12.1MCS-51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介2.280C51的內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)2.389C51的引腳功能2.480C51單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)2.5單片機(jī)的時(shí)鐘和復(fù)位電路2.5.1時(shí)鐘電路2.5.2時(shí)序2.5.3復(fù)位電路2.6單片機(jī)的低功耗模式2.6.1待機(jī)方式設(shè)計(jì)2.6.2掉電方式設(shè)計(jì)22.1MCS-51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介MCS-51系列單片機(jī)是美國(guó)Intel公司于1980年推出8位單片機(jī)，由51和52兩個(gè)子系列組成。51子系列主要包含8031、8051、8751三個(gè)品種，有相同的指令系統(tǒng)與芯片引腳，只是片內(nèi)ROM不同，其中8031芯片不帶片內(nèi)ROM，8051芯片帶4KBROM，8751芯片帶4KBEPROM。52子系列主要包括8032、8052、8752三種機(jī)型，與51子系列相比，片內(nèi)RAM增至256B；8032不帶ROM，8052帶8KBROM，8752帶8KBEPROM；片內(nèi)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器增加至3個(gè)16位；中斷源增至6個(gè)。32.280C51的內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)80C51片內(nèi)主要硬件結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，由片內(nèi)單一總線連接各功能部件，其CPU通過(guò)特殊功能寄存器對(duì)各功能部件進(jìn)行集中控制。80C51主要內(nèi)包含下列部件。（1）8位CPU。（2）片內(nèi)振蕩器（頻率1.2~12MHZ）。（3）片內(nèi)RAM（128B）。（4）片內(nèi)ROM（4KB）。（5）程序存儲(chǔ)器（64KB）。（6）片外RAM（64KB）。圖2-180C51片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)5（7）位尋址空間（128bit）。（8）特殊功能寄存器（51子系列21個(gè)）。（9）4個(gè)8位可編程并口（P0、P1、P2、P3）。（10）2個(gè)可編程的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T0、T1）。（11）5個(gè)中斷源（2個(gè)優(yōu)先級(jí)別）。（12）1個(gè)全雙工的串行I/O接口。（13）111條指令（含乘法和除法指令）。（14）片內(nèi)單總線結(jié)構(gòu)。（15）較強(qiáng)位處理能力。（16）+5V電源供電。介紹圖2-1中片內(nèi)各功能部件。（1）8位CPU80C51具有8位數(shù)據(jù)寬度的CPU，CPU由運(yùn)算器和控制器兩大部分構(gòu)成，其中，運(yùn)算器以算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU為核心，包含累加器ACC（簡(jiǎn)稱(chēng)A）、B寄存器、暫存器、程序狀態(tài)字寄存器PSW、以進(jìn)位標(biāo)志位C為累加器的布爾處理器等，實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、位運(yùn)算（置1、清0、取反、轉(zhuǎn)移、邏輯與、或以及位傳送等）和數(shù)據(jù)傳輸?shù)??？刂破魍ㄟ^(guò)控制指令的讀入、譯碼和執(zhí)行，從而對(duì)各功能部件進(jìn)行定時(shí)和邏輯控制。6（2）片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路80C51(增強(qiáng)型)內(nèi)置時(shí)鐘電路可外接最高頻率達(dá)33MHz晶振，產(chǎn)生系統(tǒng)工作脈沖時(shí)序。（3）4KBROM程序存儲(chǔ)器80C51片內(nèi)有4KBFlashROM，用于存放用戶(hù)程序、原始數(shù)據(jù)或表格。（4）128B片內(nèi)RAM和SFR80C51片內(nèi)有128BRAM和128BSFR，它們是統(tǒng)一編址的，用戶(hù)能使用的RAM只有128個(gè)，用來(lái)存放讀寫(xiě)數(shù)據(jù)、中間結(jié)果等用戶(hù)數(shù)據(jù)，SFR則用來(lái)存放控制指令數(shù)據(jù)。7（5）2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

80C51有兩個(gè)16位的可編程增計(jì)數(shù)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部定時(shí)或?qū)ν獠棵}沖計(jì)數(shù)功能，可控制程序中斷轉(zhuǎn)向。（6）64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64KB外部程序存儲(chǔ)器

80C51是采用哈佛結(jié)構(gòu)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，具有最大尋址64KB數(shù)據(jù)和64KB程序存儲(chǔ)器空間的控制電路。（7）32個(gè)I/O線(4個(gè)6位并行I/O端口)

80C51共有4組8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，提供對(duì)外的三總線傳輸。8（8）一個(gè)可編程全雙工串行口

80C51內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。（9）5個(gè)中斷源、兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)

80C51有2個(gè)外部中斷源、2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷源和一個(gè)串行中斷源，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。

