MCS51系列單片機的結(jié)構和原理

1、第第2 2章章 MCS-51MCS-51單片機的結(jié)構和原理單片機的結(jié)構和原理2.1 MCS-51單片機的基本組成單片機的基本組成2.1.1 MCS-51單片機的基本組成單片機的基本組成基本型（基本型（8051子系列）：子系列）：8031 8051 89C51 89S51增強型（增強型（8052子系列）：子系列）：8032 8052 89C52 89S52MCS-51單片機的基本結(jié)構框圖單片機的基本結(jié)構框圖 MCS-51單片機的內(nèi)部結(jié)構圖單片機的內(nèi)部結(jié)構圖 內(nèi)部結(jié)構如下：內(nèi)部結(jié)構如下： 1. 1. 中央處理器（中央處理器（CPUCPU）（1 1）運算器）運算器 組成：組成： 8 8位算術邏輯運算

2、單元位算術邏輯運算單元ALUALU（Arithmetic Logic UnitArithmetic Logic Unit）、）、 8 8位累加器位累加器A A（AccumulatorAccumulator）、）、 8 8位寄存器位寄存器B B、 程序狀態(tài)字寄存器程序狀態(tài)字寄存器PSWPSW（Program Status WordProgram Status Word）、）、 8 8位暫存寄存器位暫存寄存器TMP1TMP1和和TMP2TMP2等。等。 功能：完成算術運算和邏輯運算。功能：完成算術運算和邏輯運算。包括運算器和控制器兩部分包括運算器和控制器兩部分運運算算電電路路（2 2）控制器）控制

3、器組成：組成：程序計數(shù)器程序計數(shù)器PCPC（Program CounterProgram Counter）、）、指令寄存器指令寄存器IRIR（Instruction RegisterInstruction Register）、）、指令譯碼器指令譯碼器IDID（Instruction DecoderInstruction Decoder）、）、堆棧指針堆棧指針SPSP、數(shù)據(jù)指針、數(shù)據(jù)指針DPTRDPTR、定時控制邏輯和振蕩器、定時控制邏輯和振蕩器OSCOSC等電路。等電路。功能：功能：CPUCPU根據(jù)根據(jù)PCPC中的地址將欲執(zhí)行指令的指令碼從存儲器中取出，中的地址將欲執(zhí)行指令的指令碼從存儲器中取

4、出，存放在存放在IRIR中，中，IDID對對IRIR中的指令碼進行譯碼，定時控制邏輯中的指令碼進行譯碼，定時控制邏輯在在OSCOSC配合下對配合下對IDID譯碼后的信號進行分時，以產(chǎn)生執(zhí)行本條譯碼后的信號進行分時，以產(chǎn)生執(zhí)行本條指令所需的全部信號。指令所需的全部信號?？刂破麟娐房刂破麟娐?、內(nèi)部程序存儲器、內(nèi)部程序存儲器8031和和8032內(nèi)部沒有內(nèi)部沒有ROM；8051內(nèi)部有內(nèi)部有4KB的的ROM，8751內(nèi)部有內(nèi)部有4KB的的EPROM；8052內(nèi)部有內(nèi)部有8KB的的ROM，8752內(nèi)部有內(nèi)部有8KB的的EPROM； 8951內(nèi)部有內(nèi)部有4KB的的Flash ROM，8952內(nèi)部有內(nèi)部有8

5、KB的的Flash ROM。 8031內(nèi)部無程序存儲器內(nèi)部無程序存儲器ROM；8051內(nèi)部設有內(nèi)部設有4K的掩膜的掩膜ROM，8751內(nèi)部為內(nèi)部為PROM，AT89C51內(nèi)部為內(nèi)部為Flash ROM，AT89S51內(nèi)部則是內(nèi)部則是4K字節(jié)的支持字節(jié)的支持ISP的的Flash。51增強型產(chǎn)品存儲器的存儲容量為基本型的一倍，增強型產(chǎn)品存儲器的存儲容量為基本型的一倍，同時增加了一個定時器同時增加了一個定時器T2和一個中斷源和一個中斷源 內(nèi)部程序存儲器內(nèi)部程序存儲器3、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部RAM）Internal RAM基本型單片機芯片中共有基本型單片機芯片中共有256個個RA

