1、,第1章 單片機概述,第2章 單片機的硬件結(jié)構(gòu),第3章 MCS-51單片機指令系統(tǒng),第4章 MCS-51單片機程序設(shè)計,第5章 中斷與定時,第6章 存儲器與存儲器的擴展,第7章 單片機I/O接口的擴展,單片機原理與應(yīng)用電子教案,第8章 單片機與輸入輸出設(shè)備的接口,第9章 單片機的串行通信,第10章 單片機與A/D及D/A 轉(zhuǎn)換器的接口,第11章 單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計,第1章 單片機概述,第2章 單片機的硬件結(jié)構(gòu),第3章 MCS-51單片機指令系統(tǒng),第4章 MCS-51單片機程序設(shè)計,第5章 中斷與定時,第6章 存儲器與存儲器的擴展,第7章 單片機I/O接口的擴展,第8章單片機與輸入輸出設(shè)備的接口

2、,第9章 單片機的串行通信,第10章單片機與A/D及D/A 轉(zhuǎn)換器的接口,第11章 單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計,1什么叫單片機 它是把組成微型計算機的各功能部件：中央處理器CPU、隨機存取存儲器RAM、只讀存儲器ROM、I/O接口電路、定時器/計數(shù)器以及串行通信接口等制作在一塊集成芯片中，構(gòu)成一個完整的微型計算機。 單片機是單片微型計算機的簡稱。 單片機主要應(yīng)用于控制領(lǐng)域，它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計的，故又稱為微控制器（Micro Controller Unit）。在國際上，“微控制器”的叫法更通用些，在我國比較習慣“單片機”這一名稱。,由于單片機在應(yīng)用時通常是被控系統(tǒng)的核心并融入其中

3、，即以嵌入的方式工作，為了強調(diào)其“嵌入”的特點，也常常將單片機稱為嵌入式微控制器。,1單片機的發(fā)展 單片機出現(xiàn)的歷史并不長，它的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體上同步，經(jīng)歷了4個階段： 第一階段（19711974年）：1971年11月美國Intel公司首先設(shè)計出集成度為2000只晶體管/片的4位微處理器Intel 4004，并且配有隨機存取存儲器RAM、只讀存儲器ROM和移位寄存器等芯片，構(gòu)成第一臺MCS-4微型計算機。1972年4月Intel公司又研制成功了處理能力較強的8位微處理器Intel 8008。這些微處理器雖說還不是單片機，但從此拉開了研制單片機的序幕。,第二階段（197419

4、78年）：初級單片機階段。以Intel公司的MCS-48為代表。這個系列單片機內(nèi)集成有8位CPU、并行I/O接口、8位定時器/計數(shù)器，尋址范圍不大于4K，且無串行口。,第三階段（19781983年）：在這一階段推出的單片機普遍帶有串行口，有多級中斷處理系統(tǒng)、16位定時器/計數(shù)器。片內(nèi)RAM、ROM容量加大，且尋址范圍可達64KB，有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換器接口。這類單片機有Intel公司的MCS-51、Motorola公司的6801和Zilog公司的Z8等。這類單片機的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，這個系列的各類產(chǎn)品仍然是目前國內(nèi)外產(chǎn)品的主流。其中MCS-51系列產(chǎn)品，以其優(yōu)良的性能價格比，成為我國廣大科

5、技人員的首選。 第四階段（1983年現(xiàn)在）：8位單片機鞏固發(fā)展及16位單片機推出階段。此階段主要特征是一方面發(fā)展16位單片機及專用單片機；另一方面不斷完善高檔8位單片機，改善其結(jié)構(gòu)，以滿足不同的用戶需要。,1單片機的應(yīng)用特性 （1）集成度高 MCS-51系列單片機代表產(chǎn)品為8051，8051內(nèi)部包含4KB的ROM、128B的RAM、四個8位并行口、一個全雙工串行口、兩個16位定時器/計數(shù)器以及一個處理功能強大的中央處理器。 （2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 MCS-51系列單片機芯片內(nèi)部采用模塊化結(jié)構(gòu)，增加或更換一個模塊就能獲得指令系統(tǒng)和引腳兼容的新產(chǎn)品。另一方面，MCS-51系列單片機具有64KB的外部程

6、序存儲器尋址能力和64KB的外部RAM和I/O口尋址能力。Intel公司標準的I/O接口電路和存儲器電路都可以直接連到MCS-51系列單片機上以擴展系統(tǒng)功能，應(yīng)用非常靈活。,（3）可靠性高 單片機產(chǎn)品和其他產(chǎn)品一樣，出廠指標有軍用品、工業(yè)品和商用品之分。其中軍用品要求絕對可靠，在任何惡劣的環(huán)境下都能可靠工作，主要用于武器系統(tǒng)、航空器等方面。單片機屬于工業(yè)品，能在常溫下工作，不需要在溫度恒定的機房內(nèi)工作。由于單片機總線大多在芯片內(nèi)部不易受干擾，而且單片機應(yīng)用系統(tǒng)體積小，易于屏蔽，所以單片機的可靠性較高。 （4）處理功能強，速度快 MCS-51系列單片機指令系統(tǒng)中具有加、減、乘、除指令，各種邏輯運

7、算和轉(zhuǎn)移指令，還具有位操作功能。CPU時鐘頻率高達12MHz，單字節(jié)乘法和除法僅需要4s，而且具有特殊的多機通信功能，可作為多機系統(tǒng)中的子系統(tǒng)。,2. 單片機的制造工藝 制造單片機的工藝只有兩種：HMOS工藝和CHMOS工藝。 早期的MCS-51系列芯片都采用HMOS工藝，即高密度、短溝道MOS工藝。8051、8751、8031、8951等產(chǎn)品均屬于HMOS工藝制造的產(chǎn)品。 CHMOS工藝是CMOS和HMOS的結(jié)合，除保持了HMOS工藝的高密度、高速度之外，還具有CMOS工藝低功耗的特點。例如HMOS工藝制造的8051芯片的功耗為630mW，而用CHMOS工藝制造的80C51芯片的功耗為120

8、mW，這么低的功耗用一粒鈕扣電池就可以工作。單片機型號中包含有“C”的產(chǎn)品就是指它的制造工藝是CHMOS工藝。 例如80C51，就是指用CHMOS工藝制造的8051。,3. MCS-51單片機系列產(chǎn)品 MCS-51是一個單片機系列產(chǎn)品，具有多種芯片型號。具體說，按其內(nèi)部資源配置的不同，MCS-51可分為兩個子系列和四種類型，見表1.1。,表1.1 MCS-51系列單片機,MCS-51子系列包含4個產(chǎn)品，這4個產(chǎn)品具有不同的應(yīng)用特性。 8051：單片機8051內(nèi)部包含了4KB的ROM、128B的RAM、21個特殊功能寄存器、4個8位并行口、一個全雙工串行口、兩個16位定時器/計數(shù)器以及一個處理功