此外，80C51還具有低功耗模式，由兩種軟件可選擇的低功耗節(jié)電工作模式。在空閑模式下，凍結(jié)CPU而RAM定時(shí)器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時(shí)鐘振蕩停止，同時(shí)停止芯片內(nèi)其他功能。92.389C51的引腳功能

先了解引腳，牢記各引腳功能。AT89S51與各種8051芯片的引腳兼容。目前多采用40只引腳雙列直插，如圖2-2。此外，還有44引腳的PLCC和TQFP封裝方式的芯片。

引腳按其功能可分為如下3類(lèi)：（1）電源及時(shí)鐘引腳—VCC、VSS；XTAL1、XTAL2。（2）控制引腳—PSEN*、ALE/PROG*、EA*/VPP、RST（RESET）（3）I/O口引腳——P0、P1、P2、P3，為4個(gè)8位I/O口102.389C51的引腳功能

單片機(jī)應(yīng)用是軟硬件結(jié)合的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)當(dāng)熟悉各引腳的功能。80C51單片機(jī)主要有兩種封裝形式：40引腳的雙列DIP(DualIn-linePackage)封裝和44引腳的方PLCC(PlasticLeadedChipCarrier)封裝。這兩種封裝的引腳配置如圖2-2所示。其中，44腳PLCC封裝中比DIP封裝多出的4只引腳沒(méi)有使用。

11

12(a)DIP封裝

(b)PLCC封裝圖2-280C51單片機(jī)引腳配置

引腳按其功能可分為如下3類(lèi)：（1）電源及時(shí)鐘引腳—VCC、VSS；XTAL1、XTAL2。（2）控制引腳—PSEN*、ALE/PROG*、EA*/VPP、RST（RESET）（3）I/O口引腳——P0、P1、P2、P3，為4個(gè)8位I/O口132.2.1電源及時(shí)鐘引腳1．電源引腳（1）VCC（40腳）：+5V電源。（2）VSS（20腳）：數(shù)字地。14圖2-2AT89S51雙列直插封裝方式的引腳2．時(shí)鐘引腳

（1）XTAL1（19腳）：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)鐘發(fā)生器電路輸入端。用片內(nèi)振蕩器時(shí)，該腳接外部石英晶體和微調(diào)電容。外接時(shí)鐘源時(shí)，該腳接來(lái)自外部時(shí)鐘振蕩器的信號(hào)。

（2）XTAL2（18腳）：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器，該腳接外部石英晶體和微調(diào)電容。當(dāng)使用外部時(shí)鐘源時(shí)，本腳懸空。2.2.2控制引腳（1）RST(RESET，9腳)

復(fù)位信號(hào)輸入，在引腳加上持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平，可使單片機(jī)復(fù)位。正常工作，此腳電平應(yīng)≤0.5V。15

當(dāng)看門(mén)狗溢出時(shí)，該腳將輸出96個(gè)時(shí)鐘振蕩周期的高電平。（2）EA*/VPP(EnableAddress/VoltagePulseofPrograming，31腳)EA*：第一功能：外部程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許控制端。EA*=1，在PC值≤0FFFH（不超出片內(nèi)4KBFlash存儲(chǔ)器地址范圍）時(shí)，單片機(jī)讀片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器（4KB）中的程序，但PC值>0FFFH（超出片內(nèi)4KBFlash地址范圍）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向讀取片外60KB（1000H-FFFFH）程序存儲(chǔ)器空間中的程序。EA*=0，只讀取片外程序存儲(chǔ)器中內(nèi)容，讀取地址范圍為0000H～FFFFH，片內(nèi)的4KBFlash程序存儲(chǔ)器不起作用。VPP：引腳第二功能，對(duì)片內(nèi)Flash編程，接編程電壓。（3）ALE/PROG*（AddressLatchEnable/PROGramming，30腳）ALE：為CPU訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器提供地址鎖存控制信號(hào)，將低8位地址鎖存在片外的地址鎖存器中。此外，單片機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，ALE端一直有正脈沖信號(hào)輸出，此頻率為fosc的1/6。該信號(hào)可作外部定時(shí)或觸發(fā)信號(hào)使用。

注意:每當(dāng)AT89S51訪問(wèn)外部RAM或I/O時(shí)，要丟失一個(gè)ALE脈沖,所以ALE引腳的輸出信號(hào)頻率并不是準(zhǔn)確的1/6

fosc。17

如不需要ALE端輸出脈沖信號(hào)，可將特殊功能寄存器AUXR（地址8EH，本章后面介紹）的第0位（ALE禁止位）置1，來(lái)禁止ALE操作，但在執(zhí)行訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作時(shí)，ALE仍然有效，即ALE禁止位不影響對(duì)單片機(jī)對(duì)外部存儲(chǔ)器的訪問(wèn)。PROG*：引腳第二功能，對(duì)片內(nèi)Flash編程，加編程脈沖輸入。18（4）PSEN*