6、M單元單元低低128單元：用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)，供用戶使用單元：用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)，供用戶使用高高128單元：被專用寄存器占用單元：被專用寄存器占用增強型的單片機內(nèi)部共有增強型的單片機內(nèi)部共有256個字節(jié)的個字節(jié)的RAM可供用戶使用?？晒┯脩羰褂?。內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器4、定時器、定時器/計數(shù)器計數(shù)器基本型的單片機內(nèi)部有兩個基本型的單片機內(nèi)部有兩個16位的定時器位的定時器/計數(shù)器計數(shù)器 T0、T1增強型的單片機內(nèi)部有三個增強型的單片機內(nèi)部有三個16位的定時器位的定時器/計數(shù)器計數(shù)器T0、T1、T2 定時器定時器/計數(shù)器計數(shù)器5、并行、并行I/O口口共有共有4個個8位的位的I/O口（口（

7、 ），以實現(xiàn)數(shù)據(jù)），以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出的并行輸入輸出0P1P2P3P并行并行I/O口口6、串行口、串行口全雙工串行口，實現(xiàn)單片機和其他數(shù)據(jù)設備之間的串行全雙工串行口，實現(xiàn)單片機和其他數(shù)據(jù)設備之間的串行數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送串行口串行口7、中斷控制系統(tǒng)、中斷控制系統(tǒng)80C51共有共有5個中斷源：個中斷源：外中斷外中斷2個，定時個，定時/計數(shù)中斷計數(shù)中斷2個，串行中斷個，串行中斷1個個5個中斷分為高級和低級共兩個優(yōu)先級別個中斷分為高級和低級共兩個優(yōu)先級別中斷控制系統(tǒng)中斷控制系統(tǒng)8、時鐘電路、時鐘電路MCS-51芯片的內(nèi)部有時鐘電路，需外接石英晶體和微調(diào)電容芯片的內(nèi)部有時鐘電路，需外接石英晶體和微調(diào)

8、電容時鐘電路時鐘電路9、位處理器、位處理器又稱布爾處理器，單片機有較強的位處理功能，用于控制又稱布爾處理器，單片機有較強的位處理功能，用于控制10、總線、總線總線把上述部件連接起來，構成一個完整的單片機系統(tǒng)，總線把上述部件連接起來，構成一個完整的單片機系統(tǒng)，用于傳送地址信號、數(shù)據(jù)信號和控制信號用于傳送地址信號、數(shù)據(jù)信號和控制信號2.1.2 MCS-51單片機的封裝與信號引腳單片機的封裝與信號引腳 1. 芯片封裝形式芯片封裝形式雙列直插式雙列直插式DIP（Dual In line Package）44引腳方形扁平式引腳方形扁平式QFP（Quad Flat Package）帶引線的塑料芯片載體帶引

9、線的塑料芯片載體PLCC（Plastic Leaded chip carrier） 2. 芯片引腳介紹芯片引腳介紹（1）分類）分類主電源引腳主電源引腳VCC和和VSS外接晶振引腳外接晶振引腳XTAL1和和XTAL2控制或電源復用引腳控制或電源復用引腳RST/ VPD、ALE/PROGEA/VPP、PSEN輸入輸入/輸出引腳輸出引腳(共共32根根) P0、P1、P2、P34）EA 訪問程序存儲器控制信號訪問程序存儲器控制信號EA =0，讀外部程序存儲器，讀外部程序存儲器1，讀內(nèi)部程序存儲器，并延續(xù)至外部程序存儲器，讀內(nèi)部程序存儲器，并延續(xù)至外部程序存儲器2) XTAL1和和XTAL2 外接晶體引

10、線端外接晶體引線端當使用內(nèi)部時鐘時，用于外接石英晶體和微調(diào)電容當使用內(nèi)部時鐘時，用于外接石英晶體和微調(diào)電容當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號1） Vss 地線地線 Vcc 電源線電源線3）RST 復位信號復位信號當輸入的復位信號延續(xù)當輸入的復位信號延續(xù)2個機器周期以上高電平時即為有個機器周期以上高電平時即為有效，用以完成單片機的復位操作。效，用以完成單片機的復位操作。7）輸入）輸入/輸出口線輸出口線4個個8位雙向口線位雙向口線5）ALE 地址鎖存控制信號地址鎖存控制信號 在系統(tǒng)擴展時，用于控制把在系統(tǒng)擴展時，用于控制把P0口輸出的低口輸出的低8位地

