第2章 MCS-51单片机的结构及原理_6371_1055_20121107161820

1、北京交通大学1本章要点本章要点 1.1.熟悉单片机硬件体系结构和功能熟悉单片机硬件体系结构和功能 2.2.掌握引脚功能及工作方式掌握引脚功能及工作方式 3.3.掌握存储器结构掌握存储器结构 4.4.了解时序了解时序北京交通大学22.1 MCS-512.1 MCS-51单片机的硬件功能单片机的硬件功能2.2 MCS-512.2 MCS-51硬件系统结构硬件系统结构2.3 2.3 存储器结构存储器结构2.4 I/O2.4 I/O端口端口2.5 2.5 复位电路复位电路2.6 CPU2.6 CPU时序时序2.7 CPU2.7 CPU引脚功能引脚功能2.8 2.8 单片机的工作方式单片机的工作方式北京

2、交通大学3生产工艺有两种：生产工艺有两种：HMOSHMOS工艺工艺（高密度短沟道（高密度短沟道MOSMOS工艺）工艺）CHMOSCHMOS工艺工艺（互补金属氧化物的（互补金属氧化物的HMOSHMOS工艺）工艺） 特点：特点：1.1.具有具有HMOSHMOS高速度和高密度高速度和高密度2.2.同时具有同时具有CMOSCMOS的低功耗的低功耗3.3.与与TTLTTL、CMOSCMOS电平兼容电平兼容带有字母带有字母“C”C”为为CHMOSCHMOS芯片芯片型号型号片内存储器片内存储器片外片外存储器存储器数据数据+ +程序程序I IO O口线口线中断中断个数个数定时器计数器定时器计数器（个（个/ /

3、位）位）工作工作频率频率（MHzMHz）机器机器周期周期（s）ROMROMEPROMEPROMCPUCPURAMRAM并并串串80318031- -12812864K+64K64K+64K8 8* *4 4UARTUART5 52/162/162 2121212/12/频率频率805180514K4K-12812864K+64K64K+64K8 8* *4 4UARTUART5 52/162/162 2121212/12/频率频率87518751-4K4K12812864K+64K64K+64K8 8* *4 4UARTUART5 52/162/162 2121212/12/频率频率80328

4+64K64K+64K8 8* *4 4UARTUART6 63/163/162 2121212/12/频率频率805280528K8K-25625664K+64K64K+64K8 8* *4 4UARTUART6 63/163/162 2121212/12/频率频率87528752-8K8K25625664K+64K64K+64K8 8* *4 4UARTUART6 63/163/162 2121212/12/频率频率北京交通大学5一个一个8 8位位CPUCPU片内振荡和片内振荡和定时电路定时电路128B内部内部RAM（00H7FH）5个中断源个中断源(可编可编程为

5、两个优先程为两个优先级级)22个个SFR（除（除PC外外,其余其余21个分个分散在散在80HFFH之间）之间）堆栈深度可达堆栈深度可达80B（30H7FH）；）；16B（128位，位，20H2FH）可位寻址区。可位寻址区。北京交通大学6MCS-51MCS-51系列单片机的温度适用范围系列单片机的温度适用范围：民品(商业用) 0-70工业品 -40-85军用品 -55-125北京交通大学7 单片机种类：单片机种类：大内部存储器型大内部存储器型 该型产品将内部的程序存储器该型产品将内部的程序存储器ROMROM和数据存储器和数据存储器RAM RAM 增加一倍。如增加一倍。如5252子系列。子系列。可

6、编程计数阵列可编程计数阵列(PCA)(PCA)型型 型号中含有字母型号中含有字母“F”F”的系列产品，如的系列产品，如80C51FA80C51FA采用采用 CHMOS CHMOS工艺制造，具有比较工艺制造，具有比较/ /捕捉模块及增强的多机捕捉模块及增强的多机 通信接口。通信接口。A AD D型型 如如80C51GB:880C51GB:8路路8 8位位A AD D转换模块转换模块北京交通大学82.1 MCS-512.1 MCS-51单片机的硬件功能单片机的硬件功能2.2 MCS-512.2 MCS-51硬件系统结构硬件系统结构2.3 2.3 存储器结构存储器结构2.4 I/O2.4 I/O端口

7、端口2.5 2.5 复位电路复位电路2.6 CPU2.6 CPU时序时序2.7 CPU2.7 CPU引脚功能引脚功能2.8 2.8 单片机的工作方式单片机的工作方式北京交通大学9运算器运算器I/OI/ORAMROM片外总线片外总线片内总线片内总线SFR等控制器控制器北京交通大学10 内部结构内部结构1 1算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元ALU (8ALU (8位位) )u+ +、算术运算算术运算u与、或、非、异或与、或、非、异或 逻辑运算、循环移位、位处理逻辑运算、循环移位、位处理2 2寄存器阵列寄存器阵列 (1) (1)工作寄存器工作寄存器R0-R7 (8R0-R7 (8位位) )：暂存运算

