跳转到第一页第第2 2章章 MCS-51MCS-51单片机结构和原理单片机结构和原理 学习重点和难点学习重点和难点 单片机的结构特点。单片机的结构特点。存储器配置与空间的分布。存储器配置与空间的分布。程序状态寄存器程序状态寄存器(PSW)(PSW)。单片机的指令时序。单片机的指令时序。跳转到第一页n2.1 2.1 单片机内部组成及引脚功能单片机内部组成及引脚功能n2.2 2.2 布布尔处理机尔处理机n2.3 2.3 单片机的存储器组织单片机的存储器组织 n2.4 2.4 单片机的输入单片机的输入/ /输出端口输出端口 n2.5 2.5 时钟电路与时钟电路与CPUCPU时序时序 n2.6 MCS-512.6 MCS-51单片机工作方式单片机工作方式 n本章小结本章小结n习题习题 第第2 2章章 MCS-51MCS-51单片机结构和原理单片机结构和原理 跳转到第一页2.1 单片机内部组成及引脚功能n2.1.1 单片机的内部结构 n2.1.2 单片机的引脚及功能 nMCS-51MCS-51是是美美国国IntelIntel公公司司的的8 8位位高高档档单单片片机机系系列列，也也是是我我国国目目前前应应用用最最为为广广泛泛的的一一种种单单片片机机系系列列。8051/80C518051/80C51是是整整个个MCS-51MCS-51系系列列单单片片机机的的核核心心，该该系系列列其其他他型型号号的的单单片片机机都都是是在在这这一一内内核核的的基基础上发展起来的。础上发展起来的。 nMCS-51MCS-51单单片片机机系系列列分分为为5151和和5252子子系系列列，并并以以芯芯片片型型号号的的末末位位数数字字加加以以标标识识。其其中中，5151子子系系列列是基本型，而是基本型，而5252子系列子系列是增强型。是增强型。 n单单片片机机型型号号带带有有字字母母“C”C”的的，表表示示该该单单片片机机采采用的是用的是CHMOSCHMOS工艺工艺，具有低功耗的特点。，具有低功耗的特点。 80518051的功耗为的功耗为630mW630mW，而，而80C5180C51的功耗只有的功耗只有120mW120mW。 跳转到第一页2.1.1 80512.1.1 8051单片机的内部结构单片机的内部结构n80518051单单片片机机的的结结构构框框图图如如下下图图所所示示，可可以以看看出出，在在一一块块芯芯片片上上集集成成了了一一个个微微型型计计算算机机的的主主要要部部件件，它它包包括括以下几部分：以下几部分：l1 1个个8 8位微处理器位微处理器(CPU)(CPU)。l1 1个时钟电路。个时钟电路。l4KB4KB程序存储器。程序存储器。l256B256B数据存储器。数据存储器。l2 2个个1616位定时位定时/ /计数器。计数器。l64KB64KB扩展总线控制电路。扩展总线控制电路。l4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O接口接口P0P0P3P3。l1 1个全双工串行个全双工串行I/OI/O接口。接口。l5 5个中断源，其中包括个中断源，其中包括2 2个优先级嵌套中断。个优先级嵌套中断。 跳转到第一页 CPUCPU即即中中央央处处理理器器，是是单单片片机机的的核核心心部部件件，是是计计算算机机的的控控制制指指挥挥中中心心。同同微微型型计计算算机机CPUCPU类类似似，80518051内内部部CPUCPU由运算器和控制器两部分组成。由运算器和控制器两部分组成。（1 1）运运算算器器电电路路以以算算术术逻逻辑辑单单元元(ALU(ALU，Arithmetic Arithmetic Logic Logic Unit)Unit)为为核核心心，由由暂暂存存器器1 1、暂暂存存器器2 2、累累加加器器(ACC(ACC，Accumulator)Accumulator)、寄寄存存器器B B、程程序序状状态态寄寄存存器器(PSW(PSW，Program Program Status Status Word)Word)及及布布尔尔处处理理机机共共同同组组成成。它它的的主主要要任任务务是是完完成成算算术术运运算算、逻逻辑辑运运算算、位位运运算算和和数数据据传传送送等等操操作作，运运算算结结果果的的状状态态由由程程序序状状态态寄寄存存器器(PSW)(PSW)保存。保存。（2 2）控控制制器器电电路路包包括括程程序序计计数数器器(PC)(PC)、PCPC增增1 1寄寄存存器器、指指令令寄寄存存器器(IR)(IR)、指指令令译译码码器器(ID)(ID)、数数据据指指针针(DPTR)(DPTR)、堆堆栈栈指指针针(SP)(SP)、缓缓冲冲器器及及定定时时控控制制电电路路等等。控控制制器器电电路完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。路完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。 