第3章MCS51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理

單片機(jī)原理及應(yīng)用1課程特點(diǎn)及要求課程特點(diǎn)歸屬專業(yè)基礎(chǔ)課，理論和實(shí)踐性強(qiáng)，知識(shí)點(diǎn)多、內(nèi)容抽象。課程要求先修課程：數(shù)字電路、微機(jī)原理要求：課前預(yù)習(xí)、認(rèn)真聽課、課后復(fù)習(xí)、動(dòng)手實(shí)踐課程安排總學(xué)時(shí)：32課堂：24實(shí)驗(yàn)：8課程考核方式平時(shí)：10%實(shí)驗(yàn)：10%期末：80%

教學(xué)要求掌握內(nèi)容

單片機(jī)基本工作原理

單片機(jī)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)接口技術(shù)教學(xué)目標(biāo)

具備單片機(jī)軟/硬開發(fā)的基本能力3單片機(jī)概念將CPU、RAM、ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和多種I/O接口電路等都集成一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)稱為單片機(jī)或微控制器。

單片機(jī)是經(jīng)典的嵌入式系統(tǒng)，具有唯一的專門為嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求：高速、海量的數(shù)值計(jì)算發(fā)展方向：總線速度的無(wú)限提升，存儲(chǔ)容量的無(wú)限擴(kuò)大

嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求：對(duì)象的智能化控制能力發(fā)展方向：與對(duì)象系統(tǒng)密切相關(guān)的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)CPU字長(zhǎng)：4位、8位、16位、32位

存儲(chǔ)器ROM(程序存儲(chǔ)器，容量大)和RAM(數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，容量小)I/O接口串行和并行

特殊功能部件定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、A/D、D/A單片機(jī)的發(fā)展初始階段（74-76年）：4位單片機(jī)，功能較簡(jiǎn)單探索階段（76-78年）：低中檔8位單片機(jī)Intel公司的MCS-48系列單片機(jī)完善階段（78-82年）：高檔8位Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)鞏固發(fā)展階段（82-90年）：推出16位單片機(jī)Intel公司的16位MCS-96系列單片機(jī)全面發(fā)展階段（90年到今）：推出適合不同領(lǐng)域要求的單片機(jī)各種高速、大存儲(chǔ)容量、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位/16位/32位通用型單片機(jī)及用于單一領(lǐng)域的專用型單片機(jī)。

單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)CMOS化：?jiǎn)纹瑱C(jī)將具有更低的功耗、更低的電壓片內(nèi)存儲(chǔ)器大容量化高性能化：RISC結(jié)構(gòu)和流水線技術(shù)將廣泛應(yīng)用外圍電路內(nèi)裝化（微型單片化）：把各種外圍功能器件（如：ADC，DAC，PWM等）集成在片內(nèi)串行擴(kuò)展技術(shù)：引入SPI、I2C、MICROWIRE等串行總線，使單片機(jī)的引腳設(shè)計(jì)得更少，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)化高可靠性：提高單片機(jī)抗電磁干擾能力

單片機(jī)的特點(diǎn)及其應(yīng)用單片機(jī)的特點(diǎn)性價(jià)格比高集成度高、體積小、可靠性高控制功能強(qiáng)系統(tǒng)功能擴(kuò)展性強(qiáng)、配置較典型、規(guī)范外部總線豐富低功耗器件10單片機(jī)的類型

通用型單片機(jī)

特點(diǎn)

常用芯片

硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，軟件開發(fā)容易用單芯片就可完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)11單片機(jī)的類型

專用型單片機(jī)

根據(jù)特殊要求而設(shè)計(jì)的單片機(jī)

在單片中加入更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力（DSP）

常用芯片TI公司用于信號(hào)處理單片機(jī)TMS320系列

AD公司用于信號(hào)處理單片機(jī)ADSP2106系列注:本課程講授通用型單片機(jī)的原理與應(yīng)用單片機(jī)的應(yīng)用機(jī)電一體化設(shè)備的控制核心數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前端采集單元分布式控制系統(tǒng)的前端控制單元智能化儀器儀表的控制機(jī)芯消費(fèi)類電子產(chǎn)品的控制機(jī)芯終端及外部設(shè)備的控制機(jī)芯單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程設(shè)計(jì)硬件電路制作PCB板器件的安裝焊接編寫應(yīng)用程序調(diào)試軟硬件燒寫程序?qū)嶋H應(yīng)用14第三章MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理

MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)8051單片機(jī)的引腳及其功能MCS-51單片機(jī)的工作方式MCS-51單片機(jī)的工作時(shí)序MCS-51單片機(jī)外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展MCS-51單片機(jī)的分類兩個(gè)子系列和4種類型51子系列是基本型，而52子系列屬于增強(qiáng)型16§3.1MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

MCS-51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)（圖3-1）

CPU及內(nèi)部總線內(nèi)部ROM和內(nèi)部RAM

4個(gè)8位I/O口——P0、P1、P2、P3

可屏蔽中斷系統(tǒng)

MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)上的兩個(gè)特點(diǎn)I/O端口與三總線（AB、DB、CB）共用ROM（程序存儲(chǔ)器）和RAM（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）分開17§3.1MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

