MCS-51单片机的基础知识

1、第第2 2章章 MCS-51MCS-51单片机的基础知识单片机的基础知识 教学内容和要求教学内容和要求 本章系统的介绍本章系统的介绍5151单片机单片机 的内部结构、引脚定义和引脚的内部结构、引脚定义和引脚 特性、存储器、寄存器等内容。特性、存储器、寄存器等内容。 注意：本章内容不必很深入的去学习，注意：本章内容不必很深入的去学习， 知道一些基本知识即可。知道一些基本知识即可。 原因如下：原因如下： 在起步阶段，不用过多的在起步阶段，不用过多的 了解单片机的内部结构、工作了解单片机的内部结构、工作 原理的全部细节，这会阻碍学习原理的全部细节，这会阻碍学习 的进度。特别是在以高级语言为主的情况下

2、。的进度。特别是在以高级语言为主的情况下。 如有需要，在以后的学习和开发过程中，完如有需要，在以后的学习和开发过程中，完 全可以参考其它讲解更为详细的资料。全可以参考其它讲解更为详细的资料。 1 1、MCS-51MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构 2 2、MCS-51MCS-51单片机的引脚定义与特性单片机的引脚定义与特性 3 3、MCS-51MCS-51单片机存储器和寄存器单片机存储器和寄存器 6 6、定时、定时/ /计数器计数器 7 7、MCS-51MCS-51单片机的中断系统单片机的中断系统 专专 题题 4 4、 MCS-51MCS-51单片机的工作方式单片机的工作方式 5 5

3、、 MCS-51MCS-51单片机的最小系统单片机的最小系统 1 1、MCS-51MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构 展示实物 总线型总线型非总线型非总线型 目前很多厂商生产目前很多厂商生产5151单片机，从外观到内部资单片机，从外观到内部资 源不完全一样，但是其源不完全一样，但是其MCUMCU结构一致，都采用了结构一致，都采用了 80518051核。核。 一个基本的一个基本的5151单片机通常包括以下部件：中央单片机通常包括以下部件：中央 处理器处理器（CPUCPU）、ROMROM、RAMRAM、I/OI/O口、定时器、口、定时器、 串口、中断控制器、振荡电路等。串口、中断控制器、

4、振荡电路等。 核心部件：中央处理器（核心部件：中央处理器（CPU）、）、ROM、RAM、振荡电路；、振荡电路； 外部功能部件：外部功能部件：I/O口、定时器、串口、中断控制器等。口、定时器、串口、中断控制器等。 MCS51 MCS51系列单片机的内部结构框图如图所示系列单片机的内部结构框图如图所示 下面对上面的主要部件进行简单的说明。下面对上面的主要部件进行简单的说明。 I/O I/O口口 中断控制器中断控制器 CPU CPU 是单片机中最重要的部件，负责指令的读取、是单片机中最重要的部件，负责指令的读取、 译码、执行等内部控制核算术逻辑运算。译码、执行等内部控制核算术逻辑运算。 其结构复杂，

5、但采用高级语言编写程序时，不其结构复杂，但采用高级语言编写程序时，不 必对其作过多了解。必对其作过多了解。 当然，如果采用汇编语言写程序就是另外一回当然，如果采用汇编语言写程序就是另外一回 事了。事了。 ROM ROM 用户程序编译成最终的目标代码，通过烧写，用户程序编译成最终的目标代码，通过烧写， 被放在这里。被放在这里。 代码是能够被识别的命令的序列，一般不可更代码是能够被识别的命令的序列，一般不可更 改。改。 RAM RAM 程序执行的过程中就是单片机工作的过程程序执行的过程中就是单片机工作的过程 中，会有或多或少的新的数据生成，这些数据可以中，会有或多或少的新的数据生成，这些数据可以

6、随时读取和更改，放在随时读取和更改，放在RAMRAM中。中。 特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR）就位于此。）就位于此。 振荡电路振荡电路 单片机中有很多部件，振荡电路产成时钟信号，单片机中有很多部件，振荡电路产成时钟信号， 使得各个部件有条不紊的工作。使得各个部件有条不紊的工作。 相关概念：相关概念： 振荡周期、状态周期、机器周期、指令周期振荡周期、状态周期、机器周期、指令周期 时钟周期：即振荡周期，由晶振决定。时钟周期：即振荡周期，由晶振决定。 状态周期：状态周期：2 2个振荡周期；个振荡周期； 机器周期：机器周期：6 6个状态周期，个状态周期，1212个振荡周期（时钟周期）；个

7、振荡周期（时钟周期）； 指令周期：一、二、三、四个机器周期；指令周期：一、二、三、四个机器周期； 例如振荡脉冲频率例如振荡脉冲频率12MHz12MHz，则振荡周期，则振荡周期1/121/12ss，机器周期，机器周期1s1s，如，如 果振荡脉冲频率果振荡脉冲频率6MHz6MHz，则振荡周期，则振荡周期1/61/6ss，机器周期，机器周期2s2s。 输入输出口（输入输出口（I/OI/O口）口） 它是单片机最普通、最常用的部件，用来获取它是单片机最普通、最常用的部件，用来获取 外部的数字量，或者输出内部产生的数字量，从而外部的数字量，或者输出内部产生的数字量，从而 驱动连接在相应口线上的部件产生相应

