[工学]单片机-第2章-单片机的硬件结构与原理课件.ppt

1、MCS-51单片机的硬件结构与原理单片机的硬件结构与原理周剑峰MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构MCS-51单片机系统硬件结构单片机系统硬件结构1、熟练掌握、熟练掌握MCS-51系列单片机基本结构，存储器结系列单片机基本结构，存储器结构，构，PC、PSW、SP、DPTR的组成及作用；的组成及作用；2、掌握堆栈的操作，、掌握堆栈的操作，8051的引脚功能，复位和程序的引脚功能，复位和程序工作方式，复位电路和时钟电路的组成，时钟和时序工作方式，复位电路和时钟电路的组成，时钟和时序的基本概念的基本概念教学目的要求：教学目的要求：重点：重点：MCS-51系列单片机基本结构、存储器结构、系列单

2、片机基本结构、存储器结构、PC、PSW、SP、DPTR的组成及作用、堆栈的操作的组成及作用、堆栈的操作和和8051的引脚功能。的引脚功能。难点：难点：PSW的定义和含义及应用价值的定义和含义及应用价值 MCS-51单片机系统硬件结构单片机系统硬件结构微处理器结构微处理器结构振荡与时钟振荡与时钟时钟周期、状态周期和机器周期时钟周期、状态周期和机器周期复位和复位电路复位和复位电路MCS-51单片机的引脚功能单片机的引脚功能MCS-51单片机内部结构示意图单片机内部结构示意图 时钟电路CPUROMRAMT0 T1中断系统串行接口并行接口P0 P1 P2 P3TXD RXDINT0 INT1定时计数器

3、结构框图结构框图中央处理器中央处理器CPU：8位，位，运算和控制运算和控制功能功能内部内部RAM：共共256个个RAM单单元，用户使用元，用户使用前前128个单元，个单元，用于存放可读用于存放可读写数据，后写数据，后128个单元被个单元被专用寄存器占专用寄存器占用。用。内部内部ROM：4KB掩膜掩膜ROM，用于存放程序、用于存放程序、原始数据和表原始数据和表格。格。定时定时/计数器：计数器：两个两个16位的定位的定时时/计数器，实计数器，实现定时或计数现定时或计数功能。功能。并行并行I/O口：口：4个个8位的位的I/O口口P0、P1、P2、P3。串行口：串行口：一个全一个全双工串行口。双工串行

4、口。中断控制系统：中断控制系统：5个中断源（外个中断源（外部中断部中断2个，定个，定时时/计数中断计数中断2 个，串行中断个，串行中断1个）个）时钟电路：时钟电路：可可产生时钟脉冲产生时钟脉冲序列，允许晶序列，允许晶振频率振频率6MHZ和和12MHZ微处理器结构微处理器结构n由单片机的内部结构可知，由单片机的内部结构可知，MCS-51单片机主要由以下单片机主要由以下几部分组成：几部分组成：中央处理器（中央处理器（CPU）振荡电路振荡电路内部总线内部总线程序存储器和数据存储器程序存储器和数据存储器定时器定时器/计数器计数器I/O口口串行口串行口中断系统中断系统MCS-51单片机外部引脚及其功能单

5、片机外部引脚及其功能MCS-51单片机外部引脚及其功能单片机外部引脚及其功能n制造工艺为制造工艺为HMOS的的系列单片机大都采用系列单片机大都采用40条引脚的双列直插条引脚的双列直插式封装（式封装（DIP)VCCVSSXTAL2XTAL1RSTP0.0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7P1.0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0ALEP3.0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7EA12345678910111213141516

6、17181920403938373635343332313029282726252424222180318051 875189C51外部引脚及其功能：电源及时钟nVcc(40脚)：接+5V电源；nVss(20脚)：接地;nXTAL1(19脚)：接外部晶体的一个引脚;nXTAL2(18脚)：接外部晶体的另一端;时钟引脚(18、19脚)外接晶体时与片内的反相放大器构成一个振荡器，它提供单片机的时钟控制信号。时钟引脚也可外接晶体振荡器。VCCVSSXTAL2XTAL1RSTP0.0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7P1.0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5

7、 P1.6 P1.7P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0ALEP3.0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7EA1234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222180318051 875189C51外部引脚及其功能：控制引脚nRSTVPD(9脚脚)当振荡器运当振荡器运行时，在此引脚加上两个机器行时，在此引脚加上两个机器周期的高电平将使单片机复位周期的高电平将使单片机复位(RST)；n ALEPROG(30脚脚)当单片当单片机访问外部存

