單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)及原理(2章)

單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)主講：梁德勝聯(lián)系方式：dsliang@辦公地點(diǎn)：教五樓408室

2023/2/212.1MCS-51系列概述

MCS-51是Intel公司生產(chǎn)的一個單片機(jī)系列名稱，按資源的配置數(shù)量，MCS-51系列又分為51和52兩個子系列，并以芯片型號的最末位數(shù)字作為標(biāo)志。其中，51子系列是基本型，而52子系列則屬增強(qiáng)型。

﹡8051/8751/8031；

﹡8052/8752/8032；

﹡80C51/87C51/80C31

﹡80C52/87C52/80C32等

。

第2章MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)51和C51的區(qū)別是制造工藝的不同51中各個類型的區(qū)別主要在于ROM的種類和有無分2023/2/22MCS-51系列單片機(jī)分類表子系列片內(nèi)ROM形式片內(nèi)ROM容量片內(nèi)RAM容量尋址范圍I/O特性中斷源無ROMEPROM計(jì)數(shù)器并行口串行口51子系列8031805187514KB128B2×64KB2×164×81580C3180C5187C514KB128B2×64KB2×164×81552子系統(tǒng)8032805287528KB256B2×64KB3×164×81680C3280C5287C528KB256B2×64KB3×164×8162023/2/2352子系列功能增強(qiáng)的具體方面表現(xiàn)在：

(1)片內(nèi)ROM從4KB增加到8KB。

(2)片內(nèi)RAM從128B增加到256B。

(3)定時/計(jì)數(shù)器從2個增加到3個。

(4)中斷源從5個增加到6個。2023/2/24﹡無ROM(即ROMLess)型，應(yīng)用時要在片外擴(kuò)展程序存儲器；﹡掩膜ROM（即MaskROM）型，用戶程序由芯片生產(chǎn)廠寫入；﹡EPROM型，用戶程序通過寫入裝置寫入，通過紫外線照射擦除；﹡

FlashROM型，用戶程序可以電寫入或擦除（當(dāng)前常用方式）。片內(nèi)ROM存儲器配置形式2023/2/252.1.1引腳信號

圖為MCS－51系列單片機(jī)引腳圖及邏輯符號，它們?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的40腳DIP(

Dualln-linePackage，雙列直插式封裝)封裝。

2023/2/262023/2/272023/2/28

電源引腳Vcc和VssVcc：電源端，接＋5V。Vss：接地端。時鐘電路引腳XTAL1和XTAL2XTAL1：接外部晶振和微調(diào)電容的一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入，若使用外部TTL時鐘時，該引腳必須接地。

XTAL2：接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出，若使用外部TTL時鐘時，該引腳為外部時鐘的輸入端。地址鎖存允許ALE/PROG

系統(tǒng)擴(kuò)展時，ALE用于控制地址鎖存器鎖存P0口輸出的低8位地址，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與低位地址的復(fù)用。對于EPROM單片機(jī)，在EPROM編程期間PROG接收編程脈沖。

2023/2/29

外部程序存儲器讀選通信號PSEN

是讀外部程序存儲器的選通信號，低電平有效。

程序存儲器地址允許輸入端EA/VPP

當(dāng)EA為高電平時，CPU執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令，但當(dāng)PC中的值超過0FFFH時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲器指令。當(dāng)EA為低電平時，CPU只執(zhí)行片外程序存儲器指令。對于EPROM單片機(jī)，在EPROM編程期間VPP引腳加21V電源。復(fù)位信號RST/VPD

該RST信號高電平有效，在輸入端保持兩個機(jī)器周期的高電平后，就可以完成復(fù)位操作。

VCC掉電期間，此VPD引腳接備用電源。2023/2/2101.

輸入/輸出口引腳P0、P1、P2和P3

P0口（P0.0～P0.7）：該端口為漏極開路的8位準(zhǔn)雙向口，它為8位地址線和8位數(shù)據(jù)線的復(fù)用端口。

P1口（P1.0～P1.7）：它是一個內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。

P2口（P2.0～P2.7）：它為一個內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。在訪問外部程序存儲器時，它作存儲器的高8位地址線。

P3口（P3.0～P3.7）：P3口同樣是內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，P3口除了作為一般的I/O口使用之外，其還具有特殊功能。2023/2/2112.1.2

MCS-51單片機(jī)的片外總線結(jié)構(gòu)地址鎖存器CBI/OA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0DBABP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESETP3.0P3.1P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7VSSVCC