11、址位地址 送入鎖存器鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分送入鎖存器鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分 時傳送。時傳送。 輸出六分之一晶振頻率的固定頻率輸出正脈沖輸出六分之一晶振頻率的固定頻率輸出正脈沖6） 外部程序存儲器讀選通信號外部程序存儲器讀選通信號PSEN在讀外部在讀外部ROM時時 PSEN 有效（低電平），實現(xiàn)外部有效（低電平），實現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。單元的讀操作。3、芯片引腳的第二功能、芯片引腳的第二功能（1）P3口的第二功能口的第二功能（2）EPROM存儲器程序固化所需要的信號存儲器程序固化所需要的信號PROG：編程脈沖：編程脈沖Vpp: 編程電壓（編程電壓（25V）（3）備用

12、電源引入）備用電源引入VPD：當電源發(fā)生故障時，當電源發(fā)生故障時，電壓降低到下限值時，電壓降低到下限值時，備用電源經(jīng)此端向內(nèi)備用電源經(jīng)此端向內(nèi)部部RAM提供電壓，以提供電壓，以保護內(nèi)部保護內(nèi)部RAM中的信中的信息不丟失息不丟失第一功能與第二功能的區(qū)分：第一功能與第二功能的區(qū)分：1）P3口線按需要優(yōu)先選用第二功能，剩下不用的才作為口口線按需要優(yōu)先選用第二功能，剩下不用的才作為口 線使用線使用2）對于）對于9、30、31引腳：引腳：由于單片機在不同工作方式的信號，不會發(fā)生使用上的由于單片機在不同工作方式的信號，不會發(fā)生使用上的矛盾矛盾2.2 MCS-512.2 MCS-51單片機并行單片機并行I/

13、OI/O端口電路端口電路I/OI/O口口P P0 0、P P1 1、P P2 2、P P3 3集數(shù)據(jù)輸入緩沖、數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動及鎖集數(shù)據(jù)輸入緩沖、數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動及鎖存等多項功能于一體存等多項功能于一體截截止止01111.P1.P1 1口口輸出輸出1內(nèi)有電阻，輸內(nèi)有電阻，輸出時無需外接出時無需外接上拉電阻上拉電阻8 8位口線的電路完全相同但相互獨立位口線的電路完全相同但相互獨立導導通通1000輸出輸出0輸入時要區(qū)分：輸入時要區(qū)分：讀引腳（讀引腳（P1.x）指令：）指令：MOV A, P1 MOV C, P1.x讀端口（讀端口（Q）指令：）指令：ANL P1, #0FH CPL P1.x導導通通1000

14、讀引腳時，當數(shù)據(jù)線輸出為讀引腳時，當數(shù)據(jù)線輸出為0時可能會讀到錯誤的數(shù)據(jù)時可能會讀到錯誤的數(shù)據(jù)導通的場效應管則將輸入設備的高電平導通的場效應管則將輸入設備的高電平1下拉到低電平下拉到低電平0，嚴重時還會造成短路，損壞設備嚴重時還會造成短路，損壞設備 截截止止0111P P1 1口作輸入口使用時，先向鎖存器寫入口作輸入口使用時，先向鎖存器寫入1 1，使輸出驅(qū)動，使輸出驅(qū)動電路的電路的FETFET截止截止2.P2.P2 2口口可作通用可作通用I/OI/O口使用，也可作地址輸出口使用口使用，也可作地址輸出口使用3. P3. P3 3口口可作通用可作通用I/OI/O口使用，而第二功能更重要口使用，而第

15、二功能更重要作為一般輸出口（第一輸出功能）使用時作為一般輸出口（第一輸出功能）使用時 1打開打開作為一般輸出口（第一輸出功能）使用時作為一般輸出口（第一輸出功能）使用時 1打開打開當選擇第二輸出功能時，當選擇第二輸出功能時， 1打開打開作為一般輸入口（第一輸入功能）使用時作為一般輸入口（第一輸入功能）使用時 110截止截止作為一般輸入口（第一輸入功能）使用時作為一般輸入口（第一輸入功能）使用時 或第二輸入功能時或第二輸入功能時 110截止截止4.P4.P0 0口口（1）P0口作為通用的口作為通用的I/O口使用口使用P0P0口作通用口作通用I/OI/O口口輸出輸出使用使用0封鎖封鎖0截截止止P0

