单片机第1章BAK

1、第第1章章 MCS-51单片机的结构与原理单片机的结构与原理主要内容：主要内容：MCS-51内部结构、内部结构、 特点、工作方式、时序和片特点、工作方式、时序和片 上系统上系统SOC 。为学生。为学生 后续学习单片机应用系统后续学习单片机应用系统 设计、利用单片机解决工程实际问题打下坚实的设计、利用单片机解决工程实际问题打下坚实的 基础。基础。重重 点：点： 基本概念、组成原理、特点及基本概念、组成原理、特点及MCS-51MCS-51的最小应的最小应 用系统。用系统。难难 点：点： 时序。时序。1.1 MCS-51单片机硬件结构及引脚单片机硬件结构及引脚1.2 MCS-51单片机的工作方式单片

2、机的工作方式1.3 单片机的时序单片机的时序1.4 C8051F系列片上系统（系列片上系统（SOC）简介）简介第第1章章 MCS-51单片机的结构与原理单片机的结构与原理1.1 MCS-51单片机硬件结构及引脚单片机硬件结构及引脚 MCS-51系列单片机都是以系列单片机都是以Intel公司最早的典型产品公司最早的典型产品8051为核心，增加了一定的功能部件后构成的，因此，本章为核心，增加了一定的功能部件后构成的，因此，本章以以8051为主介绍为主介绍MCS-51系列单片机系列单片机 。 1.1.1 MCS-511.1.1 MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构 MCS-51MCS-51单

3、片机的组成：单片机的组成： CPU（进行运算、控制）（进行运算、控制） RAM（数据存储器）（数据存储器） ROM（程序存储器）（程序存储器） I/O接口接口（串行接口、并行接口）（串行接口、并行接口） 定时器定时器/计数器计数器（T0、T1） 中断系统中断系统 内部总线内部总线MCS-51MCS-51单片机内部结构框图单片机内部结构框图8051单片机的基本性能单片机的基本性能 （1）8位位CPU。（2）布尔代数处理器，具有）布尔代数处理器，具有位寻址位寻址能力能力。（3）128B内部内部RAM数据存储器，数据存储器，21个专用寄存器个专用寄存器。（4）4KB内部掩膜内部掩膜ROM程序存储器。

4、程序存储器。（5）2个个16位可编程二进制位可编程二进制加加1定时器定时器/计数器。计数器。（6）32个（个（48位）位）双向可独立寻址双向可独立寻址的的I/O口。口。（7）1个个全双工全双工UART（异步串行通信口）。（异步串行通信口）。（8）5个中断源、个中断源、两级中断优先级两级中断优先级的中断控制器。的中断控制器。（9）时钟电路，外接晶振和电容可产生）时钟电路，外接晶振和电容可产生1.2MHz12MHz的时的时钟频率。钟频率。（10）外部程序）外部程序/数据存储器寻址空间均为数据存储器寻址空间均为64KB。（11）111条指令条指令，大部分为单字节指令。，大部分为单字节指令。（12）单

5、一）单一+5V电源供电，双列直插电源供电，双列直插40引脚引脚DIP封装封装。 组成：组成：运算器、控制器。运算器、控制器。8051的的CPU包含以下功能部件包含以下功能部件： （1）运算器）运算器组成：组成：ALU（Arithmetic Logic Unit）、）、A（Accumulator）、）、B、 PSW（Program Status Word）、）、TMP1和和TMP2等。等。功能：功能：完成算术运算和逻辑运算。完成算术运算和逻辑运算。（2）控制器）控制器组成：组成：PC（Program Counter）、）、IR（Instruction Register）、）、ID（Instruc

6、tion Decoder）、）、SP、DPTR、定时控制逻辑和振荡、定时控制逻辑和振荡器器OSC等电路。等电路。功能：功能：CPU根据根据PC中的地址将欲执行指令的指令码从中的地址将欲执行指令的指令码从存储器存储器中取出，中取出，存放在存放在IR中，中，ID对对IR中的指令码进行中的指令码进行译码译码，定时控制逻辑在，定时控制逻辑在OSC配合下对配合下对ID译码后的译码后的信号进行分时信号进行分时，以产生执行本条指令，以产生执行本条指令所需的全部信号。所需的全部信号。 1. 中央处理器（中央处理器（CPU）2. 存储器存储器 MCS-51MCS-51的存储器可分为程序存储器和数据存储器的存储器

7、可分为程序存储器和数据存储器, ,又有片又有片内和片外之分。内和片外之分。物理上有四个存储器空间：物理上有四个存储器空间： 程序存储器程序存储器 （片内、片外）（片内、片外） 数据存储器数据存储器 （片内、片外）（片内、片外）逻辑上有三个存储空间：逻辑上有三个存储空间： 片内外统一的片内外统一的64KB64KB程序存储地址空间程序存储地址空间 128B128B内部数据存储器地址空间内部数据存储器地址空间 64KB64KB外部数据存储器地址空间外部数据存储器地址空间 使用上有五个存储器空间：使用上有五个存储器空间： 可被直接寻址的数据地址空间（内部可被直接寻址的数据地址空间（内部128BRAM）