P0.0P0.1P0.2P0.3P0.5P0.6P0.7EAALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P3.2MCS-51片外總線結(jié)構(gòu)示意圖2023/2/212MCS-51單片機(jī)采用三總線結(jié)構(gòu)：（1）地址總線（AB）：地址總線寬度為16位，由P0口經(jīng)地址鎖存器提供低8位地址（A0-A7）；P2口直接提供高8位地址（A8～A15）。（2）數(shù)據(jù)總線（DB）：數(shù)據(jù)總線寬度為8位，用于傳送數(shù)據(jù)和指令，由P0口提供。（3）控制總線（CB）：控制總線隨時掌握各種部件的狀態(tài)，并根據(jù)需要向有關(guān)部件發(fā)出命令。2023/2/2132.2MCS-51單片機(jī)內(nèi)部

MCS-51單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。

MCS-51單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖ROMRAM振蕩器及定時電路4KB程序存儲器128B數(shù)據(jù)存儲器2個16位定時器/事件計(jì)數(shù)器CPU64KB總線擴(kuò)展控制可編程串行口可編程I/O中斷中斷頻率基準(zhǔn)源計(jì)數(shù)器串行輸入串行輸出并行I/O口控制2023/2/214MCS-51單片機(jī)內(nèi)部主要包含下列幾個部件：u

一個8位CPU；u

一個時鐘電路；u

4Kbyte程序存儲器；u

128byte數(shù)據(jù)存儲器；u

兩個16位定時/計(jì)數(shù)器；u

64Kbyte擴(kuò)展總線控制電路；u

四個8-bit并行I/O端口；u

一個可編程串行接口；五個中斷源，其中包括兩個優(yōu)先級嵌套中斷；2023/2/215MCS－51單片機(jī)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖2023/2/2161.CPUCPU即中央處理器的簡稱，是單片機(jī)的核心部件，它完成各種運(yùn)算和控制操作，CPU由運(yùn)算器和控制器兩部分電路組成。（1）運(yùn)算器電路運(yùn)算器電路包括ALU（算術(shù)邏輯單元）、ACC（累加器）、B寄存器、狀態(tài)寄存器、暫存器1和暫存器2等部件，運(yùn)算器的功能是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。還具有位處理器。

（2）控制器電路控制器電路包括程序計(jì)數(shù)器PC、PC加1寄存器、指令寄存器、指令譯碼器、數(shù)據(jù)指針DPTR、堆棧指針SP、緩沖器以及定時與控制電路等?？刂齐娐吠瓿芍笓]控制工作，協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分正常工作。

2023/2/2172.定時器/計(jì)數(shù)器

MCS－51單片機(jī)片內(nèi)有兩個16位的定時/計(jì)數(shù)器，即定時器0和定時器1。它們可以用于定時控制、延時以及對外部事件的計(jì)數(shù)和檢測等。3.存儲器

MCS－51系列單片機(jī)的存儲器包括數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器，其主要特點(diǎn)是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的尋址空間是相互獨(dú)立的，物理結(jié)構(gòu)也不相同。內(nèi)部ROM容量4K字節(jié)（000H~0FFFH），內(nèi)部RAM容量128字節(jié)（00H~7FH）2023/2/218并行I/O口

MCS－51單片機(jī)共有4個8位的I/O口（P0、P1、P2和P3），每一條I/O線都能獨(dú)立地用作輸入或輸出。P0口為三態(tài)雙向口，能帶8個TTL門電路，P1、P2和P3口為準(zhǔn)雙向口，負(fù)載能力為4個TTL門電路。5.串行I/O口

MCS－51單片機(jī)具有一個采用通用異步工作方式的全雙工串行通信接口，可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。6.中斷控制系統(tǒng)

8051共有5個中斷源，即外中斷2個，定時/計(jì)數(shù)中斷2個，串行中斷1個。2023/2/2197.時鐘電路

MCS－51芯片內(nèi)部有時鐘電路，但晶體振蕩器和微調(diào)電容必須外接。時鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時鐘脈沖序列，振蕩器的頻率范圍為1.2MHz～12MHz，典型取值為6MHz。8.總線以上所有組成部分都是通過總線連接起來，從而構(gòu)成一個完整的單片機(jī)。系統(tǒng)的地址信號、數(shù)據(jù)信號和控制信號都是通過總線傳送的，總線結(jié)構(gòu)減少了單片機(jī)的連線和引腳，提高了集成度和可靠性。

