1、第2章 MCS-51單片機 的硬件結(jié)構(gòu),任務(wù)一 單燈受控閃爍,2.1 MCS-51系列單片機概述 2.2 中央處理器CPU 2.3 存儲器 2.4 并行輸入/輸出口 2.5 單片機的時序、引腳及其功能,習 題,1,任務(wù)一 單燈受控閃爍 學習目標：過學習任務(wù)一的完成方法，熟悉mcs-51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，掌握mcs-51單片機各組成部分的功能和特點 。 任務(wù)描述： 單片機上電工作時，發(fā)光二極管間隔1S閃爍。,2,硬件電路與工作原理,硬件電路,3,由該任務(wù)引出： 1.單片機如何運行程序？ 2.單片機的軟件及數(shù)據(jù)如何存放？ 3.單片機程序運行的結(jié)果如何送給發(fā)光二極管？ 4.怎樣保證CPU工作 ？ 5

2、.發(fā)光二極管為何按一定頻率閃爍？,4,相關(guān)知識,2.1 MCS-51系列單片機概述,2.1 MCS - 51系列單片機的基本結(jié)構(gòu) 1.單片機如何運行程序？ 單片機和其他微機一樣，也擁有一個中央處理器（CPU）。 （單片機通過I/O口與外設(shè)打交道，單片機的程序與數(shù)據(jù)保存在存儲器中。）,5,它通過單片機的內(nèi)部總線，將單片機內(nèi)部的各個部分：程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等聯(lián)系在一起 。,內(nèi)部總線有三種,數(shù)據(jù)總線：專門用來傳送數(shù)據(jù)信息 。,地址總線：專門用來傳送地址信息，選中各操作單元。,控制總線：專門用來傳送CPU各種控制命令，以便CPU統(tǒng)一指

3、揮協(xié)調(diào)工作。完成程序所要執(zhí)行的各種功能。,6,CPU執(zhí)行程序一般包括兩個主要過程,第一，就是從程序存儲器中取出指令，指令的地址由PC指針提供。,第二，就是執(zhí)指過程，取出的指令代碼首先被送到CPU中控制器中的指令寄存器，再通過指令譯碼器譯碼變成各種電信號，從而實現(xiàn)指令的各種功能。,執(zhí)行,取指令,分析,7,2.1 MCS - 51系列單片機的基本結(jié)構(gòu),單片機是一個大規(guī)模集成電路芯片，其上集成有CPU、存儲器、I/O口(串行口、并行口)、其它輔助電路(如中斷系統(tǒng)，定時/計數(shù)器，振蕩電路及時鐘電路等)。 其基本結(jié)構(gòu)框圖如下：,8,ALU,由定時和控制部件構(gòu)成的控制器，包括定時控制邏輯、指令寄存器、指令

4、譯碼器、數(shù)據(jù)地址指針DPTR、程序計數(shù)器PC、堆棧指針SP、RAM地址寄存器以及16位地址緩沖器等。,運算器（ALU、專用寄存器）,9,MCS - 51系列單片機的基本結(jié)構(gòu)圖,CPU,RAM,ROM,中斷系統(tǒng),串行口,并行口,定時計數(shù)器,振蕩電路,X1 X2 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1,T0 T1,計算機,微機,10,MCS - 51系列單片機的基本結(jié)構(gòu)圖,X1 X2 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1,返回,CPU,RAM,ROM,中斷系統(tǒng),串行口,并行口,定時計數(shù)器,振蕩電路,X1 X2 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT

5、0 INT1,T0 T1,1、RAM被稱為隨機讀寫存儲器。 2、用于存放數(shù)據(jù) 。 3、具有易失性：芯片掉電后，其內(nèi)的信息消失。,11,MCS - 51系列單片機的基本結(jié)構(gòu)圖,T0 T1,CPU,RAM,ROM,中斷系統(tǒng),串行口,并行口,定時計數(shù)器,振蕩電路,X1 X2 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1,T0 T1,1、 ROM被稱為只讀存儲器。 2、用于存放程序。 3、具有非易失性：掉電后其內(nèi)的信息依然存在。,返回,12,運算器,最終結(jié)果 數(shù) 中間結(jié)果/ 據(jù) 最后結(jié)果 原始數(shù)據(jù) 與程序 最后 結(jié)果 程 序 計算機系統(tǒng)的硬件組成框圖,存儲器,控制器,輸出設(shè)備,輸入設(shè)備,

6、單片機,微機,返回,13,DB CPU AB CB 存儲器 I/O口 微機的結(jié)構(gòu)框圖,單片機,計算機,返回,14,80C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu),A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定時,中斷,串口,IR,P L A,ID,振 蕩,X1 X2,PSEN RST ALE EA,P0 P1 P2 P3,ALU,2.2 中央處理器CPU,15,80C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu),返回,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定時,中斷,串口,IR,P L A,ID,振 蕩,X1 X2,PSEN RST ALE EA,

