1、李芳主編，MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器特殊功能寄存器時(shí)鐘電路和復(fù)位電路端子，內(nèi)容是MCS-51系列單片機(jī)通用型(51子系列) 8031、8051、8751、89C51 擴(kuò)展(52個(gè)子系列) 8032、8052、8752、89C52、89S52等。 它們的結(jié)構(gòu)基本上相同，并且主要差異反映在存儲(chǔ)器的配置中。 8031張沒有程序存儲(chǔ)器除了舊產(chǎn)品以外，已經(jīng)被淘汰。 8051內(nèi)部有4KB的掩碼ROM程序存儲(chǔ)器8751的是，把8051張ROM換成EPROM 89C51的話，是和4KB的閃速EEPROM 89S51相同的89c 51，4kb的閃速EEPROM是可以在線編程的擴(kuò)展存儲(chǔ)51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)

2、構(gòu)如圖1-1所示。 圖1-1 (圖中“/”的兩側(cè)分別是基本型和擴(kuò)展型)、1.1.2 CPU、CPU是單片機(jī)的核心部件。 由運(yùn)算器和控制器等部件構(gòu)成。 1 .運(yùn)算器的功能為算術(shù)運(yùn)算：加法、減法、乘法、除法、加法1、減法1、比較BCD代碼十進(jìn)制調(diào)整等邏輯運(yùn)算： and、or、異或、逆加法、循環(huán)等邏輯運(yùn)算位操作：內(nèi)部有布爾運(yùn)算器，將進(jìn)位標(biāo)志位c作為位累加器可進(jìn)行位置“1”、對(duì)位清零、位判定等。 操作結(jié)果的狀態(tài)信息被發(fā)送到狀態(tài)寄存器PSW。 2 .程序計(jì)數(shù)器PC程序計(jì)數(shù)器PC是16位的寄存器，可以存儲(chǔ)接下來(lái)要執(zhí)行的指令地址，直接地址到64KB程序存儲(chǔ)器。 執(zhí)行命令后，PC內(nèi)容的低位8位通過P0端口輸出

3、，高位8位通過P2端口輸出。 3 .指令寄存器指令寄存器中保存指令代碼。 CPU執(zhí)行指令時(shí)，從程序存儲(chǔ)器中讀取的指令代碼被傳送到指令存儲(chǔ)器，由指令解碼器解碼后，從定時(shí)和控制電路輸出對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，指令功能完成。 1.2存儲(chǔ)器、MCS-51的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與一般的微型計(jì)算機(jī)的配置方法不同，把程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開，分別具有獨(dú)特的地址方式、控制信號(hào)和功能。 程序存儲(chǔ)器是用來(lái)存儲(chǔ)程序和經(jīng)常保持的常數(shù)的。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)了執(zhí)行程序所需的常數(shù)和變量。 從物理空間來(lái)看，MCS-51中有4個(gè)存儲(chǔ)器地址空間：片上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片上程序存儲(chǔ)器、片上程序存儲(chǔ)器MCS-51的存儲(chǔ)器物理結(jié)構(gòu)參照下圖：

4、從邏輯上看，在MCS-51中為on 在片上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片內(nèi)，片上統(tǒng)一地址的程序存儲(chǔ)器MCS-51的存儲(chǔ)器邏輯結(jié)構(gòu)具有如圖1-2所示的3個(gè)存儲(chǔ)器空間。 MCS-51存儲(chǔ)器的物理結(jié)構(gòu)、引腳EA的接合法決定程序存儲(chǔ)器的00000FFFH 4KB地址范圍是在單片機(jī)內(nèi)還是在片外。 h0000，0f ffh，圖1-2 MCS-51單片機(jī)的存儲(chǔ)器邏輯結(jié)構(gòu)，F(xiàn)FFFH，0000H，0ffh，外部RAM，外部R O M，內(nèi)部ROM (EA=1)，h 0000，8031，外部ROM (EA=0) 特殊功能寄存器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM、7FH、80H、00H、FFH、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、(擴(kuò)展)、程序存儲(chǔ)器、地址