2023/2/2202.3MCS-51的輸入/輸出（I/O）口一、P0口的結(jié)構(gòu)P0口的一位邏輯結(jié)構(gòu)圖，它由一個鎖存器、兩個三態(tài)輸入緩沖器、一個多路復(fù)用開關(guān)以及控制電路和驅(qū)動電路等組成。通用I/O必須外接上拉電阻為什么要加鎖存器？輸入為什么要用三態(tài)？2023/2/2211、P0用作通用I/O口

當(dāng)系統(tǒng)不進(jìn)行片外的ROM擴(kuò)展，也不進(jìn)行片外RAM擴(kuò)展時，P0用作通用I/O口。在這種情況下，單片機(jī)硬件自動使控制C=0，MUX開關(guān)接向鎖存器的反相輸出端。另外，與門輸出的“0”使輸出驅(qū)動器的上拉場效應(yīng)管T1處于截止?fàn)顟B(tài)。因此，輸出驅(qū)動級工作在需外接上拉電阻的漏極開路方式。

2023/2/222作輸出口時，CPU執(zhí)行口的輸出指令，內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)在“寫鎖存器”信號CP的作用下由D端進(jìn)入鎖存器，經(jīng)鎖存器的反向端送至場效應(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)。

作輸入口時，數(shù)據(jù)可以讀自口的鎖存器，也可以讀自口的引腳。這要根據(jù)輸入操作采用的是“讀鎖存器”指令還是“讀引腳”指令來決定。2023/2/223

CPU在執(zhí)行“讀—修改—寫”類輸入指令時（如：ANLP0，A），內(nèi)部產(chǎn)生的“讀鎖存器”操作信號，使鎖存器Q端數(shù)據(jù)進(jìn)入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，在與累加器A進(jìn)行邏輯運(yùn)算之后，結(jié)果又送回P0的口鎖存器并出現(xiàn)在引腳。讀口鎖存器可以避免因外部電路原因使原口引腳的狀態(tài)發(fā)生變化造成的誤讀。2023/2/224

CPU在執(zhí)行“MOV”類輸入指令時（如：MOVA，P0），內(nèi)部產(chǎn)生的操作信號是“讀引腳”。注意，在執(zhí)行該類輸入指令前要先把鎖存器寫入“1”，使場效應(yīng)管T2截止，使引腳處于懸浮狀態(tài)，可以作為高阻抗輸入。否則，在作為輸入方式之前曾向鎖存器輸出過“0”，則T2導(dǎo)通會使引腳箝位在“0”電平，使輸入高電平“1”無法讀入。所以，P0口在作為通用I/O口時，屬于準(zhǔn)雙向口。2023/2/2252、P0用作地址/數(shù)據(jù)總線

當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行片外的ROM擴(kuò)展或進(jìn)行片外RAM擴(kuò)展，P0用作地址/數(shù)據(jù)總線。在這種情況下，單片機(jī)內(nèi)硬件自動使C=1，MUX開關(guān)接向反相器的輸出端，這時與門的輸出由地址/數(shù)據(jù)線的狀態(tài)決定。

2023/2/226CPU在執(zhí)行輸出指令時，低8位地址信息和數(shù)據(jù)信息分時地出現(xiàn)在地址/數(shù)據(jù)總線上。P0.X引腳的狀態(tài)與地址/數(shù)據(jù)線的信息相同。CPU在執(zhí)行輸入指令時，首先低8位地址信息出現(xiàn)在地址/數(shù)據(jù)總線上，P0.X引腳的狀態(tài)與地址/數(shù)據(jù)總線的地址信息相同。然后，CPU自動地使轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX撥向鎖存器，并向P0口寫入FFH，同時“讀引腳”信號有效，數(shù)據(jù)經(jīng)緩沖器進(jìn)入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。可見，P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時是一個真正的雙向口。2023/2/227二、

P2口的結(jié)構(gòu)

P2口位結(jié)構(gòu)圖。P2口是一個8位準(zhǔn)雙向I/O口，具有兩種功能。一是作通用I/O口用，與P1口相似。二是作擴(kuò)展系統(tǒng)的高8位地址總線，輸出高8位地址，與P0口一起組成16位地址總線。2023/2/2281、P2用作通用I/O口

