第1章 51单片机结构

1、内内 容容 提提 要要vMCS-51MCS-51单片机内部结构单片机内部结构v存存 储储 器器v特殊功能寄存器特殊功能寄存器v时钟电路和复位电路时钟电路和复位电路v引脚引脚第第1章章 51单片机结构单片机结构1.1 MCS-511.1 MCS-51单片机内部结构单片机内部结构1.1.1 概述概述v所谓单片机，是指在一块芯片上集成了中央处理器所谓单片机，是指在一块芯片上集成了中央处理器CPU、随、随机存储器机存储器RAM、程序存储器、程序存储器ROM或或EEPROM、定时、定时/计数计数器、中断控制器以及串行口，并行器、中断控制器以及串行口，并行I/O接口等部件，构成的接口等部件，构成的一个完整

2、的微型计算机系统。一个完整的微型计算机系统。一个一个8051单片机包含下列部件单片机包含下列部件v一个一个8位微处理器位微处理器CPUv一个片内振荡器及时钟电路一个片内振荡器及时钟电路v4K片内程序存储器片内程序存储器ROMv128B片内数据存储器片内数据存储器RAM（包括特殊功能寄存器（包括特殊功能寄存器SFR）v可寻址可寻址64K外部数据存储器和外部数据存储器和64K外部程序存储器空间的控制电路外部程序存储器空间的控制电路v32条可编程条可编程I/O线（线（4个个8位并行位并行I/O端口）端口）v两个两个16位定时位定时/计数器计数器v一个可编程全双工串行口一个可编程全双工串行口v5个中断

3、原，两个优先级嵌套的中断控制系统个中断原，两个优先级嵌套的中断控制系统v普通型普通型（基本型（基本型 51子系列）子系列）8031、 8051、8751、89C51、89S51等。等。v增强型增强型（52子系列）子系列）8032、8052、8752、89C52、89S52等。它们的结构基本相同，其主等。它们的结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上。要差别反映在存储器的配置上。v8031片内没有程序存储器除了老产品，已被淘汰。片内没有程序存储器除了老产品，已被淘汰。v8051内部设有内部设有4KB的掩模的掩模ROM程序存储器程序存储器v8751是将是将8051片内的片内的ROM换成换成EP

4、ROMv89C51则换成则换成4KB的闪速的闪速EEPROMv89S51结构同结构同89C51， 4KB的闪速的闪速EEPROM可在线编程可在线编程增强型的存储容量为普通型的一倍增强型的存储容量为普通型的一倍v 本课以本课以 8XX51 代表这一系列的单片机。代表这一系列的单片机。 （8051）51单片机型号系列单片机型号系列 51系列单片机内部结构如图系列单片机内部结构如图1-1所示。所示。图图1-1 ( 图中图中“/” 两边分别为基本型和增强型两边分别为基本型和增强型 )P3P1P2 可编程可编程 串行串行I/O口口P0外部中断外部中断基准频率源基准频率源控制控制 128/256B数据存储

5、器数据存储器 4KB/8KB程序存储器程序存储器 2/3个个16位位定时定时/计数器计数器 振荡器及振荡器及 定时电路定时电路 CPU 64KB总线扩展控制总线扩展控制 可编程可编程并行并行I/O口口内部中断内部中断计数脉冲计数脉冲串行输串行输出出串行输串行输入入1.1.2 CPU1.1.2 CPU CPUCPU是单片机的核心部件。它由运算器和控制器是单片机的核心部件。它由运算器和控制器等部件组成。等部件组成。 1 1. 运算器运算器 v运算器的功能是运算器的功能是 算术运算：加、减、乘、除、加算术运算：加、减、乘、除、加1、减、减1、比较、比较BCD码十码十进制调整等进制调整等逻辑运算：与、

6、或、异或、求反、循环等逻辑操作逻辑运算：与、或、异或、求反、循环等逻辑操作位操作：内置布尔处理器，进位标志位位操作：内置布尔处理器，进位标志位C=C=位累加器，可位累加器，可对位置对位置 “ “1”1”、清、清“0” 0” 、位判断等。、位判断等。v操作结果的状态信息送至状态寄存操作结果的状态信息送至状态寄存PSW。2.2.程序计数器程序计数器PCPC应用重点应用重点v程序计数器程序计数器PCPC是是1616位的自动加位的自动加1 1的寄存器，用来存放即将的寄存器，用来存放即将要执行的指令要执行的指令地址地址，可对，可对64KB64KB程序存储器直接寻址。程序存储器直接寻址。v执行指令时，执行