（ProgramStrobeENable，29腳）

片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，低有效。2.2.3并行I/O口引腳（1）P0口：P0.7~P0.0腳，8位，漏極開(kāi)路的雙向I/O口

當(dāng)外擴(kuò)存儲(chǔ)器及I/O接口芯片時(shí)，P0口作為低8位地址總線及數(shù)據(jù)總線的分時(shí)復(fù)用端口。P0口也可作通用的I/O口用，需加上拉電阻，這時(shí)為準(zhǔn)雙向口。如作輸入，應(yīng)先向端口寫(xiě)1?？沈?qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。（2）P1口：P1.7~P1.0腳，8位，準(zhǔn)雙向I/O口，內(nèi)有上拉電阻。

準(zhǔn)雙向I/O口，作通用I/O輸入時(shí)，應(yīng)先向端口鎖存器寫(xiě)1,19P1口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。P1.5/MOSI、P1.6/MISO和P1.7/SCK也可用于對(duì)片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器串行編程和校驗(yàn)，分別是串行數(shù)據(jù)輸入、輸出和移位脈沖引腳。（3）P2口：P2.7~P2.0腳，8位，準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。

當(dāng)AT89S51擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器及I/O口時(shí)，P2口作為高8位地址總線輸出高8位地址。P2口也可作普通I/O使用。當(dāng)作通用I/O輸入時(shí)，應(yīng)先向端口輸出鎖存器寫(xiě)1。可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。（4）P3口：P3.7~P3.0腳，8位，準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。

可作為通用的I/O口使用。作為通用I/O輸入，應(yīng)先向端口輸出鎖存器寫(xiě)入1。可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。P3口還可提供第二功能。第二功能定義如表2-1，應(yīng)熟記。

綜上所述，P0口作為總線口時(shí)，為雙向口，作通用I/O用時(shí)，為準(zhǔn)雙向口，需加上拉電阻。P1、P2、P3口均為準(zhǔn)雙向口。2122注意：準(zhǔn)雙向口與雙向口的差別。準(zhǔn)雙向口僅有兩個(gè)狀態(tài)。而P0口作為總線使用，口線內(nèi)無(wú)上拉電阻，處于高阻“懸浮”態(tài)。故為雙向三態(tài)I/O口。為什么P0口要有高阻“懸浮”態(tài)？因?yàn)镻0口作為數(shù)據(jù)總線用時(shí)，多個(gè)數(shù)據(jù)源都掛在數(shù)據(jù)總線上，當(dāng)P0口不需要讀寫(xiě)其他數(shù)據(jù)源時(shí)，需要與數(shù)據(jù)總線高阻“懸浮”隔離。準(zhǔn)雙向I/O口則無(wú)高阻“懸浮”態(tài)。另外，準(zhǔn)雙向口作通用I/O輸入使用時(shí)，需先向該口先寫(xiě)入“1”。準(zhǔn)雙向口與雙向口的差別，學(xué)習(xí)2.5節(jié)的P0~P3口內(nèi)部結(jié)構(gòu)后，會(huì)有更深入了解。

232.480C51單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)80C51單片機(jī)是哈佛結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有獨(dú)立的尋址空間、控制信號(hào)和功能。從邏輯上看，80C51劃分為3個(gè)存儲(chǔ)器地址空間：64KB程序存儲(chǔ)器地址空間(片內(nèi)、片外統(tǒng)一編址)，256B的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間和64KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間。從物理地址空間看，80C51有5個(gè)存儲(chǔ)器地址空間：4KB片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、60KB片外程序存儲(chǔ)器（不使用片內(nèi)ROM時(shí)可達(dá)64KB）、64kB片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O接口、128B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、128B特殊功能寄存器。80C51單片機(jī)的存儲(chǔ)器配置如圖2-3所示。下面分別敘述各存儲(chǔ)器的配置特點(diǎn)。2425圖2-380C51存儲(chǔ)器的配置261．程序存儲(chǔ)器