7、P0 P1 P2 P3,ALU,算術(shù)邏輯運算部件主要用來完成數(shù)據(jù)的算術(shù)和邏輯運算。ALU有2個輸入端和2個輸出端，其中一端接至累加器，接收由累加器送來的一個操作數(shù)；另一端接收TMP的第二個操作數(shù)。參加運算的操作數(shù)在ALU中進行規(guī)定的操作運算，運算結(jié)束后，一方面將結(jié)果送至累加器，同時將操作結(jié)果的特征狀態(tài)送標志寄存器。,16,89C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu),A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定時,中斷,串口,IR,P L A,ID,振 蕩,X1 X2,PSEN RST ALE EA,P0 P1 P2 P3,ALU,1、16位寄存器 2、存放下一條將要

8、執(zhí)行的指令地址.程序中的指令是按照順序存放在存儲器中的某個連續(xù)區(qū)域.每條指令都有自己的地址,CPU根據(jù)PC中的指令地址從存儲器中取出將要執(zhí)行的指令. 3、具有自動加1功能,從而指向下一條將要執(zhí)行的指令地址. 4、PC的值可以修改，一般程序是按順序執(zhí)行指令的.若改變了的PC的值,則程序?qū)⒉辉侔错樞驁?zhí)行。,返回,17,80C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu),A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定時,中斷,串口,IR,P L A,ID,振 蕩,X1 X2,PSEN RST ALE EA,P0 P1 P2 P3,IR：用來存放當前正在執(zhí)行的指令代碼 。 ID：用來

9、對指令代碼進行分析、譯碼，根據(jù)指令譯碼的結(jié)果，輸出相應(yīng)的控制信號。 PLA：產(chǎn)生出各種操作電位、不同節(jié)拍的信號、時序脈沖等執(zhí)行此條命令所需的全部控制信號 。,返回,18,80C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu),X1 X2,PSEN RST ALE EA,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定時,中斷,串口,IR,P L A,ID,振 蕩,X1 X2,PSEN RST ALE EA,P0 P1 P2 P3,1、8位寄存器 2、累加器是一個特殊的寄存器，它的字長和微處理器的字長相同，累加器具有輸入輸出和移位功能，微處理器采用累加器結(jié)構(gòu)可以簡化某些邏輯運算。 3

10、、由于所有運算的數(shù)據(jù)都要通過累加器，故累加器在微處理器中占有很重要的位置。,ALU,返回,19,80C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu),X1 X2,PSEN RST ALE EA,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定時,中斷,串口,IR,P L A,ID,振 蕩,X1 X2,PSEN RST ALE EA,P0 P1 P2 P3,ALU,1、8位寄存器 2、在進行乘除法運算時，存放參與運算的一個操作數(shù) 3、除此之外，作為一般工作寄存器使用,返回,20,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定時,中斷,串口,

11、IR,P L A,ID,振 蕩,X1 X2,PSEN RST ALE EA,P0 P1 P2 P3,1、PSW稱為程序狀態(tài)字寄存器，是一個8位寄存器。 2、D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Cy Ac F0 RS1 RS0 Ov - P,ALU,返回,21,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定時,中斷,串口,IR,P L A,ID,振 蕩,X1 X2,PSEN RST ALE EA,P0 P1 P2 P3,1、程序狀態(tài)字寄存器。8位寄存器。 2、D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Cy Ac F0 RS1 RS0 O

12、v - P,ALU,返回,Cy（PSW.7）進位標志位。 當運算結(jié)果產(chǎn)生進位時， Cy =1； 當運算結(jié)果沒有產(chǎn)生進位時， Cy =0。,22,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定時,中斷,串口,IR,P L A,ID,振 蕩,X1 X2,PSEN RST ALE EA,P0 P1 P2 P3,1、程序狀態(tài)字寄存器。8位寄存器。 2、D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Cy Ac F0 RS1 RS0 Ov - P,ALU,AC（PSW.6）輔助進位（或稱半進位）標志。 當運算結(jié)果的D3向D4產(chǎn)生進位時， AC =1； 當運算結(jié)果

13、的D3向D4沒有產(chǎn)生進位時， AC =0。,返回,23,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定時,中斷,串口,IR,P L A,ID,振 蕩,X1 X2,PSEN RST ALE EA,P0 P1 P2 P3,1、程序狀態(tài)字寄存器。8位寄存器。 2、D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Cy Ac F0 RS1 RS0 Ov - P,ALU,OV（PSW.2）溢出標志位。 當運算結(jié)果產(chǎn)生溢出時， OV =1； 當運算結(jié)果沒有產(chǎn)生溢出時， OV =0。,返回,24,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2

