单片机原理及应用：第2章 MCS-51系列单片机的资源配置

1、第2章 MCS-51系列单片机的资源配置2.1 MCS-51系列单片机的在片资源及外部特性2.1.1 MCS-51系列单片机的在片资源2.1.2 MCS-51系列单片机的外部特性2.2 MCS-51系列单片机的存储器系统2.2.1 程序存储器2.2.2 数据存储器2.3 MCS-51系列单片机的时钟电路与复位电路2.3.1 时钟电路2.3.2 复位电路2.1 MCS-51系列单片机的在片资源及外部特性2.1.1 MCS-51系列单片机的在片资源 MCS-51系列单片机由微处理器（CPU）、存储器、定时器/计数器、I/O接口、中断系统和振荡器构成，如下图所示。 1.CPU（微处理器）： 8位，负

2、责控制、指挥和调度整个单元统协调工作，完成运算和控制输入输出等功能2.数据存储器（RAM）： 存放读写的数据、运算的中间结果或者用户定义的字型表。片内为128个字节（52子系列的为256个字节）3.程序存储器（ROM/EPROM） 存放用户程序、原始数据或者表格。 8031:无此部件； 8051:4K字节ROM； 8751:4K字节EPROM ； 89C51/89C52/89C55:4K/8K/20K 字节闪存。4. P1口、P2口、P3口、P0口 为4个并行8位I/O口5.中断系统 ： 5个中断（2个外部中断，3个内部中断） 6.定时器/计数器： 用于硬件的定时或者计数，以实现定时或者计数。

3、也可以产生中断，从而在程序中控制程序转向。7. 串行口 1个全双工的异步串行口，具有四种工作方式。 与AT89C51相比，AT89S51具有更突出的优点：（1）增加了在线可编程功能（ISP）（2）数据指针DPTR增加到两个，方便对片外RAM的访问（3）增加了看门狗定时器，提高了系统的抗干扰能力（4）增加了断电标志（5）增加了掉电状态下的中断恢复模式2.1.2 MCS-51系列单片机的外部特性 MCS-51系列单片机的生产工艺有两种：HMOS工艺和CHMOS工艺。最常用的40个引脚封装形式及其配置如左图所示。40只引脚按功能分为3类： （1）电源及时钟引脚: Vcc、Vss；XTAL1、XTAL

4、2。 （2）控制引脚： PSEN*、EA* 、ALE、RESET （即RST）。 （3）I/O口引脚：P0、P1、P2、P3，为4个8位I/O口的外部引脚。1电源引脚 （1）Vcc（40脚）：+5V电源； （2）Vss（20脚）：接地。2时钟引脚 （1）XTAL1（19脚）：接外部晶体，如果采用 外接振荡器时 振荡器的输出应接到此引脚上。（2）XTAL2（18脚）： 接外部晶体的另一端或悬空。3 I/O口引脚 (1) P0口：双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时复用口。 (2) P1口：8位准双向I/O口。 (3) P2口：8位准双向I/O口，与地址总线（高8位）复用。

5、 (4) P3口：8位准双向I/O口，双功能复用口。 引脚中有单功能引脚，也有双功能引脚，双功能引脚如下表所示。引脚第二功能P3.0RXD （串行口输入） P3.1TXD （串行口输出） P3.2INT0 （外部中断0输入） P3.3INT1 （外部中断1输入） P3.4T0 （定时器0的外部输入） P3.5T1 （定时器1的外部输入） P3.6WR （片外数据存储器写控制信号） P3.7RD （片外数据存储器读控制信号） 4. 控制引脚 提供控制信号，有的引脚还具有复用功能。 (1) RST/VPD(9脚)： 复位:高电平有效，持续时间至少 2个机器周期(T=12/fosc) (2) ALE

6、/PROG*（30脚）： ALE地址锁存允许： 在访问外部存储器时，ALE的下跳沿将 由P0口发出的低8位地址信号进行锁存。 在不访问外部存储器时，输出周期性信号， f=1/6fosc(3) PSEN* （29脚） 外部程序存储器的读选通信号。(4) EA*/VPP (31脚) EA*为内外程序存储器选择控制端。 EA*=1，访问片内程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH（对于8051、8751）时，即超出片内程序存储器的4K字节地址范围时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。 EA*=0，单片机则只访问外部程序存储器。练习题一、填空1、当扩展外部存储器或I/O口时，P2口用作

