第二章51單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳功能,18051硬件組成結(jié)構(gòu),1.1MCS-51單片機(jī)包含的功能部件8位CPU振蕩器和時(shí)鐘電路（20MHz）128字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM4K字節(jié)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器ROM可尋址擴(kuò)展的外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器各64K21個(gè)特殊功能寄存器SFR32線雙向，可獨(dú)立尋址的并行I/O口1個(gè)全雙工串行I/O口2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源，2級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)具有較強(qiáng)的位處理（布爾）能力,1.28051單片機(jī)引腳說明,主電源引腳：Vss;Vcc外接晶振或外部振蕩器引腳:XTAL1;XTAL2控制，選通或電源復(fù)用引腳:RST/VPD;ALE/PROG;PSEN;EA/VPD多功能I/O口引腳:P0;P1;P2;P3口,VSS（第20腳）：單片機(jī)電源地；VCC（第40腳）：單片機(jī)電源正極，正常運(yùn)行和編程狀態(tài)時(shí)均為+5V。,+5V直流電源給單片機(jī)供電,XTAL1（第19腳）：接外部晶振的一個(gè)引腳；當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地；XTAL2（第18腳）：接外部晶振的一個(gè)引腳；當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接外部振蕩信號(hào)的輸入。,使用單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路外接晶振提供工作時(shí)鐘,使用外部產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)提供工作時(shí)鐘,內(nèi)部一個(gè)高增益反相放大器與片外石英晶體或陶瓷諧振器構(gòu)成了一個(gè)自激振蕩器。晶體振蕩器的振蕩頻率決定單片機(jī)的時(shí)鐘頻率。,RST/VPD（9腳）復(fù)位信號(hào)輸入端和后備電源輸入端。單片機(jī)工作時(shí)輸入脈寬2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)晶振周期）以上的高電平時(shí)單片機(jī)復(fù)位。當(dāng)單片機(jī)掉電后，向該引腳供電可使內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的值保持。,一般復(fù)位電路：1）上電復(fù)位2）手動(dòng)復(fù)位,復(fù)位的作用得到一個(gè)可知的上電狀態(tài);工作時(shí)可隨時(shí)重新初始化硬件，重新開始;協(xié)調(diào)多個(gè)器件同步工作;電源穩(wěn)定后再工作，靠復(fù)位來確定單片機(jī)開始工作;在上電后控制程序開始的準(zhǔn)確時(shí)間;,復(fù)位電路設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)復(fù)位的條件（時(shí)間，電平）復(fù)位后各部件的狀態(tài)（見課本24頁）復(fù)位電路一般要包含上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位在工業(yè)控制中，有時(shí)要求添加外部輔助復(fù)位電路，用于在硬件或電源故障時(shí)自動(dòng)發(fā)出復(fù)位信號(hào)。,幾個(gè)重要的復(fù)位狀態(tài)：PC=0000HP0,P1,P2,P3=0FFHPSW=00HSP=07H,RST/VPD腳還可在主電源掉電時(shí)，從該引腳向內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM供電（只向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器供電，單片機(jī)其它部件均已斷電），使內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的值保持不變。注意：VPD必須在主電源撤消前引入,ALE/PROG（30腳）地址鎖存允許信號(hào)，輸出腳，高有效，還可在對(duì)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器編程時(shí)充當(dāng)編程時(shí)鐘信號(hào)輸入腳。PSEN（29腳）訪問外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。在擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，提供讀有效信號(hào)。