8、的动作。驱动连接在相应口线上的部件产生相应的动作。 定时定时/ /计数器计数器 定时：定时： 如果有些功能，需要间隔某一定时间运行一次，如果有些功能，需要间隔某一定时间运行一次， 就需要用到定时器的定时功能。就需要用到定时器的定时功能。 计数：计数： 当定时的计数源是从外部输入的时候，它就被当定时的计数源是从外部输入的时候，它就被 称为计数器。称为计数器。 中断控制器中断控制器 相关概念：中断，中断请求，中断响应，中断相关概念：中断，中断请求，中断响应，中断 优先级等等。优先级等等。 上图为按功能划分的上图为按功能划分的MCS51MCS51系列单片机内部结构简系列单片机内部结构简 化框图。分析

9、上图化框图。分析上图, , 并按其功能部件划分可以看出并按其功能部件划分可以看出, MCS, MCS 5151系列单片机是由系列单片机是由8 8大部分组成的。大部分组成的。 这这8 8大部分是大部分是: : 一个一个8 8位中央处理机位中央处理机CPUCPU。 128 128个字节（个字节（MCS52MCS52子系列为子系列为256256字节）的片内数据存字节）的片内数据存 储器储器RAMRAM。 4 KB4 KB（MCS52MCS52子系列为子系列为8 KB8 KB）的片内程序只读存储器）的片内程序只读存储器 ROMROM或或EPROMEPROM（80318031和和80328032无）。无

10、）。 1818个（个（MCS52MCS52子系列为子系列为2121个）特殊功能寄存器个）特殊功能寄存器SFRSFR。 44个个8 8位并行输入输出位并行输入输出I/OI/O接口接口: P0: P0口、口、 P1P1口、口、 P2P2口、口、 P3P3 口（共口（共3232线）线）, , 用于并行输入或输出数据。用于并行输入或输出数据。 1 1个串行个串行I/OI/O接口。接口。 22个（个（MCS52MCS52子系列为子系列为3 3个）个）1616位定时器位定时器/ /计数器。计数器。 1 1个具有个具有5 5个（个（MCS52MCS52子系列为子系列为6 6个或个或7 7个）中断源个）中断源

11、, , 可可 编程为编程为2 2个优先级的中断系统。个优先级的中断系统。 它可以接收外部中断申请它可以接收外部中断申请, , 定时器定时器/ /计数器中断申请和串行口中断申请。计数器中断申请和串行口中断申请。 图21 MCS51系列单片机内部结构框图 2 2、MCS-51MCS-51单片机的引脚定义与特性单片机的引脚定义与特性 1 1主电源引脚主电源引脚V Vcc cc和 和V Vss ss 2 2外接晶体引脚外接晶体引脚XTAL1XTAL1和和XTAL2XTAL2 3 3控制信号或与其它电源复用引脚控制信号或与其它电源复用引脚 1 1）主电源引脚）主电源引脚V Vcc cc和 和V Vss

12、ss 2 2）外接晶体引脚）外接晶体引脚XTAL1XTAL1和和XTAL2XTAL2 3 3）控制信号或与其它电源复用引脚）控制信号或与其它电源复用引脚 1 1） 主电源引脚主电源引脚VccVcc和和Vss Vss V VCC CC（ （4040脚）脚）: : 接接+5 V+5 V电源正端电源正端; ; V VSS SS（ （2020脚）脚）: : 接接+5 V+5 V电源地端。电源地端。 2 2）外接晶体引脚）外接晶体引脚XTAL1XTAL1和和XTAL2XTAL2 注意：可以接外部晶体振荡器或者外部时钟。如下图注意：可以接外部晶体振荡器或者外部时钟。如下图 XTAL1XTAL1（1919脚

13、）脚）: : 接外部石英晶体的一端。接外部石英晶体的一端。 在单片在单片 机内部机内部, , 它是一个反相放大器的输入端它是一个反相放大器的输入端, , 这个放大器构这个放大器构 成了片内振荡器。成了片内振荡器。 当采用外部时钟时当采用外部时钟时, , 对于对于HMOSHMOS单片单片 机机, , 该引脚接地该引脚接地; ; 对于对于CHMOSCHMOS单片机单片机, , 该引脚作为外部该引脚作为外部 振荡信号的输入端。振荡信号的输入端。 XTAL2XTAL2（1818脚）脚）: : 接外部晶体的另一端。接外部晶体的另一端。 在单片机在单片机 内部内部, , 接至片内振荡器的反相放大器的输出端