8、贮器时，机访问外部存贮器时，ALE回路转回路转(地址锁存允许地址锁存允许)输出脉输出脉冲的下降沿用于锁存冲的下降沿用于锁存16位地址位地址的低的低8位。即使不访问外部存位。即使不访问外部存贮器，贮器，ALE端仍有周期性正端仍有周期性正脉冲输出，其频率为振荡器频脉冲输出，其频率为振荡器频率的率的16；VCCVSSXTAL2XTAL1RSTP0.0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7P1.0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0ALEP3.0P3.1P3.2 P3

9、.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7EA1234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222180318051 875189C51外部引脚及其功能：控制引脚nPSEN(29脚脚)：此输出为访问外部：此输出为访问外部程序存贮器的读选通信号；程序存贮器的读选通信号；nEAVpp(31脚脚)：当：当EA端保持高端保持高电平时，单片机访问的是内部程电平时，单片机访问的是内部程序存贮器序存贮器(对对8051、8751来说来说)，但，但当当PC(程序计数器程序计数器)值超过某值值超过某值（如（如8751内部含有

10、内部含有4KB EPROM，值为值为0FFFH）时，将自动转向执）时，将自动转向执行外部程序存贮器内的程序。当行外部程序存贮器内的程序。当EA端保持低电平时，则不管是否端保持低电平时，则不管是否有内部程序存贮器而只访问外部有内部程序存贮器而只访问外部程序存贮器程序存贮器。VCCVSSXTAL2XTAL1RSTP0.0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7P1.0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0ALEP3.0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P

11、3.6 P3.7EA1234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222180318051 875189C51外部引脚及其功能：输入输出4个8位并行 I/O 接口引脚P0.0P0.7、P1.01.7、P2.0P2.7 和P3.0P3.7 为多功能引脚，可自动切换用作数据总线、地址总线、控制总线和或I/O 接口外部引脚VCCVSSXTAL2XTAL1RSTP0.0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7P1.0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7P2.7

12、 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0ALEP3.0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7EA1234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222180318051 875189C51n P0口：口：MCS51单片机中有个双向（位）并行单片机中有个双向（位）并行I/O 端口（线），每线都配备独立的端口锁存器、输出驱端口（线），每线都配备独立的端口锁存器、输出驱动器和输入缓冲器，用于与外界设备之间交换信息。动器和输入缓冲器，用于与外界设备之间交换信息

13、。图图P0口除了作普通的口除了作普通的I/O口，直接和外部口，直接和外部设备打交道外设备打交道外;还用还用作片外总线的地址作片外总线的地址总线总线AB0-AB7的低的低八位和数据总线。八位和数据总线。注：单片机复位后注：单片机复位后4个端口对外均呈现个端口对外均呈现高电平高电平 外部引脚及其功能：输入输出图图P1口只用作普口只用作普通输入输出口通输入输出口 P1口口 从单片机的使用角度来看，从单片机的使用角度来看，P1是一个真正的双向口，是一个真正的双向口，而其他三个端口都是准双向口。而其他三个端口都是准双向口。注意：注意：和和P0、P2口一样，为防口一样，为防止口锁存器对输入口线造成影响，止

14、口锁存器对输入口线造成影响，P1口作输入时，也必须先往口作输入时，也必须先往口锁存器写口锁存器写1。外部引脚及其功能：输入输出外部引脚及其功能：输入输出P2口除了作普通的口除了作普通的I/O口，直接和外口，直接和外部设备打交道外部设备打交道外;还用作片外总线的还用作片外总线的地址总线的高八位地址总线的高八位地址线地址线AB8-AB15 P2口口：P0口在作输出入口使用时，由于它无内部上拉电阻，口在作输出入口使用时，由于它无内部上拉电阻，为了在口线上输出高电平并具有一定的驱动能力，必须外接上为了在口线上输出高电平并具有一定的驱动能力，必须外接上拉电阻。拉电阻。注意：注意：作输入口使用时，为了防止