EA/VPP（31腳）當(dāng)EA接低電平時(shí)，單片機(jī)CPU只訪問外部程序存儲(chǔ)器，內(nèi)部程序存儲(chǔ)器失效；當(dāng)EA接高電平時(shí)，單片機(jī)CPU使用內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但當(dāng)訪問地址大于內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)向訪問外部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)對(duì)單片機(jī)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器進(jìn)行編程時(shí)，該引腳提供編程電壓,8051單片機(jī)與2716存儲(chǔ)器連接圖,P0口（3239腳）：作I/O口時(shí)為8位漏極開路的I/O端口，當(dāng)單片機(jī)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)為低8位地址總線和數(shù)據(jù)總線的復(fù)用總線。P1口（18腳）：8位準(zhǔn)雙向并行I/O端口。(guangxin)P2口（2128腳）：作I/O口時(shí)為8位準(zhǔn)雙向I/O端口，當(dāng)單片機(jī)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，作高8位地址總線。P3口（1017腳）：做I/O口時(shí)，為8位準(zhǔn)雙向I/O端口；每一位還有第二特殊功能，具體功能如下：P3.0（10腳）RXD：串行數(shù)據(jù)接收端。P3.1（11腳）TXD：串行數(shù)據(jù)發(fā)送端。P3.2（12腳）INT0：外部中斷0請(qǐng)求端，低電平有效。P3.3（13腳）INT1：外部中斷1請(qǐng)求端，低電平有效。P3.4（14腳）T0：定時(shí)計(jì)數(shù)器0外部時(shí)鐘輸入端。P3.5（15腳）T1：定時(shí)計(jì)數(shù)器1外部時(shí)鐘輸入端。P3.6（16腳）WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)，低電平有效。P3.7（17腳）RD：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，低電平有效。,P0,P1,P2,P3是單片機(jī)與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的唯一接口，且都為多功能口，可自動(dòng)切換用作數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線或I/O接口引腳。,INTERRUPTCONTROL,4KROM,CPU,OSC,BUSCONTROL,128BYTESRAM,4I/OPORTS,SERIALPORT,TIMER1,TIMER0,EARST,XTAL1XTAL2,ALEWRRDPSEN,P0P1P2P3,TXDRXD,T1T0,INT1INT0,VCCVSS,BlockDiagramofthe8051Core,1.3MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu),1.4MCS51單片機(jī)專用寄存器,累加器A：直接與內(nèi)部總線相連，用于參加各種運(yùn)算指令，并存放其結(jié)果，需要ALU處理的數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果多數(shù)要經(jīng)過A累加器，是整個(gè)單片機(jī)運(yùn)算中最核心的寄存器。寄存器B：與A累加器配合執(zhí)行乘、除運(yùn)算。也可用作通用寄存器。程序狀態(tài)字PSW：存放ALU運(yùn)算過程的標(biāo)志狀態(tài)（課本15頁）CyACF0RS1RS0OVP,1）Cy：進(jìn)位標(biāo)志位(電信)保存運(yùn)算后最高位的進(jìn)位/借位狀態(tài)，當(dāng)有進(jìn)位/借位，Cy=1，否則Cy=0。2）AC：輔助進(jìn)位標(biāo)志位保存低半字節(jié)的進(jìn)位/借位狀態(tài)，當(dāng)D3產(chǎn)生進(jìn)位/借位，AC=1，否則AC=0。用于十進(jìn)制調(diào)整。3）OV：溢出標(biāo)志位OV=Cy7Cy6，補(bǔ)碼運(yùn)算產(chǎn)生溢出OV=1，否則OV=0。4）P：奇偶標(biāo)志位反映累加器A中數(shù)據(jù)的奇偶性。當(dāng)1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，P=1，否則P=0。,堆棧指針SP堆棧是按“先進(jìn)后出”原則存取數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)。MCS-51堆棧設(shè)在片內(nèi)RAM區(qū)。數(shù)據(jù)入棧/出棧時(shí)，SP自動(dòng)加1/減1，其內(nèi)容始終為棧頂?shù)刂贰?fù)位時(shí)SP=07H。