程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放編程好的固定程序和表格常數(shù)，其以16位程序計(jì)數(shù)器PC作下一條指令的地址指針，通過(guò)地址總線，可尋址地址空間64KB。在程序存儲(chǔ)器空間應(yīng)用中有以下說(shuō)明。（1）80C51單片機(jī)中，片內(nèi)集成有4KB的Flash存儲(chǔ)器（AT89S52則為8KB；AT89C55片內(nèi)20KB），片外可外擴(kuò)至64KB。64KB程序存儲(chǔ)器的地址空間是統(tǒng)一的。是否使用片內(nèi)4KBFlashROM，取決于引腳的連接方式。27①在正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)把引腳接+5V電源，使程序從片內(nèi)ROM開(kāi)始執(zhí)行。當(dāng)PC值超出4K時(shí)，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序存儲(chǔ)器空間。因此，外部程序存儲(chǔ)器地址空間為1000H～FFFFH。②若直接將接地（如調(diào)試程序時(shí)），單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)PC指針從0000H～FFFFH空間變化，只從外部程序存儲(chǔ)器中取指、譯碼并執(zhí)行，此時(shí)80C51單片機(jī)將忽略片內(nèi)0000H~FFFH的4KBFlash存儲(chǔ)器中的程序代碼。28（2）80C51單片機(jī)程序存儲(chǔ)器的低地址單元被固定用于5個(gè)中斷源（80C52為6個(gè)）的中斷服務(wù)程序的入口地址（中斷向量），5個(gè)中斷源對(duì)應(yīng)的中斷向量如表2-2所示（表中最后一列是80C52定時(shí)器T2的中斷向量）。由于每個(gè)中斷服務(wù)程序只占8個(gè)字節(jié)單元，所以一般中斷向量處存放一條絕對(duì)跳轉(zhuǎn)指令，實(shí)際中斷服務(wù)程序在轉(zhuǎn)移地址處存放。29（3）從物理角度看，PC在80C51的內(nèi)部是獨(dú)立的。PC始終存放CPU下一條要執(zhí)行的指令地址(程序存儲(chǔ)器地址)，由于它是一個(gè)16位的寄存器，因此80C51單片機(jī)的尋址范圍為0～65535(64KB)。執(zhí)行指令時(shí)，PC內(nèi)容的低8位經(jīng)P0口輸出，高8位經(jīng)P2口輸出。復(fù)位后程序計(jì)數(shù)器PC內(nèi)容為0000H，因此系統(tǒng)從0000H單元開(kāi)始取指執(zhí)行，這是系統(tǒng)執(zhí)行程序的起始地址，通常在該單元中存放一條跳轉(zhuǎn)指令，使程序跳轉(zhuǎn)到用戶(hù)程序存放地址。302．?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器80C51單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分為片內(nèi)和片外兩個(gè)地址空間。片內(nèi)為128B（52子系列為256B），片外最多可擴(kuò)64KB。（1）片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器當(dāng)片內(nèi)128BRAM不夠用時(shí)，最多可擴(kuò)展64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，地址范圍為0000H—0FFFFH，使用時(shí)注意，單片機(jī)I/O接口與片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用統(tǒng)一編址方式，即片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器連同I/O口一起總的擴(kuò)展容量是64KB，且采用相同控制線、指令和尋址空間。（2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器圖2-4(a)所示是80C51單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的配置。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是最靈活的地址空間，它分成物理上獨(dú)立的且性質(zhì)不同的3個(gè)區(qū)。31①00H～7FH(0～127)單元組成低128B地址空間的RAM區(qū)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器按功能分成3個(gè)部分：工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、用戶(hù)RAM區(qū)，還包含堆棧區(qū)。工作寄存器區(qū)包括0區(qū)~3區(qū)4個(gè)通用工作寄存器區(qū)，占地址為00H～1FH的32個(gè)單元，每個(gè)區(qū)有8個(gè)工作寄存器，編號(hào)分別為R0～R7，各區(qū)中R0～R7地址如圖2-4(b)所示。4個(gè)工作寄存器區(qū)的切換可通過(guò)程序中改變程序狀態(tài)字特殊功能寄存器PSW的RS1和RS0的四種組合狀態(tài)實(shí)現(xiàn)。如表2-3所示。32②80H~FFH的128B地址空間的SFR映射在片內(nèi)RAM區(qū)SFR實(shí)質(zhì)是各外圍部件的控制寄存器及狀態(tài)寄存器。由于SFR內(nèi)容較重要，下面將專(zhuān)設(shè)一小節(jié)詳細(xì)介紹。③8052/80C52單片機(jī)80H～FFH單元組成的高128B的數(shù)據(jù)RAM區(qū)8052/80C52單片機(jī)的片內(nèi)高128B的RAM與SFR是不同的物理空間，但是具有相同的字節(jié)地址（統(tǒng)一編址），C51訪問(wèn)這2個(gè)不同區(qū)域時(shí)，通過(guò)不同的關(guān)鍵字區(qū)分。3334353．SFR