5、重疊的1.2.1程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器與被生成的經(jīng)常保持的固定程序程序存儲(chǔ)器以程序計(jì)數(shù)器PC為地址指針，通過16位的地址總線，能進(jìn)行地址的地址空間為64KB。 8051/8751/89C51張分別內(nèi)置有最低地址空間的4KB ROM/EPROM程序存儲(chǔ)器(內(nèi)部程序存儲(chǔ)器)，但8031張沒有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，必須對(duì)EPROM進(jìn)行外部擴(kuò)展。 在MCS-51單片機(jī)中64KB內(nèi)，外部程序存儲(chǔ)器的地址被統(tǒng)一組織。 8031單片機(jī)沒有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，地址為0000HFFFFH和外部程序存儲(chǔ)空間。 請(qǐng)經(jīng)常接地。 因?yàn)槌绦虮仨毚鎯?chǔ)在內(nèi)存中，所以必須在外部使用程序的內(nèi)存，所以不再使用。 在內(nèi)部有ROM的單片機(jī)(51、

6、52系列)中，端子成為高電平，從內(nèi)部ROM執(zhí)行程序。 PC的值超過內(nèi)部ROM的容量時(shí)，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)移到外部程序內(nèi)存空間。 外部程序存儲(chǔ)器的地址空間為1000HFFFFH。訪問程序存儲(chǔ)器使用MOVC指令。 程序存儲(chǔ)器中的幾個(gè)特殊地址的使用：地址用途0000H復(fù)位操作后的程序項(xiàng)目0003H外部中斷0服務(wù)程序項(xiàng)目000BH計(jì)時(shí)器0中斷服務(wù)程序項(xiàng)目0013H外部中斷1服務(wù)程序項(xiàng)目0013H 由于報(bào)入口0023H串行端口中斷服務(wù)程序入口在兩個(gè)入口地址之間的存儲(chǔ)空間有限，因此，在編程時(shí)，通常在這些入口地址開始的2、3個(gè)地址單元中放入分支類命令1.2.2外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)隨機(jī)讀寫的數(shù)據(jù)。 外部I/O端口地址

7、圖像區(qū)域。 MCS-51單片機(jī)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部I/O端口執(zhí)行統(tǒng)一地址，使用相同的選通控制信號(hào)，通過MOVX命令訪問。 MCS-51單片機(jī)最多可擴(kuò)展64KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1.2.3內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是使用最多的地址空間，是存儲(chǔ)隨機(jī)讀寫數(shù)據(jù)的通用寄存器區(qū)域，是堆棧區(qū)域運(yùn)算操作數(shù)存儲(chǔ)區(qū)域命令(算術(shù)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址分配51系列單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址范圍為007FH。 各地區(qū)的地址請(qǐng)參閱下表。 (1)地址01FH的前32個(gè)單元稱為寄存器區(qū)域用途：設(shè)為通用寄存器R0R7。 R0和R1可在地址寄存器中使用。 32個(gè)單元的寄存器分為4個(gè)組，請(qǐng)注意只能選擇其中一個(gè)組的寄存器。 寄存器的

8、選擇組由程序狀態(tài)字PSW的RS1和RS0指定。 RS1 RS0選擇寄存器組0 0 0組01組1 0 2組13組初始化或復(fù)位時(shí)，自動(dòng)選擇0組。 選擇組后，其他三個(gè)組只能用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，不能用作寄存器。 通過設(shè)置多組寄存器，可以簡(jiǎn)單地保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)。 (2)20H2FH的比特地址區(qū)域?yàn)?6個(gè)單元，每單元8比特，每比特128比特，比特地址范圍為00H7FH，該區(qū)域可以進(jìn)行比特地址和字節(jié)地址兩者。 如MOV 20H，c (這里c是Cy進(jìn)位標(biāo)志比特)，該命令通過發(fā)送20H比特的Cy內(nèi)容，在Cy=1的情況下，比特20H的值為“1”。 (3)選擇的寄存器組以外的存儲(chǔ)器可以作為通用RAM區(qū)域使用。 (4)堆棧區(qū)域8X

9、X51單片機(jī)的堆棧設(shè)在內(nèi)部RAM區(qū)域，深度在128字節(jié)以下，初始化時(shí)SP指07H。 注： 51基本型單片機(jī)只有00H7FH單元的128字節(jié)的RAM區(qū)域。 在52增強(qiáng)型單片機(jī)中，有由80h到ffh組成的高128字節(jié)RAM區(qū)(共計(jì)256字節(jié)RAM )。 1.3特殊功能寄存器、MCS-51單片機(jī)共計(jì)21字節(jié)的特殊功能寄存器用英語(yǔ)縮寫SFR (Special Fuction Register )表示。 1 .用途： a累加器、狀態(tài)標(biāo)志單片機(jī)內(nèi)部各部件專用控制、狀態(tài)寄存器并行端口、串行端口視頻寄存器2 .地址空間： 21個(gè)特殊功能設(shè)備不連續(xù)地分布在80HFFH 128字節(jié)的地址空間中，表1 地址X0H和

