態(tài)是由軟件置“1”或清“0”來(lái)設(shè)置的，被選中的工作寄存器組即為當(dāng)前工作寄存器組。注意：當(dāng)單片機(jī)上電或復(fù)位后，RS1RS0=00，選中第0組。

OV（PSW.2）——溢出標(biāo)志位。在帶符號(hào)數(shù)的算術(shù)運(yùn)算時(shí)，如果運(yùn)算結(jié)果超出了8位二進(jìn)制數(shù)所能表示的符號(hào)數(shù)有效范圍（-128～+127），這產(chǎn)生了溢出OV=1，表示運(yùn)算結(jié)果是錯(cuò)誤的；否則，OV=0即無(wú)溢出產(chǎn)生，表示運(yùn)算結(jié)果正確。

PSW.1位——保留未用。

P（PSW.0）——奇偶標(biāo)志位。表明運(yùn)算結(jié)果累加器A中內(nèi)容的奇偶性。如果A中有奇數(shù)個(gè)“1”，則P置“1”，否則置“0”。凡是改變累加器A中內(nèi)容的指令均會(huì)影響P標(biāo)志位。注意：P標(biāo)志位對(duì)串行通信中的數(shù)據(jù)傳輸有重要的意義。在串行通信中常采用奇偶校驗(yàn)的辦法來(lái)校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

RS1RS0寄存器組片內(nèi)RAM地址00第0組00H~07H01第1組08H~0FH10第2組10H~17H11第3組18H~1FH第26頁(yè)/共89頁(yè)2）與指針有關(guān)的特殊功能寄存器有3個(gè)

(1)數(shù)據(jù)指針DPTR。數(shù)據(jù)指針為16位寄存器，用來(lái)存放16位地址。DPTR既可以按16位寄存器使用，也可以按兩個(gè)8位寄存器分開使用，即：

DPH——DPTR高8位字節(jié)

DPL——DPTR低8位字節(jié)

DPTR通常在訪問(wèn)片外RAM或ROM存儲(chǔ)器時(shí)作地址指針使用，用間接尋址或變址尋址可對(duì)片外的64KB范圍的RAM或ROM數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。

(2)堆棧指針SP（StackPointer）。SP是一個(gè)8位寄存器，它總是指向棧頂。80C51單片機(jī)在編程序時(shí)常將堆棧設(shè)在內(nèi)部RAM30H～7FH中。80C51單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位后，SP的內(nèi)容為07H，從而復(fù)位后堆棧實(shí)際上是從08H單元開始的。但08H～1FH單元分別屬于工作寄存器1～3組，如程序要用到這些區(qū)，最好把SP值改為1FH或更大的值。

(3)程序計(jì)數(shù)器PC（ProgramCounter）。PC是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，它的作用是控制程序的執(zhí)行順序。其內(nèi)容為將要執(zhí)行指令的地址，尋址范圍達(dá)64KB。PC有自動(dòng)加1功能，從而實(shí)現(xiàn)程序的順序執(zhí)行。第27頁(yè)/共89頁(yè)3）與接口有關(guān)的特殊功能寄存器有7個(gè)（1）并行I/O口P0、P1、P2、P3（4個(gè)），均為8位；可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在接口輸入/輸出。（2）串行口數(shù)據(jù)緩沖器SBUF（詳見(jiàn)串行口章節(jié)）。（3）串行口控制寄存器SCON（詳見(jiàn)串行口章節(jié)）。（4）串行通訊波特率倍增寄存器PCON（詳見(jiàn)串行口章節(jié)）4）與中斷相關(guān)的寄存器（2個(gè)）（1）中斷允許控制寄存器IE（詳見(jiàn)中斷章節(jié)）。（2）中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP（詳見(jiàn)中斷章節(jié)）。5）與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器相關(guān)的寄存器（6個(gè)）（1）定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0的兩個(gè)8位計(jì)數(shù)初值寄存器TH0、TL0，它們可以構(gòu)成16位的計(jì)數(shù)器，TH0存放高8位，TL0存放低8位（詳見(jiàn)定時(shí)/計(jì)數(shù)器章節(jié)）。（2）定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1的兩個(gè)8位計(jì)數(shù)初值寄存器TH1、TL1，它們可以構(gòu)成16位的計(jì)數(shù)器，TH1存放高8位，TL1存放低8位（詳見(jiàn)定時(shí)/計(jì)數(shù)器章節(jié)）。第28頁(yè)/共89頁(yè)

（3）定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式寄存器TMOD（詳見(jiàn)定時(shí)/計(jì)數(shù)器章節(jié)）。（4）定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制寄存器TCON（詳見(jiàn)定時(shí)/計(jì)數(shù)器章節(jié)）。注意：在80C52子系列中，高128字節(jié)RAM和SFR的地址是重疊的，究竟訪問(wèn)哪一塊可通過(guò)不同的尋址方式加以區(qū)分，訪問(wèn)高128字節(jié)RAM采用寄存器間址，訪問(wèn)SFR則只能采用直接尋址，訪問(wèn)低128字節(jié)RAM時(shí)，兩種尋址均可采用。

第29頁(yè)/共89頁(yè)2.380C51的并行輸入/輸出端口結(jié)構(gòu)與操作

80C51單片機(jī)有4個(gè)8位并行I/O端口，稱為P0、P1、P2和P3口，每個(gè)端口都各有8條I/O口線，每條I/O口線都能獨(dú)立地用作輸入或輸出。每個(gè)口都包含一個(gè)鎖存器、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。實(shí)際上，它們已被歸入專用寄存器之列，并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。