15、口锁存器对输入口作输入口使用时，为了防止口锁存器对输入口线的输入信号造成影响，线的输入信号造成影响，必须先往口锁存器写必须先往口锁存器写1。同理，。同理，P2口作口作输入时，也必须先往口锁存器写输入时，也必须先往口锁存器写1。图图图图P3口除了作普通的口除了作普通的I/O口（功能和口（功能和P1口一样）直接和外口一样）直接和外部设备打交道外部设备打交道外;还具有第二功能。还具有第二功能。P3.0 串行输入口串行输入口(RXD)P3.1 串行输出口串行输出口(TXD)P3.2 外中断外中断0(INT0)P3.3 外中断外中断1(INT1)P3.4 定时定时/计数器计数器0的外部输入口的外部输入口

16、(T0)P3.6 外部数据存储器写选通外部数据存储器写选通(WR)P3.5 定时定时/计数器计数器1的外部输入口的外部输入口(T1)P3.7 外部数据存储器读选通外部数据存储器读选通(RD)外部引脚及其功能：输入输出外部引脚及其功能：输入输出外部引脚及其功能：输入输出外部引脚及其功能：输入输出nI/O端口小结：端口小结：P0-P3均可作均可作I/O端口，但只有端口，但只有P1口只作口只作I/O端口；端口；只有只有P0口是双向口，口是双向口，P1-P3为准双向口为准双向口只有只有P0口可用作系统的数据总线口可用作系统的数据总线内部寄存器及其功能内部寄存器及其功能内部寄存器及其功能内部寄存器及其功

17、能n累加器累加器Accumulator(ACC)n功能功能:累加器累加器A是一个最常用的专用寄存器，大部分是一个最常用的专用寄存器，大部分单操作指令的一个操作数取自累加器，很多双操作数单操作指令的一个操作数取自累加器，很多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。指令中的一个操作数也取自累加器。n加、减、乘、除法运算的指令，运算结果都存放于累加、减、乘、除法运算的指令，运算结果都存放于累加器加器A或寄存器或寄存器B中。中。n大部分的数据操作都会通过累加器大部分的数据操作都会通过累加器A进行，它形象于进行，它形象于一个数据运输中转站，在数据传送过程中，任何两个一个数据运输中转站，在数据传送过程中，

18、任何两个不能直接实现数据的传送单元之间，通过累加器不能直接实现数据的传送单元之间，通过累加器A中中转，都能送达目的地。转，都能送达目的地。内部寄存器及其功能内部寄存器及其功能n寄存器寄存器Bn功能功能:在乘除法指令中，乘法指令中的在乘除法指令中，乘法指令中的两个操作数分别取自累加器两个操作数分别取自累加器A和寄存器和寄存器B，其结果存放于其结果存放于A、B寄存器对中。除法指寄存器对中。除法指令中，被除数取自累加器令中，被除数取自累加器A，除数取自寄，除数取自寄存器存器B，结果商存放于累加器，结果商存放于累加器A，余数存，余数存放于寄存器放于寄存器B中。中。内部寄存器及其功能n程序状态字（程序状

19、态字（PSW）n功能功能:标志寄存器标志寄存器,保存指令执行结果的特保存指令执行结果的特征信息征信息,以供程序查询和判断以供程序查询和判断P S W 格 式 及 含 义格 式 及 含 义位编号位编号PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位地址位地址D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0H位定义名位定义名CyACF0RS1RS0OVP内部寄存器及其功能nCy 进位进位/借位标志位；反映无符号数运算时有无进（借）位；累加借位标志位；反映无符号数运算时有无进（借）位；累加器（器（C）在加法（减法）运算时，最高位有进位（借位）时，）在加法（减法）运算时

20、，最高位有进位（借位）时，Cy由硬件由硬件置置1，否则，否则Cy清清0，在进行位操作时，在进行位操作时，Cy又是位累加器又是位累加器nAC 辅助进辅助进/借位标志；用于十进制调整。在进行加（减）法运算时，借位标志；用于十进制调整。在进行加（减）法运算时，D3位向位向D4位有进（借）位时，位有进（借）位时，AC位由硬件自动置，否则位由硬件自动置，否则AC位清位清.nF0 由由 用户根据需要自行定义标志位；软件置位用户根据需要自行定义标志位；软件置位/清零。清零。nOV 溢出标志位；反映有符号数运算时有无溢出；由硬件置位溢出标志位；反映有符号数运算时有无溢出；由硬件置位/清零。清零。在进行补码运算