80C51單片機(jī)內(nèi)的累加器ACC、I/O口、定時(shí)器、串行口、中斷等各種控制寄存器和狀態(tài)寄存器都是以SFR的形式出現(xiàn)的，它們映射在內(nèi)部RAM80H～FFH地址空間，表2-5列出了SFR的助記標(biāo)識(shí)符、名稱(chēng)及地址。其中字節(jié)地址可以被8整除的SFR均可位尋址。3637（1）SFR分類(lèi)SFR分為以下5類(lèi)。①CPU專(zhuān)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）。②并行接口：P0~P3（80H、90H、A0H、B0H）。③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）。④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（8CH）和TL0（8AH）、TH1（8DH）TL1（8BH）。定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2相關(guān)寄存器（僅52子系列有）：定時(shí)/計(jì)數(shù)器2控制寄存器T2CON（C8H），定時(shí)/計(jì)數(shù)器2自動(dòng)重裝寄存器RCAP2H（CBH）和RCAP2L（CAH），定時(shí)/計(jì)數(shù)器2初值寄存器TH2（CDH）和TL2（CCH）。⑤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）。38（2）SFR介紹下面簡(jiǎn)單介紹部分SFR。1）累加器ACC累加器是最常用的SFR。大部分單操作數(shù)指令和多數(shù)雙操作數(shù)指令的一個(gè)操作數(shù)取自累加器。加、減、乘、除算術(shù)運(yùn)算指令的運(yùn)算結(jié)果都存放在累加器A中。2）B寄存器80C51單片機(jī)在乘法和除法指令中用到B寄存器。乘法指令的兩個(gè)操作數(shù)分別取自A和B，其結(jié)果高8位和低8位分別存放在B、A寄存器中。除法指令中，被除數(shù)取自A，除數(shù)取自B，商數(shù)存放于A，余數(shù)存放于B。在其他指令中，B寄存器可作為RAM中的一個(gè)單元來(lái)使用。393）PSWPSW包含了程序運(yùn)行狀態(tài)的各種信息，其各位的含義如表2-6所示。其中PSW.1未用，其他各位說(shuō)明如下。①CY(PSW.7)進(jìn)位標(biāo)志在布爾處理機(jī)中，C被認(rèn)為是位累加器。在執(zhí)行某些算術(shù)和邏輯指令時(shí)，可以被硬件或軟件置1或清0。如算術(shù)運(yùn)算中，若最高位有進(jìn)位或借位時(shí)CY=1，否則CY=0；②AC(PSW.6)輔助進(jìn)位標(biāo)志當(dāng)進(jìn)行加法或減法操作而產(chǎn)生由D3位向D4位（低4位數(shù)向高4位數(shù)）進(jìn)位或借位時(shí)，AC將被硬件置1，否則被清0。AC被用于十進(jìn)制調(diào)整，詳見(jiàn)DAA指令。③F0(PSW.5)標(biāo)志0用戶(hù)可定義的一個(gè)狀態(tài)標(biāo)記，可以用軟件來(lái)設(shè)置該位，例如用軟件測(cè)試F0以控制程序的流向。40④RS1、RS0(PSW.4，PSW.3)寄存器區(qū)選擇控制位1和0四個(gè)通用寄存器組的選擇位，該兩位的四種組合狀態(tài)用來(lái)選擇工作寄存器區(qū)的0~3區(qū)。可以用軟件來(lái)置1或清0。⑤OV(PSW.2)溢出標(biāo)志當(dāng)執(zhí)行算術(shù)指令時(shí)，由硬件置1或清0，以指示溢出狀態(tài)。當(dāng)帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算結(jié)果超出-128~+127范圍時(shí)OV=1，否則OV=0。當(dāng)無(wú)符號(hào)數(shù)乘法結(jié)果超過(guò)255時(shí)，或當(dāng)無(wú)符號(hào)數(shù)除法的除數(shù)為0時(shí)OV=1。當(dāng)執(zhí)行加法時(shí)，若用C6‘表示D6位向D7位有進(jìn)位，用C7’表示D7向CY有進(jìn)位，則有OV=C6‘⊕C7’。即當(dāng)D6向D7有進(jìn)位而D7不向CY進(jìn)位時(shí)，或D6不向D7進(jìn)位而D7向CY有進(jìn)位時(shí)，溢出標(biāo)志OV置1。否則清0。同樣，在執(zhí)行減法指令時(shí)，若C6'和C7'表示D6有借位和D7有借位，溢出計(jì)算公式相同。41⑥P(PSW.0)奇偶標(biāo)志奇偶校驗(yàn)標(biāo)志。每條指令執(zhí)行完，若A中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，P=1，否則P=0，即偶校驗(yàn)方式。此標(biāo)志位對(duì)串行通信中的數(shù)據(jù)傳輸有重要的意義。在串行通信中常用奇偶校驗(yàn)的辦法來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。在發(fā)送端可根據(jù)P的值對(duì)數(shù)據(jù)的奇偶位置1或清0。若通信協(xié)議中規(guī)定使用奇校驗(yàn)的辦法，則P=0時(shí)，應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)(假定由A取得)的奇偶位置1，否則就清0。424）棧指針SP棧指針SP指示堆棧頂部在內(nèi)部RAM中的位置。系統(tǒng)復(fù)位后，SP初始化為07H，使得堆棧事實(shí)上由08H單元開(kāi)始。由于08H～lFH空間屬于工作寄存器區(qū)1～3，20H~2FH空間為位尋址區(qū)，而程序設(shè)計(jì)中常用到這些區(qū)，在具體使用時(shí)應(yīng)避開(kāi)工作寄存器、位尋址區(qū)，一般設(shè)在2FH以后的單元，如工作寄存器和位尋址區(qū)未用，也可開(kāi)辟為堆棧。堆棧是按先入后出、后入先出的原則進(jìn)行管理的一段存儲(chǔ)區(qū)域，主要作為子程序調(diào)用、中斷響應(yīng)、子程序返回(RET)和中斷返回(RETI)等操作時(shí)，保護(hù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)。43①保護(hù)斷點(diǎn)預(yù)先把主程序的斷點(diǎn)（PC值）保存在堆棧中，為程序能夠正確返回。