14、。接至片内振荡器的反相放大器的输出端。 当采当采 用外部时钟时用外部时钟时, , 对于对于HMOSHMOS单片机单片机, , 该引脚作为外部振荡该引脚作为外部振荡 信号的输入端信号的输入端; ; 对于对于CHMOSCHMOS芯片芯片, , 该引脚悬空不接。该引脚悬空不接。 3 3）控制信号或与其它电源复用引脚）控制信号或与其它电源复用引脚 控制信号或与其它电源复用引脚有控制信号或与其它电源复用引脚有RST/VPDRST/VPD、 和和 等等4 4种形式。种形式。 （1 1） RST/VPDRST/VPD（9 9脚）脚）: RST: RST即为即为RESET, VPDRESET, VPD为备用为

15、备用 电源电源, , 所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。 （2 2） (30(30脚脚): ): 当访问外部存储器时当访问外部存储器时, , ALEALE（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出, , 用于锁存出现在用于锁存出现在P0P0口的低口的低8 8位地址。位地址。 （3 3） （2929脚）脚）: : 片外程序存储器读选通信号输片外程序存储器读选通信号输 出端出端, , 低电平有效。低电平有效。 （4 4） （3131脚）脚）: : 为访问外部程序存储器为访问外部程序存储器 控制信号控

16、制信号, , 低电平有效。低电平有效。 /.ALE PROGPSEN/ PP EA V /ALE PROG PSEN / PP EA V EA 4 4） 输入输入/ /输出（输出（I/OI/O）引脚）引脚P0P0口、口、 P1P1口、口、 P2P2口及口及P3P3口口 （1 1）P0P0口（口（3939脚脚3232脚）脚）:P0.0:P0.0P0.7P0.7统称为统称为P0P0口。口。 （2 2）P1P1口（口（1 1脚脚8 8脚）脚）:P1.0:P1.0P1.7P1.7统称为统称为P1P1口口, , 可作为准可作为准 双向双向I/OI/O接口使用。接口使用。 （3 3）P2P2口（口（212

17、1脚脚2828脚）脚）:P2.0:P2.0P2.7P2.7统称为统称为P2P2口口, , 一般可一般可 作为准双向作为准双向I/OI/O接口。接口。 （4 4）P3P3口（口（1010脚脚1717脚）脚）:P3.0:P3.0P3.7P3.7统称为统称为P3P3口。口。 返回定时返回定时/ /计数器计数器 下页单片机引脚图 返回方式返回方式1 1 单片机引脚图 1 1）存储器的总体结构）存储器的总体结构 2 2）MCS-51MCS-51的寄存器的寄存器 3 3、 MCS-51MCS-51单片机存储器和寄存器单片机存储器和寄存器 注意下面两点：注意下面两点： 存储器用来存放程序或数据，所以非常重要

18、；存储器用来存放程序或数据，所以非常重要； 对单片机很多部件的操作，实际是对相应的存储对单片机很多部件的操作，实际是对相应的存储 器的操作。器的操作。 例如例如P1P1口和地址为口和地址为90H90H的存储单元对应。的存储单元对应。 1 1）存储器的总体结构）存储器的总体结构 80518051的存储器结构与常见的微型计算机的配置方式不的存储器结构与常见的微型计算机的配置方式不 同，它把程序存储器和数据存储器分开，有各自的寻址系同，它把程序存储器和数据存储器分开，有各自的寻址系 统、控制信号和功能。统、控制信号和功能。 MCS51MCS51单片机存储器的分类：单片机存储器的分类： 从物理结构上可

19、分为从物理结构上可分为: :片内、片外程序存储器（片内、片外程序存储器（80318031和和 80328032没有片内程序存储器）与片内、片外数据存储器没有片内程序存储器）与片内、片外数据存储器; ; 从寻址空间分布可分为从寻址空间分布可分为: : 程序存储器、程序存储器、 内部数据存储器内部数据存储器 和外部数据存储器和外部数据存储器3 3大部分大部分; ; 从功能上可分为从功能上可分为: : 程序存储器、程序存储器、 内部数据存储器、内部数据存储器、 特特 殊功能寄存器、殊功能寄存器、 位地址空间和外部数据存储器位地址空间和外部数据存储器5 5大部分。大部分。 如下页图如下页图 片内外统一

20、寻址的片内外统一寻址的64KB64KB程序存储器空间，地址范围为程序存储器空间，地址范围为 0000H0000HFFFFHFFFFH。 64KB64KB的片外数据存储器空间，地址范围的片外数据存储器空间，地址范围0000H0000H FFFFHFFFFH。 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。 或者用下面的图来表示：或者用下面的图来表示： 0000H 7FH 00H 80H FFH 0FFFH 0FFFH 0000H 0000H EA0 FFFFH SFR RAM EA1 ROM 4KB FFFFH 64KB ROM RAM