MCS-51單片機(jī)的基本組成

芯片寄存器由內(nèi)部RAM的特定單元構(gòu)成

4個(gè)8位I/O口應(yīng)用靈活

P0~P3用于輸入/輸出并可位操作

P0口可為外部存儲(chǔ)器的8位數(shù)據(jù)線

P0、P2口可為外部存儲(chǔ)器的16位地址線

P3口可用于定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷、外部中斷、

串行通信中斷及讀寫控制

ROM、RAM分別尋址

18§3.1

MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

MCS-51單片機(jī)系列芯片

按片內(nèi)ROM、RAM容量分

按是否有片內(nèi)ROM分

按制造工藝材料分

按特殊要求分8051芯片的片內(nèi)ROM為4KB、RAM為128B8052芯片的片內(nèi)ROM為8KB、RAM為256B8051有4KB的片內(nèi)ROM8031無(wú)片內(nèi)ROMTTL型高功耗8051CMOS型低功耗80C518051有2個(gè)16位計(jì)數(shù)器，可有5個(gè)中斷源8052有3個(gè)16位計(jì)數(shù)器，可有6個(gè)中斷源19§3.1：MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

51單片機(jī)系列

原始版

Intel公司的MCS-48、MCS-51系列

兼容版

Atmel公司的AT89XX系列

Philips公司的PCF80C5XX系列已不用大量用20§3.1

MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

熟悉8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖掌握8051片內(nèi)ROM、RAM結(jié)構(gòu)掌握8051片內(nèi)寄存器與RAM的關(guān)系掌握程序狀態(tài)字（寄存器）PSW的作用掌握堆棧指針SP的特點(diǎn)掌握P0、P1、P2、P3口的功能和應(yīng)用

8051單片機(jī)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)21§3.1：MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖（圖3.2）

與其它CPU的共同點(diǎn)

與其它CPU的不同點(diǎn)運(yùn)算器、控制器、寄存器、總線接口

無(wú)獨(dú)立寄存器硬件（除TMP外），由片內(nèi)RAM中的特定單元組成可尋址64KB的ROM和64KB的RAM

程序指針為16位的PC寄存器數(shù)據(jù)指針為16位的DPTR寄存器標(biāo)志寄存器與程序狀態(tài)寄存器其它CPU將運(yùn)算結(jié)果狀態(tài)放入標(biāo)志寄存器FR

8051將運(yùn)算結(jié)果狀態(tài)放入程序狀態(tài)字（寄存器）PSW22§3.1

MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

8051系統(tǒng)RAM結(jié)構(gòu)RAM的分配RAM的使用

256字節(jié)的片內(nèi)RAM，地址范圍為00H~FFH

64KB的片外RAM，地址范圍為0000H~FFFFH

訪問(wèn)片內(nèi)RAM用指令MOV類訪問(wèn)片外RAM用指令MOVX類注:片內(nèi)外RAM分別獨(dú)立，使用不同的指令尋址23

8051

RAM（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）配置圖片外RAM控制信號(hào)：/RD、/WRMOV指令訪問(wèn)MOVX指令訪問(wèn)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128B高128B24§3.1：MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

8051的系統(tǒng)ROM結(jié)構(gòu)ROM的分配ROM的使用

4KB的片內(nèi)ROM，地址范圍為0000H~0FFFH

64KB的片外ROM，地址范圍為0000H~FFFFH

當(dāng)控制線/EA=1時(shí)，片內(nèi)外

ROM統(tǒng)一編址

PC≤0FFFH時(shí)訪問(wèn)片內(nèi)ROM

PC≥1000H時(shí)訪問(wèn)片外ROM

當(dāng)控制線/EA=0時(shí)，僅訪問(wèn)片外ROM

片外ROM地址范圍為0000H~FFFFH

注:片內(nèi)外ROM統(tǒng)一使用，控制線/EA選擇控制258051

ROM（程序存儲(chǔ)器）配置圖ROM片內(nèi)外識(shí)別控制信號(hào)：/EA/EA=1時(shí)，從片內(nèi)外ROM取指令；/EA=0時(shí)，只從片外ROM取指令外部ROM26§3.1：MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

8051的系統(tǒng)RAM、ROM結(jié)構(gòu)總結(jié)

訪問(wèn)片內(nèi)外RAM用不同指令識(shí)別

訪問(wèn)片內(nèi)外ROM用控制線/EA識(shí)別

訪問(wèn)片內(nèi)RAM用——MOV

訪問(wèn)片外RAM用——MOVX

訪問(wèn)片內(nèi)外

ROM時(shí)——/EA=1

僅訪問(wèn)片外

ROM時(shí)——/EA=027§3.1：MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

8051片內(nèi)RAM的分配00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH00H1FH工作寄存器組可位尋址區(qū)僅字節(jié)尋址區(qū)寄存器借用區(qū)00HFFH256個(gè)字節(jié)單元注意：在任何時(shí)刻CPU只能使用其中一組工作寄存器（當(dāng)前寄存器組）28§3.1：MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

128字節(jié)用戶可尋址片內(nèi)RAM的分配30H~7FH（共80字節(jié)）00H~1FH（共32字節(jié)）20H~2FH（共16字節(jié)）用于通用工作寄存器組，共四組，每組8個(gè)工作寄存器，R0~R7（同名）用于可位尋址的RAM操作用于僅字節(jié)尋址的RAM操作29§3.1：MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