8、 位地址空间（内部位地址空间（内部RAM的的20H2FH单元）单元） 外部的数据地址空间（外部外部的数据地址空间（外部RAM的的0000H 0FFFFH） 程序地址空间（片内外程序地址空间（片内外ROM的的0000H 0FFFFH） 可间接寻址的数据空间（外部可间接寻址的数据空间（外部RAM的的0000H 0FFFFH， 52系列内部高系列内部高128B的的RAM）特点：特点：数据、程序存储器空间分开。数据、程序存储器空间分开。 物理存储器有内外之分。物理存储器有内外之分。（1 1）程序存储器）程序存储器 一般将只读存储器（一般将只读存储器（ROM）用做程序存储器。可寻址空间）用做程序存储器。

9、可寻址空间为为64KB，用于存放用户程序、数据，用于存放用户程序、数据和表格等信息。和表格等信息。 MCS-51单片机按单片机按程序存储器可分为内部程序存储器可分为内部无无ROM型（如型（如8031）和）和内部有内部有ROM型（如型（如8051）两种，连接时两种，连接时 引脚有引脚有区别。程序存储器结构区别。程序存储器结构如右图所示：如右图所示：（2）数据存储器）数据存储器 一般将随机存储器（一般将随机存储器（RAM）用做数据存储器。可寻址空）用做数据存储器。可寻址空间为间为64KB。MCS-51数据存储器可分为片内和片外两部分。数据存储器可分为片内和片外两部分。片外片外RAM： 最大范围：最

10、大范围：0000HFFFFH，64KB；用指令；用指令MOVX访问。访问。片内片内RAM： 最大范围：最大范围：00HFFH，256B；用指令；用指令MOV访问访问。又分。又分为两部分：为两部分：低低128B（007FH）为真正的为真正的RAM区，区，高高128B（80FFH）为特殊功能寄存器）为特殊功能寄存器（SFR）区。如右图所示。）区。如右图所示。 内部内部RAM的的20H2FH单元为单元为位寻址区位寻址区，既可作为一般单元用，既可作为一般单元用字节字节寻址寻址，也可对它们的，也可对它们的位进行寻址位进行寻址。位地址为。位地址为00H7FH。 CPU能直接寻能直接寻址这些位（称址这些位（

11、称MCS-51具有布尔处理功能），位地址分配如下表所示。具有布尔处理功能），位地址分配如下表所示。3特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR） MCS-51有有21个特殊功能寄存器（也称为专用寄存器）。个特殊功能寄存器（也称为专用寄存器）。组成：组成：算术运算寄存器算术运算寄存器、指针寄存器指针寄存器、I/O口锁存器口锁存器、定时器定时器/计计数器、串行口、中断、状态、控制寄存器数器、串行口、中断、状态、控制寄存器。位置：位置： SFR被离散地分布在内部被离散地分布在内部RAM的的80HFFH地址单元中，地址单元中，共占据了共占据了128个存储单元，构成了个存储单元，构成了SFR存储块（不

12、包括存储块（不包括PC） 。位寻址状态：位寻址状态：其字节地址可被其字节地址可被8整除的整除的SFR可位寻址。可位寻址。特点：特点：SFR反映了反映了MCS-51单片机的运行状态单片机的运行状态。特殊功能寄存器。特殊功能寄存器分布如下表所示。分布如下表所示。（1 1）程序计数器）程序计数器PCPC（Program CounterProgram Counter） 按按机器周期自动机器周期自动+1 的的16位计数器位计数器； 物理上是独立的，物理上是独立的，PC不属于不属于SFR存储器块；存储器块； 当前当前PC值总指向下一条（将要执行的）指令所在首地址；值总指向下一条（将要执行的）指令所在首地址

13、； 寻址范围为寻址范围为64KB，但不可直接寻址；只能通过转移、调用、，但不可直接寻址；只能通过转移、调用、返回等指令改变其内容，以控制程序执行的顺序；返回等指令改变其内容，以控制程序执行的顺序； 一切分支一切分支/跳转跳转/调用调用/中断中断/复位复位等操作的等操作的本质本质就是就是改变改变 PC 值值。（2）累加器）累加器A （Accumulator） 8位寄存器，又记做位寄存器，又记做ACC， 是一个最常用的专用寄存器。在是一个最常用的专用寄存器。在算术算术/逻辑运算逻辑运算中用于中用于存放操作存放操作数或结果数或结果。（3）寄存器）寄存器B 8位寄存器，专门为位寄存器，专门为乘除法乘除

14、法指令设计，也作通用寄存器用。指令设计，也作通用寄存器用。（4 4）工作寄存器）工作寄存器 内部内部RAM的工作寄存器区的工作寄存器区00H1FH，分成四个组（区），分成四个组（区），每个组（区）有每个组（区）有8个寄存器，分别用个寄存器，分别用R0R7表示，称为工作寄存表示，称为工作寄存器或通用寄存器，其中，器或通用寄存器，其中，R0、R1还经常用于间接寻址的地址指还经常用于间接寻址的地址指针。在程序中通过针。在程序中通过程序状态字寄存器（程序状态字寄存器（PSW）第）第3、4位设置位设置工工作寄存器区。作寄存器区。（5）程序状态字）程序状态字PSW （Program Status Word