16、P0口作通用口作通用I/OI/O口口輸出輸出使用使用0封鎖封鎖0截截止止11001截截止止P0P0口作通用口作通用I/OI/O口口輸出輸出使用使用0封鎖封鎖0截截止止00110導導通通P0P0口作通用口作通用I/OI/O口口輸入輸入使用使用0封鎖封鎖0截截止止讀讀引引腳腳讀鎖存器讀鎖存器（2）P0口作為地址口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用數(shù)據(jù)總線使用 1打開打開傳送地址或數(shù)據(jù)時傳送地址或數(shù)據(jù)時1打開打開110導導通通截截止止10傳送地址或數(shù)據(jù)時傳送地址或數(shù)據(jù)時1打開打開001導導通通截截止止01輸入數(shù)據(jù)信息時輸入數(shù)據(jù)信息時截截止止0負載能力負載能力P0 P0 驅(qū)動驅(qū)動8 8個個TTLTTLP1P1、P

17、2P2、P2 P2 驅(qū)動驅(qū)動4 4個個TTLTTL2.3 MCS-51單片機的存儲器結(jié)構單片機的存儲器結(jié)構 MCS-51單片機存儲器地址空間分配圖單片機存儲器地址空間分配圖 內(nèi)部存儲器內(nèi)部存儲器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM內(nèi)部程序存儲器內(nèi)部程序存儲器ROM低低128單元單元高高128單元單元2.3.1 程序存儲器（ROMROM）n 類型類型腌膜腌膜ROMROMEPROMEPROMEEPROMEEPROMFlash ROMFlash ROMn 片內(nèi)尋址范圍片內(nèi)尋址范圍EA=1EA=1時：時： （否則（否則64KB64KB全部限定在片外全部限定在片外) )5151系列，系列，4KB4KB，0

18、000H 0000H 0FFFH 0FFFH5252系列，系列，8KB8KB，0000H 0000H 1FFFH 1FFFHn 一組特殊單元一組特殊單元RESET RESET 地址：地址： 0000H0000H1.1. 中斷向量：中斷向量：0003H 0003H 000AH 000AH外部中斷外部中斷（INT0INT0）地址區(qū)地址區(qū) 000BH 000BH 0012H 0012H定時器定時器/ /計數(shù)器中斷計數(shù)器中斷（T0T0）地址區(qū)地址區(qū) 0013H 0013H 001AH 001AH外部中斷外部中斷（INT1INT1）地址區(qū)地址區(qū) 001BH 001BH 0022H 0022H定時器定時器

19、/ /計數(shù)器中斷計數(shù)器中斷（T1T1）地址區(qū)地址區(qū)0023H 0023H 002AH 002AH串行中斷串行中斷（SerialSerial）地址區(qū)地址區(qū)中斷響應后，系統(tǒng)能按中斷種類，自動轉(zhuǎn)到各中斷區(qū)的首中斷響應后，系統(tǒng)能按中斷種類，自動轉(zhuǎn)到各中斷區(qū)的首地址去執(zhí)行程序地址去執(zhí)行程序但但8個單元難以存下一個完整的中斷服務程序，個單元難以存下一個完整的中斷服務程序，故一般在中斷地址區(qū)首地址開始存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令故一般在中斷地址區(qū)首地址開始存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令JMP、 AJMP以便中斷響應后，通過中斷地址區(qū)，轉(zhuǎn)到以便中斷響應后，通過中斷地址區(qū)，轉(zhuǎn)到中斷服務程序的實際入口地址去中斷服務程序的實際入

20、口地址去系統(tǒng)復位后，（系統(tǒng)復位后，（PC）=0000H單片機從單片機從0000H單元開始取指令執(zhí)行程序單元開始取指令執(zhí)行程序一般在這三個單元中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令一般在這三個單元中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令 JMP、 AJMP2.3.2 數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器MOV指令指令MOVX指令指令用于存放運算的中間用于存放運算的中間結(jié)果、標志位以及數(shù)結(jié)果、標志位以及數(shù)據(jù)的暫存和緩沖等據(jù)的暫存和緩沖等 1. 基本基本RAM區(qū)區(qū)按用途分三個區(qū)按用途分三個區(qū)通用寄存器區(qū)通用寄存器區(qū)位尋址區(qū)位尋址區(qū)用戶用戶RAM區(qū)區(qū)（1）工作寄存器區(qū)（）工作寄存器區(qū)（001FH） 30H2FH00H20H1FH7FH通用寄存器區(qū)