14、,P3,P0,定時,中斷,串口,IR,P L A,ID,振 蕩,X1 X2,PSEN RST ALE EA,P0 P1 P2 P3,1、程序狀態(tài)字寄存器。8位寄存器。 2、D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Cy Ac F0 RS1 RS0 Ov - P,ALU,P（PSW.0）奇偶標志位。 當A中1的個數(shù)為奇數(shù)時， P =1； 當A中1的個數(shù)為偶數(shù)時， P =0。,返回,25,80C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu),X1 X2,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定時,中斷,串口,IR,P L A,ID,振 蕩,X1 X2,PSEN RST

15、ALE EA,P0 P1 P2 P3,1、SP稱為堆棧指針，8位寄存器 2、 SP用來存放堆棧棧頂?shù)牡刂贰?返回,26,先加（SP+1）后壓(數(shù)據(jù))，先彈（數(shù)據(jù)）后減（SP-1）。,89H,入棧過程 PUSH ACC,出棧過程 POP ACC,89H,27,80C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu),X1 X2,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定時,中斷,串口,IR,P L A,ID,振 蕩,X1 X2,PSEN RST ALE EA,P0 P1 P2 P3,1、8位寄存器 2、 SP用來存放堆棧棧頂?shù)牡刂贰?返回,1、堆棧是在內(nèi)RAM區(qū)專門開辟出來的按照

16、“先進后出”原則進行數(shù)據(jù)存取的一塊連續(xù)的存儲區(qū)域。 2、堆棧有棧頂和棧底，堆棧中沒有數(shù)據(jù)時，二者重疊，SP指向最下端（棧底），向堆棧推入數(shù)據(jù)后，棧頂向上生長，SP也向上生長。 3、堆棧棧頂：最后推入堆棧的數(shù)據(jù)所在的存儲單元 4、SP用來指示堆棧所處的位置, 在進行操作之前, 先用指令給SP賦值, 以規(guī)定棧區(qū)在RAM區(qū)的起始地址（棧底層）。當數(shù)據(jù)推入棧區(qū)后, SP的值也自動隨之變化。,63H,64H,65H,66H,67H,棧底,演示,28,80C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu),X1 X2,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定時,中斷,串口,IR,P L

17、 A,ID,振 蕩,X1 X2,PSEN RST ALE EA,P0 P1 P2 P3,1、8位寄存器 2、 SP用來存放堆棧棧頂?shù)牡刂贰?返回,1、堆棧是在內(nèi)RAM區(qū)專門開辟出來的按照“先進后出”原則進行數(shù)據(jù)存取的一塊連續(xù)的存儲區(qū)域。 2、堆棧有棧頂和棧底，堆棧中沒有數(shù)據(jù)時，二者重疊，SP指向最下端（棧底），向堆棧推入數(shù)據(jù)后，棧頂向上生長，SP也向上生長。 3、堆棧棧頂：最后推入堆棧的數(shù)據(jù)所在的存儲單元 4、SP用來指示堆棧所處的位置, 在進行操作之前, 先用指令給SP賦值, 以規(guī)定棧區(qū)在RAM區(qū)的起始地址（棧底層）。當數(shù)據(jù)推入棧區(qū)后, SP的值也自動隨之變化。,63H,64H,65H,66

18、H,67H,棧底,12H,46H,73H,SP=63H,SP=64H,SP=66H,SP=65H,入棧,29,80C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu),X1 X2,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定時,中斷,串口,IR,P L A,ID,振 蕩,X1 X2,PSEN RST ALE EA,P0 P1 P2 P3,1、8位寄存器 2、 SP用來存放堆棧棧頂?shù)牡刂贰?返回,1、堆棧是在內(nèi)RAM區(qū)專門開辟出來的按照“先進后出”原則進行數(shù)據(jù)存取的一塊連續(xù)的存儲區(qū)域。 2、堆棧有棧頂和棧底，堆棧中沒有數(shù)據(jù)時，二者重疊，SP指向最下端（棧底），向堆棧推入數(shù)據(jù)后，棧頂

19、向上生長，SP也向上生長。 3、堆棧棧頂：最后推入堆棧的數(shù)據(jù)所在的存儲單元 4、SP用來指示堆棧所處的位置, 在進行操作之前, 先用指令給SP賦值, 以規(guī)定棧區(qū)在RAM區(qū)的起始地址（棧底層）。當數(shù)據(jù)推入棧區(qū)后, SP的值也自動隨之變化。,63H,64H,65H,66H,67H,棧底,12H,SP=64H,SP=66H,SP=65H,出棧,73H,73H,46H,46H,30,80C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu),X1 X2,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定時,中斷,串口,IR,P L A,ID,振 蕩,X1 X2,PSEN RST ALE EA,P

