第2章硬件结构

1、第第2章章 MCS-51单片机结构和原理单片机结构和原理 内部结构内部结构 信号引脚信号引脚 存储器存储器时钟电路和时钟电路和CPU时序时序工作方式工作方式 MCS-51系列单片机系列单片机2.1.1 MCS - 51 的内部结构的内部结构MCS - 51 的结构方块图的结构方块图时钟电路时钟电路定时定时/计数器计数器64KB64KB总线总线扩展控制器扩展控制器中断控制中断控制CPUROMRAM并行并行接口接口串行串行接口接口T0T1串行口串行口0INT1INT1P1P1锁存器锁存器P1P1驱动器驱动器P0P0驱动驱动器器P0P0锁存锁存器器定时定时 及及控制控制指令寄存器指令寄存器ALUPS

2、W程序地址程序地址寄存器寄存器P3P3锁存器锁存器P3P3驱动器驱动器暂存暂存2 2暂存暂存1 1DPTRPCPC+1缓冲器缓冲器ACC寄存器寄存器 B BSPRAM地地址寄存器址寄存器RAMP2P2驱动驱动器器P2P2锁存锁存器器EPROM/ROM总总体体结结构构框框图图VCCVSSPSENALEEARST中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件。运算器控制器位处理器（布尔处理器）中央处理器(CPU)CPU的功能:负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入/输出功能等操作1 中央处理器中央处理器CPUn1. 运算器（1）运算器的组成）运算器的组成算数逻辑单元累加器A寄存

3、器B暂存器(TEMP)程序状态寄存器PSW是进行算术运算和逻辑运算,也可以对单 字节、半字节（4位）等数据进行操作（2）功能）功能：CPUn 2. 控制器控制器程序计数器PC指令寄存器IR指令译码ID数据指针DPTR堆栈指针SPRAM地址寄存器时钟发生器定时控制逻辑CPU作用：（1）控制单片机内部各单元的协调工作（2）协调单片机与外围芯片或设备的工作n3. 位处理器（布尔处理机）MCS-51CPU内有一个一位处理机子系统是一个完整的位单片机，只是每次处理的数据只是一位有自己累加器CY，数据存储器（可位寻址空间）能完成各种逻辑运算 用途逻辑与逻辑或逻辑非异或等逻辑电路的仿真开关量的控制设置状态标

4、志位等CPU存储器数据存储器RAM程序存储器ROM,4KB/8KB(8051/52)通用存储器RAM, 128B/256B(8051/52)特殊功能寄存器,21/26个(8051/52)专用寄存器每个不得随便定义用途,如累加器A,定时器/计数器等。不能扩展存放运算中间或临时数据等可扩展至64KB存放用户程序、常数及表格等。可扩展至64KB2 存储器存储器接口电路接口电路(I/O接口接口)有四个并行口P0口，8根输入/输出I/O接口线P1口，8根输入/输出I/O接口线P2口，8根输入/输出I/O接口线P3口，8根输入/输出I/O接口线共有32根I/O接口线每一根线都可以设定为输入或输出单片机单片

5、机输出的控制信号（输出）采集外部的输入信号（输入）都是通过这32根I/O线进行传输的3 并行输入并行输入/输出端口输出端口实际是一个高增益反相放大器，外接一个晶振和两个匹配电容就可组成完整的振荡器8051内置时钟电路振荡器完成时钟分相,控制等用途： 产生整个单片机运行的脉冲时序最高振荡频率12MHz 4 时钟振荡电路时钟振荡电路l用于多处理机通讯，或全双工用于多处理机通讯，或全双工UART(通用异通用异步收发器步收发器)通讯，也可以与一些特殊功能的芯通讯，也可以与一些特殊功能的芯片相连，进行输入片相连，进行输入/输出扩展。输出扩展。5 串行输入串行输入/输出口输出口(2条条) 中断系统有中断系

6、统有5 5个中断源、个中断源、2 2个优先级，可以个优先级，可以实现多个软件功能的并行运行。实现多个软件功能的并行运行。 6 定时定时/计数器计数器l单片机定时单片机定时/计数器为增量计数器，当计数满时溢计数器为增量计数器，当计数满时溢出中断将标志位置位。定时出中断将标志位置位。定时/计数器的作用在于：计数器的作用在于： 进行精确定时，实行实时控制；进行精确定时，实行实时控制； 用于事件计数。这样作减少了软件开销。用于事件计数。这样作减少了软件开销。制造工艺为制造工艺为HMOS的系列单片机大都采用的系列单片机大都采用40条条引脚的引脚的双列直插式双列直插式封装（封装（DIP）. DIP:Dua

7、l In-line PackageCHMOS制造工艺的单片机制造工艺的单片机80C31/80C51除采除采用用DIP封装外，还采用方形的封装方式。方封装外，还采用方形的封装方式。方形封装的有形封装的有44个引脚，标有个引脚，标有NC的的4个引脚个引脚不连线。不连线。2.1.2 MCS-51的引脚功能的引脚功能40只引脚只引脚DIP封装封装方式方式4444只引脚只引脚方形封装方形封装方式（方式（4 4只无用）只无用）VCCVSSXTAL2XTAL1RST/VPDP0.0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7P1.0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.

