第二章51单片机硬件系统课件.ppt

1、第二章第二章89C51单片机的结构和原理单片机的结构和原理42.189C51单片机的结构单片机的结构42.289C51单片机引脚及其功能单片机引脚及其功能42.389C51存储器配置存储器配置42.4CPU时序时序42.5复位及复位电路复位及复位电路42.6输出输出/输入端口结构输入端口结构学习要点：学习要点：本章主要讲述单片机的硬件结构。本章主要讲述单片机的硬件结构。通过学习本章内容要求掌握通过学习本章内容要求掌握89C51单片机单片机内部内部硬件组成硬件组成，管脚的定义、功能、作管脚的定义、功能、作用用；熟练掌握单片机各种；熟练掌握单片机各种存储器物理空存储器物理空间配置间配置及及内部特殊

2、功能寄存器的定义、内部特殊功能寄存器的定义、作用作用；掌握单片机的最小系统组成部分。；掌握单片机的最小系统组成部分。2022年7月24日1时25分重点与难点：51单片机内部结构、存储空间、单片机内部结构、存储空间、I/O端口、时钟电路、复位电路。端口、时钟电路、复位电路。2022年7月24日1时25分2.12.189C5189C51单片机的结构单片机的结构:2.1.1 89C512.1.1 89C51单片机的基本组成单片机的基本组成2022年7月24日1时25分:2.1.2 89C512.1.2 89C51单片机内部结构单片机内部结构返回返回2.1.1 89CS512.1.1 89CS51单片

3、机的基本组成单片机的基本组成一、组成一、组成2022年7月24日1时25分二、二、89C51系列单片机的性能系列单片机的性能返回返回一、组成一、组成489C51单片机结构框图单片机结构框图 如图如图2-1所示所示2022年7月24日1时25分返回返回89C51CPU振荡器和时序振荡器和时序OSC64KB 总线总线扩展控制器扩展控制器数据存储器数据存储器256B RAM/SFR216位位定时器定时器/计数器计数器可编程可编程I/O程序存储器程序存储器4KBROM可编程全双工可编程全双工串行口串行口外中断外中断内中断内中断控制控制并行口并行口串行通信串行通信外部时钟源外部时钟源外部事件计数外部事件

4、计数返回返回2022年7月24日1时25分一、组成一、组成一个一个8位位 的微处理器的微处理器CPU。返回返回一、组成一、组成2022年7月24日1时25分 用以存放可以读用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等。果、最终结果以及欲显示的数据等。+片内数据存储器片内数据存储器(RAM128B/256B）:返回返回一、组成一、组成2022年7月24日1时25分 用以存放程序、一些原始数据和表格。但用以存放程序、一些原始数据和表格。但有一些单片机内部不带有一些单片机内部不带ROM/EPROM，如，如8031、8032、80C31等。等。+片内程

5、序存储器片内程序存储器ROM/EPROM （4KB/8KB）:返回返回一、组成一、组成2022年7月24日1时25分每个口可以用作输入，也可以用作输出每个口可以用作输入，也可以用作输出。+四个四个8位并行位并行I/O（输入（输入/输出）接口输出）接口P0P3:返回返回一、组成一、组成2022年7月24日1时25分 每个定时每个定时/计数器都可以设置成计数方计数器都可以设置成计数方式，用以式，用以 对对 外部事件进行计数，也可以设外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果结果 实现计算机控制。实现计算机控制。+两个或三个定时两个或三个定

6、时/计数器计数器:返回返回一、组成一、组成2022年7月24日1时25分 可实现单片机与单片机或其它微机之可实现单片机与单片机或其它微机之间串行通信。间串行通信。+一个全双工一个全双工UART的串行的串行I/O口口:返回返回一、组成一、组成2022年7月24日1时25分 但需外接晶振和电容。但需外接晶振和电容。+片内振荡器和时钟产生电路片内振荡器和时钟产生电路:返回返回一、组成一、组成2022年7月24日1时25分+五个中断源的中断控制系统。五个中断源的中断控制系统。返回返回二、二、89C51系列单片机的性能系列单片机的性能4如如表表2-1所示。表中型号带所示。表中型号带“C”表示表示所用的是