7、。P0口用作 。2、MCS-51有 组 位并行IO口。3、若不使用89C51片内的程序存储器，引脚 必须接地。4、当MCS-51引脚 信号有效时，表示从P0口稳定地送出了低8位地址.5、在单片机的RESET端出现_，便可以可靠复位。二、简答简述80C51单片机的4个I/O口在使用上有哪些分工和特点？三、选择1. 对于单片机8031来说，EA脚总是 。 A、接地B、接电源C、悬空D、不用 2. 单片机89C51的XTAL1和XTAL2引脚是（）引脚 A、外接定时器B、外接串行口C、外接中断D、外接晶振 3. 提高单片机的晶振频率，则机器周期 。 A、不变B、变长C、变短D、不定 4若MCS-51

8、系统中，晶振频率为8MHz，则一个机器周期等于 s。 A 1.5 B 3 C 1 D 0.55. MCS-51单片机外部有40个引脚，其中，地址锁存允许控制信号引脚是 A ALE B PSEN C EA D RST四、简答题 1、简述MCS-51系列单片机的引脚分布以及引脚作用。2.2 MCS-51系列单片机的存储器系统哈佛结构：ROM和RAM彼此独立，访问指令也不同 存储器空间可划分为4类：1. 内部程序存储器空间 8031无内部程序存储器。 2. 外部程序存储器 3. 内部数据存储器4. 外部数据存储器12345678910111213142827262524232221 20191817

9、1615EPROM276412345678910111213142827262524232221 201918171615EPROM27641234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222112345678910111213142827262524232221 201918171615RAM6264 12345678910111213142827262524232221 201918171615RAM6264 80318751805189C51片内RAM片内ROM256B（字节）4K64K64K2.2.

10、1 程序存储器 存放应用程序和表格之类的固定常数。 分为片内和片外两部分，由EA*引脚上所接的电平确定。 程序存储器中的0000H地址是系统程序的启动地址 程序存储器低端的一些地址被固定用作特定的入口地址，其入口地址及其对应功能如下表所示，通过转移指令使其转移到程序真正的起始地址去执行程序。入口地址功 能0000H复位操作后的程序入口地址0003H外部中断0的中断服务程序入口地址000BH定时计数器0溢出中断服务程序入口地址0013H外部中断1的中断服务程序入口地址001BH定时计数器1溢出中断服务程序入口地址0023H串行I/O的中断服务程序入口地址002BH定时计数器2溢出中断服务程序入口

11、地址2.2.2 数据存储器 数据存储器分为片内和片外两种，片内数据存储器的地址范围是00H-FFH，片外数据存储器的地址范围是0000H-FFFFH。1. 片外数据存储器 片外数据存储器的地址范围是0000H-FFFFH。由于访问外围IO口与访问外部数据存储器使用相同的指令，故所有外围I/O端口的地址均占用RAM单元地址，RAM与I/O端口统一编址P087H86H85H84H83H82H81H80H80HP197H96H95H94H93H92H91H90H90HP2A7HA6HA5HA4HA3HA2HA1HA0HA0HP3B7HB6HB5HB4HB3HB2HB1HB0HB0H2. 片内数据存储

12、器 普通型51子系列单片机的片内数据存储器RAM只128B，地址为007FH，而增强型52子系列单片机有256B内部RAM，地址为00FFH，其高128B的RAM和SFR的地址是重合的。特殊功能寄存器SFRFFH80H内部RAM（仅8032/8052等增强型51单片机才有）FFH80H(1)工作寄存器区（00H1FH）: 分为4个区（由PSW中的RS0和RS1的状态决定当前的工作寄存器组别）， 每个区有8个单元，分别用R0-R7来表示。第0组工作寄存器：地址范围为00H-07H；第1组工作寄存器：地址范围为08H-0FH；第2组工作寄存器：地址范围为10H-17H；第3组工作寄存器：地址范围为

13、18H-1FH。举例：如果RS0：RS1=00时；则(R0)=00H(使用第0组）如果RS0：RS1=01时；则(R0)=08H(使用第1组）如果RS0：RS1=10时；则(R0)=10H(使用第2组）如果RS0：RS1=11时；则(R0)=18H(使用第3组）(2)位寻址区（20H2FH） 16个单元，可进行128位的位寻址 该区域的16个字节单元可以用于位寻址(共128个位单元，位地址为： 00H7FH )；另外也可以作为一般的RAM使用。 举例：SETB 0FH(21H. 7)； 置位0FH为“1” CLR 0FH(21H. 7)； 置位0FH为“0”(3)用户区（30H7FH） 用户R

14、AM区，只能字节寻址，用作数据缓冲区以及堆栈区。 21个具有特殊功能的寄存器，它主要是用来存放单片机的相应功能部件的控制命令、状态或数据。3、128B特殊功能寄存器SFR（80H-0FFH）表2-2 SFR的名称及其分布高128个单元离散分布有21个特殊功能寄存器SFR。(Specific Function register） 11个可以进行位寻址(字节地址能被8整除)。特别提示：对SFR只能使用直接寻址方式，书写时可使用寄存器符号，也可用寄存器单元地址。其中常用的有以下几个：（1）、ACC（累加器，8位） 特殊用途的寄存器，专门存放操作数或运算结果。 例如：MOV A，30H（把30H单元的

