单片机原理与接口技术——第2章

1、第2章 80C51 单片机的硬件结构2.1 单片机的概念2.2 80C51单片机的逻辑结构及信号引脚2.3 80C51单片机的内部存储器2.4 80C51 单片机的并行I/O口2.5 80C51 单片机的时钟与定时2.6 80C51 单片机的系统复位2.7 单片机低功耗工作模式2.1 单片机的概念单片机的概念 单片微型计算机单片微型计算机SCMC(Single Chip Micro-Computer)，是计算机、自动控制和大规模集成电路相结合的产物。是计算机、自动控制和大规模集成电路相结合的产物。还有其他的称呼，如：微控制器（还有其他的称呼，如：微控制器（MCU），嵌入式微控制），嵌入式微控制

2、器（器（EMCU），嵌入式微处理器（），嵌入式微处理器（EMP）等。）等。 目前使用最多的仍是目前使用最多的仍是8位单片机。在位单片机。在8位单片机中位单片机中80c51的的使用更为广泛。本教材也是以使用更为广泛。本教材也是以80c51为基础。为基础。2 单片机的特点：单片机的特点：（1）小巧灵活、成本低、易于产品化。能组装成各种智能）小巧灵活、成本低、易于产品化。能组装成各种智能式测控设备及智能仪器仪表。式测控设备及智能仪器仪表。（2）可靠性好，应用范围广。单片机芯片本身是按工业测）可靠性好，应用范围广。单片机芯片本身是按工业测控环境要求设计的，抗干扰性强，能适应各种恶劣的环境，控环境要求设

3、计的，抗干扰性强，能适应各种恶劣的环境，这是其他机种无法比拟的。这是其他机种无法比拟的。（3）易扩展，很容易构成各种规模的应用系统，控制功能）易扩展，很容易构成各种规模的应用系统，控制功能强。单片机的逻辑控制功能很强，指令系统有各种控制功能强。单片机的逻辑控制功能很强，指令系统有各种控制功能指令，可以对逻辑功能比较复杂的系统进行控制。指令，可以对逻辑功能比较复杂的系统进行控制。（4）具有通讯功能，可以很方便地实现多机和分布式控制，）具有通讯功能，可以很方便地实现多机和分布式控制，形成控制网络和远程控制。形成控制网络和远程控制。3单片机的应用单片机的应用（1）工业方面：各种测控系统。数据采集系统

4、，工业机器）工业方面：各种测控系统。数据采集系统，工业机器人，智能化仪器，机、电一体化产品。人，智能化仪器，机、电一体化产品。（2）智能仪器仪表方面。）智能仪器仪表方面。（3）通讯方面：调制解调器、程控交换技术等。）通讯方面：调制解调器、程控交换技术等。（4）消费产品方面：电动玩具、录像机、激光唱机。）消费产品方面：电动玩具、录像机、激光唱机。（5）导弹与控制方面：导弹控制、鱼雷制导控制、智能武）导弹与控制方面：导弹控制、鱼雷制导控制、智能武器装备、飞机导航系统。器装备、飞机导航系统。（6）计算机外部设备及电器方面：打印机、硬盘驱动器、）计算机外部设备及电器方面：打印机、硬盘驱动器、彩色与黑白

5、复印机、磁带机等。彩色与黑白复印机、磁带机等。（7）多机分布式系统：可用单片机构成分布式测控系统，）多机分布式系统：可用单片机构成分布式测控系统，它使单片机应用进入了一个全新的阶段。它使单片机应用进入了一个全新的阶段。 （测控系统，智能仪表，智能玩具，计算机外设）（测控系统，智能仪表，智能玩具，计算机外设）4.典型单片机产品简介典型单片机产品简介(1) MCS-51单片机系列单片机系列 MCS-51可分为两个子系列和可分为两个子系列和4种类型，按资源的配置种类型，按资源的配置数量，数量，MCS-51系列分为系列分为51和和52两个子系列，其中两个子系列，其中51子子系列是基本型，而系列是基本型

6、，而52子系列属于增强型。子系列属于增强型。 资资 源源 配配 置置 子子 系系 列列片内片内ROM的形式的形式片内片内ROM容量容量片内片内RAM容量容量定时器定时器与与计数器计数器中中断断源源无无ROMEPROME2PROM851系列系列80318051875189514KB128B21658C51系列系列80C3180C5187C5189C514KB128B2165852系列系列80328052875289528KB256B31668C252系列系列80C23280C25287C25289C2528KB256B3167l 80C51与与8051的比较的比较（1）MCS-51系列芯片采用系

7、列芯片采用HMOS工艺，而工艺，而80C51芯片则芯片则采用采用CHMOS工艺。工艺。CHMOS工艺是工艺是CMOS和和HMOS的结合，的结合，（2）80C51芯片具有芯片具有CMOS低功耗的特点。例如低功耗的特点。例如8051芯片芯片的功耗为的功耗为630mW,而而80C51的功耗只有的功耗只有120mW。（3）80C51在功能增加了待机和掉电保护两种工作方式，在功能增加了待机和掉电保护两种工作方式，以保证单片机在掉电情况下能以最低的消耗电流维持。以保证单片机在掉电情况下能以最低的消耗电流维持。（4）此外，在）此外，在80C51系列芯片中，内部程序存储器除了系列芯片中，内部程序存储器除了RO