②現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)在子程序或者中斷服務(wù)程序入口處，將用到的寄存器單元的內(nèi)容壓入堆棧，以便程序退出前出棧。MCS-51單片機(jī)是一種滿(mǎn)遞增的堆棧，即執(zhí)行兩種操作：數(shù)據(jù)壓入（PUSH）堆棧時(shí)，SP先自動(dòng)加1，再壓入數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)彈出堆棧時(shí)，數(shù)據(jù)先出棧，SP再自動(dòng)減1。447）串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF用于存放欲發(fā)送或已接收的數(shù)據(jù)，它實(shí)際上由兩個(gè)獨(dú)立的寄存器組成，一個(gè)是發(fā)送緩沖器，另一個(gè)是接收緩沖器。當(dāng)要發(fā)送的數(shù)據(jù)傳送到SBUF時(shí)，進(jìn)的是發(fā)送緩沖器。當(dāng)要從SBUF讀數(shù)據(jù)時(shí)，則取自接收緩沖器，取走的是剛接收到的數(shù)據(jù)。5）數(shù)據(jù)指針DPTR數(shù)據(jù)指針DPTR是一個(gè)16位特殊功能寄存器，高位字節(jié)寄存器用DPH表示，低位字節(jié)寄存器用DPL表示。DPTR既可以作為一個(gè)16位寄存器DPTR來(lái)處理，也可作為兩個(gè)獨(dú)立的8位寄存器DPH和DPL來(lái)處理。DPTR主要用來(lái)存放16位地址，以間址寄存器形式訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I/O接口和程序存儲(chǔ)器。6）端口P0～P3專(zhuān)用寄存器P0、P1、P2和P3分別是I/O端口P0～P3的鎖存器。458）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器80C51系列中有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1，各由兩個(gè)獨(dú)立的8位寄存器組成，共有4個(gè)獨(dú)立的寄存器：TH0、TL0、TH1、TL1。不能將T0、T1當(dāng)作一個(gè)16位寄存器來(lái)尋址。9）其他控制寄存器IP、IE、TMOD、TCON、SCON和PCON等SFR包含有中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口和供電方式的控制和狀態(tài)位，這些寄存器將在有關(guān)章節(jié)中敘述。462.5單片機(jī)的時(shí)鐘和復(fù)位電路在單片機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，對(duì)振蕩器、時(shí)鐘電路、CPU工作時(shí)序以及復(fù)位電路的了解是最基本的?？煽康臅r(shí)鐘電路和復(fù)位電路的設(shè)計(jì)能有效地保證單片機(jī)工作的穩(wěn)定。472.5.1時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路主要用于產(chǎn)生80C51執(zhí)行指令時(shí)所必需的控制信號(hào)的各個(gè)節(jié)拍，單片機(jī)執(zhí)行指令是在統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖控制下一拍一拍地進(jìn)行的。時(shí)鐘電路發(fā)出的時(shí)序信號(hào)有兩類(lèi)，一類(lèi)用于對(duì)片內(nèi)定時(shí)器、中斷系統(tǒng)等各個(gè)功能部件控制；另一類(lèi)用于對(duì)片外存儲(chǔ)器或I/O接口的控制。執(zhí)行指令時(shí)，CPU首先到程序存儲(chǔ)器中取指、譯碼并執(zhí)行，所有過(guò)程都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)。為保證各部件間的同步工作，單片機(jī)內(nèi)部電路需在唯一的時(shí)鐘信號(hào)下嚴(yán)格地按照時(shí)序工作。因此時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)很重要，時(shí)鐘頻率直接決定著80C51單片機(jī)的速度，設(shè)計(jì)質(zhì)量也影響單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性。481．內(nèi)部時(shí)鐘方式內(nèi)部時(shí)鐘方式是由單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘電路自身產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，如圖2-5所示。利用單片機(jī)內(nèi)部的高增益反相放大器可構(gòu)成振蕩器，在反向放大器的輸入引腳XTAL1和輸出引腳XTAL2兩端外接晶振和微調(diào)電容，就構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路，電路兩端電容C1和C2對(duì)單片機(jī)頻率有微調(diào)作用，電容通常為30pF。晶振頻率通常選擇12MHz，在串口通信應(yīng)用中，為得到準(zhǔn)確的通信波特率，晶振頻率一般選擇11.0592MHz。為了減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定工作，晶振和電容安裝時(shí)，應(yīng)盡量靠近單片機(jī)芯片。圖2-5內(nèi)部時(shí)鐘電路49圖2-6外部時(shí)鐘電路2．外部時(shí)鐘方式外部時(shí)鐘方式是由外部振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)送給單片機(jī)，如圖2-6所示。在多片80C51同時(shí)工作，需要多片單片機(jī)之間保持時(shí)鐘同步時(shí)，需要共同的外部時(shí)鐘時(shí)使用。因內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的信號(hào)取自反相器的輸入端，80C51采用外部時(shí)鐘源時(shí)，外接時(shí)鐘源直接接到XTAL1端，XTAL2端懸空。503．