跳转到第一页2.1.2 80512.1.2 8051单片机的引脚及功能单片机的引脚及功能 nMCS-51MCS-51单单片片机机的的封封装装形形式式有有两两种种，一一种种是是双双列列直直插式插式(DIP)(DIP)封装，另一种是方形封装。封装，另一种是方形封装。n80518051的的4040个引脚可分为：个引脚可分为：l电源电源引脚引脚2 2根根l时钟时钟引脚引脚2 2根根l控制控制引脚引脚4 4根根lI/OI/O引脚引脚3232根根n由由于于80518051单单片片机机是是高高性性能能的的单单片片机机，同同时时受受到到引引脚数目的限制，所以有部分引脚具有脚数目的限制，所以有部分引脚具有第二功能第二功能。 跳转到第一页80518051单片机引脚图单片机引脚图 DIP引脚图 逻辑符号 跳转到第一页80518051引脚的功能描述引脚的功能描述n电源引脚电源引脚(2(2根根) ) lV VCCCC(40(40脚脚) )：电源端，接：电源端，接+5V+5V电源。电源。lV VSSSS(20(20脚脚) )：接地端。：接地端。n时钟引脚时钟引脚(2(2根根) ) lXTAL1XTAL1(19(19脚脚) )：接外部晶振和微调电容的一端。采用外部时：接外部晶振和微调电容的一端。采用外部时钟电路时，对钟电路时，对HMOSHMOS型工艺的单片机，此引脚应接地；对型工艺的单片机，此引脚应接地；对CHMOSCHMOS型而言，此引脚应接外部时钟的输入端。型而言，此引脚应接外部时钟的输入端。lXTAL2XTAL2(18(18脚脚) )：接外部晶振和微调电容的另一端。使用外部：接外部晶振和微调电容的另一端。使用外部时钟时，对时钟时，对HMOSHMOS型工艺的单片机，此引脚应接外部时钟的输型工艺的单片机，此引脚应接外部时钟的输入端；对入端；对CHMOSCHMOS型而言，此引脚悬空。型而言，此引脚悬空。 跳转到第一页80518051引脚的功能描述引脚的功能描述n控制引脚控制引脚(4(4根根) )l RST/VRST/VPDPD(9(9脚脚) )：复位信号：复位信号/ /备用电源输入引脚。备用电源输入引脚。 当当RSTRST引脚保持两个机器周期的高电平后，就可以使引脚保持两个机器周期的高电平后，就可以使80518051完成复位操作。该引脚的第二功能是完成复位操作。该引脚的第二功能是V VPDPD，即备用电源的输入，即备用电源的输入端，具有掉电保护功能。若在该引脚接端，具有掉电保护功能。若在该引脚接+5V+5V备用电源，在使用备用电源，在使用中若主电源中若主电源VCCVCC掉电，可保护片内掉电，可保护片内RAMRAM中的信息不丢失。中的信息不丢失。 lALE/PROGALE/PROG (30 (30脚脚) )：地址锁存允许信号输出：地址锁存允许信号输出/ /编程脉冲输入引编程脉冲输入引脚。当脚。当CPUCPU访问片外存储器时，访问片外存储器时，ALEALE输出信号控制锁存输出信号控制锁存P0P0口输口输出的低出的低8 8位地址，从而实现位地址，从而实现P0P0口数据与低位地址的分时复用。口数据与低位地址的分时复用。当当80518051上电正常工作后，自动在上电正常工作后，自动在ALEALE端输出频率为端输出频率为fosc/6fosc/6的脉的脉冲序列冲序列(fosc(fosc代表振荡器的频率代表振荡器的频率) )。 该引脚的第二功能该引脚的第二功能PROGPROG是对是对87518751内部内部4KB EPROM4KB EPROM编程写入编程写入时，作为编程脉冲的输入端。时，作为编程脉冲的输入端。l 跳转到第一页lEA/VEA/VPPPP(31(31脚脚) )：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/ /编编程电压输入端。程电压输入端。 当当EAEA接高电平时，接高电平时，CPUCPU执行片内执行片内ROMROM指令，但当指令，但当PCPC值超过值超过0FFFH0FFFH时，将自动转去执行片外时，将自动转去执行片外ROMROM指令；当指令；当EAEA接低电平时，接低电平时，CPUCPU只执行片外只执行片外ROMROM指令。对于指令。对于80318031，由于其无片内由于其无片内ROMROM，故其，故其EAEA必须接低电平。必须接低电平。 该引脚的第二功能该引脚的第二功能V VPPPP是对是对87518751片内片内EPROMEPROM编程写编程写入时，作为入时，作为21V21V编程电压的输入端。编程电压的输入端。lPSENPSEN(29(29脚脚) )：片外：片外ROMROM读选通信号端。读选通信号端。 在读片外在读片外ROMROM时，时，PSENPSEN有效，为低电平，以实现有效，为低电平，以实现对片外对片外ROMROM的读操作。的读操作。 8051引脚的功能描述引脚的功能描述跳转到第一页80518051引脚的功能描述引脚的功能描述nI/OI/O引脚引脚(48=32(48=32根根) ) lP0.0P0.0P0.7P0.7(39(393232脚脚) )：P0P0口的口的8 8位双向位双向I/OI/O口线。