21、 64KB （I/O） RAM 片内存储器 1000H 片外扩展存储器 MCS51单片机存储器空间结构图 （a） 程序存储器; （b） 内部数据存储器; （c） 外部数据存储器 MCS51 MCS51系列单片机还有系列单片机还有128128个字节的个字节的RAMRAM区作为特殊区作为特殊 功能寄存器（功能寄存器（SFRSFR）区。）区。 片内、片外程序存储器和数据存片内、片外程序存储器和数据存 储器各自总容量为储器各自总容量为64 KB64 KB。 附附1 1：程序存储器：程序存储器 n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8051805

22、1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，地址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将首先将首先 访问片内访问片内ROMROM，当指令地址超过，当指令地址超过 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，C

23、PUCPU只访问片只访问片 外外ROMROM。片外。片外ROMROM的地址从的地址从0000H0000H开开 始编址。对于始编址。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，以便能接低电平，以便能 够从片外扩展的够从片外扩展的EPROMEPROM中取指令。中取指令。 附附2 2：程序运行的入口地址：程序运行的入口地址 实际应用时实际应用时, , 程序存储器的容量由用户根据需要扩展，程序存储器的容量由用户根据需要扩展， 而程序地址空间原则上也可由用户任意安排。而程序地址空间原则上也可由用户任意安排。 但程序最但程序最 初运行的

24、入口地址，初运行的入口地址， MCS51MCS51单片机是固定的单片机是固定的, , 用户不能用户不能 更改。更改。 程序存储器中有复位和中断源共程序存储器中有复位和中断源共7 7个固定的入口地址。个固定的入口地址。 如下，如下， MCS51单片机复位、 中断入口地址 51单片机常见的中断源和中断向量表 附附3 3：数据存储器：数据存储器 n数据存储器RAM主要用来存放运算的中间结果和数据等。 n在8051中，其存储空间分布如下： l片外RAM最多可扩至64KB存储单元，地址范围为0000HFFFFH。 l片内RAM为256B存储单元，地址范围为00HFFH。 n片内RAM地址空间共有256B

25、，又分为两个部分： l低128B(00H7FH)为真正的RAM区，如下图所示 。 l高128B(80HFFH)为特殊功能寄存器(SFR)区，如下表所示 。 0000H 7FH 00H 80H FFH 0FFFH 0FFFH 0000H 0000H EA0 FFFFH SFR RAM EA1 ROM 4KB FFFFH 64KB ROM RAM 64KB （I/O） RAM 片内存储器 1000H 片外扩展存储器 下页依次有下页依次有 详细图表详细图表 片片 内内 RAMRAM 地地 址址 空空 间间 7FH 30H 2FH7F7E7D7C7B7A7978 2EH7776757473727170

26、 2DH6F6E6D6C6B6A6968 2CH6766656463626160 2BH5F5E5D5C5B5A5958 2AH5756555453525150 29H4F4E4D4C4B4A4948 28H4746454443424140 27H3F3E3D3C3B3A3938 26H3736353433323130 25H2F2E2D2C2B2A2928 24H2726252423222120 23H1F1E1D1C1B1A1918 22H1716151413121110 21H0F0E0D0C0B0A0908 20H0706050403020100 1FH 18H 第第3组工作寄存器组工

27、作寄存器 (R0R7) 17H 10H 第第2组工作寄存器组工作寄存器 (R0R7) 0FH 08H 第第1组工作寄存器组工作寄存器 (R0R7) 07H 00H 第第0组工作寄存器组工作寄存器 (R0R7) 工作寄存器区工作寄存器区 位寻址区位寻址区 用户用户RAM区区 (堆栈、数据缓冲区堆栈、数据缓冲区) 片内RAM，工作组寄存器 返回定义中返回定义中 断服务函数断服务函数 低低128128位位 2 2）MCS-51MCS-51的寄存器的寄存器 MCS51内部有内部有256B存储单元，为存储单元，为00HFFH。 其寄存器分成两类：一是通用寄存器（低其寄存器分成两类：一是通用寄存器（低12

28、8），）， 一是特殊功能寄存器（一是特殊功能寄存器（SFR）（高）（高128）。）。 在使用高级语言编程时，通用寄存器一般作为函在使用高级语言编程时，通用寄存器一般作为函 数内部的局部变量和函数调用时传递参数只用，由编数内部的局部变量和函数调用时传递参数只用，由编 译器统一接管，我们不必关心。译器统一接管，我们不必关心。 但是但是SFR往往对应了硬件操作，需要工程开发人往往对应了硬件操作，需要工程开发人 员按照需求进行控制。值得注意。员按照需求进行控制。值得注意。 附：特殊功能寄存器附：特殊功能寄存器SFRSFR块块 又称为专用寄存器。又称为专用寄存器。 它专用于控制、它专用于控制、 管理单片

29、机内算管理单片机内算 术逻辑部件、术逻辑部件、 并行并行I/OI/O口锁存器、口锁存器、 串行口数据缓冲器、串行口数据缓冲器、 定时器定时器/ /计数器、计数器、 中断系统等功能模块的工作中断系统等功能模块的工作, SFR, SFR的地址的地址 空间为空间为80H80HFFHFFH。 位地址分布如下页图位地址分布如下页图 0000H 7FH 00H 80H FFH 0FFFH 0FFFH 0000H 0000H EA0 FFFFH SFR RAM EA1 ROM 4KB FFFFH 64KB ROM RAM 64KB （I/O） RAM 片内存储器 1000H 片外扩展存储器 SFRMSB位地