128字節(jié)特殊功能片內(nèi)RAM的分配--(SFR)80H~FFH（共128字節(jié)）用于定義功能各異的寄存器

寄存器名、對(duì)應(yīng)RAM地址值、功能表（51頁(yè)表3.2）通用寄存器累加器——ACC

乘法寄存器——B

程序狀態(tài)字（寄存器）——PSW指針寄存器8位堆棧指針寄存器——SP16位數(shù)據(jù)指針寄存器——DPTR

（低8位為DPL、高8位為DPH）

注:程序計(jì)數(shù)器（指針）PC未占用RAM單元6個(gè)30§3.1：MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

128字節(jié)特殊功能片內(nèi)RAM的分配（續(xù)）

專用（特殊功能）寄存器(15個(gè))

8位I/O口專用寄存器——P0、P1、P2、P3

8位中斷允許寄存器——IE

8位中斷優(yōu)先級(jí)寄存器——IP

8位串行控制寄存器——SCON

8位電源控制和波特率選擇——PCON

8位串行數(shù)據(jù)緩沖器——SBUF

8位定時(shí)控制寄存器——TCON

8位定時(shí)方式選擇寄存器——TMOD

16位定時(shí)數(shù)據(jù)寄存器——TL0、TH0、TL1、TH131§3.1：MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

片內(nèi)RAM的使用特點(diǎn)128字節(jié)用戶RAM的使用128字節(jié)特殊RAM的使用

工作寄存器R0~R7可用寄存器名訪問(wèn)工作寄存器R0~R7也可用字節(jié)地址訪問(wèn)

20H~2FH空間可用字節(jié)地址訪問(wèn)

20H~2FH空間也可用位地址訪問(wèn)

30H~7FH空間僅用字節(jié)地址訪問(wèn)

按寄存器名訪問(wèn)A、B、P0

按對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)器地址訪問(wèn)E0H、F0H、80H32§3.1：MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

片內(nèi)RAM的位操作

位尋址區(qū)（20H~2FH）的位操作

某些特殊功能寄存器的位操作

字節(jié)地址定義——20H~2FH

位地址定義——00H~7FH

條件——寄存器RAM地址值能被8整除例：累加器A的字節(jié)地址為E0H

位地址為E0H~E7H33片內(nèi)RAM區(qū)從20H~2FH的位地址表

20H34某些特殊功能寄存器的位地址表

35§3.1：MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

位操作中位地址的表示

直接使用位地址

用字節(jié)地址．位表示位地址

用寄存器名．位表示位地址00H——為字節(jié)地址20H中b0位的位地址20H．0——為字節(jié)地址20H中b0位的位地址83H——為P0口中b3位的位地址P0．3——為P0口中b3位的位地址80H．3——為P0口中b3位的位地址好用36

PSW——程序狀態(tài)字（寄存器）CY——無(wú)符號(hào)數(shù)加減法運(yùn)算的進(jìn)位、借位標(biāo)志

AC——半字節(jié)進(jìn)位、借位標(biāo)志

OV——有符號(hào)數(shù)加減法運(yùn)算的溢出標(biāo)志

P——奇偶校驗(yàn)標(biāo)志

F0、F1——用戶自定義標(biāo)志位

RS0、RS1——工作寄存器組選擇控制注：對(duì)應(yīng)于8086CPU的CF、AF、OF、PF，但無(wú)SF、ZF。沒有控制標(biāo)志位。37

RS1、RS0——工作寄存器的組選擇標(biāo)志

通用工作寄存器組的RAM地址為00H~1FH

每組工作寄存器的8個(gè)8位寄存器名為R0~R7

RS1、RS0與工作寄存器的組名及寄存器地址38

SP——堆棧棧頂指針寄存器

8位堆棧棧頂指針寄存器SPSP的使用特點(diǎn)

定義堆棧深度最大為256個(gè)字節(jié)堆棧區(qū)地址為片內(nèi)RAM的00H~7FH之間堆棧棧頂指針SP的初值為07H（單片機(jī)復(fù)位時(shí)）

MCS-51的堆棧為地址增長(zhǎng)型堆棧數(shù)據(jù)入棧時(shí)，堆頂指針SP自動(dòng)加1，即SP=SP+1

數(shù)據(jù)出棧時(shí)，堆頂指針SP自動(dòng)減1，即SP=SP–1一般設(shè)置SP=30H或以上（避免切換工作寄存器組時(shí)產(chǎn)生沖突）39MCS-51

堆棧操作8051堆棧結(jié)構(gòu)向上生長(zhǎng)型（堆棧朝高地址方向發(fā)展）棧底

07HSP=0BH8位操作入棧：先SP←SP＋1，再數(shù)據(jù)入棧出棧：先數(shù)據(jù)出棧，再SP←SP－1箭頭表示數(shù)據(jù)入棧時(shí)的存儲(chǔ)器的占用情況正方向40

P0、P1、P2、P3口的功能和特點(diǎn)

可作4個(gè)8位并行I/O口使用

可對(duì)各口中的某一位進(jìn)行位操作

存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)P0、P2口具有AB/DB第二功能P3口的第二功能為外部中斷、定時(shí)中斷、串口中斷、外部RAM、I/O的R/W控制常規(guī)用特殊用41