時(shí)鐘信號(hào)的輸出當(dāng)需要為外部其它芯片提供時(shí)鐘時(shí)，可先使用內(nèi)部時(shí)鐘方式產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，再通過(guò)XTAL1或XTAL2提供時(shí)鐘信號(hào)輸出，此時(shí)需外部擴(kuò)充電路增加驅(qū)動(dòng)能力。常用的輸出形式有2種，如圖2-7（a）和（b）所示。圖2-7時(shí)鐘信號(hào)的輸出511．振蕩周期振蕩周期是單片機(jī)時(shí)鐘控制信號(hào)的基本時(shí)間單位，指為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)的振蕩源的周期。若晶體振蕩頻率為fosc，則振蕩周期Tosc=1/fosc。如外接晶振12MHz時(shí)，振蕩周期＝1/12MHz＝1/12μs＝0.0833μs。2．狀態(tài)周期又稱(chēng)S周期，是振蕩源信號(hào)經(jīng)二分頻后形成的周期脈沖信號(hào)，是振蕩周期兩倍。如外接晶振12MHz時(shí)，狀態(tài)周期＝1/6μs＝0.167μs2.5.2指令時(shí)序80C51單片機(jī)執(zhí)行指令時(shí)，各條指令可分解為若干基本微操作，這些微操作所對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，在時(shí)間上有嚴(yán)格的先后次序，稱(chēng)作單片機(jī)指令時(shí)序，如圖2-8所示，描述單片機(jī)執(zhí)行指令快慢程度的時(shí)間單位主要有振蕩周期、狀態(tài)周期、機(jī)器周期和指令周期4種。523．機(jī)器周期通常將單片機(jī)完成一個(gè)基本操作所需的時(shí)間稱(chēng)為機(jī)器周期，每個(gè)機(jī)器周期可完成取指令、讀或?qū)憯?shù)據(jù)等基本操作。1個(gè)機(jī)器周期固定為12個(gè)振蕩周期。如外接晶振12MHz時(shí)，機(jī)器周期＝1μs。4．指令周期指令周期是指單片機(jī)執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間。80C51典型的指令周期是一個(gè)機(jī)器周期，一個(gè)機(jī)器周期由6個(gè)狀態(tài)(12個(gè)振蕩周期)組成。每個(gè)狀態(tài)又分成兩拍：P1和P2。所以，一個(gè)機(jī)器周期的12個(gè)振蕩周期依次表示為S1P1、S1P2、…、S6P1、S6P2。53由圖2-8可知，ALE在每個(gè)機(jī)器周期中兩次有效：一次在S1P2與S2P1期間，另一次在S4P2與S5P1期間。單片機(jī)指令周期一般需要含有1個(gè)、2個(gè)或者4個(gè)機(jī)器周期；其中大多數(shù)單字節(jié)指令和雙字節(jié)指令，取出指令立即執(zhí)行，需一個(gè)機(jī)器周期。三字節(jié)指令和部分雙字節(jié)指令都是雙機(jī)器周期，而乘、除法指令需要占用4個(gè)機(jī)器周期。所以，外接晶振12MHz時(shí)，指令周期＝1～4μs。541．復(fù)位過(guò)程復(fù)位信號(hào)如圖2-9所示，復(fù)位期間不產(chǎn)生ALE及信號(hào)，ALE及被配置為輸入狀態(tài)，即ALE=1和=1。直至RST端電平變低，結(jié)束復(fù)位。復(fù)位后，各內(nèi)部寄存器狀態(tài)如表2-7所示，PC=0000H，SP為07H，P0～P3口的內(nèi)容均為0FFH，其他SFR有效位均為0，復(fù)位操作不影響RAM的狀態(tài)，內(nèi)部RAM不斷電(上電復(fù)位除外，上電時(shí)RAM內(nèi)容不確定)，其中數(shù)據(jù)信息不丟失。當(dāng)RST引腳返回低電平后，CPU從0地址開(kāi)始執(zhí)行程序。2.5.3復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)片內(nèi)寄存器的初始化過(guò)程。只要給RST引腳保持至少兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩器周期)的高電平，80C51單片機(jī)將實(shí)現(xiàn)復(fù)位。55圖2-980C51復(fù)位信號(hào)562．復(fù)位電路80C51單片機(jī)的復(fù)位是由外部復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)的，在復(fù)位電路設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮兼顧上電復(fù)位和人工按鍵復(fù)位功能。圖2-10給出了80C51單片機(jī)常用于實(shí)際應(yīng)用中的RC外部復(fù)位電路。除了這些復(fù)位電路，還有一些電路設(shè)計(jì)會(huì)采用專(zhuān)用的電壓監(jiān)控和復(fù)位芯片來(lái)構(gòu)成復(fù)位電路。(a)上電復(fù)位(b)按鍵脈沖復(fù)位(c)按鍵電平復(fù)位57（1）上電自動(dòng)復(fù)位電路原理單片機(jī)上電后，+5V電源（VCC）通過(guò)電容C和電阻R回路，給電容C充電，并加在RST引腳一個(gè)短暫的高電平復(fù)位信號(hào)，隨著充電進(jìn)行，復(fù)位信號(hào)逐漸降低，此復(fù)位信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容C的充電時(shí)間，即充電時(shí)間越長(zhǎng)，復(fù)位時(shí)間越長(zhǎng)。增大電容或者增大電阻都可以增加復(fù)位時(shí)間。（2）人工按鍵復(fù)位電路原理按壓按鍵后，接通了+5V電源（VCC），通過(guò)兩個(gè)電阻的分壓回路，RST端分壓后產(chǎn)生高電平信號(hào)，按鍵按下的時(shí)間決定了復(fù)位時(shí)間。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用6MHz時(shí)，電容C的典型取值為22uF，兩個(gè)電阻R1和R2的典型值分別為220Ω和1kΩ。582.6單片機(jī)的低功耗節(jié)電方式CHMOS型單片機(jī)屬于低功耗器件，具有空閑模式和掉電模式2種節(jié)電模式，80C51單片機(jī)正常工作時(shí)電流是11~20mA，空閑模式電流是1.7~5mA，掉電模式電流為5~50μA。表2-8列出了單片機(jī)的3種工作模式下消耗電流情況。

