单片机51芯片

1、单片机单片机5151芯片芯片单片机单片机51芯片芯片 一、一、 主要功能主要功能MCS-51MCS-51系列单片机是美国系列单片机是美国IntelIntel公司在公司在19801980年推出的高性能年推出的高性能8 8位单片机，有位单片机，有5151和和5252两两个子系列。个子系列。5252子系列主要有子系列主要有80328032、80528052两种机型。片两种机型。片内存储器为内存储器为256256个字节；片内程序存储器个字节；片内程序存储器8K8K；三个三个1616位定时器；有位定时器；有6 6个中断源。个中断源。在在5151系列中，主要有系列中，主要有80318031、8051805

2、1、87518751三三种机型，其指令系统与引脚完全兼容仅片内种机型，其指令系统与引脚完全兼容仅片内ROMROM不同。不同。MCS-51MCS-51系列单片机的主要功能为：系列单片机的主要功能为： MCS-51系列单片机的主要功能为：系列单片机的主要功能为： 8位位CPU 128个字节的片内数据存储器。个字节的片内数据存储器。 4K片内程序存储器（片内程序存储器（8031无）无） 可扩展可扩展64K片外程序和数据存储器片外程序和数据存储器 。 4个个8位并行位并行I/O接口：接口：P0、P1、P2、P3。 21个字节专用寄存器。个字节专用寄存器。 1个全双工串行个全双工串行I/O接口，可多机通

3、信。接口，可多机通信。 有有5个中断源，可编程为两个优先级。个中断源，可编程为两个优先级。 2个个16位定时器位定时器/计数器。计数器。 有较强的位寻址、位处理能力。有较强的位寻址、位处理能力。 111条指令。条指令。 用单一用单一+5V电源。电源。 单片机单片机51芯片芯片 MCS-51系列单片机由运算器、控制器、片系列单片机由运算器、控制器、片内存储器、内存储器、4个个I/O接口、串行接口、定时器接口、串行接口、定时器/计计数器、中断系统、振荡器等功能部件组成。数器、中断系统、振荡器等功能部件组成。 MCS-51系列单片机的内部结构框图如图。系列单片机的内部结构框图如图。单片机单片机51芯

4、片芯片SPSP：堆栈指针寄存器。：堆栈指针寄存器。PSWPSW：程序状态字寄存器。：程序状态字寄存器。DPTRDPTR：数据指针寄存器。在访问片外：数据指针寄存器。在访问片外ROMROM、片外、片外RAMRAM时，用作地址指针。例如：时，用作地址指针。例如： ，DPTRDPTR DPTRDPTR， ， j j(j=1,0)(j=1,0) j j，；，； ， DPTRDPTR； ， DPTRDPTR单片机单片机51芯片芯片MCS-51系列系列单片机芯片有单片机芯片有40个引脚，采用双个引脚，采用双列直插式封装，列直插式封装，见图。见图。 图图 外部引脚图外部引脚图VCC1、主电源引脚、主电源引脚

5、VCC:5V;VSS：电源地端。：电源地端。2、外接晶体引脚：、外接晶体引脚：XTAL1和和XTAL23、P0、P1、P2、P3为准为准双向通用双向通用 I/O口使用。口使用。在有片外存储器时在有片外存储器时:P0：P0口只能作为低口只能作为低8位地位地址总线或双向数据总线址总线或双向数据总线(分时分时复用复用)。P2：为高：为高8位地址总线位地址总线 P3口的第二功能说明如下：口的第二功能说明如下：P3.0：RXD（串行输入端）（串行输入端）P3.1：TXD（串行输出端）（串行输出端）P3.2：INT0请求输入端请求输入端P3.3：INT1请求输入端请求输入端P3.4：T0计数脉冲输入端计数