數(shù)據(jù)指針DPTR（DPH,DPL）：存放片外存儲(chǔ)器地址，訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)作為片外存儲(chǔ)器的指針。可分成兩個(gè)8位寄存器DPH、DPL使用，DPH存放地址的高8位，DPL存放地址的低8位。程序計(jì)數(shù)器PC(16位)：CPU總是按PC的指示讀取程序。PC可自動(dòng)加1。因此CPU執(zhí)行程序一般是順序方式。當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)移、子程序調(diào)用、中斷和復(fù)位等操作，PC被強(qiáng)制改寫，程序執(zhí)行順序也發(fā)生改變。復(fù)位時(shí)，PC=0000H。PC寄存器沒有分配地址不能被訪問。,1.5MCS51單片機(jī)時(shí)鐘與時(shí)序,時(shí)鐘周期：單片機(jī)工作的基本頻率信號(hào)，是單片機(jī)內(nèi)的最高頻率，由單片機(jī)振蕩電路產(chǎn)生或外部振蕩電路提供。8051的時(shí)鐘頻率范圍要求在1.2MHz12MHz之間。,機(jī)器周期：單片機(jī)完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間，也是單片機(jī)完成一條指令所需的最短時(shí)間，MCS51單片機(jī)中一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)時(shí)鐘周期組成。,指令周期：一條指令的執(zhí)行時(shí)間。指令以機(jī)器周期為單位，即所有指令周期都是機(jī)器周期的整數(shù)倍，如單周期、雙周期和四周期指令。,課外作業(yè),當(dāng)8051振蕩脈沖頻率為12MHz時(shí)，請(qǐng)分別計(jì)算時(shí)鐘周期、ALE周期（無MOVX指令）、機(jī)器周期的大小，以及執(zhí)行一條單字節(jié)雙周期所用的時(shí)間？,1.6并行I/O口結(jié)構(gòu),并行I/O口的共同特點(diǎn):并口與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址，作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的特殊功能寄存器來訪問,寄存器名分別為：P0、P1、P2、P3；P0、P1、P2、P3各對(duì)應(yīng)8個(gè)I/O口，8051共有32位I/O口；P0、P1、P2、P3均可作準(zhǔn)雙向I/O口用，同時(shí)在單片機(jī)擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，P0口還可作低8位地址和數(shù)據(jù)總線，P2口還可作高8位地址總線，P3口還具有第二特殊功能；P0、P1、P2、P3均由鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)電路和輸入緩沖器組成。,1.6.1P0口內(nèi)部結(jié)構(gòu),P0口的字節(jié)地址為80H，位地址為80H87H。P0口有兩種功能：,準(zhǔn)雙向I/O口（控制線為1）低8位地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用（控制線0）,P0口用于低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線時(shí)，可用于擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。1.輸出地址和數(shù)據(jù)時(shí)，控制線1，MUX與地址和數(shù)據(jù)總線相連，鎖存器和引腳斷開，鎖存器的值不影響引腳電平；2.輸入數(shù)據(jù)時(shí)，控制線0，MUX與鎖存器相連，此時(shí)CPU將自動(dòng)向P0口輸出0FFH，T1和T2均關(guān)斷，輸出驅(qū)動(dòng)電路由于處于高阻狀態(tài)，不影響輸入。,1.P0口用于準(zhǔn)雙向I/O口時(shí)，控制信號(hào)為0，MUX與鎖存器相連，T1截止。故P0.x為漏極開路輸出，一般需外接上拉電阻;2.P0口用于準(zhǔn)雙向I/O口時(shí)，由于輸入時(shí)T2不能影響輸入，故T2必須截止。即鎖存器應(yīng)為1，因此，作輸入時(shí)，要人為的將P0的鎖存器置1（所以稱為準(zhǔn)雙向I/O口）,上拉電阻,在訪問P0口時(shí)存在兩種訪問情況：一種是訪問鎖存器，一種是訪問引腳，在寫P0口時(shí)寫鎖存器和寫引腳是一致的，其實(shí)質(zhì)都是寫鎖存器；但在讀P0口時(shí)，讀鎖存器和讀引腳就不一樣了，因?yàn)殒i存器和引腳的值有時(shí)是不同的。讀引腳指令讀引腳操作讀修改寫指令讀鎖存器操作（課本21頁有讀修改寫指令的舉例）,以P0口為目的操作數(shù)的指令都是讀P0口鎖存器,1.6.2P1口內(nèi)部結(jié)構(gòu),P1口的字節(jié)地址為90H，位地址為90H97H。