微機(jī)原理與單片微機(jī)系統(tǒng)及應(yīng)用教材：《微機(jī)原理與單片微機(jī)系統(tǒng)及應(yīng)用》機(jī)械工業(yè)出版社，2019.10.謝維成，楊加國(guó)西華大學(xué)第6章51單片機(jī)基本原理基本內(nèi)容：8051的基本組成；

8051的中央處理器結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成的并行接口；51單片機(jī)的外部引腳及片外總線；單片機(jī)的工作方式；51系列單片機(jī)的時(shí)序。學(xué)習(xí)要點(diǎn)：51單片機(jī)的中央處理器結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、并行接口；外部引腳及片外總線；6.151系列單片機(jī)簡(jiǎn)介對(duì)于51子系列，主要有8031、8051、8751三種機(jī)型，它們的指令系統(tǒng)與芯片引腳完全兼容，僅片內(nèi)程序存儲(chǔ)器有所不同，8031芯片不帶ROM，8051芯片帶4KB的ROM，8751芯片帶4KB的EPROM。51子系列單片機(jī)的主要特點(diǎn)如下：8位CPU。片內(nèi)帶振蕩器，頻率范圍1.2MHz～12MHz。片內(nèi)帶128B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址空間為64KB。片內(nèi)可帶4KB的程序存儲(chǔ)器。程序存儲(chǔ)器的尋址空間為64KB。128個(gè)用戶位尋址空間。21個(gè)字節(jié)特殊功能寄存器。4個(gè)8位的并行I/O接口：P0、P1、P2、P3。

兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。兩個(gè)優(yōu)先級(jí)別的5個(gè)中斷源。1個(gè)全雙工的串行I/O接口，可多機(jī)通信。111條指令，含乘法指令和除法指令。片內(nèi)采用單總線結(jié)構(gòu)。有較強(qiáng)的位處理能力。采用單一+5V電源。

對(duì)于52子系列，有8032、8052、8752三種機(jī)型。52子系列與51子系列相比大部分相同，不同之處在于：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器增至256B；8032芯片不帶ROM，8052芯片帶8KB的ROM，8752芯片帶8KB的EPROM；有3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；6個(gè)中斷源。6.28051的結(jié)構(gòu)原理6.2.18051的基本組成及內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.8051的基本組成2.8051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)6.2.28051的中央處理器（CPU）1.運(yùn)算部件以算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU為核心，包含累加器ACC（A）、B寄存器、暫存器1、暫存器2、標(biāo)志寄存器PSW等部件。

邏輯運(yùn)算單元ALU：8位的運(yùn)算器，可以實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳輸、程序轉(zhuǎn)移等功能。

累加器ACC（A）：參與絕大多數(shù)運(yùn)算處理。寄存器B稱為輔助寄存器：輔助累加器ACC（A）完成乘法和除法運(yùn)算。6.2.28051的中央處理器（CPU）

標(biāo)志寄存器PSW：用于保存指令執(zhí)行的狀態(tài)，以供程序查詢和判別；4位狀態(tài)標(biāo)志和2位控制標(biāo)志。D7D6D5D4D3D2D1D0CACF0RS1RS0OV-PPSWC（PSW.7）：進(jìn)位或借位標(biāo)志位。AC（PSW.6）：輔助進(jìn)位或借位標(biāo)志位。F0（PSW.5）：用戶標(biāo)志位。RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）：寄存器組選擇位OV(PSW.2)：溢出標(biāo)志位。P(PSW.0)：偶校驗(yàn)標(biāo)志位?！纠?-1】試分析下面指令執(zhí)行后，累加器A，標(biāo)志位C、AC、OV、P的值。

MOVA,#67H

ADDA,#58H

加法運(yùn)算過(guò)程如下：

67H=01100111B58H=01011000B

01100111B

+

01011000B

10111111=0BFH則執(zhí)行后累加器A中的值為0BFH，由相加過(guò)程得C=0、AC=0、OV=1、P=1。2.控制部件

包括定時(shí)和控制電路、指令寄存器、指令譯碼器、程序指針PC、PC增量器、堆棧指針SP、數(shù)據(jù)指針DPTR以及信息傳送控制部件等。程序指針寄存器PC是一個(gè)16位的寄存器，8051單片機(jī)通過(guò)PC控制從程序存儲(chǔ)器取指令。堆棧指針寄存器SP，8位，用于控制對(duì)堆棧空間進(jìn)行操作，堆棧空間位于片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR，16位，DPTR作指針控制對(duì)片外64KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行訪問(wèn)。可分為高8位（DPH）和低8位（DPL）。6.2.38051的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器存放程序，一般由只讀存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成，又可簡(jiǎn)稱為ROM；也可存放固定不變的常數(shù)和數(shù)據(jù)表格，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：存放數(shù)據(jù)，一般用隨機(jī)存儲(chǔ)器構(gòu)成，所以又可簡(jiǎn)稱為RAM。通常用作工作區(qū)及存放數(shù)據(jù)。程序存儲(chǔ)器：1.程序存儲(chǔ)器1） 程序存儲(chǔ)器的編址與訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器總?cè)萘繛?4KB，地址范圍0000H～0FFFFH。從物理結(jié)構(gòu)分片內(nèi)和片外，8031和8032片內(nèi)沒(méi)有集成程序存儲(chǔ)器，8751情況與8051片內(nèi)集成4KB，8052和8752內(nèi)部集成了8KB程序存儲(chǔ)器。