7、指令时，PCPC内容的低内容的低8 8位经位经P0P0口口输出，高输出，高8 8位经位经P2P2口口输输出，取出指令码后，出，取出指令码后，PCPC寄存器内容自动加寄存器内容自动加1 1，指向下一指，指向下一指令码地址。令码地址。v？内部？内部ROMROM如何操作？如何操作？3.3.指令寄存器指令寄存器v指令寄存器中存放指令代码。指令寄存器中存放指令代码。CPUCPU执行指令时，由执行指令时，由程序存储器中读取的指令代码送入指令存储器，经程序存储器中读取的指令代码送入指令存储器，经指令译码器译码后由定时与控制电路发出相应的控指令译码器译码后由定时与控制电路发出相应的控制信号，完成指令功能。制信

8、号，完成指令功能。1.2 存存 储储 器器 存储器用来存放程序和数据，半导体存储器由一个一个存储器用来存放程序和数据，半导体存储器由一个一个单元单元组成，组成，每个单元有一个编号（称为每个单元有一个编号（称为地址地址），一个单元存放一个），一个单元存放一个8 8位位数据，当一数据，当一个数据多于个数据多于8 8位就需要两个单元存放。计算机的存储器地址结构形式有位就需要两个单元存放。计算机的存储器地址结构形式有两种两种-普林斯顿结构和哈佛结构，见下图普林斯顿结构和哈佛结构，见下图: :FFFFH0000HFFFFH0000HFFFFH0000HRAMROMROMRAM64KB(64KB)(64K

9、B)图图1-2 1-2 微机存储器地址结构的两种形式微机存储器地址结构的两种形式 （a) a) 普林斯顿结构普林斯顿结构 (b)(b)哈佛结构哈佛结构普林斯顿结构普林斯顿结构: RAM: RAM和和ROMROM连续编址在同一地址空间。连续编址在同一地址空间。哈佛结构哈佛结构: RAM: RAM和和ROMROM分别编址在不同一地址空间，分别编址在不同一地址空间，RAMRAM和和ROMROM可以有相同可以有相同的地址，的地址，CPUCPU靠不同的指令区别。靠不同的指令区别。 MCS-51的储存器采用哈佛结构，它将的储存器采用哈佛结构，它将ROM（程序（程序存储器）和存储器）和RAM (数据存储器数

10、据存储器)分开分开编址编址,各有自己的寻各有自己的寻址方式、控制信号和指令址方式、控制信号和指令。 程序存储器程序存储器用来存放程序和始终要保留的常数。用来存放程序和始终要保留的常数。 数据存储器数据存储器存放程序运行中所需要数据（常数和变量）存放程序运行中所需要数据（常数和变量）或运算结果。或运算结果。MCS-51单片机的存储器地址结构：单片机的存储器地址结构： 从物理空间看从物理空间看,MCS-51有四个存储器地址空间：有四个存储器地址空间： 片内数据存储器片内数据存储器 片外数据存储器片外数据存储器 片内程序存储器片内程序存储器 片外程序存储器片外程序存储器 MCS-51存储器物理结构见

11、下图存储器物理结构见下图1-3 (a)(b)所示所示外外部部数数据据存存储储器器外外部部程程序序 存存储储器器内部程序 存储器内部数据 存储器8XX51 (a) EA=1 8XX51(a) EA=1 8XX51存储器的物理地址存储器的物理地址（EA=1)0000HFFFFH00H1000H0000HFFFFH0FFFH7FH外外部部数数据据存存储储器器外外部部程程序序 存存储储器器内部数据 存储器8XX51(b) EA=0 8XX51(b) EA=0 8XX51存储器的物理地址存储器的物理地址（EA=0)FFFFH00H0000H0000HFFFFH7FH 由于片内、片外程序存储器统一编址，因

12、此从逻辑上看由于片内、片外程序存储器统一编址，因此从逻辑上看, 8XX51有三个存储器空间：有三个存储器空间： 片内数据存储器片内数据存储器 片外数据存储器片外数据存储器 片内、片外统一编址的程序存储器片内、片外统一编址的程序存储器 因此，引脚因此，引脚EAEA的接法的接法(EA(EA引脚接地还是接引脚接地还是接+5V+5V）决定了程序）决定了程序储存器的储存器的000000000FFFH 4KB0FFFH 4KB地址范围是在单片机片内还是片地址范围是在单片机片内还是片外外, ,如果接如果接+5V+5V（EA=1)EA=1)，程序从片内开始执行，如果接地，程序从片内开始执行，如果接地（EA=0

13、)EA=0)，程序从片外开始执行，而不管，程序从片外开始执行，而不管 片内是否实际存在程序存储器。片内是否实际存在程序存储器。 1.2.1 程序储存器程序储存器 程序存储器用来存放编制好的始终保留的固定程序和程序存储器用来存放编制好的始终保留的固定程序和表格常数。程序储存器以程序计数器表格常数。程序储存器以程序计数器 PC PC 作为地址指针，作为地址指针，通过通过1616位地址总线，可寻址的地址空间为位地址总线，可寻址的地址空间为64KB64KB。 在在8051/8751/89C51 8051/8751/89C51 片内，分别内置最低地址空间的片内，分别内置最低地址空间的4KB ROM/EP