20、0 P1 P2 P3,1、8位寄存器 2、 SP用來存放堆棧棧頂?shù)牡刂贰?返回,1、堆棧是在內(nèi)RAM區(qū)專門開辟出來的按照“先進后出”原則進行數(shù)據(jù)存取的一塊連續(xù)的存儲區(qū)域。 2、堆棧有棧頂和棧底，堆棧中沒有數(shù)據(jù)時，二者重疊，SP指向最下端（棧底），向堆棧推入數(shù)據(jù)后，棧頂向上生長，SP也向上生長。 3、堆棧棧頂：最后推入堆棧的數(shù)據(jù)所在的存儲單元 4、SP用來指示堆棧所處的位置, 在進行操作之前, 先用指令給SP賦值, 以規(guī)定棧區(qū)在RAM區(qū)的起始地址（棧底層）。當數(shù)據(jù)推入棧區(qū)后, SP的值也自動隨之變化。,63H,64H,65H,66H,67H,棧底,SP=64H,SP=66H,SP=65H,73H

21、,73H,46H,46H,12H,31,80C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu),PSEN RST ALE EA,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定時,中斷,串口,IR,P L A,ID,振 蕩,X1 X2,PSEN RST ALE EA,P0 P1 P2 P3,1、數(shù)據(jù)指針DPTR是一個 16 位的專用寄存器, 其高位字節(jié)寄存器用DPH表示,低位字節(jié)寄存器用DPL表示。 2、既可作為一個 16 位寄存器DPTR來處理, 也可作為兩個獨立的 8 位寄存器DPH和DPL來處理。 3、 DPTR 主要用來存放 16位地址，當對 64 KB外部數(shù)據(jù)存儲器空間尋

22、址時, 作為間址寄存器用。在訪問程序存儲器時, 用作基址寄存器。,返回,演示,32,DPTR 0003H,34H A,TMP,PSW,B,SP,DPTR 0003H,RAM,PC,ROM,定時,中斷,串口,返回,ALU,讀寫控制,輸 入 輸 出 電 路,地 址 譯 碼 器,RAM 芯片,單片機,DB,CB,AB,0003H,DPTR 0003H,WR,34H,33,80C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu),PSEN RST ALE EA,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定時,中斷,串口,IR,P L A,ID,振 蕩,X1 X2,PSEN RST ALE

23、 EA,P0 P1 P2 P3,80C51內(nèi)有的4K的ROM； 不夠用時可以外擴ROM； 內(nèi)ROM+外ROM 64K,返回,34,2.單片機的軟件及數(shù)據(jù)如何存放？,從前面的任務(wù)中，我們還看到要控制燈閃爍，必須編制程序，還必須將控制燈的相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)先存儲，那么，在單片機中的程序和數(shù)據(jù)是怎樣保存的？ 原來，在單片機內(nèi)部有程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，如果內(nèi)部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的容量不夠的話，還可以在單片機外部為它擴展，最大我們可以將程序存儲器空間總?cè)萘繑U大到64K，將數(shù)據(jù)存儲器在片外再單獨擴展64K，這樣，以89S51為例，數(shù)據(jù)存儲器的總?cè)萘靠蛇_64K（片外）128字節(jié)（片內(nèi)）。,MCS-51單片機的

24、存儲器組織結(jié)構(gòu)，采用典型的哈佛結(jié)構(gòu)，即程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器完全獨立，擁有各自的尋址系統(tǒng)，包括片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器與片外數(shù)據(jù)存儲器都擁有自己獨立的尋址系統(tǒng)。,2.3 存儲器,35,MCS-51單片機存儲器組織結(jié)構(gòu),返回,36,2.3.1 程序存儲器2.3.2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器2.2.3 特殊功能寄存器,2.3 存儲器,返回,37,2.3.1 程序存儲器,用途： 存放程序及程序運行時所需的常數(shù)。,尋址范圍：0000H FFFFH 容量64KB，即地址長度：16位,，尋址內(nèi)部ROM；,說明：當PC值超過片內(nèi)ROM容量時會自動轉(zhuǎn)向 外部存儲器 空間。,，尋址外部ROM。,1）,返回,38,2）程序存儲器的分

25、類,（1）Mask ROM 型：掩膜ROM，如8051ROM （2）OTPROM型：一次可編程ROM （3）EPROM型：可擦除可編程ROM，如8751ROM （4）E2PROM型：電可擦除可編程ROM （5）Flash ROM型：閃速只讀存儲器，如ATMEL公司的AT89系列(89C51),返回,39,MCS - 51系列單片機的分類,常用的MCS51系列單片機有2種類型的產(chǎn)品：8051/8751/89C51和8031。它們的結(jié)構(gòu)基本相同，其主要差別反映在存儲器的配置上的不同：8051內(nèi)設(shè)有4KB的掩膜ROM；8751內(nèi)設(shè)有4KB的EPROM；89C51內(nèi)設(shè)有4KB的Flash ROM ；8