21、(4組)位尋址區(qū)128bit00H7FH堆棧/數(shù)據(jù)緩沖區(qū)80Byte16Byte32Byte4組工作寄存器組組工作寄存器組地址范圍：地址范圍：00H1FH，共4組，每組R0R7。當前寄存器組選擇：當前寄存器組選擇：通過設置PSW中的位 RS1、RS0完成。僅當前R組以寄存器方式工作,其他組以存儲器方式功能：功能：存放常用變量，提高訪問速度;在中斷或程序調(diào)用時使用，可減少堆棧中的數(shù)據(jù)保護30H2FH07H00H20H1FH7FHR3組R2組R1組R0組位尋址區(qū)128bit00H7FH堆棧/數(shù)據(jù)緩沖區(qū)80Byte16ByteRS1 RS011100100工作寄存器組設置參數(shù)30H2FH00H20H

22、1FH7FH通用寄存器區(qū)(4組)位尋址區(qū)堆棧/數(shù)據(jù)緩沖區(qū)80Byte16Byte(128bit)32Byte00H7FH（2）位尋址區(qū)）位尋址區(qū)（16Byte）地址范圍：地址范圍：20H2FH對應位地址：對應位地址：00H7FH功能功能可進行位操作，設置用戶標志未作位操作單元，可進行字節(jié)操作30H2FH00H20H1FH7FH通用寄存器區(qū)(4組)位尋址區(qū)堆棧/數(shù)據(jù)緩沖區(qū)80Byte16Byte(128bit)32Byte00H7FH（3）堆棧）堆棧/用戶數(shù)據(jù)區(qū)用戶數(shù)據(jù)區(qū)地址范圍：地址范圍：30H7FH功能功能程序堆棧區(qū)常選高端連續(xù)地址（如：50H7FH）用戶數(shù)據(jù)區(qū)2.特殊功能寄存器（SFRSF

23、R）高128單元地址范圍：地址范圍：物理地址分布在80HFFH中；未作定義單元，操作無效。數(shù)量：數(shù)量：51系列共有SFR 21個，如圖； 52系列SFR 26個。操作方式：操作方式：訪問時，可用寄存器符號或地址；字節(jié)操作位操作（表中帶*號的SFR）專用寄存器簡介專用寄存器簡介1. 程序計數(shù)器程序計數(shù)器 （Program Counter）16位計數(shù)器，尋址范圍64KB；存放下一條要執(zhí)行的指令的地址；自動加1，保證指令順序執(zhí)行；PC無地址，不能直接操作。2. 累加器累加器A（AccAccumulator）8位寄存器 （The most versatile使用頻率最高 register)3. B寄存

24、器寄存器8位寄存器，用于乘除運算。也可作一般數(shù)據(jù)寄存器 。專用寄存器簡介專用寄存器簡介返回本節(jié)4. 數(shù)據(jù)指針數(shù)據(jù)指針DPTR（Data Pointer）16位寄存器，尋址范圍64KB;由兩個8位寄存器（DPH DPL）組成；用于存放ROM及片外RAM地址。如：MOV DPTR,#2000H（無符號數(shù)）（無符號數(shù)）5 程序狀態(tài)字（程序狀態(tài)字（Program Status Word） 8位寄存器，存放指令執(zhí)行的狀態(tài)信息。堆棧只允許在其一端進行數(shù)據(jù)插入和數(shù)據(jù)刪除操作的線性表堆棧只允許在其一端進行數(shù)據(jù)插入和數(shù)據(jù)刪除操作的線性表數(shù)據(jù)寫入堆棧稱為插入運算（入棧），數(shù)據(jù)寫入堆棧稱為插入運算（入棧），PUSH