14、ROM4KB ROM/EPROM程序储存器（内部程序储存器），而在程序储存器（内部程序储存器），而在80318031片内，则无内部程序储存器，必须外部扩展片内，则无内部程序储存器，必须外部扩展EPROMEPROM。MCS-51MCS-51单片机中单片机中64KB64KB内、外程序储存器的地址是统一编排的。内、外程序储存器的地址是统一编排的。 80318031单片机无内部程序存储器，地址从单片机无内部程序存储器，地址从0000H0000HFFFFHFFFFH都都是外部程序存储空间。是外部程序存储空间。 应始终接地。由于程序必须存放在应始终接地。由于程序必须存放在存储器中，因此它必须外接程序存储器

15、才能使用，因此，已存储器中，因此它必须外接程序存储器才能使用，因此，已被淘汰。被淘汰。 对于内部有对于内部有ROMROM的单片机（的单片机（5151、5252系列）系列） ， 引脚接高电平，使程序从内部引脚接高电平，使程序从内部ROMROM开始执行。当开始执行。当PCPC值超值超出内部出内部ROMROM的容量时，会自动转向外部程序存储器空间。外的容量时，会自动转向外部程序存储器空间。外部程序存储器地址空间为部程序存储器地址空间为1000H1000HFFFFHFFFFH。 访问程序存储器使用访问程序存储器使用MOVC指令。指令。 PSEN PSEN ？ 单片机执行程序时由单片机执行程序时由PC

16、指示地址指示地址, 复位时复位时PC内容为内容为0000H, 由此由此, 程序必须从程序必须从0号单元开始存放。号单元开始存放。EAEAv 程序存储器中的几个特殊地址的使用：程序存储器中的几个特殊地址的使用： 地址地址 用途用途 0000H 0000H 复位操作后的程序入口复位操作后的程序入口 0003H 0003H 外部中断外部中断0 0服务程序入口服务程序入口 000BH 000BH 定时器定时器0 0中断服务程序入口中断服务程序入口 0013H 0013H 外部中断外部中断1 1服务程序入口服务程序入口 001BH 001BH 定时器定时器1 1中断服务程序入口中断服务程序入口 0023

17、H 0023H 串行口中断服务程序入口串行口中断服务程序入口 002BH 002BH 定时器定时器2 2中断服务程序入口（增强型）中断服务程序入口（增强型） 由于两入口地址之间的存储空间有限，因此在编程时，由于两入口地址之间的存储空间有限，因此在编程时，通常在这些入口地址开始的两三个地址单元中，放入一条转通常在这些入口地址开始的两三个地址单元中，放入一条转移类指令，已使相应的程序转到指定的程序存储器区域中执移类指令，已使相应的程序转到指定的程序存储器区域中执行。行。v用于存放随机读写的数据。用于存放随机读写的数据。v外部外部I/OI/O口地址影像区。口地址影像区。 MCS-51MCS-51单片

18、机的外部数据存储器和外部单片机的外部数据存储器和外部I/OI/O口实行统口实行统一编址一编址 ，并使用相同的，并使用相同的 作选通控制信号，均使作选通控制信号，均使用用 MOVXMOVX 指令和相同的寄存器间址访问。指令和相同的寄存器间址访问。v MCS-51 MCS-51 单片机最多可扩展单片机最多可扩展64KB64KB外部数据存储器外部数据存储器 RD WRRD WR1.2.21.2.2 外部数据存储器外部数据存储器1.2.3 1.2.3 内部数据储存器内部数据储存器 内部数据存储器是使用最多的地址空间，内部数据存储器是使用最多的地址空间，v存放随机读写的数据存放随机读写的数据v通用寄存器

19、区通用寄存器区v堆栈区堆栈区v运算操作数存放区运算操作数存放区v指令（算术运算、逻辑运算、位操作运算等）的操作指令（算术运算、逻辑运算、位操作运算等）的操作数只能在此地址空间或特殊功能寄存器地址空间。内数只能在此地址空间或特殊功能寄存器地址空间。内部数据存储器和特殊功能寄存器（部数据存储器和特殊功能寄存器（SFR)SFR)的地址分配见的地址分配见图图1-41-4：图图1-4 511-4 51单片机的内部单片机的内部RAMRAM和和SFRSFR地址地址 特殊功能特殊功能寄存器寄存器SFR内部RAM7FH80H00HFFH(b) 8XX52（增强型）增强型）地址重合地址重合内部RAM80HFFH内