9、能很強的中央處理器，是一臺完整的微型計算機 8751：是以4KB的EPROM代替4KB ROM的8051。 8951：是以4KB的E2PROM（或Flash ROM）代替4KB ROM的8051。 8031：是內(nèi)部無ROM的8051。單片機8031不構(gòu)成完整計算機，必須外接EPROM作為程序存儲器。 52子系列也包含4個產(chǎn)品，分別是51子系列的增強型。由于資源數(shù)量的增加，芯片的功能有所增強。片內(nèi)ROM容量從4KB增加到8KB；RAM容量從128B增加到256B；定時器數(shù)目從2個增加到3個；中斷源從5個增加到6個等。,4. 80C51單片機系列 80C51單片機系列是在MCS-51系列的基礎(chǔ)上發(fā)

10、展起來的。 最早推出80C51系列芯片的是Intel公司，并且作為MCS-51系列的一部分，按原MCS-51系列芯片的規(guī)則命名，例如80C51、80C31、87C51等（至于89C51，我們把它歸入89系列單片機，將在下一節(jié)介紹）。 后來越來越多的公司生產(chǎn)80C51芯片，而且型號的命名已面目全非，功能上也做了不同程度的改進，如增加了A/D轉(zhuǎn)換、高速I/O口等。有些還在總線結(jié)構(gòu)上做了重大改進，出現(xiàn)了廉價的非總線型單片機芯片。但是萬變不離其宗： CHMOS工藝芯片80C51/80C31/87C51/89C51的基本特征是低功耗、允許的電源電壓波動范圍較大（為5V20%），并有三種功耗控制方式（增加

11、了待機和掉電保護兩種方式）。 習慣上，我們?nèi)匀话?0C51系列作為MCS-51的子系列。,AT89系列單片機是ATMEL公司的8位Flash單片機系列。 這個系列單片機的最大特點是在片內(nèi)含有Flash存儲器，而其他方面和MCS-51沒有太大的區(qū)別。該系列有著十分廣泛的用途，特別是在便攜式、省電和特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用。,AT89系列單片機的特點 （1）內(nèi)含有Flash存儲器 由于片內(nèi)含有Flash存儲器，因此在系統(tǒng)開發(fā)過程中可以十分容易地進行程序的修改。同時，在系統(tǒng)工作過程中，能有效地保存數(shù)據(jù)信息，即使外界電源損壞也不影響信息的保存。 （2）和AT80C51插座兼容 AT89系

12、列單片機的引腳和MCS-51系列單片機的引腳是一樣的。只要用相同引腳的AT89系列單片機就可以取代MCS-51系列單片機。 （3）靜態(tài)時鐘方式 AT89系列單片機采用靜態(tài)時鐘方式，節(jié)省電能，這對于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有用。,2. AT89系列單片機的概況 AT89系列單片機共有7種型號，分別為AT89C51、AT89LV51、AT89C52、AT89LV52、AT89C2051、AT89C1051、AT89S8252。 其中AT89LV51、AT89LV52分別是AT89C51、AT89C52的低電壓產(chǎn)品。最低電壓可以低至2.7V。而AT89C2051、AT89C1051則是低檔型的低電壓

13、產(chǎn)品。它們只有20條引腳，最低電壓也為2.7V，見表1.2。,表1.2 AT89系列單片機概況,1.單片機的應(yīng)用 由于單片機具有可靠性高、體積小、價格低、易于產(chǎn)品化等特點，因而在智能儀器儀表、實時工業(yè)控制、智能終端、通信設(shè)備、導航系統(tǒng)、家用電器等自控領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。例如： （1）智能儀器儀表 用單片機改造原有的測量、控制儀表，能促進儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化、綜合化、柔性化發(fā)展，如溫度、壓力、流量、濃度顯示、控制儀表等。通過采用單片機軟件編程技術(shù)，使長期以來測量儀表中的誤差修正、線性化處理等難題迎刃而解。 （2）實時工業(yè)測控系統(tǒng) 用單片機可以構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、自適應(yīng)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

14、等。如溫室人工氣候控制、水閘自動控制、電鍍生產(chǎn)線自動控制等。,（3）機電一體化產(chǎn)品 單片機與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品結(jié)合，使傳統(tǒng)機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡化、控制智能化。例如電傳打字機的設(shè)計中由于采用了單片機，取代了近千個機械部件。 （4）家用電器 全自動洗衣機、智能冰箱、各類小家電都無一例外地采用了單片機。,2.單片機的應(yīng)用特點： （1）控制系統(tǒng)在線應(yīng)用 控制系統(tǒng)在線應(yīng)用由于控制對象和單片機聯(lián)系密切，所以對設(shè)計者提出了很高的要求。他們不但要熟練掌握單片機，還要了解控制對象，懂得傳感技術(shù)，具有一定的控制理論知識等。 （2）軟硬件結(jié)合 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計需要軟、硬件統(tǒng)籌考慮。設(shè)計者不但要熟練掌握匯編語言的編程技術(shù)，

15、而且還必須精通單片機硬件系統(tǒng)和指令系統(tǒng)。,（3）應(yīng)用現(xiàn)場環(huán)境惡劣 應(yīng)用現(xiàn)場的環(huán)境一般是比較惡劣的。電磁干擾、電源波動、高低溫等因素都會影響系統(tǒng)工作的穩(wěn)定。設(shè)計者必須根據(jù)特定的環(huán)境采取正確的辦法才能解決。 （4）微控制技術(shù) 由于單片機具有高可靠性、超小型、低價格、容易產(chǎn)品化等特點，因而在需要嵌入式的控制系統(tǒng)里得到了廣泛的應(yīng)用，而且過去必須由模擬和數(shù)字電路來實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在可以通過軟件（編程序）方法實現(xiàn)了。這種超小型的以軟件取代硬件，并能提高系統(tǒng)性能的控制系統(tǒng)“軟化”技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。微控制技術(shù)是一種全新的概念，是對傳統(tǒng)技術(shù)的一次革命。隨著單片機應(yīng)用的推廣普及，微控制技術(shù)的發(fā)展必將帶動