15、） 程序状态字程序状态字PSW是是8位寄存器，用于位寄存器，用于存放程序运行的状态信存放程序运行的状态信息息，PSW中各位状态通常是在中各位状态通常是在指令执行的过程中自动形成指令执行的过程中自动形成的，的，但也可以由但也可以由用户根据需要采用传送指令加以改变用户根据需要采用传送指令加以改变。其定义格式。其定义格式如下页表所示。如下页表所示。其中：其中：Cy：进借位标志；进借位标志； AC：辅助进借位标志；辅助进借位标志； F0 ：用户标志；用户标志； RS1、RS0：工作寄存器组（区）选择（如下表所示）；工作寄存器组（区）选择（如下表所示）； OV：溢出标志位，有溢出时置溢出标志位，有溢出时

16、置1； P：奇偶标志位。奇偶标志位。A中有奇数个中有奇数个1时置时置1。 CPU随时监视着随时监视着A中中的的“1”的个数的个数,并反映在并反映在PSW中。中。位序位序PSW7PSW6PSW5PSW4PSW3PSW2PSW1PSW0位标志位标志CYACF0RS1RS0OVP RS1（PSW4） RS0（PSW3）选定的当前使用的选定的当前使用的工作寄存器组工作寄存器组(区区)片内片内RAM地址地址通用寄存器名称通用寄存器名称00第第0区区00H07HR0R701第第1区区08H0fHR0R710第第2区区10H17HR0R711第第3区区18H1fHR0R700H00H20H20H2FH2FH

17、7FH7FH1FH1FH30H30H80H80HFFHFFH52子系列才有子系列才有的的RAM区区普通普通RAM区区位寻址区位寻址区工作寄存器区工作寄存器区R0R2R1R3R4R5R6R707H02H01H00H06H04H05H03H08H1FH工作寄存器区工作寄存器区3工作寄存器区工作寄存器区2工作寄存器区工作寄存器区1工作寄存器区工作寄存器区00FH10H17H18H（6）数据指针）数据指针DPTR（Data Pointer） 16位专用寄存器，既可为位专用寄存器，既可为16位，也可为两个独立的位，也可为两个独立的8位寄位寄存器存器DPH （高（高8位）位） 、DPL （低（低8位）。位

18、）。 DPTR主要用作主要用作16位位间址寄存器，访问间址寄存器，访问程序存储器程序存储器和和片外数据寄存器片外数据寄存器。（7）堆栈指针）堆栈指针SP（Stack Pointer） 堆栈堆栈是一种数据结构，是内部是一种数据结构，是内部RAM的一段区域。的一段区域。 堆栈存取数据的堆栈存取数据的原则原则是是“后进先出后进先出”。 堆栈指针堆栈指针SP是一个是一个8位寄存器，用于指示堆栈的栈顶，它位寄存器，用于指示堆栈的栈顶，它决定了堆栈在内部决定了堆栈在内部RAM中的物理位置。中的物理位置。 MCS-51单片机的堆栈地址单片机的堆栈地址向大的方向向大的方向变化（与微机堆栈变化（与微机堆栈地址地

19、址向小的方向向小的方向变化相反）。压栈时先变化相反）。压栈时先 (SP)+1 然后数据进栈；然后数据进栈；弹栈时数据先出栈弹栈时数据先出栈 然后然后(SP)-1。 堆栈区可以安排在堆栈区可以安排在 RAM区任意位置，一般不安排在工作区任意位置，一般不安排在工作寄存器区和可按位寻址的寄存器区和可按位寻址的RAM区，通常区，通常放在放在RAM区的靠后的区的靠后的位置位置。 系统复位后，系统复位后，SP初值为初值为07H，实际应用中通常根据需要在，实际应用中通常根据需要在主程序开始处对主程序开始处对SP进行初始化，一般设置进行初始化，一般设置SP为为60H。 设立堆栈的设立堆栈的目的目的是是用于数据

20、的暂存，中断、子程序调用时用于数据的暂存，中断、子程序调用时断点和现场的保护与恢复断点和现场的保护与恢复。（8）I/O口专用寄存器（口专用寄存器（P0, P1, P2, P3） 8051片内有片内有4个个8位并行位并行I/O接口接口P0, P1, P2和和P3，在，在SFR中相中相应有应有4个个I/O口寄存器口寄存器P0, P1, P2和和P3。（9）定时器）定时器/计数器（计数器（TL0, TH0, TL1和和TH1） MCS-51单片机中有两个单片机中有两个16位的定时器位的定时器/计数器计数器T0和和T1，它，它们由们由4个个8位寄存器（位寄存器（TL0, TH0, TL1和和TH1）组

21、成，）组成，2个个16位定时位定时器器/计数器是完全独立的。可以单独对这计数器是完全独立的。可以单独对这4个寄存器进行寻址，但个寄存器进行寻址，但不能把不能把T0和和T1当做当做16位寄存器来使用。位寄存器来使用。（10）串行数据缓冲器（）串行数据缓冲器（SBUF） SBUF用于存放需要发送和接收的数据，它由两个独立的寄用于存放需要发送和接收的数据，它由两个独立的寄存器组成（发送缓冲器和接收缓冲器），要发送和接收的操作其存器组成（发送缓冲器和接收缓冲器），要发送和接收的操作其实都是对串行数据缓冲器实都是对串行数据缓冲器SBUF进行的。进行的。（11）其他控制寄存器）其他控制寄存器 除上述外，还