2.3.180C51P0～P3接口功能簡(jiǎn)見(jiàn)大多數(shù)口線都有雙重功能，介紹如下：

1、P0口具有雙重功能：（1）作為通用I/O，外接I/O設(shè)備。（2）作為地址/數(shù)據(jù)總線。在有片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，低8位地址和數(shù)據(jù)由P0口分時(shí)傳送。

2、P1口是唯一的單功能口：作為輸入/輸出口，P1口的每一位都可作為輸入/輸出口。

3、P2口具有雙重功能：（1）作為輸入/輸出口。（2）作為高8位地址總線。在有片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，高8位地址由P2口傳送。

4、P3口具有雙重功能：

（1）作第一功能使用時(shí)，其功能為輸入/輸出口。（2）作第二功能使用時(shí)，每一位功能定義如表2.1所示。

80C51單片機(jī)的4個(gè)I/O口都是8位雙向口，這些口在結(jié)構(gòu)和特性上是基本相同的，但又各具特點(diǎn)，以下將分別介紹之。第30頁(yè)/共89頁(yè)2.3.2P0口

P0口某一位的結(jié)構(gòu)圖如圖2-9所示，由圖可見(jiàn)，電路是由一個(gè)輸出鎖存器（D觸發(fā)器）、兩個(gè)三態(tài)輸入緩沖器（1和2）、一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)電路(T1和T2)、一個(gè)與門及一個(gè)反向器組成。

1、P0口用作通用I/O口當(dāng)系統(tǒng)不擴(kuò)展片外的ROM和不擴(kuò)展片外RAM時(shí)，P0用作通用I/O口。CPU發(fā)控制電平“0”封鎖與門，使上拉場(chǎng)效應(yīng)管T1處于截止?fàn)顟B(tài)。因此，輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)工作在需外接上拉電阻的漏極開路方式。同時(shí)使MUX開關(guān)同下面的觸點(diǎn)接通，使鎖存器的端與T2柵極接通。（1）P0口用作輸出口時(shí)

CPU在執(zhí)行輸出指令時(shí)，內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)在“寫鎖存器”信號(hào)的作用下，由D端進(jìn)入鎖存器，經(jīng)鎖存器的端送至場(chǎng)效應(yīng)管T2，再經(jīng)T2反向，在P0.X引腳出現(xiàn)的數(shù)據(jù)正好是內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)。由于輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)是漏極開路電路(因T1截止)，在作I/O口使用時(shí)應(yīng)外接10K的上拉電阻。第31頁(yè)/共89頁(yè)圖2-9P0口某位的結(jié)構(gòu)第32頁(yè)/共89頁(yè)(2)P0口用作輸入口時(shí)數(shù)據(jù)可以讀自端口的鎖存器，也可以讀自端口的引腳，這要看輸入操作執(zhí)行的是“讀鎖存器”指令還是“讀引腳”指令。①讀引腳：CPU在執(zhí)行“MOV”類輸入指令時(shí)(如：MOVA,P0)，內(nèi)部產(chǎn)生的操作信號(hào)是“讀引腳”。P0.X引腳上的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)三態(tài)輸入緩沖器2讀入到內(nèi)部總線。注意：在讀引腳時(shí)，必須先向電路中的鎖存器寫入1，使場(chǎng)效應(yīng)管T2截止，P0.X引腳處于懸浮狀態(tài)，可作為高阻抗輸入。否則，在作為輸入方式之前若向鎖存器輸出過(guò)“0”，則T2導(dǎo)通會(huì)使引腳箝位在“0”電平，使輸入高電平“1”無(wú)法讀入。所以，P0口在作為通用I/O口時(shí)，屬于準(zhǔn)雙向口。②讀鎖存器：CPU在執(zhí)行“讀—修改—寫”類輸入指令時(shí)(如：ANLP0,A)，內(nèi)部產(chǎn)生的操作信號(hào)是“讀鎖存器”，鎖存器中的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)三態(tài)輸入緩沖器1送到內(nèi)部總線，然后與A的內(nèi)容進(jìn)行邏輯“與”，結(jié)果送回P0的端口鎖存器并出現(xiàn)在引腳。除了MOV類指令外，其他的讀口操作指令都屬于這種情況。第33頁(yè)/共89頁(yè)(3)P0口用作地址/數(shù)據(jù)總線

當(dāng)系統(tǒng)需要擴(kuò)展片外的ROM或擴(kuò)展片外RAM時(shí)，P0口就作地址/數(shù)據(jù)總線用。

CPU及內(nèi)部控制信號(hào)為“1”，使轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX打向上面的觸點(diǎn)，使反相器的輸出端和T2管柵極接通。若地址/數(shù)據(jù)線為1，則T1導(dǎo)通，T2截止，P0口輸出為1；反之T1截止，T2導(dǎo)通，P0口輸出為0。當(dāng)數(shù)據(jù)從P0口輸入時(shí)，讀引腳使三態(tài)緩沖器2打開，端口上的數(shù)據(jù)經(jīng)緩沖器2送到內(nèi)部總線。

P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時(shí)是一個(gè)真正的雙向口。(4)P0口小結(jié)