16、產(chǎn)品的升級換代及產(chǎn)業(yè)升級。,習 題 1. 什么叫單片機？除了“單片機”之外，單片機還可以稱為什么？ 2. 單片機主要使用匯編語言，而編寫匯編語言程序要求設(shè)計人員除了熟練掌握指令系統(tǒng)外，還必須精通什么？ 3. 8051、8751、8031單片機的主要區(qū)別是什么？ 4. 與8051比較，80C51的最大特點是什么？ 5. AT89系列單片機的最大優(yōu)點是什么？ 6. 單片機發(fā)展方向是什么？,2.1.1 MCS-51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu),MCS-51結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。它主要由9個部件和一條內(nèi)部總線組成。現(xiàn)分別對各部件的情況介紹如下：,1. 8位中央處理器（CPU） 中央處理器簡稱CPU，是單片機的核

17、心，完成運算和控制操作。中央處理器包括運算器和控制器兩部分電路。 （1）運算器電路 運算器電路是單片機的運算部件，用于實現(xiàn)算術(shù)和邏輯運算。圖2.1中的ALU（算術(shù)邏輯單元）、ACC（累加器）、B寄存器、程序狀態(tài)字和兩個暫存寄存器等屬于運算器電路。運算器電路以ALU為核心，基本的算術(shù)運算和邏輯運算均在其中進行，包括加、減、乘、除、增量、減量、十進制調(diào)整、比較等算術(shù)運算，與、或、非等邏輯運算，左、右移位和半字節(jié)交換等操作。運算和操作結(jié)果的狀態(tài)由狀態(tài)寄存器（PSW）保存。,（2）控制電路 控制電路是單片機的指揮控制部件，保證各部分能自動而協(xié)調(diào)地工作。圖2.1中的PC（程序計數(shù)器）、PC加1寄存器、指

18、令寄存器、指令譯碼器、定時和控制電路等均屬于控制電路。,單片機執(zhí)行指令是在控制電路的控制下進行的。首先從程序存儲器中讀出指令，送指令寄存器保存，然后送指令譯碼器進行譯碼，譯碼結(jié)果送定時控制邏輯電路，由定時控制邏輯電路產(chǎn)生各種定時信號和控制信號，再送到系統(tǒng)的各個部件進行相應(yīng)的操作。這就是執(zhí)行一條指令的全過程。,2. 內(nèi)部程序存儲器 內(nèi)部程序存儲器在圖2.1中包括4KB/8KB的存儲器（ROM或EPROM），對于8051、80C51內(nèi)部共有4KB的掩膜ROM，用于存放程序和原始數(shù)據(jù)。,3. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器在圖2.1中包括128B/256B的RAM和RAM地址鎖存器等。實際上8051

19、或80C51內(nèi)部共有256個RAM單元，但后128單元被特殊功能寄存器SFR（也稱專用寄存器）占用，供用戶使用的只是前128個單元，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。因此通常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器是指前128單元，簡稱“內(nèi)部RAM”。,4. 并行的I/O口 MCS-51中共有4個8位的I/O口（P0、P1、P2、P3）以實現(xiàn)并行的輸入輸出。在圖2.1中分別標出了4個并行的I/O口。,5. 定時器/計數(shù)器 出于控制應(yīng)用的需要，MCS-51有2個（對8031/8051是2個）或3個（對8032/8052是3個）16位定時器/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能，并以定時或計數(shù)的結(jié)果對單片機進行控制。圖2.1中定時器/計

20、數(shù)器和中斷、串行端口在一起。,6. 串行口 MCS-51有一個全雙工UART（通用異步接收發(fā)器）的串行口，以實現(xiàn)單片機和其他數(shù)據(jù)設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強，既可作為全雙工UART異步通信收發(fā)器使用，又可以作為同步移位器使用。在圖2.1中串行端口和定時器/計數(shù)器中斷在一起。,8. 時鐘電路 MCS-51單片機芯片內(nèi)部有時鐘電路，但石英晶體振蕩器和微調(diào)電容需外接。在圖2.1中，畫出了外接的石英晶體振蕩器和微調(diào)電容以及片內(nèi)的反向放大器振蕩電路。時鐘電路為單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列，典型的晶振頻率為6MHz或12MHz。,9. 位處理器 單片機主要用于控制，需要有較強的位處理能力。位處理器又

21、稱布爾處理器。位處理器以狀態(tài)寄存器中的進位標志C為累加位，可進行置位、復(fù)位、取反、等于“0”轉(zhuǎn)移、等于“1”轉(zhuǎn)移以及C與可尋址位之間的傳送、邏輯與、邏輯或等位操作。位操作是通過運算器實現(xiàn)的，在圖2.1中沒有畫出。,10. 總線 上述9個部件都通過片內(nèi)單一總線連接。系統(tǒng)的地址信號、數(shù)據(jù)信號、控制信號都是通過總線傳送的?？偩€結(jié)構(gòu)減少了單片機的連線和引腳，提高了集成度和可靠性。,2.1.2 MCS-51單片機的信號引腳,HMOS制造工藝的MCS-51單片機都采用40引腳的雙列直插封裝（DIP方式），CHMOS制造工藝的80C51/80C31芯片除采用DIP方式外，還采用方形封裝工藝。如圖2.2所示。

22、圖2.2（a）、圖2.2（b）分別是DIP方式和方形封裝的引腳圖，其中方形封裝CHMOS芯片有44腳，但其中4只腳（標有NC的引腳1、12、23、34）是不使用的。,下面將這40條引腳按功能分為四部分敘述其功能。 1. 主電源引腳Vcc和Vss Vcc（40腳）：接+5V電壓 Vss（20腳）：接地 2. 外接晶體引腳XTAL1和XTAL2 XTAL1（19腳）：接外部晶體的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當采用外部振蕩器時，對HMOS單片機，此引腳應(yīng)接地；對CHMOS單片機，此引腳作為驅(qū)動端。 XTAL2（18腳）：接外部晶體管的另一個引腳。在

23、單片機內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。當采用外部振蕩器時，對于HMOS單片機，此引腳應(yīng)接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端；對于CHMOS單片機，此引腳應(yīng)懸浮。,3. 控制或其他電源復(fù)用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN、EA/VPP,RST/VPD（9腳）：振蕩器運行時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平使單片機復(fù)位。建議在此引腳與Vss之間連接一個約8.2k的下拉電阻，與Vcc引腳之間連接一個約10F的電容，以保證可靠的復(fù)位（詳見復(fù)位電路內(nèi)容）。Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保持內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。,ALE/ PROG（

24、30腳）：當訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍然以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器的1/6。因此，它可以用作對外輸出的時鐘，或用于定時。,對于EPROM型的單片機（如8751），在EPROM編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。,PSEN（29腳）：此引腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。在從外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）期間，每個機器周期它二次有效。但在此期間，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這二次有效信號將不出現(xiàn)。它同樣可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）8個LS型的TTL輸入電路。,EA/VPP（31腳）：當這引腳保持高電