8、M型和型和EPROM型外，还有型外，还有E2PROM型，例如型，例如89C51就就有有4KB E2PROM。并且随着集成技术的提高，。并且随着集成技术的提高，80C51系列系列片内程序存储器的容量也越来越大，目前已有片内程序存储器的容量也越来越大，目前已有64KB的芯片的芯片了。另外，许多了。另外，许多80C51芯片还具有程序存储器保密机制，以芯片还具有程序存储器保密机制，以防止应用程序泄密或被复制。防止应用程序泄密或被复制。 (2) MCS-96系列单片机系列单片机 MCS-96系列单片机是系列单片机是Intel公司在公司在1983年推出的年推出的16位单位单片机，它与片机，它与8位机相比，

9、具有集成度高、运算速度快等特点。位机相比，具有集成度高、运算速度快等特点。它的内部除了有常规的它的内部除了有常规的I/O接口、定时器计数器、全双工接口、定时器计数器、全双工串行口外，还有高速串行口外，还有高速I/O部件、多路部件、多路AD转换和脉宽调制转换和脉宽调制输出（输出（PWM）等电路，其指令系统比）等电路，其指令系统比MCS-51更加丰富。更加丰富。 (3) ATMEL公司单片机公司单片机 ATMEL公司于公司于1992年推出了全球第一个年推出了全球第一个3V超低压超低压F1ash存储器，并于存储器，并于1994年以年以E2PROM技术与技术与Intel公司的公司的80C31内核进行技

10、术交换，从此拥有了内核进行技术交换，从此拥有了80C31内核的使用权，内核的使用权，并将并将ATMEL特有的特有的Flash技术与技术与80C31内核结合在一起，内核结合在一起，生产出生产出AT89C51系列单片机。系列单片机。2.2 80C51单片机的逻辑结构及信号引脚单片机的逻辑结构及信号引脚2.2.1 80C51单片机的内部逻辑结构单片机的内部逻辑结构1. 中央处理器中央处理器CPU （1）运算电路）运算电路 （2）控制电路）控制电路 2. 内部数据存储器内部数据存储器 3. 内部程序存储器内部程序存储器 4. 定时器定时器/计数器计数器 5. 并行并行I/O口口 6. 串行口串行口 7

11、. 中断控制电路中断控制电路 8. 时钟电路时钟电路 9. 位处理器位处理器 10. 内部总线内部总线80C51芯片逻辑结构图芯片逻辑结构图1. CPU CPU即中央处理器的简称，是单片机的核心部件，它即中央处理器的简称，是单片机的核心部件，它完成各种运算和控制操作，完成各种运算和控制操作，CPU由运算器和控制器两部分由运算器和控制器两部分电路组成。电路组成。（1）运算器电路）运算器电路 运算器电路包括运算器电路包括ALU（算术逻辑单元）、（算术逻辑单元）、ACC（累（累加器）、加器）、B寄存器、状态寄存器、暂存器寄存器、状态寄存器、暂存器1和暂存器和暂存器2等部件，等部件，运算器的功能是进行

12、算术运算和逻辑运算。运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。 （2）控制器电路）控制器电路 控制器电路包括程序计数器控制器电路包括程序计数器PC、PC加加1寄存器、指令寄存器、指令寄存器、指令译码器、数据指针寄存器、指令译码器、数据指针DPTR、堆栈指针、堆栈指针SP、缓冲器以及定时与控制电路等。控制电路完成指挥控制缓冲器以及定时与控制电路等。控制电路完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。工作，协调单片机各部分正常工作。 2. 2. 存储器存储器 80C51单片机的存储器包括数据存储器和程序存储单片机的存储器包括数据存储器和程序存储器，其主要特点是程序存储器和数据存储器的寻址空间器，其主要

13、特点是程序存储器和数据存储器的寻址空间是相互独立的，物理结构也不相同。是相互独立的，物理结构也不相同。 内部数据存储器包括内部数据存储器包括RAM和和RAM地址寄存器，内部地址寄存器，内部数据存储器一般指前数据存储器一般指前128个单元，高个单元，高128个用于专用寄存器。个用于专用寄存器。 内部程序存储器包括内部程序存储器包括ROM和和ROM地址寄存器，地址寄存器，80C51有有4kROM存放程序。存放程序。3. 定时器定时器/计数器计数器 MCS51单片机片内有两个单片机片内有两个16位的定时位的定时/计数器，即定计数器，即定时器时器0和定时器和定时器1。它们可以用于定时控制、延时以及对外

14、。它们可以用于定时控制、延时以及对外部事件的计数和检测等。部事件的计数和检测等。4. 并行并行I/O口口 80C51单片机共有单片机共有4个个8位的位的I/O口（口（P0、P1、P2和和P3），），每一条每一条I/O线都能独立地用作输入或输出。线都能独立地用作输入或输出。5. 串行串行I/O口口 80C51单片机具有一个采用通用异步工作方式的全双工单片机具有一个采用通用异步工作方式的全双工串行通信接口，可以同时发送和接收数据。串行通信接口，可以同时发送和接收数据。6. 中断控制系统中断控制系统 80C51共有共有5个中断源，即外中断个中断源，即外中断2个，定时个，定时/计数中断计数中断2个，个

15、，串行中断串行中断1个。个。7. 时钟电路时钟电路 80C51芯片内部有时钟电路，但晶体振荡器和微调电容芯片内部有时钟电路，但晶体振荡器和微调电容必须外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，振荡器的必须外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，振荡器的频率范围为频率范围为1.2MHz33MHz，典型取值为，典型取值为6MHz。8. 总线总线 以上所有组成部分都是通过总线连接起来，从而构成一以上所有组成部分都是通过总线连接起来，从而构成一个完整的单片机。系统的地址信号、数据信号和控制信号都个完整的单片机。系统的地址信号、数据信号和控制信号都是通过总线传送的，总线结构减少了单片机的连线和引脚，是通过