7、所用的是CMOS工艺，具有功耗低工艺，具有功耗低的优点。的优点。2022年7月24日1时25分返回返回返回返回2.1.2 89C51单片机内部结构单片机内部结构一、结构图一、结构图2022年7月24日1时25分二、结构组成二、结构组成返回返回一、结构图一、结构图由由 中央处理单元（中央处理单元（CPU）、）、存储器存储器（ROM及及RAM）和和I/O接口接口组成。组成。89C51单片机内部结构如单片机内部结构如 图图2-2所示所示。2022年7月24日1时25分P0驱动器驱动器P2驱动器驱动器P0锁存器锁存器P2锁存器锁存器RAM地地址寄存器址寄存器128BRAM4KBROMB寄存器寄存器暂存

8、器暂存器1暂存器暂存器2ACCSP程序地址程序地址寄存器寄存器 缓冲器缓冲器PC增增1PCDPTR中断、串行口和定时器中断、串行口和定时器PSWP1锁存器锁存器P1驱动器驱动器P3锁存器锁存器P3驱动器驱动器定定时时控控制制指指令令寄寄存存器器指指令令译译码码器器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1 XTAL2PSENALEEARET返回返回二、结构组成二、结构组成2022年7月24日1时25分（一）、中央处理单元（一）、中央处理单元（CPU）（二）、存储器（二）、存储器 （三）、（三）、I/O接口接口 返回返回（一）、中央处理单元（一

9、）、中央处理单元（CPU）1运算器运算器2022年7月24日1时25分返回返回2控制器控制器1运算器运算器（1）8位的位的ALU：2022年7月24日1时25分返回返回（2 2）8 8位累加器位累加器ACCACC（A A）：）：（3 3）8 8位程序状态寄存器位程序状态寄存器PSWPSW：（4 4）8 8位寄存器位寄存器B B：（5 5）布尔处理器：）布尔处理器：（6 6）2 2个个8 8位暂存器：位暂存器：1运算器运算器可对可对4 4位、位、8 8位、位、1616位数据进行操作。位数据进行操作。2022年7月24日1时25分返回返回（1 1）8 8位的位的ALUALU：1运算器运算器（2）8

10、位累加器位累加器ACC（A）：）：2022年7月24日1时25分它经常作为一个运算数经暂存器它经常作为一个运算数经暂存器2 2进入进入ALUALU的输入端，与另一个来自暂存器的输入端，与另一个来自暂存器1 1的运算数进行运算，运算结果又送回的运算数进行运算，运算结果又送回ACCACC。返回返回1运算器运算器2022年7月24日1时25分 指示指令执行后的状态信息供程指示指令执行后的状态信息供程序查询和判别用。序查询和判别用。（3）8位程序状态寄存器位程序状态寄存器PSW：返回返回1运算器运算器4（4）8位寄存器位寄存器B：2022年7月24日1时25分 在乘除运算时，用来存放一个操作在乘除运算

11、时，用来存放一个操作数也用来存放运算后的一部分结果；数也用来存放运算后的一部分结果；如不能做乘除运算时，作为通用寄存如不能做乘除运算时，作为通用寄存器。器。返回返回1运算器运算器（5）布尔处理器）布尔处理器：2022年7月24日1时25分专门用于处理位操作的，以专门用于处理位操作的，以PSWPSW中的中的C C为为其累加器。其累加器。返回返回1运算器运算器（6）2个个8位暂存器：位暂存器：2022年7月24日1时25分ALUALU的两个入口处。的两个入口处。返回返回2控制器控制器（1）程序计数器）程序计数器PC（16位）位）2022年7月24日1时25分（2）指令寄存器）指令寄存器IR及指令译

12、码器及指令译码器ID（3）振荡器和定时电路）振荡器和定时电路返回返回（1）程序计数器）程序计数器PC（16位）位）4由两个由两个8 8位计数器位计数器PCHPCH、PCLPCL组成。组成。4PCPC是程序的字节地址计数器，是程序的字节地址计数器，PCPC内内容为将要执行的指令地址。容为将要执行的指令地址。4改变改变PCPC内容，改变执行的流向。内容，改变执行的流向。4PCPC可对可对64KB64KB的的ROMROM直接寻址，也可对直接寻址，也可对80C5180C51片内片内RAMRAM寻址。寻址。2022年7月24日1时25分返回返回（2）指令寄存器）指令寄存器IR及指令译码器及指令译码器ID

