最新单片机21ppt课件

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1、单片机单片机2121绪4MCS-51是Intel公司生产的一种单片机系列，于1980年推出。是8位单片机。intel80514应用非常广泛。很多公司生产以8051为内核的单 片机。451系列的单片机芯片型号很多。89C5189C51单片机结构框图单片机结构框图外中断外中断内中断内中断控制控制并行口并行口P0,P1,P2,P3串行通信串行通信外部时钟源外部时钟源外部事件计数外部事件计数 一个8位的微处理器(CPU)。片内数据存储器RAM/SFR，用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等。片内程序存储器Flash ROM，用以存放程序、一些原始数据和表格。（有些单片机

2、内部不带ROM/EPROM/Flash，如8031,8032,80C31等）89C51单片机主要包括：单片机主要包括：四个8位并行I/0接口POP3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。两个16位定时器/计数器，每个定时器/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。五个中断源、两个中断优先级的中断控制系统。一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I/0口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信。片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡颇率为24MHz 可寻址64KB外部数据、程

3、序存储器空间。21个特殊功能寄存器。有空闲及掉电工作方式。以上各个部分通过内部数据总线相连接。二二、89C51(MCS-51)单片机的内部结构单片机的内部结构4（一）内部结构图（一）内部结构图4（二）主要组成部分功能（二）主要组成部分功能（一）内部结构图（一）内部结构图一个完整的计算机由一个完整的计算机由 中央处理单元（中央处理单元（CPUCPU）、）、存储器（存储器（ROMROM及及RAMRAM）和）和I/OI/O接口接口组成。组成。CPUCPU是单片机的核心，是计算机的控制和指挥中是单片机的核心，是计算机的控制和指挥中心，由运算器和控制器等部件组成。心，由运算器和控制器等部件组成。89C5

4、189C51单片机内部结构如图：单片机内部结构如图：P0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1 XTAL2PSENALEEARET80518051单片机内部结构图单片机内部结构图单片机内部结构图单片机内部结构图（二）主要组成部分功能（二）主要组成部分功能1、中央处理单元（、中央处理单元（CPU）1、I/O接口接口1、存储器、存储器1、中央处理单元（、中央处理单元（CPU）1）运算器）运算器2）控制器）控制器1）运算器）运算器（）一个可进行（）一个可进行8 8位算术运算和逻辑运算的单元位算术运算和逻辑运算的单元ALUALU（）（）8 8位累加器位累加器AC

5、CACC（A A）（）程序状态寄存器（）程序状态寄存器PSWPSW（）寄存器（）寄存器B B（）布尔处理器（）布尔处理器（）（）2 2个个8 8位暂存器位暂存器包括：包括：C可对4位、8位和16位数据进行操作。C能做加、减、乘、除、加l、减l、BCD数十进制调整及比较等算术运算。C能做与、或、异或、求补及循环移位等逻辑操作。（）算术运算和逻辑运算的单元（）算术运算和逻辑运算的单元ALU（）累加器（）累加器ACC（A）C它经常作为一个运算数经暂存器2进入ALU的输入端，与另一个来自暂存器1的运算数进行运算，运算结果又送回ACC。C它是最繁忙的一个寄存器。C在指令中用助记符A来表示。（）（）程序状

6、态字寄存器程序状态字寄存器PSWC8位。C用于指示指令执行后的状态信息。C相当于一般微处理器的标志寄存器。CPSW中各位状态供程序查询和判别用。C详见特殊功能寄存器SFR中介绍。（）寄存器（）寄存器BC8位。C在乘、除运算时，用来存放一个操作数，也用来存放运算后的一部分结果。C作为通用寄存器（不做乘除运算时）。（）布尔处理器（）布尔处理器C专门用于处理位操作的，C以PSW中的CY为其累加器。(指令中用）C可执行置位、位清0、位取反、位判断、信息 传送等位操作，C也可执行使C与其他可寻址位之间进行逻辑 “与”、逻辑或操作。（2）2个个8位暂存器位暂存器C ALUALU的两个入口处。的两个入口处。