10、X8H是能進(jìn)行位地址的寄存器，表1-2中用“*”表示。 表1-2中還標(biāo)明了各SFR的名稱、字節(jié)地址、可地址的位地址、位名稱。 以下介紹21個(gè)特殊功能寄存器的名稱和主要功能，詳細(xì)使用方法請(qǐng)參照下一節(jié)的內(nèi)容。 a-累加器具有完全零標(biāo)志z，如果A=0，則Z=1 A0，則Z=0。 此標(biāo)志經(jīng)常用于程序分支遷移的判斷條件。 b-寄存器。 常用于乘法除法(見第二章)。 PSW程序狀態(tài)字。 主要發(fā)揮標(biāo)志寄存器的作用，其8位定義如表1-3所示。 其中CY :進(jìn)位/進(jìn)位標(biāo)志反映最高位的進(jìn)位狀況，加法進(jìn)位，減法進(jìn)位。 CY=1，有進(jìn)取/借用的CY=0，沒有進(jìn)位/進(jìn)位。 AC :輔助進(jìn)位/進(jìn)位標(biāo)志反映高位字節(jié)和低位字

11、節(jié)之間的進(jìn)位/進(jìn)位，AC=1中有進(jìn)位/進(jìn)位，AC=0中沒有進(jìn)位/進(jìn)位。 FO :用戶標(biāo)志位。 用戶可以設(shè)定那個(gè)意思。 RS1、RS0 :工作寄存器組選擇位。位地址、位名、OV :溢出標(biāo)志反映了互補(bǔ)運(yùn)算結(jié)果有無(wú)溢出OV=1、無(wú)溢出OV=0。 - :無(wú)效比特。 p :奇偶校驗(yàn)標(biāo)志的運(yùn)算結(jié)果有奇數(shù)個(gè)“1”，P=1，運(yùn)算結(jié)果有偶數(shù)個(gè)“1”，P=0。 影響標(biāo)志位的指令及其影響方法請(qǐng)參照第2章。 sp :堆棧指針。 8XX51單片機(jī)的堆棧設(shè)置在片內(nèi)RAM上，對(duì)堆棧的操作以推動(dòng)(PUSH )和彈出(POP )兩種方式，并且遵循后述的原則，但在產(chǎn)生堆棧的方向上，與8086相反，是8XX51 另外，DPTR數(shù)據(jù)

12、指針寄存器存儲(chǔ)16位地址值，以用間接的尋址或索引修飾來(lái)尋址片上存儲(chǔ)器。 DPTR可以分為DPL和DPH兩個(gè)8位寄存器使用。 P0 P1 P2 P3I/O端口寄存器是四個(gè)并行I/O端口被映射為SFR的寄存器。 通過對(duì)該寄存器的讀寫，可以從對(duì)應(yīng)的I/O端口進(jìn)行輸入輸出。 例如，實(shí)現(xiàn)了命令MOV P1、a，從P1端口輸出a累加器的內(nèi)容的操作。 命令MOV A、P3實(shí)現(xiàn)了將P3端口線上的信息輸入a的操作。 另外，關(guān)于IP中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器，也有在后一章中說(shuō)明的寄存器。 IE中斷許可控制寄存器。 TMOD計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式控制寄存器。 TCON計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器。 TH0，TL0計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器0

13、。 TH1，TH1計(jì)時(shí)器/計(jì)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。 注意： 52個(gè)子系列中，高位128字節(jié)的RAM和SFR的地址重復(fù)，訪問哪個(gè)塊可以用不同的地址方式區(qū)分，訪問高位128字節(jié)的RAM采用寄存器間地址，訪問SFR采用直接地址可以使用兩個(gè)地址來(lái)接入低128字節(jié)的RAM。 1.4時(shí)鐘電路和復(fù)位電路、內(nèi)部振蕩方式：端子XTAL1和XTAL2上連接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱為晶體振蕩器)。圖1-3內(nèi)部振蕩方式、1.4.1時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用于提供單片機(jī)內(nèi)的各種微型工作時(shí)間基準(zhǔn)，8XX51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式兩種另外