26、031內(nèi)沒有ROM。 MCS - 51 系列單片機配置一覽表,40,3）程序存儲器中6個具有特殊含義的單元,0000H 系統(tǒng)復(fù)位，PC指向此處； 0003H 外部中斷0入口 000BH T0溢出中斷入口 0013H 外中斷1入口 001BH T1溢出中斷入口 0023H 串口中斷入口,返回,41,2.3.2 數(shù)據(jù)存儲器,用途：存放程序執(zhí)行的中間結(jié)果和過程數(shù)據(jù)的 。,物理上分為兩大區(qū)域： 00H 7FH即128B用戶RAM區(qū)。 80H FFH即特殊功能寄存器區(qū)。,返回,42,7FH 真正RAM區(qū) 00H,MCS-51 單片機片內(nèi)RAM的配置圖,FFH SFR區(qū) 80H,MCS-51內(nèi)有256B的

27、RAM單元，其地址范圍為00HFFH，分為兩大部分: 低 128 字節(jié)（00H7FH）為真正的RAM區(qū); 高 128 字節(jié)（80HFFH）為特殊功能寄存器區(qū)SFR。,返回,43,7FH 真正RAM區(qū) 00H,MCS-51 單片機片內(nèi)RAM的配置圖,FFH SFR區(qū) 80H,返回,89C51內(nèi)有256B的RAM單元，其地址范圍為00HFFH，分為兩大部分: 低 128 字節(jié)（00H7FH）為真正的RAM區(qū); 高 128 字節(jié)（80HFFH）為特殊功能寄存器區(qū)SFR。,7FH 普通RAM區(qū) 30H,2FH 位尋址區(qū) 20H,1FH 工作寄存器區(qū) 00H,44,7FH 真正RAM區(qū) 00H,MCS-

28、51 單片機片內(nèi)RAM的配置圖,FFH SFR區(qū) 80H,89C51內(nèi)有256B的RAM單元，其地址范圍為00HFFH，分為兩大部分: 低 128 字節(jié)（00H7FH）為真正的RAM區(qū); 高 128 字節(jié)（80HFFH）為特殊功能寄存器區(qū)SFR。,7FH 普通RAM區(qū) 30H,2FH 位尋址區(qū) 20H,1FH 工作寄存器區(qū) 00H,返回,07H 0組 00H,0FH 1組 08H,17H 2組 10H,1FH 3組 18H,1、工作寄存器區(qū) 是指00H1FH區(qū), 共分4個組, 每組有8個單元, 共32個內(nèi)部RAM單元。 2、每次只能有1組作為工作寄存器使用, 其它各組可以作為一般的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)使

29、用。 3、作為工作寄存器使用的8個單元，又稱為R0R7 4、程序狀態(tài)字PSW中的PSW.3（RS0）和PSW.4（RS1）兩位來選擇哪一組作為工作寄存器使用。CPU通過軟件修改PSW中RS0和RS1兩位的狀態(tài), 就可任選一個工作寄存器工作。,45,RS1、 RS0與片內(nèi)工作寄存器組的對應(yīng)關(guān)系,返回,46,工作寄存器和RAM地址對照表,返回,47,7FH 真正RAM區(qū) 00H,MCS-51 單片機片內(nèi)RAM的配置下圖 所示：,FFH SFR區(qū) 80H,7FH 普通RAM區(qū) 30H,2FH 位尋址區(qū) 20H,1FH 工作寄存器區(qū) 00H,20H,21H,22H,23H,24H,25H,26H,27

30、H,2FH,1、位尋址區(qū)是指 20H2FH單元，共16個單元。 2、位尋址區(qū)的每1位都可當作軟件觸發(fā)器, 由程序直接進行位處理。 3、 位尋址區(qū)的 16個單元（共計128位）的每1位都有一個8位表示的位地址, 位地址范圍為00H1FH。 如表所示。 4、 同樣, 位尋址的RAM單元也可以按字節(jié)操作作為一般的數(shù)據(jù)緩沖 區(qū)。,返回,48,內(nèi)部RAM中位地址表,返回,49,7FH 真正RAM區(qū) 00H,MCS-51 單片機片內(nèi)RAM的配置圖,FFH SFR區(qū) 80H,返回,89C51內(nèi)有256B的RAM單元，其地址范圍為00HFFH，分為兩大部分: 低 128 字節(jié)（00H7FH）為真正的RAM區(qū);