22、有除上述外，还有IP, IE, TCON, SCON和和PCON等几个寄存等几个寄存器，主要用于中断、定时和串行口的控制。器，主要用于中断、定时和串行口的控制。4I/O接口接口 I/O接口是接口是MCS-51单片机对外部实现控制和信息交换的必单片机对外部实现控制和信息交换的必经之路，用于信息传送过程中的经之路，用于信息传送过程中的速度匹配速度匹配和增加它的和增加它的负载驱动负载驱动能力能力。 8051内部有内部有4个个8位并行接口位并行接口P0, P1, P2, P3，有，有1个全双工的个全双工的可编程串行可编程串行I/O接口。接口。5定时器定时器/计数器计数器 8051内部有两个内部有两个1

23、6位可编程序的定时器位可编程序的定时器/计数器，均为二计数器，均为二进制加进制加1计数器，分别命名为计数器，分别命名为T0和和T1。 T0和和T1均有均有定时器定时器和和计数器计数器两种工作模式。两种工作模式。在定时器模式下：在定时器模式下：T0和和T1的计数脉冲是由单片机的计数脉冲是由单片机时钟脉冲经时钟脉冲经12分频后提供分频后提供。在计数器模式下：在计数器模式下：T0和和T1的的计数脉冲计数脉冲是从是从P3.4和和P3.5引脚上输引脚上输入。对入。对T0和和T1的控制由的控制由定时器方式定时器方式选择寄存器选择寄存器TMOD和定时和定时器控制寄存器器控制寄存器TCON完成。完成。 6 6

24、中断系统中断系统 中断：中断：指指CPU暂停原程序暂停原程序执行，转而为外部设备服务（执行中断执行，转而为外部设备服务（执行中断服务程序），并在服务程序），并在服务完后返回服务完后返回到原程序执行的过程。到原程序执行的过程。中断系统：中断系统：能够处理中断过程所需要的能够处理中断过程所需要的硬件电路硬件电路。中断源：中断源：能产生中断请求信号的源泉。能产生中断请求信号的源泉。 8051可处理可处理5个中断源（个中断源（2个外部，个外部，3个内部）发出的中断请个内部）发出的中断请求，并可对其进行优先权处理。外部中断的请求信号可以从求，并可对其进行优先权处理。外部中断的请求信号可以从P3.2, P

25、3.3（即（即 和和 ）引脚上输入，有）引脚上输入，有电平电平或或边沿边沿两种触发两种触发方式；内部中断源有方式；内部中断源有3个，个，2个定时器个定时器/计数器中断源和计数器中断源和1个串行口个串行口中断源。中断源。 8051的中断系统主要由的中断系统主要由中断允许控制器中断允许控制器IE和和中断优先级控制中断优先级控制器器IP等电路组成。等电路组成。 0INT1INT1.1.2 MCS-51单片机外部引脚单片机外部引脚 MCS-51单片机单片机 40脚脚Vcc, GND 2XTAL1, XTAL2 2RESET 1EA/Vpp 1ALE/PROG 1PSEN 1P0.0P0.7 8P1.0

26、P1.7 8 P2.0P2.7 8 P3.0P3.7 81.1.2 MCS-51单片机外部引脚单片机外部引脚 1 1电源线电源线 GND：接地引脚。接地引脚。 VCC：正电源引脚。接正电源引脚。接5V电源。电源。 MCS-51系列单片机中，各类单片机都是相互兼容的，只是系列单片机中，各类单片机都是相互兼容的，只是引脚功能略有差异。引脚功能略有差异。8051单片机有单片机有40个引脚，分为个引脚，分为端口线端口线、电源电源线线和和控制线控制线三类。三类。2 2端口线端口线 P0P3口：口：48=32条。条。（1）P0口（口（ P0.0P0.7 ） 8位双向三态位双向三态I/O口，可作为外部扩展时

27、的口，可作为外部扩展时的数数据总线据总线/低低8位地址总线的分时复用口位地址总线的分时复用口。又可作为。又可作为通用通用I/O口口，每个引脚，每个引脚可驱动可驱动8个个TTL负载负载。 对对EPROM型芯片（如型芯片（如8751）进行）进行编程和校编程和校验验时，时，P0口用于口用于输入输入/输出输出数据。数据。（2）P1口（口（P1.0P1.7） 8位准双向位准双向I/O口，内部具有口，内部具有上拉电阻上拉电阻，可作为通用，可作为通用I/O口。口。每个引脚可每个引脚可驱动驱动4个个TTL负载负载。 （3）P2口（口（P2.0P2.7） 8位准双向位准双向I/O口，内部具有口，内部具有上拉电阻

28、上拉电阻，可作为，可作为外部扩展外部扩展时的高时的高8位地址总线位地址总线。又可作为通用。又可作为通用I/O口，每个引脚可驱动口，每个引脚可驱动4个个TTL负载负载。 对对EPROM型芯片（如型芯片（如8751）进行编程和校验时，用来）进行编程和校验时，用来接收高接收高8位地址位地址。 （4）P3口（口（ P3.0P3.7 ） 8位准双向位准双向I/O口，内部具有上拉电阻。它是口，内部具有上拉电阻。它是双功能复用双功能复用口口，作为通用，作为通用I/O口时，功能与口时，功能与P1口相同，常用第二功能。口相同，常用第二功能。每个引脚可驱动每个引脚可驱动4个个TTL负载。作为第二功能使用时，各位负