20、部RAM7FH80H00HFFH特殊功能特殊功能寄存器寄存器SFR(a) 8XX51（普通型）普通型）v51 51 系列单片机内部数据存储器系列单片机内部数据存储器地址范围地址范围为为00007FH7FH。各区。各区域地址见下表。域地址见下表。（1 1）地址）地址 0 01FH1FH的前的前3232个单元称为寄存器区个单元称为寄存器区v用途用途： 作通用寄存器作通用寄存器R0R0R7R7。 R0 R0与与R1R1可作间址寄存器使用。可作间址寄存器使用。 在基本型在基本型5151子系列中只有子系列中只有128128字节字节RAM,RAM,占地址占地址00-7FH, 00-7FH, SFRSFR占

21、地址占地址80H-FFH,80H-FFH,在增强型在增强型5252子系列中有子系列中有256256字节字节RAM,RAM,占地占地址址00-FFH,00-FFH,其中其中80H-FFH80H-FFH地址的地址的RAM RAM 和和SFR 80H-FFHSFR 80H-FFH占的地占的地址是重合的址是重合的,CPU,CPU访问内部访问内部RAMRAM和访问和访问SFRSFR的指令是相同的，所的指令是相同的，所访问的地址究竟是访问的地址究竟是RAMRAM还是还是SFRSFR呢，靠寻址方式区别，访问呢，靠寻址方式区别，访问SFRSFR用直接地址（称为直接寻址）访问用直接地址（称为直接寻址）访问RAM

22、RAM采用寄存器间接寻采用寄存器间接寻址。址。使用时应注意使用时应注意：3232个单元的寄存器区分为四组，使用时只能选其中一组寄存器个单元的寄存器区分为四组，使用时只能选其中一组寄存器。v寄存器的选组由程序状态字寄存器的选组由程序状态字PSWPSW的的RS1RS1和和RS0RS0位定。位定。 RS1 RS0 RS1 RS0 选寄存器组选寄存器组 0 0 00 0 0组组 0 1 10 1 1组组 1 0 21 0 2组组 1 1 31 1 3组组 v初始化时或复位时，自动选中初始化时或复位时，自动选中0 0组。组。v一旦选中一组，其它三组只能作为数据存储器使用，而不能一旦选中一组，其它三组只能

23、作为数据存储器使用，而不能作为寄存器使用。作为寄存器使用。v设置多组寄存器可以方便保护现场。设置多组寄存器可以方便保护现场。 （2 2）20H20H2FH2FH为位地址区为位地址区 共共1616个单元，每单元有八个位，每位有一个位地址，共个单元，每单元有八个位，每位有一个位地址，共128128位，位地址范围为位，位地址范围为00H00H7FH7FH，该区既可位寻址，又可字，该区既可位寻址，又可字节寻址。节寻址。 如如 MOV 20HMOV 20H，C C ( (这里这里C C是是CyCy进位标志位），该指令是将进位标志位），该指令是将CyCy内内容送容送20H20H位位, ,如果如果CyCy1

24、 1，位，位20H20H值为值为“1”1”。（3 3）除选中的寄存组以外的存储器均可以作为通用）除选中的寄存组以外的存储器均可以作为通用RAMRAM区。区。 （4 4）堆栈区）堆栈区 8XX518XX51单片机的堆栈设在内部单片机的堆栈设在内部RAMRAM区，深度不大于区，深度不大于128128字字节，初始化时节，初始化时SPSP指向指向07H07H。注：注： 对对5151基本型单片机只有基本型单片机只有00H00H7FH7FH单元单元128128字节的字节的RAMRAM区。区。对对5252增强型的单片机还有增强型的单片机还有80H80HFFHFFH组成的高组成的高128128字节字节RAMR

25、AM区区（共（共256256字节字节RAM RAM ）。）。 1.3特殊功能寄存器特殊功能寄存器 MCS-51MCS-51单片机共有单片机共有2121个字节的特殊功能寄存器用英文缩个字节的特殊功能寄存器用英文缩写写SFR SFR （Special Fuction RegisterSpecial Fuction Register）表示。）表示。1.1.用途：用途：vA A 累加器、状态标志寄存器累加器、状态标志寄存器v单片机内部各部件专用的控制、状态寄存器单片机内部各部件专用的控制、状态寄存器v并行口、串行口影射寄存器并行口、串行口影射寄存器2.2.地址空间：地址空间：v2121个特殊功能器不连