31、 高 128 字節(jié)（80HFFH）為特殊功能寄存器區(qū)SFR。,1、高128B的RAM單元中有21個單元可用，稱為SFR。這21個SFR分散在高128B的地址空間內(nèi)，分別是A，B，PSW，SP，DPH，DPL，P0，P1，P2，P3，IP，IE，TCON，TMOD，TH0，TL0，TH1，TL1，SCON，SBUF，PCON。 2、有些可以按位尋址。 3、特殊功能寄存器名稱、 標識符、 地址見表,50,特殊功能寄存器名稱、 標識符、 地址一覽表,返回,51,返回,52,2.3.3 特殊功能寄存器,返回,53,返回,54,1）累加器ACC(Accumulator),2）寄存器B,3）程序狀態(tài)字(P

32、rogram Status Word),CY 進位/借位標志；位累加器。 AC 輔助進/借位標志；用于十進制調(diào)整。 F0 用戶定義標志位；軟件置位/清零。 OV 溢出標志； 硬件置位/清零。 P 奇偶標志；A中1的個數(shù)為奇數(shù) P = 1；否則 P = 0。,返回,55,4）數(shù)據(jù)指針(DPTR),數(shù)據(jù)指針為16位寄存器，編程時，既可以按16位寄存器來使用，也可以按兩個8位寄存器來使用，即高位字節(jié)寄存器DPH和低位字節(jié)DPL。,DPTR主要是用來保存16位地址，當對64kB外部數(shù)據(jù)存儲器尋址時，可作為間址寄存器使用，此時，使用如下兩條指令： MOVXA,DPTR MOVXDPTR,A,在訪問程序存

33、儲器時，DPTR可用來作基址寄存器，采用基址+變址尋址方式訪問程序存儲器，這條指令常用于讀取程序存儲器內(nèi)的表格數(shù)據(jù)。 MOVCA,A+DPTR,返回,56,5）堆棧指針SP(Stack Pointer),指明棧頂元素的地址，8位，可軟件設(shè)置初值，復(fù)位時SP = 07H。,返回,57,6）I/O口專用寄存器(P0、P1、P2、P3),I/O口寄存器P0、P1、P2和P3分別是MCS-51單片機的四組I/O口鎖存器。,7）定時/計數(shù)器(TL0、TH0、TL1和TH1),MCS-51單片機中有兩個16位的定時/計數(shù)器T0和T1，它們由四個8位寄存器組成的，兩個16位定時/計數(shù)器卻是完全獨立的。我們可

34、以單獨對這四個寄存器進行尋址，但不能把T0和T1當作16位寄存來使用。,8）定時/計數(shù)器方式選擇寄存器(TMOD),TMOD寄存器是一個專用寄存器，用于控制兩個定時計數(shù)器的工作方式，TMOD可以用字節(jié)傳送指令設(shè)置其內(nèi)容，但不能位尋址 。,返回,58,3.單片機程序運行的結(jié)果如何送給發(fā)光二極管？,從剛才的任務(wù)中，我們看到發(fā)光二極管隨著程序的運行，有規(guī)律的閃動，那么，現(xiàn)在我們來看看單片機是怎樣將程序中運行的結(jié)果送給發(fā)光二極管的。 原來，MCS-51單片機上有4組8位I/O口：P0、P1、P2和P3口，共有4個8位雙向I/O口，共32口線。每位均有自己的鎖存器(SFR)，輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。 他

35、們在單片機中，主要承擔了和單片機外部設(shè)備打交道的任務(wù)，下面我們分別介紹這幾個I/O口：,2.4 并行輸入/輸出口,59,多路開關(guān) 功能：用于控制選通I/O方式還是地址/數(shù)據(jù)輸出方式 方式控制：由內(nèi)部控制信號產(chǎn)生,輸入鎖存器,兩個輸入緩沖器(BUF1和BUF2),推拉式I/O驅(qū)動器,P0口位圖內(nèi)部結(jié)構(gòu),說明： 1、當控制信號為0時，P0口做雙向I/O口，為漏極開路（三態(tài)） 2、控制信號為1時，P0口為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線（用于口擴展）,1,0,（1）P0和P2口,60,一、P0口作I/O口（寫Output）： CP 有效，控制信號為0時，V1管截止，P0是對V2漏極開路輸出，需要外接上拉電阻。 D