25、從堆棧中讀出數(shù)據(jù)稱為刪除運算（出棧），從堆棧中讀出數(shù)據(jù)稱為刪除運算（出棧），POP堆棧的特點：后進先出堆棧的特點：后進先出 LIFO（Last-In Firt-Out)（1）堆棧的功用）堆棧的功用堆棧是為子程序調(diào)用和中斷操作而設立的堆棧是為子程序調(diào)用和中斷操作而設立的功能功能保護斷點：調(diào)用子程序時或中斷服務之前先把主程序保護斷點：調(diào)用子程序時或中斷服務之前先把主程序 的斷點保護起來的斷點保護起來保護現(xiàn)場：轉(zhuǎn)子程序或中斷服務程序前把有關寄存單保護現(xiàn)場：轉(zhuǎn)子程序或中斷服務程序前把有關寄存單 元的內(nèi)容保存起來元的內(nèi)容保存起來6 堆棧指針堆棧指針 SP（Stack Pointer）（2）堆棧的開辟）堆

26、棧的開辟堆棧開辟在芯片的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器中，即內(nèi)堆棧堆棧開辟在芯片的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器中，即內(nèi)堆棧內(nèi)堆棧優(yōu)點：操作速度快內(nèi)堆棧優(yōu)點：操作速度快缺點：容量有限缺點：容量有限（3）堆棧指示器）堆棧指示器SP（Stack Pointer）8位專用寄存器位專用寄存器 SP的內(nèi)容就是堆棧的內(nèi)容就是堆棧棧頂棧頂?shù)牡拇鎯卧刂反鎯卧刂废到y(tǒng)復位后，系統(tǒng)復位后，SP的內(nèi)容為的內(nèi)容為07H07H是是R7的地址，的地址，一般用一般用30H7FH單元比較好單元比較好30H2FH00H20H1FH7FH通用寄存器區(qū)(4組)位尋址區(qū)128bit00H7FH堆棧/數(shù)據(jù)緩沖區(qū)80Byte16Byte32Byte（4）堆棧類型

27、）堆棧類型兩種類型兩種類型向上生長型向上生長型向下生長型向下生長型進棧操作：先進棧操作：先SP加加1，后寫入數(shù)據(jù)，后寫入數(shù)據(jù)出棧操作：先讀出數(shù)據(jù)，后出棧操作：先讀出數(shù)據(jù)，后SP減減1進棧操作：先進棧操作：先SP減減1，后寫入數(shù)據(jù)，后寫入數(shù)據(jù)出棧操作：先讀出數(shù)據(jù)，后出棧操作：先讀出數(shù)據(jù)，后SP加加15、堆棧使用方式、堆棧使用方式兩種使用方式兩種使用方式自動方式：即在調(diào)用子程序或中斷時，自動方式：即在調(diào)用子程序或中斷時， 返回地址（斷點）自動進棧，返回地址（斷點）自動進棧， 程序返回時，斷點再自動彈程序返回時，斷點再自動彈 回回PC指令方式：即使用專用的堆棧操作指令，指令方式：即使用專用的堆棧操作

28、指令， 進行進出棧操作進行進出棧操作 進棧指令進棧指令 PUSH 出棧指令出棧指令 POP堆棧的操作堆棧的操作保護恢復斷點，保護恢復斷點，SP自動加自動加1或減或減1；入棧入棧PUSH ACCPUSH B出棧出棧POP B ；后入先出；后入先出PUSH ACC2.4 MCS-51單片機的時鐘電路與時序單片機的時鐘電路與時序時鐘電路：時鐘電路：產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號時序：時序：指令執(zhí)行中各信號之間的相互時間關系指令執(zhí)行中各信號之間的相互時間關系2.4.1 時鐘電路時鐘電路1. 振蕩電路振蕩電路C1、C2：30pF晶振頻率：晶振頻率：1.2MHz33MHz40

29、MHzPD電源控制寄存器電源控制寄存器PCON.1的掉電方式位的掉電方式位PD=0正常工作，正常工作，PD=1進入掉電工作方式進入掉電工作方式XTAL2XTAL1SSV外部時鐘XTAL2XTAL1SSV浮空外部時鐘圖圖2.4.2 HMOS工藝器件外部時鐘方式工藝器件外部時鐘方式圖圖2.4.3 CHMOS工藝器件外部時鐘方式工藝器件外部時鐘方式外接脈沖的要求：高低電平持續(xù)時間大于外接脈沖的要求：高低電平持續(xù)時間大于20ns， 脈沖頻率小于脈沖頻率小于12MHz2.分頻電路分頻電路振蕩信號并不能直接為單片機所用，而要進行分頻，經(jīng)振蕩信號并不能直接為單片機所用，而要進行分頻，經(jīng)分頻后才能得到單片機各