29、载。作为第二功能使用时，各位的作用如下页表所示。的作用如下页表所示。3控制线控制线 （1）RST/VPD RST/VPD引脚是复位信号引脚是复位信号/备用电源线引脚。当备用电源线引脚。当8051通电通电时，在时，在RST引脚上出现引脚上出现24个时钟周期个时钟周期以上的高电平，系统即以上的高电平，系统即初始复位。初始复位。 P3P3口口第第 二二 功功 能能信信 号号 名名 称称P3.0P3.0RXDRXD串行数据接收口串行数据接收口P3.1P3.1TXDTXD串行数据发送口串行数据发送口P3.2P3.2外部中断外部中断0 0请求输入请求输入P3.3P3.3外部中断外部中断1 1请求输入请求输

30、入P3.4P3.4T0T0定时器定时器/ /计数器计数器0 0的外部输入口的外部输入口P3.5P3.5T1T1定时器定时器/ /计数器计数器1 1的外部输入口的外部输入口P3.6P3.6外部外部RAMRAM写选通信号写选通信号P3.7P3.7外部外部RAMRAM读选通信号读选通信号0INTRD1INTWR（2）ALE/ 地址锁存允许地址锁存允许/编程引脚。当访问外部存储器时，编程引脚。当访问外部存储器时，ALE的输的输出出用于锁存地址的低位字节用于锁存地址的低位字节，以便，以便P0口实现地址口实现地址/数据复用数据复用。当。当不访问外部程序存储器时，不访问外部程序存储器时，ALE端将输出一个端

31、将输出一个1/6时钟频率的正时钟频率的正脉冲信号。脉冲信号。 ALE/ 是复用引脚，其第二功能是对是复用引脚，其第二功能是对EPROM型芯片型芯片（如（如8751）进行编程和校验时，此引脚）进行编程和校验时，此引脚传送传送52ms宽的负脉冲选宽的负脉冲选通信号通信号，程序计数器，程序计数器PC的的16位地址数据将出现在位地址数据将出现在P0和和P2口上，口上，外部程序存储器则把指令码放到外部程序存储器则把指令码放到P0口上，由口上，由CPU读入并执行。读入并执行。 （3） /VPP 允许访问片外程序存储器允许访问片外程序存储器/编程电源引脚。对于片内无程序编程电源引脚。对于片内无程序存储器的存

32、储器的MCS-51单片机（如单片机（如8031） ，必须，必须接地接地。片内有程序。片内有程序存储器的存储器的MCS-51单片机（如单片机（如8051） ，必须接，必须接高电平高电平。 /VPP是复用引脚，其第二功能是片内是复用引脚，其第二功能是片内EPROM编程编程/校验校验时的电源线，在编程时，时的电源线，在编程时，VPP脚需加上脚需加上21V的编程电压的编程电压。 EAPROGPROGEAEAEA（4）XTAL1和和XTAL2 XTAL1脚为片内振荡电路的脚为片内振荡电路的输入端输入端，8051的时钟有两种方的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但需在式，一种是片内时钟振荡方式，但需

33、在XTAL1和和XTAL2脚外接脚外接石英晶体石英晶体（频率为（频率为1.212MHz）和）和振荡电容振荡电容，振荡电容的值一，振荡电容的值一般取般取1030pF，典型值为，典型值为30pF；另外一种是；另外一种是外部时钟方式外部时钟方式，即，即将将XTAL1接地接地，外部时钟信号从，外部时钟信号从XTAL2脚输入脚输入，如下图所示，如下图所示。 （5 5）PSENPSEN 片外片外ROM选通线选通线。在。在执行访问片外执行访问片外ROM的指的指令令MOVC时，时，8051自动在自动在 引脚产生一个负脉引脚产生一个负脉冲，用于对片外冲，用于对片外ROM的的选通。其他情况下，该引选通。其他情况下

34、，该引脚均为高电平封锁状态。脚均为高电平封锁状态。 1.2 MCS-51单片机的工作方式单片机的工作方式 MCS-51系列单片机的工作方式可分为：系列单片机的工作方式可分为：复位方式、程序执复位方式、程序执行方式、节电工作方式和行方式、节电工作方式和EPROM编程编程/校验方式。校验方式。 1.2.1 1.2.1 复位方式复位方式 复位方式：复位方式：系统系统开始运行和重新启动开始运行和重新启动靠复位电路来实现。靠复位电路来实现。 功能：功能：单片机在开机时都需要复位，以便单片机在开机时都需要复位，以便CPU及其他功能及其他功能部件都处于一种确定的部件都处于一种确定的初始状态初始状态，并从这个

35、状态开始工作。，并从这个状态开始工作。 实现条件：实现条件：MCS-51单片机在单片机在RST引脚产生引脚产生两个机器周期两个机器周期（即（即24个时钟周期）以上的个时钟周期）以上的高电平高电平即可实现复位。即可实现复位。 复位电路有两种：上电自动复位和上电复位电路有两种：上电自动复位和上电/ /按键手动按键手动复位，如下图所示。复位，如下图所示。 上电自动复位电路上电自动复位电路 上电上电/ /按键手动复位电路按键手动复位电路 复位后，复位后，80518051的各特殊功能寄存器的初始状态如下表的各特殊功能寄存器的初始状态如下表所示。所示。特殊功能寄存器特殊功能寄存器初始态初始态特殊功能寄存器