16、总线传送的，总线结构减少了单片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性。提高了集成度和可靠性。 2.2.2 80C51单片机的封装与信号引脚单片机的封装与信号引脚 1. 芯片封装形式芯片封装形式 图图2.2为为MCS51系列单片机引脚图及逻辑符号，它们系列单片机引脚图及逻辑符号，它们为标准的为标准的40脚脚DIP封装。封装。 1. 输入输出口线输入输出口线 P0口（口（P0.0P0.7）：该端口为漏极开路的）：该端口为漏极开路的8位准双向位准双向口，它为口，它为8位地址线和位地址线和8位数据线的复用端口。位数据线的复用端口。 P1口（口（P1.0P1.7）：它是一个内部带上拉电阻的）：它是一个内部

17、带上拉电阻的8位位准双向准双向I/O口，口，P1口的驱动能力为口的驱动能力为4个个LSTTL负载。负载。 P2口（口（P2.0P2.7）：它为一个内部带上拉电阻的）：它为一个内部带上拉电阻的8位位准双向准双向I/O口，口，P2口的驱动能力也为口的驱动能力也为4个个LSTTL负载。在负载。在访问外部程序存储器时，它作存储器的高访问外部程序存储器时，它作存储器的高8位地址线。位地址线。 P3口（口（P3.0P3.7）：）：P3口同样是内部带上拉电阻的口同样是内部带上拉电阻的8位准双向位准双向I/O口，口，P3口除了作为一般的口除了作为一般的I/O口使用之外，口使用之外，其还具有特殊功能。其还具有特

18、殊功能。2. 芯片引脚介绍芯片引脚介绍地址锁存允许信号地址锁存允许信号ALE 系统扩展时，系统扩展时，ALE用于控制地址锁存器锁存用于控制地址锁存器锁存P0口输口输出的低出的低8位地址，从而实现数据与低位地址的复用。位地址，从而实现数据与低位地址的复用。此外此外,ALE是以六分之一晶振频率的固定频率输出的正是以六分之一晶振频率的固定频率输出的正脉冲，可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。脉冲，可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。 外部程序存储器读选通信号外部程序存储器读选通信号 /PSEN是读外部程序存储器的选通信号，低电平有效。是读外部程序存储器的选通信号，低电平有效。 访问程序存储器控制信号访问

19、程序存储器控制信号 当为高电平时，当为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令，但当执行片内程序存储器指令，但当PC中的值超过中的值超过0FFFH时，将自动转向执行片外程序存储器指令。时，将自动转向执行片外程序存储器指令。当为低电平时，当为低电平时，CPU只执行片外程序存储器指令。只执行片外程序存储器指令。 复位信号复位信号RST 该信号高电平有效，在输入端保持两个机器周期的高电该信号高电平有效，在输入端保持两个机器周期的高电平后，就可以完成复位操作。平后，就可以完成复位操作。EAPSEN 时钟电路引脚时钟电路引脚XTAL1和和XTAL2 XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在片内：接外部晶

20、振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入，若使用外部时钟时，它是振荡器倒相放大器的输入，若使用外部时钟时，该引脚外部时钟的输入端。该引脚外部时钟的输入端。 XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在片内：接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出，若使用外部时钟时，它是振荡器倒相放大器的输出，若使用外部时钟时，该引脚必须悬空。该引脚必须悬空。 电源引脚电源引脚Vcc和和Vss Vcc：电源端，接：电源端，接5V。 Vss：接地端。：接地端。 “复用复用”即给一些信号引脚赋予双重功能。第二功能信号即给一些信号引脚赋予双重功能。第二功能信号定义主要集中在定义主要集

21、中在P3口线中，另外再加上几个其它信号线。口线中，另外再加上几个其它信号线。 EPROM存储器程序固化所需要的信号存储器程序固化所需要的信号 编程脉冲：编程脉冲： 30脚（脚（ALE/PROG） 编程电压（编程电压（25V）：）：31脚（脚（EA/Vpp) 备用电源引入备用电源引入 备用电源是通过备用电源是通过9脚（脚（RST/VPD）引入的。当电源发生）引入的。当电源发生故障，电压降低到下限值时，备用电源经此端向内部故障，电压降低到下限值时，备用电源经此端向内部RAM提供电压，以保护内部提供电压，以保护内部RAM中的信息不丢失。中的信息不丢失。3. 芯片引脚的第二功能芯片引脚的第二功能 P3

22、口还具有第二功能，其引脚描述如表口还具有第二功能，其引脚描述如表2.1。表表2.1 P3口线的第二功能口线的第二功能口线特殊功能信号名称P3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行输出口P3.2外部中断0输入口P3.3外部中断1输入口P3.4T0定时器0外部输入口P3.5T1定时器1外部输入口P3.6WR写选通输出口P3.7RD读选通输出口1INT0INT（2）引脚复用不会引起混乱）引脚复用不会引起混乱 第一功能与第二功能是不同工作方式下的信号，不会第一功能与第二功能是不同工作方式下的信号，不会发生使用上的矛盾。发生使用上的矛盾。 说明：说明：P3口线先按需要优先选用它的第二功能，剩下不用口线先