CPU在執(zhí)行輸出指令時，內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)在“寫鎖存器”信號的作用下由D端進(jìn)入鎖存器，經(jīng)反相器反相后送至場效應(yīng)管T，再經(jīng)T反相，在P2.X引腳出現(xiàn)的數(shù)據(jù)正好是內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)。P2口用作輸入時，數(shù)據(jù)可以讀自口的鎖存器，也可以讀自口的引腳。這要根據(jù)輸入操作采用的是“讀鎖存器”指令還是“讀引腳”指令來決定。2023/2/229CPU在執(zhí)行“讀—修改—寫”類輸入指令時(如：ANLP2，A）,內(nèi)部產(chǎn)生的“讀鎖存器”操作信號使鎖存器Q端數(shù)據(jù)進(jìn)入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，在與累加器A進(jìn)行邏輯運(yùn)算之后，結(jié)果又送回P2的口鎖存器并出現(xiàn)在引腳。CPU在執(zhí)行“MOV”類輸入指令時(如MOVA，P2），內(nèi)部產(chǎn)生的操作信號是“讀引腳”。應(yīng)在執(zhí)行輸入指令前要把鎖存器寫入“1”，從而使引腳處高阻抗輸入狀態(tài)。所以，P2口在作為通用I/O口時，屬于準(zhǔn)雙向口。2023/2/2302、P2用作地址總線

單片機(jī)內(nèi)硬件使控制C=1，MUX開關(guān)接向地址線，這時P2.X引腳的狀態(tài)正好與地址線的信息相同。2023/2/231三、P1口的結(jié)構(gòu)

P1口的位結(jié)構(gòu)：P1口是一個專用的8位準(zhǔn)雙向I/O口，只具有通用輸入/輸出口功能，每一位都能設(shè)定為輸入或輸出。2023/2/232

由圖可見，P1口由一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動電路組成。輸出驅(qū)動電路與P2口相同，內(nèi)部設(shè)有上拉電阻。

P1口是通用的準(zhǔn)雙向I/O口。輸出高電平時，不必再接上拉電阻。當(dāng)口用作輸入時，須向口鎖存器寫入1。2023/2/233四、

P3口的結(jié)構(gòu)P3口是一個8位準(zhǔn)雙向I/O口，除具有與P1口同樣的功能（即可以作通用I/O口使用）外，還具有第二功能。2023/2/2341、P3用作第一功能的通用I/O口

當(dāng)P3口做通用I/O口使用時，單片機(jī)內(nèi)部的硬件自動將第二功能輸出線的W＝1。作為輸出時，鎖存器的狀態(tài)（Q端）與輸出引腳的狀態(tài)相同；作為輸入時，也要先向口鎖存器寫入1，使引腳處于高阻輸入狀態(tài)。輸入的數(shù)據(jù)在“讀引腳”信號的作用下，進(jìn)入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。P3口在作為通用I/O口時，也屬于準(zhǔn)雙向口。2023/2/2352、P3用作第二功能使用

P3口作為第二功能使用時，內(nèi)部硬件自動將口鎖存器的Q端置1。這時:

P3.0：RXD（串行口輸入）；P3.1：TXD（串行口輸出）；P3.2：外部中斷0輸入；P3.3：外部中斷1輸入；P3.4：T0（定時器0的外部輸入）；P3.5：T1（定時器1的外部輸出）；P3.6：（片外數(shù)據(jù)存儲器“寫”選通控制輸出）；P3.7：（片外數(shù)據(jù)存儲器“讀”選通控制輸出）。2023/2/2362.4單片機(jī)的時鐘電路和時序1、單片機(jī)時鐘電路通常有兩種形式：1）內(nèi)部振蕩方式：MCS-51單片機(jī)片內(nèi)有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器或陶瓷諧振器連接，就構(gòu)成了內(nèi)部自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。2）外部振蕩方式：外部振蕩方式就是把外部已有的時鐘信號引入單片機(jī)內(nèi)。

2023/2/237

（a）內(nèi)部方式時鐘電路

（b）外接時鐘電路

XTAL2XTAL1MCS-51C1C2CYSXTAL2XTAL1MCS-51+5VVSSTTL外部時鐘源2023/2/2382.指令時序（1）振蕩周期振蕩周期指為單片機(jī)提供定時信號的振蕩源的周期或外部輸入時鐘的周期。（2）時鐘周期時鐘周期是振蕩周期的兩倍,是對振蕩器2分頻的信號,又稱狀態(tài)周期，用S來表示。一個時鐘周期分為兩個節(jié)拍，P1和P2節(jié)拍。P1節(jié)拍通常完成算術(shù)邏輯操作，P2節(jié)拍通常完成內(nèi)部寄存器間數(shù)據(jù)的傳遞。2023/2/239（3）機(jī)器周期