15、数据传送给A） ADD A，30H（30H的数据和A的内容相加，并保存在 A中）（2）B（8位） 专门为乘除法而设置的寄存器。 存放乘数或者除数、乘积的高位字节和除数的余数 例如： MUL A，B ； A和 B相乘，结果的高低字节分别放入B和A中 DIV A，B ； （A）/（B），商存A，余数存B CY（C）：进位和借位标志，当指令执行中有进位和借位产生时，CY 为1，反之为0。 AC：辅助进位、借位标志（低半字节对高半字节的进位和借位），有进位和借位产生时，AC为1，反之为0。 F0:用户标志位，由用户自定义。 RS1和RS0：工作寄存器选择标志位。 OV：溢出标志位。当运算结果数值的绝对

16、值超过允许的最大值时，就会产生溢出, OV=C6 C7 。 P：奇偶校验位，当A中1的个数为偶数时P=0，反之为1位序D7D6D5D4D3D2D1D0位标志CYACF0RS1RS0OV/P（3）PSW（程序状态字，8位） 存放指令执行后的有关状态。（4）SP（堆栈指针，8位） 专门存放堆栈的栈顶位置。遵循“先进后出”的原则。 注意：禁止用传送指令存放数据。（5）DPTR(数据地址指针，16位） 存放程序存储器的地址或外部数据存储器的地址。可分DPH和DPL两个独立8位寄存器使用。（6）PC（程序地址寄存器，16位） 存放下一条需要执行指令的内存地址。执行指令后自动加1，常将PC值设置成程序第一

17、条指令的内存地址。 访问范围：0000-0FFFFH。AT89s51新增特殊功能寄存器（1）AUXR：D7D6D5D4D3D2D1D0WDIDLEDISRTODISALEDISALE:ALE的禁止/允许位。 0：ALE有效，发出ALE脉冲 1：仅在访问外部程序存储器有效，不访问外部存储器，ALE不发出脉冲DISRTO：禁止/允许看门狗定时器WDT溢出时的复位输出 0：WDT溢出时，允许向RST引脚输出一个高电平脉冲，使单片机复位 1：禁止WDT溢出时的复位输出WDIDLE：在空闲模式下的禁止/允许位 0：在空闲模式下继续计数 1：在空闲模式下暂停计数（2）AUXR1：D7D6D5D4D3D2D

18、1D0DPSDPS：数据指针寄存器选择位 0：选择数据指针寄存器DPTR0 1：选择数据指针寄存器DPTR1（3）看门狗定时器WDT 在后续相关部分介绍一、填空题MCS51单片机内部RAM区有 个工作寄存器区。MCS51单片机内部RAM区有 个位地址。外部中断1的中断入口地址为 ；定时器1的中断入口地址为 。89C51单片机片内RAM中位寻址区的地址范围是 ，工作寄存器区的地址范围是 ，片内程序存储器中寻址区的地址范围是 。MCS-51的堆栈是软件填写堆栈指针临时在 内开辟的区域.MCS-51片内 范围内的数据存储器，既可以字节寻址又可以位寻址。程序状态标志字寄存器PSW中的PSW.7的含义是

19、 ；PSW.0的含义是 。MCS-51中凡字节地址能被 整除的特殊功能寄存器均能寻址。MCS-51有4组工作寄存器，它们的字节地址范围是 。MCS-51系列单片机有: _, _, _, _, _等5个中断请求源。二、判断题8位二进制数构成一个字节，一个字节所能表达的数的范围是0-255。（ ） 8051中的工作寄存器就是内部RAM中的一部份。（ ）8051中特殊功能寄存器（SFR）就是内部RAM中的一部份。（ ） SP称之为堆栈指针，堆栈是单片机内部的一个特殊区域，与RAM无关。（）89C51单片机片外数据存储器与扩展I/O口统一编址。（ ）89C51单片机片内RAM的地址空间为00H7FH。

20、( )CPU每取一个指令字节，立即使程序计数器PC自动加1。（ ）第1组工作寄存器R0R7的地址是10H17H。 （ ）不能用指令对对程序计数器PC进行读写操作。（ ）程序存储器和数据存储器的作用不同，程序存储器一般用存放数据表格和程序，而数据存储器一般用来存放数据( )。PC存放的是当前执行的指令。（ ）三、简答题80C51单片机的RAM分为几部分？各有什么特点和功能？简述MCS-51系列单片机的存储器空间分布？程序状态字PSW的作用是什么？常用标志有哪些位？作用是什么？四、选择题1.内部RAM中的位寻址区定义的位是给 (A)位操作准备的 (B) 移位操作准备的 (C) 控制转移操作准备的