①P0口既可作地址/數(shù)據(jù)總線使用，也可作通用I/O口使用。當(dāng)P0口作地址/數(shù)據(jù)總線使用時(shí)，就不能再作通用I/O口使用了。②P0口作輸出口使用時(shí)，輸出級(jí)屬漏極開路，必須外接上拉10K電阻，才有高電平輸出。③P0口作輸入口讀引腳時(shí)，應(yīng)先向鎖存器寫1，使V2截止，不影響輸入電平。第34頁(yè)/共89頁(yè)P(yáng)1口某一位的結(jié)構(gòu)圖如圖2-10所示，由圖可見(jiàn)，電路是由一個(gè)輸出鎖存器（D觸發(fā)器）、兩個(gè)三態(tài)輸入緩沖器（1和2）、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)電路(T和上拉電阻)組成。

P1口作為通用I/O口使用。由于在其輸出端接有上拉電阻，故可以直接輸出而無(wú)需外接上拉電阻。

當(dāng)P1口作輸入口時(shí)，必須先向鎖存器寫“1”，使場(chǎng)效應(yīng)管T截止。圖2-10P1口某位的結(jié)構(gòu)2.3.3P1口第35頁(yè)/共89頁(yè)2.3.4P2口

P2口某一位的結(jié)構(gòu)圖如圖2-11所示，由圖可見(jiàn)，電路是由一個(gè)輸出鎖存器（D觸發(fā)器）、兩個(gè)三態(tài)輸入緩沖器（1和2）、一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX、一個(gè)反向器、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)電路(T和上拉電阻)組成。

1、P2用作通用I/O口當(dāng)系統(tǒng)不在片外擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器ROM時(shí)，只擴(kuò)展256B的片外RAM時(shí)，僅用到了地址線的低8位，P2口仍可以作為通用I/O口使用。圖2.11中的控制信號(hào)C決定轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX的位置：當(dāng)C=0時(shí)，MUX撥向下方，P0口為通用I/O口。

P2口在作為通用I/O口時(shí)，屬于準(zhǔn)雙向口。

2、P2用作地址總線

當(dāng)系統(tǒng)需要在片外擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器ROM或擴(kuò)展RAM的容量超過(guò)256字節(jié)時(shí)，單片機(jī)內(nèi)硬件自動(dòng)使控制C=1，MUX開關(guān)接向地址線，這時(shí)P2.X引腳的狀態(tài)正好與地址線的信息相同。在實(shí)際應(yīng)用中，P2口通常作為高8位地址總線使用。第36頁(yè)/共89頁(yè)圖2-11P2口某位的結(jié)構(gòu)第37頁(yè)/共89頁(yè)2.3.5P3口

P3口某一位的結(jié)構(gòu)圖如圖2-12所示，由圖可見(jiàn)，電路是由一個(gè)輸出鎖存器（D觸發(fā)器）、3個(gè)三態(tài)輸入緩沖器（1、2和3）、一個(gè)與非門和一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)電路(T和上拉電阻)組成。

1、P3用作第一功能（通用I/O口）

P3口用作通用I/O口時(shí)，第二輸出功能信號(hào)W=1，P3口的每一位都可定義為輸入或輸出，其工作原理同P1口類似。

P3口作為通用I/O口時(shí)，屬于準(zhǔn)雙向口。

2、P3用作第二功能使用

當(dāng)CPU不對(duì)P3口進(jìn)行字節(jié)或位尋址時(shí)，內(nèi)部硬件自動(dòng)將口鎖存器的Q端置1。這時(shí)，P3口作為第二功能使用。在真正的應(yīng)用電路中，P3口的第二功能顯得更為重要。第38頁(yè)/共89頁(yè)圖2-12P3口某位的結(jié)構(gòu)第39頁(yè)/共89頁(yè)2.3.6P0～P3口使用時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng)

1、如果80C51單片機(jī)內(nèi)部程序存貯器ROM夠用，不需要擴(kuò)展外部存貯器和I/O接口，80C51的四個(gè)口均可作I/O口使用。

2、四個(gè)口在作輸入口使用時(shí)，均應(yīng)先對(duì)其寫“1”，以避免誤讀。

3、P0口作I/O口使用時(shí)應(yīng)外接10K的上拉電阻，其它口則可不必。

4、P2可某幾根線作地址使用時(shí)，剩下的線不能作I/O口線使用。5、P3口的某些口線作第二功能時(shí)，剩下的口線可以單獨(dú)作I/O口線使用。

第40頁(yè)/共89頁(yè)2.3.7I/O端口帶負(fù)載能力1、P0、P1、P2、P3口的電平與CMOS和TTL電平兼容。2、P0口的每一位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。在作為通用I/O口使用時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)電路是開漏的，所以，驅(qū)動(dòng)集電極開路(OC門)電路或漏級(jí)開路電路需外接上拉電阻。當(dāng)作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時(shí)(T1可以提供上拉電平)，口線不是開漏的，無(wú)需外接上拉電阻。3、P1～P3口的每一位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。它們的輸出驅(qū)動(dòng)電路有上拉電阻，所以可以方便地由集電極開路(OC門)電路或漏級(jí)開路電路所驅(qū)動(dòng)，而無(wú)需外接上拉電阻。4、對(duì)于80C51單片機(jī)(CHMOS)，端口只能提供幾毫安的輸出電流，故當(dāng)作輸出口去驅(qū)動(dòng)一個(gè)普通晶體管的基極時(shí)，應(yīng)在端口與晶體管基極間串聯(lián)一個(gè)電阻，以限制高電平輸出時(shí)的電流。第41頁(yè)/共89頁(yè)80C51單片機(jī)帶負(fù)載能力1、最大灌電流每個(gè)P口平均10mA。P0口26mA；P1、P2、P3口15mA。2、拉電流80μA。第42頁(yè)/共89頁(yè)2.3.8P口應(yīng)用實(shí)例【例1】點(diǎn)亮LED0燈。用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)方法1：#include<reg51.h>//包含51單片機(jī)寄存器定義的頭文件voidmain(void){P1=0xfe;//P1=11111110B，即P1.0輸出低電平