23、按需要优先选用它的第二功能，剩下不用 的才作为的才作为I/O口线使用。口线使用。 2.3 80C51单片机的内部存储器单片机的内部存储器ROM：存放程序或者始终要保留的数据（表格数据）。：存放程序或者始终要保留的数据（表格数据）。RAM：用来存放程序运行中所需要的常数和变量，：用来存放程序运行中所需要的常数和变量， 全局数据也存放在全局数据也存放在RAM里。里。 一般来说，单片机芯片的内部包括数据存储器和程一般来说，单片机芯片的内部包括数据存储器和程序存储器，先介绍数据存储区。序存储器，先介绍数据存储区。 单片机的数据存储器共个单元，划单片机的数据存储器共个单元，划分为两部分：低单元区和高单元

24、区，如图分为两部分：低单元区和高单元区，如图.所示所示图2.3 80C51 内部数据存储器配置图2.3.1 内部数据存储器低内部数据存储器低128单元区单元区 的内部数据存储器低的内部数据存储器低128单元区，称为内部单元区，称为内部，地址为按用途划分为三个区。，地址为按用途划分为三个区。1、寄存器区、寄存器区 内部内部RAM的前的前32个单元作为通用（工作）寄存器使用，个单元作为通用（工作）寄存器使用， 地址为地址为00H1FH。分为。分为4组，组号依次为组，组号依次为0、1、2、3，每，每 组有组有8个寄存器：个寄存器：R7R0。 任一时刻，任一时刻，cpu只能使用其中的一组寄存器，称为当

25、只能使用其中的一组寄存器，称为当前工作寄存器组，由程序状态字寄存器前工作寄存器组，由程序状态字寄存器PSW中的中的RS1，RS0位的组合来决定。没有选中的单元也可作为一般的位的组合来决定。没有选中的单元也可作为一般的数据缓存使用。系统上电复位时，默认选中第数据缓存使用。系统上电复位时，默认选中第0组寄存器。组寄存器。 寄存器：寄存器：1、可用、可用8位地址寻址；位地址寻址；2、在指令中既可用名称表示，也可以使用单元地址表示。、在指令中既可用名称表示，也可以使用单元地址表示。2、位寻址区、位寻址区在工作寄存器后的在工作寄存器后的16个数据单元（个数据单元（20H2FH），它），它们既可以作为一般

26、的数据单元使用，又可以按位对每个单们既可以作为一般的数据单元使用，又可以按位对每个单元进行操作，因此这元进行操作，因此这16个数据单元又称作位寻址区。位寻个数据单元又称作位寻址区。位寻址区共计址区共计128位，其位地址为位，其位地址为00H7FH。 位地址的表示方式：位地址的表示方式：1 位地址的形式；位地址的形式； 2 存储单元地址加位的形式。存储单元地址加位的形式。3. 用户用户RAM区区 在内部在内部RAM的低的低128个单元中，剩余的个单元中，剩余的80个数个数据单元即据单元即30H7FH为真正的用户为真正的用户RAM区，对于这区，对于这些区域，用户只能以存储单元的形式来使用，通常些区

27、域，用户只能以存储单元的形式来使用，通常在应用中也把堆栈开辟在这段区域。在应用中也把堆栈开辟在这段区域。2.3.2 内部数据存储器高内部数据存储器高128单元区单元区 内部数据存储器的高内部数据存储器的高128128个单元是为专用寄存器提供的，个单元是为专用寄存器提供的，因此该区也称作特殊功能寄存器区（因此该区也称作特殊功能寄存器区（SFRSFR），它们主要用），它们主要用于存放于存放控制命令、状态或数据控制命令、状态或数据。除去程序计数器。除去程序计数器PCPC外，还外，还有有2121个特殊功能寄存器，其地址空间为个特殊功能寄存器，其地址空间为80H80HFFHFFH。这。这2121个个寄存

28、器中有寄存器中有1111个特殊功能寄存器具有位寻址能力，它们的个特殊功能寄存器具有位寻址能力，它们的字节地址刚好能被字节地址刚好能被8 8整除。下面将对部分专用寄存器作简整除。下面将对部分专用寄存器作简要介绍。要介绍。（1）累加器）累加器A（或（或ACC-ACCumulator） 累加器为累加器为8位寄存器，是程序中最常用的专用寄存器，位寄存器，是程序中最常用的专用寄存器，在指令系统中累加器的助记符为在指令系统中累加器的助记符为A。存放操作数。大部分单操作数指令的操作取自累加器，很存放操作数。大部分单操作数指令的操作取自累加器，很 多双操作数指令的一个操作数也取自累加器。多双操作数指令的一个操

29、作数也取自累加器。运算结果的暂存单元。加、减乘和除等算术运算指令的运运算结果的暂存单元。加、减乘和除等算术运算指令的运 算结果都存放在累加器算结果都存放在累加器A或或AB寄存器中。寄存器中。数据传送的中转站。数据传送的中转站。在变址寻址方式中累加器被作为变址寄存器使用在变址寻址方式中累加器被作为变址寄存器使用 在在MCS51中由于只有一个累加器，而单片机中的大部中由于只有一个累加器，而单片机中的大部分数据操作都是通过累加器进行的，故累加器的使用是十分分数据操作都是通过累加器进行的，故累加器的使用是十分频繁的。频繁的。1. 专用寄存器简介专用寄存器简介(2(2）B B寄存器（寄存器（B regi