21、(D) 以上都对2单片机程序存储器的寻址范围是由程序计数器PC的位数决定的，MCS51的PC为16位，因此其寻址范围是 (A) 4 KB (B) 64 KB (C) 8 KB (D) 128 KB 3PC的值是 (A) 当前指令前一条指令的地址 (B) 当前正在执行指令的地址 (C) 下一条指令的地址 (D) 控制器中指令寄存器的地址 4在89C5l中，可使用的堆栈最大深度为 (A) 80个单元 (B) 32个单元 (C) 128个单元 (D) 8个单元 5位处理器是单片机面向控制应用的重要体现，下列中不属于位处理器资源的是 (A) 位累加器Cy (B) 通用寄存器的各个位 (C) 特殊功能寄

22、存器的可寻址位 (D) 位操作指令集 6. 在单片机中，通常将一些中间计算结果放在（ ）中。 A、累加器 B、控制器 C、程序存储器 D、数据存储器 7. 单片机应用程序一般存放在（ ） 中。 A、RAM B、ROM C、寄存器 D、CPU 8. 单片机上电后或复位后，工作寄存器R0是在（） A、0区00H单元B、0区01H单元C、0区09H单元D、SFR 9. 单片机的堆栈指针SP始终是（） A、指示堆栈底B、指示堆栈顶 C、指示堆栈地址D、指示堆栈长度 10. 8051单片机中既可位寻址又可字节寻址的单元是（） A、20HB、30HC、00HD、70H8051单片机中片内RAM共有（ ）字

23、节 A、128 B、256 C、4K D、64K 12. 当寄存器P S W的R S 0和R S 1分别为1和0时，系统选用的工作寄存器组为（ ） A、组0 B、组1 C、组2 D、组3 13. 在堆栈操作中，当进栈数据全部弹出后，这时S P应指向（ ） A、栈底单元 B、7FH单元 C 、栈底单元地址加1 D、栈底单元地址减1 14. 89C51单片机中，唯一一个用户不能直接使用的寄存器是（ ） A、P S W B、D P T R C 、P C D、B 15. 89C51单片机中，唯一一个用户可使用的16位寄存器是（ ） A、P S W B、D P T R C 、A D、P C 2.3 MC

24、S-51系列单片机的时钟电路、复位电路 时钟电路用于产生MCS-51单片机工作所必需的时钟控制信号。 复位电路用于使单片机或系统中的其他部件处于某种确定的状态2.3.1 时钟电路 时钟频率直接影响单片机的速度，电路的质量直接影响系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：内部时钟方式和外部时钟方式。一、内部时钟方式 片内一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。 2.6（a）时钟电路内部振荡方式 C1和C2典型值通常选择为30pF左右。 晶体的振荡频率在1.2MHz12MHz之间。某些高速单片机芯片的时钟频率已达40MHz。二、外部时钟方

25、式 常用于多片MCS-51单片机同时工作。 图2.6 时钟电路外部振荡方式2.3.2 复位电路 MCS-51系列单片机的RST引脚为复位引脚，只要在RST引脚上引入一个至少保持两个机器周期的高电平，单片机就可以复位 C 10uFR5k+5VRST51单片机 上电复位C 10ufR2 200+5VRST51单片机 R15k按键复位单片机复位以后进入初始化状态，初始化状态为：（1）PC=0000H，复位后单片机从0000H开始执行程序（2）PSW=00H，当前工作寄存器组为第0组（3）SP=07H，复位后堆栈区从RAM08H开始（4）各定时器/计数器初值为0（5）中断禁止工作（6）所有中断设置为低

26、优先级中断状态（7）P0P3=FFH2.3.3 机器周期、指令周期 （1）时钟周期 T=1/fosc （2）机器周期：完成一个基本操作所需要的时间 T=12/fosc （3）指令周期：完成一条指令所需的时间思考题及习题在AT89S51单片机中，如果采用6MHz的晶振，一个机器周期为（ ）AT89C51单片机的机器周期等于（ ）时钟振荡周期内部RAM中位地址为40H、80H的位，该位所在字节的字节地址分别是（ ）和（ ）。片内字节地址为2AH单元的最低位位地址是（ ），片内字节地址为88H单元的最低位的位地址是（ ）。若A中的内容为63H，那么P标志位的值为（ ）。AT89C51单片机复位以后，R4所对应的存储单元的地址为