}方法2：用位操作#include<reg51.h>//包含51單片機(jī)寄存器定義的頭文件SbitD1=P1^0;//位操作voidmain(void){D1=0;//P1.0=0，即P1.0輸出低電平

}第43頁(yè)/共89頁(yè)第44頁(yè)/共89頁(yè)【例2】點(diǎn)亮LED0燈。

用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)方法1：ORG0000HMOVP1，#0FEH;即P1.0輸出低電平END方法2：用位操作ORG0000HSETBP1.0;即P1.0輸出低電平END第45頁(yè)/共89頁(yè)【例3】點(diǎn)亮LED0～LED7燈。用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)#include<reg51.h>//包含51單片機(jī)寄存器定義的頭文件voidmain(void)//兩個(gè)void意思分別為無(wú)需返回值，沒(méi)有參數(shù)傳遞

{P1=0x00;//P1=00000000B，即P1口輸出低電平

}用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)ORG0000HMOVP1，#00H;即P1口輸出低電平END第46頁(yè)/共89頁(yè)//實(shí)例4：用單片機(jī)控制一個(gè)燈LED0閃爍：認(rèn)識(shí)單片機(jī)的工作頻率#include<reg51.h>//包含單片機(jī)寄存器的頭文件/****************************************函數(shù)功能：延時(shí)一段時(shí)間*****************************************/voiddelay(void)//兩個(gè)void意思分別為無(wú)需返回值，沒(méi)有參數(shù)傳遞{unsignedinti;//定義無(wú)符號(hào)整數(shù)，最大取值范圍65535for(i=0;i<20000;i++)//做20000次空循環(huán)

;//什么也不做，等待一個(gè)機(jī)器周期}/*******************************************************函數(shù)功能：主函數(shù)（C語(yǔ)言規(guī)定必須有也只能有1個(gè)主函數(shù)）********************************************************/voidmain(void){while(1)//無(wú)限循環(huán)

{ P1=0xfe;//P1=11111110B，P1.0輸出低電平

delay();//延時(shí)一段時(shí)間

P1=0xff;//P1=11111111B，P1.0輸出高電平

delay();//延時(shí)一段時(shí)間

}}第47頁(yè)/共89頁(yè)//實(shí)例5：將P1口狀態(tài)分別送入P0、P2、P3口：認(rèn)識(shí)I/O口的引腳功能

#include<reg51.h>//包含單片機(jī)寄存器的頭文件/*******************************************************函數(shù)功能：主函數(shù)（C語(yǔ)言規(guī)定必須有也只能有1個(gè)主函數(shù)）********************************************************/voidmain(void){while(1) //無(wú)限循環(huán)

{ P1=0xf7; //P1=11110111B,燈亮LED3其余熄滅

P0=P1; //將P1口狀態(tài)送入P0口

P2=P1; //將P1口狀態(tài)送入P2口

P3=P1; //將P1口狀態(tài)送入P3口

}}第48頁(yè)/共89頁(yè)//實(shí)例6：使用P3口流水點(diǎn)亮8位LED#include<reg51.h>//包含單片機(jī)寄存器的頭文件/****************************************函數(shù)功能：延時(shí)一段時(shí)間*****************************************/voiddelay(void){ unsignedchari,j;定義無(wú)符號(hào)字符型變量，單字節(jié)數(shù)據(jù)，值域0~255 for(i=0;i<250;i++) for(j=0;j<250;j++) ;}/*******************************************************第49頁(yè)/共89頁(yè)函數(shù)功能：主函數(shù)********************************************************/voidmain(void){while(1) { P3=0xfe;//第一個(gè)燈亮

delay();//調(diào)用延時(shí)函數(shù)

P3=0xfd;//第二個(gè)燈亮

delay();//調(diào)用延時(shí)函數(shù)

P3=0xfb;//第三個(gè)燈亮

delay();//調(diào)用延時(shí)函數(shù)

P3=0xf7;//第四個(gè)燈亮

delay();//調(diào)用延時(shí)函數(shù)

P3=0xef;//第五個(gè)燈亮

delay();//調(diào)用延時(shí)函數(shù)

P3=0xdf;//第六個(gè)燈亮

delay();//調(diào)用延時(shí)函數(shù)

P3=0xbf;//第七個(gè)燈亮

delay();//調(diào)用延時(shí)函數(shù)

P3=0x7f;//第八個(gè)燈亮

delay();//調(diào)用延時(shí)函數(shù)

}}第50頁(yè)/共89頁(yè)/實(shí)例7：通過(guò)對(duì)P3口地址的操作流水點(diǎn)亮8位LED#include<reg51.h>//包含單片機(jī)寄存器的頭文件sfrx=0xb0;//P3口在存儲(chǔ)器中的地址是b0H，通過(guò)sfr可定義8051內(nèi)核單片機(jī)