P0口的功能和特點(diǎn)

當(dāng)8051僅使用片內(nèi)RAM、ROM時(shí)（最小系統(tǒng)）

當(dāng)8051要使用片外RAM、ROM時(shí)（擴(kuò)展系統(tǒng)）

P0口作為一般I/O口使用字節(jié)操作時(shí)的名——P0

P0口的字節(jié)地址——80H

位操作時(shí)的名——P0.0~P0.7

P0口的位地址——80H~87H

P0口作8位數(shù)據(jù)線和16位地址線的低8位即AD0~AD7

需解決數(shù)據(jù)/地址復(fù)用線的分離42

P1口的功能和特點(diǎn)

僅作一般I/O口使用

字節(jié)操作時(shí)的名——P1

P1口的字節(jié)地址——90H

位操作時(shí)的名——P1.0~P1.7

P1口的位地址——90H~97H注：P0~P3口中唯有P1無(wú)第二功能43

P2口的功能和特點(diǎn)

當(dāng)8051僅使用片內(nèi)RAM、ROM時(shí)（最小系統(tǒng)）

當(dāng)8051要使用片外RAM、ROM時(shí)（擴(kuò)展系統(tǒng)）

P2口作為一般I/O口使用字節(jié)操作時(shí)的名——P2

P2口的字節(jié)地址——A0H

位操作時(shí)的名——P2.0~P2.7

P2口的位地址——A0H~A7H

P2口作16位地址線的高8位即A8~A15

由于未復(fù)用，可直接使用44§3.1：MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

P3口的功能和特點(diǎn)

作一般I/O口使用

字節(jié)操作時(shí)的名——P3

P2口的字節(jié)地址——B0H

位操作時(shí)的名——P3.0~P3.7

P2口的位地址——B0H~B7H

作特殊I/O口使用（按位定義）

P3.0——RXD串行口的輸入

P3.1——TXD串行口的輸出

P3.2——/INT0外部中斷0的中斷請(qǐng)求輸入，低有效

P3.3——/INT1外部中斷1的中斷請(qǐng)求輸入，低有效

P3.4——T0計(jì)數(shù)器0的計(jì)數(shù)輸入

P3.5——T1計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)輸入

P3.6——/WR外部RAM的寫選通輸出，低有效

P3.7——/RD外部RAM的讀選通輸出，低有效記清楚45§3.1：MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

P0~P3口的硬件電路特點(diǎn)（作一般I/O口使用時(shí)：準(zhǔn)雙向口）

作輸出口使用時(shí)內(nèi)部帶鎖存器作輸入口使用時(shí)內(nèi)部帶緩沖器均具有讀端口和讀引腳功能46§3.1：MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

P1口的位硬件電路（54頁(yè)圖3.6B）

VCCGND讀引腳控制讀端口控制外引腳內(nèi)總線DQ/Q上拉電阻47§3.1：MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

P1口的位輸出

L電平VCCGND0DQ/Q01場(chǎng)效應(yīng)管飽和048§3.1：MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

P1口的位輸出

H電平VCCGND1DQ/Q10場(chǎng)效應(yīng)管截止149§3.1：MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

P1口的位輸入（場(chǎng)效應(yīng)管必須截止）

VCCGND讀引腳控制0/11DQ/Q

先寫1

后讀取100/150

P1口的位硬件電路特點(diǎn)總結(jié)

當(dāng)寫入鎖存器Q=H時(shí)，讀引腳有效

當(dāng)寫入鎖存器Q=L時(shí)，讀引腳無(wú)效

Q=H、/Q=L

場(chǎng)效應(yīng)管截止，不影響輸入引腳電平

Q=L、/Q=H

場(chǎng)效應(yīng)管飽和，輸入引腳電平恒為低(常稱“被鎖”)

引腳有內(nèi)部上拉電阻注：寫操作可直接用寫指令讀操作必須先寫1（解鎖）后用讀指令51

P0口的位硬件電路特點(diǎn)（54

頁(yè)圖3.6A）

當(dāng)控制端使兩路開關(guān)MUX在下面時(shí)（控制＝0）

當(dāng)控制端使兩路開關(guān)MUX在上面時(shí)（控制＝1）P0口作一般I/O口用（同P1口）P0口作數(shù)據(jù)/地址復(fù)用線AD0~AD7用

引腳無(wú)內(nèi)部上拉電阻52§3.1：MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

P0口的位為一般I/O（控制=0）VCCGND讀引腳控制外引腳內(nèi)總線DQ/Q053P0口的位為一般I/O（控制=0）

GND讀引腳控制外引腳內(nèi)總線DQ/Q54

P0口的位為一般I/O輸出（同P1口，為準(zhǔn)雙向口）GND外引腳內(nèi)總線DQ/Q0/10/？VCCP1口作為一般I/O時(shí)需外接上拉電阻55P0口的位為一般I/O輸入（先寫1）

