MCS-51系列單片機的結(jié)構(gòu)和時序

第2章MCS-51系列單片機的結(jié)構(gòu)和時序本章重點：了解51系列單片機基本結(jié)構(gòu)；了解51系列單片機的引腳名稱及功能；掌握存儲器（內(nèi)RAM）結(jié)構(gòu)；掌握PSW寄存器各位名稱及功能；掌握復位后PC、PSW的狀態(tài)。2.1MCS-51系列單片機的結(jié)構(gòu)與引腳2.2MCS-51系列單片機的存儲器結(jié)構(gòu)2.3MCS-51系列單片機的時鐘電路和時序2.4MCS-51系列單片機的復位與掉電處理

本章小結(jié)http://2.1MCS-51系列單片機的結(jié)構(gòu)與引腳2.1.1MCS-51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8031無http://http://2.1.2MCS-51系列單片機內(nèi)部主要組成部分介紹1．中央處理器（CPU）（1）運算器運算器由ALU（算術(shù)及邏輯運算單元）、A（累加器）、B寄存器、PSW（程序狀態(tài)字寄存器）和暫存器等組成，主要功能用于實現(xiàn)算術(shù)運算和邏輯運算。（2）控制器控制器由程序計數(shù)器PC、指令寄存器、指令譯碼器、堆棧指針SP、數(shù)據(jù)指針DPTR、定時與控制邏輯電路等組成。單片機的執(zhí)行指令是在控制下進行的。

http://程序計數(shù)器PC：是一個16位的專用寄存器，用來存放即將要執(zhí)行的指令地址，可對64KB的程序存儲器直接尋址。

注：PC沒有地址，是不可尋址的，因此用戶無法對它進行直接讀寫。但可以通過轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令改變其內(nèi)容，實現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)移。指令寄存器：指令寄存器是一個8位的寄存器，用于暫存待執(zhí)行的指令代碼，等待譯碼。（2）控制器http://8051單片機中共有256個RAM單元，包括低128個單元（地址為00H~7FH）的內(nèi)部RAM區(qū)和高128B（地址為80H~FFH）的特殊功能寄存器區(qū)。8051單片機共有4KB的內(nèi)部ROM，用于存放程序或表格，稱為程序存儲器。2.內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器3.內(nèi)部程序存儲器http://四個雙向的8位并行I/O口，每個端口可以按字節(jié)輸入或輸出，每一條I/O線也可以單獨用作輸入或輸出。

8051片內(nèi)有一個全雙工的串行口，以實現(xiàn)單片機和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。4．I/O端口5．串行口http://

8051帶有2個16位的計數(shù)器，既可以作為定時器用于對被控系統(tǒng)進行定時控制，也可以作為計數(shù)器用于產(chǎn)生各種不同頻率的矩形波及用于測量脈沖寬度等。

8051單片機有5個中斷源，2個中斷優(yōu)先級。

6．定時/計數(shù)器7．中斷控制系統(tǒng)http://2.1.3MCS-51系列單片機的引腳1.電源線：VCC(+5V)、VSS(地）2.振蕩電路：XTAL1、XTAL23.復位引腳：RST4.并行口：P0、P1、P2、P35.EA：訪問程序存儲控制信號6.PSEN：外部ROM讀選通信號7.ALE：地址鎖存控制信號注：P0、P2、P3口還具有第二功能http://P0、P2、P3口的第二功能http://2.2MCS-51系列單片機的存儲器結(jié)構(gòu)MCS-51單片機內(nèi)部有程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩大類。程序存儲器：用于存放程序和常數(shù)?！猂OM類存儲器（4KB，但8031片內(nèi)無ROM）數(shù)據(jù)存儲器：MCS-51系列單片機的數(shù)據(jù)存儲器由片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（采用8位二進制數(shù)尋址），用于存放中間結(jié)果或暫存數(shù)據(jù)，部分單元作為特殊功能寄存器?！猂AM類存儲器http://在物理結(jié)構(gòu)上分為四個存儲空間：片內(nèi)程序存儲器、片外程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器、片外數(shù)據(jù)存儲器。從邏輯上分為三個存儲器地址空間：⑴片內(nèi)、片外統(tǒng)一編址的64KB程序存儲器地址空間0000H~FFFFH；⑵64KB的外部數(shù)據(jù)存儲器或擴展I/O口地址空間0000H~FFFFH；⑶256B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器地址空間00H~FFH（包括低128B的內(nèi)部RAM地址00H~7FH和高128B的特殊功能寄存器地址空間）。http://2.2.1程序存儲器外部ROM60KB內(nèi)部ROM4KBEA＝1外部ROM4KBEA＝0FFFFH1000H0FFFH0000H0FFFH0000H注：程序存儲器用MOVC指令訪問http://http://2.2.2數(shù)據(jù)存儲器特殊功能寄存器128B內(nèi)部RAM128B外部RAM64KBFFH80H7FH00HFFFFH0000H注1：用MOV指令讀寫注2：用MOVX指令讀寫http://內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器FFH80H7FH30H2FH20H1FH00H特殊功能寄存器SFR用戶RAM區(qū)位尋址區(qū)通用寄存器區(qū)http://1.通用寄存器區(qū)通用寄存器區(qū)共分4個區(qū)，每個區(qū)有8個單元，每個區(qū)的8個單元從低地址到高地址分別命名為R0－R7。復位后當前工作寄存器區(qū)為0區(qū)，可以通用對PSW中的RS1、RS0的設(shè)置改變當前工作寄存器區(qū)。