25、平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，但在PC（程序計數(shù)器）值超過0FFFH（對8051/8751）或1FFFH（對8052）時將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。當這引腳保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器。 對于8031來說，無內(nèi)部程序存儲器，端口必須保持低電平，即接地，才能只選擇外部程序存儲器。對于EPROM型的單片機（如8751），在EPROM編程期間，此引腳也用于施加21V的編程電源（VPP）。,4. 輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2、P3（共32根） P0口（39腳32腳）：是雙向8位三態(tài)I/O口，在外接存儲器時，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動8個LS型的T

26、TL輸入負載。 P1口（1腳8腳）：是準雙向8位I/O口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。P1口可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負載。對于8052、8032，P1.0引腳的第二功能為T2定時器/計數(shù)器的外部輸入，P1.1引腳的第二功能為T2的外部控制端。對EPROM編程和程序驗證期間，它接收低8位地址。,P2口（21腳28腳）：是準雙向8位I/O口。在訪問外部程序存儲器時，它可以作為擴展電路高8位地址總線送出高8位地址。在對EPROM編程和程序驗證期間，它接收高8位地址。P2口可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL輸入負載。,P3口（1

27、0腳17腳）：是準雙向8位I/O口，在MCS-51中，這8個引腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口。P3口可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL輸入負載。作為第一功能使用時，為普通I/O口，功能和操作方法與P1口相同。作為第二功能使用時，各引腳的定義見表2.2。值得強調(diào)的是，P3口的每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。,表2.1 P3口線的第二功能定義,2.2.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128單元,片內(nèi)RAM（內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器）的地址范圍是00HFFH。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128單元的地址范圍是00H7FH。分三個區(qū)。 （1）工作寄存器區(qū) 00H1FH單元共32B，是4個通用工作寄存器

28、組，每組含8個寄存器（R0R7）。切換CPU的工作寄存器組，只要CPU執(zhí)行一條單周期指令改變程序狀態(tài)字PSW（特殊功能寄存器）的第3、4位，見表2.2。若程序中不需要4組工作寄存器，那么剩下的工作寄存器組所對應(yīng)的單元也可以作一般的數(shù)據(jù)緩沖器使用。,表2.2 工作寄存器組的選擇,（2）位尋址區(qū) 20H2FH單元共16個字節(jié)。這16個RAM單元具有雙重功能。它們既可以像普通RAM單元一樣按字節(jié)存取，也可以單獨存取，這就是位尋址。20H2FH單元用作位尋址時，共有168=128位，每位分配了一個特定的地址，即00H7FH，這些地址稱為位地址，如圖2.3所示。位地址在位尋址時使用。例如：把24H單元中

29、最高位（位地址為27H）置位成1，則可以使用如下置位指令： SETB 27H ； 27H 1，SETB為置位指令的操作碼 位地址的另一種表示方法是采用字節(jié)地址和位地址結(jié)合的表示方法。位地址05H可以表示成20H.5。,（3）用戶數(shù)據(jù)區(qū) 307FH總共有80個RAM單元，存放用戶數(shù)據(jù)或作堆棧操作使用。中斷系統(tǒng)中的堆棧一般都設(shè)在這一區(qū)域內(nèi)，MCS-51對用戶數(shù)據(jù)區(qū)中的每個RAM單元是按字節(jié)存取的。,2.2.2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器高128單元,在MCS-51系列單片機中，內(nèi)部RAM的高128單元是供給特殊功能寄存器SFR（Special function register）使用的。所謂特殊功能寄存器是指

30、有特殊用途的寄存器集合，也稱專用寄存器。它們位于片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器之上，離散地分布在80HFFH的地址空間范圍內(nèi)。 特殊功能寄存器的實際個數(shù)和單片機的型號有關(guān)：8051或8031的SFR有21個，8052的SFR有26個。 它們在80HFFH的地址空間范圍內(nèi)，不為SFR占用的RAM單元實際并不存在，訪問它們是沒有意義的。表2.3列出了這些SFR的助記符號、名稱和地址。,表2.3 特殊功能寄存器地址映像表,1. 特殊功能寄存器 下面簡單介紹SFR塊中的部分寄存器，其他SFR寄存器將在有關(guān)章節(jié)中介紹。 （1）程序計數(shù)器PC 程序計數(shù)器PC用于存放下一條要執(zhí)行的指令地址，是一個16位專用寄存器，可尋址范

31、圍為065535（64K）。PC在物理上是獨立的，不屬于SFR。 （2）累加器A 累加器A是一個最常用的專用寄存器，屬于SFR，也稱ACC。大部分單操作數(shù)指令的操作數(shù)取自累加器，很多雙操作數(shù)指令的一個操作數(shù)取自累加器，加、減、乘、除算術(shù)運算指令的運算結(jié)果都存放在累加器A或A和B寄存器中。,（3）B寄存器 在乘除指令中，用到了B寄存器。乘除指令的兩個操作數(shù)分別取自A和B，其結(jié)果存放在A和B寄存器中。例如除法指令中，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。 （4）堆棧指針SP 堆棧指針SP是一個8位專用寄存器。它指示出堆棧頂部在內(nèi)部RAM塊中的位置。系統(tǒng)復(fù)位后，SP初始化為07H，使

32、得堆棧事實上由08H單元開始。08H1FH單元分別屬于工作寄存器組13，在程序設(shè)計中用到這些區(qū)，最好把SP值改置為1FH或更大的值。MCS-51的堆棧是向上生成的，若SP=60H，CPU執(zhí)行一條調(diào)用指令或響應(yīng)中斷后，PC進棧，PCL保護到61H，PCH保護到62H，SP=62H。,（5）數(shù)據(jù)指針DPTR 數(shù)據(jù)指針DPTR是一個16位的SFR，其高字節(jié)寄存器用DPH表示，低字節(jié)寄存器用DPL表示。DPTR可以作為一個16位的寄存器DPTR來用，也可以作為兩個獨立的8位寄存器DPH和DPL來用。 （6）程序狀態(tài)字（PSWProgram status word） 程序狀態(tài)字是一個8位的寄存器用于寄存