21、时，运算结果超出在进行补码运算时，运算结果超出128 +127范围时，称之产生溢出，范围时，称之产生溢出，则则OV自动置，否则自动置，否则OV清零在进行加法或减法运算时，清零在进行加法或减法运算时，OV=C7 C6，即即D6位和位和D7位的进位位的异或运算。位的进位位的异或运算。在进行乘法或除法运算时也会影响在进行乘法或除法运算时也会影响OV若若A和和B中的两个数的乘积超过中的两个数的乘积超过255时，时，OV=1，否则，否则OV=0;当除数当除数为为0时，时，OV=1,否则为否则为0。内部寄存器及其功能nPSW.1 保留位（未定义）保留位（未定义）nP 奇偶校验标志位奇偶校验标志位;常用于校

22、验串行通信中数据常用于校验串行通信中数据传送是否正确传送是否正确.该位始终跟踪该位始终跟踪累加器累加器A中中1的数目的数目的奇的奇偶性偶性,当当A中有奇数个中有奇数个1,则则P=1;否则否则P=0.nRS1、RS0 工作寄存器组选择位；用于选择工作工作寄存器组选择位；用于选择工作寄存器物理地址寄存器物理地址RS1RS0工作寄存器组号工作寄存器组号R0R7的物理地址的物理地址00000H07H01108H0FH10210H17H11318H1FH内部寄存器及其功能内部寄存器及其功能n例例:两数相加：两数相加：若把两加数认为是无符号二进制数，则分别表示十进制数若把两加数认为是无符号二进制数，则分别

23、表示十进制数201、76，相加后，用，相加后，用CY作进位位，结果为作进位位，结果为1 0001 0101B，对应十进制数对应十进制数277。若把两加数认为是有符号二进制数，则分别表示十进制数若把两加数认为是有符号二进制数，则分别表示十进制数55、76，相加后，用，相加后，用OV作溢出位，结果为作溢出位，结果为0001 0101B，对，对应十进制数应十进制数21。内部寄存器及其功能内部寄存器及其功能n若把两减数认为是无符号二进制数，则分别表示十若把两减数认为是无符号二进制数，则分别表示十进制数进制数201、76，相减后，用，相减后，用CY作借位位，结果为作借位位，结果为0 0111 1101B

24、，对应十进制数，对应十进制数125。n若把两减数认为是有符号二进制数，则分别表示十若把两减数认为是有符号二进制数，则分别表示十进制数进制数55、76，相减后，用，相减后，用OV作溢出位，发生溢作溢出位，发生溢出，表明结果错误。出，表明结果错误。内部寄存器及其功能n程序计数器程序计数器(PC)n程序计数器在物理上是独立的，它不属于特殊内程序计数器在物理上是独立的，它不属于特殊内部数据存储器块中。部数据存储器块中。PC是一个是一个16位的计数器，由位的计数器，由两个八位寄存器两个八位寄存器PCH和和PCL组成，用于存放一条组成，用于存放一条要执行的指令地址，寻址范围为要执行的指令地址，寻址范围为6

25、4kB，PC有自有自动加动加1功能，即完成了一条指令的执行后，其内功能，即完成了一条指令的执行后，其内容自动加容自动加1。nPC本身并没有地址，因而不可寻址，用户无法对本身并没有地址，因而不可寻址，用户无法对它进行读写，但是可以通过转移、调用、返回等它进行读写，但是可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，以控制程序的执行顺序。指令改变其内容，以控制程序的执行顺序。内部寄存器及其功能n数据指针数据指针(DPTR)n数据指针为数据指针为16位寄存器，编程时，既可以位寄存器，编程时，既可以16 位寄存器来位寄存器来使用，也可以按两个使用，也可以按两个8位寄存器来使用位寄存器来使用,即高位字节寄存器

26、即高位字节寄存器DPH和低位字节和低位字节DPL。DPTR主要是用来保存主要是用来保存16位地址，位地址，当对当对64kB外部数据存储器寻址时，可作为间址寄存器使外部数据存储器寻址时，可作为间址寄存器使用，此时用，此时,使用如下两条指令使用如下两条指令:MOVX A,DPTR MOVX DPTR,A 在访问程序存储器时，在访问程序存储器时，DPTR可用来作基址寄存器，可用来作基址寄存器，采用基址采用基址+变址寻址方式访问程序存储器，这条指令常用变址寻址方式访问程序存储器，这条指令常用于读取程序存储器内的表格数据于读取程序存储器内的表格数据 MOVC A,A+DPTR堆栈指针堆栈指针SP（Sta