30、sterB register） B B寄存器为寄存器为8 8位寄存器，主要用于乘除指令中。乘法指令的位寄存器，主要用于乘除指令中。乘法指令的两个操作数分别取自累加器两个操作数分别取自累加器A A和寄存器和寄存器B B，其中，其中B B为乘数，乘法为乘数，乘法结果的高结果的高8 8位存放于寄存器位存放于寄存器B B中。除法指令中，被除数取自中。除法指令中，被除数取自A A，除数取自除数取自B B，除法的结果商数存放于，除法的结果商数存放于A A，余数存放于，余数存放于B B中。在其中。在其它指令中，它指令中，B B寄存器也可作为一般的数据单元来使用。寄存器也可作为一般的数据单元来使用。（3）程序

31、状态字（）程序状态字（PSW-Program Status Word） 程序状态字是一个程序状态字是一个8位寄存器，位寄存器，用于寄存指令执行的状态用于寄存指令执行的状态信息信息。在状态字中，有些位状态是根据指令执行结果，由硬件。在状态字中，有些位状态是根据指令执行结果，由硬件自动完成设置的，而有些状态位则必须通过软件方法设定。自动完成设置的，而有些状态位则必须通过软件方法设定。PSW中的每个状态位都可由软件读出，中的每个状态位都可由软件读出，PSW的各位定义如下。的各位定义如下。 位 序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位标志CYACF0 RS1

32、RS0 OV/PCY（PSW.7)-进位标志位进位标志位 在执行某些算术和逻辑指令时，可以被硬件或软件置位在执行某些算术和逻辑指令时，可以被硬件或软件置位或清零。在算术运算中它可作为进位标志（加法进位，减或清零。在算术运算中它可作为进位标志（加法进位，减法借位，在位操作（在位传送、位与、位或等）中作累加法借位，在位操作（在位传送、位与、位或等）中作累加器使用，移位操作中用于构成循环移位通路）器使用，移位操作中用于构成循环移位通路） 位 序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位标志CYACF0 RS1RS0 OV/PAC(PSW.6)-辅助进位标志位（

33、半进位标志位）辅助进位标志位（半进位标志位） 进行加法或减法操作时，当发生低四位向高四位进位进行加法或减法操作时，当发生低四位向高四位进位或借位时，或借位时，AC由硬件置位，否则由硬件置位，否则AC位被置位被置“0”。在进行。在进行十进制调整指令时，将借助十进制调整指令时，将借助AC状态进行判断。状态进行判断。 位 序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位标志CYACF0 RS1RS0 OV/PF0 (PSW.6)-用户标志位用户标志位 该位为用户定义的状态标记，用户根据需要用软件对该位为用户定义的状态标记，用户根据需要用软件对其置位或清零，也可以用

34、软件测试其置位或清零，也可以用软件测试F0来控制程序的跳转。来控制程序的跳转。 位 序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位标志CYACF0 RS1RS0 OV/PRS1和和RS0(PSW.4和和PSW.3)-寄存器组选择位寄存器组选择位 该两位通过软件置该两位通过软件置“0”或或“1”来选择当前工作寄存器组。来选择当前工作寄存器组。表表2.3 寄存器组选择寄存器组选择 位 序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位标志CYACF0 RS1RS0 OV/P OV（PSW.2)-溢出标志位溢出标志位 当执行算术

35、指令时，由硬件置位或清零来指示溢出状态。当执行算术指令时，由硬件置位或清零来指示溢出状态。加减运算加减运算(有无符号数均可有无符号数均可)中，中，OV1表示加减运算结果超出了表示加减运算结果超出了累加器累加器A所能表示的符号数有效范围（所能表示的符号数有效范围（128127），即运），即运算结果是错误的，反之，算结果是错误的，反之，OV0表示运算正确，即无溢出产生。表示运算正确，即无溢出产生。 无符号数乘法指令无符号数乘法指令MUL的执行结果也会影响溢出标志，若的执行结果也会影响溢出标志，若置于累加器置于累加器A和寄存器和寄存器B的两个数的乘积超过了的两个数的乘积超过了255，则，则OV1，反

36、之反之OV0。由于乘积的高。由于乘积的高8位存放于位存放于B中，低中，低8位存放于位存放于A中，中，OV0则意味着只要从则意味着只要从A中取得乘积即可，否则要从中取得乘积即可，否则要从BA寄存器对中寄存器对中取得乘积结果。取得乘积结果。 在除法运算中，在除法运算中，OV=1表示除数为表示除数为0，除法不能进行；反之，除法不能进行；反之，OV=0，除数不为，除数不为0，除法可正常进行。，除法可正常进行。 位 序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位标志CYACF0 RS1RS0 OV/PP(PSW.0)-奇偶标志位奇偶标志位 每个指令周期由硬件来置位或

37、清零用以表示累加器每个指令周期由硬件来置位或清零用以表示累加器A中中1的个数的奇偶性，若累加器中的个数的奇偶性，若累加器中1的个数为奇数则的个数为奇数则P1，否则否则P0。 （4） 数据指针数据指针DPTR 数据指针数据指针DPTR为一个为一个16位的专用寄存器，其高位用位的专用寄存器，其高位用DPH表示，其低位用表示，其低位用DPL表示，它既可以作为一个表示，它既可以作为一个16位的位的寄存器来使用，也可作为两个寄存器来使用，也可作为两个8位的寄存器位的寄存器DPH和和DPL使使用。用。DPTR在访问外部数据存储器时既可用来存放在访问外部数据存储器时既可用来存放16位地位地址，也可作地址指针