GND讀引腳控制外引腳內(nèi)總線DQ/Q56

P0口的位為一般I/O輸入（先寫1后等效圖）

讀引腳控制外引腳內(nèi)總線DQ/Q0/10/157

P0口的位為AB/DB（控制=1）：真正的雙向口

VCCGND讀引腳控制外引腳內(nèi)總線DQ/Q&控制=1AB/DB58

AB/DB輸出0

VCCGND外引腳&控制=1AB/DB001059

AB/DB輸出1

VCCGND外引腳&控制=1AB/DB110160

DB輸入

讀引腳控制外引腳內(nèi)總線DQ/Q0/10/161

P0口的位硬件電路特點(diǎn)總結(jié)

當(dāng)控制端=0（MUX在下）

當(dāng)控制端=1（MUX在上）P0口作一般I/O口用（同P1口）：“準(zhǔn)雙向”口P0口作數(shù)據(jù)/地址復(fù)用線AD0~AD7用：雙向口

引腳無(wú)內(nèi)部上拉電阻P0口作一般I/O口使用時(shí)需外加上拉電阻P0口作數(shù)據(jù)/地址復(fù)用線使用時(shí)無(wú)需外加上拉電阻注：上拉電阻在應(yīng)用中非常重要，實(shí)際工程應(yīng)用中，P0口很少用作I/O口62

P2口的硬件電路特點(diǎn)（54

頁(yè)圖3.6C）

當(dāng)控制端使兩路開關(guān)MUX在下邊時(shí)

當(dāng)控制端使兩路開關(guān)MUX在上邊時(shí)P2口作一般I/O口用（同P1口）P2口作地址線A8~A15用

引腳有內(nèi)部上拉電阻63

P0~P3口的應(yīng)用特點(diǎn)總結(jié)P0～P3作一般I/O口時(shí)，是“準(zhǔn)雙向”口，即P0~P3

口寫引腳直接用輸出指令，讀引腳時(shí)，先對(duì)口寄存器寫1，再讀,例如：

MOVP1,＃0FFH

MOVA,P1P1口僅作I/O口用系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，P0作AB/DB，是真正的雙向口系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，P2、P0分別提供高、低8位地址線系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，P3口的第二功能，提供必要的控制信號(hào)64§3.2

8051單片機(jī)的引腳及其功能ATMEL單片機(jī)AT89S51實(shí)物圖65§3.2

8051單片機(jī)的引腳及其功能雙列直插式40腳DIP封裝GNDVCC(DualIn－linePackage)

66§3.2

8051單片機(jī)的引腳及其功能8051單片機(jī)的電路邏輯圖

p30p31p32p33p34p35p36p3767§3.2

8051單片機(jī)的引腳及其功能

I/O口

P0——8條I/O引線

P1——8條I/O引線

P2——8條I/O引線

P3——8條I/O引線（特殊定義）注：共32條引腳68

控制線(4條)

1、復(fù)位線——RST（輸入、高有效）

2、外部存儲(chǔ)器選擇控制線——/EA（輸入）

當(dāng)RST端獲得兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期）的高電平時(shí)，8051單片機(jī)系統(tǒng)將進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。即高復(fù)位低工作。/EA=H時(shí)，8051單片機(jī)系統(tǒng)用片內(nèi)外ROM

/EA=L時(shí)，8051單片機(jī)系統(tǒng)僅用片外ROM注：VPD為第二功能，提供編程電壓，僅8751有效69

控制線/EA（最小系統(tǒng)電路）

70§3.2：8051單片機(jī)的引腳及其功能

3、地址鎖存允許線——ALE（輸出、高有效）

當(dāng)8051單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，用于對(duì)P0口輸出的數(shù)據(jù)/地址信息的低

8位地址信息進(jìn)行鎖存

當(dāng)8051單片機(jī)系統(tǒng)無(wú)外部存儲(chǔ)器時(shí),

輸出1/6主頻的定時(shí)信號(hào)（可用作8051是否工作的判斷標(biāo)志）注：PROG為第二功能，提供編程脈沖71§3.2

8051單片機(jī)的引腳及其功能

4、外部ROM讀選通線——/PSEN（輸出、低有效）

僅用于外部ROM中信息的讀取控制注:外部RAM的讀/寫控制線為/RD和/WR

（P3口的第二功能）

當(dāng)使用MOVC類指令時(shí)，/PSEN輸出低電平注:MCS-51僅單獨(dú)提供4條控制線

RST、/EA、ALE、/PSEN72§3.2：8051單片機(jī)的引腳及其功能

時(shí)鐘輸入線（2條）XTAL1和XTAL2（第19、18引腳）

由外部晶體和內(nèi)部振蕩電路獲得主頻，系統(tǒng)常用

由外部直接輸入時(shí)鐘獲得主頻，特殊系統(tǒng)用（第18引腳可用作8051是否工作的判斷標(biāo)志）73§3.2：8051單片機(jī)的引腳及其功能

電源線

VCC和GND引腳總結(jié)

I/O口線——32條

控制線——4條時(shí)鐘線——2條電源線——2條

共計(jì)40條好記！注：可根據(jù)ALE、/PSEN、XTAL2輸出端有否信號(hào)輸出判斷8051是否在工作！74§3.3

MCS-51單片機(jī)的工作方式掌握MCS-51單片機(jī)的復(fù)位方式掌握MCS-51單片機(jī)的程序執(zhí)行方式了解MCS-51單片機(jī)的單步執(zhí)行方式了解MCS-51單片機(jī)的掉電和節(jié)電方式了解MCS-51單片機(jī)的編程和校驗(yàn)方式75