7、2 2）控制器）控制器（1）程序计数器）程序计数器PC（16位）位）（2）指令寄存器）指令寄存器IR（4）振荡器和定时电路）振荡器和定时电路包括：包括：（3）指令译码器）指令译码器ID（1）程序计数器）程序计数器PC（16位）位）由两个8位计数器PCH、PCL组成。PC是程序的字节地址计数器。PC内容为将要执行的指令地址。改变改变PCPC内容，就可以改变程序执行的方向。内容，就可以改变程序执行的方向。PC可对64KB的ROM直接寻址，也可对8051片外RAM寻址。（2）指令寄存器）指令寄存器IR（3）指令译码器）指令译码器ID由PC中的内容指定ROM地址，取出来的指令经IR送至ID，由ID对指

8、令译码，产生一定序列的控制信号，以执行指令所规定的操作。（4 4）振荡器和定时电路）振荡器和定时电路89C51单片机片内有振荡电路，只需外接石英晶体和频率微调电容（2个30pF左右），其频率范围为024MHz。该信号作为单片机工作的基本节拍，即时间的最小单位。单片机在其基本节拍的控制下协调地工作。2、存储器、存储器1）程序存储器（）程序存储器（ROM）2）数据存储器（）数据存储器（RAM）l 它们有各自独立的存储地址空间1）程序存储器（）程序存储器（ROM）289C51、8051及8751的片内ROM容量为4KB。2地址从0000H开始。2用于存放程序和常数（如表格数据等）。1）程序存储器（）

9、程序存储器（ROM）289C51为Flash ROM28051、80C51为掩膜ROM28751、87C51为EPROM28031、80C31、8032 没有ROM28752、89C52为8KB ROM 。2）数据存储器（）数据存储器（RAM）2片内通用RAM：89C51、8051/8751/8031 RAM均为128B，地址为00H7FH。作用：用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓冲等。2片内特殊RAM：称特殊功能寄存器SFR。21个（字节）2）数据存储器（）数据存储器（RAM）2特殊功能寄存器SFR地址：分散在80FFH中3、I/O接口接口289C51有四个8位并行I/O接口P0P3

10、。2它们都是双向端口，每个端口各有8条I/O线。2P0P3口四个锁存器同RAM统一编址，可以把I/O口当作一般特殊功能寄存器来寻址。2.289C51(MCS-51)单片机单片机引脚引脚及其功能及其功能一、一、引脚图（引脚图（DIP）二、二、引脚功能说明引脚功能说明一、一、引脚图（引脚图（DIP）二、二、引脚功能说明引脚功能说明41、电源引脚：、电源引脚：Vcc和和Vss42、时钟电路引脚：、时钟电路引脚：XTAL1和和XTAL243、控制信号引脚、控制信号引脚RST、ALE、PSEN和和EA44、I/O端口端口P0、P1、P2和和P31、电源引脚：、电源引脚：Vcc和和VsscVcc(40脚)

11、：电源端，为+5V。cVss(20脚)：接地端。图图2-3cXTAL2（18脚）（89C51）：接外部晶体和微调电容的一端；在89C51 片内它是振荡电路反向放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时钟电路时，该引脚悬空。89C51正常工作时，该引脚应有脉冲信号输出。2、时钟电路引脚：、时钟电路引脚：XTAL1和和XTAL2cXTAL1（19脚）：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路反向放大器的输入端在采用外部时钟时，该引脚接外时钟输入。2、时钟电路引脚：、时钟电路引脚：XTAL1和和XTAL2图图2-33、控制信号引脚：、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN

12、和和EAcRST/VPD（9脚）：RST：复位信号输入端，高电平有效当此输入端保持不少于两个机器周期的高电平时，可完成复位操作。3、控制信号引脚：、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和和EAcRST/VPD（9脚）：VPD：引脚的第二功能，备用电源输入端。当主电源Vcc 发生故障，降低到低电平规定值时，将+5V电源自动接入该引脚，为RAM提供备用电源，以保证RAM中的信息不丢失，使得复位后能继续正常运行。图图2-33、控制信号引脚：、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和和EAcALE/PROG（30脚）：PROG：是对片内带有4KB Flash ROM的89C51编程写入时的编程脉冲输

13、入.ALE为地址锁存允许信号端，8031访问外部存储器时，该信号锁存低8位地址；ALE的频率为1/6时钟频率图图2-33、控制信号引脚：、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和和EAcPSEN（29脚）：程序存储器允许信号输出端。在访问片外ROM时，定时输出负脉冲作为读片外ROM的选通信号，接片外ROM 的OE端。它的负载能力为8个LS型TTL负载。图图2-33、控制信号引脚：、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和和EAcEA/Vpp（31脚）：EA：外部程序存储器地址允许输入端。EA=1时，CPU访问片内ROM,并执行片内程序存储器中的指令，但当PC值超过0FFFH（片内ROM为4KB