38、使用。如址，也可作地址指针使用。如MOVX DPTR，A。 （5） I/O端口端口P0P3 P0P3为四个为四个8位的特殊功能寄存器，分别是四个并行位的特殊功能寄存器，分别是四个并行I/O端口的锁存器，当端口的锁存器，当I/O端口的某一位用作输入时，对应端口的某一位用作输入时，对应的锁存器必须先置的锁存器必须先置“1”。 （6） 定时器定时器/计数器计数器 在在MCS51中，除中，除8032/8052外都只有两个外都只有两个16位定时器位定时器/计数器计数器T0和和T1，它们由两个相互独立的，它们由两个相互独立的8位寄存器组成位寄存器组成TH和和TL，共有四个独立的寄存器，共有四个独立的寄存器

39、TH0、TL0、TH1和和TL1，只可，只可对这四个寄存器独立寻址，而不能作为一个对这四个寄存器独立寻址，而不能作为一个16位寄存器来寻位寄存器来寻址。址。 （7） 串行数据缓冲寄存器串行数据缓冲寄存器 串行数据缓冲器串行数据缓冲器SBUF用于存放将要发送或已接收的数据，用于存放将要发送或已接收的数据，它由发送缓冲器和接收缓冲器组成，将要发送的数据被送入它由发送缓冲器和接收缓冲器组成，将要发送的数据被送入SBUF时进入发送缓冲器，反之进入接收缓冲器。时进入发送缓冲器，反之进入接收缓冲器。 2. 专用寄存器的单元寻址及位寻址专用寄存器的单元寻址及位寻址 说明：说明： 对专用寄存器只能使用直接寻址

40、方式，在指令中既可使对专用寄存器只能使用直接寻址方式，在指令中既可使用寄存器符号表示，也可使用寄存器地址表示。用寄存器符号表示，也可使用寄存器地址表示。 在在21个可寻址的专用寄存器中，有个可寻址的专用寄存器中，有11个寄存器是可以位个寄存器是可以位寻址的。寻址的。 专用寄存器的专用寄存器的83个可寻址位加上位寻址区的个可寻址位加上位寻址区的128个通用位，个通用位，构成位处理器的整个数据位存储空间。构成位处理器的整个数据位存储空间。3. 程序计数器程序计数器PC（Program Counter） PC是一个是一个16位的计数器。其内容为将要执行的指令地址，位的计数器。其内容为将要执行的指令地

41、址，寻址范围达寻址范围达64KB。PC有自动加有自动加1功能，以实现程序的顺序执功能，以实现程序的顺序执行。行。PC没有地址，是不可寻址的，因此用户无法对它进行没有地址，是不可寻址的，因此用户无法对它进行读写。但在执行转移、调用、返回等指令时能自动改变其内读写。但在执行转移、调用、返回等指令时能自动改变其内容，以改变程序的执行顺序。容，以改变程序的执行顺序。2.3.3 堆栈操作堆栈操作 堆栈是一种数据结构。所谓堆栈，就是只允许在其一端堆栈是一种数据结构。所谓堆栈，就是只允许在其一端进行数据插入和数据删除操作的线性表。进行数据插入和数据删除操作的线性表。 数据写入堆栈称为入栈（数据写入堆栈称为入

42、栈（PUSH）。）。 数据从堆栈中读出称之出栈数据从堆栈中读出称之出栈(POP)。 数据操作规则：数据操作规则：“后进先出后进先出”LIFO。即先入栈的数据。即先入栈的数据由于存放在栈的底部，因此后出栈；而后入栈的数据存放在由于存放在栈的底部，因此后出栈；而后入栈的数据存放在栈的顶部，因此先出栈。栈的顶部，因此先出栈。1、堆栈的功用、堆栈的功用 堆栈主要是为子程序调用和中断操作而设立的。其具体堆栈主要是为子程序调用和中断操作而设立的。其具体功能有两个：保护断点和保护现场。功能有两个：保护断点和保护现场。2、堆栈的开辟、堆栈的开辟 堆栈只能开辟在芯片的内部数据存储器中，即所谓的内堆栈只能开辟在芯

43、片的内部数据存储器中，即所谓的内堆栈形式。堆栈形式。3、堆栈指针、堆栈指针 堆栈指针堆栈指针SP（Stack Pointer）的内容是堆栈栈顶的存）的内容是堆栈栈顶的存储单元地址。储单元地址。SP是一个是一个8位寄存器。位寄存器。说明：系统复位后，说明：系统复位后，SP的内容为的内容为07H，但由于堆栈最好在，但由于堆栈最好在内部内部RAM的的30H7FH单元中开辟，所以在程序设计时应单元中开辟，所以在程序设计时应注意把注意把SP值初始化为值初始化为30H以后。以后。 图图2.4 两种不同类型的堆栈结构两种不同类型的堆栈结构4 、堆栈类型、堆栈类型80c51使用向上生长型堆栈，操作规则如下：使

44、用向上生长型堆栈，操作规则如下： 进栈操作：先进栈操作：先SP加加1，后写入数据。，后写入数据。 出栈操作：先读出数据出栈操作：先读出数据v，后，后SP减减1。5. 堆栈使用方式堆栈使用方式堆栈的使用有两种方式。堆栈的使用有两种方式。 自动方式：即在调用子程序或中断时，返回地址（断点）自动方式：即在调用子程序或中断时，返回地址（断点）自动进栈。程序返回时，断点再自动弹回自动进栈。程序返回时，断点再自动弹回PC。 指令方式：即使用专用的堆栈操作指令，进行进出栈操指令方式：即使用专用的堆栈操作指令，进行进出栈操作。其进栈指令为作。其进栈指令为PUSH，出栈指令为，出栈指令为POP。例如保护现场。例

