第2章MCS-51單片機(jī)的資源配置主要內(nèi)容MCS-51單片機(jī)的在片資源及外部特性MCS-51單片機(jī)的存儲器系統(tǒng)MCS-51單片機(jī)的時鐘電路與復(fù)位電路MCS-51單片機(jī)的低功耗工作方式/sundae_meng2.1MCS-51單片機(jī)的在片資源及外部特性

2.1.1MCS-51單片機(jī)的在片資源P3P1P2

可編程串行I/O口P0外部中斷基準(zhǔn)頻率源控制128/256B數(shù)據(jù)存儲器4KB/8KB程序存儲器2/3個16位定時/計數(shù)器

振蕩器及定時電路CPU64KB總線擴(kuò)展控制

可編程并行I/O口內(nèi)部中斷計數(shù)脈沖串行輸出串行輸入(圖中“/”

兩邊分別為基本型和增強(qiáng)型)/sundae_meng51子系列的配置如下：①1個8位CPU；②1個片內(nèi)振蕩頻率為1.2~12MHz的振蕩器及時鐘電路；③128個字節(jié)的片內(nèi)RAM；④4KB的片內(nèi)程序ROM；⑤4個8位并行I/O口P0，P1，P2，P3；⑥1個全雙工串行I/O口；⑦2個16位定時器/計數(shù)器；⑧5個中斷源，分為2個優(yōu)先級。

/sundae_meng2.1.2MCS-51系列單片機(jī)的外部特性各個引腳的功能如下。Vss:接地端。Vcc:電源端，接+5V。XTAL1，XTAL2:

接外部晶體或外部時鐘。RST/VPD：①復(fù)位信號輸入。②接備用電源，當(dāng)VCC掉電后，在低功耗條件下保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。/sundae_mengALE/PROG：①ALE地址鎖存允許。ALE輸出脈沖的頻率為振蕩頻率的1/6。②PROG對8751單片機(jī)片內(nèi)EPROM編程時，編程脈沖由該引腳引入。PSEN：程序存儲器允許。輸出讀外部程序存儲器的選通信號。EA/VPP：①EA=0，單片機(jī)只訪問外部程序存儲器。

EA=1，單片機(jī)訪問內(nèi)部程序存儲器。②在8751單片機(jī)片內(nèi)EPROM編程期間，此引腳引入21V編程電源VPP。/sundae_mengP0.0～P0.7：P0口，數(shù)據(jù)/低八位地址復(fù)用總線端口。P1.0～P1.7：P1口，靜態(tài)通用端口。P2.0～P2.7：P2口，高八位地址總線端口。P3.0～P3.7：P3口，雙功能靜態(tài)端口。/sundae_meng51系列單片機(jī)的精簡版1051／2051／4051型號只有20個引腳，如圖所示。它們內(nèi)部有一個模擬比較器，相比較的模擬信號由P1.0（AIN0）和P1.1（AIN1）輸入，而模擬比較器的輸出由P3.6輸入，在內(nèi)部已連接，因此外部無P3.6引腳。/sundae_meng2.2MCS-51單片機(jī)的存儲器系統(tǒng)存儲器可分為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。程序存儲器——

用來存放程序；以及始終要保留的常數(shù)。數(shù)據(jù)存儲器——

存放程序運(yùn)行中所需要的變量。從物理空間看,MCS-51有四個存儲器空間：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器、片內(nèi)程序存儲器片外數(shù)據(jù)存儲器、片外程序存儲器/sundae_meng存儲器地址空間結(jié)構(gòu)：普林斯頓結(jié)構(gòu)

——ROM和RAM在同一地址空間；

哈佛結(jié)構(gòu)

——ROM和RAM在不同地址空間；

MCS-51系列單片機(jī)采用哈佛結(jié)構(gòu)。/sundae_meng外部數(shù)據(jù)存儲器

(RAM)外部程序存儲器

(ROM)內(nèi)部程序存儲器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器8XX51MCS-51存儲器物理結(jié)構(gòu)/sundae_mengFFFFH0000H