MCS-51單片機(jī)的復(fù)位方式

復(fù)位時(shí)各芯片寄存器的初值

復(fù)位時(shí)程序指針PC的特點(diǎn)

PSW=00H

初始化時(shí)使用通用寄存器0組的R0~R7

SP=07H

初始化時(shí)棧頂在0組R7，入棧從08H開始

P0~P3=FFH

初始化時(shí)并口輸出為高電平其余寄存器為00HPC=0000H76

MCS-51單片機(jī)的上電復(fù)位電路

保持復(fù)位端RESET高電平兩個(gè)機(jī)器周期

常用上電復(fù)位電路

根據(jù)主頻選擇R、C值，一般R=10K、C=10uF77§3.3：MCS-51單片機(jī)的工作方式

MCS-51單片機(jī)的手動(dòng)復(fù)位電路

直接按鍵方式放電電流太大，按鍵壽命短RSTVCCGND78§3.3：MCS-51單片機(jī)的工作方式

MCS-51單片機(jī)的手動(dòng)復(fù)位電路

限流按鍵方式RSTVCCGND放電電流限止，延長(zhǎng)按鍵壽命電阻合理選擇，保證可靠復(fù)位79最小系統(tǒng)分解80最小系統(tǒng)組合81

MCS-51單片機(jī)的程序執(zhí)行方式

程序指針PC從初始值0000H處執(zhí)行指令

在PC=0000H處通常有直接跳轉(zhuǎn)指令

LJMPmain；將PC轉(zhuǎn)移到主程序main處執(zhí)行

程序指針PC執(zhí)行指令時(shí)會(huì)完成自動(dòng)加1操作注：程序不能訪問(wèn)PC，PC值的范圍：0000H~FFFFH82

MCS-51單片機(jī)的單步執(zhí)行方式

用于應(yīng)用程序的調(diào)試

需用單步調(diào)試命令

是程序設(shè)計(jì)的重要步驟注:一般MCS-51單片機(jī)仿真開發(fā)系統(tǒng)均有此功能83

MCS-51單片機(jī)的掉電和節(jié)電方式

掉電方式——單片機(jī)深睡眠狀態(tài)(電源喚醒)

節(jié)電方式——單片機(jī)淺睡眠狀態(tài)（中斷喚醒）

當(dāng)Vcc下降，RST/VPD供電，進(jìn)入掉電方式此時(shí)，RAM中的數(shù)據(jù)不丟失，時(shí)鐘停止工作當(dāng)Vcc正常，單片機(jī)又進(jìn)入程序執(zhí)行方式

CPU暫時(shí)不工作時(shí)鐘振蕩電路工作，各種狀態(tài)保持可由中斷請(qǐng)求隨時(shí)喚醒84

MCS-51單片機(jī)的編程和校檢方式

從源程序到機(jī)器碼——編輯與匯編

編程——將匯編產(chǎn)生的機(jī)器碼寫入ROM

校驗(yàn)——對(duì)寫入ROM的機(jī)器碼進(jìn)行檢查注：編程和校驗(yàn)方式一般用專門的編程器完成注：編程時(shí)應(yīng)在ALE/PROG端提供編程脈沖85§3.4

MCS-51單片機(jī)的工作時(shí)序

掌握振蕩周期、機(jī)器周期、指令周期的概念

理解取指令、執(zhí)行指令的概念

理解取指令時(shí)序、執(zhí)行指令時(shí)序的概念

了解指令字節(jié)數(shù)與指令周期數(shù)的概念

掌握時(shí)序與控制線ALE的關(guān)系86

MCS-51單片機(jī)的振蕩、機(jī)器、指令周期

振蕩周期（時(shí)鐘周期）—由晶振頻率確定(4、6、12MHz)

機(jī)器周期

——由12個(gè)時(shí)鐘周期構(gòu)成

指令周期

——由1~4個(gè)機(jī)器周期構(gòu)成

機(jī)器周期由6個(gè)S狀態(tài)構(gòu)成，即S1~S6

每個(gè)S狀態(tài)由兩個(gè)拍即SnP1、SnP2構(gòu)成，一拍為一個(gè)時(shí)鐘周期機(jī)器周期可寫為S1P1，S1P2、S2P1，S2P2、S3P1，S3P2、

S4P1，S4P2、S5P1，S5P2、S6P1，S6P2

不同指令功能所用機(jī)器周期數(shù)不同使用機(jī)器周期數(shù)愈少，指令執(zhí)行速度愈快乘、除法指令用4個(gè)機(jī)器周期，故少用乘、除法指令87

MCS-51單片機(jī)指令的取指/執(zhí)指時(shí)序

取指——CPU從ROM中讀取指令機(jī)器碼

執(zhí)指——CPU根據(jù)指令碼完成指定功能

時(shí)序——取指、執(zhí)指時(shí)三總線的時(shí)間波形ALE信號(hào)（周期性信號(hào)）的作用

在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，ALE信號(hào)出現(xiàn)二次取指時(shí)序總是發(fā)生在ALE有效期間