13、4由由PCPC中的内容指定中的内容指定ROMROM地址，取出来地址，取出来的指令经的指令经IRIR送至送至IDID，由，由IDID对指令译对指令译码产生一定序列的控制信号，以执码产生一定序列的控制信号，以执行指令所规定的操作。行指令所规定的操作。2022年7月24日1时25分返回返回（3）振荡器和定时电路）振荡器和定时电路489C5189C51单片机片内有振荡电路，只需单片机片内有振荡电路，只需外接石英晶体和频率微调电容（外接石英晶体和频率微调电容（2 2个个30pF30pF左右），其频率范围为左右），其频率范围为1.2MHz1.2MHz12MHz12MHz。该信号作为。该信号作为89C518

14、9C51工工作的基本节拍即时间的最小单位。作的基本节拍即时间的最小单位。2022年7月24日1时25分返回返回（二）、存储器（二）、存储器1、程序存储器（、程序存储器（ROM）2022年7月24日1时25分2、数据存储器（、数据存储器（RAM）返回返回1、程序存储器（、程序存储器（ROM）289C5189C51、80518051及及87518751的片内的片内ROMROM容量为容量为4KB4KB。2地址从地址从0000H0000H开始。开始。2用于存放程序和表格常数。用于存放程序和表格常数。2022年7月24日1时25分返回返回2、数据存储器（、数据存储器（RAM）28051/8751/89C

15、51RAM8051/8751/89C51RAM均为均为128B128B，地址为，地址为00H00H7FH7FH。2用于存放运算的中间结果、数据暂存以用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓冲等。及数据缓冲等。2这这128B128B的的RAMRAM中有中有3232个字节单元可指定为个字节单元可指定为工作寄存器。工作寄存器。2片内还有片内还有2121个特殊功能寄存器（个特殊功能寄存器（SFRSFR），），它们同它们同128128字节字节RAMRAM统一编址，地址为统一编址，地址为80H80HFFHFFH。后面详细介绍。后面详细介绍。2022年7月24日1时25分返回返回（三）、（三）、I/O接口

16、接口289C5189C51有四个有四个8 8位并行位并行I/OI/O接口接口P0P0P3P3。2它们都是双向端口，每个端口各有它们都是双向端口，每个端口各有8 8条条I/OI/O线。线。2P0-P3P0-P3口四个锁存器同口四个锁存器同RAMRAM统一编址，统一编址，可作为可作为SFRSFR来寻址。来寻址。2022年7月24日1时25分返回返回2.2 89C51单片机引脚及其功能单片机引脚及其功能2.2.189C51单片机引脚单片机引脚2022年7月24日1时25分2.2.2 89C51单片机引脚功能单片机引脚功能返回返回2.2.1 89C51单片机引脚单片机引脚4MCS-51MCS-51系列

17、如系列如80518051、87518751和和80318031均采用均采用4040引脚双列直插封装（引脚双列直插封装（DIPDIP）方式。因受）方式。因受到引脚数目的限制，有不少引脚具有第到引脚数目的限制，有不少引脚具有第二功能。二功能。489C5189C51单片机引脚与其相同，如单片机引脚与其相同，如图图2-32-3所所示。示。2022年7月24日1时25分返回返回返回返回2.2.2 89C51单片机引脚功能单片机引脚功能4一、电源引脚：一、电源引脚：Vcc和和Vss4二、时钟电路引脚：二、时钟电路引脚：XTAL1和和XTAL24三、控制信号引脚三、控制信号引脚RST、ALE、PSEN和和

18、EA4四、四、I/O端口端口P0、P1、P2和和P32022年7月24日1时25分返回返回一、电源引脚：一、电源引脚：Vcc和和Vss41 1Vcc(40Vcc(40脚脚)：电源端，为：电源端，为+5V+5V。42 2Vss(20Vss(20脚脚)：接地端。：接地端。2022年7月24日1时25分返回返回二、时钟电路引脚：二、时钟电路引脚：XTAL1和和XTAL24XTAL2XTAL2（1818脚）：接外部晶体和微调电容脚）：接外部晶体和微调电容的一端；在的一端；在8051 8051 片内它是振荡电路反向片内它是振荡电路反向放大器的输出端，振荡电路的频率就是放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶

19、体固有频率。若需采用外部时钟电路晶体固有频率。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。时，该引脚输入外部时钟脉冲。8051/80318051/8031正常工作时，该引脚应有脉冲正常工作时，该引脚应有脉冲信号输出。信号输出。2022年7月24日1时25分返回返回二、时钟电路引脚：二、时钟电路引脚：XTAL1和和XTAL24XTAL1XTAL1（1919脚）：接外部晶体和微调脚）：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电电容的另一端；在片内它是振荡电路反向放大器的输入端，在采用外路反向放大器的输入端，在采用外部时钟时，该引脚接地。部时钟时，该引脚接地。2022年7月24日1时25分返