一個機(jī)器周期由6個狀態(tài)組成，即S1～S6。如果把一條指令的執(zhí)行過程分作幾個基本操作，則將完成一個基本操作所需的時間稱作機(jī)器周期。單片機(jī)的單周期指令執(zhí)行時間就為一個機(jī)器周期。2023/2/240（4）指令周期指令周期即執(zhí)行一條指令所占用的全部時間，MCS-51單片機(jī)的指令周期通常為1～4個機(jī)器周期。一個機(jī)器周期包含12個晶蕩周期或6個時鐘周期

指令的執(zhí)行時間稱作指令周期（單、雙、四周期）2023/2/241若MCS-51單片機(jī)外接晶振為12MHz時，則單片機(jī)的四個周期的具體值為：振蕩周期時鐘周期機(jī)器周期指令周期＝1/12MHz＝1/12μs＝0.0833μs＝1/6μs＝0.167μs＝1μs＝1～4μs2023/2/242再讀下一條指令再讀下一條指令XTAL2(OSC)P2S1ALE讀操作碼讀下一個操作碼（丟棄）讀第二字節(jié)（a）單字節(jié)，單周期指令例：MOVAR1（d）單字節(jié)，雙周期指令，如MOVXP1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P2S5P2S6P2S1P1P1P1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P2S6P2S1S2P1P1P1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S1讀操作碼P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1讀下一個操作碼（丟棄）（b）雙字節(jié)，單周期指令例：ADDAdir（c）單字節(jié)，雙周期指令例：INCDPTR讀操作碼（MOVX）讀下一個操作碼（丟棄）無取指無ALE無取指地址數(shù)據(jù)（DATA）訪問外部存儲器P2S1讀操作碼P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1取指和執(zhí)行時序2023/2/2432.5單片機(jī)復(fù)位電路及復(fù)位狀態(tài) 1．復(fù)位及復(fù)位電路復(fù)位目的是使單片機(jī)或系統(tǒng)中的其它部件處于某種確定的初始狀態(tài)。

RST引腳是復(fù)位信號輸入端，復(fù)位信號為高電平有效，其有效時間應(yīng)至少持續(xù)兩個機(jī)器周期（24個振蕩周期）以上才能完成復(fù)位操作。CPU在第二個機(jī)器周期內(nèi)執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位操作，以后每個機(jī)器周期重復(fù)一次，直至RST端電平變低。在單片機(jī)復(fù)位期間，AlE和PSEN信號都不產(chǎn)生。復(fù)位操作將對部分專用寄存器產(chǎn)生影響。2023/2/244

單片機(jī)復(fù)位電路包括片內(nèi)、片外兩部分。外部復(fù)位電路就是為內(nèi)部復(fù)位電路提供兩個機(jī)器周期以上的高電平而設(shè)計(jì)的。MCS-51單片機(jī)通常采用上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。

在通電瞬間，由于RC的充電過程，在RST端出現(xiàn)一定寬度的正脈沖，只要該正脈沖保持10ms以上，就能使單片機(jī)自動復(fù)位，在6MHz時鐘時，通常C1取22μF，R2取200Ω，R1取1KΩ，這時能可靠的實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位和手動復(fù)位。2023/2/245上電復(fù)位電路按鍵與上電復(fù)位

2023/2/246復(fù)位后：PC=0000H，所以程序從0000H地址單元開始執(zhí)行；啟動后，片內(nèi)RAM為隨機(jī)值，運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi)RAM的內(nèi)容；特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)是確定的：P0~P3=FFH，各口可用于輸出，也可用于輸入；SP=07H，第一個入棧內(nèi)容將寫入08H單元；IP、IE和PCON的有效位為0，各中斷源處于低優(yōu)先級且均被關(guān)斷、串行通訊的波特率不加倍；PSW=00H，當(dāng)前工作寄存器為0組。2．單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)單片機(jī)運(yùn)行出錯或進(jìn)入死循環(huán)時，可按復(fù)位鍵重新運(yùn)行。21個特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值.2023/2/247特殊功能寄存器初始狀態(tài)特殊功能寄存器初始狀態(tài)A00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HPC0000HTH100HDPTR0000HTL100HP0～P3FFHSBUF××××××××BIP×××00000BSCON00HIE0××00000BPCON0×××××××B單片機(jī)復(fù)位后特殊功能寄存器的狀態(tài)2023/2/2482.6單片機(jī)的低功耗方式