36、=1,V2截止，P0.X1；D=0,V2導(dǎo)通， P0.X0。,61,二、P0口作I/O口（讀Input）：1、讀引腳（MOV C，P0.0） 讀引腳信號使三態(tài)緩沖器打開，數(shù)據(jù)輸入 （注：P0口做I/O輸入時，必須先向電路中的鎖存器寫入“1”，使FET截止，否則FET導(dǎo)通，P0.X為0，無法讀入高電平）。,62,2、讀鎖存器（ANL P0.0，C） 凡屬于讀-修改-寫方式的指令，從鎖存器讀入信號，其 它指令則從端引腳線上讀入信號。 讀-修改-寫指令的特點是，從端口輸入(讀)信號，在單片 機內(nèi)加以運算(修改)后，再輸出(寫)到該端口上。,63,三、輸出“地址/數(shù)據(jù)”，V1、V2管交替導(dǎo)通，負載能力

37、很強。 1、P0口作為地址總線：控制信號為1 地址信號為1，V1管導(dǎo)通，V2管截止，P0.X為高電平； 地址信號為0，V1管截止，V2管導(dǎo)通， P0.X為低電平。,64,2、P0口作數(shù)據(jù)總線：訪問外部ROM時，P0口輸出低8位地址后，將變?yōu)閿?shù)據(jù)總線，以便取指令。 期間， “控制信號”為“0” ，V1管截止，多路開關(guān)轉(zhuǎn)向Q； CPU自動將向鎖存器 寫“1” ，使V2管截止，讀引腳。,65,P0口鎖存器和緩沖器結(jié)構(gòu),P0口除了作普通的I/O口，直接和外部設(shè)備打交道外;還用作片外總線的地址總線AB0-AB7的低八位、數(shù)據(jù)總線。,66,P2口內(nèi)部結(jié)構(gòu),2、當控制信號為1時 P2口輸出地址信息， 此時單

38、片機完成外部的取指操作或?qū)ν獠繑?shù)據(jù)存儲器16位地址的讀寫操作。 3、當P2口作為普通I/O口使用時 用法和P1口類似。,說明： 1、P2可以作為通用的I/O，也可以作為高8位地址輸出。,67,P2口鎖存器和緩沖器結(jié)構(gòu),P2口除了作普通的I/O口，直接和外部設(shè)備打交道外;還用作片外總線的地址總線的高八位地址線AB8-AB15,注意：P0口在作輸出入口使用時，由于它無內(nèi)部上拉電阻，為了在口線上輸出高電平并具有一定的驅(qū)動能力，必須外接上拉電阻。作輸入口使用時，為了防止口鎖存器對輸入口線的輸入信號造成影響，必須先往口鎖存器寫1。同理，P2口作輸入時，也必須先往口鎖存器寫1。,68,MCS-51片外總線

39、結(jié)構(gòu)示意圖,MCS-51單片機片外總線,P0.4,69,6264,WE,單片機 8031,P2.0,:,.,A8,. .,ALE,RD,74LS 373,G,A7 . . A0,P0.0 : P0.7,OE,CE,Q0 . . Q7,D0 . . D7,A12,P2.4,WR,D7 . . D0,70,P1口內(nèi)部結(jié)構(gòu),P1口內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示 輸出部分有內(nèi)部上拉電阻R*約為20K。 其他部分與P0端口使用相類似（讀引腳時先寫入1）。,寫數(shù)據(jù),讀端口,（2）P1口,71,P1口鎖存器和緩沖器結(jié)構(gòu),P1口只用作普通輸入輸出口,注意：和P0、P2口一樣，為防止口鎖存器對輸入口線造成影響，P1口作輸入

40、時，也必須先往口鎖存器寫1。,72,2.5.4 P3口內(nèi)部結(jié)構(gòu),說明： 1、做普通端口使用時，第二功能應(yīng)為“1”。,2、使用第二功能時，輸出端口鎖存器應(yīng)為“1”。 3、變異功能(第二功能),P3.0串行輸入口(RXD) P3.1串行輸出口(TXD) P3.2外中斷0(INT0) P3.3外中斷1(INT1) P3.4定時/計數(shù)器0的外部輸入口(T0) P3.5定時/計數(shù)器1的外部輸入口(T1) P3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通(WR) P3.7外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通(RD),73,（3）P3口,P3口鎖存器和緩沖器結(jié)構(gòu),P3口除了作普通的I/O口（功能和P1口一樣）直接和外部設(shè)備打交道外;還具有第二

41、功能。,74,2.5.5 P0P3端口功能總結(jié) 使用中應(yīng)注意的問題： P0P3口都是并行I/O口，但P0口和P2口還可用來構(gòu)建數(shù)據(jù)總線和地址總線，所以電路中有一個MUX，進行轉(zhuǎn)換。 而P1口和P3口無構(gòu)建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線和地址總線的功能，因此，無需轉(zhuǎn)接開關(guān)MUX。 只有P0口是一個真正的雙向口，P1P3口都是準雙向口。 原因:P0口作數(shù)據(jù)總線使用時，為保證數(shù)據(jù)正確傳送，需解決芯片內(nèi)外的隔離問題，即只有在數(shù)據(jù)傳送時芯片內(nèi)外才接通；否則應(yīng)處于隔離狀態(tài)。為此，P0口的輸出緩沖器應(yīng)為三態(tài)門。 P3口具有第二功能。因此在P3口電路增加了第二功能控制邏輯。這是P3口與其它各口的不同之處。,75,4.怎樣保證