外部

RAM外部數(shù)據(jù)存儲器

H00000FFFH0FFFH

外部ROM內(nèi)部ROM(EA=1)H00008031外部ROM(EA=0）80511000HFFFFH程序存儲器

內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器

特殊功能寄存器內(nèi)部數(shù)據(jù)

RAM7FH80H00HFFH（增強(qiáng)型）地址重疊

從邏輯上看,MCS-51有三個存儲器空間：程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器、片外數(shù)據(jù)存儲器/sundae_meng2.2.1程序存儲器

程序存儲器用來存放程序和常數(shù)。以程序計數(shù)器PC作為地址指針，地址總線為16位，可尋址的地址空間為64KB。在8051/8751/89C51片內(nèi)，分別內(nèi)置最低地址空間的4KBROM/EPROM程序儲存器（內(nèi)部程序儲存器），而8031無內(nèi)部程序儲存器，必須外部擴(kuò)展EPROM。

MCS-51單片機(jī)中64KB內(nèi)、外程序儲存器的地址是統(tǒng)一編排的。訪問程序存儲器使用MOVC指令。/sundae_meng

程序存儲器中的幾個特殊地址的使用：地址用途

0000H復(fù)位操作后的程序入口

0003H外部中斷0服務(wù)程序入口

000BH定時器0中斷服務(wù)程序入口

0013H外部中斷1服務(wù)程序入口

001BH定時器1中斷服務(wù)程序入口

0023H串行口中斷服務(wù)程序入口/sundae_meng2.2.2數(shù)據(jù)存儲器1.片外數(shù)據(jù)存儲器用于存放隨機(jī)讀寫的數(shù)據(jù)。外部I/O口地址影像區(qū)。MCS-51單片機(jī)的外部數(shù)據(jù)存儲器和外部I/O口實(shí)行統(tǒng)一編址，并使用相同的作選通控制信號，均使用MOVX

指令訪問。MCS-51單片機(jī)最多可擴(kuò)展64KB外部數(shù)據(jù)存儲器/sundae_meng2.片內(nèi)數(shù)據(jù)儲存器

存放隨機(jī)讀寫的數(shù)據(jù)通用寄存器區(qū)堆棧區(qū)運(yùn)算操作數(shù)存放區(qū)指令（算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、位操作運(yùn)算等）的操作數(shù)只能在此地址空間或特殊功能寄存器地址空間。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的地址分配

51系列單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器地址范圍為00～7FH。（1）地址0～1FH的前32個單元稱為寄存器區(qū)用途：①作通用寄存器R0～R7。②R0與R1可作間址寄存器使用。/sundae_meng位地址字節(jié)地址通用存儲區(qū)7FH:可位尋址區(qū)7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2FH77H76H75H74H73H72H71H70H2EH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2DH67H66H65H64H63H62H61H60H2CH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2BH57H56H55H54H53H52H51H50H2AH4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H29H47H46H45H44H43H42H41H40H28H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H27H37H36H35H34H33H32H31H30H26H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H25H27H26H25H24H23H22H21H20H24H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H23H17H16H15H14H13H12H11H10H22H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H21H07H06H05H04H03H02H01H00H20H通用寄存器區(qū)R7R0寄存器0組1FH18HR7R0寄存器0組17H10HR7R0寄存器0組0FH08HR7R0寄存器0組07H00h內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器/sundae_meng

使用時應(yīng)注意：

32個單元的寄存器區(qū)分為四組，使用時只能選其中一組寄存器。寄存器的選組由程序狀態(tài)字PSW的RS1和RS0位定。

RS1RS0選寄存器組

000組

011組

102組

113組初始化時或復(fù)位時，自動選中0組。一旦選中一組，其它三組只能作為數(shù)據(jù)存儲器使用，而不能作為寄存器使用。設(shè)置多組寄存器可以方便保護(hù)現(xiàn)場。/sundae_meng