//的所有內(nèi)部8位特殊功能寄存器,對(duì)地址x的操作也就是對(duì)P1口的操作/****************************************函數(shù)功能：延時(shí)一段時(shí)間*****************************************/voiddelay(void){ unsignedchari,j; for(i=0;i<250;i++) for(j=0;j<250;j++) ;//利用循環(huán)等待若干機(jī)器周期，從而延時(shí)一段時(shí)間

}第51頁(yè)/共89頁(yè)/*****************************************函數(shù)功能：主函數(shù)******************************************/voidmain(void){while(1) {x=0xfe;//第一個(gè)燈亮

delay();//調(diào)用延時(shí)函數(shù)

x=0xfd;//第二個(gè)燈亮

delay();//調(diào)用延時(shí)函數(shù)

x=0xfb;//第三個(gè)燈亮

delay();//調(diào)用延時(shí)函數(shù)

x=0xf7;//第四個(gè)燈亮

delay();//調(diào)用延時(shí)函數(shù)

x=0xef;//第五個(gè)燈亮

delay();//調(diào)用延時(shí)函數(shù)

x=0xdf;//第六個(gè)燈亮

delay();//調(diào)用延時(shí)函數(shù)

x=0xbf;//第七個(gè)燈亮

delay();//調(diào)用延時(shí)函數(shù)

x=0x7f;//第八個(gè)燈亮

delay();//調(diào)用延時(shí)函數(shù)

}}第52頁(yè)/共89頁(yè)【例】設(shè)計(jì)一電路，監(jiān)視某開關(guān)K，用發(fā)光二極管LED顯示開關(guān)狀態(tài)，如果開關(guān)合上，LED亮、開關(guān)打開，LED熄滅。

分析：根據(jù)題意設(shè)計(jì)電路如圖2-13如示。開關(guān)接在P1.1口線，LED接P1.0口線，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，P1.1為+5V，對(duì)應(yīng)數(shù)字量為“1”，開關(guān)合上時(shí)P1.1電平為0V，對(duì)應(yīng)數(shù)字量為“0”，這樣就可以用JB指令對(duì)開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。

LED正偏時(shí)才能發(fā)亮，按電路接法，當(dāng)P1.0輸出“1”，LED正偏而發(fā)亮，當(dāng)P1.0輸出“0”，LED的兩端電壓為0而熄滅。

第53頁(yè)/共89頁(yè)LED+5VVcc--EARST10uF1KP1.089S51P1.11K30P30PXTAL1XTAL2GND89C51+5VVcc--EARST10uF

1KP1.089S51+5VP1.11K30P30PXTAL1XTAL2GND89C51K圖2-13仿真鏈接第54頁(yè)/共89頁(yè)編程如下：

ORG0000H

LJMPMAIN

ORG1000H

MAIN：CLRP1.0；使發(fā)光二極管滅

LOOP:SETBP1.1；先對(duì)P1口寫入“1”

JBP1.1，L1；開關(guān)開，轉(zhuǎn)LIG

SETBP1.0；開關(guān)合上，二極管亮

SJMPAGA

L1:CLRP1.0；開關(guān)開，二極管滅

SJMPLOOP

END

注意：在上述電路圖中二極管亮度不夠，按下面兩種電路接法，增加了驅(qū)動(dòng)能力，二極管更亮些。第55頁(yè)/共89頁(yè)+5VP1.0LEDDP1.0+5VLED11、接成灌電流形式：2、加驅(qū)動(dòng)電路：第56頁(yè)/共89頁(yè)2.480C51時(shí)鐘電路與時(shí)序

2.4.1時(shí)鐘電路

80C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)內(nèi)各種微操作時(shí)間基準(zhǔn)。80C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種電路形式：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。

1、內(nèi)部振蕩方式在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器（簡(jiǎn)稱晶振）如圖2-14所示。

電容器C1、C2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。電容值一般為5～30PF（常用30PF）。晶振的振蕩頻率范圍在1.2MHZ～12MHZ(一般取12MHZ或6MHZ)。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益運(yùn)算放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。XTAL1XTAL2GND80C51C1C2圖2.14內(nèi)部振蕩方式第57頁(yè)/共89頁(yè)2、外部振蕩方式

是把已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)。這種方式適宜用于使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)保持一致。外部振蕩方式如圖2-15所示。對(duì)HMOS的單片機(jī)（8051）外部時(shí)鐘信號(hào)由XTAL2引入，對(duì)于CHMOS的單片機(jī)（80C51），外部時(shí)鐘由XTAL1引入。外部時(shí)鐘信號(hào)為高電平持續(xù)時(shí)間要大于20ns，且頻率低于12MHz的方波。外部時(shí)鐘XTAL1XTAL2GND80C51懸空外部時(shí)鐘XTAL1XTAL2GND懸空CHMOSHMOS8051圖2.15外部振蕩方式第58頁(yè)/共89頁(yè)2.4.2時(shí)序

80C51的時(shí)序就是80C51在執(zhí)行指令時(shí)所需控制信號(hào)的時(shí)間順序。80C51單片機(jī)的時(shí)序定時(shí)單位從小到大依次為：時(shí)鐘周期、狀態(tài)周期、機(jī)器周期和指令周期。

1、時(shí)鐘周期把晶振周期定義為節(jié)拍（用P表示）。晶振脈沖經(jīng)過(guò)二分頻后，就是單片機(jī)的時(shí)鐘周期（即一個(gè)時(shí)鐘周期是晶振周期的2倍），時(shí)鐘周期也稱為狀態(tài)（用S表示）。這樣，一個(gè)狀態(tài)就包含兩個(gè)節(jié)拍，具前半周期對(duì)應(yīng)的拍節(jié)叫節(jié)拍1（P1），后半周期對(duì)應(yīng)的節(jié)拍叫節(jié)拍2(P2）。