36、特殊功能寄存器初始态初始态ACC00HB00HPSW00HSP07HDPH00HTH000HDPL00HTL000HIPxxx00000BTH100HIE0 xx00000BTL100HTMOD00HTCON00HSCON00HSBUFxxxx xxxxBP0P311111111BPCON0 xxxxxxxB1.2.2 程序执行方式程序执行方式 单片机的单片机的基本工作方式基本工作方式，可分为，可分为连续执行工作方式连续执行工作方式和和单步单步执行工作方式。执行工作方式。1连续执行工作方式连续执行工作方式 这是所有单片机都需要的一种方式。单片机复位后，这是所有单片机都需要的一种方式。单片机复位

37、后，PC值值为为0000H，因此单片机复位后立即转到，因此单片机复位后立即转到0000H处执行程序。单片处执行程序。单片机按照机按照程序程序事先编排的任务，事先编排的任务，自动连续地执行自动连续地执行下去。下去。2单步执行工作方式单步执行工作方式 这是这是用户调试程序用户调试程序的一种工作方式，在单片机开发系统上的一种工作方式，在单片机开发系统上有一专用的有一专用的单步按键单步按键（或软件调试环境）。按一次，单片机就（或软件调试环境）。按一次，单片机就执行一条指令（仅仅执行一条），这样就可以逐条检查程序，执行一条指令（仅仅执行一条），这样就可以逐条检查程序，发现问题进行修改。发现问题进行修改。

38、 单步执行方式是利用单步执行方式是利用单片机外部中断功能单片机外部中断功能实现的实现的。 节电工作方式是一种低功耗的工作方式，可分为空闲（等待）节电工作方式是一种低功耗的工作方式，可分为空闲（等待）方式和掉电（停机）方式。是针对方式和掉电（停机）方式。是针对CHMOS类芯片而设计的，类芯片而设计的，HMOS型单片机型单片机不能工作在节电方式不能工作在节电方式，但它有一种，但它有一种掉电保护功能掉电保护功能。 1HMOS单片机的掉电保护单片机的掉电保护 当当VCC突然掉电时，单片机通过中断将必须保护的数据送入突然掉电时，单片机通过中断将必须保护的数据送入内部内部RAM，备用电源，备用电源VPD可

39、以维持内部可以维持内部RAM中的数据不丢失。中的数据不丢失。 2CHMOS单片机的节电方式单片机的节电方式 CHMOS型单片机是一种低功耗器件，型单片机是一种低功耗器件，正常工作正常工作时电流为时电流为1122mA，空闲状态空闲状态时为时为1.75mA，掉电方式掉电方式为为550 A。因。因此，此，CHMOS型单片机特别适用于低功耗应用场合，它的空闲方型单片机特别适用于低功耗应用场合，它的空闲方式和掉电方式都是由式和掉电方式都是由电源控制寄存器电源控制寄存器PCON中相应的位来控制。中相应的位来控制。 1.2.3 节电方式节电方式 （1）电源控制寄存器）电源控制寄存器PCON PCON各位的定

40、义如下表所示。各位的定义如下表所示。IDL：空闲方式控制位，该位空闲方式控制位，该位为为1时时，单片机进入空闲待机工作，单片机进入空闲待机工作方式。方式。PD：掉电方式控制位掉电方式控制位，为，为1时，单片机进入掉电工作方式。时，单片机进入掉电工作方式。 上面的上面的IDL、PD同时为同时为1，则进入掉电工作方式，则进入掉电工作方式，同时为同时为0，则工作在则工作在正常运行状态正常运行状态。GF0, GF1：通用标志位，描述中断是来自正常运行还是来自空通用标志位，描述中断是来自正常运行还是来自空闲方式，用户可通过指令设定它们的状态。闲方式，用户可通过指令设定它们的状态。SMOD：为串行口波特率

41、倍率控制位，用于串行通信。为串行口波特率倍率控制位，用于串行通信。 D7D6D5D4D3D2D1D0地址（地址（87H）SMODGF1GF0PDIDL（2）空闲工作方式）空闲工作方式 将将IDL位置为位置为1（用指令（用指令ORL PCON, #01H），则进入），则进入空闲工作方式，其内部控制电路如右下图所示。此时，空闲工作方式，其内部控制电路如右下图所示。此时，CPU进入空闲待机状态，中断系统、串行口、定时器进入空闲待机状态，中断系统、串行口、定时器/计数器，仍计数器，仍有时钟信号，仍继续工作。有时钟信号，仍继续工作。 退出空闲状态有两种退出空闲状态有两种方法：方法： 一是中断退出；一是中

42、断退出； 二是硬件复位退出。二是硬件复位退出。（3）掉电工作方式）掉电工作方式 将将PD置为置为1（用指令（用指令ORL PCON, #02H），可使单片机），可使单片机进入进入掉电工作方式掉电工作方式。此时。此时振荡器停振振荡器停振，只有片内的，只有片内的RAM和和SFR中的数据保持不变中的数据保持不变，而包括中断系统在内的全部电路都将处于，而包括中断系统在内的全部电路都将处于停止工作状态。停止工作状态。退出退出掉电工作方式，只能采用掉电工作方式，只能采用硬件复位硬件复位的方法。的方法。 欲使欲使8051从掉电方式退出后从掉电方式退出后继续执行掉电前的程序继续执行掉电前的程序，则必，则必须在