8、数据：暂存运算数据 和中间结果和中间结果 4 4个工作寄存器区个工作寄存器区，工作寄存器，工作寄存器0 0区区-3-3区。区。 每个区均含每个区均含8 8个寄存器个寄存器R0-R7R0-R7 用用PSWPSW中的两位中的两位PSW.4PSW.4和和PSW.3PSW.3来切换工作寄存器来切换工作寄存器 区选用一个工作寄存器区进行读写操作区选用一个工作寄存器区进行读写操作。北京交通大学11(2)累加器累加器Acc(8Acc(8位位) ) 需要需要ALUALU处理的数据和计算结果处理的数据和计算结果 多数要经过多数要经过A A累加器累加器。(3)寄存器寄存器B(8B(8位位) ) 与与A A累加器配

9、合执行乘、除运算。累加器配合执行乘、除运算。 也可用作通用寄存器。也可用作通用寄存器。结果的特征信息结果的特征信息北京交通大学12 CYCY（PSW.7PSW.7）进位标志位。进位标志位。 由硬件或软件置位或复位。由硬件或软件置位或复位。 注意：位处理器中，是位累加器。注意：位处理器中，是位累加器。 ACAC（PSW.6PSW.6）辅助进位（或称半进位）标志。由硬件置位辅助进位（或称半进位）标志。由硬件置位 F0F0（PSW.5PSW.5）由用户定义的标志位。由软件置位或复位，由用户定义的标志位。由软件置位或复位， 可编程软件测试可编程软件测试 RS1RS1（PSW.4PSW.4）、）、 RS

10、0RS0（PSW.3PSW.3）工作寄存器组选择位。工作寄存器组选择位。 CYCYACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOVP PPSW7PSW7PSW000 0区、区、R0-R700H-07H01 1区、区、R0-R708H-0FH10 2区、区、R0-R710H-17H11 3区、区、R0-R718H-1FH32个字节RS1RS0RS1RS0北京交通大学13 OVOV（PSW.2PSW.2） 溢出志位。硬件置位或清零溢出志位。硬件置位或清零 注意：注意：OVOV有符号数的溢出标志有符号数的溢出标志 CYCY无符号数的溢出标志无符号数的溢出标志PSW.1PSW.1未定义位。未定义位。

11、P P（PSW.0PSW.0）奇偶标志位。奇偶标志位。 A A中中1 1的个数为奇数的个数为奇数P=1P=1(5)(5)数据指针数据指针DPTR(16DPTR(16位位) ) 存放片外存储器地址，作为片外存储器的指存放片外存储器地址，作为片外存储器的指针。可分成两个针。可分成两个8 8位寄存器位寄存器DPHDPH、DPLDPL使用使用。北京交通大学14(7)程序计数器程序计数器PC(16PC(16位位) )CPUCPU总是按总是按PCPC的指示读取程序。的指示读取程序。PCPC可自动加可自动加1 1，因此，因此CPUCPU执行程序一般是顺序方执行程序一般是顺序方式。式。当发生转移、子程序调用、

12、中断和复位等操作当发生转移、子程序调用、中断和复位等操作， PCPC被强制改写，程序执行顺序也发生改变。被强制改写，程序执行顺序也发生改变。复位时，复位时，PC=PC=0000H0000H。北京交通大学152.1 MCS-512.1 MCS-51单片机的硬件功能单片机的硬件功能2.2 MCS-512.2 MCS-51硬件系统结构硬件系统结构2.3 2.3 存储器结构存储器结构2.4 I/O2.4 I/O端口端口2.5 2.5 复位电路复位电路2.6 CPU2.6 CPU时序时序2.7 CPU2.7 CPU引脚功能引脚功能2.8 2.8 单片机的工作方式单片机的工作方式北京交通大学16 外外 部

13、部52子系列子系列内部附加内部附加内部内部4KB 外外 部部 可扩展可扩展外外RAM或或I/O0000H0FFFH 1000H1FFFH 2000HFFFFH0000HFFFFH21字节可用字节可用11个可位寻址个可位寻址RAM存储器存储器（52子系列）子系列）（SFR：可位寻：可位寻址址93位）位）用户区用户区16B=128位位（00H-7FH） 位寻址区位寻址区区区3(18H-1FH）区区2(10H-17H)区区1(08H-0FH）区区0(00H-07H)00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH0000HFFFFH程序存储器EA=1EA=0内部数据存储器内部数据存储器外部数据存储器

14、外部数据存储器128BRAM128BSFR8KB见p15北京交通大学17同外部程序器打交道的指令仅有两条：同外部程序器打交道的指令仅有两条：复位后，程序计数器复位后，程序计数器PCPC的内容为的内容为0000H0000H中断源中断源入口地址入口地址外部中断外部中断0（INT0） 定时器定时器0（T0）外部中断外部中断1（INT1） 定时器定时器1（T1） 串行口（串行口（T1或或RI）0003H（8字节）字节）000BH0013H001BH0023H各种中断服务子程序的入口地址各种中断服务子程序的入口地址 MOVC AMOVC A，A+DPTRA+DPTR MOVC A MOVC A，A+PC