對于MCS－51系列機(jī)型來說，它們有待機(jī)方式和掉電保護(hù)方式兩種低功耗方式。通過設(shè)置電源控制寄存器PCON的相關(guān)位可以確定當(dāng)前的低功耗方式。PCON寄存器格式如下：

其中SMOD：波特率倍增位

GF0，GF1：通用標(biāo)志位

PD：掉電方式位，PD＝1為掉電方式

IDL：待機(jī)方式位，IDL＝1為待機(jī)方式位序

B7

B6

B5B4B3B2B1B0位符號SMOD

///GF1GF0PDIDL2023/2/2491.

待機(jī)方式將PCON寄存器的IDL位置“1”，單片機(jī)則進(jìn)入待機(jī)方式。通常在待機(jī)方式下，單片機(jī)的中斷仍然可以使用，這樣可以通過中斷觸發(fā)方式退出待機(jī)模式。2.

掉電保護(hù)方式將PCON寄存器的PD位置“1”，單片機(jī)則進(jìn)入掉電保護(hù)方式。如果單片機(jī)檢測到電源電壓過低，此時除進(jìn)行信息保護(hù)外，還需將PD位被置“1”，使單片機(jī)進(jìn)入掉電保護(hù)方式。2023/2/2502.7MCS-C51存儲器MCS-51存儲器分成兩大類：RAM：CPU在運(yùn)行時能隨時進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入和讀出，但在關(guān)閉電源時，其所存儲的信息將丟失。它用來存放暫時性的輸入輸出數(shù)據(jù)、運(yùn)算的中間結(jié)果或用作堆棧。ROM：一種寫入信息后不易改寫的存儲器。斷電后，ROM中的信息保留不變。用來存放固定的程序或數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)監(jiān)控程序、常數(shù)表格等。

2023/2/2512.7.1程序存儲器

在MCS－51系列中，程序存儲器包括片內(nèi)和片外程序存儲器兩個部分。其主要用來存放編好的用戶程序和表格常數(shù)，它以16位的程序計(jì)數(shù)器PC作為地址指針，故尋址空間為64KB。在8051中，其片內(nèi)有4K字節(jié)的ROM存儲單元，地址為0000H～0FFFH。8751有4K字節(jié)的EPROM，而8052和8752則有8K字節(jié)的片內(nèi)存儲器。8031和8032無片內(nèi)程序存儲器，所以片內(nèi)程序存儲器的有無是區(qū)分芯片的主要標(biāo)志。

2023/2/2520000H：單片機(jī)復(fù)位后，PC＝0000H，程序從0000H開始執(zhí)行指令。0003H：外部中斷0入口地址。000BH：定時器0中斷入口地址。

0013H：外部中斷1入口地址。001BH：定時器1中斷入口地址。0023H：串行口中斷入口地址。在系統(tǒng)中斷響應(yīng)之后，將自動轉(zhuǎn)到各中斷入口地址處執(zhí)行程序，而中斷服務(wù)程序一般無法存放于幾個單元之內(nèi)，因此在中斷入口地址處往往存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令進(jìn)行跳轉(zhuǎn)，以便執(zhí)行中斷服務(wù)程序。

在程序存儲器中，以下6個單元具有特殊含義：2023/2/253

2.7.2MCS-C51的程序存儲器配置程序存儲器(ROM)2023/2/254

程序存儲器(ROM)2023/2/255

對于8051和8751除了片內(nèi)的4K字節(jié)的程序存儲器外，片外還有16位地址擴(kuò)展總線擴(kuò)展64K字節(jié)的程序存儲器，兩者統(tǒng)一進(jìn)行編址，當(dāng)EA端接“1”時，片內(nèi)程序存儲器占用0000H～0FFFH，故外部程序存儲器尋址范圍為1000H～FFFFH。當(dāng)EA端接“0”時，MCS－51單片機(jī)均從片外存儲器取指，這時片外程序存儲器可以從0000H開始編址，對于8031和8032由于無片內(nèi)程序存儲器，它們的EA