8、6 P1.7P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0ALEP3.0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7EAPSENRXD/TXD/INT0/ INT1/ T0/ T1/WR/ RD/1234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222180318051 875189C514040只引脚只引脚按功能分为按功能分为3 3类类： （1 1）电源及时钟引脚）电源及时钟引脚: Vcc: Vcc、VssVss；XTAL1XTAL1、XTAL2XTAL2

9、。 （2 2）控制引脚：）控制引脚： PSENPSEN* *、EAEA* * 、ALEALE、RESET RESET （即（即RSTRST）。）。 （3 3）I/OI/O口引脚：口引脚：P0P0、P1P1、P2P2、P3P3，为，为4 4个个8 8位位I/OI/O口口的外部引脚。的外部引脚。引脚功能分类引脚功能分类1 1电源引脚电源引脚 （1 1）VccVcc（4040脚）脚）：+5V+5V电源；电源； （2 2）VssVss（2020脚）脚）：接地。：接地。2 2时钟引脚时钟引脚 （1 1）XTAL1XTAL1（1919脚）脚）：接外部晶体，如果采用外接振荡：接外部晶体，如果采用外接振荡器时

10、，器时，振荡器的输出振荡器的输出应接到此引脚上。应接到此引脚上。（2 2）XTAL2XTAL2（1818脚）脚）：接外部晶体的另一端或悬空。：接外部晶体的另一端或悬空。2.3.1 电源及时钟引脚电源及时钟引脚 2.3.1 电源及时钟引脚电源及时钟引脚 （a a）外接石英晶体）外接石英晶体 （b b）外接时钟）外接时钟提供控制信号，有的引脚还具有提供控制信号，有的引脚还具有复用复用功能。功能。 (1) RST/VPD(9(1) RST/VPD(9脚脚) )：复位与备用电源。：复位与备用电源。复位电路：复位电路：使使CPU和系统中的其它部件都处于一和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这

11、个初始状态开始工个确定的初始状态，并从这个初始状态开始工作。作。w 当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。期的高电平将使单片机复位。w 复位以后，复位以后，P0P3口输出高电平，口输出高电平，SP指针重新指针重新赋值为赋值为07H，其它特殊功能寄存器和程序计数，其它特殊功能寄存器和程序计数器器PC被清被清0。2.3.2 控制引脚控制引脚MCS-51复位后内部寄存器初态复位后内部寄存器初态MCS-51复位电路复位电路上电复位电路上电复位电路按键电平复位电路按键电平复位电路按键脉冲复位电路按键脉冲复位电路 (2) ALE/PROG

12、 (2) ALE/PROG* *（3030脚）：脚）： 第一功能第一功能: :ALEALE为地址锁存允许。为地址锁存允许。 存取片外存储器时，用于锁存低存取片外存储器时，用于锁存低8 8位地址。位地址。 ALE=1 ALE=1，P0P0口用于地址通路；口用于地址通路； ALE=0 ALE=0，P0P0口用于数据通路口用于数据通路 访问外部存储器时，访问外部存储器时，ALEALE输出信号的负跳沿用作低输出信号的负跳沿用作低8 8位地址位地址的所存信号的所存信号 第二功能第二功能: :PROGPROG* *为为EPROMEPROM机型的编程脉冲输入端。机型的编程脉冲输入端。 2.3.2 控制引脚控

13、制引脚 (3) PSEN(3) PSEN* * （2929脚）：脚）：外部程序存储器的外部程序存储器的读选通读选通信号。信号。 读外部读外部ROMROM取指令器件，每机器周期取指令器件，每机器周期2 2次有效次有效 (4) EA(4) EA* */VPP (Enable Address/Voltage Pulse of /VPP (Enable Address/Voltage Pulse of ProgramingPrograming，3131脚脚) ) EAEA* *为内外程序存储器选择控制端。为内外程序存储器选择控制端。 EAEA* *=1=1，访问访问片内程序存储器片内程序存储器，但在，

14、但在PCPC（程序计数器）值（程序计数器）值超超过过0FFFH0FFFH（对于（对于80518051、87518751）时，即）时，即超出片内程序存储器的超出片内程序存储器的4K4K字节地址范围字节地址范围时，将自动转向执行外部程序存储器内的程时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。序。 EAEA* *=0=0，单片机则单片机则只访问只访问外部外部程序存储器程序存储器。 注意：注意： EAEA* *不能悬空不能悬空 VPPVPP为本引脚的第二功能。用于施加编程电压（例如为本引脚的第二功能。用于施加编程电压（例如+21V+21V或或+12V+12V）。对）。对89C5189C51，加在，加在V

15、PPVPP脚的编程电压为脚的编程电压为+12V+12V或或+5V+5V。2.3.3 I/O2.3.3 I/O口引脚口引脚 (1) (1) P0P0口口：双向双向8 8位三态位三态I/OI/O口，此口为地址总线（低口，此口为地址总线（低8 8位）及数据总线位）及数据总线分时复用分时复用口，可驱动口，可驱动8 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。 (2) (2) P1P1口口：8 8位位准双向准双向I/OI/O口，可驱动口，可驱动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。 (3) (3) P2P2口口：8 8位位准双向准双向I/OI/O口，与地址总线（高口，与地址总线（高8 8位）复位）