15、A+PC通常在通常在入口地入口地址处一址处一条跳转条跳转指令指令北京交通大学18 MCS-51MCS-51最多可外扩最多可外扩64K64K字节程序存储器字节程序存储器 编址规律：编址规律： EA=1EA=1；先片内，后片外，；先片内，后片外， 片内片外编址连续片内片外编址连续 EA=0EA=0；片内外同属一个逻辑空间；片内外同属一个逻辑空间 北京交通大学19 MCS-51MCS-51单片机的堆栈安排在内部单片机的堆栈安排在内部RAMRAM内，内，堆栈的深度以不超过内部堆栈的深度以不超过内部RAMRAM的空间为限。的空间为限。 (1)(1)从从00H-1FH00H-1FH的的32B32B单元单元

16、是是4 4个工作寄存器组个工作寄存器组 (2) (2)地址地址20H-2FH20H-2FH的的16B16B共共128128位位，是可，是可位寻址位寻址 的内部的内部RAMRAM区，它们既可区，它们既可字节寻址字节寻址, ,亦可亦可 位寻址位寻址。(P14(P14表表2-3)2-3) (3) (3)其它其它80B80B是只能按是只能按字节寻址的内部字节寻址的内部RAMRAM区区， 为用户区。为用户区。北京交通大学20 三、堆栈三、堆栈 定义：定义：堆栈堆栈是一种只允许在其一端进是一种只允许在其一端进行数据插入和删除操作的一种数据结构。行数据插入和删除操作的一种数据结构。 特点：特点：数据存取为数

17、据存取为“后进先出后进先出”。 堆栈功能堆栈功能：保护断点和现场信息。：保护断点和现场信息。堆栈的建立堆栈的建立：MCS-51MCS-51的堆栈是设置在的堆栈是设置在内部内部RAM 30H-7FHRAM 30H-7FH空间中空间中，栈底为低地址单元，栈底为低地址单元，堆栈指针为堆栈指针为SPSP。北京交通大学21 堆栈是通过堆栈指示器堆栈是通过堆栈指示器 SP SP 进行读写操作。进行读写操作。 进栈指令格式为：进栈指令格式为： 出栈指令格式出栈指令格式为：为：堆栈操作是按照堆栈操作是按照“先进后出先进后出”的原则进行存取的的原则进行存取的注意注意: :存取顺序存取顺序字节字节进栈出栈操作进栈

18、出栈操作PUSH direct;PUSH direct;功能功能:(SP)(SP)+1,(SP)(direct) :(SP)(SP)+1,(SP)(direct) POP direct;POP direct;功能功能:(direct)(SP),(SP)(SP)-1:(direct)(SP),(SP)(SP)-1北京交通大学22如设如设(SP)=30H(SP)=30H，(DPTR)=1200H(DPTR)=1200H，若将，若将 DPTRDPTR的内容进栈保存后再出栈，则指令执行顺序是：的内容进栈保存后再出栈，则指令执行顺序是：执行示意图如图执行示意图如图PUSH DPL PUSH DPL ;(

19、SP)(SP)+1,(SP)(DPL);(SP)(SP)+1,(SP)(DPL)PUSH DPH PUSH DPH ;(SP)(SP)+1,(SP)(DPH);(SP)(SP)+1,(SP)(DPH) POP DPH POP DPH ;(DPH)(SP),(SP)(SP)-1;(DPH)(SP),(SP)(SP)-1POP DPL POP DPL ;(DPL)(SP),(SP)(SP)-1;(DPL)(SP),(SP)(SP)-1北京交通大学23栈底栈底内部内部RAMRAM 30H30H栈底栈底 00H00H栈顶栈顶SP 32HSP 32H（1 1）数据进栈）数据进栈（2 2）数据出栈）数据出

20、栈30H30H31H31H 12H 12H12H12H32H32H31H31H00H00HSPSP如设如设(SP)=30H(SP)=30H，(DPTR)=1200H(DPTR)=1200H DPTR DPH DPL DPH DPL12H12H00H00HPUSH DPL ;(SP)(SP)+1,(SP)(DPL)PUSH DPH ;(SP)(SP)+1,(SP)(DPH POP DPH ;(DPH)(SP),(SP）(SP)-1 POP DPL ;(DPL)(SP),（SP）(SP)-1北京交通大学北京交通大学24 SFR区区标识标识 名名 称称 地址地址 标识标识 名名 称称 地址地址 AC