端必須接“0”。2023/2/256

2.7.3MCS-C51的數(shù)據(jù)存儲器配置對于8051單片機(jī)，其內(nèi)部共有256個數(shù)據(jù)存儲器單元，其中低128字節(jié)（00H～7FH）為真正的用戶RAM區(qū)，其高128字節(jié)（80H～FFH）為特殊功能寄存器區(qū)。

內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器(RAM)外部數(shù)據(jù)存儲器(RAM)2023/2/257片內(nèi)RAM詳圖2023/2/258

在低128字節(jié)存儲單元中，前32個單元（00H～1FH）作為工作寄存器使用，這32個寄存器分作4組，每組由8個通用寄存器（R0～R7）組成，組號依次為0、1、2和3。通過對程序狀態(tài)字中RS1和RS0的設(shè)置，可以決定選用哪一組工作寄存器，通常沒有選中的單元也可作為一般的數(shù)據(jù)緩存使用。系統(tǒng)上電復(fù)位時，默認(rèn)選中第0組寄存器。一、工作寄存器區(qū)2023/2/259低端32個字節(jié)分成4個工作寄存器組，每組8個單元。PSW的RS1、RS0決定當(dāng)前工作寄存器組號

寄存器0組：地址00H~07H；寄存器1組：地址08H~0FH；寄存器2組：地址10H~17H；寄存器3組：地址18H~1FH。組號RS1RS0R0R1R2R3R4R5R6R700000H01H02H03H04H05H06H07H10108H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH21010H11H12H13H14H15H16H17H31118H19H1AH1BH1CH1DH1EH1FH2023/2/260二、位尋址區(qū)在工作寄存器后的16個數(shù)據(jù)單元（20H～2FH），它們既可以作為一般的數(shù)據(jù)單元使用，也可以按位對每個單元進(jìn)行操作，因此這16個數(shù)據(jù)單元又稱作位尋址區(qū)。位尋址區(qū)共計(jì)128位，其位地址為00H～7FH。如何區(qū)分訪問的是位地址還是字節(jié)地址？2023/2/2612023/2/262三、通用RAM區(qū)位尋址區(qū)之后的30H至7FH共80個字節(jié)為通用RAM區(qū)。這些單元可以作為數(shù)據(jù)緩沖器使用。這一區(qū)域的操作指令非常豐富，數(shù)據(jù)處理方便靈活。在實(shí)際應(yīng)用中，常需在RAM區(qū)設(shè)置堆棧。80C51的堆棧一般設(shè)在30H~7FH的范圍內(nèi)。棧頂?shù)奈恢糜蒘P寄存器指示。復(fù)位時SP的初值為07H，在系統(tǒng)初始化時可以重新設(shè)置。如：MOVSP,#30H2023/2/263內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的高128個單元是為專用寄存器提供的，因此該區(qū)也稱作特殊功能寄存器區(qū)（SFR），它們主要用于存放控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)。除去程序計(jì)數(shù)器PC外，還有21個特殊功能寄存器，其地址空間為80H～FFH。這21個寄存器中有11個特殊功能寄存器具有位尋址能力，它們的字節(jié)地址剛好能被8整除。下面將對部分專用寄存器作簡要介紹。

四、特殊功能寄存器區(qū)（SFR）2023/2/264與運(yùn)算器相關(guān)3個

ACC

B

PSW與定時/計(jì)數(shù)器相關(guān)6個

TH0,TL0

TH1,TL1

TMODTCON指針類3個

SP

DPH,DPL與口相關(guān)7個

P0,P1,P2,P3

SBUFSCON

PCON與中斷相關(guān)2個

IE

IP2023/2/265符號單元地址名稱位地址符號地址*ACCE0H累加器ACC.7～ACC.0E7H～E0H*BF0H乘法寄存器B.7～B.0F7H～F0H*PSWD0H程序狀態(tài)字PSW.7～PSW.0D7H～D0H

SP81H堆棧指針

DPL82H數(shù)據(jù)存儲器指針(低8位)

DPH83H數(shù)據(jù)存儲器指針(高8位)

*IEA8H中斷允許控制器IE.7～I(xiàn)E.0AFH～A8H*IPB8H中斷優(yōu)先控制器IP.7～I(xiàn)P.0BFH～B8H*P080H通道0P0.7～P0.087H～80H*P190H通道1P1.7～P1.097H～90H*P2A0H通道2P2.7～P2.0A7H～A0H*P3B0H通道3P3.7～P3.0B7H～B0H