30、址位地址/位定义位定义LSB字节地址字节地址 B F7F6F5F4F3F2F1F0 F0H ACC E7E6E5E4E3E2E1E0 E0H PSW D7D6D5D4D3D2D1D0 D0H CYACF0RS1RS0OV- -P IP BFBEBDBCBBBAB9B8 B8H - - - -PSPT1PX1PT0PX0 P3 B7B6B5B4B3B2B1B0 B0H P3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0 IE AFAEADACABAAA9A8 A8H EA- - -ESET1EX1ET0EX0 P2 A7A6A5A4A3A2A1A0 A0H P2.7P2.6P2.5

31、P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0 SCON 9F9E9D9C9B9A9998 98H SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI P1 9796959493929190 90H P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0 TCON 8F8E8D8C8B8A8988 88H TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0 P0 8786858483828180 80H P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0 SFRSFR 中中 位位 地地 址址 分分 布布 表表 4 4、 MCS-51MCS-51单片机的工作方式单片机的工作方式 MCS

32、-51 MCS-51单片机的工作方式有复位、程序执行、单片机的工作方式有复位、程序执行、 单步执行、掉电保护、低功耗等方式。单步执行、掉电保护、低功耗等方式。 下面我们先看看复位方式、程序执行方式。下面我们先看看复位方式、程序执行方式。 1）复位方式）复位方式 MCS-51系列单片机的复位引脚系列单片机的复位引脚RST上上 只要出现只要出现10 ms以上的高电平，单片机就实以上的高电平，单片机就实 现复位。现复位。 单片机在单片机在RST引脚高电平的控制下，特引脚高电平的控制下，特 殊功能寄存器和程序计数器殊功能寄存器和程序计数器PC复位后的状复位后的状 态如下表所示。态如下表所示。 A) 复

33、位状态复位状态 MCS-51单片机复位状态表单片机复位状态表 寄 存 器复 位 状 态寄 存 器复 位 状 态 PC0000HTCON 00H A00HT2CON 00H B00HTH0 00H PSW00HTL0 00H SP07HTH1 00H DPTR0000HTL1 00H P0P3FFHSCON 00H (PSW)=00H，由于，由于RS1(PSW.4)=0， RS0(PSW.3)=0，复位后单片机选择工作寄存器，复位后单片机选择工作寄存器0组。组。 (SP)=07H，复位后堆栈在片内，复位后堆栈在片内RAM的的08H单元处建单元处建 立。立。 TH1、TL1、TH0、TL0的内容为

34、的内容为00H，定时器，定时器/计数器的计数器的 初值为初值为0。 (TMOD)=00H，复位后定时器，复位后定时器/计数器计数器T0、T1为定时为定时 器方式器方式0，非门控方式。，非门控方式。 (TCON)=00H，复位后定时器，复位后定时器/计数器计数器T0、T1停止工停止工 作，外部中断作，外部中断0、1为电平触发方式。为电平触发方式。 (T2CON)=00H，复位后定时器，复位后定时器/计数器计数器T2停止工停止工 作。作。 (SCON)=00H，复位后串行口工作在移位寄存器，复位后串行口工作在移位寄存器 方式，且禁止串行口接收。方式，且禁止串行口接收。 (IE)=00H，复位后屏蔽

35、所有中断。，复位后屏蔽所有中断。 (IP)=00H，复位后所有中断源都设置为低优先级。，复位后所有中断源都设置为低优先级。 P0P3口锁存器都是全口锁存器都是全1状态，说明复位后状态，说明复位后4个个 并行接口设置为输入口。并行接口设置为输入口。 B) 复位电路复位电路 MCS-51单片机系统常常有上电复位和按钮复位两种单片机系统常常有上电复位和按钮复位两种 方法。方法。 所谓上电复位，是指计算机加电瞬间，要在所谓上电复位，是指计算机加电瞬间，要在RST引脚引脚 上出现大于上出现大于10 ms的正脉冲，使单片机进入复位状态。的正脉冲，使单片机进入复位状态。 按钮复位是指用户按下按钮复位是指用户

36、按下复位复位按钮，使单片机进入复按钮，使单片机进入复 位状态。位状态。 复位是靠外部电路实现的。下图是上电复位及按钮复复位是靠外部电路实现的。下图是上电复位及按钮复 位的一种实用电路。位的一种实用电路。 图 MCS51单片机复位参考电路 （a） 上电复位电路; （b） 上电/外部复位电路 22UF 1K 22UF 1K 200欧 2）程序执行方式）程序执行方式 程序执行方式是单片机的基本工作方式。程序执行方式是单片机的基本工作方式。 由于复位后由于复位后PC=0000H，因此程序总是从，因此程序总是从0000H开始，开始， 为此要在以为此要在以0000H开始的存储单元中存放一条无条件转移开始的