6、脉冲输入端P3.5： T1计数脉冲输入端计数脉冲输入端P3.6：WR（片外（片外RAM写写选通信号）选通信号）P3.7： RD（片外（片外RAM读读选通信号）选通信号） 4 4控制线控制线ALEALE：地址锁存有效信号输出端。：地址锁存有效信号输出端。 PSENPSEN：外部程序存储器读选通信号端：外部程序存储器读选通信号端RST/VRST/VPDPD：复位信号端：复位信号端/ /后备电源输入端。后备电源输入端。 输入输入1010msms以上高电平脉冲，单片机复位。以上高电平脉冲，单片机复位。 V VPDPD使用后备电源，可实现掉电保护。使用后备电源，可实现掉电保护。 EA/VEA/VPPPP

7、：片外程序存储器选择信号端：片外程序存储器选择信号端/ /编程电源输入端编程电源输入端复位电路：复位电路：1）上电复位）上电复位 2）外部信号复位）外部信号复位单片机单片机RSTRSTK K+5V+5V2002001K1K30F30FEAEA接接0V,0V,只选用片只选用片外程序存储器。外程序存储器。 综上所述，对综上所述，对MCS-51系列单片机引脚可归系列单片机引脚可归纳出以下两点：纳出以下两点： (1)单片机引脚少，许多引脚都具有第二功能。单片机引脚少，许多引脚都具有第二功能。（2）单片机对外呈三总线形式。）单片机对外呈三总线形式。P2、P0组成组成16位地址总线；位地址总线；P0为数据

8、总线（分时复用）；为数据总线（分时复用）；ALE、PSEN、RST、EA与与P3口中的口中的INT0、INT1、T0、T1、WR、RD、共、共10个引脚组成个引脚组成控制总线。控制总线。单片机单片机51芯片芯片运算器：以算术逻辑单元运算器：以算术逻辑单元ALU为核心，含为核心，含累加器累加器A、暂存器、程序状态字、暂存器、程序状态字PSW、B寄存寄存器等许多部件。器等许多部件。1、ALU (8位位)：进行各种算术操作和逻辑操作。：进行各种算术操作和逻辑操作。 2、累加器累加器Acc(8位位)：许多指令规定：许多指令规定A累加器为其操作数。累加器为其操作数。3、程序状态字、程序状态字PSW(8位

9、位)存放存放ALU运算过程的标志状态运算过程的标志状态Cy AC F0 RS1 RS0 OV P Cy Cy（PSW.7PSW.7）：保存运算后最高位的进位）：保存运算后最高位的进位/ /借位状态，借位状态，当有进位当有进位/ /借位，借位，Cy=1Cy=1，否则，否则Cy=0Cy=0。 ACAC（PSW.6PSW.6）: :保存低半字节的进位保存低半字节的进位/ /借位状态，当借位状态，当D D3 3产产生进位生进位/ /借位，借位，AC=1AC=1，否则，否则AC=0AC=0。 F0F0（PSW.5PSW.5）：用户定义的一个状态标志。）：用户定义的一个状态标志。 OVOV（PSW.2PS

10、W.2）：）：OV=CyOV=Cy7 7CyCy6 6，补码运算产生溢出，补码运算产生溢出OV=1OV=1，否则否则OV=0OV=0。P P：反映累加器：反映累加器A A中数据的奇偶性。当累加器中数据的奇偶性。当累加器A A中数据的中数据的1 1的个数为奇数，的个数为奇数，P=1P=1，否则，否则P=0P=0。RS1RS1、RS0RS0（PSW.4PSW.4、PSW.3PSW.3）：）：复位时，复位时，PSW=00HPSW=00HRS1 RS0 RS1 RS0 工作寄存器工作寄存器 0 0 00 0 0区区 0 1 10 1 1区区 1 0 21 0 2区区 1 1 31 1 3区区例例2-1

11、 试分析执行下列指令后，、试分析执行下列指令后，、的内容是什么？、的内容是什么？ ， ，01111111+0100011111000110AC=1，C=0，OV=1，P=0单片机单片机5151芯片芯片 1.1.指令部件：指令部件：读取程序指令、指令译码、修改程序指针。读取程序指令、指令译码、修改程序指针。 1 1）程序计数器）程序计数器 PCPC：存放当前指令地址。：存放当前指令地址。CPUCPU执行程序时，先按执行程序时，先按PCPC给出的地址到存储器取一条给出的地址到存储器取一条指令，指令，PCPC自动加自动加1 1，。 2) 2) 指令寄存器指令寄存器IR IR ：暂存当前指令。：暂存当