26、续的分布在个特殊功能器不连续的分布在80H80HFFH 128FFH 128个字节地址个字节地址空间，见表空间，见表1-21-2。v地址为地址为X0HX0H和和X8HX8H是可位寻址的寄存器，表是可位寻址的寄存器，表1-21-2中用中用“* *”表表示。示。 表表1-21-2中还标注了各中还标注了各SFRSFR的名称、字节地址、可寻址位的名称、字节地址、可寻址位的位地址和位名称。的位地址和位名称。 2121个特殊功能寄存器的名称及主要功能介绍如下，详细个特殊功能寄存器的名称及主要功能介绍如下，详细的用法见后面各节的内容。的用法见后面各节的内容。 A A累加器，自带有全零标志累加器，自带有全零标

27、志Z Z，A=0A=0则则Z=1Z=1；A0A0则则Z=0Z=0。该标志常用于程序分支转移的判断条件。该标志常用于程序分支转移的判断条件。 B B寄存器，常用于乘除法运算（见第寄存器，常用于乘除法运算（见第2 2章）。章）。 PSWPSW程序状态字。主要起着标志寄存器的作用，其程序状态字。主要起着标志寄存器的作用，其8 8位位定义见表定义见表1-31-3。 其中其中 CYCY：进：进/ /借位标志借位标志 反映最高位的进位借位情况，加法为进位、减法为借位。反映最高位的进位借位情况，加法为进位、减法为借位。 CY=1CY=1，有进，有进/ /借位借位 ； CY=0CY=0，无进，无进/ /借位。

28、借位。 ACAC：辅助进：辅助进/ /借位标志借位标志 反映高半字节与低半字节之间的进反映高半字节与低半字节之间的进/ /借位，借位， AC=1AC=1有进有进/ /借位；借位； AC=0AC=0无进无进/ /借位借位 。 FOFO：用户标志位。可由用户设定其含义。：用户标志位。可由用户设定其含义。 RS1RS1，RS0RS0：工作寄存器组选择位。：工作寄存器组选择位。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CY AC F0 RS1 RS0 OV P位地址位地址位名称位名称 OV OV：溢出标志：溢出标志 反映补码运算的运算结果有无溢出反映补码运算的运算结果有无溢出 有溢出有溢出 O

29、V=1OV=1，无溢出，无溢出OV=0OV=0。 - -：无效位。：无效位。 P P：奇偶标志：奇偶标志 运算结果有奇个运算结果有奇个“1”1”，P=1P=1； 运算结果有偶个运算结果有偶个“1”1”，P=0P=0。 影响标志位的指令及其影响方式见第影响标志位的指令及其影响方式见第2 2章。章。 SPSP堆栈指针。堆栈指针。8XX518XX51单片机的堆栈设在片内单片机的堆栈设在片内RAMRAM， 对堆栈的操作包括压入（对堆栈的操作包括压入（PUSHPUSH）和弹出（）和弹出（POPPOP）两种方式，）两种方式，并且遵循后进先出的原则，但在堆栈生成的方向上，与并且遵循后进先出的原则，但在堆栈生

30、成的方向上，与80868086正好相反正好相反8XX518XX51单片机的堆栈操作遵循先加后压，先单片机的堆栈操作遵循先加后压，先弹后减的顺序，按字节进行操作。弹后减的顺序，按字节进行操作。 DPTRDPTR数据指针寄存器数据指针寄存器 用来存放用来存放1616位地址值，以便用间接寻址或变址寻址位地址值，以便用间接寻址或变址寻址片外存储器。片外存储器。DPTRDPTR可分成可分成DPLDPL和和DPHDPH两个两个8 8位寄存器分别使位寄存器分别使用。用。P0 P1 P2 P3P0 P1 P2 P3I/OI/O端口寄存器端口寄存器 是四个并行是四个并行I/OI/O端口映射入端口映射入SFRSF

31、R中的寄存器。通过对中的寄存器。通过对该寄存器的读该寄存器的读/ /写，可实现从相应写，可实现从相应I/OI/O端口的输入端口的输入/ /输出。输出。 例如：指令例如：指令 MOV P1MOV P1，A A实现了把实现了把A A累加器中的内容从累加器中的内容从P P1 1端端口输出的操作。指令口输出的操作。指令MOV AMOV A，P3P3实现了把实现了把P3P3端口线上的信端口线上的信息输入到息输入到A A中的操作。中的操作。此外还有如下寄存器，它们将在后面章节介绍：此外还有如下寄存器，它们将在后面章节介绍：IPIP中断优先级控制寄存器。中断优先级控制寄存器。IEIE中断允许控制寄存器。中断

32、允许控制寄存器。 TMODTMOD定时器定时器/ /计数器方式控制寄存器。计数器方式控制寄存器。TCONTCON定时器定时器/ /计数器控制寄存器。计数器控制寄存器。THTH0 0，TLTL00定时器定时器/ /计数器计数器0 0。THTH1 1，THTH11定时器定时器/ /计数器计数器1 1。SCONSCON串行端口控制寄存器。串行端口控制寄存器。SBUFSBUF串行数据缓冲器。串行数据缓冲器。 PCONPCON电源控制寄存器。电源控制寄存器。注：注： 在在5252子系列中，高子系列中，高128128字节字节RAMRAM和和SFRSFR的地的地址是重叠的，究竟访问哪一块可通过不同的寻址是重