低功耗節(jié)電原則是：讓運(yùn)行模式比空閑、掉電模式占用時(shí)間大大減少，從而減少消耗的能量，主要通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)：（1）在開(kāi)機(jī)狀態(tài)下，靠中斷喚醒CPU，在短暫的時(shí)間內(nèi)工作在運(yùn)行模式，處理相應(yīng)的事件，然后進(jìn)入空閑(或掉電)模式；（2）在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，完全進(jìn)入掉電模式。59

80C51單片機(jī)的空閑模式和掉電模式都是通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器PCON中相關(guān)的位進(jìn)行控制的，PCON各位定義如表2-9所示。其中，IDL為空閑控制位，IDL=1，單片機(jī)進(jìn)入空閑模式；PD為掉電控制位，PD=1，單片機(jī)進(jìn)入掉電模式。602.6.1空閑模式設(shè)計(jì)1．進(jìn)入空閑模式80C51單片機(jī)執(zhí)行如下指令使IDL=1，進(jìn)入空閑模式。PCON=0x01;//IDL空閑控制位置1通過(guò)程序設(shè)計(jì)使待機(jī)方式位PCON.0或IDL置1時(shí)，單片機(jī)進(jìn)入空閑模式。此時(shí)，CPU處于休眠狀態(tài)，而片內(nèi)其時(shí)鐘電路、中斷、串口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器等都保持工作狀態(tài)，片內(nèi)RAM和所有SFR內(nèi)容保持不變，由于CPU耗電占單片機(jī)耗電的80%~90%，因此大大降低了系統(tǒng)的功耗。612．退出空閑模式中斷或硬件復(fù)位2種方法都可以終止空閑模式。在空閑模式下，中斷系統(tǒng)仍在工作，當(dāng)中斷請(qǐng)求被響應(yīng)后，硬件使得IDL=0，從而退出空閑模式，進(jìn)入中斷服務(wù)程序。在空閑模式時(shí)，硬件復(fù)位，各個(gè)SFR恢復(fù)默認(rèn)狀態(tài)，PCON=0，IDL=0，退出空閑模式。為了防止休眠被復(fù)位終止時(shí)對(duì)端口引腳意外寫(xiě)入的可能性，在生成待機(jī)模式的