片內(nèi)程序存儲(chǔ)器地址范圍0000H～0FFFH（1FFFH），片外程序存儲(chǔ)器地址范圍0000H～FFFFH。片內(nèi)和片外通過(guò)芯片上（—EA）片外程序存儲(chǔ)器選用端引腳區(qū)分。具體見(jiàn)下圖：2） 程序存儲(chǔ)器的特殊地址地址特點(diǎn)0000H復(fù)位地址0003H外部中斷0中斷入口地址000BH定時(shí)/計(jì)數(shù)器0中斷入口地址0013H外部中斷1中斷入口地址001BH定時(shí)/計(jì)數(shù)器1中斷入口地址0023H串行口中斷入口地址002BH定時(shí)/計(jì)數(shù)器2中斷入口地址(僅52子系列有)2.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分為片內(nèi)隨機(jī)存儲(chǔ)塊和特殊功能寄存器（SFR）塊。片內(nèi)隨機(jī)存儲(chǔ)塊128或256（52）字節(jié)，地址范圍00H～7FH或FFH（52）。

特殊功能寄存器（SFR）塊128字節(jié)，地址范圍80H～0FFH；片內(nèi)隨機(jī)存儲(chǔ)塊按功能又可以分成以下幾個(gè)部分：工作寄存器組區(qū)、位尋址區(qū)、一般RAM區(qū)和堆棧區(qū)。（1）工作寄存器組區(qū)（通用寄存器）00H～1FH單元，共32個(gè)字節(jié)。分4組，稱為0組、1組、2組和3組。每組8個(gè)，依次用R0～R7表示和使用。組的選擇見(jiàn)前面。（2）位尋址區(qū)。20H～2FH單元，16字節(jié)，128位?？梢园次环绞绞褂?，位地址范圍為00H～7FH。字節(jié)單元地址D7D6D5D4D3D2D1D020H070605040302010021H0F0E0D0C0B0A090822H171615141312111023H1F1E1D1C1B1A191824H272625242322212025H2F2E2D2C2B2A292826H373635343332313027H3F3E3D3C3B3A393828H474645444342414029H4F4E4D4C4B4A49482AH57565554535251502BH5F5E5D5C5B5A59582CH67666564636261602DH6F6E6D6C6B6A69682EH77767574737271702FH7F7E7D7C7B7A7978（3）一般RAM區(qū)。30H～7FH或FFH(52)是一般RAM區(qū)，也稱為用戶RAM區(qū)，共80(208)字節(jié)，用字節(jié)地址按字節(jié)方式使用。（4）堆棧區(qū)與堆棧指針。存儲(chǔ)器中按“先入后出、后入先出”的原則進(jìn)行管理的一段存儲(chǔ)區(qū)域。通過(guò)堆棧指針SP管理。堆棧有入棧和出棧兩種操作，入棧時(shí)先改變堆棧指針SP，再送入數(shù)據(jù)，出棧時(shí)先送出數(shù)據(jù)，再改變堆棧指針SP。根據(jù)入棧方向堆棧一般分兩種：向上生長(zhǎng)型和向下生長(zhǎng)型。向上生長(zhǎng)型堆棧

向下生長(zhǎng)型堆棧8051單片機(jī)堆棧：向上生長(zhǎng)型，位于片內(nèi)隨機(jī)存儲(chǔ)塊，以字節(jié)為單位，復(fù)位時(shí)，SP的初值為07H，因此復(fù)位時(shí)堆棧實(shí)際上是從08H開(kāi)始。（5）特殊功能寄存器。

除PC外，8051有18個(gè)特殊功能寄存器，其中3個(gè)為雙字節(jié)，共占用21個(gè)字節(jié)。對(duì)于52子系列，特殊寄存器有21個(gè)，其中5個(gè)為雙字節(jié)，共占用26個(gè)字節(jié)。CPU專用寄存器：累加器A(E0H)，寄存器B(F0H)，程序狀態(tài)寄存器PSW（D0H），堆棧指針SP（81H），數(shù)據(jù)指針DPTR（82H、83H）。并行接口：P0～P3（80H、90H、A0H、B0H）。串行接口：串口控制寄存器SCON（98H），串口數(shù)據(jù)緩沖器SBUF（99h），電源控制寄存器PCON（87H）。定時(shí)/計(jì)數(shù)器：方式寄存器TMOD（89H），控制寄存器TCON（88H），初值寄存器TH0、TL0（8CH、8AH）/TH1、TL1（8DH、8BH）。中斷系統(tǒng)：中斷允許寄存器IE（A8H），中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP（B8H）。定時(shí)/計(jì)數(shù)器2相關(guān)寄存器：定時(shí)/計(jì)數(shù)器2控制寄存器T2CON(CBH)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器2自動(dòng)重裝寄存器RLDL、RLDH(CAH、CBH)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器2初值寄存器TH2、TL2(CDH、CCH)(僅52子系列有)。2） 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