30、種相關的時鐘信號分頻后才能得到單片機各種相關的時鐘信號2.4.2 時序時序四個有關的單位：四個有關的單位：振蕩周期、狀態(tài)周期、機器周期、指令周期振蕩周期、狀態(tài)周期、機器周期、指令周期1、振蕩周期、振蕩周期P拍節(jié)定義：拍節(jié)定義：震蕩脈沖的周期。用震蕩脈沖的周期。用“P”表示表示時序：時序：指令執(zhí)行中各信號之間的相互時間關系指令執(zhí)行中各信號之間的相互時間關系P時鐘信號的周期定義為時鐘信號的周期定義為狀態(tài)狀態(tài)，用，用“S”表示表示一個狀態(tài)包含兩個拍節(jié)：一個狀態(tài)包含兩個拍節(jié)：前半周期對應的拍節(jié)叫前半周期對應的拍節(jié)叫拍節(jié)拍節(jié)1（P1）后半周期對應的拍節(jié)叫后半周期對應的拍節(jié)叫拍節(jié)拍節(jié)2（P2）2、時鐘周期

31、、時鐘周期SS3. 機器周期：完成一個基本操作所需要的時間機器周期：完成一個基本操作所需要的時間一個機器周期的寬度為一個機器周期的寬度為6個狀態(tài)：個狀態(tài)：S1S6一個機器周期總共有一個機器周期總共有12個拍節(jié)：個拍節(jié)： S1P1，S1P2，S6P2當震蕩脈沖頻率為當震蕩脈沖頻率為12MHz時，一個機器周期為時，一個機器周期為1s當震蕩脈沖頻率為當震蕩脈沖頻率為6MHz時，一個機器周期為時，一個機器周期為2s4、指令周期、指令周期執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期指令周期以機器周期的數(shù)目來表示，包括：指令周期以機器周期的數(shù)目來表示，包括：單機器周期、雙機器周

32、期、四機器周期單機器周期、雙機器周期、四機器周期單字節(jié)單機器周期指令、單字節(jié)單機器周期指令、單字節(jié)雙機器周期指令、單字節(jié)雙機器周期指令、雙字節(jié)單機器周期指令、雙字節(jié)單機器周期指令、雙字節(jié)雙機器周期指令、雙字節(jié)雙機器周期指令、三字節(jié)雙機器周期指令和三字節(jié)雙機器周期指令和單字節(jié)四機器周期指令等。單字節(jié)四機器周期指令等。按指令代碼在存儲器中所占的存儲長度可分為按指令代碼在存儲器中所占的存儲長度可分為單字節(jié)指令、雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令。單字節(jié)指令、雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令。 2.5 MCS-512.5 MCS-51單片機的工作方式單片機的工作方式2.5.1 2.5.1 復位方式復位方式每個機器周期的每個

33、機器周期的S5P21. 復位信號復位信號2. 2. 復位操作復位操作抑制外部干擾信號抑制外部干擾信號在每個機器周期的在每個機器周期的S5P2時刻采樣施密特觸發(fā)器的輸出，時刻采樣施密特觸發(fā)器的輸出，連續(xù)兩次采樣到高電平才確認是復位信號。連續(xù)兩次采樣到高電平才確認是復位信號。故要求復位信號高電平在故要求復位信號高電平在RST端至少保持兩個機器周期。端至少保持兩個機器周期。CPU響應復位信號后，使內(nèi)部特殊功能寄存器的狀態(tài)置為響應復位信號后，使內(nèi)部特殊功能寄存器的狀態(tài)置為初始狀態(tài)，以后，每個機器周期復位一次，直到復位信號初始狀態(tài)，以后，每個機器周期復位一次，直到復位信號消失為止消失為止3. 復位方式復

34、位方式（1）上電自動復位）上電自動復位（2）按鍵手動復位）按鍵手動復位2.5.2 程序執(zhí)行方式程序執(zhí)行方式 連續(xù)運行：程序從PC = 0000H單元開始順序運行。0000H0000H主程序入口主程序入口0003H0003H外部中斷外部中斷0 0入口地址入口地址000BH000BH定時器計數(shù)器定時器計數(shù)器0 0溢出中斷入口地址溢出中斷入口地址0013H0013H外部中斷外部中斷1 1入口地址入口地址001BH001BH定時器計數(shù)器定時器計數(shù)器1 1溢出中斷入口地址溢出中斷入口地址0023H0023H串行口中斷入口地址串行口中斷入口地址2.5.2 單步執(zhí)行方式單步執(zhí)行方式按一次鍵執(zhí)行一條指令，通常