16、复用，可驱动用，可驱动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。 (4) (4) P3P3口口：8 8位位准双向准双向I/OI/O口，口，双功能双功能复用口，可驱动复用口，可驱动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。注意注意: :准双向口与双向三态口的差别准双向口与双向三态口的差别。w 当当3 3个准双向个准双向I/OI/O口作口作输入口使用输入口使用时，要向该口时，要向该口先写先写“1 1”。w 准双向准双向I/OI/O口口无高阻无高阻 “浮空浮空”状态。状态。P3口引脚第二功能 2.3 存储器存储器w 普林斯顿（Princeton）结构：将程序和数据合用一个存储器空间的结构。w

17、 哈佛（Harvard）结构：n为绝大多数单片机所采用。程序存储器和数据存储器截然分开，ROM和RAM独立编址并分别寻址的结构，相互间不会冲突。n在MCS-51系列单片机中，不仅在片内预留了一定容量的程序存储器、数据存储器以及众多的特殊功能寄存器（SFR），而且还具有很强的外部存储器扩展能力，程序存储器和数据存储器的寻址能力均可达64KB，寻址和操作简单方便。 2.3.1 MCS-51的空间配置的空间配置 物理上，分为四个存储空间：片内程序存储器、物理上，分为四个存储空间：片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器。片外程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器。(8031

18、无片内程序存储器无片内程序存储器) 逻辑上，分为三个空间：片内、片外同一程序存储逻辑上，分为三个空间：片内、片外同一程序存储器，片内随机存储器，片外随机存储器。器，片内随机存储器，片外随机存储器。地址编址：地址编址：程序存储器和数据存储器分别编址；程序存储器和数据存储器分别编址；程序存储器程序存储器(片内、外片内、外)统一编址，使用统一编址，使用MOVC指令；指令；数据存储器数据存储器(片内片内)统一编址，使用统一编址，使用MOV指令；指令；数据存储器数据存储器(片外片外)统一编址，使用统一编址，使用MOVX指令；指令；以字节编址。以字节编址。1234567891011121314282726

19、2524232221 201918171615EPROM276412345678910111213142827262524232221 201918171615EPROM27641234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222112345678910111213142827262524232221 201918171615RAM6264 12345678910111213142827262524232221 201918171615RAM6264 80318751805189C51256B（字节）4KB

20、64K64KMCS51存储器结构存储器结构 三大逻辑存储空间H00000 00 08 80 0H HRAM内内部部0 00 0F FF FH H特殊功能寄存器0 0F FF FF FF FH H）（外部外部K64RAM 数据存储器数据存储器H00000 0F FF FF FH HH0000 程序存储器程序存储器1EA内部内部ROM= =0 0F FF FF FF FH H1000H1000H外外部部ROM0 0F FF FF FH HH00000EA外部外部ROM= =0 00 07 7F FH Hw 程序存储器（Program memory）一般用半导体只读存储器即ROM（Read Only

21、 Memory）。这种存储器在计算机运行时只能对其执行读操作，即使整机掉电后存于其中的信息也不会丢失。w 程序存储器主要用于存放经调试正确的应用程序和常数表格。w MCS-51系列单片机采用16位的程序计数器PC和16位的地址总线，因而程序存储器可扩展的地址空间为64KB。w 这64KB地址在空间分布范围上是连续和统一的。1.1.程序存储器的分类程序存储器的分类 w(1)Mask ROM 型型：掩膜ROM。w(2)OTPROM型型： 一次可编程ROM（One Time Programmable ROM）。w(3)EPROM型型:可擦除可编程ROM（Erasable Programmable R

22、om）。w(4)E2PROM型型:电可擦除可编程ROM（Electrically Erasable Programmable ROM）。w(5)Flash ROM型型：闪速只读存储器 MCS51片内程序存储器为固定的只读存储器ROM。如8051中含有4KB容量的掩膜ROM，8751中含有4KB容量的EPROM，89C51中含有4KB容量的Flash ROM。而8031/8032中不设程序存储器，这种单片机在供应状态上称为ROM Less型器件，使用过程中必须外扩ROM。程序程序存储器存储器0000H0001H0002H(PC)中断5中断4中断3中断2中断10003H000BH0013H001B

23、H0023H002BH外部中断0定时器0中断外部中断1定时器1中断串行口中断8位位0FFFH0FFEH内部外部0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K)EA=1 EA=0程序程序存储器资源分布存储器资源分布中断入口地址引脚接高电平时，CPU可访问内部和外部ROM，且程序自片内程序存储器开始执行，PC值超出片内ROM容量时，会自动转向片外程序存储器中的程序。程序存储器中的特定程序入口程序存储器中的特定程序入口(51(51子系列为子系列为6 6个）个） 0000HFFFFH(64K)内部外部数据数据存储器存储器00HFFH7FH80H(高128B)(低128B)RAM专用寄存器0组