27、ck Pointer）指明栈顶元素的地指明栈顶元素的地址，址，8位，可软件位，可软件设置初值，复位时设置初值，复位时SP=07H。堆栈示意图堆栈示意图注意：注意：MCS-51单片机的堆栈操作遵循单片机的堆栈操作遵循先入后出先入后出的原的原则。入栈时，堆栈指针则。入栈时，堆栈指针SP的值先的值先加加1，然后再将数，然后再将数据存入到据存入到SP所指向的哪个存储单元；出栈则是先将所指向的哪个存储单元；出栈则是先将数据取出，然后数据取出，然后SP指针指针减减1。内部寄存器及其功能内部寄存器及其功能特殊功能寄存器列表特殊功能寄存器列表ACCBPSWSPDPTRP0P1P2P3IPIETMODTCON*

28、T2CONTH0TL0TH1TL1*TH2*TL2*RLDH*RLDLSCONSBUFPCON累加器累加器B寄存器寄存器程序状态字程序状态字堆栈指针堆栈指针数据指针（包括数据指针（包括DPH和和DPL）I/O口口0I/O口口1I/O口口2I/O口口3中断优先级控制中断优先级控制中断允许控制中断允许控制定时器定时器/计数器工作方式控制计数器工作方式控制定时器定时器/计数器控制计数器控制定时器定时器/计数器计数器2控制控制定时器定时器/计数器计数器0定时常数（高位字节）定时常数（高位字节）定时器定时器/计数器计数器0定时常数（低位字节）定时常数（低位字节）定时器定时器/计数器计数器1定时常数（高位

29、字节）定时常数（高位字节）定时器定时器/计数器计数器1定时常数（低位字节）定时常数（低位字节）定时器定时器/计数器计数器2定时常数（高位字节）定时常数（高位字节）定时器定时器/计数器计数器2定时常数（低位字节）定时常数（低位字节）定时器定时器/计数器计数器2自动再装载（高位字节）自动再装载（高位字节）定时器定时器/计数器计数器2自动再装载（低位字节）自动再装载（低位字节）串行口控制串行口控制串行数据接收、发送缓冲器串行数据接收、发送缓冲器电源控制电源控制0E0H0F0H0D0H81H83H和和82H80H90H0A0H0B0H0B8H0A8H89H88H0C8H8CH8AH8DH8BH0CDH

30、0CCH0CBH0CAH98H99H87H存储器结构存储器结构存储器结构存储器结构nMCS-51系列的单片机有系列的单片机有5个独立的存储空间：个独立的存储空间：n片内片内/片外程序存储器片外程序存储器64K（0000-0FFFFH）；n128B的片内数据存储器（的片内数据存储器（00-7FH）；n128B特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFR（80-0FFH）；n位寻址区（位寻址区（20H-2FH）；）；n片外数据存储器片外数据存储器64K（0000-0FFFFH）。）。v注：注：MCS-51系列单片机各型号芯片在各个存系列单片机各型号芯片在各个存储器空间的物理单元个数可能是不同的储器空间的物理

31、单元个数可能是不同的n 12345678910111213142827262524232221 201918171615EPROM276412345678910111213142827262524232221 201918171615EPROM27641234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222112345678910111213142827262524232221 201918171615RAM6264 12345678910111213142827262524232221 20191817161

32、5RAM6264 80318751805189C51256B（字节）4K64K64KnMCS-51单片机的程序存储器分为：单片机的程序存储器分为：片内程序存储器片内程序存储器片外程序存储器片外程序存储器nMCS-51单片机的最大存储空间为单片机的最大存储空间为64KB。nMCS-51单片机程序存储器的地址指针为程序计单片机程序存储器的地址指针为程序计数器数器PC。nMCS-51单片机程序存储器的读取顺序由单片机程序存储器的读取顺序由EA确定。确定。nMCS-51单片机存储空间的单片机存储空间的6个特殊功能区域。个特殊功能区域。程序存储器程序存储器n一、对于片内有一、对于片内有4KB程序存储器的

33、单片机程序存储器的单片机EA=1时，则时，则PC的值在的值在0000H-0FFFH之间，之间，CPU先从片内先从片内程序存储器空间取指执行；当程序存储器空间取指执行；当PC的值大于的值大于0FFFH时才访时才访问外部的程序存储器空间。问外部的程序存储器空间。若若EA=0时，则片内程序存储器空间被忽略，时，则片内程序存储器空间被忽略，CPU只从片只从片外程序存储器空间取指执行。外程序存储器空间取指执行。n二、二、对于片内没有程序存储器的单片机对于片内没有程序存储器的单片机在构成系统时必须在外部扩展程序存储器，其在构成系统时必须在外部扩展程序存储器，其EA必须接地。必须接地。(最好不要扩展片外程序