33、叠的，究竟访问哪一块可通过不同的寻址方式加以区分，访问高址方式加以区分，访问高128128字节字节RAMRAM采用寄存采用寄存器间址，访问器间址，访问SFRSFR则只能采用直接寻址，访问低则只能采用直接寻址，访问低128128字节字节RAMRAM时，两种寻址均可采用。时，两种寻址均可采用。 1.4 时钟电路与复位电路时钟电路与复位电路内部振荡方式内部振荡方式： 在引脚在引脚 XTAL1 1和和 XTAL2XTAL2外外接晶体振荡器（简称晶振）如接晶体振荡器（简称晶振）如v图图1-51-5所示。所示。电容器电容器C01、C02v起稳定振荡频率、快速起振的起稳定振荡频率、快速起振的v作用。电容值一

34、般为作用。电容值一般为 530PF。XTAL1XTAL2GND8XX51C01C01C02C02图图1-5 1-5 内部振荡方式内部振荡方式 单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作时间基准，单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作时间基准，8XX51单片机的时钟信号通常有两种电路形式：单片机的时钟信号通常有两种电路形式：内部振荡方式内部振荡方式和和外部振荡方式外部振荡方式。 由于单片机内部有一个高增益运算放大器，当外接晶振由于单片机内部有一个高增益运算放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。 外部振荡方式外部振荡方式是把是把已

35、有的时钟信号引入单已有的时钟信号引入单片机。这种方式适宜用片机。这种方式适宜用于使单片机的时钟与外于使单片机的时钟与外部信号保持一致。外部部信号保持一致。外部振荡方式如图振荡方式如图1-61-6所示。所示。对于对于51系列的单片机的外部时钟由系列的单片机的外部时钟由XTAL1引入。引入。外部外部时钟时钟悬空悬空XTAL1XTAL2GND8XX51外部外部时钟时钟图图1 16 6 外部振荡方式外部振荡方式单片机的时序单位有：单片机的时序单位有：v振荡周期：振荡周期：晶振的振荡周期，又称时钟周期，为晶振的振荡周期，又称时钟周期，为最小的时序单位。最小的时序单位。v状态周期：振荡频率经单片机内的二分

36、频器分频状态周期：振荡频率经单片机内的二分频器分频后提供给片内后提供给片内CPUCPU的时钟周期。因此，一个状态的时钟周期。因此，一个状态周期包含周期包含2 2个振荡周期。个振荡周期。v机器周期（机器周期（MCMC）：）：1 1个机器周期由个机器周期由6 6个状态周期及个状态周期及1212个振荡周期组成。是计算机执行一种基本操作个振荡周期组成。是计算机执行一种基本操作的时间单位。的时间单位。1.4.2 基本时序单位基本时序单位v指令周期指令周期 执行一条指令所需的时间。一个指令周期由执行一条指令所需的时间。一个指令周期由1 14 4个机器周期组成，依据指令不同而不同。个机器周期组成，依据指令不

37、同而不同。 4 4种时序单位中，振荡周期和机器周期是单片机内计算其种时序单位中，振荡周期和机器周期是单片机内计算其他时间值（例如，波特率、定时器的定时时间等）的基本他时间值（例如，波特率、定时器的定时时间等）的基本时序单位。时序单位。 例：单片机外接晶振频率例：单片机外接晶振频率12MHZ12MHZ时的各种时序单位：时的各种时序单位： 振荡周期振荡周期=1/fosc=1/12MHZ=0.0833us=1/fosc=1/12MHZ=0.0833us 状态周期状态周期=2/fosc=2/12MHZ=0.167us=2/fosc=2/12MHZ=0.167us 机器周期机器周期=12/fosc=12

38、/12MHZ=1us=12/fosc=12/12MHZ=1us 指令周期指令周期=(1=(14)4)机器周期机器周期=1=14us4us复位操作则使单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确复位操作则使单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。定的状态开始运行。v 当当MCS-51MCS-51系列单片机的复位引脚系列单片机的复位引脚 RSTRST出现出现 5 5msms以上的以上的高电平时，单片机就完成了复位操作。如果高电平时，单片机就完成了复位操作。如果RSTRST持续为高持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。电平，单片机就处于循环复位状态。v 复位操作通常有复位操作通常有2