RS1RS0被選寄存器組

000區(qū)

011區(qū)

102區(qū)

113區(qū)R7…R0R7…R0R7…R0R7R6R5R4R3R2R1R01FH|18H17H|10H0FH|08H07H06H05H04H03H02H01H00H3區(qū)2區(qū)1區(qū)0區(qū)http://2.位尋址區(qū)字節(jié)地址為20H～2FH，既可作RAM，也可位操作共有16個RAM單元，共128位，位地址為00H～7FH。注意：雖然位地址和字節(jié)地址的表現(xiàn)形式可以一樣，但因為位操作與字節(jié)操作的指令不同，所以不會混淆。http://2.位尋址區(qū)字節(jié)地址位地址D7D6D5D4D3D2D1D02FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H……22H17H16H15H14H13H12H11H10H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H20H07H06H05H04H03H02H01H00Hhttp://3.

通用RAM區(qū)：也稱用戶RAM區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)，只能進行字節(jié)尋址。A、堆棧（Stack）是按照“先進后出，后進先出”的原則來存取數(shù)據(jù)的一個內(nèi)部RAM區(qū)域，這個存儲器區(qū)域的一端是固定的，另一端是活動的，每個存儲單元是不能按字節(jié)任意訪問的。B、在使用堆棧之前，應規(guī)定堆棧的起始位置（固定端），稱為棧底。堆棧最后壓入或即將彈出數(shù)據(jù)的單元（活動端），稱棧頂。http://67HA3H46H棧底PUSH指令POP指令SP堆棧指針http://4.特殊功能寄存器21個SFR的地址離散地分部在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的80H－FFH地址空間。SFR占用21個單元，其余的大部分是空余單元，它們沒有定義不能作內(nèi)部RAM使用。有11個SFR具有位地址，可以進行位尋址，對應的位也有位名稱，它們的字節(jié)地址正好能被8整除。http://4.特殊功能寄存器1）累加器ACC：最常用的8位特殊功能寄存器，大部分指令的操作數(shù)取自于ACC，許多運算結(jié)果也存放在ACC中。A是累加器ACC的助記符。2）B寄存器：一個8位寄存器，主要用于乘法和除法操作。在其他指令中，作為一般的內(nèi)部RAM使用。3）程序狀態(tài)字寄存器PSW：一個8位的寄存器，用于存放程序運行中的各種狀態(tài)信息。CyACF0RS1RS0OVPPSWhttp://Cy:進位標志位。在進行加（或減）法運算時，若操作結(jié)果的最高位（D7位）有進位（或借位）時，Cy=1;否則Cy=0。AC:輔助進位標志位。在進行加（或減）運算時，若操作結(jié)果的低半字節(jié)（D3位）向高半字節(jié)產(chǎn)生進位（或借位）時，AC=1;否則AC=0。F0：用戶標志位。RS1、RS0：當前工作寄存器區(qū)選擇位。http://OV：溢出標志位。當進行補碼運算時，運算結(jié)果超出-128～＋127范圍時，即溢出，則OV=1；沒有溢出，則OV=0。