口线。 P0P0口即可作地址口即可作地址/ /数据总线使用，又可作通用的数据总线使用，又可作通用的I/OI/O口使用。口使用。当当CPUCPU访问片外存储器时，访问片外存储器时，P0P0口分时先作低口分时先作低8 8位地址总线，位地址总线，后作双向数据总线，此时，后作双向数据总线，此时，P0P0口就不能再作口就不能再作I/OI/O口使用了。口使用了。lP1.0P1.0P1.7P1.7(1(18 8脚脚) )：P1P1口的口的8 8位准双向位准双向I/OI/O口线。口线。 P1P1口作为通用的口作为通用的I/OI/O口使用。口使用。lP2.0P2.0P2.7P2.7(21(212828脚脚) )：P2P2口的口的8 8位准双向位准双向I/OI/O口线。口线。 P2P2口即可作为通用的口即可作为通用的I/OI/O口使用，也可作为片外存储器的口使用，也可作为片外存储器的高高8 8位地址总线，与位地址总线，与P0P0口配合，组成口配合，组成1616位片外存储器单元地位片外存储器单元地址。址。lP3.0P3.0P3.7P3.7(10(101717脚脚) )：P3P3口的口的8 8位准双向位准双向I/OI/O口线。口线。 P3P3口除了作为通用的口除了作为通用的I/OI/O口使用之外，每个引脚还具有第口使用之外，每个引脚还具有第二功能。二功能。 跳转到第一页2.2 2.2 布尔处理机布尔处理机nMCS-51MCS-51单单片片机机不不仅仅能能按按字字节节进进行行操操作作，还还能能按按位位进进行行操操作作。也也就就是是说说MCS-51MCS-51单单片片机机实实际际上上又又是是一一个个完完整整而而独独立立的的1 1位单片机，即布尔处理机。位单片机，即布尔处理机。跳转到第一页2.3 存储器组织 n2.3.1MCS-51存储器特点 n2.3.2数据存储器RAM n2.3.3程序存储器ROM跳转到第一页2.3.1 MCS-51存储器特点 n80518051的存储器结构与常见的微型计算机的配置的存储器结构与常见的微型计算机的配置方式不同，它把方式不同，它把程序存储器程序存储器和和数据存储器数据存储器分开，分开，有各自的寻址系统、控制信号和功能。有各自的寻址系统、控制信号和功能。 n80518051的存储器在物理结构上分为的存储器在物理结构上分为片内数据存储片内数据存储器器、片内程序存储器片内程序存储器、片外数据存储器片外数据存储器和和片外片外程序存储器程序存储器4 4个存储空间。但从用户使用的角度个存储空间。但从用户使用的角度看，看，80518051的存储器分为的存储器分为3 3个逻辑空间。个逻辑空间。 片内外统一寻址的片内外统一寻址的64KB64KB程序存储器空间，地址范程序存储器空间，地址范围为围为0000H0000HFFFFHFFFFH。64KB64KB的片外数据存储器空间，地址范围也为的片外数据存储器空间，地址范围也为0000H0000HFFFFHFFFFH。256B256B的片内数据存储器空间，地址范围为的片内数据存储器空间，地址范围为00H00HFFHFFH。 跳转到第一页2.3.2 2.3.2 数据存储器数据存储器RAM RAM n数据存储器数据存储器RAMRAM主要用来存放运算的主要用来存放运算的中间结果中间结果和和数据数据等。等。n在在80518051中，其存储空间分布如下：中，其存储空间分布如下：l片外片外RAMRAM最多可扩至最多可扩至64KB64KB存储单元，地址范围为存储单元，地址范围为0000H0000HFFFFHFFFFH。l片内片内RAMRAM为为256B256B存储单元，地址范围为存储单元，地址范围为00H00HFFHFFH。n片内片内RAMRAM地址空间共有地址空间共有256B256B，又分为两个部分：，又分为两个部分：l低低128B(00H128B(00H7FH)7FH)为为真正的真正的RAMRAM区区，如下图所示，如下图所示 。l高高128B(80H128B(80HFFH)FFH)为为特殊功能寄存器特殊功能寄存器(SFR)(SFR)区，如下表所示区，如下表所示 。跳转到第一页片片内内RAM地地址址空空间间 7FH30H2FH7F7E7D7C7B7A79782EH77767574737271702DH6F6E6D6C6B6A69682CH67666564636261602BH5F5E5D5C5B5A59582AH575655545352515029H4F4E4D4C4B4A494828H474645444342414027H3F3E3D3C3B3A393826H373635343332313025H2F2E2D2C2B2A292824H272625242322212023H1F1E1D1C1B1A191822H171615141312111021H0F0E0D0C0B0A090820H07060504030201001FH18H第第3组组工作寄存器工作寄存器 (R0R7)17H10H第第2组组工作寄存器工作寄存器 (R0R7)0FH08H第第1组组工作寄存器工作寄存器 (R0R7)07H00H第第0组组工作寄存器工作寄存器 (R0R7)工作寄存器区位寻址区用户RAM区(堆栈、数据缓冲区)跳转到第一页SFRSFR中中位位地地址址分分布布表表 SFRMSB位地址位地址/位定位定义义LSB字字节节地址地址BF7F6F5F4F3F2F1F0F0HACCE7E6E5E4E3E2E1E0E0HPSWD7D6D5D4D3D2D1D0D0HCYACF0RS1RS0OV- -PIPBFBEBDBCBBBAB9B8B8H- - - -PSPT1PX1PT0PX0P3B7B6B5B4B3B2B1B0B0HP3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0IEAFAEADACABAAA9A8A8HEA- - -ESET1EX1ET0EX0P2A7A6A5A4A3A2A1A0A0HP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0SCON9F9E9D9C9B9A999898HSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRIP1979695949392919090HP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0TCON8F8E8D8C8B8A898888HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0P0878685848382818080HP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0跳转到第一页程序状态字程序状态字PSWPSW位 序 D7D6D5D4D3D2D1D0位地址 D7HD7H D5HD4HD3HD2HD1HD0H位 名CYACF0RS1RS0OVF1P进位标志半进位标志用户标志位工作寄存器组选择位溢出标志位用户标志位奇偶标志位跳转到第一页数据指针数据指针DPTRDPTRn数数据据指指针针DPTRDPTR是是一一个个1616位位的的特特殊殊功功能能寄寄存存器器，编编程程时时DPTRDPTR可可以以作作为为一一个个1616位位寄寄存存器器使使用用，也也可可以以作作为为两两个个独独立立的的8 8位寄存器分开使用，此时位寄存器分开使用，此时DPHDPH表示高字节，表示高字节，DPLDPL表示低字节。表示低字节。n一一般般编编程程时时常常用用DPTRDPTR来来存存放放外外RAMRAM单单元元的的1616位位地地址址，作作间间接寄存器使用。接寄存器使用。程序技术器程序技术器PCPCn程程序序技技术术器器PCPC是是1616位位专专用用寄寄存存器器，其其内内容容为为下下一一条条要要执执行行指令的首地址。指令的首地址。nPCPC具具有有自自动动加加1 1的的功功能能。改改变变PCPC的的内内容容就就可可以以改改变变指指令令执执行行的次序。系统复位后的次序。系统复位后PCPC的地址是的地址是0000H0000H。n一一般般编编程程时时常常用用DPTRDPTR来来存存放放外外RAMRAM单单元元的的1616位位地地址址，作作间间接接寄存器使用。寄存器使用。跳转到第一页2.3.3 2.3.3 程序存储器程序存储器ROMROMn程序存储器程序存储器ROMROM用来存放用来存放程序程序、常数常数或或表格表格等。等。n在在80518051中，其存储空间分布如下：中，其存储空间分布如下：l片内有片内有4KB4KB的的ROMROM存储单元，地址为存储单元，地址为0000H0000H0FFFH0FFFH。l片外最多可扩至片外最多可扩至64KB64KB的的ROMROM，地址为，地址为1000H1000HFFFFHFFFFH。l片内外片内外ROMROM统一编址。统一编址。 n当当EAEA引脚接引脚接高电平高电平时，时，CPUCPU将首先访问片内将首先访问片内ROMROM，当指令，当指令地址超过地址超过0FFFH0FFFH时，自动转向片外时，自动转向片外ROMROM取指令。取指令。n当当EAEA引脚接引脚接低电平低电平时，时，CPUCPU只访问片外只访问片外ROMROM。片外。片外ROMROM的的地址从地址从0000H0000H开始编址。对于开始编址。对于80318031，由于其片内无，由于其片内无ROMROM，所以使用时必须使所以使用时必须使EAEA接低电平，以便能够从片外扩展的接低电平，以便能够从片外扩展的EPROMEPROM中取指令。中取指令。跳转到第一页程序存储器程序存储器ROMROMn在程序存储器中，以下在程序存储器中，以下6 6个单元具有特殊个单元具有特殊含义。含义。l0000H0000H：单片机复位后的程序入口地址。：单片机复位后的程序入口地址。 