39、 2种基本形式：种基本形式： 上电复位和开关复位。上电复位和开关复位。上电复位上电复位要求要求一接通电源一接通电源后，自动实现复位。后，自动实现复位。开关复位开关复位要求在电源接通的条件下，要求在电源接通的条件下，单片机运行期单片机运行期 间或发间或发生死机状态时控制其退出程序，通过操作按钮开关使其复生死机状态时控制其退出程序，通过操作按钮开关使其复位。位。1.4.3 1.4.3 复位电路复位电路 上电后，由于电容充电，使上电后，由于电容充电，使 RSTRST持续一段高电平时间。当单片持续一段高电平时间。当单片 机已在运行过程中时，按下复位键机已在运行过程中时，按下复位键 也能使也能使 RST

40、RST持续一段时间的高电平，持续一段时间的高电平， 从而实现上电且开关复位的操作。从而实现上电且开关复位的操作。 通常选择通常选择 C=10C=10 f ,R=10Kf ,R=10K 。 RST8XX51RCVCC 常用的上电且开关复位电路如常用的上电且开关复位电路如 图图1-7 1-7 所示。所示。图1-7 复位电路 单片机的复位操作是使单片机的复位操作是使SFRSFR寄存器进入初始化，不改变寄存器进入初始化，不改变片内片内RAMRAM区中的内容。区中的内容。 几个主要特殊功能寄存器复位状态几个主要特殊功能寄存器复位状态归纳如下：归纳如下： v PC=0000HPC=0000H，程序计数器为

41、零表明单片机复位后程序从，程序计数器为零表明单片机复位后程序从0000H0000H地址单元开始执行。地址单元开始执行。v A=00H 表明累加器已被清零。表明累加器已被清零。v PSW=00H 表明选寄存器表明选寄存器0组为工作寄存器组。组为工作寄存器组。v SP=07H 表明堆栈指针指向片内表明堆栈指针指向片内RAM 07H单元，单元，根据堆栈操作的先加后压法则，第一个被压入的数据被写根据堆栈操作的先加后压法则，第一个被压入的数据被写入入08H单元中。单元中。v P0P3=FFH 表明已向各端口线写入，各端口既表明已向各端口线写入，各端口既可用于输入又可用于输出。可用于输入又可用于输出。v记

42、住一些特殊功能寄存器复位后的主要记住一些特殊功能寄存器复位后的主要状态，对于熟悉单片机操作，减短应用状态，对于熟悉单片机操作，减短应用程序中的初始化部分是十分必要的。程序中的初始化部分是十分必要的。 其它的特殊功能寄存器复位后的状态其它的特殊功能寄存器复位后的状态见教材表见教材表1-41-4。1.5 引脚功能引脚功能 根据单片机的引脚多少，有根据单片机的引脚多少，有可总线扩展的可总线扩展的单片机单片机和和 不可总线扩展的不可总线扩展的单片机。单片机。 单片机内部资源十分丰富，如果单片机内部资源十分丰富，如果设计大系统，内设计大系统，内部资源不够，还需要扩展外部存储器或部资源不够，还需要扩展外部

43、存储器或I/O接口，需要接口，需要选择可总线扩展的单片机。这种单片机有地址总线、选择可总线扩展的单片机。这种单片机有地址总线、数据总线等引脚，引脚通常多于数据总线等引脚，引脚通常多于40个。个。 有的系统较小，单片机内部资源足够需求，有的系统较小，单片机内部资源足够需求， 无需无需扩展外围芯片，为减小体积，缩小扩展外围芯片，为减小体积，缩小PCB(印刷电路板印刷电路板)面积，可选择不可总线扩展的单片机，它们省去总线面积，可选择不可总线扩展的单片机，它们省去总线引脚，引脚只有引脚，引脚只有20个。个。 两种单片机它们内部资源一样、指令系统兼容两种单片机它们内部资源一样、指令系统兼容各个引脚的功能

44、说明如下。各个引脚的功能说明如下。Vss:接地端。接地端。Vcc:电源端，接电源端，接+5V。XTAL1，XTAL2:接外部晶体或外部时钟。接外部晶体或外部时钟。 RST/VPDRST/VPD： 复位信号输入。复位信号输入。 接备用电源。掉电后，接备用电源。掉电后，在低功耗条件下保持内部在低功耗条件下保持内部RAMRAM中的数据。中的数据。图1-81.5.11.5.1可总线扩展的单片机引脚可总线扩展的单片机引脚 可总线扩展的单片机有可总线扩展的单片机有4444个个引脚的方形封装和引脚的方形封装和4040个引脚的个引脚的双列直插式封装形式，最常用双列直插式封装形式，最常用的的4040个引脚封装，