21、C 累加器累加器 E0H B B寄存器寄存器 F0HPSW 程序状态字程序状态字 D0HSP 堆栈指针堆栈指针 81H DPTR 数据指针数据指针DPH、DPL 82HP0 P0口口 80HP1 P1口口 90HP2 P2口口 A0H P3 P3口口 B0HIP 中断优先级控制中断优先级控制 B8HIE 允许中断控制允许中断控制 A8HTMOD 定时方式控制定时方式控制 89HTCON 定时定时/计数控制计数控制 88HTH0 T0高字节高字节 8CHTL0 T0低字节低字节 8AHTH1 T1高字节高字节 8DH TL1 T1低字节低字节 8BHSCON 串行控制串行控制 98HSBUF 串

22、行数据串行数据 缓冲器缓冲器 99HPCON 电源控制电源控制 97H 北京交通大学25 SFRSFR区区部分寄存器功能介绍如下：部分寄存器功能介绍如下：程序计数器（程序计数器（PCPC、1616位）位）: : 存放将要执行的指令地址存放将要执行的指令地址累加器（累加器（ACCACC、A,8A,8位）：存放数据或中间结果位）：存放数据或中间结果 B B寄存器（寄存器（8 8位）：主要用于乘、除运算位）：主要用于乘、除运算数据指针（数据指针（DPTRDPTR、1616位位,DPH,DPH、DPLDPL、8 8位）：位）： 存放外部数据存储器的地址存放外部数据存储器的地址 北京交通大学26 CY

23、AC F0 RS1 RS0 OV / PCY AC F0 RS1 RS0 OV / P奇偶标志位奇偶标志位溢出标志溢出标志位位寄存器组选择位寄存器组选择位寄存器组选择位寄存器组选择位用户标志位用户标志位辅助进位标志位辅助进位标志位进位标志位进位标志位无定义无定义D0HD0H D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 北京交通大学27 CYCY：（：（1 1）执行算术运算时，最高位向前）执行算术运算时，最高位向前进位或借位进位或借位时时,CY,CY为为1 1；否则，；否则，CYCY为为0 0。 （2 2）在位操作中）在位操作中, ,作作“位位

24、”累加器。累加器。 ACAC: :用于十进制调整。当低四位向高四位用于十进制调整。当低四位向高四位进位或借位时，进位或借位时，ACAC为为1 1；否则；否则ACAC为为0 0。 F0F0：供用户定义的标志位：供用户定义的标志位, ,可以用指令置可以用指令置位或复位位或复位, ,用以控制程序的转向。用以控制程序的转向。 北京交通大学28 RS1 RS1 、RS0 RS0 ：用于设定：用于设定R0R7R0R7的组号的组号。 定义如下定义如下: : RS1 RS0 RS1 RS0 寄存器组寄存器组 R0R7R0R7地址地址 0 0 0 0 组组0 0007H0 0007H 0 1 0 1 组组1 0

25、80FH1 080FH 1 0 1 0 组组2 1017H2 1017H 1 1 1 1 组3 181FH3 181FH北京交通大学29 OVOV: :（1)1)在带符号数的加减运算中在带符号数的加减运算中, ,结果产生结果产生溢出溢出,OV=1,OV=1；否则，；否则，OV=0OV=0。 （2)2)在乘法运算中在乘法运算中, ,乘积超过乘积超过255,OV=1,255,OV=1,表表示积存放在示积存放在B B与与A A中；否则，中；否则，OV=0,OV=0,表示积只存放表示积只存放在在A A中。中。 （3)3)在除法运算中在除法运算中, ,当除数为当除数为0 0时，时，OV=1OV=1，除法

26、无意义。除法无意义。 P P：累加器：累加器A A中数的奇偶性，若中数的奇偶性，若A A中中“1 1”的个的个数为奇数，则数为奇数，则P=1P=1；否则，；否则，P=0P=0。北京交通大学30(1) (1) 单片机的单片机的2222个专用寄存器中个专用寄存器中, ,有有2121个是个是可按字节寻址的（可按字节寻址的（PCPC除外）。除外）。这些这些字节地字节地址不连续的分散在内部址不连续的分散在内部RAMRAM存储空间的高存储空间的高128128B B中中, ,剩余的空闲地址不允许用户使用。剩余的空闲地址不允许用户使用。(2) SFR(2) SFR只能使用只能使用直接寻址直接寻址方式来访问它们

27、方式来访问它们, ,书写时既可使用寄存器名（书写时既可使用寄存器名（P0),P0),也可使用也可使用寄存器单元地址寄存器单元地址(80H)(80H)。北京交通大学31在在2121个特殊功能寄存器中，有个特殊功能寄存器中，有1111个特殊功个特殊功能寄存器具有位寻址能力，它们的字节地能寄存器具有位寻址能力，它们的字节地址正好能被址正好能被8 8整除，其十六进制地址的末位，整除，其十六进制地址的末位，只能是只能是0H0H或或8H8H。( P16( P16表表2-5)2-5)北京交通大学32MCS-51MCS-51外部数据存储器寻址空间为外部数据存储器寻址空间为64KB64KBMCS-51MCS-5