24、组R0R7R0R7R0R7R0R71组组2组组3组组工作寄存器区工作寄存器区可位寻址区可位寻址区20H2FH7F 7807 0030H7FH数据缓冲区数据缓冲区/堆栈区堆栈区内部内部RAM存储器存储器18H1FH10H17H08H0FH00H07H2.3.3 内部数据存储器内部数据存储器2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20H7F776F675F574F473F372F271F170F07 MSB 位地址 LSB7E766E665E564E463E362E261E160E067D756D655D554D453D352D251D150D05

25、7C746C645C544C443C342C241C140C047B736B635B534B433B332B231B130B037A726A625A524A423A322A221A120A027971696159514941393129211911090178706860585048403830282018100800单元地址堆栈或数据缓冲区（堆栈或数据缓冲区（30H7FH）此区间共80个单元，只可按字节寻址，而不可位寻址。程序运行期间，会产生一些运算结果等中间数据，这些数据可在此区间暂时保存。另外，若程序运行过程中遇到调用子程序或响应中断，往往需要保护现场，将有关的数据压入堆栈，待子程序返回

26、或中断响应结束时再将入栈数据弹出，此时，该区间可作堆栈使用。单片机复位后，堆栈指针SP的值为07H，即默认此区间的08H为栈底。考虑到00H2FH通常留作工作寄存器区和位寻址区，因此一般将栈底设置在30H或更高地址单元。 2.3.4专用寄存器专用寄存器特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFR(Special Function Register) 寻址空间：寻址空间：80HFFH80HFFH中定义了中定义了21个特殊功能寄存器，占用个特殊功能寄存器，占用26个字节地址空间。个字节地址空间。 特殊功能寄存器地址分配特殊功能寄存器地址分配9FH9EH 9DH 9CH 9BH9AH 99H98H SCONS

27、M0 SM1 SM2 REN TB8 RB8TI RI 98H 97 96 95 94 93 92 91 90 P1 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 90H TH1 8DH TH0 8CH TL1 8BH TL0 8AH TMOD GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 89H 8F 8E 8D 8C 8B 8A 89 88 TCON TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 88H PCON SMOD / / / GF1 GF0 PD IDL 87H DPH 83H DPL 82H SP 81H 87

28、86 85 84 83 82 81 80 P0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 80H 算术运算寄存器算术运算寄存器 累加器累加器A(Accumulator)l最常用；最常用；l大多数单操作数指令的操作数取自累加器，很多双操作大多数单操作数指令的操作数取自累加器，很多双操作数指令的一个操作数取自累加器；数指令的一个操作数取自累加器；l运算结果大多存放在累加器中；运算结果大多存放在累加器中；l累加器累加器A的地址为的地址为0E0H。 B寄存器寄存器l乘、除指令，用乘、除指令，用B寄存器作为其中的一个操作数；寄存器作为其中的一个操作数；l进行乘法运算

29、时，进行乘法运算时，A、B分别存放乘数和被乘数，运算的分别存放乘数和被乘数，运算的结果仍旧存放在结果仍旧存放在A、B中，中，B存放结果的高八位，存放结果的高八位，A存放结存放结果的低八位；果的低八位；l进行除法运算时，进行除法运算时，A中存放被除数，中存放被除数，B中存放除数，运算中存放除数，运算后的结果的商存放在后的结果的商存放在A中，余数存放在中，余数存放在B中。中。 程序状态字程序状态字PSW(Program Status Word)l程序状态字程序状态字PSW包含了程序的运行状态信息。包含了程序的运行状态信息。CY AC F0 RS1 RS0 OV - PPSW寄存器各位功能、标志符号

30、、位地址寄存器各位功能、标志符号、位地址CY(PSW.7)(Carry)：进位进位/借位标志。借位标志。在进行加法运算时，若最高位有进位，在进行加法运算时，若最高位有进位，CY=1，否则，否则CY=0。在进行减法运算时，若被减数小于减数，在进行减法运算时，若被减数小于减数，CY=1，否则，否则CY=0。在布尔处理机中，。在布尔处理机中，CY被用作位累加器使用。被用作位累加器使用。AC(PSW.6)(Auxiliary Carry)：辅助进位辅助进位/借位标志。借位标志。当低半字节向高半字节有进当低半字节向高半字节有进/借位时，借位时，AC=1，否则，否则AC=0。该标志主要用于十进制调整。该标

31、志主要用于十进制调整。F0(PSW.5)(Flag 0)：标志标志0，由用户定义，可由软件置位或，由用户定义，可由软件置位或清除，以对程序的运行起指导作用。清除，以对程序的运行起指导作用。RS1、RS0(PSW.4,PSW.3)：寄存器区选择控制位寄存器区选择控制位当当(RS1,RS0)=00时，选择寄存器区时，选择寄存器区0区，区，R0对应地址为对应地址为00H，R7对应地址为对应地址为07H；当当(RS1,RS0)=01时，选择时，选择1区，区，R0R7对应对应08H0FH；当当(RS1,RS0)=10时，选择时，选择2区，区，R0R7对应对应10H17H；当当(RS1,RS0)=11时，