2、狀態(tài)周期狀態(tài)周期(或狀態(tài)S)是晶振周期的兩倍，它分為P1節(jié)拍和P2節(jié)拍。第59頁(yè)/共89頁(yè)3、機(jī)器周期

80C51采用定時(shí)控制方式,因此它有固定的機(jī)器周期。規(guī)定一個(gè)機(jī)器周期的寬度為6個(gè)狀態(tài)，并依次表示為S1～S6。由于一個(gè)狀態(tài)又包括兩個(gè)節(jié)拍，因此，一個(gè)機(jī)器周期總共有12個(gè)節(jié)拍，分別記作S1P1、S1P2、…、S6P2。由于一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)晶振周期,因此機(jī)器周期就是晶振脈沖的十二分頻。當(dāng)晶振脈沖頻率為12MHz時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為1μs；當(dāng)晶振脈沖頻率為6MHz時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為2μs。4、指令周期

指令周期是最大的時(shí)序定時(shí)單位,執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間稱為指令周期。它一般由若干個(gè)機(jī)器周期組成。不同的指令，所需要的機(jī)器周期數(shù)也不相同。通常，包含一個(gè)機(jī)器周期的指令稱為單周期指令，包含兩個(gè)機(jī)器周期的指令稱為雙周期指令。指令的運(yùn)算速度與指令所包含的機(jī)器周期有關(guān)，機(jī)器周期數(shù)越少的指令執(zhí)行速度越快。80C51單片機(jī)通常可以分為單周期指令、雙周期指令和四周期指令等三種。四周期指令只有乘法和除法指令兩條，其余均為單周期和雙周期指令。第60頁(yè)/共89頁(yè)

單片機(jī)執(zhí)行任何一條指令時(shí)都可以分為取指令階段和執(zhí)行指令階段。80C51的取指/執(zhí)行時(shí)序如圖2-16所示。由圖2.16可見(jiàn)，ALE引腳上出現(xiàn)的信號(hào)是周期性的，在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)出現(xiàn)兩次高電平。第一次出現(xiàn)在S1P2和S2P1期間，第二次出現(xiàn)在S4P2和S5P1期間。ALE信號(hào)每出現(xiàn)一次，CPU就進(jìn)行一次取指操作，但由于不同指令的字節(jié)數(shù)和機(jī)器周期數(shù)不同，因此取指令操作也隨指令不同而有小的差異。按照指令字節(jié)數(shù)和機(jī)器周期數(shù)，80C51的111條指令可分為6類，分別是：?jiǎn)巫止?jié)單周期指令、單字節(jié)雙周期指令、單字節(jié)四周期指令、雙字節(jié)單周期指令、雙字節(jié)雙周期指令、三字節(jié)雙周期指令，可以參見(jiàn)附錄A。圖2-16（a），（b）所示分別給出了單字節(jié)單周期和雙字節(jié)單周期指令的時(shí)序。單周期指令的執(zhí)行始于S1P2，這時(shí)操作碼被鎖存到指令寄存器內(nèi)。若是雙字節(jié)，則在同一機(jī)器周期的S4讀第二字節(jié)。若是單字節(jié)指令，則在S4仍有讀操作，但被讀入的字節(jié)無(wú)效，且程序計(jì)數(shù)器PC并不增量。圖2-16（c）給出了單字節(jié)雙周期指令的時(shí)序，兩個(gè)機(jī)器周期內(nèi)進(jìn)行4次讀操作碼操作。因?yàn)槭菃巫止?jié)指令，所以，后三次讀操作都是無(wú)效的。第61頁(yè)/共89頁(yè)圖2-1680C51的典型時(shí)序第62頁(yè)/共89頁(yè)5、80C51單片機(jī)的時(shí)序小結(jié)晶振周期：晶振的振蕩周期，又稱時(shí)鐘周期，為最小的時(shí)序單位。狀態(tài)周期：振蕩頻率經(jīng)單片機(jī)內(nèi)的二分頻器分頻后提供給片內(nèi)CPU的時(shí)鐘周期。因此，一個(gè)狀態(tài)周期包含2個(gè)晶振周期。機(jī)器周期（MC）：1個(gè)機(jī)器周期由6個(gè)狀態(tài)周期及12個(gè)晶振周期組成。是計(jì)算機(jī)執(zhí)行一種基本操作的時(shí)間單位。指令周期：執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間。一個(gè)指令周期由1～4個(gè)機(jī)器周期組成，依據(jù)指令不同而不同。

4種時(shí)序單位中，晶振周期和機(jī)器周期是單片機(jī)內(nèi)計(jì)算其他時(shí)間值（例如，波特率、定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間等）的基本時(shí)序單位。例：?jiǎn)纹瑱C(jī)外接晶振頻率12MHZ時(shí)的各種時(shí)序換算：晶振周期=1/fosc=1/12MHZ=0.0833us

狀態(tài)周期=2/fosc=2/12MHZ=0.167us

機(jī)器周期=12/fosc=12/12MHZ=1us

指令周期=(1～4)機(jī)器周期=1～4us。第63頁(yè)/共89頁(yè)2.580C51復(fù)位電路

2.5.180C51復(fù)位電路

80C51單片機(jī)復(fù)位的目的是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后PC=0000H，使單片機(jī)從第一個(gè)單元取指令。