33、指令執(zhí)行的狀態(tài)信息。其中有些位狀態(tài)是根據(jù)指令執(zhí)行結(jié)果，由硬件自動設(shè)置的，而有些位狀態(tài)則是用軟件方法設(shè)定的。PSW的位狀態(tài)可以用專門的指令進行測試，也可以用指令讀出。一些條件轉(zhuǎn)移指令將根據(jù)PSW中有關(guān)位信息來進行程序轉(zhuǎn)移。PSW的各位定義如下：,表2.4 PSW各位的定義,除PSW.1位保留未用外，對其余各位的定義及使用介紹如下： CY或C（PSW.7）進位標志位。CY（或C）是PSW中最常用的標志位，其功能有二：一是存放算術(shù)運算的進位標志；二是在位操作中，作累加位使用。在位傳送、位與、位或等操作中，都要使用進位標志位。 AC（PSW.6）輔助進位標志位。在加減運算中，當有低4位向高4位進位或借

34、位時，AC由硬件置位，否則AC位被清“0”。在進行十進制數(shù)運算時需要十進制調(diào)整，此時要用到AC位狀態(tài)進行判斷。 F0（PSW.5）用戶標志位。這是一個由用戶自定義的標志位，用戶根據(jù)需要用軟件方法置位或復(fù)位。例如用它來控制程序的轉(zhuǎn)向。, RS1和RS0（PSW.4和PSW.3）寄存器組選擇位。它用于設(shè)定當前通用寄存器的組號。通用寄存器共有4組，其對應(yīng)關(guān)系見表2.2。這兩個選擇位的狀態(tài)是由軟件設(shè)置的，被選中的寄存器組即為當前通用寄存器。 OV（PSW.2）溢出標志位。 在帶符號數(shù)的加減運算中，OV=1表示加減運算結(jié)果超出了累加器A所能表示的符號數(shù)有效范圍（128+127），因此運算結(jié)果是錯誤的。

35、在乘法運算中，OV=1表示乘積超過255，即乘積分別在寄存器B與A中；反之，OV=0表示乘積只在A中。 在除法運算中，OV=1表示除數(shù)為0，除法不能進行；反之OV=0，表示除數(shù)不為0，除法能正常進行。, P（PSW.0）奇偶標志位。其表明累加器A中1的個數(shù)的奇偶性，在每個指令周期由硬件根據(jù)A的內(nèi)容對P位進行置位或復(fù)位，若1的個數(shù)為奇數(shù)，P=1，反之P=0。 （7）專用寄存器字節(jié)尋址 訪問SFR塊時，只能采用直接尋址方式。在操作過程中必須注意以下幾點： 21個可字節(jié)尋址的專用寄存器是離散分布在128個單元中的。 程序計數(shù)器PC是不可尋址的。PC不占據(jù)RAM，它在物理上是獨立的。 對專用寄存器只能

36、采用直接尋址方式。書寫時，既可以使用寄存器符號，也可以使用寄存器單元地址。,（8）專用寄存器位尋址 課本16頁：表2.3列出了可以進行位尋址的11個專用寄存器。下面詳細介紹這11個可以進行位尋址的專用寄存器的位地址。表2.5列出了相關(guān)寄存器的位地址。表中所列全部專用寄存器可尋址的位共83位（8032/8052特有的T2CON除外）。這些位都是有專門用途的。這樣，加上低128單元位尋址區(qū)的128位，在MCS-51的內(nèi)部RAM中共有128+83=211個可尋址位。,2.2.3 堆棧,堆棧是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。所謂堆棧就是只允許在其一端進行數(shù)據(jù)插入和數(shù)據(jù)刪除操作的線性表。其結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。,圖2.4

37、堆棧示意圖,1. 堆棧的功能 堆棧是為了子程序調(diào)用和中斷操作而設(shè)立的，其作用有兩個：保護斷點和保護現(xiàn)場。 2. 堆棧的開辟 早期的微型計算機多在主存儲器中開辟堆棧，稱為外堆棧。主要優(yōu)點是容量大，可看作是無限的，但速度慢。另一類堆棧稱為內(nèi)堆棧。所謂內(nèi)堆棧就是在CPU芯片的寄存器中開辟堆棧。MCS-51的堆棧就開辟在內(nèi)部RAM中。內(nèi)堆棧的優(yōu)點是速度快，但堆棧的容量有限。這種限制反映在單片機上的表現(xiàn)就是：限制了高級語言的使用。因為在高級語言中，除了中斷和子程序的調(diào)用外，參數(shù)的傳遞也是靠堆棧的操作來實現(xiàn)的。,3. 堆棧指示器 堆棧共有兩種操作：進棧和出棧。 但不論是數(shù)據(jù)進棧還是出棧，都是對堆棧的棧頂單

38、元進行的，即對堆棧棧頂單元的寫和讀操作。為了指示棧頂?shù)刂?，所以要設(shè)置堆棧指示器SP。SP的內(nèi)容就是堆棧棧頂?shù)拇鎯卧刂贰?MCS-51單片機由于堆棧設(shè)在內(nèi)部RAM上，因此SP是一個8位寄存器。實際上SP就是專用寄存器的一員。系統(tǒng)復(fù)位后，SP的內(nèi)容為07H，但由于堆棧最好在內(nèi)部RAM的30H7FH單元中開辟，所以在程序設(shè)計時，應(yīng)注意把SP值初始化為30H。SP的內(nèi)容一旦確定，棧頂?shù)奈恢镁痛_定了。,4. 堆棧類型 向上生長型和向下生長型。MCS-51的堆棧是向上生長的。 5. 堆棧使用方法 調(diào)用子程序或中斷時，返回地址（斷點）自動進棧。程序返回時，斷點再自動彈回PC。 使用專用的堆棧操作指令，進

39、行進出棧操作。保護現(xiàn)場（PUSH）；恢復(fù)現(xiàn)場（POP）。,2.2.4 內(nèi)部程序存儲器,MCS-51單片機的程序計數(shù)器PC為16位，因此可以尋址的地址空間為64KB。8051和8751單片機內(nèi)部有4KB字節(jié)ROM/EPROM程序存儲器（0000H0FFFH），1000HFFFFH是外部擴展程序存儲器地址空間。而8052單片機內(nèi)部有8KB ROM程序存儲器，同樣可以擴展到64KB。在64KB程序存儲器中，有6個地址單元具有特殊功能。 1. 程序計數(shù)器PC MCS-51單片機在復(fù)位后PC的內(nèi)容為0000H，所以系統(tǒng)必須從0000H開始取指令，執(zhí)行程序。因為0000H是系統(tǒng)的啟動地址，所以用戶在設(shè)計程