l0003H0003H：外部中断外部中断0 0的中断服务程序入口地的中断服务程序入口地址。址。 l000BH000BH：定时器定时器0 0的中断服务程序入口地址。的中断服务程序入口地址。 l0013H0013H：外部中断外部中断1 1的中断服务程序入口地的中断服务程序入口地址。址。 l001BH001BH：定时器定时器1 1的中断服务程序入口地址。的中断服务程序入口地址。 l0023H0023H：串行口串行口的中断服务程序入口地址。的中断服务程序入口地址。跳转到第一页2.4 2.4 单片机的输入单片机的输入/ /输出端口输出端口 n2.4.1 P0口n2.4.2 P1口n2.4.3 P2口n2.4.4 P3口跳转到第一页n80518051单片机有单片机有4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O端口，称为端口，称为P0P0、P1P1、P2P2和和P3P3口，每个端口都各有口，每个端口都各有8 8条条I/OI/O口口线，每条线，每条I/OI/O口线都能独立地用作输入或输口线都能独立地用作输入或输出。出。n在无片外扩展存储器的系统中，这四个在无片外扩展存储器的系统中，这四个I/OI/O口都可以作为口都可以作为通用通用I/OI/O口口使用。使用。n在有片外扩展存储器的系统中，在有片外扩展存储器的系统中，P2P2口送出口送出高高8 8位地址位地址，P0P0口分时送出口分时送出低低8 8位地址位地址和和8 8位位数据数据。 跳转到第一页nP0P0口口某某一一位位的的结结构构图图如如下下图图所所示示，它它由由一一个个输输出出锁锁存存器器、两两个个三三态态输输入入缓缓冲冲器器、一一个个转转换换开开关关MUXMUX、一一个个输输出出驱驱动动电电路路(T1(T1和和T2)T2)和和一一个个与与门门及及一个一个非门非门组成。组成。 2.4.1 P02.4.1 P0口口 跳转到第一页(1) P0(1) P0口用作通用口用作通用I/OI/O口口 MUXMUX与锁存器的与锁存器的Q Q端接通，与门输出为端接通，与门输出为0 0，T1T1截止，输出驱动级就工作在需外接上截止，输出驱动级就工作在需外接上拉电阻的漏极开路方式。拉电阻的漏极开路方式。 P0 P0口用作输出口口用作输出口 CPUCPU在执行输出指令时，内部数据总线的数据在在执行输出指令时，内部数据总线的数据在“写锁存器写锁存器”信号的作用下，由信号的作用下，由D D端进端进入锁存器，取反后出现在入锁存器，取反后出现在Q Q端，再经过端，再经过T2T2反向，则反向，则P0.XP0.X引脚上的数据就是内部总线的数据。引脚上的数据就是内部总线的数据。由于由于T2T2为漏极开路输出，故此时必须外接上拉电阻。为漏极开路输出，故此时必须外接上拉电阻。 P0 P0口用作输入口口用作输入口 数据可以读自端口的锁存器，也可以读自端口的引脚，这要看输入操作执行的是数据可以读自端口的锁存器，也可以读自端口的引脚，这要看输入操作执行的是“读锁读锁存器存器”指令还是指令还是“读引脚读引脚”指令。指令。n方式方式1 1：读引脚：读引脚。CPUCPU在执行在执行“MOV”MOV”类输入指令时类输入指令时( (如：如：MOV A , P0)MOV A , P0)，内部产生的操作信，内部产生的操作信号是号是“读引脚读引脚”。P0.XP0.X引脚上的数据经过缓冲器引脚上的数据经过缓冲器2 2读入到内部总线。注意，在读引脚时，读入到内部总线。注意，在读引脚时，必须先向电路中的锁存器必须先向电路中的锁存器写入写入1 1，使，使T2T2截止，截止，P0.XP0.X引脚处于悬浮状态，可作为高阻抗输入。引脚处于悬浮状态，可作为高阻抗输入。n方式方式2 2：读锁存器：读锁存器。CPUCPU在执行在执行“读读- -改改- -写写”类输入指令时类输入指令时( (如：如：ANL P0, A )ANL P0, A )，内部产生的，内部产生的操作信号是操作信号是“读锁存器读锁存器”，锁存器中的数据经过缓冲器，锁存器中的数据经过缓冲器1 1送到内部总线，然后与送到内部总线，然后与A A的内容进的内容进行逻辑行逻辑“与与”，结果送回，结果送回P0P0的端口锁存器并出现在引脚。除了的端口锁存器并出现在引脚。除了MOVMOV类指令外，其他的读口类指令外，其他的读口操作指令都属于这种情况。操作指令都属于这种情况。 跳转到第一页(2) P0(2) P0口用作地址口用作地址/ /数据总线数据总线 nMUXMUX将地址将地址/ /数据线与数据线与T2T2接通，同时与门输出有效。接通，同时与门输出有效。n若若地地址址/ /数数据据线线为为1 1，则则T1T1导导通通，T2T2截截止止，P0P0口口输输出出为为1 1；反反之之T1T1截截止止，T2T2导通，导通，P0P0口输出为口输出为0 0。n当当数数据据从从P0P0口口输输入入时时，读读引引脚脚使使三三态态缓缓冲冲器器2 2打打开开，端端口口上上的的数数据据经经缓缓冲器冲器2 2送到内部总线。