37、存储单元中存放一条无条件转移 指令，以便跳转到实际程序的入口去执行。指令，以便跳转到实际程序的入口去执行。 表 MCS51单片机复位、 中断入口地址 5 5、 MCS-51MCS-51单片机的最小系统单片机的最小系统 将将MCS-51单片机以及与之相匹配的时钟电路、复位单片机以及与之相匹配的时钟电路、复位 电路组合在一起，就形成了电路组合在一起，就形成了MCS-51单片机的最小系统。单片机的最小系统。 如下图如下图 6 6、定时、定时/ /计数器计数器 简简 介介 定时定时/ /计数器是单片机系统的一个重要部件，可用来计数器是单片机系统的一个重要部件，可用来 实现定时控制、频率测量、脉宽测量、

38、信号发生以实现定时控制、频率测量、脉宽测量、信号发生以 及用作串行通信中的波特率发生器。及用作串行通信中的波特率发生器。 MCS-51MCS-51中采用加法计数器，先设置初值，每来一个中采用加法计数器，先设置初值，每来一个 计数脉冲就加计数脉冲就加1 1，直到计数器溢出。，直到计数器溢出。 定时定时/ /计数器有定时、计数两大功能，但归根到底是计数器有定时、计数两大功能，但归根到底是 一个计数器。对外部脉冲计数时就为计数器，对片一个计数器。对外部脉冲计数时就为计数器，对片 内机器周期脉冲计数就是定时器。内机器周期脉冲计数就是定时器。 每过一个机器周期，计数器加每过一个机器周期，计数器加1 教学

39、目的教学目的 了解定时器了解定时器/ /计数器的结构与工作原理。计数器的结构与工作原理。 掌握定时器掌握定时器/ /计数器的四种工作方式的特点及应用。计数器的四种工作方式的特点及应用。 用其设计一个可产生一定频率方波的信号源。用其设计一个可产生一定频率方波的信号源。 设计一个设计一个PWMPWM信号以控制直流电机转速。信号以控制直流电机转速。 设计一个用于流水生产线上的产品自动计数器。设计一个用于流水生产线上的产品自动计数器。 设计一个测量电平脉冲宽度的程序。设计一个测量电平脉冲宽度的程序。 设计一个电子音乐程序。设计一个电子音乐程序。 学习重点和难点学习重点和难点 定时器定时器/ /计数器的

40、初始化。计数器的初始化。 定时器定时器/ /计数器与中断的综合应用。计数器与中断的综合应用。 主主 要要 内内 容容 1 1）定时）定时/ /计数器的内部结构和工作原理计数器的内部结构和工作原理 2 2）定时）定时/ /计数器的控制寄存器计数器的控制寄存器 3 3）定时）定时/ /计数器的工作方式计数器的工作方式 4 4）定时）定时/ /计数器的初值的计算计数器的初值的计算 5 5）定时）定时/ /计数器的初值化步骤计数器的初值化步骤 1 1）定时）定时/ /计数器的内部结构和工作原理计数器的内部结构和工作原理 定时器定时器1 1定时器定时器0 0 15 14 后面具体分析 80518051单

41、片机内部设有两个单片机内部设有两个1616位可编程定时器位可编程定时器/ /计数器，计数器， 简称为定时器简称为定时器0(0(T0T0) )和定时器和定时器1(1(T1T1) )。 1616位的定时器位的定时器/ /计数器分别由两个计数器分别由两个8 8位寄存器组成，即：位寄存器组成，即： T0T0由由TH0TH0和和TL0TL0构成，构成，T1T1由由TH1TH1和和TL1TL1构成。每个寄存器构成。每个寄存器 均可单独访问，这些寄存器是用于存放定时初值或计均可单独访问，这些寄存器是用于存放定时初值或计 数初值的。数初值的。 有一个有一个8 8位的定时器方式寄存器位的定时器方式寄存器TMOD

42、TMOD和一个和一个8 8位的定时位的定时 器控制寄存器器控制寄存器TCONTCON。这些寄存器之间是通过内部总线。这些寄存器之间是通过内部总线 和控制逻辑电路连接起来的，定时器和控制逻辑电路连接起来的，定时器/ /计数器的计数器的工作方工作方 式、定时时间式、定时时间和和启停控制启停控制通过由指令来确定这些寄存通过由指令来确定这些寄存 器的状态来实现。器的状态来实现。 TMODTMOD用于设定用于设定定时器的工作方式定时器的工作方式，TCONTCON用于控制用于控制定时定时 器的启动与停止器的启动与停止，并保存，并保存T0T0、T1T1的的溢出和中断标志溢出和中断标志。 1616位的定时器位