43、掉电前预先须在掉电前预先通过程序把通过程序把SFR中的内容保存到片内中的内容保存到片内RAM中，中，并在掉电方式退出后并在掉电方式退出后恢复恢复SFR掉电前的内容掉电前的内容。因为通过硬件复。因为通过硬件复位退出掉电方式，复位后位退出掉电方式，复位后SFR为初始化的内容（变化了）。为初始化的内容（变化了）。1.2.4 编程和校验方式编程和校验方式 编程和校验方式用于内部含有编程和校验方式用于内部含有EPROM（包括（包括E2PROM）的单片机芯片（如的单片机芯片（如8751，AT89S51），一般的单片机开发系统都），一般的单片机开发系统都提供实现这种方式的设备和功能。提供实现这种方式的设备和

44、功能。 编程编程的主要操作是将的主要操作是将原始程序、数据写入内部原始程序、数据写入内部EPROM中。中。 校验校验的主要操作是的主要操作是在向片内程序存储器在向片内程序存储器EPROM写入信息时写入信息时或写入信息后，可将片内或写入信息后，可将片内EPROM的内容读出进行校验的内容读出进行校验，以保证，以保证写入信息的写入信息的正确性正确性。 1.3 1.3 单片机的时序单片机的时序 时序：时序：CPU在执行指令时在执行指令时所需控制信号的时间顺序所需控制信号的时间顺序称为时序。称为时序。 时序是用定时单位来描述的，时序是用定时单位来描述的，MCS-51的时序单位有四个：的时序单位有四个：

45、时钟周期（节拍）、状态、机器周期和指令周期。时钟周期（节拍）、状态、机器周期和指令周期。 1.3.1 MCS-51的时序单位的时序单位 1. 时钟周期时钟周期 又称为振荡周期、节拍又称为振荡周期、节拍（用（用P表示）表示），定义为单片机提供时定义为单片机提供时钟信号的振荡源（钟信号的振荡源（OSC）的周期。它是时序中的最小单位。）的周期。它是时序中的最小单位。2. 状态状态 单片机振荡脉冲经过单片机振荡脉冲经过二分频后二分频后即得到整个单片机工作系统即得到整个单片机工作系统的状态的状态（用（用S表示）表示）。一个状态有两个节拍（。一个状态有两个节拍（P1，P2 ）。）。3. 3. 机器周期机器

46、周期 通常将通常将完成一个基本操作所需的时间完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。称为机器周期。 MCS-51中规定一个机器周期包含中规定一个机器周期包含12个时钟周期个时钟周期，即有，即有6个状态个状态，分别表示为分别表示为S1S6。 若晶振为若晶振为6MHz，则机器周期为，则机器周期为2s，若晶振为，若晶振为12MHz，则，则机器周期为机器周期为1s。4. 指令周期指令周期 执行一条指令所需要的时间执行一条指令所需要的时间称为指令周期。它是时序中的称为指令周期。它是时序中的最大单位。一个最大单位。一个指令周期通常含有指令周期通常含有14个机器周期个机器周期。指令所包。指令所包含的含的机器

47、周期数机器周期数决定了决定了指令的运算速度指令的运算速度，机器周期数越少的指，机器周期数越少的指令，其执行速度越快。令，其执行速度越快。 以机器周期为单位，指令可分为以机器周期为单位，指令可分为单周期、双周期和四周期单周期、双周期和四周期指令指令。1.3.2 MCS-51指令的取指指令的取指/执行时序执行时序 程序：程序：指令的集合指令的集合称为程序。称为程序。 执行程序的过程就是执行程序的过程就是执行指令执行指令的过程。的过程。 指令执行可分为指令执行可分为取指阶段取指阶段和和执行阶段执行阶段。取指阶段：取指阶段：CPU从程序存储器中取出指令操作码，送指令寄存从程序存储器中取出指令操作码，送

48、指令寄存器器IR，再经指令译码器，再经指令译码器ID译码，产生一系列控制信号。译码，产生一系列控制信号。执行阶段：执行阶段：完成本指令规定的操作。完成本指令规定的操作。 单周期和双周期指令的取指时序图如下页图所示。单周期和双周期指令的取指时序图如下页图所示。 ALE信号信号是用于锁存低是用于锁存低8位地址的选通信号，每出现一次该位地址的选通信号，每出现一次该信号，单片机即进行一次读指令操作。当指令为多字节或多周信号，单片机即进行一次读指令操作。当指令为多字节或多周期指令时，只有第一个期指令时，只有第一个ALE信号进行读指令操作，其余的信号进行读指令操作，其余的ALE信号为无效操作（或读操作数操

49、作）。信号为无效操作（或读操作数操作）。 1.3.3 访问片外访问片外ROM/RAM指令的时序指令的时序1外部程序存储器读时序外部程序存储器读时序 从外部程序存储器读取指令，必须有两个信号进行控制：从外部程序存储器读取指令，必须有两个信号进行控制：ALE信号和信号和 信号（外部信号（外部ROM读选通脉冲）。读选通脉冲）。 PSEN2外部数据存储器读时序外部数据存储器读时序 第一个机器周期是取指周期，是从第一个机器周期是取指周期，是从ROM中读取指令数据，第中读取指令数据，第二个机器周期才开始读取外部数据存储器二个机器周期才开始读取外部数据存储器RAM中的内容。三个控中的内容。三个控制信号：制信