ALE有效期間并不總是取新的指令機(jī)器碼

ALE=1/6時(shí)鐘頻率88

MCS-51的指令字節(jié)數(shù)與所用機(jī)器周期數(shù)1字節(jié)指令——1機(jī)器周期2字節(jié)指令——1機(jī)器周期

第一個(gè)ALE有效期讀1字節(jié)指令機(jī)器碼第二個(gè)ALE有效期重讀

第一個(gè)ALE有效期讀第1字節(jié)指令機(jī)器碼第二個(gè)ALE有效期讀第2字節(jié)指令機(jī)器碼89

MCS-51的指令字節(jié)數(shù)與所用機(jī)器周期數(shù)（續(xù)）1字節(jié)指令——2機(jī)器周期

第一個(gè)周期的第一個(gè)ALE有效期讀1字節(jié)指令機(jī)器碼其余三個(gè)ALE有效期重讀2字節(jié)指令——2機(jī)器周期

第一個(gè)周期的第一個(gè)ALE有效期讀第1字節(jié)指令機(jī)器碼第二個(gè)周期的第一個(gè)ALE有效期讀第2字節(jié)指令機(jī)器碼90

MCS-51的指令字節(jié)數(shù)與所用機(jī)器周期數(shù)（續(xù)）3字節(jié)指令——2機(jī)器周期1字節(jié)指令——4機(jī)器周期

第一個(gè)周期的第一個(gè)ALE有效期讀第1字節(jié)指令機(jī)器碼第一個(gè)周期的第二個(gè)ALE有效期讀第2字節(jié)指令機(jī)器碼第二個(gè)周期的第一個(gè)ALE有效期讀第3字節(jié)指令機(jī)器碼

第一個(gè)周期的第一個(gè)ALE有效期讀1字節(jié)指令機(jī)器碼其余七個(gè)ALE有效期無(wú)效91

訪問(wèn)外部ROM和外部RAM的時(shí)序

訪問(wèn)外部ROM、RAM時(shí)16位地址信息的產(chǎn)生

訪問(wèn)外部ROM、RAM時(shí)8位數(shù)據(jù)信息的產(chǎn)生

低8位地址信息由P0口復(fù)用輸出（經(jīng)鎖存器）高8位地址信息由P2口直接輸出8位數(shù)據(jù)信息經(jīng)P0口進(jìn)行雙向傳送注:8位數(shù)據(jù)/低8位地址的分離控制及時(shí)序92

訪問(wèn)外部ROM和外部RAM的時(shí)序（續(xù)）

訪問(wèn)外部ROM、RAM時(shí)控制線ALE的作用

ALE=H

從P0口的地址/數(shù)據(jù)復(fù)用中獲得低8位地址信息

從P2口獲得高8位地址信息注:控制線ALE控制地址鎖存器芯片的觸發(fā)端

ALE=L

將從P0口獲得的低8位地址信息進(jìn)行鎖存93

訪問(wèn)外部ROM和外部RAM的時(shí)序（續(xù)）

訪問(wèn)外部ROM時(shí)控制線/PSEN的作用

/PSEN=L

從外部ROM選定存儲(chǔ)單元中讀機(jī)器碼經(jīng)P0口讀入MCS-51，即讀操作有效。注:控制線/PSEN控制外部ROM芯片的讀有效端注:/PSEN和ALE控制信號(hào)的時(shí)序關(guān)系

/PSEN=H

讀操作無(wú)效。94

訪問(wèn)外部ROM和外部RAM的時(shí)序（續(xù)）

訪問(wèn)外部RAM時(shí)，讀寫線/RD、/WR的作用

/RD=L、/WR=H

從外部RAM選定存儲(chǔ)單元中將數(shù)據(jù)經(jīng)P0口讀入MCS-51，即讀操作有效。

/WR=L、/RD=H

MCS-51將數(shù)據(jù)經(jīng)P0口寫入外部RAM

選定的存儲(chǔ)單元中，即寫操作有效。注：控制線/RD、/WR為P3口第二功能線，控制外部RAM芯片的讀/寫有效端95§3.4:MCS-51單片機(jī)的工作時(shí)序

訪問(wèn)外部ROM的時(shí)序圖ALE/PSENA8~A15P2A0~A7A0~A7指令指令P0轉(zhuǎn)第98頁(yè)96§3.4:MCS-51單片機(jī)的工作時(shí)序

訪問(wèn)外部RAM的時(shí)序圖

ALE/RDA8~A15P2A0~A7數(shù)據(jù)P097§3.5：MCS-51單片機(jī)外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

最?。ɑ荆┫到y(tǒng)

最大（擴(kuò)展）系統(tǒng)P0、P2口均作一般I/O口使用

為什么要擴(kuò)展？常見擴(kuò)展包括什么內(nèi)容？如何實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展？981、光靠片內(nèi)資源，大多數(shù)應(yīng)用中不夠2、存儲(chǔ)器擴(kuò)展、I/O口擴(kuò)展，外部中斷源擴(kuò)展3、單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)形式，大大減少了單片機(jī)系統(tǒng)中傳輸線的數(shù)目，提高了可靠性，增加了靈活性，且使擴(kuò)展易于實(shí)現(xiàn)（只要求擴(kuò)展部件符合總線規(guī)范）4、先構(gòu)造系統(tǒng)總線，再“掛”上擴(kuò)展部件，“掛”什么芯片，就是什么擴(kuò)展99