35、用于：按一次鍵執(zhí)行一條指令，通常用于：調(diào)試程序、調(diào)試程序、跟蹤程序執(zhí)行、跟蹤程序執(zhí)行、了解程序執(zhí)行過程。了解程序執(zhí)行過程。硬件設計：硬件設計：以按鍵產(chǎn)生脈沖信號經(jīng)以按鍵產(chǎn)生脈沖信號經(jīng) 端輸入端輸入0INT不按鍵時為低電平，按下鍵時為高電平不按鍵時為低電平，按下鍵時為高電平軟件設計：軟件設計： JNB P3.2， ；若；若=0，則等待，則等待 JB P3.2， ；若；若=1，則等待，則等待 RETI ；返回主菜單；返回主菜單2.5.4 低功耗方式低功耗方式 降低功耗可使電源輕便又保證長期供電；降低功耗可使電源輕便又保證長期供電； 低功耗可降低芯片的發(fā)熱量，使芯片排列緊密，提高低功耗可降低芯片的發(fā)

36、熱量，使芯片排列緊密，提高芯片的集成度，降低芯片的封裝成本；芯片的集成度，降低芯片的封裝成本； 低功耗芯片工作時發(fā)熱量少，有利于提高芯片工作的低功耗芯片工作時發(fā)熱量少，有利于提高芯片工作的可靠性；可靠性； 單片機芯片的低功耗，使單片機系統(tǒng)的整體低功耗。單片機芯片的低功耗，使單片機系統(tǒng)的整體低功耗。兩種低功耗工作方式：兩種低功耗工作方式：HMOS：掉電工作方式：掉電工作方式CHMOS：節(jié)電運行方式：節(jié)電運行方式1. HMOS的掉電工作方式的掉電工作方式掉電工作方式下，只有內(nèi)部掉電工作方式下，只有內(nèi)部RAM和專用寄存器繼續(xù)工作，和專用寄存器繼續(xù)工作，以保持其內(nèi)容以保持其內(nèi)容當電源當電源VCC恢復時

37、，備用電源還應保持一段時間（約恢復時，備用電源還應保持一段時間（約10ms）單片機恢復工作的第一件事是現(xiàn)場恢復，把被保護的數(shù)據(jù)送單片機恢復工作的第一件事是現(xiàn)場恢復，把被保護的數(shù)據(jù)送回原處回原處2. CHMOS的節(jié)電運行方式的節(jié)電運行方式待機方式待機方式掉電保護方式掉電保護方式時鐘發(fā)生器至CPUOSC至中斷系統(tǒng)、串行接口和定時器XTAL1XTAL2PDIDL位序PCON.7PCON.6PCON.5PCON.4PCON.3PCON.2PCON.1PCON.0位符號SMODGF1GF0PDIDLPD=1，進入掉電方式，進入掉電方式IDL=1，進入待機方式，進入待機方式SMOD： 波特率倍頻位。若此位

38、為波特率倍頻位。若此位為1，則串行口方式，則串行口方式1、方式、方式2和和方式方式3的波特率加倍。的波特率加倍。GF1和和GF0： 通用標志位。通用標志位。PD： 掉電模式位。此位寫掉電模式位。此位寫1即啟動掉電方式，時鐘凍結(jié)。即啟動掉電方式，時鐘凍結(jié)。IDL： 待機模式位。此位寫待機模式位。此位寫1即啟動待機模式。這時即啟動待機模式。這時CPU因無時因無時鐘控制而停止運作。如果同時向鐘控制而停止運作。如果同時向PD和和IDL兩位寫兩位寫1，則，則PD優(yōu)先。優(yōu)先。80C51中中PCON的復位值為的復位值為00000B。時鐘發(fā)生器至CPUOSC至中斷系統(tǒng)、串行接口和定時器XTAL1XTAL2PDIDLCPU執(zhí)行完置執(zhí)行完置IDL=1(PCON.1）的指令后，系統(tǒng)進入待機工作方式。）的指令后，系統(tǒng)進入待機工作方式。0CPU得不到時鐘停止工作，與得不到時鐘停止工作，與CP