34、存储器的单片机，单片机型号多达最好不要扩展片外程序存储器的单片机，单片机型号多达数百种，可选用片内数百种，可选用片内Flash容量大的型号，除非特殊原因。容量大的型号，除非特殊原因。)EA作用程序程序存储器存储器内部外部0000H0FFFH(4K)0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K)0000H0001H0002H(PC)0000H是程序执行的起始单元是程序执行的起始单元,在这三个单元存放一条在这三个单元存放一条无条件转移指令无条件转移指令中断中断5中断中断4中断中断3中断中断2中断中断10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中断外部中断0定时器定

35、时器0中断中断外部中断外部中断1定时器定时器1中断中断串行口中断串行口中断8位位0FFFH0FFEHEA=1 EA=0EA=1 EA=0程序程序存储器资源分布存储器资源分布中断入口地址0000H：系统的启动单元（系统复位后，单片机：系统的启动单元（系统复位后，单片机从此处开始取指令开始执行）从此处开始取指令开始执行）0003H：外部中断：外部中断0入口地址入口地址000BH：定时器：定时器/计数器计数器0中断入口地址中断入口地址0013H：外部中断：外部中断1入口地址入口地址001BH：定时器：定时器/计数器计数器1中断入口地址中断入口地址0023H：串行中断入口地址：串行中断入口地址程序存储

36、器空间的程序存储器空间的6 6个特殊功能区域个特殊功能区域n数据存储器数据存储器RAM单元结构单元结构n内部内部RAM数据存储器可划分为三个区域：数据存储器可划分为三个区域：n 工作寄存区工作寄存区 00H1FH(R0R7)n 位寻址区位寻址区 20H2FH n 堆栈和数据缓冲区堆栈和数据缓冲区 30H7FH nCPU当前使用的工作寄存器区由程序状态字当前使用的工作寄存器区由程序状态字PSW的的3、4位决定位决定n位寻址区位寻址区16个单元的每一位都有一个位地址个单元的每一位都有一个位地址(16*8)。n在实际应用中，往往需要一个后进先出在实际应用中，往往需要一个后进先出(LIFO)的的RAM

37、缓缓冲器用于保护冲器用于保护CPU的现场，这种后进先出的缓冲器称之为的现场，这种后进先出的缓冲器称之为堆栈。堆栈的栈顶位置由堆栈指针堆栈。堆栈的栈顶位置由堆栈指针SP确定。确定。00H-7FH)00H-7FH)0000H0000HFFFFHFFFFH(64K)(64K)内部内部外部外部数据数据存储器存储器0000H HFFHFFH7F7FH H8080H H(高高128B)128B)(低低128B)128B)RAM专用专用寄存器寄存器0000H H07H07H0808H H0FH0FH1010H H17H17H1818H H1FH1FH0区区R0R0R7R7R0R0R7R7R0R0R7R7R0

38、R0R7R71区区2区区3区区工作寄存器区工作寄存器区可位寻址区可位寻址区20H2FH7F 7807 0030H7FH数据缓冲区数据缓冲区/堆栈区堆栈区内部内部RAMRAM存储器存储器 工作寄存器区工作寄存器区选择位选择位RS0RS0、RS1RS1PSW位地址 CY ACF0RS1RS0OVF1Pn位寻址区（位寻址区（20H2FH）16个字节。个字节。n16*8=128位，每一位都有一个位地址，范围为：位，每一位都有一个位地址，范围为：00H7FH，位地，位地址区也可作为一般的用户址区也可作为一般的用户RAM使用。使用。单单元元地地址址位位地地址址EH2FH2H20H21H77FH7H76EH

39、7H75DH7H74CH7H73BH7H72AH7H71H79H70H78H07FH0H06EH0H05DH0H04CH0H03BH0H02AH0H01H09H00H08位地址表位地址表存储器结构：存储器结构：位寻址区位寻址区堆栈的概念堆栈的概念n堆栈是一种数据结构堆栈是一种数据结构n读写操作必须遵守特定的顺序：后进先出，先进后出读写操作必须遵守特定的顺序：后进先出，先进后出n生活中的例子：生活中的例子：n堆栈的作用堆栈的作用用于数据的暂存，中断、子程序调用时断用于数据的暂存，中断、子程序调用时断点和现场的保护与恢复，或作为特殊的数据交换区。点和现场的保护与恢复，或作为特殊的数据交换区。n标准