43、的定时器/ /计数器实质上是一个加计数器实质上是一个加l l计数器，可计数器，可 实现实现定时定时和和计数计数两种功能，其功能由软件控制和切两种功能，其功能由软件控制和切 换。定时器属硬件定时和计数，是单片机中效率高换。定时器属硬件定时和计数，是单片机中效率高 而且工作灵活的部件。而且工作灵活的部件。 在定时器在定时器/ /计数器开始工作之前，计数器开始工作之前，CPUCPU必须将一些命必须将一些命 令令( (称为控制字称为控制字) )写入定时器写入定时器/ /计数器。将控制字写计数器。将控制字写 入定时器入定时器/ /计数器的过程叫计数器的过程叫定时器定时器/ /计数器初始化计数器初始化。

44、在初始化程序中，要做以下三件事在初始化程序中，要做以下三件事 1 1）工作方式控制字工作方式控制字写入定时器方式寄存器写入定时器方式寄存器(TMOD)(TMOD) 2 2）工作状态控制字工作状态控制字( (或相关位或相关位) )写入定时器控制寄存器写入定时器控制寄存器(TCON)(TCON) 3 3）赋）赋定时定时/ /计数初值计数初值给给TH0(TH1)TH0(TH1)和和TL0(TL1)TL0(TL1)。 A A、定时功能的实现原理：、定时功能的实现原理： l计数器的加计数器的加1 1信号由振荡器的信号由振荡器的1212分频信号产生，即分频信号产生，即 每过一个机器周期，计数器加每过一个机

45、器周期，计数器加1 1，直至计满溢出。，直至计满溢出。 l定时器的定时时间与系统的时钟频率有关。因一个定时器的定时时间与系统的时钟频率有关。因一个 机器周期等于机器周期等于1212个时钟周期，所以个时钟周期，所以计数频率应为系计数频率应为系 统时钟频率的十二分之一统时钟频率的十二分之一。 例如：如果晶振频率为例如：如果晶振频率为12MHz12MHz，则机器周期为，则机器周期为1 1 s s。通。通 过改变定时器的定时初值，并适当选择定时器的长过改变定时器的定时初值，并适当选择定时器的长 度度(8(8位、位、1313位或位或1616位位) )，可以调整定时时间。，可以调整定时时间。 B B、计数

46、功能的实现原理：、计数功能的实现原理： l通过引脚通过引脚T0(P3.4)T0(P3.4)和和T1(P3.5)T1(P3.5)对外部信号计数，对外部信号计数，外部脉冲外部脉冲 的下降沿的下降沿将触发计数。计数器在每个机器周期的将触发计数。计数器在每个机器周期的S5P2S5P2期间期间 采样引脚输入电平，若一个机器周期采样引脚输入电平，若一个机器周期S5P2S5P2期间采样值为期间采样值为1 1， 下一个机器周期下一个机器周期S5P2S5P2期间采样值为期间采样值为0 0，则计数器加，则计数器加1 1，再下，再下 一个机器周期一个机器周期S3P1S3P1期间，新的计数值装入计数器。期间，新的计数

47、值装入计数器。 l因检测一个由因检测一个由1 1至至0 0的跳变需要两个机器周期，故的跳变需要两个机器周期，故外部信号外部信号 的最高计数频率为时钟频率的二十四分之一的最高计数频率为时钟频率的二十四分之一。 例如：如果晶振频率为例如：如果晶振频率为12MHz12MHz，则最高计数频率为，则最高计数频率为0.5MHz0.5MHz。虽。虽 然对外部输入信号的占空比无特殊要求，但为了确保给定然对外部输入信号的占空比无特殊要求，但为了确保给定 电平在变化前至少被采样一次，电平在变化前至少被采样一次，外部计数脉冲的高电平与外部计数脉冲的高电平与 低电平保持时间均需在一个机器周期以上低电平保持时间均需在一

48、个机器周期以上。 如下页图所示如下页图所示 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2 S3 S4 S5 S6 读操作码 再读下一个操作码 读下一个操作码(丢弃) 读操作码 读第二字节 读下一个操作码 读下一个操作码(丢弃) 再读下一个操作码 读下一个操作码(丢弃) 读操作码 不取指 无 ALE 地址 数据 访问外部存储器 (a) 单字节单周期指令，如 INC A (b) 双字节单周期指令，如 ADD A,#data (c) 单字节双周期指令，如

49、INC DPTR (d)单字节双周期指令 S1 S2 S3 S4 S5 S6 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 S1 S2 S3 S4 S5 S6 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 读操作码 不取指 再读下一个操作码 如 MOVX 类指令 ALE OSC 一个机器周期 一个机器周期 l时钟周期为单片 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，也 称为振荡周期 。 l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

50、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。 2 2）定时）定时/ /计数器的控制寄存器计数器的控制寄存器 a a、定时器方式寄存器、定时器方式寄存器TMODTMOD b b、定时器控制寄存器、定时器控制寄存器TCONTCON 启动 启动 溢出 标志 溢出 标志 外部中断 外部中 断1请求 标志位 外部中 断1出 发方式 选择位 a a、定时器方式寄存器、定时器方式寄存器TMODTMOD TMODTMOD的作用是设置的作用是设置T0T0、T1T1的工作方式。的工作方式。 其格式：其格式： 各位的功能说明：各位的功能说明： (1) (1) GATEGATE：门控位：门控位。