28、1同外部数据存储器的指令有同外部数据存储器的指令有4 4条：条：R0R0，R1R1为为8 8位寄存器，寻址范围位寄存器，寻址范围256B256BDPTRDPTR为为1616位的数据指针，寻址范围位的数据指针，寻址范围64KB64KB。 MOVX A，Ri 其中其中 i=0，1 MOVX A，DPTR MOVX Ri， A MOVX DPTR，A北京交通大学332.1 MCS-512.1 MCS-51单片机的硬件功能单片机的硬件功能2.2 MCS-512.2 MCS-51硬件系统结构硬件系统结构2.3 2.3 存储器结构存储器结构2.4 I/O2.4 I/O端口端口2.5 2.5 复位电路复位电

29、路2.6 CPU2.6 CPU时序时序2.7 CPU2.7 CPU引脚功能引脚功能2.8 2.8 单片机的工作方式单片机的工作方式北京交通大学34P0P0口是三态双向口口是三态双向口: : 1. 1. 可作为并行可作为并行I/OI/O口；口； 2. 2. 当外部扩展存储器或当外部扩展存储器或I/OI/O端口，为地址端口，为地址/ /数数据分时复用口。据分时复用口。4 4个双向的个双向的8 8位并行位并行I/OI/O口：口：P0-P3P0-P3每一个口都有一个每一个口都有一个8 8位的锁存器位的锁存器复位后它们的初始状态为全复位后它们的初始状态为全“1 1”北京交通大学35地址总线(AB)805

30、187518031P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7PSENEAALERST用户I/O控制总线(CB)锁存器P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0ALEA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0VCCVSS数据总线(DB)(a)(b)P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDRXD、P3.0TXD、P3.1INT

31、0、P3.2INT1、P3.3T0、P3.4T1、P3.5WR、P3.6RD、P3.7XTAL2XTAL1VSSVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.080518751803112345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221VCCVSS北京交通大学36P1P1口是专门供用户使用的口是专门供用户使用的I/OI/O口口，是准双向接口，是准双向接口. .P2P2口是准双向接口口是

32、准双向接口 1.1.可作为并行可作为并行I/OI/O口；口； 2.2.当外部扩展了存储器或当外部扩展了存储器或I/OI/O端口，则只能作端口，则只能作地址总线高地址总线高8 8位位. .P3P3口是准双向口，双功能口口是准双向口，双功能口。 第一功能使用时，用户使用的第一功能使用时，用户使用的I/OI/O口口 第二功能第二功能, ,控制功能信号线控制功能信号线北京交通大学37北京交通大学38当当P0口作为地址口作为地址/数据分时复用总线时数据分时复用总线时分为两种情况：一种是从分为两种情况：一种是从P0口输出地址或数据口输出地址或数据 另一种是从另一种是从P0口输入数据口输入数据。T1，T2场

33、场效应管输出效应管输出电路增大驱电路增大驱动能力动能力输入缓冲器输入缓冲器读锁存器端口输出控制输出控制电路电路控制=1上控制=0下通用I/O北京交通大学39 地址地址/ /数据分时复用功能数据分时复用功能 工作原理：工作原理：(1)(1)在访问片外存储器而需从在访问片外存储器而需从P0P0口口输出地址或数据信号时输出地址或数据信号时，控制，控制信号应为高电平信号应为高电平“1 1”，使转换开关，使转换开关MUXMUX把反相器的输出端与把反相器的输出端与T2T2接通，同时把与门打开。接通，同时把与门打开。 当地址或数据为当地址或数据为“1 1”时，经反相器使时，经反相器使T2T2截止，经与门使截

34、止，经与门使T1T1导导通，通，P0.xP0.x引脚上出现相应的高电平引脚上出现相应的高电平“1 1”； 当地址或数据为当地址或数据为00时，经反相器使时，经反相器使T2T2导通而导通而T1T1截止，引脚上截止，引脚上出现相应的低电平出现相应的低电平00。这样就将地址。这样就将地址/ /数据的信号输出。数据的信号输出。北京交通大学40 P0P0口作为通用口作为通用I/OI/O口口 （2 2） 在在CPUCPU向端口输出数据时向端口输出数据时，对应的控制信号为，对应的控制信号为0 0，转换开，转换开关把输出级与锁存器关把输出级与锁存器Q Q端接通，同时因与门输出为端接通，同时因与门输出为0 0使

35、使T1T1截止，截止，此时，输出级是漏极开路电路。此时，输出级是漏极开路电路。 当写脉冲加在锁存器时钟端当写脉冲加在锁存器时钟端CLKCLK上时，与内部总线上时，与内部总线相连的相连的D D端数据取反后出现在端数据取反后出现在Q Q端，又经输出端，又经输出T2T2反相，反相，在在P0P0引脚上出现的数据正好是内部总线的数据。引脚上出现的数据正好是内部总线的数据。 当要从当要从P0P0口输入数据时，引脚信息仍经输入缓冲器口输入数据时，引脚信息仍经输入缓冲器进入内部总线。进入内部总线。北京交通大学41注意通用注意通用I/OI/O时：时：1 1.输出数据时输出数据时T1T1截止漏极开路，截止漏极开路