80C51單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使RST端（9腳）加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)晶振周期）的高電平。例如，若時(shí)鐘頻率為12MHz，每機(jī)器周期為1?μs，則只需2μs以上時(shí)間的高電平，在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。單片機(jī)常見(jiàn)的復(fù)位電路如圖2-17（a）、（b）所示。圖2-17（a）為上電復(fù)位電路，它是利用電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在接電瞬間，RST端的電位與VCC相同，隨著充電電流的減少，RST的電位逐漸下降。只要保證RST為高電平的時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期，便能正常復(fù)位。第64頁(yè)/共89頁(yè)

圖2-17（b）為按鍵復(fù)位電路。該電路除具有上電復(fù)位功能外，若要復(fù)位，只需按圖2-17（b）中的RESET鍵，此時(shí)電源VCC經(jīng)電阻R1、R2分壓，在RESET端產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位高電平。

電路中通常選擇：C=10f,R=10K。圖2-17復(fù)位電路（a）上電自動(dòng)復(fù)位(b)按鍵手動(dòng)復(fù)位第65頁(yè)/共89頁(yè)2.5.280C51單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)

80C51單片機(jī)的復(fù)位功能是把PC初始化為0000H，使CPU從0000H單元開始執(zhí)行程序；復(fù)位操作同時(shí)使SFR寄存器進(jìn)入初始化，但內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)是不變的。幾個(gè)主要特殊功能寄存器復(fù)位狀態(tài)歸納如表2-6。對(duì)個(gè)別特殊功能寄存器作如下說(shuō)明：

PC=0000H:

程序計(jì)數(shù)器為零表明單片機(jī)復(fù)位后程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。

A=00H:

表明累加器已被清零。

PSW=00H:

表明選寄存器0組為工作寄存器組。

SP=07H:

表明堆棧指針指向片內(nèi)RAM07H單元，根據(jù)堆棧操作的先加后壓法則，第一個(gè)被壓入的數(shù)據(jù)被寫入08H單元中,一般需重新設(shè)置SP值。

P0～P3=FFH:P0～P3口用作輸入口時(shí)，必須先寫入“1”。單片機(jī)在復(fù)位后，已使P0～P3口每一端線為“1”，為這些端線用作輸入口做好了準(zhǔn)備。

第66頁(yè)/共89頁(yè)

其中，×表示無(wú)關(guān)位。

記住一些特殊功能寄存器復(fù)位后的主要狀態(tài)，對(duì)于熟悉單片機(jī)操作，減短應(yīng)用程序中的初始化部分是十分必要的。表2-6主要特殊功能寄存器復(fù)位狀態(tài)第67頁(yè)/共89頁(yè)2.6常用8位單片機(jī)系列介紹

2.6.1AT系列單片機(jī)

Atmel公司是美國(guó)著名的高性能，低功耗，非易失性存儲(chǔ)器和數(shù)字集成電路的一流半導(dǎo)體制造公司。AT系列單片機(jī)主要有AT89、AT90、AT91和智能IC卡等四種產(chǎn)品系列。產(chǎn)品主要特點(diǎn)是：E2PROM存儲(chǔ)技術(shù)和Flash閃速存儲(chǔ)器技術(shù)世界領(lǐng)先。

一、AT89系列單片機(jī)

AT89系列8位單片機(jī)可分為標(biāo)準(zhǔn)型、低檔型和高檔型三類。低檔型單片機(jī)有AT89C51和AT89C2051兩種型號(hào)；標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī)有AT89C51、AT89LV51、AT89C52、AT89LV52、AT89C55、AT89LV55六種型號(hào)；高檔型單片機(jī)有AT89S53、AT89S8252和AT89S4D12等型號(hào)。其中，數(shù)字9表示內(nèi)含F(xiàn)lash存儲(chǔ)器，C表示CMOS工藝，LV表示低電壓，S表示含有串行下載Flash存儲(chǔ)器，51、52和8252等表示型號(hào)。

AT89系列的主要單片機(jī)性能指標(biāo)見(jiàn)表2-7所示。第68頁(yè)/共89頁(yè)表2-7AT89系列的主要單片機(jī)性能指標(biāo)第69頁(yè)/共89頁(yè)

二、AT90系列單片機(jī)

AT90系列單片機(jī)是Atmel公司1997年推出的RISC（精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)）8位單片機(jī)，也稱為AVR系列單片機(jī)。

AVR片機(jī)的I/O接口具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，灌電流可直接驅(qū)動(dòng)繼電器、LED等器件，從而省去驅(qū)動(dòng)電路，節(jié)約系統(tǒng)成本。

AVR單片機(jī)除具有低功耗、高密度的特點(diǎn)外，還支持低電壓的聯(lián)機(jī)Flash，EEPROM寫入功能。

AVR單片機(jī)還支持Basic、C等高級(jí)語(yǔ)言編程。

AVR單片機(jī)系列齊全,可適用于各種不同場(chǎng)合的要求。

AT90S系列:主要有AT90S1200/2313/4414/8515/8535等。

見(jiàn)表2-8所示。

第70頁(yè)/共89頁(yè)表2－8AT90系列單片機(jī)特性表第71頁(yè)/共89頁(yè)2.6.2Motorola公司的8位單片機(jī)

一、Motorola公司的8位單片機(jī)

Motorola公司于1979年推出真正的單片機(jī)M6801,采用NMOS工藝，內(nèi)含2.5萬(wàn)只晶體管。

Motorola的M6805系列，M68HC05系列和M68HC11系列單片機(jī)是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的8位主流機(jī)型之一，約占8位市場(chǎng)的30%份額。