42、CPU工作 ？,現(xiàn)在我們知道了單片機怎樣取指、執(zhí)指，即怎樣運行程序了。那么怎樣才能保證CPU有序的工作？這就必須提到單片機的兩個非常重要的外圍電路：單片機的時鐘電路和復(fù)位電路。,Pin19: 時鐘XTAL1腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。 Pin18: 時鐘XTAL2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。,時鐘電路如下,2.5 單片機的時序、引腳及其它,76,【振蕩周期】：單片機外接石英晶體振蕩器的周期。如外接石英晶體的頻率若為12MHz，這其振蕩周期就是1/12微秒。 【狀態(tài)周期】：單片機完成一個最基本的動作所需的時間周期。如掃描一次定時器T0引腳狀態(tài)所需要的時間。一個狀態(tài)周期2個振蕩周期。 【機器周期】：單

43、片機完成一次完整的具有一定功能的動作所需的時間周期。如一次完整的讀操作或?qū)懖僮鲗?yīng)的時間。一個機器周期6個狀態(tài)周期。 【指令周期】： 執(zhí)行完某條指令所需要的時間周期，一般需要14個機器周期，如MUL AB指令是四機器周期指令。一個指令周期14個機器周期。,77,若外接晶振為12MHz時，則單片機的四個周期的具體值為： 時鐘周期1/12MHz1/12s0.0833s 狀態(tài)周期1/6s0.167s 機器周期1s 指令周期14s 可用于計算指令、程序的執(zhí)行時間，以及定時器的定時時間,78,單周期單字節(jié)指令時序,79,單字節(jié)單周期指令 例：INC A,雙字節(jié)單周期指令 例：ADD A，DATA,單字節(jié)

44、雙周期指令例：INC DPTR,CPU取指/執(zhí)行時序,80,P1 P2,P1 P2,讀操作碼（丟棄）,MOVX類指令(單字節(jié)雙周期指令）,無取指（無ALE）,地址,數(shù)據(jù),訪問外部存儲器,雙字節(jié)雙周期指令 例：MOV Rn,direct,讀第二字節(jié)操作碼,當CPU對外部RAM讀寫時，ALE不是周期信號,無取指,81,復(fù)位電路如下,單片機工作時，除了需要時鐘支持外，還必須有一個初始狀態(tài)，即單片機的復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)如下表：,Pin9: RESET復(fù)位信號腳，當8051通電，時鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平

45、，系統(tǒng)即初始復(fù)位。,當VCC接通電源時，即可實現(xiàn)單片機的上電復(fù)位,82,83,5.發(fā)光二極管為何按一定頻率閃爍？,在前面的任務(wù)中，燈有規(guī)律的間隔1S閃爍，離不開時間的控制。那么，這個時間我們在前面的程序中是怎樣得到的？原來，在MSC-51單片機中有兩個定時器T0、T1，我們在前面也已經(jīng)提到了，它在單片機中能夠利用中斷實現(xiàn)定時或計數(shù)功能。詳細的用法，在單元五、六進行講解。,84,6.單片機的其他資源,通過本次任務(wù)的分析，我們基本上知道MCS-51單片機的結(jié)構(gòu)，它由CPU、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、并行輸入輸出口、定時計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等構(gòu)成，當然除了本次任務(wù)用到的以上資源外，51單片機還有一個串行通

46、訊口。,單片機的引腳除了我們前面介紹的4個并I/O口，兩根時鐘引腳（18、19腳），一根復(fù)位引腳（9腳），兩根電源腳（40、20腳）外，還有以下一些引腳。,85,外部程序存儲器讀選通信號,地址鎖存信號輸出端1/6fosc,86,程序運行工作方式,MCS-51單片機的程序運行方式包括連續(xù)執(zhí)行方式和單步執(zhí)行方式兩種。 其中連續(xù)執(zhí)行方式是程序最基本的執(zhí)行方式，即從PC指針開始，連續(xù)不斷地執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束或暫停標志。在系統(tǒng)復(fù)位時，PC總是指向0000H地址單元，而實際的程序應(yīng)允許從程序存儲器的任意位置開始，可通過執(zhí)行若干種指令使PC指向程序的實際起始地址。,87,節(jié)電工作方式,MCS-51單片機的CHMOS器件具有兩種降低功耗的工作方式：空閑方式和掉電方式。 MOS器件不具有這種功能。通過置位特殊功能寄存器PCON（電源控制寄存器