36、， 要输出要输出“1 1”必须要外接上拉电阻必须要外接上拉电阻2.2.准双向口，准双向口，T1T1截止。截止。 输入数据要使输入数据要使T2T2也截止才能高阻输入，也截止才能高阻输入， 这样先要写入这样先要写入“1 1”。3.地址地址/ /数据分时复用数据分时复用: : 系统复位时系统复位时CPUCPU自动向自动向P0P0口写入口写入FFHFFH北京交通大学42北京交通大学43（1 1）P1P1口为准双向口结构：口为准双向口结构： 与与P0P0口的区别口的区别- -输出驱动部分输出驱动部分其输出驱动部分由场其输出驱动部分由场效应管效应管T T与内部上拉电阻组成。与内部上拉电阻组成。 当其某位输

37、出高电平时，可以提供拉电流负载，不当其某位输出高电平时，可以提供拉电流负载，不必像必像P0P0口那样需要外接上拉电阻。口那样需要外接上拉电阻。（2 2）P1P1口只有通用口只有通用I/OI/O接口一种功能接口一种功能( (对对5151子系列子系列) )， 其输入输出原理特性与其输入输出原理特性与P0P0口作为通用口作为通用I/OI/O接口使用接口使用时一样。时一样。P1P1口具有驱动口具有驱动4 4个个LSTTLLSTTL负载的能力负载的能力 另外，对于另外，对于5252子系列单片机子系列单片机P1P1口口P1.0P1.0与与P1.1P1.1除作为除作为通用通用I/OI/O接口线外，还具有第二

38、功能，即接口线外，还具有第二功能，即P1.0P1.0可作为定可作为定时器时器/ /计数器计数器2 2的外部计数脉冲输入端的外部计数脉冲输入端T2T2，P1.1P1.1可作为定可作为定时器时器/ /计数器计数器2 2的外部控制输入端的外部控制输入端T2EXT2EX。北京交通大学44北京交通大学45I/O口时口时为高电平为高电平控制线时控制线时Q=“1”北京交通大学46 P1P1，P2P2，P3P3口内部均有上拉电阻，当它口内部均有上拉电阻，当它们用作输入方式时，对应的口锁存器必须先们用作输入方式时，对应的口锁存器必须先“置置”1 1 P0 P0口内部没有上拉电阻，当它作为通用口内部没有上拉电阻，

39、当它作为通用I/OI/O时，外接上拉电阻，在用作地址时，外接上拉电阻，在用作地址/ /数据线数据线时，不必外加上拉电阻时，不必外加上拉电阻 P0P0口的每位输出可驱动口的每位输出可驱动8 8个个LSTTLLSTTL负载，负载，P1-P3P1-P3口可驱动口可驱动4 4个个LSTTLLSTTL负载。负载。北京交通大学47两种读入方式：读锁存器和读引脚两种读入方式：读锁存器和读引脚读锁存器指令：读锁存器指令： 是从锁存器中读取数据，进行处理，并把处是从锁存器中读取数据，进行处理，并把处理数据重新写入锁存器理数据重新写入锁存器指令完成：读指令完成：读- -修改修改- -写写如：如：ANL P1,AA

40、NL P1,A JBC P1.1, LABEL JBC P1.1, LABEL读引脚指令：读引脚指令： 一般都是以一般都是以I/OI/O端口为源操作数的指令端口为源操作数的指令如：如：MOV A,P1MOV A,P1北京交通大学482.1 MCS-512.1 MCS-51单片机的硬件功能单片机的硬件功能2.2 MCS-512.2 MCS-51硬件系统结构硬件系统结构2.3 2.3 存储器结构存储器结构2.4 I/O2.4 I/O端口端口2.5 2.5 复位电路复位电路2.6 CPU2.6 CPU时序时序2.7 CPU2.7 CPU引脚功能引脚功能2.8 2.8 单片机的工作方式单片机的工作方式

41、北京交通大学49复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，在加电瞬间，信号，在加电瞬间，RSTRST端出现一定时间的高电端出现一定时间的高电平，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。平，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。 上电外部复位上电外部复位北京交通大学50PC=0000H PC=0000H 程序入口地址为程序入口地址为0000H0000HPSW=00H PSW=00H 片内存储器选择片内存储器选择0 0区工作寄存器，区工作寄存器， 用户标志位用户标志位F0F0为为0 0状态状态SP=07H SP=07H 设定堆栈栈底为设定堆栈栈底为07H07HP2