送到内部总线。 跳转到第一页（3 3）P0P0口小结口小结 P0 P0口既可作地址口既可作地址/ /数据总线使用，也可作通用数据总线使用，也可作通用I/OI/O口使用。当口使用。当P0P0口作地口作地址址/ /数据总线使用时，就不能再作通用数据总线使用时，就不能再作通用I/OI/O口使用了。口使用了。 P0 P0口作输出口使用时，输出级属漏极开路，必须外接上拉电阻，才有口作输出口使用时，输出级属漏极开路，必须外接上拉电阻，才有高电平输出。高电平输出。 P0 P0口作输入口读引脚时，应先向锁存器写口作输入口读引脚时，应先向锁存器写1 1，使，使T2T2截止，不影响输入截止，不影响输入电平。电平。 跳转到第一页nP1口是唯一的单功能口，仅能作为通用口是唯一的单功能口，仅能作为通用I/O口使用。由于在其输出端接口使用。由于在其输出端接有上拉电阻，故可以直接输出而无需外接上拉电阻。有上拉电阻，故可以直接输出而无需外接上拉电阻。n同同P0口一样，当作输入口时，必须先向锁存器写口一样，当作输入口时，必须先向锁存器写“1”，使场效应管，使场效应管T截止。截止。 2.4.2 P12.4.2 P1口口 跳转到第一页n图图中中的的控控制制信信号号C C决决定定转转换换开开关关MUXMUX的的位位置置：当当C=0C=0时时，MUXMUX拨拨向向下下方方，P0P0口口为为通通用用I/OI/O口口；当当控控制制信信号号C=1C=1时时，MUXMUX拨拨向向上上方方，P0P0口口作作为为地地址址总总线线使用。使用。n在实际应用中，在实际应用中，P2P2口通常作为高口通常作为高8 8位地址总线使用。位地址总线使用。 2.4.3 P22.4.3 P2口口 跳转到第一页nP3P3口用作通用口用作通用I/OI/O口时，第二输出功能信号口时，第二输出功能信号W=1W=1，P3P3口的每一位都可定口的每一位都可定义为输入或输出，其工作原理同义为输入或输出，其工作原理同P1P1口类似。口类似。n在真正的应用电路中，在真正的应用电路中，P3P3口的第二功能显得更为重要口的第二功能显得更为重要 。2.4.4 P32.4.4 P3口口 跳转到第一页 P3P3口的第二功能口的第二功能 引脚引脚 第二功能第二功能 功能功能说说明明 P3.0RXD串行口串行口输输入入P3.1TXD串行口串行口输输出出P3.2外部中断外部中断0输输入入P3.3外部中断外部中断1输输入入P3.4T0定定时时器器/计计数器数器0计计数数输输入入P3.5T1定定时时器器/计计数器数器1计计数数输输入入P3.6片外片外RAM写写选选通信号通信号(输输出出)P3.7片外片外RAM读选读选通信号通信号(输输出出)跳转到第一页输入输入/ /输出端口负载能力输出端口负载能力 nP0P0口的输出级与口的输出级与P1P1P3P3口的输出级在结构上不同，其输出级口的输出级在结构上不同，其输出级无上拉电阻，因此它们的负载能力和接口要求也不相同。无上拉电阻，因此它们的负载能力和接口要求也不相同。nP0P0口口的每一位能驱动的每一位能驱动8 8个个LSTTLLSTTL负载。在作为通用负载。在作为通用I/OI/O口使用口使用时，输出驱动电路是开漏的，所以，驱动集电极开路时，输出驱动电路是开漏的，所以，驱动集电极开路(OC(OC门门) )电路或漏级开路电路需电路或漏级开路电路需外接上拉电阻外接上拉电阻。当作为地址。当作为地址/ /数据总数据总线使用时线使用时(T1(T1可以提供上拉电平可以提供上拉电平) )，口线不是开漏的，无需外，口线不是开漏的，无需外接上拉电阻。接上拉电阻。nP1P1P3P3口口的每一位能驱动的每一位能驱动4 4个个LSTTLLSTTL负载。它们的输出驱动电负载。它们的输出驱动电路有上拉电阻，所以可以方便地由集电极开路路有上拉电阻，所以可以方便地由集电极开路(OC(OC门门) )电路或电路或漏级开路电路所驱动，而无需外接上拉电阻。漏级开路电路所驱动，而无需外接上拉电阻。n对于对于80C5180C51单片机单片机(CHMOS)(CHMOS)，端口只能提供几毫安的输出电流，端口只能提供几毫安的输出电流，故当作输出口去驱动一个普通晶体管的基极时，应在端口与故当作输出口去驱动一个普通晶体管的基极时，应在端口与晶体管基极间晶体管基极间串联一个电阻串联一个电阻，以限制高电平输出时的电流。，以限制高电平输出时的电流。 跳转到第一页2.5 2.5 时钟电路与时钟电路与CPUCPU时序时序n2.5.1 时钟电路n2.5.2 CPU时序 跳转到第一页2.5.1 2.5.1 时钟电路时钟电路 n80518051单单片片机机的的时时钟钟信信号号通通常常由由两两种种方方式式产产生生：一一是是内内部部振振荡荡方方式式，二二是是外部时钟方式外部时钟方式。 (a) (a) 内部方式时钟电路内部方式时钟电路 (b) (b) 外部方式时钟电路外部方式时钟电路跳转到第一页2.5.1 2.5.1 时钟电路时钟电路1. 1. 