P1口是帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口,在訪問P1口時(shí)存在兩種訪問情況：一種是訪問鎖存器，一種是訪問引腳，在寫P1口時(shí)寫鎖存器和寫引腳是一致的，其實(shí)質(zhì)都是寫鎖存器；但在讀P1口時(shí)，讀鎖存器和讀引腳就不一樣了，因?yàn)殒i存器和引腳的值有時(shí)是不同的。讀引腳指令讀引腳操作讀修改寫指令讀鎖存器操作（課本21頁有讀修改寫指令的舉例）,以P1口為目的操作數(shù)的指令都是讀P1口鎖存器,P1口部分電氣特性：,注意I/O口的負(fù)載能力（課本185頁有部分8051電氣特性）,1.6.3P2口內(nèi)部結(jié)構(gòu),P2口的字節(jié)地址為A0H，位地址為A0HA7H。P2口有兩種功能：,準(zhǔn)雙向I/O口高8位地址總線,P2口用于高8位地址總線時(shí)，可用于擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。輸出地址時(shí)，MUX與地址總線相連，鎖存器和引腳斷開，鎖存器的值不影響引腳電平。,1.P2口用于準(zhǔn)雙向I/O口時(shí)，MUX與鎖存器相連。內(nèi)部有上拉電阻。輸出1時(shí)，引腳為高電平，輸出0時(shí)，引腳為低電平;2.P2口用于準(zhǔn)雙向I/O口時(shí)，由于輸入時(shí)T不能影響輸入，故T必須截止，即Q1，鎖存器應(yīng)為1，因此作輸入時(shí)，要人為的將P2的鎖存器置1（所以稱為準(zhǔn)雙向I/O口）,在訪問P2口時(shí)存在兩種訪問情況：一種是訪問鎖存器，一種是訪問引腳，在寫P2口時(shí)寫鎖存器和寫引腳是一致的，其實(shí)質(zhì)都是寫鎖存器；但在讀P2口時(shí)，讀鎖存器和讀引腳就不一樣了，因?yàn)殒i存器和引腳的值有時(shí)是不同的。讀引腳指令讀引腳操作讀修改寫指令讀鎖存器操作（課本21頁有讀修改寫指令的舉例）,以P2口為目的操作數(shù)的指令都是讀P2口鎖存器,1.6.4P3口內(nèi)部結(jié)構(gòu),P3口的字節(jié)地址為B0H，位地址為B0HB7H。P3口有兩種功能：,準(zhǔn)雙向I/O口第二變異功能（第二特殊功能）,P3口用于第二特殊功能時(shí)，應(yīng)將鎖存器置1，使鎖存器的值不影響第二功能的數(shù)據(jù)傳遞。,P3.0（10腳）RXD：串行數(shù)據(jù)接收端P3.1（11腳）TXD：串行數(shù)據(jù)發(fā)送端P3.2（12腳）INT0：外部中斷0請(qǐng)求端，低電平有效P3.3（13腳）INT1：外部中斷1請(qǐng)求端，低電平有效P3.4（14腳）T0：定時(shí)計(jì)數(shù)器0外部時(shí)鐘輸入端P3.5（15腳）T1：定時(shí)計(jì)數(shù)器1外部時(shí)鐘輸入端P3.6（16腳）WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)，低電平有效P3.7（17腳）RD：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，低電平有效,1.P3口用于準(zhǔn)雙向I/O口時(shí)，第二功能輸出線自動(dòng)置1，不影響I/O的輸出。內(nèi)部有上拉電阻。輸出1時(shí)，引腳為高電平;2.P3口用于準(zhǔn)雙向I/O口時(shí)，由于輸入時(shí)T不能影響輸入，故T必須截止，即Q1，鎖存器應(yīng)置1，因此作輸入時(shí)，要人為的將P3的鎖存器置1（所以稱為準(zhǔn)雙向I/O口）,在訪問P3口時(shí)存在兩種訪問情況：一種是訪問鎖存器，一種是訪問引腳，在寫P3口時(shí)寫鎖存器和寫引腳是一致的，其實(shí)質(zhì)都是寫鎖存器；但在讀P3口時(shí)，讀鎖存器和讀引腳就不一樣了，因?yàn)殒i存器和引腳的值有時(shí)是不同的。讀引腳指令讀引腳操作讀修改寫指令讀鎖存器操作（課本21頁有讀修改寫指令的舉例）,以P3口為目的操作數(shù)的指令都是讀P3口鎖存器,1.7節(jié)電運(yùn)行方式,凍結(jié)運(yùn)行方式：關(guān)閉CPU，但中斷系統(tǒng)、定時(shí)器、串口仍然工作，CPU和RAM的值均保持不變。進(jìn)入方法：程序員將節(jié)電控制寄存器的PCON.IDL置1退出方法：,產(chǎn)生中斷請(qǐng)求同時(shí)復(fù)位PCON.IDLRST復(fù)位同時(shí)復(fù)位PCON,凍結(jié)方式,1.7節(jié)電運(yùn)行方式,掉電保持方式：關(guān)閉時(shí)鐘電路輸出，單片機(jī)內(nèi)所有部件均停止工作，RAM的值保持不變。當(dāng)單片機(jī)處于掉電保持時(shí)VCC可以降低到2V。進(jìn)入方法：程序員將節(jié)電控制寄存器的PCON.PD置1退出方法：RST復(fù)位,掉電方式,SMOD：波特率加倍位GF1：程序員使用GF0：程序員使用PD：掉電方式位，當(dāng)PD=1時(shí)，進(jìn)入掉電方式IDL：凍結(jié)方式位，當(dāng)IDL1時(shí)，進(jìn)入凍結(jié)方式復(fù)位時(shí)PCON=00H,-,IDL,PD,GF0,GF1,-,-,SMOD,節(jié)電控制寄存器PCON,保留位建議不要使用,課外作業(yè),