42、P2，P3P3口锁存器全为口锁存器全为1 1状态，使准双向口皆处状态，使准双向口皆处 于输入状态于输入状态; ;内部内部RAMRAM不受复位的影响。（见表不受复位的影响。（见表2-42-4）TH1TH1、TL1TL1、TH0TH0、TL0TL0的内容为的内容为00H00H， 定时器定时器/ /计数器的初值为计数器的初值为0 0北京交通大学51 。(TMOD)=00H(TMOD)=00H，复位后定时器，复位后定时器/ /计数器计数器T0T0、T1T1为为 定时器方式定时器方式0 0，非门控方式，非门控方式(TCON)=00H(TCON)=00H，复位后定时器，复位后定时器/ /计数器计数器T0T

43、0、T1T1停止停止 工作，外部中断工作，外部中断0 0、1 1为电平触发方式为电平触发方式T2CON)=00HT2CON)=00H，复位后定时器，复位后定时器/ /计数器计数器T2T2停止工作停止工作(SCON)=00H(SCON)=00H，复位后串行口工作在移位寄存器方，复位后串行口工作在移位寄存器方 式，且禁止串行口接收。式，且禁止串行口接收。(IP)=00H(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(IE)=00H(IE)=00H，复位后屏蔽所有中断，复位后屏蔽所有中断北京交通大学北京交通大学5252寄寄 存存 器器复复 位位 状状 态态寄寄

44、存存 器器复复 位位 状状 态态PCPC0000H0000HTCONTCON 00H 00HA A00H00HT2CONT2CON 00H 00HB B00H00HTH0TH0 00H 00HPSWPSW00H00HTL0TL0 00H 00HSPSP07H07HTH1TH1 00H 00HDPTRDPTR0000H0000HTL1TL1 00H 00HP0P3P0P3FFHFFHSCONSCON 00H 00HMCS-51MCS-51单片机复位状态表单片机复位状态表北京交通大学532.1 MCS-512.1 MCS-51单片机的硬件功能单片机的硬件功能2.2 MCS-512.2 MCS-51

45、硬件系统结构硬件系统结构2.3 2.3 存储器结构存储器结构2.4 I/O2.4 I/O端口端口2.5 2.5 复位电路复位电路2.6 CPU2.6 CPU时序时序2.7 CPU2.7 CPU引脚功能引脚功能2.8 2.8 单片机的工作方式单片机的工作方式北京交通大学54 MCS-51MCS-51内部有一个用于构成振荡器的内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚高增益反相放大器，引脚XTAL1XTAL1和和XTAL2XTAL2分分别是此放大器的输入端和输出端。别是此放大器的输入端和输出端。 北京交通大学55大多数大多数80518051指令执行时间为一个机器周期，指令执行时间为一个机器周

46、期，MULMUL（乘法）和（乘法）和DIVDIV（除法）需要（除法）需要4 4个机器周期。个机器周期。指令周期、机器周期、振荡周期、节拍指令周期、机器周期、振荡周期、节拍指令周期：指令周期：CPUCPU执行一条指令的时间称为执行一条指令的时间称为指令周期指令周期，它是，它是以机器周期为单位的，以机器周期为单位的，MCS-51MCS-51典型的指令周期为一个机器典型的指令周期为一个机器周期周期机器周期：机器周期：每个每个机器周期机器周期由由6 6个状态周期组成，每个状态个状态周期组成，每个状态周期由周期由2 2个振荡周期个振荡周期组成，状态周期即组成，状态周期即S1S1、S2S2、S3S3、S4

47、S4、S5S5、S6S6，而每个状态周期由，而每个状态周期由两个节拍两个节拍PlPl，P2P2组成。组成。 北京交通大学56每个机器周期由6个状态周期每个状态周期由2个振荡周期组成例：外接晶振例：外接晶振12MHz;则振荡周期则振荡周期1/12，状态周期，状态周期1/6，机器周期，机器周期1us地址锁存信号地址锁存信号访问外程序存储器访问外程序存储器2次有效次有效外数据存储器外数据存储器1次有效次有效在在S5时送出外部数据存储器地址，进行读写直到时送出外部数据存储器地址，进行读写直到下一个机器周期下一个机器周期S3结束结束北京交通大学572.1 MCS-512.1 MCS-51单片机的硬件功能

48、单片机的硬件功能2.2 MCS-512.2 MCS-51硬件系统结构硬件系统结构2.3 2.3 存储器结构存储器结构2.4 I/O2.4 I/O端口端口2.5 2.5 复位电路复位电路2.6 CPU2.6 CPU时序时序2.7 CPU2.7 CPU引脚功能引脚功能2.8 2.8 单片机的工作方式单片机的工作方式北京交通大学58双列直插式封装（双列直插式封装（DIPDIP，Dual Inline PackageDual Inline Package方形封装（方形封装（PLCCPLCC，Plastic Leaded Chip CarrierPlastic Leaded Chip Carrier北京