32、选择时，选择3区，区，R0R7对应对应18H1FH。OV(PSW.2)(Overflow)：溢出标志，由硬件置位或清除。：溢出标志，由硬件置位或清除。执行带符号加减法指令时，执行带符号加减法指令时，OV=C6 C7(Ci为第为第i位向第位向第i+1位的进位或借位位的进位或借位)，执行乘法指令时，乘积大于，执行乘法指令时，乘积大于255，OV=1，乘积结果的高八位从乘积结果的高八位从B取，低八位从取，低八位从A取。取。否则否则OV=0，结果只需从，结果只需从A取。执行除法指令时，若除数为取。执行除法指令时，若除数为0，OV=1，否则，否则OV=0。P(PSW.0)(Parity)：奇偶标志，若：

33、奇偶标志，若A中值为中值为1的位数为奇数，的位数为奇数，P=1，否则，否则P=0。 作用：存放下一条待执行指令的地址作用：存放下一条待执行指令的地址。 PC为为16位寄存器，可寻址范围位寄存器，可寻址范围64KB （即216Byte）。系统开机初始化时，PC=0000H。 PC的基本工作过程可以描述为：PC中的数作为指令地址输出给程序存储器，程序存储器按此地址输出指令字节，同时PC本身自动加1，指向下一条指令。 注意：在执行转移、调用类指令或响应中断等操作时，PC的工作过程将有所不同。 PC本身是不可寻址的。 (1)程序计数器程序计数器PC（Program Counter） 指针寄存器指针寄存

34、器 (2)堆栈指针堆栈指针SP（Stack Pointer）字节地址：字节地址：81H作用：指明栈顶元素的地址作用：指明栈顶元素的地址位数：位数：8位。位。可由软件设置初始值，系统复位时设置为可由软件设置初始值，系统复位时设置为07H。 堆栈指针堆栈指针SPw 堆栈是指用户在单片机内部RAM中开辟的、遵循“先进后出”原则、只能从一端存取数据的一个存储区存储区，我们我们把存取数据的一端称为栈顶把存取数据的一端称为栈顶。w 凡是关系到堆栈操作的场合（无论是入栈还是出栈），都需要借助MCS-51的CPU中一个专用8位寄存器SP来间接指示堆栈中数据存取的位置，该寄存器被称为堆栈指针SP。 w MCS-

35、51的堆栈是向上（即向地址增加的方向）生成的,堆栈指针SP的初始值称为栈底。在堆栈操作过程中，SP始终指向堆栈的栈顶。 堆栈中的数据压入和弹出过程堆栈中的数据压入和弹出过程注意：注意：q单片机复位后SP的值为07H，因此入栈数据将从08H存起。 q08H1FH与工作寄存器区13，通过把栈底设计在片内RAM中地址值较高的地方，如60H等。 入栈操作步骤：1、将SP的内容记为（SP）自动增1，将SP间接指示的栈区片内RAM存储单元地址向上调整一次；2、把数据压入由SP最新指示的片内RAM单元中。 出栈操作步骤：1、将当前栈顶的内容弹出到相应位置；2、把SP的内容自动减1。可见，在堆栈操作过程中，S

36、P的值将自动增1或减1。 89H 80H 70H 50H栈底栈底SPSP入栈过程入栈过程PUSH ACC出栈过程出栈过程POP ACCSP89HSP 89HAA 89H 80H 70H 50H栈底栈底 数据指针数据指针DPTR(Data Pointer)字节地址：字节地址：83H和和82H作用：指明访问的数据存储器的单元地址作用：指明访问的数据存储器的单元地址数据指针数据指针16位，可寻址范围位，可寻址范围64KB，由，由DPH、DPL组成。组成。在某些情况下，在某些情况下，DPH、DPL也可单独使用。也可单独使用。 并行输入并行输入/输出端口输出端口(Parallel I/O Port)专用

37、寄存器专用寄存器P0、P1、P2、P3分别是分别是I/O端口端口P0P3的锁的锁存器。存器。 串行输入串行输入/输出端口输出端口(Serial I/O Port) 串行数据缓冲器串行数据缓冲器串行数据缓冲器串行数据缓冲器SBUF(Serial Data Buffer)用于存放要发送用于存放要发送或已接收的数据或已接收的数据,由两个独立由两个独立的寄存器组成的寄存器组成,占用一个地址占用一个地址,其中之一为发送缓冲器，另其中之一为发送缓冲器，另一个为接收缓冲器。一个为接收缓冲器。 接收发送WRCSABDBRD 串行控制串行控制/状态寄存器状态寄存器SCON(Serial Contral)控制监视

38、串行口的工作状态。控制监视串行口的工作状态。 电源控制寄存器电源控制寄存器PCON(Power Contral)。 中断系统中断系统 中断优先级寄存器中断优先级寄存器IP(Interrupt Priority Register)中断分为中断分为2个优先级，可由个优先级，可由IP设定各个中断源的优先级。设定各个中断源的优先级。 中断允许寄存器中断允许寄存器IE(Interrupt Enable Register)用于各个中断源的允许和屏蔽的设置。用于各个中断源的允许和屏蔽的设置。 定时定时/计数器计数器 定时器方式寄存器定时器方式寄存器TMOD(Timer Mode)用于设定定时器的工作方式。用