（2）20H～2FH為位地址區(qū)共16個單元，每單元有八個位，每位有一個位地址，共128位，位地址范圍為00H～7FH，該區(qū)既可位尋址，又可字節(jié)尋址。如MOV20H，C(這里C是Cy進(jìn)位標(biāo)志位），該指令是將Cy內(nèi)容送20H位,如果Cy＝1，位20H值為“1”。

（3）除選中的寄存組以外的存儲器均可以作為通用RAM區(qū)。

/sundae_meng3.特殊功能寄存器

MCS-51單片機(jī)共有21個字節(jié)的特殊功能寄存器用英文縮寫SFR（SpecialFuctionRegister）表示。①用途：A累加器、狀態(tài)標(biāo)志寄存器單片機(jī)內(nèi)部各部件專用的控制、狀態(tài)寄存器并行口、串行口影射寄存器②

地址空間：21個特殊功能器不連續(xù)的分布在80H～FFH128個字節(jié)地址空間。地址能被8整除的為可位尋址的寄存器。/sundae_meng特殊功能寄存器符號位地址字節(jié)地址D7D6D5D4D3D2D1D0P087H86H85H84H83H82H81H80H80HSP81HDPL82HDPH83HPCON87HTCON8FHTF18EHTR18DHTF08CHTR08BHIE18AHIT189HIE088HIT088HTMOD89HTL08AHTL18BHTH08CHTH18DHP197H96H95H94H93H92H91H90H90HSCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H98HSBUF99HP2A7HA6HA5HA4HA3HA2HA1HA0HA0HIEAFHEA——ACHESABHET1AAHEX1A9HET0A8HEX0A8HP3B7HB6HB5HB4HB3HB2HB1HB0HB0HIP———BCHPSBBHPT1BAHPX1B9HPT0B8HPX0B8HPSWD7HCYD6HACD5HF0D4HRS1D3HRS0D2HOVD1HD0HPD0HACCE7HE6HE5HE4HE3HE2HE1HE0HE0HBF7HF6HF5HF4HF3HF2HF1HF0HF0H特殊功能寄存器地址表/sundae_mengA—累加器

B—寄存器，常用于乘除法運(yùn)算。PSW—程序狀態(tài)字。主要起著標(biāo)志寄存器的作用。

D7D6D5D4D3D2D1D0CYACF0RS1RS0OV

－P位地址位名稱CY：進(jìn)/借位標(biāo)志AC：輔助進(jìn)/借位標(biāo)志FO：用戶標(biāo)志位。可由用戶設(shè)定其含義。RS1，RS0：工作寄存器組選擇位。OV：溢出標(biāo)志P：奇偶標(biāo)志運(yùn)算結(jié)果有奇?zhèn)€“1”，P=1；運(yùn)算結(jié)果有偶個“1”，P=0。/sundae_mengSP—

堆棧指針 ①堆棧設(shè)在片內(nèi)RAM中，每次操作為8位二進(jìn)制數(shù)②堆棧是向著地址大的方向形成的③系統(tǒng)復(fù)位后，SP=07H

DPTR—

數(shù)據(jù)指針寄存器主要用于片外數(shù)據(jù)存儲器的訪問以及在程序存儲器中取常數(shù)的操作。DPTR可分成DPL和DPH兩個8位寄存器分別使用。/sundae_mengP0P1P2P3—I/O端口寄存器是四個并行I/O端口映射入SFR中的寄存器。通過對該寄存器的讀/寫，可實(shí)現(xiàn)從相應(yīng)I/O端口的輸入/輸出。例如：指令MOVP1，A實(shí)現(xiàn)了把A累加器中的內(nèi)容從P1端口輸出的操作。指令MOVA，P3實(shí)現(xiàn)了把P3端口線上的信息輸入到A中的操作。/sundae_meng