45、如保护现场就是指令方式进行操作。就是指令方式进行操作。 2.3.4内部程序存储器内部程序存储器 在在MCS51系列中，程序存储器被用来存放程序、常数或系列中，程序存储器被用来存放程序、常数或表格等。在表格等。在80C51中，其片内有中，其片内有4K字节的字节的ROM存储单元，地存储单元，地址为址为0000H0FFFH。87C51有有4K字节的字节的EPROM，而，而80C52和和87C52则有则有8K字节的片内存储器。字节的片内存储器。80C31和和80C32无片内程无片内程序存储器，所以片内程序存储器的有无是区分芯片的主要标志。序存储器，所以片内程序存储器的有无是区分芯片的主要标志。 MCS

46、51系列设置信号引脚系列设置信号引脚 ,以其电平状态来区分程序以其电平状态来区分程序存储器的有无。无片内程序存储器，存储器的有无。无片内程序存储器， 接地，有片内程序存储接地，有片内程序存储器器 ， 接高电平。接高电平。 EAEAEA如何工作：如何工作：程序计数器（程序计数器（PC），也叫），也叫PC指针，是取指针，是取指地址。上电复位后内容为指地址。上电复位后内容为0000H，即从，即从0000H地地址的指令顺序执行，最大为址的指令顺序执行，最大为FFFFH，所以程序空间，所以程序空间为为64K。v 64K64K空间分为片内空间分为片内ROMROM和片外和片外ROMROM，但统一编址。，但统

47、一编址。 外 部内 部(EA=1)外 部(EA=0)00000FFF00000FFF1000FFFF 在在64K的程序存储器中，有一组保留单元的程序存储器中，有一组保留单元0000H002AH，其中，其中 0000H0002H为系统的启动单元。剩为系统的启动单元。剩下下0003H002AH均匀分为均匀分为 5个特殊的单元，存放个特殊的单元，存放5种种中断源的中断地址区：中断源的中断地址区： 外部中断外部中断0入口地址入口地址 0003H 定时器定时器0中断中断入口地址入口地址000BH 外部中断外部中断1入口地址入口地址 0013H 定时器定时器1中断入口地址中断入口地址001BH 串行口中断

48、入口地址串行口中断入口地址 0023H 80C51单片机具有单片机具有4个个8位双向并行端口（位双向并行端口（P0P3），），共共32根根1/O口线。每一根口线。每一根1/O口线都能独立地用作输入或输口线都能独立地用作输入或输出。这出。这4个端口是单片机与外部设备进行信息（数据、地个端口是单片机与外部设备进行信息（数据、地址、控制信号）交换的输人或输出通道。可以按字节寻址、控制信号）交换的输人或输出通道。可以按字节寻址外，还可以按位寻址。址外，还可以按位寻址。2.4 80C51 单片机的并行单片机的并行I/O口口2.4.1 P0口逻辑结构口逻辑结构 P0口地址为口地址为80H，位地址为，位地址

49、为80H-87H。P0口各位口线的逻辑结构，由一个锁存器、两个三态输入缓冲器、口各位口线的逻辑结构，由一个锁存器、两个三态输入缓冲器、一个多路复用开关以及控制电路和驱动电路等组成。一个多路复用开关以及控制电路和驱动电路等组成。 P0口可以作为输入输出口，在实际应用中它通常作为地址口可以作为输入输出口，在实际应用中它通常作为地址/数据复用总线。在访问外部存储器时，数据复用总线。在访问外部存储器时，P0口为真正的双向口口为真正的双向口.2.4.2 P1口逻辑结构口逻辑结构 P1口地址为口地址为90H，位地址为，位地址为90H-97H。只能作为通用数。只能作为通用数据据I/O口使用，电路逻辑如下图：

50、口使用，电路逻辑如下图： P1口是一个准双向口，通常作为口是一个准双向口，通常作为I/O口使用，由于在其输口使用，由于在其输出端接有上拉电阻，故可以直接输出而无需外接上拉电阻。出端接有上拉电阻，故可以直接输出而无需外接上拉电阻。2.4.3 P2口逻辑结构口逻辑结构 P2口地址为口地址为A0H，位地址为，位地址为A0H-A7H。既可做通用既可做通用I/O口，又可作系统高位地址线，某一位的内口，又可作系统高位地址线，某一位的内部结构与部结构与P0类似。类似。2.4.4 P3口逻辑结构口逻辑结构 P3口地址为口地址为B0H，位地址为，位地址为B0H-B7H。虽然可做通用虽然可做通用I/O口，但在实际

51、应用中，它的第二功能信口，但在实际应用中，它的第二功能信号更为重要，某一位的内部结构如下图：号更为重要，某一位的内部结构如下图：2.5 80C51 单片机的时钟与定时单片机的时钟与定时 单片机本身是一个复杂的同步时序系统，为保证同单片机本身是一个复杂的同步时序系统，为保证同步工作方式的实现，单片机必须有时钟信号，以使其系步工作方式的实现，单片机必须有时钟信号，以使其系统在时钟信号的控制下按时序协调工作。时序是指令执统在时钟信号的控制下按时序协调工作。时序是指令执行过程中各信号之间的相互时间关系。行过程中各信号之间的相互时间关系。 2.5.1 2.5.1 时钟电路时钟电路 单片机的时钟电路由振荡