外部程序存儲(chǔ)器ROM的擴(kuò)展

外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的擴(kuò)展FLASH存儲(chǔ)器的應(yīng)用與連接

本節(jié)內(nèi)容：注：

AB、DB、CB的使用是外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展的關(guān)鍵

ALE控制信號(hào)是數(shù)據(jù)/地址信息分離的時(shí)間基礎(chǔ)鎖存器是數(shù)據(jù)/地址信息分離的硬件條件100§3.5：MCS-51單片機(jī)外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展P0、P2口提供地址總線AB和數(shù)據(jù)總線DB注:控制線、P3口的應(yīng)用MCS-51單片機(jī)沒有獨(dú)立的三總線，如何形成獨(dú)立的AB、DB、CB？存儲(chǔ)器擴(kuò)展工作主要是單片機(jī)三總線和存儲(chǔ)器芯片的連接101/PSENALE/EA/WR//RDMCS-51單片機(jī)擴(kuò)展用控制信號(hào)：102三總線擴(kuò)展的電路圖74LS373OEGALE80C31D7::D0Q7::Q0PSENEAP2P0ABDBCBWRRDD鎖存器103§3.5：MCS-51單片機(jī)外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展P0

ALEA0~A7D0~D7/OE/PSEN/CEP2.0~P2.n8031鎖存器ROM讀控制片選控制地址鎖存控制/EAGND

外部程序存儲(chǔ)器ROM的擴(kuò)展圖A8~An高n位地址線低8位地址線8位數(shù)據(jù)線104§3.5：MCS-51單片機(jī)外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

8031與2716ROM的硬件連接（圖3.13）

8031無(wú)片內(nèi)ROM，需用片外ROM，故/EA=0

8031的P0（8位）與2716的數(shù)據(jù)線直接相連

8031的P0（8位）與8位鎖存器74LS373的D端相連，8位鎖存器74LS373的Q端與2716的低

8位地址相連，8031的控制線ALE接8位鎖存器74LS373的觸發(fā)端G。

8031的P2.0~P2.2接2716的A8~A10直接相連

8031的P2.7作2716的片選控制，低有效

注:若外部ROM僅有一片也可將2716的/CE接地

8031的/PSEN作2716的讀控制，低有效105§3.5：MCS-51單片機(jī)外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

8031與2716ROM的時(shí)序分析

當(dāng)ALE=H，P0口發(fā)低8位地址信息到鎖存器D端當(dāng)ALE=L，鎖存器Q端鎖存A0~A7

P2.0~P2.2接2716ROM的A8~A10

當(dāng)P2.7=L，則/CE=L，ROM片選有效當(dāng)/PSEN=H，P0口無(wú)指令數(shù)據(jù)讀取當(dāng)/PSEN=L，P0口從鎖存地址單元中讀指令數(shù)據(jù)

注:65頁(yè)圖3.10的時(shí)序圖106§3.5：MCS-51單片機(jī)外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

2716ROM的地址范圍分析

若P2.6~P2.3=0000

則地址空間范圍為0000H~07FFH

（線選法）重復(fù)地址為24=16個(gè)107§3.5：MCS-51單片機(jī)外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展P0

ALEA0~A7D0~D7/OE/RD/CEP2.0~P2.n8031鎖存器RAM讀控制片選控制地址鎖存控制

外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的擴(kuò)展圖A8~An高n位地址線低8位地址線8位數(shù)據(jù)線/WE/WR寫控制108

§3.5：MCS-51單片機(jī)外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展8031與6116RAM的硬件連接（圖3.14）注:該電路譯碼輸入兩線，可片選四片61168031的/RD端接6116的讀有效端/OE

8031的/WR端接6116的寫有效端/WE8031的P2.6、P2.7經(jīng)譯碼器接6116的片選端/CS，低有效。

地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線分離方法同ROM的擴(kuò)展連法RAM數(shù)據(jù)讀/寫接法不同ROM的擴(kuò)展連法

片選控制的接法用譯碼器109§3.5：MCS-51單片機(jī)外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

8031與6116RAM的時(shí)序分析

當(dāng)AEL=H，P0口發(fā)低8位地址信息到鎖存器D端當(dāng)AEL=L，鎖存器Q端鎖存低8位地址信息P2.0~P2.2接6116RAM的A8~A10

當(dāng)P2.7=H、P2.6=L，則/CE=L，RAM片選有效

當(dāng)/RD=L、/WR=H，P0口從地址單元讀數(shù)據(jù)當(dāng)/RD=H、/WR=L，P0口向地址單元寫數(shù)據(jù)110§3.5：MCS-51單片機(jī)外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

6116RAM的地址范圍分析

若P2.5~P2.3=000

則地址空間范圍為8000H~87FFH

（部分譯碼法）重復(fù)地址為23=8個(gè)111§3.5：MCS-51單片機(jī)外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

單片機(jī)與FLASH存儲(chǔ)器的連接特點(diǎn)

僅作外部RAM時(shí)的連接僅作外部ROM時(shí)的連接

又作外部ROM及RAM時(shí)的