20、回返回 三、控制信号引脚：三、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和和EA4RST/VRST/VPDPD（9 9脚）：脚）：RSTRST：复位信号输入端，高电平有效。：复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持两个机器周期的高电当此输入端保持两个机器周期的高电平时，就可以完成复位操作。平时，就可以完成复位操作。2022年7月24日1时25分返回返回 三、控制信号引脚：三、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和和EA4RST/VRST/VPDPD（9 9脚）：脚）：V VPDPD ：RSTRST引脚的第二功能，备用电源引脚的第二功能，备用电源输入端。当主电源输入端。当主电源Vcc Vcc 发

21、生故障，降发生故障，降低到低电平规定值时，将低到低电平规定值时，将+5V+5V电源自动电源自动接入该引脚，为接入该引脚，为RAMRAM提供备用电源，以提供备用电源，以保证保证RAMRAM中的信息不丢失，使得复位后中的信息不丢失，使得复位后能继续正常运行。能继续正常运行。2022年7月24日1时25分返回返回三、控制信号引脚：三、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和和EA4ALE/PROG（30脚）：ALEALE：地址锁存允许信号端。正常工：地址锁存允许信号端。正常工作时，该引脚以振荡频率的作时，该引脚以振荡频率的1/61/6固定输固定输出正脉冲。出正脉冲。CPUCPU访问片外存储器时，该访

22、问片外存储器时，该引脚输出信号作为锁存低引脚输出信号作为锁存低8 8位地址的控位地址的控制信号。它的负载能力为制信号。它的负载能力为8 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。2022年7月24日1时25分返回返回三、控制信号引脚：三、控制信号引脚：4ALE/PROG（30脚）：PROGPROG：是对片内带有：是对片内带有4KB EPROM4KB EPROM的的87518751编程写入时的编程脉冲输入端。编程写入时的编程脉冲输入端。2022年7月24日1时25分返回返回三、控制信号引脚：三、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和和EA4PSEN（29脚）：程序存储器允许信号输出端。程序存储

23、器允许信号输出端。在访问片外在访问片外ROMROM时，定时输出负脉冲时，定时输出负脉冲作为读片外作为读片外ROMROM的选通信号，接片外的选通信号，接片外ROMROM 的的OEOE端。端。它的负载能力为它的负载能力为8 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。2022年7月24日1时25分返回返回三、控制信号引脚：三、控制信号引脚：4EA/Vpp（31脚）：EAEA：外部程序存储器地址允许输入端。外部程序存储器地址允许输入端。当该引脚接高电平时，当该引脚接高电平时，CPUCPU访问片内访问片内EPROM/ROMEPROM/ROM并执行片内程序存储器中的指并执行片内程序存储器中的指令，但当令，

24、但当PCPC值超过值超过0FFFH0FFFH（片内（片内ROMROM为为4KB4KB）时，将自动转向执行片外时，将自动转向执行片外ROMROM中的程序。中的程序。当该引脚接低电平时，当该引脚接低电平时，CPUCPU只访问片外只访问片外EPROM/ROMEPROM/ROM并执行外部程序存储器中的程并执行外部程序存储器中的程序。序。2022年7月24日1时25分返回返回三、控制信号引脚：三、控制信号引脚：4EA/Vpppp（31脚）：脚）：V Vpppp：对：对89C5189C51片内片内EPROMEPROM固化编程时，固化编程时，编程电压输入端（编程电压输入端（12-21V12-21V）。）。2

25、022年7月24日1时25分返回返回 四、四、I/OI/O端口端口P0P0、P1P1、P2P2和和P3P341 1、准双向、准双向42 2、P0P0口口43 3、P1P1口口44 4、P2P2口口45 5、P3P3口口2022年7月24日1时25分返回返回1、准双向、准双向当当I/OI/O口作为输入时，应先向此口锁口作为输入时，应先向此口锁存器写入全存器写入全1 1，此时该口引脚浮空，此时该口引脚浮空，可作高阻抗输入。可作高阻抗输入。2022年7月24日1时25分返回返回2、P0口：口：漏极开路的漏极开路的8 8位准双向位准双向I/OI/O口，每位口，每位能驱动能驱动8 8个个LSLS型型TT