14、，電容器C01、C02發(fā)揮使振蕩頻率穩(wěn)定，迅速地振蕩的作用。 電容值一般為530PF。 由于單片機(jī)內(nèi)部有高增益運(yùn)算放大器，所以外置晶體振子后，就構(gòu)成自激振蕩器，產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘。 外部振蕩方式是將現(xiàn)有的時(shí)鐘信號(hào)輸入到單片機(jī)中的方式。 這種方式適合使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)一致。 外部振蕩方式如圖1-4所示。 51系列單片機(jī)的外部時(shí)鐘是從XTAL1引進(jìn)的。 外部時(shí)鐘、XTAL1、XTAL2、GND、8XX51、空蕩蕩、外部時(shí)鐘、圖1-4外部振蕩方式、1.4.2基本順序單位單片機(jī)的順序單位，也稱為振蕩周期：水晶振動(dòng)的振蕩周期、時(shí)鐘周期，最小的順序狀態(tài)周期：振蕩頻率用單片機(jī)內(nèi)的分頻器進(jìn)行分頻后提供給芯片內(nèi)

15、的CPU的時(shí)鐘周期。 因此，一個(gè)狀態(tài)周期包含兩個(gè)振蕩周期。 機(jī)械周期(MC ) :一個(gè)機(jī)械周期由六個(gè)狀態(tài)周期和十二個(gè)振蕩周期組成。 計(jì)算機(jī)執(zhí)行基本操作的時(shí)間單位。 的雙曲馀弦值。 1指令周期由14機(jī)械周期構(gòu)成，因指令而異。 4種時(shí)間序列單位中，振蕩周期和機(jī)械周期是在單片機(jī)內(nèi)計(jì)算其他時(shí)間值(例如波特率、定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間等)的基本時(shí)間序列單位。 例如：?jiǎn)纹瑱C(jī)外置晶體振動(dòng)頻率12MHZ時(shí)的各種順序單位：振蕩周期=1/fosc=1/12MHZ=0.0833us狀態(tài)周期=2/fosc=2/12MHZ=0.167us設(shè)備周期=12/fosc=12 設(shè)備周期=14us、1.4.3復(fù)位電路復(fù)位操作是對(duì)單片機(jī)的

16、芯片內(nèi)電路進(jìn)行初始化，使單片機(jī)從一定的狀態(tài)開始運(yùn)行。 當(dāng)MCS-51系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST達(dá)到5ms以上的高電平時(shí)，單片機(jī)完成復(fù)位操作。如果RST持續(xù)處于高電平，單片機(jī)就會(huì)進(jìn)入循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。 復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位開關(guān)復(fù)位。 接通電源后，電容器會(huì)充電，因此RST會(huì)持續(xù)高電平的時(shí)間。 如果單片機(jī)已經(jīng)在運(yùn)行中，按下復(fù)位鍵，RST就會(huì)在一定時(shí)間內(nèi)升至高電平，實(shí)現(xiàn)接通電源，將開關(guān)復(fù)位的動(dòng)作。 通常選擇C=10f，R=10K。 接通電源復(fù)位請(qǐng)求電源后，自動(dòng)復(fù)位。 開關(guān)復(fù)位要求是接通電源的條件，在單片機(jī)運(yùn)行的過程中，通過按鈕開關(guān)操作來(lái)復(fù)位單片機(jī). 一般的電源接通和開關(guān)復(fù)位電路如圖1-5所

17、示。 圖1-5復(fù)位電路、單片機(jī)的復(fù)位動(dòng)作是將SFR寄存器進(jìn)行初始化，不變更芯片內(nèi)RAM區(qū)域的內(nèi)容。 一些主要的特殊功能寄存器的復(fù)位狀態(tài)如下： PC=0000H，程序計(jì)數(shù)器零表示單片機(jī)復(fù)位后程序從0000H地址單元執(zhí)行。 A=00H表示累加器已被清除。 PSW=00H表示選擇寄存器0組為工作寄存器組。 SP=07H指示堆棧指針指向片內(nèi)的RAM 07H單元，根據(jù)堆棧操作的前加壓規(guī)則，最初按入的數(shù)據(jù)被寫入08H單元。 P0P3=FFH表示各端口線被寫入1，各端口可用于輸入和輸出。 為了記住一些特殊功能寄存器復(fù)位后的主要狀態(tài)，熟悉單片機(jī)的操作，需要縮短應(yīng)用程序的初始化部分. 其他特殊功能寄存器復(fù)位的狀態(tài)如教材表1-4所示。 1.5引腳功能根據(jù)單片機(jī)的引腳數(shù)，分為總線可擴(kuò)展的單片機(jī)和總線不可擴(kuò)展的單片機(jī)。 單片機(jī)的內(nèi)部資源非常豐富，設(shè)計(jì)大系統(tǒng)時(shí)，內(nèi)部資源不足，需要擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器和I/O接