39、于设定定时器的工作方式。定时器控制寄存器定时器控制寄存器TCON(Timer Contral)其各位用于对定时器和外部中断进行控制。其各位用于对定时器和外部中断进行控制。 计数寄存器计数寄存器TH0、TL0、TH1、TL1用于设定定时用于设定定时/计数器的初值。计数器的初值。TH0、TL0为一组，为一组，TH1、TL1为一组。为一组。 8052/8032增设的专用寄存器增设的专用寄存器 定时器定时器2控制寄存器控制寄存器T2CON ( Timer 2 Contral)对定时器对定时器T2进行控制进行控制,设置工作方式。设置工作方式。 计数寄存器计数寄存器TH2、TL2。 定时器定时器2捕获捕获

40、/重装载寄存器重装载寄存器RCAP2H、RCAP2L存放自动重装载到存放自动重装载到TH2、TL2的数据。的数据。2.4.5 位地址空间位地址空间组成：组成： 内部数据存储器的内部数据存储器的20H2FH共共16个单元可按位寻找，个单元可按位寻找，128位；位； 专用寄存器地址码能被专用寄存器地址码能被8整除的可按位寻址，整除的可按位寻址， 12个专个专用寄存器，但是用寄存器，但是IP.7、IP.6、IE.6三位未定义，共三位未定义，共93位可位可按位寻址。按位寻址。则可按位寻址的空间为则可按位寻址的空间为221位。位。RAM位地址分配位地址分配 特殊功能寄存器位地址特殊功能寄存器位地址 说明

41、：说明：1、51子系列离散分布有子系列离散分布有21个特殊功能寄存器个特殊功能寄存器SFR、52子系列为子系列为26个。个。2、凡地址能被、凡地址能被8整除的寄存器（共整除的寄存器（共11个）都是可位个）都是可位寻址的寄存器寻址的寄存器。3、位寻址形式：、位寻址形式：直接位地址：如直接位地址：如D3H位助记符：位助记符：RS0寄存器寄存器.位：如位：如PSW.3单元地址单元地址.位：如位：如D0H.32.3.4 外部数据存储器外部数据存储器 容量最大可扩展到容量最大可扩展到64KB； 寻址范围：寻址范围：0000HFFFFH； 寻址方式：寻址方式：间接寻址。可用间接寻址。可用R0、R1及及DP

42、TR作间址寄存器。作间址寄存器。2.4 I/O2.4 I/O端口端口单片机有四个并行口，都是准双向口。每位单片机有四个并行口，都是准双向口。每位I/O口包含口包含一个锁存器、一个输出带动器和一个输入缓冲器。一个锁存器、一个输出带动器和一个输入缓冲器。 2.4.1 P0口口 结构：结构：包含一个输出锁包含一个输出锁存器、两个三态存器、两个三态缓冲器、一个输缓冲器、一个输出带动电路和一出带动电路和一个输出控制电路。个输出控制电路。 读引脚写锁存器内部总线读锁存器DCLQQ P0.X锁存器MUXP0.X引脚控制地址/数据Vcc图2-12 P0口的位结构&l 通用通用I/O口口控制信号为控制信号为“0

43、”，MUX倒向倒向a，把输出脚接通，把输出脚接通Q，与门，与门输出为输出为“0”，T2截止，输出是漏极开路的开漏电路。截止，输出是漏极开路的开漏电路。P0口作通用口作通用I/O口使用。若口使用。若D=1，Q=0，T1截止，截止，P0.X输出高电平；若输出高电平；若D=0，Q=1，T1导通，导通，P0.X输出低电平。输出低电平。 读读(端口外数据端口外数据端口端口)：端口中的两个三态缓冲器端口中的两个三态缓冲器用于读操作。用于读操作。n读引脚：读引脚：P0.XG1内部总线。内部总线。 n读锁存器：读锁存器：Q内部总线。内部总线。 此种方式适用于此种方式适用于“读读-修改修改-写写”指令，这类指令

44、的指令，这类指令的特点是：先读口，随后可能对读入的数据进行修特点是：先读口，随后可能对读入的数据进行修改，再写到端口上。改，再写到端口上。 lP0口在作为通用口在作为通用I/O口使用时，是一个准双向口，这是因口使用时，是一个准双向口，这是因为这种为这种I/O接口没有高阻抗输出，输入不能锁存，不是真接口没有高阻抗输出，输入不能锁存，不是真正的双向传送口。正的双向传送口。l对于准双向口，在作为输入口时，应先置位，即在输入对于准双向口，在作为输入口时，应先置位，即在输入数据时应先把口置数据时应先把口置1，使两个，使两个FET都截止，引脚处于悬浮都截止，引脚处于悬浮状态，可作高阻抗输入。因为引脚上的外

45、部信号加在输出状态，可作高阻抗输入。因为引脚上的外部信号加在输出极极FET的漏极上，若的漏极上，若FET是导通的，则引脚上的电位被钳是导通的，则引脚上的电位被钳在在0电平上。电平上。写写(片内数据片内数据端口端口) ：数据锁存器QMuxP0.x 地址地址/数据总线口数据总线口 控制信号为控制信号为1，MUX倒向倒向b，接到，接到地址地址/数据数据，同时与，同时与门开锁。门开锁。 写：写：地址地址/数据为数据为“1”,与门为与门为“1”,b处电平为处电平为“0”，T2导通，导通，T1截止，截止，P0.X为高电平。为高电平。 地址地址/数据为数据为“0”，与门为，与门为“0”，b处电平为处电平为“