26、LTTL负载。负载。P0P0口可作为一个数据输入口可作为一个数据输入/输出口；输出口；在在CPUCPU访问片外存储器时，访问片外存储器时，P0P0口为分口为分时复用的低时复用的低8 8位地址总线和位地址总线和8 8位数据位数据总线。总线。2022年7月24日1时25分返回返回 3、P1口：口：带内部上拉电阻的带内部上拉电阻的8位准双向位准双向I/O端端口，每位能驱动口，每位能驱动4个个LS型型TTL负载。负载。2022年7月24日1时25分返回返回 4、P2口：口：P2口：带内部上拉电阻的口：带内部上拉电阻的8位准双向位准双向I/O端口，每位能驱动端口，每位能驱动4个个LS型型TTL负载。在负

27、载。在CPU访问片外存储器时，访问片外存储器时，它输出高它输出高8位地址位地址。2022年7月24日1时25分返回返回 5、P3口：口：带内部上拉电阻的带内部上拉电阻的8 8位准双向位准双向I/OI/O端端口，每位能驱动口，每位能驱动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。P3P3口除作为一般口除作为一般I/OI/O口外，每个引脚口外，每个引脚都有第二功能。都有第二功能。2022年7月24日1时25分返回返回2.3 89C51存储器配置存储器配置:2.3.12.3.189C5189C51存储器分类存储器分类:2.3.22.3.2程序存储器地址空间程序存储器地址空间:2.3.32.3.3数

28、据存储器地址空间数据存储器地址空间2022年7月24日1时25分返回返回2.3.1 89CC12.3.1 89CC1存储器分类存储器分类一、物理结构（哈佛结构）一、物理结构（哈佛结构）二、用户角度二、用户角度2022年7月24日1时25分返回返回一、物理结构（哈佛结构）一、物理结构（哈佛结构）2022年7月24日1时25分89C51存储器存储器程序存储器程序存储器ROM数据存储器数据存储器RAM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片内数据存储器片内数据存储器片外数据存储器片外数据存储器返回返回二、用户角度二、用户角度2022年7月24日1时25分返回返回图2-4 89C51

29、存储器配置二、用户角度二、用户角度41、片内、外统一编址的、片内、外统一编址的64K程序存储器程序存储器地址空间。地址空间。CPU访问片内、片外访问片内、片外ROM指指令用令用MOVC。2022年7月24日1时25分返回返回二、用户角度二、用户角度42、64K的片外数据存储器地址空间。访的片外数据存储器地址空间。访问片外问片外RAM指令用指令用MOVX。2022年7月24日1时25分返回返回二、用户角度二、用户角度43、256字节的片内数据存储器地址空间。字节的片内数据存储器地址空间。访问片内访问片内RAM指令用指令用MOV。上述三个存储空间地址是重叠的，上述三个存储空间地址是重叠的，89C5

30、1的指令系统采用不同的数据传送指的指令系统采用不同的数据传送指令符号。令符号。2022年7月24日1时25分返回返回2.3.2 2.3.2 程序存储器地址空间程序存储器地址空间4一、用途：一、用途：4二、编址：二、编址：4三、寻址方式：三、寻址方式：2022年7月24日1时25分返回返回一、用途：一、用途：4用于存放编好的程序和表格常数。用于存放编好的程序和表格常数。2022年7月24日1时25分返回返回二、编址：二、编址：480C51/8751片内片内ROM/EPROM的容的容量为量为4KB。地址为。地址为0000H0FFFH。4片外最多可扩至片外最多可扩至64KB ROM/EPROM，地址

31、为地址为1000HFFFFH。4片内外统一编址。片内外统一编址。2022年7月24日1时25分返回返回三、寻址方式：三、寻址方式：41、当、当 EA=“1”时：时：80C5180C51的的PCPC在在000000000FFFH0FFFH范围内执行范围内执行片内片内ROMROM中的程序，当指令地址超过中的程序，当指令地址超过0FFFH 0FFFH 后就自动转向片外后就自动转向片外ROMROM中取指令。中取指令。2022年7月24日1时25分返回返回三、寻址方式：三、寻址方式：42、当、当 EA=”0”时：时：80518051片内片内ROMROM不起作用，不起作用，CPUCPU只能从片只能从片RO