40、序時，一般會在這一單元中存放一條絕對跳轉(zhuǎn)指令，而主程序則從跳轉(zhuǎn)到的新地址處開始存放。,2. 中斷源 除0000H外，其余5個特殊功能單元分別對應(yīng)6種中斷源的中斷服務(wù)子程序的入口地址，見表2.6。通常在程序設(shè)計時會在這些入口地址處都安放一條絕對跳轉(zhuǎn)指令，而真正的中斷服務(wù)子程序從轉(zhuǎn)移地址開始安放。,表2.6 中斷源入口地址,2.2.5 MCS-51存儲器的結(jié)構(gòu),物理上，MCS-51單片機有4個存儲器空間：片內(nèi)程序存儲器、片外程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器、片外數(shù)據(jù)存儲器。從用戶使用的角度看，MCS-51單片機有3個存儲器地址空間：片內(nèi)外統(tǒng)一的64KB的程序存儲器地址空間、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（其中128B的

41、特殊功能寄存器地址空間僅有20幾個字節(jié)是有實際定義的）、片外64KB數(shù)據(jù)存儲器地址空間。在訪問這3個不同的邏輯空間時應(yīng)采用不同的指令形式。MCS-51單片機存儲器的結(jié)構(gòu)如圖2.5所示。 如圖2.5所示，MCS-51數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器全部64KB地址重疊，且數(shù)據(jù)存儲器的片內(nèi)外的低128B地址重疊。所以對片內(nèi)外數(shù)據(jù)存儲器的操作使用了不同的指令，這樣就不會發(fā)生混亂。而程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的區(qū)分是靠引腳PSEN、RD、WR、EA控制的。,另外，在片外數(shù)據(jù)存儲器中，數(shù)據(jù)區(qū)與擴展的I/O口統(tǒng)一編址，因此，用戶在應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計時，所有的外圍接口地址均占用外部RAM地址單元。,a）程序存儲器 （b）內(nèi)部數(shù)

42、據(jù)存儲器 （c）外部數(shù)據(jù)存儲器,圖2.5 MCS-51單片機存儲器結(jié)構(gòu),如2.1.2所介紹的，MCS-51單片機有4個雙向的8位I/O口P0P3，實際上它們已經(jīng)被歸入特殊功能寄存器之列。P0口負載能力為8個TTL電路，P1、P2、P3口負載能力為4個TTL電路。在單片機中，口是一個集數(shù)據(jù)輸入緩沖、數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動及鎖存等多項功能于一體的I/O電路。4個口在電路結(jié)構(gòu)上基本相同，但又各具特點，因此在功能和使用上各口之間有一定的差異。下面分別討論4個雙向的8位I/O口的電路及功能。,2.3.1 P0口,P0口的字節(jié)地址為80H，位地址為80H87H?？诘母魑豢诰€具有完全相同，但又相互獨立的邏輯電路，如圖

43、2.6所示。,圖2.6 P0口邏輯電路,P0口邏輯電路的主要內(nèi)容包括： 一個數(shù)據(jù)輸出鎖存器，用于進行數(shù)據(jù)位的鎖存。 兩個三態(tài)輸入緩沖器，分別用于鎖存器數(shù)據(jù)和引腳數(shù)據(jù)輸入的緩沖。 一個多路轉(zhuǎn)接開關(guān)MUX，它的一個輸入來自鎖存器，另一個輸入為“地址/數(shù)據(jù)”。輸入轉(zhuǎn)接由“控制”信號控制。之所以設(shè)置多路轉(zhuǎn)接開關(guān)，是因為P0口既可以作為通用的I/O口進行數(shù)據(jù)的輸入輸出，又可以作為單片機系統(tǒng)的地址/數(shù)據(jù)線之間的接通轉(zhuǎn)接。 數(shù)據(jù)輸出的驅(qū)動和控制電路，由兩只場效應(yīng)管（FET）組成，上面的那只場效應(yīng)管構(gòu)成上拉電路。,在實際應(yīng)用中，P0口大多數(shù)情況下都是作為單片機系統(tǒng)的地址/數(shù)據(jù)線使用。當傳送地址或數(shù)據(jù)時，CPU

44、發(fā)出控制信號，打開上面的與門，并使多路轉(zhuǎn)接開關(guān)MUX處于內(nèi)部地址/數(shù)據(jù)線與驅(qū)動場效應(yīng)管柵極反向接通狀態(tài)。這時的輸出驅(qū)動電路由上下兩只場效應(yīng)管形成推拉式的電路結(jié)構(gòu)，大大提高了負載能力。當輸入數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)信號直接從引腳通過輸入緩沖器進入內(nèi)部總線。,當P0口作為輸入口（讀）使用時，應(yīng)區(qū)分讀引腳和讀端口（鎖存器）兩種情況。為此在口電路中有兩個用于讀入的三態(tài)緩沖器。所謂讀引腳，就是讀芯片引腳上的數(shù)據(jù)，也就是直接讀外部數(shù)據(jù)，這時使用下面的三態(tài)緩沖器，由“讀引腳”信號把三態(tài)緩沖器打開，引腳上的數(shù)據(jù)經(jīng)三態(tài)緩沖器通過內(nèi)部總線讀進來。但要注意，必須先向電路的鎖存器寫入“1”，使FET截止，以避免鎖存器為“0”狀態(tài)

45、時對引腳讀入的干擾。而讀端口則通過上面的三態(tài)緩沖器把鎖存器Q端的狀態(tài)讀進來。 當P0口作為輸出口（寫）使用時，由鎖存器和驅(qū)動電路構(gòu)成數(shù)據(jù)輸出通路。由于通路中已有輸出鎖存器，因此數(shù)據(jù)輸出可以與外設(shè)直接連接，無需再加數(shù)據(jù)鎖存電路。進行數(shù)據(jù)輸出時，來自CPU的寫脈沖加在D觸發(fā)器的CP端，數(shù)據(jù)寫入鎖存器，并向端口引腳輸出。但要注意，由于輸出電路是漏極開路電路，必須外接上拉電阻才能有高電平輸出。,2.3.2 P1口,P1口的地址為90H，位地址為90H97H。P1口的口線邏輯電路如圖2.7所示。P1口只能作為通用的I/O口使用，所以在電路結(jié)構(gòu)上和P0口不同主要表現(xiàn)為：, 它只傳送數(shù)據(jù)，所以不需要多路轉(zhuǎn)接