内部振荡方式内部振荡方式 在在80518051单片机内部有一个高增益的单片机内部有一个高增益的反相放大器反相放大器，用于构成，用于构成振荡器，反相放大器的输入端为振荡器，反相放大器的输入端为XTAL1XTAL1，输出端为，输出端为XTAL2XTAL2。l内部振荡方式是在内部振荡方式是在XTAL1XTAL1和和XTAL2XTAL2引脚两端跨接引脚两端跨接石英晶体振石英晶体振荡器荡器和两个和两个电容电容构成稳定的自激振荡电路。构成稳定的自激振荡电路。l电容电容C1C1和和C2C2通常取通常取30pF30pF，对振荡频率有微调作用。晶振频，对振荡频率有微调作用。晶振频率范围是率范围是1.2MHz1.2MHz12MHz12MHz。2. 2. 外部时钟方式外部时钟方式 外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内。外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内。l80518051：外部时钟由：外部时钟由XTAL2XTAL2输入，直接送入内部时钟电路，输入，直接送入内部时钟电路，XTAL1XTAL1接地；接地；l80C5180C51：外部时钟由：外部时钟由XTAL1XTAL1输入，输入，XTAL2XTAL2悬空。悬空。l外部时钟信号为高电平持续时间要大于外部时钟信号为高电平持续时间要大于20ns20ns，且频率低于，且频率低于12MHz12MHz的方波。的方波。 跳转到第一页2.5.2 CPU2.5.2 CPU时序时序nCPUCPU时序就是时序就是CPUCPU在执行指令时所需控制信号的时间顺序。在执行指令时所需控制信号的时间顺序。n单片机的时序定时单位从小到大依次为：振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期。 nMCS-51单片机共有111条指令，按照指令字节数和机器周期数可分为六类，即单字节单周期指令、单字节双周期指令、单字节四周期指令、双字节单周期指令、双字节双周期指令和三字节双周期指令。 跳转到第一页典型指令的取指、执行时序典型指令的取指、执行时序 l振荡周期为单片机提供定时信号的振荡源的周期或外部输入时钟信号的周期。l时钟周期又成为状态周期(或状态S)是振荡周期的两倍，它分为P1节拍和P2节拍。l一条指令的执行过程分作几个基本操作，完成一个基本操作所需的时间称作机器周期。l执行一条指令所需的时间称为指令周期。 跳转到第一页2.6 MCS-512.6 MCS-51单片机工作方式单片机工作方式 n2.6.1 复位方式与复位电路 n2.6.2 程序执行方式n2.6.3 单步执行方式n2.6.4 低功耗操作方式n2.6.5 EPROM编程和校验方式 跳转到第一页2.6.1 2.6.1 复位方式与复位电路复位方式与复位电路 n复位是单片机的初始化操作。复位是单片机的初始化操作。n复位功能是把复位功能是把PCPC初始化为初始化为0000H0000H，使，使CPUCPU从从0000H0000H单元开始执单元开始执行程序；复位操作同时还对其他一些行程序；复位操作同时还对其他一些寄存器寄存器有影响，但有影响，但内内部部RAMRAM的数据是不变的。的数据是不变的。 n除了进入系统的正常初始化之外，当由于除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错程序运行出错或或操作错误操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新启动。复位键重新启动。跳转到第一页部分特殊功能寄存器的复位状态部分特殊功能寄存器的复位状态 说明：表中符号说明：表中符号状为随机态。状为随机态。寄存器寄存器 复位状复位状态态寄存器寄存器 复位状复位状态态PC 0000H ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPTR 0000H P0P3 0FFH IP 00000B IE 000000B TMOD 00H TCON 00H TL0，TL1 00H TH0，TH1 00H SCON 00H SBUF 不定不定 PCON 00000B 跳转到第一页复位电路复位电路 n单片机的复位引脚单片机的复位引脚RSTRST出现出现2 2个机器周期个机器周期以上的高电平时，单片机就执以上的高电平时，单片机就执行复位操作。行复位操作。 n常见的复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式常见的复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式 。l上电自动复位上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。是通过外部复位电路的电容充电来实现的。