32、M/EPROMROM/EPROM中取指令。可以从中取指令。可以从 0000H0000H 开始寻址。由于开始寻址。由于80318031片内不带片内不带ROMROM ，所以使用时必须所以使用时必须 EAEA=”0 0”。2022年7月24日1时25分返回返回三、寻址方式：三、寻址方式：43、8051从片内从片内ROM和片外和片外ROM取取指的速度相同。指的速度相同。2022年7月24日1时25分返回返回三、寻址方式：三、寻址方式：44、程序存储器的保留存储单元。、程序存储器的保留存储单元。如表如表2-22-2所示。所示。2022年7月24日1时25分返回返回三、寻址方式：三、寻址方式：（1 1）0

33、000H0000H0002H0002H三个单元：三个单元：用作用作80518051上电复位后引导程序的存放单元。上电复位后引导程序的存放单元。因为复位后因为复位后PCPC的内容为的内容为0000H0000H，CPUCPU总是从总是从0000H0000H开始执行程序。将转移指令存放到这开始执行程序。将转移指令存放到这三个单元，程序就被引导到指定的程序存储三个单元，程序就被引导到指定的程序存储器空间去执行。器空间去执行。2022年7月24日1时25分返回返回三、寻址方式：三、寻址方式：（2 2）0003H0003H002AH002AH单元：单元：均分为五段，用作五个中断服务程均分为五段，用作五个中

34、断服务程序的入口。中断矢量地址表序的入口。中断矢量地址表2022年7月24日1时25分返回返回40003H000AH 外部中断0中断地址区4000BH0012H 定时/计数器0中断地址区40013H001AH 外部中断1中断地址区4001BH0022H 定时/计数器1中断地址区40023H002AH 串行中断地址区2022年7月24日1时25分2.3.3 数据存储器地址空间数据存储器地址空间4一、用途：一、用途：4二、片外二、片外RAM：4三、片内三、片内RAM：2022年7月24日1时25分返回返回一、用途：一、用途：4用于存放运算的中间结果、数据暂存和用于存放运算的中间结果、数据暂存和缓冲

35、、标志位等。缓冲、标志位等。2022年7月24日1时25分返回返回二、片外二、片外RAM：4地址：地址：0000HFFFFH 4寻址：用寻址：用MOVX指令指令2022年7月24日1时25分返回返回三、片内三、片内RAM：4片内数据存储器最大可寻址256个单元，分为两部分：低128字节(00H7FH)是真正的RAM区；高128字节(80HFFH)为(SFR)区。4高128字节和低128字节RAM中的配置及含义如图28和图29所示。2022年7月24日1时25分返回返回2022年7月24日1时25分2022年7月24日1时25分2022年7月24日1时25分79图28 低128字节RAM区图29

36、 高128字节RAM区(SFR区，特殊功能寄存器区)低低128字节字节RAM41、89C51的32个工作寄存器与RAM安排在同一个队列空间里，统一编址并使用同样的寻址方式(直接寻址和间接寻址)。42、00H1FH地址安排为4组工作寄存器区，每组有8个工作寄存器(R0R7)，共占32个单元。43、工作寄存器区后的16字节单元(20H2FH)，可用位寻址方式访问其各位。2022年7月24日1时25分l位寻址区（20H2FH）这16个RAM单元具有双重功能。即可按字节存取，也可以对每个单元的任何一位位寻址。用作位寻址时，共有168128位，位地址为00H7FH。如，欲把2FH单元中最高位置位成1，可

37、使用如下位置位指令：SETB 7FH 图 2.10 RAM中的位寻址区地址表 高128字节RAM特殊功能寄存器(SFR)489C51片内高128字节RAM中，有21个特殊功能寄存器(SFR)，它们离散地分布在80HFFH的RAM空间中。访问特殊功能寄存器只允许使用直接寻址方式。4这些特殊功能寄存器见图29。各SFR的名称及含义如表25所列。2022年7月24日1时25分84(1)累加器ACC(E0H)4累加器ACC是89C51最常用、最忙碌的8位特殊功能寄存器，许多指令的操作数取自于ACC，许多运算中间结果也存放于ACC。在指令系统中用A作为累加器ACC的助记符。2022年7月24日1时25分

38、85(2)寄存器B(F0H)4在乘、除指令中，用到了8位寄存器B。乘法指令的两个操作数分别取自A和B，乘积存于B和A两个8位寄存器中。除法指令中，A中存放被除数，B中放除数，商存放于A，B中存放余数。4在其他指令中，B可作为一般通用寄存器或一个RAM单元使用。2022年7月24日1时25分86(3)程序状态寄存器PSW(D0H)4PSW是一个8位特殊功能寄存器，它的各位包含了程序执行后的状态信息，供程序查询或判别之用。各位的含义及其格式如表26所列。4PSW除有确定的字节地址(D0H)外，每一位均有位地址，见表26。CyACF0RS1RS0OVPD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D08