片外用RAM芯片擴(kuò)展，最多為64KB，地址范圍為0000H～0FFFFH。通過(guò)DPTR作指針間接方式訪問(wèn)。低端的256字節(jié)，也可用兩位十六進(jìn)制地址編址，地址范圍為00H～0FFH，用R0和R1間接方式訪問(wèn)。6.2.48051的輸入/輸出接口

4個(gè)8位的并行I/O接口：P0、P1、P2和P3。既可以作輸入，也可以作輸出，既可按8位處理，也可按位方式使用。輸出時(shí)具有鎖存能力，輸入時(shí)具有緩沖功能。1.P0口地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用接口。通用的I/O接口

作通用的I/O接口，輸出時(shí)，須外接上拉電阻。輸入時(shí)，須先向輸出鎖存器寫(xiě)寫(xiě)“1”。2.P1口只能作通用I/O接口使用。

通用I/O輸入時(shí)，也須先向輸出鎖存器寫(xiě)寫(xiě)“1”。3.P2口

通用I/O接口高8位地址線。

通用I/O輸入時(shí)，也須先向輸出鎖存器寫(xiě)寫(xiě)“1”。4.P3口

通用I/O接口每一根線還具有獨(dú)立的第二種功能P3口的引腳第二功能P3.0

RXD串行口輸入端P3.1

TXD串行口輸出端P3.2

外部中斷0請(qǐng)求輸入端，低電平有效P3.3外部中斷1請(qǐng)求輸入端，低電平有效P3.4

定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端P3.5

定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端P3.6—WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)信號(hào)，低電平有效P3.7

—RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀信號(hào)，低電平有效

通用I/O輸入時(shí)，也須先向輸出鎖存器寫(xiě)“1”。6.351單片機(jī)的外部引腳及片外總線6.3.151單片機(jī)的外部引腳1.輸入/輸出引腳1) P0口（39～32引腳）2) P1口（1～8引腳）3) P2口（21～28引腳）4) P3口（10～17引腳）2.主電源引腳VCC（40引腳）：接+5V電源正端。VSS（20引腳）：接+5V電源地端。3.外接晶體引腳XTAL1、XTAL2（19、18引腳）：4.控制線1) ALE/PROG（30引腳）2) —PSEN（29引腳）3) RST/Vpd（9引腳）4) —EA/VPP（31引腳）(a)內(nèi)部時(shí)鐘方式(b)HMOS工藝外接時(shí)鐘(c)CHMOS工藝外接時(shí)鐘圖6-13時(shí)鐘電路6.3.251單片機(jī)片外總線1.片外地址總線寬度16位。由P0口經(jīng)地址鎖存器提供低8位(A7～A0)，P2口提供高8位(A15～A8)而形成。2.片外數(shù)據(jù)總線寬度8位，由P0口直接提供。3.片外控制總線第二功能狀態(tài)下的P3口和4根獨(dú)立的控制線RST、EA、ALE和PSEN組成。4.用戶I/O線P1口，P3口第二功能沒(méi)有使用的信號(hào)線，P0、P2口沒(méi)有用作地址線、數(shù)據(jù)線時(shí)也可以用來(lái)作用戶I/O線。6.451系列單片機(jī)的時(shí)序6.5.1時(shí)鐘周期、機(jī)器周期和指令周期時(shí)鐘周期（振蕩周期）：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)部時(shí)鐘電路產(chǎn)生（或外部時(shí)鐘電路送入）的信號(hào)周期。指令周期：計(jì)算機(jī)從取一條指令開(kāi)始，到執(zhí)行完該指令所需要的時(shí)間稱為指令周期。機(jī)器周期：機(jī)器周期是單片機(jī)的基本操作周期，每個(gè)機(jī)器周期包含S1、S2、、S66個(gè)狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)包含兩拍P1和P2，每一拍為一個(gè)時(shí)鐘周期(振蕩周期)。ALE信號(hào)：每個(gè)機(jī)器周期固定地輸出兩次，分別在S1P2和S4P2。6.5.251單片機(jī)指令的時(shí)序單字節(jié)單周期指令雙字節(jié)單周期指令單字節(jié)雙周期指令6.551單片機(jī)的工作方式6.5.1復(fù)位方式上電復(fù)位和按鈕復(fù)位特殊功能寄存器初始內(nèi)容特殊功能寄存器初始內(nèi)容A00H