40、标准51系列单片机的内部系列单片机的内部RAM堆栈堆栈n堆栈堆栈是在是在RAM区中划定的一个区域，对该区域区中划定的一个区域，对该区域RAM单元的读写操作必须遵守特定的顺序，先入后出单元的读写操作必须遵守特定的顺序，先入后出原则。原则。n堆栈的作用堆栈的作用主要用在子程序的调用过程中或作为特主要用在子程序的调用过程中或作为特殊的数据交换区。殊的数据交换区。n堆栈的开辟堆栈的开辟n栈顶的位置由栈顶的位置由SP（堆栈指针）寄存器指示。（堆栈指针）寄存器指示。n复位时复位时SP的初值为的初值为07H，在系统初始化时可以根据用户，在系统初始化时可以根据用户的需要重新设置。的需要重新设置。n标准标准80

41、51的堆栈一般设在的堆栈一般设在30H7FH的范围内。的范围内。存储器结构：存储器结构：堆栈堆栈0000H0000HFFFFHFFFFH(64K)(64K)内部内部外部外部数据数据存储器存储器0000H HFFHFFH7F7FH H8080H H(高高128B)128B)(低低128B)128B)RAM专用专用寄存器寄存器0000H H07H07H0808H H0FH0FH1010H H17H17H1818H H1FH1FH0区区R0R0R7R7R0R0R7R7R0R0R7R7R0R0R7R71区区2区区3区区工作寄存器区工作寄存器区可位寻址区可位寻址区20H2FH7F 7807 0030H7

42、FH数据缓冲区数据缓冲区/堆栈区堆栈区内部内部RAMRAM存储器存储器MCS51单片机单片机栈底和栈顶栈底和栈顶n堆栈是在单片机内部堆栈是在单片机内部RAM中从某个选定的存储单中从某个选定的存储单元开始划定的一个元开始划定的一个地址连续的区域地址连续的区域，这个区域本，这个区域本身没有任何特殊之处，它就是内部身没有任何特殊之处，它就是内部RAM的一部份的一部份n不同的是这个区域以选定的某个存储单元作为不同的是这个区域以选定的某个存储单元作为栈栈底底，只允许向一个方向写入数据，最后一个写入，只允许向一个方向写入数据，最后一个写入数据的存储单元称为数据的存储单元称为栈顶栈顶。n堆栈的生成有两种情况

43、，堆栈的生成有两种情况，向高地址方向写入数据向高地址方向写入数据生成的堆栈称为生成的堆栈称为向上生长型堆栈向上生长型堆栈，反之称为向下，反之称为向下生长型堆栈，生长型堆栈，MCS-51MCS-51单片机属于向上生长型堆栈单片机属于向上生长型堆栈（即向高地址方向生成）（即向高地址方向生成）指明栈顶元素的地指明栈顶元素的地址，址，8位，可软件位，可软件设置初值，复位时设置初值，复位时SP=07H。堆栈示意图堆栈示意图注意：注意：MCS-51单片机的堆栈操作遵循单片机的堆栈操作遵循先入后出先入后出的原的原则。入栈时，堆栈指针则。入栈时，堆栈指针SP的值先的值先加加1，然后再将数，然后再将数据存入到据

44、存入到SP所指向的那个存储单元；出栈则是先将所指向的那个存储单元；出栈则是先将数据取出，然后数据取出，然后SP指针指针减减1。堆栈指针堆栈指针SP（Stack Pointer）堆栈命令堆栈命令n入栈入栈 PUSH directn出栈出栈 POP directX YZ65H64H63H62H61H60H59H内部内部RAMPUSH PUSHPUSH X YZ入栈过程入栈过程65H64H63H62H61H60H59H内部内部RAMPOP Z POP YPOP XXYZ出栈过程出栈过程先入后出先入后出后入先出后入先出栈顶栈顶SP栈顶栈顶SP栈顶栈顶SP栈顶栈顶栈顶栈顶栈顶栈顶堆栈的操作堆栈的操作思考