39、8(4)栈指针SP(81H)4堆栈指针SP为8位特殊功能寄存器，SP的内容可指向89C51片内00H7FH RAM的任何单元。系统复位后，SP初始化为07H，即指向07H的RAM单元。l 堆栈或数据缓冲区（30H7FH）共80个RAM单元，用于存放用户数据或作堆栈。按字节存取。堆栈指针SP初始值为07H，一般在程序初始化时应对SP设一初值。栈底SPSP+1数据压入数据弹出MCS51单片机堆栈 为了不影响工作寄存器的数据，一般在程序初始化时应对SP设一初值，如30H，或6FH90489C51在片内RAM中专门开辟出来一个区域，数据的存取是以“后进先出”的结构方式处理的，好像冲锋枪压入子弹。这种数

40、据结构方式对于处理中断，调用子程序都非常方便。4堆栈的操作有两种：一种叫数据压入(PUSH)，另一种叫数据弹出(POP)。489C51的堆栈指针SP是一个双向计数器。进栈时，SP内容自动增值，出栈时自动减值。存取信息必须按“后进先出”或“先进后出”的规则进行。图211 堆栈的压入与弹出92(5)数据指针DPTR(83H，82H)4DPTR是一个16位的特殊功能寄存器，其高位字节寄存器用DPH表示(地址83H)，低位字节寄存器用DPL表示(地址82H)。DPTR既可以作为一个16位寄存器来处理，也可以作为两个独立的8位寄存器DPH和DPL使用。4DPTR主要用于存放16位地址，以便对64 KB片

41、外RAM作间接寻址。2022年7月24日1时25分93(6)/端口P0P3(80H，90H，A0H，B0H)4P0P3为4个8位特殊功能寄存器，分别是4个并行/端口的锁存器。它们都有字节地址，每一个口锁存器还有位地址，每一条/线均可独立用作输入或输出。4用作输出时，可以锁存数据；用作输入时，数据可以缓冲。4图2-12所示为各个SFR所在的字节地址位置。空格部分为未来设计新型芯片可定义的SFR位置。2022年7月24日1时25分94图图2-12 特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFR的位置的位置2.4CPU时序时序2.4.1片内振荡器及时钟信号的产生片内振荡器及时钟信号的产生2022年7月24日1时

42、25分返回返回2.4.22.4.2机器周期和指令周期机器周期和指令周期2.4.32.4.3CPUCPU取指、执行周期时序取指、执行周期时序2.4.1片内振荡器及时钟信号的产生片内振荡器及时钟信号的产生2022年7月24日1时25分1 1、内部时钟电路：、内部时钟电路：如图如图2-2-13132 2、外部时钟电路：、外部时钟电路：如如图图2-2-14143 3、8051的片内振荡器及时钟发生器的片内振荡器及时钟发生器：如图如图2-15返回返回2-13内部时钟电路 2-14外部时钟电路2022年7月24日1时25分 XTAL2 XTAL1MCS-51C1C2CYS XTAL2 XTAL1MCS-5

43、1+5VVSSTTL外部时钟源2022年7月24日1时25分982.4.1 片内时钟信号的产生片内时钟信号的产生u89C51芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。振荡器。u构成稳定的自激振荡器：两端跨接石英晶体及两个电构成稳定的自激振荡器：两端跨接石英晶体及两个电容。电容器容。电容器C1和和C2通常取通常取30pF左右，可稳定频率并左右，可稳定频率并对振荡频率有微调作用。对振荡频率有微调作用。u振荡脉冲频率范围为振荡脉冲频率范围为fOSC=024 MHz。如图如图2-15 示。示。返回返回2022年7月24日1时25分99图图2-15 89C5

44、1的片内振荡器及时钟发生器的片内振荡器及时钟发生器2022年7月24日1时25分100 节拍与状态周期4时钟发生器是一个2分频的触发器电路，向CPU提供两相时钟信号P1和P2。时钟信号的周期称为机器状态周期S(STATE)，是振荡周期的2倍。在每个时钟周期(即机器状态周期S)的前半周期，相位1(P1)信号有效，在每个时钟周期的后半周期，相位2(P2，节拍2)信号有效。4每个时钟周期(以后常称状态S)有两个节拍(相)P1和P2，CPU就以两相时钟P1和P2为基本节拍指挥89C51单片机各个部件协调地工作。2.4.2 机器周期和指令周期机器周期和指令周期二、指令周期：二、指令周期：2022年7月2