49、交通大学591.1.端口线（端口线（4 48 = 328 = 32条）条）1）P0.0-P0.7 5151不带外存储器，为通用不带外存储器，为通用I/OI/O口口 带外存储器，地址带外存储器，地址/ /数据线，先外数据线，先外M M低低8 8位地址，后数据位地址，后数据 87518751片内片内EPROMEPROM编程或编程进行后校验编程或编程进行后校验2 2）P1.0-P1.7P1.0-P1.7 通用通用I/OI/O口口 87518751编程编程/ /验证时，为片内验证时，为片内EPROMEPROM高高8 8（4 4）位地址）位地址3 3）P2.0-P2.7P2.0-P2.7 通用通用I/O

50、I/O口口 为片外存储器高为片外存储器高8 8位地址与位地址与P0P0配合配合 87518751为片内为片内EPROMEPROM低低8 8 北京交通大学604 4）P3.0-P3.7P3.0-P3.72电源线(2条)：VCC为+5V电源线，VSS为地线3 3控制线控制线(6(6条条) ) ALE ALEPROG PROG ：地址锁存允许编程线地址锁存允许编程线 ，输，输 出不变时钟（振荡频率出不变时钟（振荡频率1/61/6） EA EAVPPVPP：允许访问片外存储器编程允许访问片外存储器编程 电源线电源线 21V21V或或12.5v12.5v PSEN PSEN：片外片外ROMROM选通线选

51、通线 （MOVC)MOVC) RST RSTVPDVPD：复位备用电源线：复位备用电源线 XTAL1XTAL1、XTAL2XTAL2：片内振荡电路输入：片内振荡电路输入/ /输出输出北京交通大学61ALEALEPROG PROG ：地址锁存允许编程线：地址锁存允许编程线 配合配合P0P0口引脚的第二功能使用口引脚的第二功能使用 ，用于把这个，用于把这个片外存储器低片外存储器低8 8位地址锁存到外部专用地址锁存器位地址锁存到外部专用地址锁存器 在不访问片外存储器时，在不访问片外存储器时，MCS-51MCS-51自动在自动在ALEALE线线上输出频率为上输出频率为foscfosc6 6的脉冲序列。

52、该脉冲序列可的脉冲序列。该脉冲序列可用作外部时钟源或作为定时脉冲源使用用作外部时钟源或作为定时脉冲源使用 对对87518751片内片内EPROMEPROM编程校验时传送编程校验时传送5ms5ms宽的宽的负脉冲负脉冲北京交通大学62EAEAV VPPPP: :允许访问片外存储器编程电源线允许访问片外存储器编程电源线控制控制5151使用片内使用片内ROMROM还是使用外还是使用外ROMROM 若若=1=1，则允许使用片内，则允许使用片内ROMROM 若若=0=0，则只能使用片外，则只能使用片外ROMROM对对87518751的的EAEAV VPPPP用于在片内用于在片内EPROMEPROM编程编程

53、/ /校验时输入校验时输入21V21V或或12.5V12.5V编程电源。编程电源。北京交通大学63PSEN:PSEN:片外片外ROMROM选通线选通线 执行访问片外执行访问片外ROMROM的指令的指令MOVCMOVC时，自动在线时，自动在线上产生一个负脉冲，用于为片外上产生一个负脉冲，用于为片外ROMROM芯片的选通芯片的选通( (相当于读信号相当于读信号RD)RD)。其它情况下，。其它情况下， PSEN PSEN线均为线均为高电平封锁状态。高电平封锁状态。北京交通大学64RSTRSTV VPDPD: :复位备用电源线复位备用电源线 （1 1）使）使CPUCPU处于复位处于复位( (即初始化即

54、初始化) )工作状态。工作状态。 复位有上电自动复位和人工按钮复位两种复位有上电自动复位和人工按钮复位两种 （2 2）RSTRSTV VPDPD的第二功能是作为备用电源输入端。的第二功能是作为备用电源输入端。 当主电源当主电源VCCVCC，发生故障而降低到规定低电平时，发生故障而降低到规定低电平时，RSTRST V VPDPD线上的备用电源自动投入，以保证片内线上的备用电源自动投入，以保证片内RAMRAM中中信息不丢失。信息不丢失。XTAL1XTAL1和和XTAL2XTAL2： 片内振荡电路输入片内振荡电路输入/ /输出线，这两个端子用来外接输出线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来

55、连接片内石英晶体和微调电容，即用来连接片内OSCOSC的定时反的定时反馈回路馈回路北京交通大学652.1 MCS-512.1 MCS-51单片机的硬件功能单片机的硬件功能2.2 MCS-512.2 MCS-51硬件系统结构硬件系统结构2.3 2.3 存储器结构存储器结构2.4 I/O2.4 I/O端口端口2.5 2.5 复位电路复位电路2.6 CPU2.6 CPU时序时序2.7 CPU2.7 CPU引脚功能引脚功能2.8 2.8 单片机的工作方式单片机的工作方式北京交通大学661.1.复位方式复位方式2.2.程序执行方式程序执行方式单步执行方式单步执行方式 连续执行方式连续执行方式 3.3.节电方式节电方式待机方式待机方式掉电保护方式掉电保护方式