PCON87H電源控制及波特率選擇

*SCON98H串行口控制SCON.7～SCON.09FH～98H

SBUF99H串行數(shù)據(jù)緩沖器

*TCON88H定時控制TCON.7～TCON.08FH～88H

TMOD89H定時器方式選擇

TL08AH定時器0低8位

TL18BH定時器1低8位

TH08CH定時器0高8位

TH18DH定時器1高8位

MCS-51特殊功能寄存器一覽表*：可位尋址的特殊功能寄存器2023/2/266特殊功能寄存器地址及功能表2023/2/2671、累加器ACC

累加器為8位寄存器，是程序中最常用的專用寄存器，在指令系統(tǒng)中累加器的助記符為A。大部分單操作數(shù)指令的操作取自累加器，很多雙操作數(shù)指令的一個操作數(shù)也取自累加器。加、減乘和除等算術(shù)運(yùn)算指令的運(yùn)算結(jié)果都存放在累加器A或AB寄存器中，在變址尋址方式中累加器被作為變址寄存器使用。在MCS－51中由于只有一個累加器，而單片機(jī)中的大部分?jǐn)?shù)據(jù)操作都是通過累加器進(jìn)行的，故累加器的使用是十分頻繁的。2023/2/2682、B寄存器

B寄存器為8位寄存器，主要用于乘除指令中。乘法指令的兩個操作數(shù)分別取自累加器A和寄存器B，其中B為乘數(shù)，乘法結(jié)果的高8位存放于寄存器B中。除法指令中，被除數(shù)取自A，除數(shù)取自B，除法的結(jié)果商數(shù)存放于A，余數(shù)存放于B中。在其它指令中，B寄存器也可作為一般的數(shù)據(jù)單元來使用。2023/2/269

程序狀態(tài)字是一個8位寄存器，它包含程序的狀態(tài)信息。在狀態(tài)字中，有些位狀態(tài)是根據(jù)指令執(zhí)行結(jié)果，由硬件自動完成設(shè)置的，而有些狀態(tài)位則必須通過軟件方法設(shè)定。PSW中的每個狀態(tài)位都可由軟件讀出。3、程序狀態(tài)字PSW程序狀態(tài)字PSW的各狀態(tài)位定義

P/

OVRS0

RS1F0ACCY位標(biāo)志PSW.0PSW.1PSW.2PSW.3PSW.4PSW.5PSW.6PSW.7位序2023/2/270

(1)CY：進(jìn)位標(biāo)志位在執(zhí)行某些算術(shù)和邏輯指令時，可以被硬件或軟件置位或清零。在算術(shù)運(yùn)算中它可作為進(jìn)位標(biāo)志，在位運(yùn)算中，它作累加器使用，在位傳送、位與和位或等位操作中，都要使用進(jìn)位標(biāo)志位。(2)

AC：輔助進(jìn)位標(biāo)志進(jìn)行加法或減法操作時，當(dāng)發(fā)生低四位向高四位進(jìn)位或借位時，AC由硬件置位，否則AC位被置“0”。在進(jìn)行十進(jìn)制調(diào)整指令時，將借助AC狀態(tài)進(jìn)行判斷。(3)用戶標(biāo)志位F0

該位為用戶定義的狀態(tài)標(biāo)記，用戶根據(jù)需要用軟件對其置位或清零，也可以用軟件測試F0來控制程序的跳轉(zhuǎn)。(4)RS1和RS0：寄存器區(qū)選擇控制位該兩位通過軟件置“0”或“1”來選擇當(dāng)前工作寄存器區(qū)。2023/2/271(5)OV：溢出標(biāo)志位當(dāng)執(zhí)行算術(shù)指令時，由硬件置位或清零來指示溢出狀態(tài)。在帶符號的加減運(yùn)算中，OV＝1表示加減運(yùn)算結(jié)果超出了累加器A所能表示的符號數(shù)有效范圍（－128～＋127），即運(yùn)算結(jié)果是錯誤的，反之，OV＝0表示運(yùn)算正確，即無溢出產(chǎn)生。無符號數(shù)乘法指令MUL的執(zhí)行結(jié)果也會影響溢出標(biāo)志，若置于累加器A和寄存器B的兩個數(shù)的乘積超過了255，則OV＝1，反之OV＝0。由于乘積的高8位存放于B中，低8位存放于A