46、開關(guān)MUX。 因為只用來傳送數(shù)據(jù)，因此輸出電路中有上拉電阻，且上拉電阻和場效應(yīng)管共同組成了輸出驅(qū)動電路。 P1口作為輸出口使用時，已能提供推拉電流負載，外電路無需再接上拉電阻。 P1口作為輸入口使用時，應(yīng)先向其鎖存器寫入“1”，使輸出驅(qū)動電路的場效應(yīng)管截止。,2.3.3 P2口,P2口的字節(jié)地址為0A0H，位地址為0A0H0A7H。P2口的邏輯電路如圖2.8所示。,在實際使用中，P2口用于為系統(tǒng)提供高位地址，但不作為數(shù)據(jù)線使用，所以P2口和P0口既有共同點，又有不同點。 共同點：在口電路中有一個多路轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX。用于口線作為通用的I/O口進行數(shù)據(jù)的輸入輸出和作為單片機系統(tǒng)的地址/數(shù)據(jù)線之間的

47、接通轉(zhuǎn)接。 不同點：P2口只作為高位地址線使用，不作為數(shù)據(jù)線使用，所以多路轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX的一個輸入端不再是“地址/數(shù)據(jù)”，而是單一的“地址”。,2.3.4 P3口,P3口的字節(jié)地址為0B0H，位地址為0B0H0B7H。P3口的邏輯電路如圖2.9所示。,雖然P3口可以作為通用I/O口使用，但在實際使用中它的第二功能信號更為重要。為適應(yīng)引腳信號第二功能的需要，在口電路中增加了第二功能控制邏輯。由于第二功能信號有輸入和輸出兩類，因此我們分兩種情況說明。 對于輸出第二功能信號的引腳，當作為通用I/O口使用時，電路中的“第二輸出功能”信號線應(yīng)保持高電平，與非門開通，以維持從鎖存器到輸出端數(shù)據(jù)輸出通路的暢

48、通。當作為輸出第二功能信號時，該鎖存器應(yīng)預(yù)先置“1”，使與非門對第二功能的信號的輸出是暢通的，從而實現(xiàn)第二功能信號的輸出。,對于第二功能為輸入信號的引腳，在口線的輸入通路上增加了一個緩沖器，輸入的信號就從這個緩沖器的輸出端取得。而作為通用的I/O口線使用的數(shù)據(jù)輸入，仍然取自三態(tài)緩沖器的輸出端?？傊?，不管是作為輸入口還是第二功能信號輸入，輸出電路中的鎖存器輸出和“第二功能輸出信號”線都應(yīng)保持高電平。,2.3.5 I/O口的讀修改寫操作,由圖2.6圖2.9可見，每個I/O口均有兩種讀入方法，即讀鎖存器和讀引腳，并有相應(yīng)的指令。讀鎖存器指令是從鎖存器中讀取數(shù)據(jù)，進行處理，并把處理后的數(shù)據(jù)重新寫入鎖存

49、器中，這類指令叫讀修改寫指令。例如在ANL、ORL、XRL；INC、DEC；DJNZ；MOV；CLR、SETB等指令中，當目的操作數(shù)為某一I/O口或某一I/O口的某一位時這些指令均為讀修改寫指令。,讀引腳指令一般都是以I/O端口為原操作數(shù)的指令，執(zhí)行讀引腳指令時打開三態(tài)門輸入口狀態(tài)。例如讀P1口的輸入狀態(tài)時，讀引腳指令為： MOV A，P1,根據(jù)I/O口的結(jié)構(gòu)及CPU的控制，當執(zhí)行讀引腳操作后，口鎖存器的狀態(tài)應(yīng)與引腳的狀態(tài)相同；但當給口鎖存器寫入某一狀態(tài)后，相應(yīng)的口引腳是否呈現(xiàn)鎖存器狀態(tài)與外電路的連接有關(guān)。例如用I/O口線驅(qū)動三極管的基極時，該口線的位鎖存器寫入“1”后使三極管導通，而三極管一

50、旦導通后，基極電平為“0”。如果該口線無讀引腳操作時，口鎖存器與引腳的狀態(tài)不一致。,執(zhí)行改寫鎖存器數(shù)據(jù)的指令時，在該指令的最后一個時鐘周期S6P2里將數(shù)據(jù)寫入鎖存器。由于輸出緩沖器僅僅在每一個狀態(tài)周期的相位1（P1）期間采樣口鎖存器，因而鎖存器中的新數(shù)據(jù)在下一個狀態(tài)周期的相位出現(xiàn)之前是不會出現(xiàn)在輸出線上的。,2.3.6 I/O口的負載能力及接口要求,前面我們已經(jīng)詳細分析了I/O的邏輯電路。MCS-51單片機有4個雙向的8位I/O口P0P3，實際上它們已經(jīng)被歸入特殊功能寄存器之列。P0口為三態(tài)雙向口， P1、P2、P3口為準雙向口（用作輸入時，口線被拉成高電平，故稱為準雙向口）。由于其電路結(jié)構(gòu)和

51、使用的功能和特點有所不同，因而負載能力及接口要求也有所區(qū)別。,P0口：輸出驅(qū)動電路由于上下兩只場效應(yīng)管，形成推拉式的電路結(jié)構(gòu)，因而負載能力較強，能以吸收電流的方式驅(qū)動8個LS型的TTL輸入負載。在實際應(yīng)用中，P0口經(jīng)常作地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。在接口設(shè)計時，對于74LS系列、CD4000系列及一些大規(guī)模集成電路芯片（如8155、8255、AD574等）都可以直接接口；對于一些線性元件，特別是鍵盤、碼盤及LED顯示器等，應(yīng)盡量加驅(qū)動部分。,P1口：從電路結(jié)構(gòu)可知，P1口的負載能力不如P0口。能以吸收或輸出電流的方式驅(qū)動4個LS型的TTL負載。在實際應(yīng)用中，P1口經(jīng)常用作I/O擴展口。在

52、接口設(shè)計時，對于74LS系列、CD4000系列及一些大規(guī)模集成電路芯片（如8155、8255、MC14513等）都可以直接接口；對于一些線性元件，特別是鍵盤、碼盤及LED顯示器等，應(yīng)盡量加驅(qū)動部分。,P2口：由電路結(jié)構(gòu)可見，P2口的負載能力不如P0口，但和P1口一樣。能以吸收或輸出電流的方式驅(qū)動4個LS型的TTL負載。在實際應(yīng)用中，P2口經(jīng)常用作高8位地址和I/O口擴展的地址譯碼。在設(shè)計接口時，對于74LS系列、CD4000系列及一些大規(guī)模集成電路芯片（如74LS138、8243等）都可以直接接口。,P3口：由電路結(jié)構(gòu)可見，P3口的負載能力不如P0口，但和P1、P2口一樣，能以吸收或輸出電流的