M68HC05系列單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和M6805相似，但功能更為強(qiáng)大。M68HC05比M6805增加了乘法和低功耗控制制指令，指令執(zhí)行速度比M6805要快3～4倍。

M68HC11系列單片機(jī)是Motorola公司的8位高性能單片機(jī)，1984年推出，采用HCMOS工藝制造，具有靈活的CPU、大量面向控制的外圍接口以及更加復(fù)雜的I/O功能，工作溫度范圍廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，內(nèi)部資源豐富。第72頁(yè)/共89頁(yè)其主要特點(diǎn)為：（1）CPU有兩個(gè)8位或一個(gè)16位累加器和兩個(gè)16位變址寄存器，新增了可用于16位變址運(yùn)算、16位乘除運(yùn)算、位操作和功耗操作等指令，共有指令91條，總線速度高達(dá)4MHZ。（2）片內(nèi)ROM存儲(chǔ)器為0～32KB，片內(nèi)RAM存儲(chǔ)器為192～1250B，EPROM容量為4～32KB，E2PROM為0～2KB。（3）片內(nèi)I/O功能豐富而且靈活。（4）片內(nèi)定時(shí)器具有輸入捕捉和輸出比較功能，Watchdog功能。（5）4路DMA可以加速存儲(chǔ)器和外部設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送，一個(gè)MMU可以使原來(lái)尋址64KB的物理空間擴(kuò)展到1MB。第73頁(yè)/共89頁(yè)二、Motorola公司單片機(jī)命名的方法第74頁(yè)/共89頁(yè)2.6.3Microchip（微芯）PIC系列單片機(jī)

PIC是由美國(guó)Microchip（微芯）公司推出的8位高性能單片機(jī)，該系列單片機(jī)是業(yè)內(nèi)首先采用RISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)系列，其總線結(jié)構(gòu)采用指令線和數(shù)據(jù)線分離的哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)，使之具有很高的流水處理速度。

PIC8位系列單片機(jī)的主要特點(diǎn)：精簡(jiǎn)了指令集，使得指令少，執(zhí)行速度快，內(nèi)部采用雙總線的哈佛結(jié)構(gòu)，便于實(shí)現(xiàn)雙流水線或多流水線以提高處理速度。同時(shí)PIC系列單片機(jī)的功耗低，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，有的型號(hào)單片機(jī)還具有I2C和SPI串行總線端口，有利于用單片機(jī)串行總線來(lái)擴(kuò)充外圍器件。PIC系列單片機(jī)的產(chǎn)品分高、中、基本三個(gè)檔次。PIC系列單片機(jī)的特性見(jiàn)表2-9所示。第75頁(yè)/共89頁(yè)表2-9PIC系列單片機(jī)的特性第76頁(yè)/共89頁(yè)2.6.4臺(tái)灣Winbond（華邦）公司W(wǎng)78E51系列單片機(jī)

W78E系列單片機(jī)是臺(tái)灣Winbond（華邦）公司推出的CMOS型單片機(jī)系列，它具有較好的性價(jià)比、功能強(qiáng)、型號(hào)多等可滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)合的需求。華邦的系列單片機(jī)分為標(biāo)準(zhǔn)系列型、寬工作電壓系列型、渦輪-51系列型和工作級(jí)別系列型四個(gè)檔次。

1、標(biāo)準(zhǔn)型系列單片機(jī)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器采用閃存EPROM，容量從4KB～64KB不等；片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量從128B～1KB；I/O口線有32位、36位及40位；2～3個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器，中斷源5～8個(gè)；具有CMOS通用功能、可多次編程、可在線編程、4流水線功能、具有特殊的I/O端口、外部中斷增加了個(gè),；外部存儲(chǔ)器可從64KB～1MB。

2、寬工作電壓系列型，其工作電壓可從1.8V～5.5V范圍內(nèi)工作。渦輪-51系列型工作電壓從2.7V～5.5V范圍，4時(shí)鐘/機(jī)器周期，提供了兩個(gè)UART接口和兩個(gè)DPTR寄存器，提供了等待狀態(tài)信號(hào)WDT等特殊功能。

3、工作級(jí)別系列型有3個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器和看門狗等多種功能。

4、標(biāo)準(zhǔn)型系列單片機(jī)的性能參數(shù)見(jiàn)表2-10

第77頁(yè)/共89頁(yè)表2-10華邦W78標(biāo)準(zhǔn)型系列單片機(jī)性能指標(biāo)第78頁(yè)/共89頁(yè)2.716位單片機(jī)介紹

16位單片機(jī)內(nèi)部的CPU是16位的，它對(duì)數(shù)據(jù)處理的能力通常比8位單片機(jī)強(qiáng)。下面介紹Intel和Motorola兩家公司的16位單片機(jī)。

2.7.1Intel公司的16位單片機(jī)

Intel公司于1984年推出16位高性能MCS－96系列單片機(jī)，該系列包括8096BH、8096和8098三個(gè)子系列。主要性能有：①一個(gè)16位CPU可以直接面向256字節(jié)寄存器空間；②16位乘16位和32位除以16位的乘除操作速度為6.25微秒；③8路10位A/D轉(zhuǎn)換器；④9個(gè)中斷源和5個(gè)8位I/O口；⑤一個(gè)8KB和ROM存儲(chǔ)器；⑥一個(gè)