51、 GATE=0GATE=0：软件启动定时器软件启动定时器，即用指令使，即用指令使TCONTCON中的中的 TR1(TR0)TR1(TR0)置置1 1即可启动定时器即可启动定时器1(1(定时器定时器0)0)。 GATE=1GATE=1：软件和硬件共同启动定时器软件和硬件共同启动定时器，即用指令使，即用指令使 TCONTCON中的中的TR1(TR0)TR1(TR0)置置1 1时，只有外部中断时，只有外部中断INT0(INT1)INT0(INT1)引引 脚输入高电平时才能启动定时器脚输入高电平时才能启动定时器1(1(定时器定时器0)0)。这个功能这个功能 可用于测量可用于测量INTiINTi引线出现

52、的正脉冲的宽度引线出现的正脉冲的宽度 (2) (2) C/TC/T：功能选择位：功能选择位。 C/T=0C/T=0时，以定时器方式工作。时，以定时器方式工作。 C/T=1C/T=1时，以计数器方式工作。时，以计数器方式工作。 (3) (3) M1M1、M0M0：方式选择位：方式选择位。 其定义如下其定义如下 M1 M0M1 M0工作方式工作方式功能描述功能描述 0 00 0方式方式0 01313位计数器位计数器 0 10 1方式方式1 11616位计数器位计数器 1 01 0方式方式2 2自动重装初值自动重装初值8 8位计数器位计数器 1 11 1方式方式3 3 定时器定时器0 0：分为两个独

53、立的：分为两个独立的8 8位计数器位计数器 定时器定时器1 1：无中断的计数器：无中断的计数器 b b、定时器控制寄存器、定时器控制寄存器TCONTCON 控制定时器的启动与停止，并保存控制定时器的启动与停止，并保存T0T0、T1T1的溢出和中断标的溢出和中断标 志。志。TCONTCON的格式的格式: : 各位的功能说明：各位的功能说明： (1) (1) TF1TF1(TCON.7)(TCON.7)：定时器定时器1 1溢出标志位溢出标志位。当定时器。当定时器1 1计满计满 溢出时，由硬件自动使溢出时，由硬件自动使TF1TF1置置1 1，并申请中断。对该标志位，并申请中断。对该标志位 有两种处理

54、方法，一种是以中断方式工作，即有两种处理方法，一种是以中断方式工作，即TF1TF1置置1 1并申并申 请中断，响应中断后，执行中断服务程序，并由请中断，响应中断后，执行中断服务程序，并由硬件自动硬件自动 使使TF1TF1清清0 0；另一种以查询方式工作，即通过查询该位是否；另一种以查询方式工作，即通过查询该位是否 为为1 1来判断是否溢出，来判断是否溢出，TF1TF1置置1 1后后必须用软件使必须用软件使TF1TF1清清0 0。 各位的功能说明：各位的功能说明： (2) (2) TR1TR1(TCON.6)(TCON.6)：定时器定时器1 1启停控制位启停控制位。 GATE=0GATE=0时，

55、用软件使时，用软件使TR1TR1置置1 1即启动定时器即启动定时器1 1，若用软件，若用软件 使使TR1TR1清清0 0则停止定时器则停止定时器1 1。 GATE=1GATE=1时，用软件使时，用软件使TR1TR1置置1 1的同时外部中断的同时外部中断INT1INT1的引的引 脚输入高电平才能启动定时器脚输入高电平才能启动定时器1 1。 (3) (3) TF0TF0(TCON.5)(TCON.5)：定时器定时器0 0溢出标志位溢出标志位。其功能同。其功能同TF1TF1。 (4) (4) TR0TR0(TCON.4)(TCON.4)：定时器定时器0 0启停控制位启停控制位。其功能同。其功能同TR

56、1TR1。 (5) (5) IE1IE1(TCON.3)(TCON.3)：外部中断外部中断1 1请求标志位请求标志位。 (6) (6) IT1IT1(TCON.2)(TCON.2)：外部中断外部中断1 1触发方式选择位触发方式选择位。 (7) (7) IE0IE0(TCON.1)(TCON.1)：外部中断外部中断0 0请求标志位请求标志位。 (8) (8) IT0IT0(TCON.0)(TCON.0)：外部中断外部中断0 0触发方式选择位触发方式选择位。 3 3）定时）定时/ /计数器的工作方式及应用计数器的工作方式及应用 M1 M0M1 M0工作方式工作方式功能描述功能描述 0 00 0方式方式0 01313位计数器位计数器 0 10 1方式方式1 11616位计数器位计数器 1 01 0方式方式2 2自动重装初值自动重装初值8 8位计数器位计数器 1 11 1方式方式3 3 定时器定时器0 0：