45、4日1时25分一、机器周期：一、机器周期：返回返回周期指令的CPU 时序2022年7月24日1时25分P1P2S1振荡周期时钟周期机器周期机器周期指令周期XTAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P24一个机器周期是指一个机器周期是指CPU访问存储器一次访问存储器一次所需的时间。所需的时间。例如，取指令、读存储器、例如，取指令、读存储器、写存储器等等。写存储器等等。4一个机器周期包括一个机器周期包括12个振荡周期，分为个振荡周期，分为6个个S状态：状态：S1S6。4每个状态又分为两拍，称为

46、每个状态又分为两拍，称为P1和和P2。4因此，一个机器周期中的因此，一个机器周期中的12个振荡周期个振荡周期表示为表示为S1P1，S1P2，S2P1，S6P1，S6P2。4若采用6MHz晶体振荡器，则每个机器周期为2s（微秒）机器周期机器周期如图所示如图所示返返回回4指令周期：执行一条指令所需的指令周期：执行一条指令所需的时间。时间。4每条指令由一个或若干个字节组每条指令由一个或若干个字节组成。成。有单字节指令，双字节指令，有单字节指令，双字节指令，多字节指令等。字节数少则占存储器多字节指令等。字节数少则占存储器空间少空间少。4每条指令的指令周期都由一个或每条指令的指令周期都由一个或几个几个组

47、成。组成。有单周期指有单周期指令、双周期指令、和四周期指令。令、双周期指令、和四周期指令。机器周期数少则执行速度快。机器周期数少则执行速度快。指令周期指令周期返返回回2022年7月24日1时25分105综上所述，89C51单片机的基本时序定时单位有如下4个：4振荡周期：晶振的振荡周期，为最小的时序单位。4状态周期：振荡频率经单片机内的二分频器分频后提供给片内CPU的时钟周期。因此，一个状态周期包含2个振荡周期。4机器周期（MC）：1个机器周期由6个状态周期即12个振荡周期组成，是计算机执行一种基本操作的时间单位。4指令周期：执行一条指令所需的时间。一个指令周期由14个机器周期组成，依据指令不同

48、而不同，见附录A。2022年7月24日1时25分1062.4.2 CPU取指、执行周期时序取指、执行周期时序4每条指令的执行都可以包括取指和执指两个阶段。每条指令的执行都可以包括取指和执指两个阶段。4在取指阶段，在取指阶段，CPUCPU从内部或外部从内部或外部ROMROM中取出指令操中取出指令操作码及操作数，然后再执行这条指令。作码及操作数，然后再执行这条指令。4单字节和双字节的指令都可能是单机器周期或双单字节和双字节的指令都可能是单机器周期或双周期，而三字节指令都是双周期的，只有乘、除周期，而三字节指令都是双周期的，只有乘、除指令占四周期。因此，执行一条指令的时间（指指令占四周期。因此，执行

49、一条指令的时间（指令周期）分别是令周期）分别是2s2s，4s4s和和8s8s。4如如 图图2-16所示所示返回返回2022年7月24日1时25分107图图216 89C51单片机的取指单片机的取指/执行时序执行时序2.5复位及复位电路复位及复位电路42.5.1 复位操作复位操作42.5.2 复位信号及其产生复位信号及其产生42.5.3 复位电路复位电路2022年7月24日1时25分返回返回2.5.1 复位操作复位操作一、复位是单片机的初始化操作。一、复位是单片机的初始化操作。二、主要功能：二、主要功能：三、寄存器的复位状态：三、寄存器的复位状态：2022年7月24日1时25分返回返回复位操作主

50、要功能复位操作主要功能4PC初始化为初始化为0000H，使单片机从，使单片机从0000H单元开始执行程序单元开始执行程序4当由于程序运行出错或操作错误使系统当由于程序运行出错或操作错误使系统死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新启动。位键重新启动。2022年7月24日1时25分返回返回寄存器的复位状态寄存器的复位状态2022年7月24日1时25分返回返回2.5.2 复位信号及其产生复位信号及其产生一、复位信号：一、复位信号：RST引脚为复位信号输入端。引脚为复位信号输入端。当当RST引脚为高电平，且有效时间持续引脚为高电平，且有效时间持续24个个振荡周期以