53、方式驅(qū)動4個LS型的TTL負載。在實際應(yīng)用中，P3口經(jīng)常用作中斷輸入、串行通信口。在設(shè)計接口時，對于74LS系列、CD4000系列及一些大規(guī)模集成電路芯片（如74LS164、74LS165等）都可以直接接口。,時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號，單片機本身就是一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在惟一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作。而時序所研究的則是指令執(zhí)行中各信號之間的相互時間關(guān)系。,2.4.1 時鐘電路,在介紹單片機引腳時，我們已經(jīng)敘述過有關(guān)振蕩器的概念。振蕩電路產(chǎn)生的振蕩脈沖，并不是時鐘脈沖。這二者既有聯(lián)系又有區(qū)別。在由多片單片機組成的系統(tǒng)中，為了各單

54、片機之間時鐘信號的同步，還引入公用外部脈沖信號作為各單片機的振蕩脈沖。,1. 時鐘信號的產(chǎn)生,XTAL1（19腳）是接外部晶體管的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。輸出端為引腳XTAL2，在芯片的外部通過這兩個引腳接晶體震蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。如圖2.10所示。,我們可以用示波器測出XTAL2上的波形。電路中的C1和C2一般取30pF左右，而晶體振蕩器的頻率范圍通常是1.212MHz，晶體振蕩器的頻率越高，振蕩頻率就越高。 振蕩電路產(chǎn)生的振蕩脈沖并不是時鐘信號，而是經(jīng)過二分頻后才作為系統(tǒng)的時鐘信號。如圖2.10所示

55、。在二分頻的基礎(chǔ)上再三分頻產(chǎn)生ALE信號（這就是前面介紹ALE時所說的“ALE是以晶振1/6的固定頻率輸出的正脈沖”）在二分頻的基礎(chǔ)上再六分頻得到機器周期信號。,2. 引入外部脈沖信號 在由多片單片機組成的系統(tǒng)中，為了各單片機之間時鐘信號的同步，應(yīng)當引入惟一的公用外部脈沖信號作為各單片機的振蕩脈沖。這時外部的脈沖信號是經(jīng)XTAL2引腳注入如圖2.11所示。對于80C51單片機，情況有所不同。外引脈沖信號需從XTAL1引腳注入而XTAL2引腳應(yīng)懸浮。,2.4.2 時序定時單位,單片機執(zhí)行指令是在時序電路的控制下一步一步進行的，人們通常以時序圖的形式來表明相關(guān)信號的波形及出現(xiàn)的先后次序。為了說明信

56、號的時間關(guān)系，需要定義定時單位。MCS-51時序的定時單位共有4個，從小到大依次是：拍節(jié)、狀態(tài)、機器周期和指令周期。下面分別加以說明。,1、拍節(jié)與狀態(tài) 把振蕩脈沖的周期定義為拍節(jié)（用“P”表示）。振蕩脈沖經(jīng)過二分頻后，就是單片機的時鐘信號，把時鐘信號的周期定義為狀態(tài)（用“S”表示）。這樣一個狀態(tài)就包含二個拍節(jié)，其前半個周期對應(yīng)的拍節(jié)叫拍節(jié)1（P1），后半個周期對應(yīng)的拍節(jié)叫拍節(jié)2（P2）。,2. 機器周期 MCS-51采用同步控制方式，因此它有固定的機器周期。規(guī)定一個機器周期的寬度為6個狀態(tài)，并依次表示為S1S6。由于一個狀態(tài)又包括二個拍節(jié)，因此一個機器周期總共有12個拍節(jié)，分別記作S1P1，S

57、1P2，S6P2。由于一個機器周期共有12個振蕩脈沖周期，因此機器周期就是振蕩脈沖的十二分頻。當振蕩脈沖頻率為12MHz時，一個機器周期為1s，當振蕩脈沖頻率為6MHz時，一個機器周期為2s。 3. 指令周期,指令周期是最大的時序定時單位。執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期。指令周期以機器周期的數(shù)目來表示，MCS-51的指令周期根據(jù)指令不同，可包含有14個機器周期。圖2.12表明了各種周期的相互關(guān)系。,2.4.3 典型指令時序,MCS-51共有111條指令，全部指令按其長度可分為單字節(jié)指令、雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令。執(zhí)行這些指令所需要的機器周期數(shù)目是不同的，概括起來共有以下幾種情況：單字節(jié)指令

58、單機器周期和單字節(jié)指令雙機器周期；雙字節(jié)指令單機器周期和雙字節(jié)指令雙機器周期；三字節(jié)指令都是雙機器周期；單字節(jié)的乘除指令為四機器周期。,圖2.13所表示的是幾種典型單機器周期和雙機器周期指令的時序。圖中的ALE信號是為地址鎖存而定義的，該信號每有效一次對應(yīng)單片機進行一次讀指令操作。ALE信號以振蕩脈沖1/6的頻率出現(xiàn)，因此在一個機器周期中，ALE信號二次有效，第一次在S1P2和S2P1期間，第二次在S4P2和S5P1期間，有效寬度為一個狀態(tài)。,現(xiàn)對幾種典型單機器周期和雙機器周期指令的時序作如下說明：, 字節(jié)單周期指令（例如INC A）：由于是單字節(jié)指令，因此只需進行一次讀指令操作。當?shù)诙€AL

59、E有效時，由于PC沒有加1，所以讀出的還是原指令，屬于一次無效的操作。 雙字節(jié)單周期指令（例如ADD A，#data）：這種情況下對應(yīng)于ALE的二次讀操作都是有效的，第一次是讀指令操作碼，第二次是讀指令第二字節(jié)（本例中是立即數(shù)）。 單字節(jié)雙周期指令（例如INC DPTR）：兩個機器周期共進行4次讀指令操作，但后3次的讀操作全是無效的。, 單字節(jié)雙周期指令（MOVX類指令）：如前述每個機器周期內(nèi)有二次讀指令操作，但MOVX類指令情況有所不同。因為執(zhí)行這類指令時，先在ROM讀取指令，然后對外部RAM進行讀/寫操作。第一機器周期時，與其他指令一樣，第一次讀指令（操作碼）有效，第二次讀指令操作無效。第二機器周期時，進行外部RAM訪問，此時與ALE無關(guān)，因此不產(chǎn)生讀指令操作。 此外，還應(yīng)說明，時序圖中只表現(xiàn)了取指令操作的有關(guān)時序，而沒有表現(xiàn)指令執(zhí)行的內(nèi)容。實際上，每條指令都有具體的數(shù)據(jù)操作，例如算術(shù)和邏輯操作在拍節(jié)1進行，片內(nèi)寄存器對寄存器傳送操作在拍節(jié)2進行等。由于數(shù)據(jù)操作種類繁多，不逐一列出。,在單片機應(yīng)用系統(tǒng)工作時，除了進入系統(tǒng)正常的初始化之外，