46、1”，T2截止，截止，T1导通，导通，P0.X为低电平。为低电平。读：经缓冲器读：经缓冲器G1读入。读入。 负载能力：负载能力：可带可带8个个TTL负载。在带动负载。在带动NMOS时，需接上拉电阻。时，需接上拉电阻。 小结小结 P0口可做通用口可做通用I/O，即一般，即一般I/O口使用，又可做地址口使用，又可做地址/数据总线口；数据总线口； P0既可按字节寻址，又可按位寻址；既可按字节寻址，又可按位寻址； P0作为输入口使用时作为输入口使用时,先向口写先向口写1,使使T2、T1截止截止,引脚引脚悬浮悬浮,用作高阻抗输入；用作高阻抗输入； 作通用作通用I/O口输出时，口输出时，T2(上拉上拉FE

47、T)截止，输出电路为截止，输出电路为开漏电路；开漏电路； 作地址作地址/数据总线口时，数据总线口时，P0口是一个真正的双向口；作口是一个真正的双向口；作通用通用I/O口时，只是一个准双向口；口时，只是一个准双向口； P0作地址作地址/数据总线口使用时，与数据总线口使用时，与P2口配合，送出一个口配合，送出一个完整的地址，完整的地址，P0送地址低八位，送地址低八位，P2送高八位，送高八位，P0接收高接收高位数据。位数据。注：准双向口特点是当复位时，口锁存器均置注：准双向口特点是当复位时，口锁存器均置1，8根引根引脚可作一般数据线使用；而在某引脚由原输出状态变为输脚可作一般数据线使用；而在某引脚由

48、原输出状态变为输入时，则应先写入时，则应先写1，以免错读引脚上的信息。，以免错读引脚上的信息。2.4.2 P1口口 结构：结构：无模拟开关无模拟开关MUX，只能作通用，只能作通用I/O口，用内部上口，用内部上拉电阻拉电阻R*代替代替P0口结构中的场效应管口结构中的场效应管FET。是。是一个准双向口。一个准双向口。内部上拉电阻包括固定部内部上拉电阻包括固定部分和附加部分两部分。固分和附加部分两部分。固定部分是一个源栅相连的定部分是一个源栅相连的 n沟道耗尽型沟道耗尽型FET(T2),附加附加部分是一个栅极受控的部分是一个栅极受控的n沟沟道增强型道增强型FET(T3),用以改用以改善电阻的变换。当

49、端口的善电阻的变换。当端口的数据从数据从0变到变到1时时,内部上拉内部上拉电阻用来加速这个转变过电阻用来加速这个转变过程。程。读锁存器a)读引脚写锁存器内部总线DCLQQ P1.X锁存器P1.X引脚Vcc内部上拉电阻R*端口引脚+5V耗尽型FET增强型FETQb)图2-13 P1口的位结构T3T1T2延迟2个振荡器周期a)P1口的位结构 b)内部上拉电阻& 分析分析 处于静态时，处于静态时，Q不论等于不论等于0或或1，T3栅极为低电平栅极为低电平0，T3截止，附加部分不起作用。截止，附加部分不起作用。 在动态变化时，在动态变化时，Q从低电平从低电平0变化到高电平变化到高电平1，则，则Q从高电从

50、高电平平1变化到低电平变化到低电平0，场效应管，场效应管T1由导通变为截止，或非由导通变为截止，或非门的门的2端为低电平端为低电平0，1端由于延迟性作用仍为端由于延迟性作用仍为0，或，或非输出为高电平非输出为高电平1，T3导通，导通，T2电阻虽大，电阻虽大，T3导通电导通电流约为流约为T2的的100倍，总负载下降，使引脚很快由倍，总负载下降，使引脚很快由0变到变到1，再经延时后或非输出为低电平再经延时后或非输出为低电平0，T3截止，内部上拉截止，内部上拉电阺恢复到稳定情况电阺恢复到稳定情况(约为约为2040K )。输出由低电平。输出由低电平0变到高电平变到高电平1。 小结小结 P1只能作通用只

51、能作通用I/O口，无地址口，无地址/数据功能；数据功能； P1口可按字节寻址，其各位可按位寻址；口可按字节寻址，其各位可按位寻址； P1口作输入口时，为准双向口，先将锁存器写口作输入口时，为准双向口，先将锁存器写1，使，使T1截止以便信息正常输入；截止以便信息正常输入； 输出极不再是开漏电路，而是标准的准双向口。输出极不再是开漏电路，而是标准的准双向口。2.4.3 P2口口 结构：结构： 在结构上，比在结构上，比P1口多了一个输出转换控制部分，口多了一个输出转换控制部分，模拟开关模拟开关MUX的数据端接锁存器的的数据端接锁存器的Q端。端。P2口作通用口作通用I/O口使用时，是一个准双向口口使用