50、号：ALE信号、信号、 信号（外部信号（外部ROM读选通脉冲）和读选通脉冲）和 信号（外部信号（外部RAM读选通脉冲）。读选通脉冲）。 PSENRD作业：作业：P34 1-15 1-25 1-27小结：小结：1. MCS-51内部结构，外部引脚内部结构，外部引脚2. 工作方式工作方式3. 时序时序4. SOC 5151单片机的单片机的4 4个个8 8位的位的I/OI/O口口P0.0P0.7: 8位数据口和输出低位数据口和输出低8位地址复用口位地址复用口 (复用时是双向复用时是双向口；不复用时也是准双向口口；不复用时也是准双向口)P1.0P1.7: 通用通用I/O口（准双向口）口（准双向口）P2

51、.0P2.7: 输出高输出高8位地址（用于寻址时是输出口；不寻址时位地址（用于寻址时是输出口；不寻址时是准双向口）是准双向口）P3.0P3.7: 具有特定的第二功能（准双向口）具有特定的第二功能（准双向口）注意：注意：在不外扩在不外扩ROM/RAM时，时，P0P3均可作通用均可作通用I/O口使用，口使用，而且都是准双向而且都是准双向I/O口。口。5151单片机的单片机的8 8个特殊引脚个特殊引脚 Vcc, GND: 电源端电源端 XTAL1, XTAL2: 片内振荡电路输入、输出端片内振荡电路输入、输出端 RESET: 复位端复位端 正脉冲有效（宽度正脉冲有效（宽度 24个时钟）个时钟） EA

52、/Vpp: 寻址外部寻址外部ROM控制端。控制端。 片内有片内有ROM时应当接高电平。时应当接高电平。 ALE/PROG: 地址锁存允许控制端。地址锁存允许控制端。 PSEN：选通外部：选通外部ROM的读的读(OE)控制端。控制端。MCS-51MCS-51单片机存储器配置单片机存储器配置（1）片内）片内RAM 128字节（字节（00H7FH）；）； 片内片内RAM前前32个单元是工作寄存器区个单元是工作寄存器区(00H1FH) 片内片内RAM有有128个可按位寻址的位，占个可按位寻址的位，占16个单元。个单元。 位地址编号为：位地址编号为：00H7FH 分布在：分布在：20H2FH单元单元（2

53、）片内）片内RAM的的80HFFH 21个特殊功能寄存器个特殊功能寄存器(SFR)，其中地址号能被，其中地址号能被8整除的整除的 SFR中的各位也可按位寻址。中的各位也可按位寻址。（3）可寻址片外）可寻址片外RAM 64K字节字节 （0000HFFFFH）（4）可寻址片外）可寻址片外ROM 64K字节字节 （0000HFFFFH）（5）片内）片内 Flash ROM 4K字节字节 （000HFFFH）寄存器寄存器（1 1）程序计数器）程序计数器PCPC（2 2）3232个工作寄存器个工作寄存器R0R7R0R7：分布在内部分布在内部RAM的的001FH中。中。（3 3）2121个特殊功能寄存器（

54、个特殊功能寄存器（SFRSFR）：）：SP，A，B， PSW， P0P3，DPH，DPL，TH0，TL0，TH1，TL1，TMOD，TCON，SBUF，SCON，PCON，IP，IE1.4 C8051F系列片上系统（系列片上系统（SOC）简介）简介 Silabs公司（公司（ Cygnal公司）的公司）的C8051F带有片上系统（带有片上系统（SOC）色彩，集成了嵌入式系统的许多先进技术。国内一级代理商是色彩，集成了嵌入式系统的许多先进技术。国内一级代理商是新华龙公司（新华龙公司（http:/ 概述概述 Cygnal公司生产的公司生产的C8051Fxxx系列单片机，与系列单片机，与MCS-51内

55、内核及指令集完全兼容。是核及指令集完全兼容。是MCS-51单片机的典型代表，也是目前单片机的典型代表，也是目前功能最全、速度最快的功能最全、速度最快的8051衍生单片机。衍生单片机。C8051F已成为一个完已成为一个完善的、系统级的芯片。到目前为止，善的、系统级的芯片。到目前为止，Cygnal共提供有共提供有41个型号个型号工业级的工业级的C8051F片上系统单片机，其典型芯片性能概览见教材片上系统单片机，其典型芯片性能概览见教材P32表表1.5.1所示。所示。C8051F典型芯片典型芯片的结构的结构如下图所示。如下图所示。PLL： PLL 是是 Phase-Locked Loop（锁相环）的缩写。（锁相环）的缩写。组成：组成： 鉴相器、鉴相器、 可调相可调相/调频的时钟发生器、调频的时钟发生器、 环路滤波器。环路滤波器。作用：作用：用于通信的接收机中，对接收到的信号进行处理，并从用于通信的接收机中，对接收到的信号进行处理，并从其中提取某个时钟的相位信息。即：对于接收到的信号，仿制其中提取某个时钟的相位信息。即：对于接收到的信号，仿制一个时钟信