此外還有如下寄存器，它們將在后面章節(jié)介紹：IP——中斷優(yōu)先級控制寄存器。IE——中斷允許控制寄存器。TMOD——定時器/計數(shù)器方式控制寄存器。TCON——定時器/計數(shù)器控制寄存器。TH0，TL0——定時器/計數(shù)器0。TH1，TL1——定時器/計數(shù)器1。SCON——串行端口控制寄存器。SBUF——串行數(shù)據(jù)緩沖器。PCON——電源控制寄存器。/sundae_meng注：在52子系列中，高128字節(jié)RAM和SFR的地址是重疊的，究竟訪問哪一塊可通過不同的尋址方式加以區(qū)分，訪問高128字節(jié)RAM采用寄存器間址，訪問SFR則只能采用直接尋址，訪問低128字節(jié)RAM時，兩種尋址均可采用。/sundae_meng內(nèi)部振蕩方式：在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器（簡稱晶振）如圖所示。XTAL1XTAL2GND8XX51C01C02

單片機(jī)的時鐘信號用來提供單片機(jī)內(nèi)各種微操作時間基準(zhǔn)，8XX51單片機(jī)的時鐘信號通常有兩種電路形式：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。

電容器C01、C02起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。電容值一般為5～30PF。2.3MCS-51單片機(jī)的時鐘電路與復(fù)位電路

2.3.1時鐘電路

/sundae_meng

由于單片機(jī)內(nèi)部有一個高增益運(yùn)算放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。8XX51

外部振蕩方式是把已有的時鐘信號引入單片機(jī)。這種方式適宜用于使單片機(jī)的時鐘與外部信號保持一致。外部振蕩方式如圖1-4所示。

對HMOS的單片機(jī)（8031、8031AH等）外部時鐘信號由XTAL2引入，對于CHMOS的單片機(jī)（8XCXX），外部時鐘由XTAL1引入。外部時鐘XTAL1XTAL2GND8XX51懸空外部時鐘XTAL1XTAL2GND懸空CHMOSHMOS圖1－4外部振蕩方式8XX51/sundae_meng2.3.2基本時序單位單片機(jī)的時序單位有：振蕩周期：晶振的振蕩周期，又稱時鐘周期，為最小的時序單位。狀態(tài)周期：振蕩頻率經(jīng)單片機(jī)內(nèi)的二分頻器分頻后提供給片內(nèi)CPU的時鐘周期。因此，一個狀態(tài)周期包含2個振蕩周期。機(jī)器周期（MC）：1個機(jī)器周期由6個狀態(tài)周期及12個振蕩周期組成。是計算機(jī)執(zhí)行一種基本操作的時間單位。/sundae_meng指令周期執(zhí)行一條指令所需的時間。一個指令周期由1～4個機(jī)器周期組成，依據(jù)指令不同而不同。

4種時序單位中，振蕩周期和機(jī)器周期是單片機(jī)內(nèi)計算其他時間值（例如，波特率、定時器的定時時間等）的基本時序單位。例：單片機(jī)外接晶振頻率12MHZ時的各種時序單位：振蕩周期=1/fosc=1/12MHZ=0.0833us

狀態(tài)周期=2/fosc=2/12MHZ=0.167us

機(jī)器周期=12/fosc=12/12MHZ=1us

指令周期=(1～4)機(jī)器周期=1～4us/sundae_meng2.3.3復(fù)位電路復(fù)位操作則使單片機(jī)的片內(nèi)電路初始化，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始運(yùn)行。當(dāng)MCS-51系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST出現(xiàn)5ms以上的高電平時，單片機(jī)就完成了復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位操作通常有2種基本形式：上電復(fù)位開關(guān)復(fù)位。/sundae_meng

上電后，由于電容充電，使

RST持續(xù)一段高電平時間。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行過程中時，按下復(fù)位鍵也能使RST持續(xù)一段時間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電且開關(guān)復(fù)位的操作。通常選擇:C=10f,R=10K。

RSTRSTRSTRSTRST8XX51RCVCC

上電復(fù)位要求接通電源后，自動實(shí)現(xiàn)復(fù)位。

開關(guān)復(fù)位要求在電源接通的