45、见右图。个引脚封装，见右图。vALE/PROGALE/PROG： ALE ALE 地址锁存允许。地址锁存允许。 ALEALE输出脉冲的频率为振荡频率输出脉冲的频率为振荡频率 的的1/61/6。 PROG PROG 对对8XX518XX51单片机片内单片机片内 EPROM EPROM 编程时，编程脉冲由该引脚编程时，编程脉冲由该引脚引入。引入。vPSEN PSEN ：程序存储器允许。输出读外部程序存储器的选通信号。：程序存储器允许。输出读外部程序存储器的选通信号。vEA/VPPEA/VPP： EA =0 EA =0，单片机只访问外部程序存储器。，单片机只访问外部程序存储器。 EA =1EA =1

46、，单片机访问内部程序存储器。，单片机访问内部程序存储器。 在在8XX518XX51单片机片内单片机片内EPROMEPROM编程期间，此引脚引入编程期间，此引脚引入21V21V编程电源编程电源VPPVPP。v P0.0P0.0P0.7P0.7：P0P0口，数据口，数据/ /低八位地址复用总线端口。低八位地址复用总线端口。v P1.0P1.0P1.7P1.7：P1P1口，静态通用端口。口，静态通用端口。v P2.0P2.0P2.7P2.7：P2P2口，高八位地址总线端口。口，高八位地址总线端口。 v P3.0P3.0P3.7P3.7：P3P3口，双功能静态端口。口，双功能静态端口。 在增强型的在增

47、强型的52系列单片机中，系列单片机中，P1.0、P1.1除为端口线外，除为端口线外，还为定时还为定时/计数器计数器2的外部引脚的外部引脚 T2和和2EX。 在在ISP型的型的51单片机单片机(89S51/89S52)中，中，P1.5、P1.6、 P1.7除为端口线外，还为在线编程的数据输入、输出线和编除为端口线外，还为在线编程的数据输入、输出线和编程时钟线。程时钟线。图图1-9 在在51系列单片机的系列单片机的2051/1051型号中因无型号中因无P0口和口和P2口总线引脚，因此只有口总线引脚，因此只有20个引脚个引脚（见图（见图1-9），由于不能进行外），由于不能进行外部扩展，因此无部扩展，

48、因此无PSEN引脚，它引脚，它们内部有一个模拟比较器，相比们内部有一个模拟比较器，相比较的模拟信号由较的模拟信号由P1.0（AIN0）和）和P1.1（AIN1）输入，而模拟比较）输入，而模拟比较器的输出接器的输出接P3.6，在内部已连接，在内部已连接，因此外部无因此外部无P3.6引脚。由于体积引脚。由于体积小，占用小，占用PCB(印刷电路板）面印刷电路板）面积小积小, 产品中也使用较多。产品中也使用较多。1.5.2 1.5.2 不可总线扩展的单片机引脚不可总线扩展的单片机引脚1.6 小小 结结 单片机是集单片机是集CPUCPU、存储器、存储器、I/OI/O接口于一体的接口于一体的大规模集成电路

49、芯片。大规模集成电路芯片。8XX518XX51系列单片机是目前系列单片机是目前市场上应用最广泛的单片机机型。市场上应用最广泛的单片机机型。本章重点是单片机的内部结构和存储器结构本章重点是单片机的内部结构和存储器结构 51系列系列单片机内部包含：单片机内部包含：v 一个一个8 8位的位的CPUCPU。v 4KB4KB程序存储器程序存储器ROMROM（视不同产品型号不同：（视不同产品型号不同：80318031内部无内部无ROMROM；80518051内部为掩模式内部为掩模式ROMROM；87518751为为EPROMEPROM；89C5189C51内部为内部为FLASH EEPROMFLASH E

50、EPROM）。）。v 128128字节字节RAMRAM数据存储器。数据存储器。v两个两个1616位定时器位定时器/ /计数器。计数器。v可寻址可寻址64KB64KB外部数据存储器和外部数据存储器和64KB64KB外部程序存储器空间的外部程序存储器空间的控制电路。控制电路。v3232条可编程的条可编程的I/OI/O线（四个线（四个8 8位并行位并行I/OI/O端口）。端口）。 v一个可编程全双工串行口。一个可编程全双工串行口。v具有两个优先级嵌套中断结构的五个中断源。具有两个优先级嵌套中断结构的五个中断源。 掌握掌握51系列单片机各存储空间的地址分配，使用特点及系列单片机各存储空间的地址分配，使用特点及数据操作方法。现将此内容归纳于教材表数据操作方法。现将此内容归纳于教材表1-5中，此表是中，此表是编程和硬件扩展的基础，相当重要，务必要熟记和掌握。编程和硬件扩展的基础，相当重要，务必要熟记和掌握。 时钟电路和复位电路对嵌入式系统是很重要的时钟电路和复位电路对嵌入式系统是很重要的v计算机内部都是