出現(xiàn)下列情況即為溢出（運算后OV＝1）：正數(shù)加正數(shù)為負數(shù)；負數(shù)加負數(shù)為正數(shù)；正數(shù)減負數(shù)為負數(shù)；負數(shù)減正數(shù)為正數(shù)；乘法時結(jié)果B≠0；除法運算時除數(shù)為0。P：奇偶校驗標志位。每條指令執(zhí)行完后，該位始終跟蹤累加器A中1的數(shù)目的奇偶性。如果A中有奇數(shù)個1，則P＝1；否則P＝0。http://【例】若A＝96H，執(zhí)行ADDA,#84H后，判斷Cy、AC、OV、P的狀態(tài)。解：執(zhí)行該指令

A96H+84HA1AH＝00011010BCy=1,AC=0,OV=1,P=1【例】若A＝36H，執(zhí)行ADDA,#3BH后，則：

A＝71H，Cy=0,AC=1,OV=0,P=0負數(shù)負數(shù)正數(shù)Why？http://4）堆棧指針SP：用于存放當前堆棧操作的單元地址，并根據(jù)入棧指令（PUSH）或出棧指令（POP）修改其內(nèi)容，SP始終指向棧頂。系統(tǒng)復位后，SP初始化為07H。5）數(shù)據(jù)指針DPTR：DPTR可以作為一個16位SFR使用，也可以作為兩個獨立的8位寄存器DPH和DPL來使用，其中DPH為8位，DPL為低8位。如：DPH＝34H，DPL＝A6H,則DPTR＝34A6H。6）I/O端口鎖存器P0～P3：P0～P3為四個8位的特殊功能寄存器，它們有字節(jié)地址和位地址。當I/O端口某一位用于輸入時，必須在相應口鎖存器的對應位先寫入1。7）其它的SFR有：TMOD、TCON、T0（TH0和TL0組成）、T1（由TH1和TL1組成）、IE、IP、SCON、SBUF、PCON等。http://2.3MCS-51單片機的時鐘電路和時序2.3.1振蕩器和時鐘電路時鐘頻率范圍要求在1.2MHz～12MHz之間。內(nèi)部振蕩器方式外部引入方式XTAL1單片機XTAL2

內(nèi)部振蕩器方式外部引入方式1。.。XTAL2單片機XTAL1

外部時鐘源+5Vhttp://2.3.2時序單位時鐘周期（又稱為振蕩周期）：是指振蕩器產(chǎn)生一個振蕩脈沖信號所用的時間，是振蕩頻率的倒數(shù)，稱為拍節(jié)。狀態(tài)周期：振蕩脈沖信號經(jīng)過內(nèi)部時鐘電路二分頻之后產(chǎn)生的單片機時鐘信號的周期（用S表示）稱為狀態(tài)周期。機器周期：是指CPU完成某一個規(guī)定操作所需的時間。MCS-51單片機的一個機器周期包含6個狀態(tài)，并依次表示為S1～S6，每個狀態(tài)分為2個節(jié)拍。依次表示為：S1P1、S1P2、S2P1、…、S6P1、S6P2。指令周期：CPU執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期。MCS-51單片機指令周期根據(jù)指令的不同，可包含有1或2或4個機器周期。http://不同晶振頻率下的各周期情況http://2.4MCS-51單片機的復位與掉電處理2.4.1復位與復位電路復位1.復位條件：RST引腳是復位信號的輸入端，復位信號是高電平有效，其有效時間應持續(xù)24個振蕩脈沖周期（即二個機器周期）以上。

【例】若使用頻率為6MHz的晶振，則復位信號持續(xù)時間至少為多少μs？解：∵fosc=6MHz

∴MC=12/fosc=12/6MHz=2μs

∴t=4μs所以復位信號至少持續(xù)4μs。http://復位后寄存器的狀態(tài)寄存器復位狀態(tài)寄存器復位狀態(tài)PC0000HTCON00HACC00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0～P3FFHSCON00HIP××000000BSBUF不定IE0××00000BPCON0×××××××B（NMOS）TMOD00H0×××0000B（CHMOS）http://復