12、前指令。指令操作码送指令译码器。指令操作码送指令译码器。 3)3)指令译码器指令译码器ID ID ：将每条指令译码变成控制电平。：将每条指令译码变成控制电平。处理程序指令，并协调各逻辑部件按一定时序工作。处理程序指令，并协调各逻辑部件按一定时序工作。单片机单片机5151芯片芯片CPUCPU执行程序的简要过程：执行程序的简要过程：1)PC1)PC给出当前指令的存储地址。给出当前指令的存储地址。2 2、 时序部件时序部件时钟和内部分频电路。时钟信号经过分频，与指时钟和内部分频电路。时钟信号经过分频，与指令译码信号组合，形成一定节拍的时序信号，控制各逻令译码信号组合，形成一定节拍的时序信号，控制各逻

13、辑部件协调工作。辑部件协调工作。PC=PC=程序存储器程序存储器地址地址 程序代码程序代码0000H 0000H 指令代码指令代码1 1 0001H 0001H 指令代码指令代码2 2 0002H 0002H 指令代码指令代码3 3 N N 指令代码指令代码n n PC=PC=PC=PC=2)CPU2)CPU到存储器取指令，到存储器取指令，PCPC自动加自动加1 13)3)指令译码器对指令译码，指令译码器对指令译码，CPUCPU执行指令。执行指令。4)CPU4)CPU到存储器取指令，到存储器取指令，PC=PC+1PC=PC+1。5)CPU5)CPU执行下一条指令，执行下一条指令，单片机单片机5

14、151芯片芯片 时钟频率范围要求在时钟频率范围要求在1.2MHz1.2MHz12MHz12MHz之间。之间。1 1内部时钟方式：内部一个高增益反相放大器与片内部时钟方式：内部一个高增益反相放大器与片外石英晶体构成了一个自激振荡器。外石英晶体构成了一个自激振荡器。晶体振荡器的振荡频率决定单片机的时钟频率。晶体振荡器的振荡频率决定单片机的时钟频率。2 2外部时钟方式：外部振荡器输入时钟信号。外部时钟方式：外部振荡器输入时钟信号。XTAL1 XTAL1 单片机单片机 XTAL2 XTAL2 30P30P30P30PC1C1C2C2外部时钟方式外部时钟方式参照教科书参照教科书P45P45表表2-22-

15、2 机器周期：完成一个基本操作所需要的时间。机器周期：完成一个基本操作所需要的时间。一个机器周期由一个机器周期由1212个振荡器周期组成。个振荡器周期组成。 指令周期：一条指令的执行时间。指令周期：一条指令的执行时间。 以机器周期为单位：有单周期、双周期和以机器周期为单位：有单周期、双周期和四周期指令。四周期指令。思考题：设应用单片机晶振频率为思考题：设应用单片机晶振频率为12MHz12MHz，问机器周期为多少？问机器周期为多少？ 以字节为单位：有单字节指令、双字节以字节为单位：有单字节指令、双字节指令和三字节指令。指令和三字节指令。单片机单片机5151芯片芯片 普林斯顿结构：程序和数据共用一

16、个存储器普林斯顿结构：程序和数据共用一个存储器逻辑空间，统一编址。逻辑空间，统一编址。 哈佛结构：程序与数据分为两个独立存储器哈佛结构：程序与数据分为两个独立存储器逻辑空间，分开编址。逻辑空间，分开编址。MCS-51MCS-51存储器配置存储器配置物理上物理上4 4个存储器地址空间：个存储器地址空间：片内片内/ /片外程序存储器空间片外程序存储器空间; ;片内片内/ /片外数据存储器空间。片外数据存储器空间。逻辑上逻辑上3 3个存储器地址空间：个存储器地址空间：64KB 64KB 程序存储器程序存储器256B 256B 片内数据存储器片内数据存储器64KB 64KB 片外数据存储器片外数据存储