52、电路和分频电路组成。单片机的时钟电路由振荡电路和分频电路组成。 1. 振荡电路振荡电路 在在80C51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚，输出端为引脚XTAL2，在芯片，在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器。如图成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器。如图2.9所示。所示。 图图2.9 80C51单片机的振荡电路单片机的振荡电路 电路中的电容一般取电路中的电容一般取30pF左右，而晶体的振荡频率范左

53、右，而晶体的振荡频率范围通常是围通常是1.2MHz33MHz。2. 分频电路分频电路 振荡电路产生的振荡信号并不直接为单片机所用，振荡电路产生的振荡信号并不直接为单片机所用，要进行分频，以得到单片机各种相关的时钟信号。要进行分频，以得到单片机各种相关的时钟信号。 3. 晶振频率晶振频率 1.233MHz。 晶振频率高，系统时钟频率就高，单片机运行速度就快。晶振频率高，系统时钟频率就高，单片机运行速度就快。 4. 从外部引入脉冲信号驱动时钟电路从外部引入脉冲信号驱动时钟电路 除了由振荡电路产生高频振荡信号外，还可从外部脉冲除了由振荡电路产生高频振荡信号外，还可从外部脉冲源直接引入。在由多片单片机

54、组成的系统中，为了各单片机源直接引入。在由多片单片机组成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，引入唯一的外部脉冲信号作为各单片之间时钟信号的同步，引入唯一的外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲。机的振荡脉冲。 2.5.2 定时单位定时单位 时序的定时单位共有时序的定时单位共有4个，从小到大依次是：拍节、状个，从小到大依次是：拍节、状态、机器周期和指令周期。态、机器周期和指令周期。 1.振荡周期振荡周期 振荡周期指为单片机提供定时信号的振荡源的周期或振荡周期指为单片机提供定时信号的振荡源的周期或外部输入时钟的周期，振荡周期即为拍节（外部输入时钟的周期，振荡周期即为拍节（P）。）。2.时钟周期时

55、钟周期 时钟周期又称作状态周期或状态时间时钟周期又称作状态周期或状态时间S，它是振荡周，它是振荡周期的两倍，它分为期的两倍，它分为P1节拍和节拍和P2节拍，通常在节拍，通常在P1节拍完成节拍完成算术逻辑操作，在算术逻辑操作，在P2节拍完成内部寄存器之间的传送操节拍完成内部寄存器之间的传送操作。作。3.机器周期机器周期 一个机器周期由一个机器周期由6个状态组成，如果把一条指令的执行个状态组成，如果把一条指令的执行过程分作几个基本操作，则将完成一个基本操作所需的时间过程分作几个基本操作，则将完成一个基本操作所需的时间称作机器周期。单片机的单周期指令执行时间就为一个机器称作机器周期。单片机的单周期指

56、令执行时间就为一个机器周期。周期。4.指令周期指令周期 指令周期是最大的时序单位，即执行一条指令所占用的指令周期是最大的时序单位，即执行一条指令所占用的全部时间，通常为全部时间，通常为1个、个、2个、个、 4个机器周期。个机器周期。练习练习1、一个机器周期、一个机器周期= 个振荡周期个振荡周期= 个时钟周期。个时钟周期。2、在、在MCS51单片机中，如果采用单片机中，如果采用6MHz晶振，晶振，1个机器个机器 周期为周期为 。2.6 80C51 单片机的系统复位单片机的系统复位 复位是单片机的硬件初始化操作。复位后，单片机才能复位是单片机的硬件初始化操作。复位后，单片机才能开始正常工作。开始正

57、常工作。 RST引脚是复位信号的输入端，复位信号引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，其有效时间应持续是高电平有效，其有效时间应持续2个机器周期以上。个机器周期以上。2.6.1 复位方式与初始化状复位方式与初始化状 1. 复位方式复位方式（1）加电复位：通过专用的复位电路产生复位信号。）加电复位：通过专用的复位电路产生复位信号。 开机加电时，系统自动完成开机加电时，系统自动完成（2）手动复位：一次重新启动操作。）手动复位：一次重新启动操作。 （死机、死循环或程序（死机、死循环或程序“跑飞跑飞”） 在实际应用中，总是把加电复位和手动复位结合在一在实际应用中，总是把加电复位和手动复位结合在

58、一起，形成一个综合的复位电路。起，形成一个综合的复位电路。 2. 初始化状态复位后的片内状态为ALE信号变为无效状态，信号变为无效状态， 变为无效状态，变为无效状态，ALE=0， =1.PSENPSEN2.6.2 复位电路复位电路1. 复位电路概述复位电路概述使用过的复位电路：积分电路型、微分电路型、比较使用过的复位电路：积分电路型、微分电路型、比较型和看门狗型。常用前两种。型和看门狗型。常用前两种。 （1）积分电路型）积分电路型用于产生低电平复位信号，见下图。用于产生低电平复位信号，见下图。 （2）微分电路型）微分电路型 用于产生高电平复位信号，见下图。用于产生高电平复位信号，见下图。 2. 80C51 基本复位电路按健手动复位有电平方式和脉冲方按健手动复位有电平方式和脉冲方式两种。式两种。上电自动复位是通过上电自动复位是通过外部复位电路的电容外部复位电路的电容充电来实现的。充电来实现的。按健电平复位是通过按健电平复位是通过使复位端经