l按键手动复位按键手动复位是通过复位端经电阻与电源是通过复位端经电阻与电源V VCCCC接通而实现的，它兼备上接通而实现的，它兼备上电复位功能。电复位功能。 (a) (a) 上电自动复位上电自动复位 (b) (b) 按键手动复位按键手动复位 跳转到第一页2.6.2 2.6.2 程序执行方式程序执行方式 n单单片片机机执执行行程程序序的的过过程程，就就是是逐逐条条执执行行指指令令的的过过程程。单单片片机机每每执执行行一一条指令都可分为三个阶段，即条指令都可分为三个阶段，即取指令取指令分析指令分析指令执行指令执行指令。 n单单片片机机中中的的程程序序一一般般事事先先都都已已通通过过写写入入器器( (编编程程器器) )固固化化在在片片内内或或片片外外程序存储器中，因而一开机即可执行指令。程序存储器中，因而一开机即可执行指令。 跳转到第一页本章小结本章小结nIntelIntel公司公司MCS-51MCS-51系列单片机是我国目前应用最为广泛的单片机。系列单片机是我国目前应用最为广泛的单片机。8051/80C518051/80C51是整个是整个MCS-51MCS-51系列单片机的核心系列单片机的核心，该系列其他型号的单片机都是在这一内核的，该系列其他型号的单片机都是在这一内核的基础上发展起来的。基础上发展起来的。n80518051单片机内部结构包括中央处理器、程序存储器、数据存储器、并行单片机内部结构包括中央处理器、程序存储器、数据存储器、并行I/OI/O接接口、定时器口、定时器/ /计数器、时钟电路、中断系统、串行口。计数器、时钟电路、中断系统、串行口。中央处理器是单片机的中央处理器是单片机的核心部件核心部件，是计算机的控制指挥中心。，是计算机的控制指挥中心。n80518051的程序存储器和数据存储器是各自独立的，各有各的寻址系统、控制信号的程序存储器和数据存储器是各自独立的，各有各的寻址系统、控制信号和功能。在物理结构上可分为片内数据存储器、片内程序存储器、片外数据存和功能。在物理结构上可分为片内数据存储器、片内程序存储器、片外数据存储器和片外程序存储器储器和片外程序存储器4 4个存储空间。个存储空间。n片内片内RAMRAM共共256B256B，分为两大功能区，分为两大功能区，低低128B128B为真正的为真正的RAMRAM区区；高高128B128B为特殊功能为特殊功能寄存器寄存器(SFR)(SFR)区区。低。低128B RAM128B RAM又分为工作寄存器区、位寻址区和用户又分为工作寄存器区、位寻址区和用户RAMRAM区。区。 跳转到第一页本章小结本章小结n80518051单片机有单片机有P0P0、P1P1、P2P2和和P3 4P3 4个个8 8位并行位并行I/OI/O端口，每个端口各有端口，每个端口各有8 8条条I/OI/O口线，口线，每条每条I/OI/O口线都能独立地用作输入或输出口线都能独立地用作输入或输出。各端口的功能不同，且结构上也有。各端口的功能不同，且结构上也有差异，通常差异，通常P2P2口作为高口作为高8 8位地址线位地址线，P0P0口分时复用作为低口分时复用作为低8 8位地址线和位地址线和8 8位数据位数据线线，P3P3口使用第二功能口使用第二功能，P1P1口只能作为通用口只能作为通用I/OI/O口使用口使用。P0P0口的输出级与口的输出级与P1P1P3P3口的输出级在结构上不同，其输出级无上拉电阻，因此它们的负载能力和接口的输出级在结构上不同，其输出级无上拉电阻，因此它们的负载能力和接口要求也不相同。口要求也不相同。n时序就是时序就是CPUCPU在执行指令时所需控制信号的时间顺序，其单位有在执行指令时所需控制信号的时间顺序，其单位有振荡周期振荡周期、时时钟周期钟周期、机器周期机器周期和和指令周期指令周期。时钟信号产生方式有内部振荡方式和外部时钟。时钟信号产生方式有内部振荡方式和外部时钟方式两种。方式两种。n复位是单片机的初始化操作，复位操作对复位是单片机的初始化操作，复位操作对PCPC和部分特殊功能寄存器有影响，但和部分特殊功能寄存器有影响，但对内部对内部RAMRAM没有影响。没有影响。跳转到第一页习习 题题1. 请结合MCS-51系列单片机的结构框图，阐明其组成。2. 综述MCS-51系列单片机各引脚的作用，并试分类。3. 程序计数器的符号是什么？MCS-51系列单片机的程序计数器有几位?4. 何谓程序状态字？它的符号是什么？它各位的含义是什么？5. 何谓振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期？针对MCS-5l系列单片机，如采用12MHz晶振，它们的周期各是什么值？6. 引脚的作用是什么？在下列三种情况下，引脚各应接何种电平? (1) 只有片内ROM； (2) 有片内ROM和片外ROM； (3) 有片内ROM和片外ROM，片外ROM所存为调试程序。7. MCS-51系列单片机存储器的地址空间是如何划分的？各地址空间的地址范围和容量如何？8. MCS-5l怎样实现上电自动复位与按键手动复位？并请综述各专用寄存器复位后的状态。