17、器 一、程序存储器一、程序存储器64KB 64KB 程序存储器空间程序存储器空间EAEA不同电平，选择片不同电平，选择片内或片外程序存储器内或片外程序存储器7 7个特殊存储单元：个特殊存储单元：复位入口复位入口: 0000H: 0000H中断入口中断入口: : 0003H0003H000BH000BH0013H0013H001BH001BH0023H0023H002BH002BH单片机单片机51芯片芯片中断源中断源入口地址入口地址计算机复位计算机复位0000H外部中断外部中断00003H定时器定时器/计数器计数器0溢出溢出000BH外部中断外部中断10013H定时器定时器/计数器计数器1溢出溢

18、出001BH串口串口0023HT2溢出（仅溢出（仅8032、8052用）用）002BH在实际应用中，在入口地址处，放一条无条件转移在实际应用中，在入口地址处，放一条无条件转移指令，使程序转移到相应的中断服务程序入口地址。指令，使程序转移到相应的中断服务程序入口地址。二、数据存储器二、数据存储器1、64KB片外数据存片外数据存 储器空储器空间间(与扩展与扩展I/O接口共用接口共用)2、256B片内数据存储器片内数据存储器: 1) 片内片内RAMRAM 2) 特殊功能寄存器特殊功能寄存器 SFR片内片内RAM、片外数据存储器、片外数据存储器、程序存储器三者各自独立编址，程序存储器三者各自独立编址，

19、地址可以重叠。地址可以重叠。访问片外数据存储器用访问片外数据存储器用MOVX指令指令访问程序存储器用访问程序存储器用MOVC指令指令访问片内访问片内RAM与与SFR主要用主要用MOV指令。指令。表表2-5列出了访问不同存储器列出了访问不同存储器与所用指令及其寻址方式的对与所用指令及其寻址方式的对应关系。应关系。表表2-5列出了访问不同存储器与所用指令及其寻址方式的对应关系。列出了访问不同存储器与所用指令及其寻址方式的对应关系。表表2-5存储器存储器 访问性质访问性质所用指令及寻址方式所用指令及寻址方式 依次取指执行程序依次取指执行程序根据根据PC值自动访问值自动访问 ROM 程序转移程序转移程

20、序转移类指令程序转移类指令 用户访问用户访问MOVC指令指令 访问整个字节访问整个字节主要用主要用MOV指令，指令， 片内片内RAM 即可直接寻址，又可间接寻址即可直接寻址，又可间接寻址 访问访问20H2FH单元中的某位单元中的某位 位操作指令，借位地址寻址位操作指令，借位地址寻址SFR 访问整个字节访问整个字节主要用主要用MOV指令，只能直接寻址指令，只能直接寻址 访问访问SFR中的可寻址位中的可寻址位位操作指令，借位地址寻址位操作指令，借位地址寻址 如容量不大于如容量不大于256单元单元MOVX指令，间接寻址，指令，间接寻址， 片外片外RAM R0或或R1用作间接寻址寄存器用作间接寻址寄存

21、器 如容量大于如容量大于256单元单元MOVX指令，间接寻址，指令，间接寻址，数据指针寄存器用作间接寻址数据指针寄存器用作间接寻址单片机单片机51芯片芯片2. 256B片内数据存储器片内数据存储器1)片内片内RAM工作寄存器区：工作寄存器区：字节地址：字节地址：00H1FH位寻址区：位寻址区：字节地址：字节地址：20H2FH位地址为：位地址为：00H7FH数据缓冲区数据缓冲区/堆栈区：堆栈区：字节地址：字节地址：00H7FH一般使用一般使用30H7FH 7 6D5 D4 D3D2D1D0工工00HR0工作寄存器工作寄存器0组组作作07HR708HR0寄寄工作寄存器工作寄存器1组组0FHR7存存