45、题思考题n1、PSW寄存器各位标志的意义如何？寄存器各位标志的意义如何？n2、当前工作寄存器组如何选择？、当前工作寄存器组如何选择？MCS-51单片机工作原理单片机工作原理n时钟电路MCS-51单片机的时钟与时序单片机的时钟与时序C130pFC230pFXTAL1XTAL2MCS-51GND晶振的取值通常为：晶振的取值通常为：1MHZ-33MHZ（不同型号的单片（不同型号的单片机的上限频率可能机的上限频率可能有差别）有差别）常用单片机的最高时钟频率常用单片机的最高时钟频率单片机型号单片机型号最高时钟频率最高时钟频率803112MHz805112MHz875112MHzAT89C205124MH

46、zAT89C5133MHzAT89C5233MHzAT89S5324MHzn时序时序nCPU在执行指令过程中，控制器发出的在执行指令过程中，控制器发出的一系列特定的定时信号和控制信号具有一系列特定的定时信号和控制信号具有一定时间顺序，这种在时间上的相互关一定时间顺序，这种在时间上的相互关系称为时序。系称为时序。MCS-51单片机的时钟与时序单片机的时钟与时序MCS-51单片机的时钟与时序单片机的时钟与时序n【振荡周期】：【振荡周期】：单片机外接石英晶体振荡器的周单片机外接石英晶体振荡器的周期（时钟周期），也称为期（时钟周期），也称为 节拍，用节拍，用P表示如表示如外接石英晶体外接石英晶体 的频

47、率若为的频率若为2MHz，其振荡周期就，其振荡周期就是是1/2=0.5us。n【状态周期】：【状态周期】：单片机完成一个最基本的动作所单片机完成一个最基本的动作所需的时间周期。用需的时间周期。用S表示，表示，一个状态周期一个状态周期2个个振荡周期振荡周期，因此，一个状态周期，因此，一个状态周期S就包含两个节就包含两个节拍拍P，前一振荡周期称为，前一振荡周期称为P1拍，后一振荡周期称拍，后一振荡周期称为为P2拍拍MCS-51单片机的时钟与时序单片机的时钟与时序n【机器周期】：【机器周期】：单片机完成一次完整的具有一单片机完成一次完整的具有一定功能的动作所需的时间周期。如一次完整的定功能的动作所需

48、的时间周期。如一次完整的读操作或写操作对应的时间。读操作或写操作对应的时间。一个机器周期一个机器周期6个状态周期个状态周期12个振荡周期个振荡周期，依次表示为：，依次表示为：S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、S6P1、S6P2。n【指令周期】：【指令周期】：执行完某条指令所需要的时间执行完某条指令所需要的时间周期。一般需要周期。一般需要14个机器周期。个机器周期。MCS-51单片机的时钟与时序单片机的时钟与时序n1个机器周期个机器周期=6个状态周期个状态周期=12个时钟周期个时钟周期P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6机器周期机器周期状态周期状态周期时

49、钟周期时钟周期MCS-51单片机的时钟与时序单片机的时钟与时序n若外接晶振频率为若外接晶振频率为fosc=12 MHz，则，则4 个个基本周期的具体数值为：基本周期的具体数值为：n(1)振荡（时钟）周期振荡（时钟）周期=1/12s；n(2)状态周期状态周期=1/6s；n(3)机器周期机器周期=1s；n(4)指令周期指令周期=1s、2s 和和4s。单片机工作过程单片机工作过程n第一，取指令，指令的地址由PC指针提供。n第二，执行指令，取出的指令代码首先被送到CPU中控制器中的指令寄存器，再通过指令译码器译码变成各种电信号，从而实现指令的各种功能。单片机工作过程单片机工作过程 取指令取指令 执行执

50、行 分析分析 CPU执行程序一般包括两个主要过程执行程序一般包括两个主要过程 单片机工作过程单片机工作过程n复位电路复位电路n单片机在重新启动时都需要复位，单片机在重新启动时都需要复位，MCS-51系列单片机有一个复位引脚输系列单片机有一个复位引脚输入端入端RST。MCS-51系列的单片机复位方法为：在系列的单片机复位方法为：在RST上加一个维持两个机器周期以上的上加一个维持两个机器周期以上的高电平，则单片机被复位。高电平，则单片机被复位。复位时单片机各部分将处于一个固定的复位时单片机各部分将处于一个固定的状态。状态。单片机工作过程单片机工作过程寄存器寄存器初始状态值初始状态值寄存器寄存器初始