52、时，是一个准双向口(MUX倒向左倒向左边边)。当系统中接有外部数据存储器时，。当系统中接有外部数据存储器时，P2口用于输出高口用于输出高八位地址，这时，在八位地址，这时，在CPU的控制下，的控制下，MUX倒向右边，倒向右边，P2口不再作通用口不再作通用I/O口使用，而作为地址输出口。口使用，而作为地址输出口。 图2-14 P2口的位结构读引脚写锁存器内部总线读锁存器DCLQQ P2.X锁存器MUXP2.X引脚地址Vcc控制内部上拉电阻R*l 当当P2口作通用口作通用I/O口时，是一个准双向口；口时，是一个准双向口； 小结小结 从从P2口输入数据时，先向锁存器写口输入数据时，先向锁存器写1，使，

53、使T1截止，截止，用作高阻抗输入；用作高阻抗输入； 当外部数据存储器小于当外部数据存储器小于128B，而无外部程序存储器，而无外部程序存储器时，时，P2口可作通用口可作通用I/O口使用。口使用。2.4.4 P3口口 结构结构控制部分是一个与非门，与非门的一端接控制部分是一个与非门，与非门的一端接D触发器的触发器的Q端，输入通道有两个缓冲器。端，输入通道有两个缓冲器。P3口是双功能口。口是双功能口。 读引脚写锁存器内部总线读锁存器DCLQQ P3.X锁存器P3.X引脚图2-15 P3口的位结构选择输出功能内部上拉电阻R*替代输入功能Vcc& 工作情况分析工作情况分析 P3口作通用口作通用I/O口

54、时，工作原理与口时，工作原理与P1、P2类似，是准类似，是准双向口；选择输出功能端应保持高电平，使与非门对锁双向口；选择输出功能端应保持高电平，使与非门对锁存器存器Q端畅通；端畅通； P3口工作于第二功能时，则该位的锁存器应置口工作于第二功能时，则该位的锁存器应置1，使与非门对选择输出功能端畅通；使与非门对选择输出功能端畅通； P3口作输入口时，输出锁存器和选择输出功能端都应口作输入口时，输出锁存器和选择输出功能端都应置置1； 第二功能的专用输入信号取自输入通道的第一个缓冲第二功能的专用输入信号取自输入通道的第一个缓冲器输出端，通用输入信号取自器输出端，通用输入信号取自读引脚读引脚。 2.4.

55、5 各端口的一般使用方法各端口的一般使用方法P0口：地址低八位与数据线分时使用口；口：地址低八位与数据线分时使用口；P1口：按位可编址的输入输出口；口：按位可编址的输入输出口；P2口：地址高八位输出口；口：地址高八位输出口；P3口：双功能口。若不用第二功能，可作通用口：双功能口。若不用第二功能，可作通用I/O口。口。u按三总线划分，则有：按三总线划分，则有：地址线：地址线：P0、P2口分别输出地址的低八位和高八位；口分别输出地址的低八位和高八位；数据线：数据线：P0口输入八位数据；口输入八位数据；控制线：控制线：P3口的八位加上口的八位加上PSEN、ALE共同完成。共同完成。 时钟的基本概念时

56、钟的基本概念指令执行过程指令执行过程 取指分析执行 MCS-51系列单片机的系列单片机的CPU时序时序 CPU以不同的方式，通过复杂的时序电路执行并完成各种不同指令功能。CPU的控制器按照指令的功能发出一系列在时间上有一定次序的信号去控制和启动一部分逻辑电路，完成某种操作。在一定时刻发出一定的控制信号去启动一定的逻辑部件动作，这就是CPU的时序。 MCS-51的时序定时单位从小到大依次为拍节（或节拍）、状态、机器周期和指令周期 。系统时钟系统时钟 系统时钟是一切微处理器、微控制器内部电路工作的基础。单片机内部有一个自激振荡电路，可以通过它或外部提供振荡源驱动内部时钟电路产生系统时钟信号。 1.

57、 1. 振荡周期与状态周期振荡周期与状态周期w 振荡周期 P 系统时钟信号的振荡周期简称振荡周期(或拍节)。w 状态周期S（又称为时钟周期）n一个状态周期S由两个振荡周期构成。分别成为拍节P1和拍节P2。2P1P1S2S6S2P1P1S2S6S3S4S5S3S4S5S2.2.机器周期与指令周期机器周期与指令周期w 机器周期nCPU完成一种基本操作所需要的时间称为机器周期Tcy。nMCS51系列单片机的的1个机器周期包括12个振荡周期。n为了叙述方便，可将1个机器周期分为6个状态S1S6，每个状态又分为两节拍P1、P2，则1个机器周期的12 个节拍依次为S1P1、S1P2、S2P1S6P2。2.2.机器周期与指令周期机器周期与指令周期如果系统时钟的晶振频率为fosc=12MHz，则 1Tcy = 12Tosc = 12/fosc = 12/(12106) =1s 即：1个机器周期的时间为1s。 机器周期与时钟周期的关系机器周期与时钟周期的关系w 指令周期nCPU执行一条指令所需要的时间称为指令周期，它以机器周期为单位。nMCS-51的指令可以分为单