22、10HR0工作寄存器工作寄存器2组组器器17HR718HR0区区工作寄存器工作寄存器3组组 1FHR720H 07 06 05 04 03 02 01 00 位寻址区位寻址区2FH 7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 7830H数据缓冲区数据缓冲区7FH图图2-851子系列单片机片内子系列单片机片内RAM的配置图的配置图（1 1）工作寄存器区）工作寄存器区 00H1FH00H1FH单元工作寄存器区。单元工作寄存器区。分成分成4 4个组，每个组都是个组，每个组都是8 8个单元，用作个单元，用作8 8个寄个寄存器，都以存器，都以R0R7R0R7来表示。由程序状态字来表示。由程序状态字RSWR

23、SW中中的的RS0RS0、RS1RS1两位进行选择确定哪一组工作。两位进行选择确定哪一组工作。（2 2）位寻址区）位寻址区 20H2FH20H2FH单元是位寻址区，该区的单元是位寻址区，该区的每一位都被赋予了一个位地址。有了位地址就每一位都被赋予了一个位地址。有了位地址就可以位寻址。可以位寻址。（）数据缓冲区是数据缓冲区，（）数据缓冲区是数据缓冲区，共个单元。共个单元。工作寄存器区、位寻址区、数据缓冲区统一工作寄存器区、位寻址区、数据缓冲区统一编址，可使用同样的指令访问。这三个区的单编址，可使用同样的指令访问。这三个区的单元即有自己独特的功能，又都可作为一般的数元即有自己独特的功能，又都可作为

24、一般的数据缓冲区用。据缓冲区用。 例例1 1，选择工作寄，选择工作寄存器组存器组1 1。CLR PSW.4CLR PSW.4SETB PSW.3SETB PSW.3MOV R0MOV R0，#28H#28H例例2 2，位操作。，位操作。CLRCLR，（4 4）堆栈与堆栈指针）堆栈与堆栈指针从原则上来说，从原则上来说， 片内片内RAMRAM区区00H-7FH00H-7FH单元，都可当作堆栈用，单元，都可当作堆栈用，为了避开工作寄存器区和位寻址区，堆栈应为了避开工作寄存器区和位寻址区，堆栈应被设置在数据区。堆栈指针寄存器被设置在数据区。堆栈指针寄存器SPSP专用于专用于指出当前栈顶。指出当前栈顶。

25、复位后，复位后，SPSP的初值为的初值为07H07H。可通过软件指。可通过软件指令重新给令重新给SPSP赋值来建立栈区。一般把赋值来建立栈区。一般把SPSP指针指针的初值设置在的初值设置在30H-7FH30H-7FH之间。例如：之间。例如：MOVMOV SPSP，#56H#56H该条指令使栈区在该条指令使栈区在56H7FH56H7FH之间。之间。单片机单片机51芯片芯片2. 256B数据存储器空间数据存储器空间2)特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFR占用字节地址：占用字节地址：80HFFH位寻址寄存器：位寻址寄存器： 专用寄存器：专用寄存器：A、B、PSW、DPTR、SPI/O接口寄存器：接口寄

26、存器： P0、P1、P2、P3、SBUF、TMOD、TCON、SCON 其字节地址可被其字节地址可被8整除。整除。 特殊功能寄存器也称专用寄存器，专用特殊功能寄存器也称专用寄存器，专用于控制、管理片内算术逻辑部件、并行于控制、管理片内算术逻辑部件、并行I/OI/O接接口、串行口、串行I/OI/O接口、定时器接口、定时器/ /计数器、中断系计数器、中断系统等功能模块的工作，我们在编程时可以置统等功能模块的工作，我们在编程时可以置数设定，却不能自由移作它用。将各专用寄数设定，却不能自由移作它用。将各专用寄存器（程序计数器存器（程序计数器PCPC除外）与片内除外）与片内RAMRAM统一编统一编址，作为直接寻址字节，可直接寻址。址，作为直接寻址字节，可直接寻址。专用寄存器名称专用寄存器名称PSW：程序状态字寄存器：程序状态字寄存器DPTR： 数据指针数据指针DPL： 数据指针低字节数据指针低字节 DPH： 数据指针高字节数据指针