14、）时，将自动转向执行片外ROM中的程序。3、控制信号引脚：、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和和EAcEA/Vpp（31脚）：EA=0时，CPU只访问片外ROM,并执行外部程序存储器中的程序。图图2-33、控制信号引脚：、控制信号引脚：RST、ALE、PSEN和和EAcEA/Vpp（31脚）：Vpp：对89C51片内EPROM固化编程 时，编程电压输入端（12V）。图图2-34 4、I/OI/O端口端口P0P0、P1P1、P2P2和和P3P341 1）P0P0口口42 2）P1P1口口43 3）P2P2口口44 4）P3P3口口1）P0口（口（P0.0P0.7）漏极开路的8位准双向I/O

15、口，每位能驱动8个LS型TTL负载。P0口可作为一个数据输入/输出口。当P0口作为输入口使用时，应先向口锁存器(地址80H)写入全1，此时P0口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。1）P0口（口（P0.0P0.7）在CPU访问片外存储器时，P0口为分时复用的低8位地址总线和8位数据总线。准双向：当当P0P0口作输入口使用时要先写口作输入口使用时要先写1 1，这就是准，这就是准双向的含义。双向的含义。2）P1口（口（P1.0P1.7）带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口，每位能驱动4个LS型TTL负载。在Pl口作为输入口使用时，应先向Pl口锁存器(地址9OH)写入全1，此时Pl口引脚由内部上拉电阻

16、拉成高电平。3）P2口（口（P2.0P2.7）带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口，每位能驱动4个LS型TTL负载。在CPU访问片外存储器时，它输出高8位地址。在访问片外存储器时，P2口一般不做它用4）P3口（口（P2.0P2.7）带内部上拉电阻的8位准双向I/O端口，每位能驱动4个LS型TTL负载。P3口与其他I/O端口有很大区别，它除作为一般准双向I/O口外，每个引脚还具有第二功能。2.389C51(MCS-51)存储器配置存储器配置&2.3.1存储器分类存储器分类&2.3.2程序存储器程序存储器&2.3.3数据存储器数据存储器2.3.1 存储器分类存储器分类4两类：ROM(程序存储器，只

17、能读)、RAM(数据存储器，可读可写)两类4ROM、RAM有各自独立的存储地址空间（哈佛结构）4一般微机：普林斯顿结构。2.3.1 存储器分类存储器分类物理上：有4个相互独立的存储器空间：C片内程序存储器C片外程序存储器C片内数据存储C片外数据存储器物理上4个相互独立的存储器空间：2.3.1 存储器分类存储器分类逻辑上，有三个独立的空间：C片内、片外统一编址的程序存储器。0000H-FFFFH是连续的。C片内数据存储器。00HFFH。C片外数据存储器。0000H-FFFFH逻辑上3个独立的存储器空间：MCS-51 单片机的存储器结构 逻辑上3个独立的存储器空间：s三个逻辑地址空间地址有重叠，如

18、何区分？三个逻辑地址空间地址有重叠，如何区分？CPU访问片内、片外访问片内、片外ROM指令用指令用MOVC访问片外访问片外RAM指令用指令用MOVX访问片内访问片内RAM指令用指令用MOV2.3.2程序存储器程序存储器&一、程序存储器作用&二、程序存储器空间及使用&三、程序存储器的保留单元一、程序存储器作用一、程序存储器作用用于存放编好的程序。用于存放编好的程序。可以存放表格常数等。可以存放表格常数等。二、程序存储器空间及使用二、程序存储器空间及使用片内、外统一编址。片外最多可扩至64KB。89C51 ROM的容量为4KB。地址为0000H0FFFH。外扩ROM地址为1000HFFFFH，或0

19、000H FFFFH。4当当 EA=“1”EA=“1”时：时：在地址小于在地址小于4KB 4KB（000000000FFFH0FFFH）时，）时，CPUCPU访问内部的程序存储器访问内部的程序存储器;在地址大于在地址大于4KB4KB时时,CPU,CPU自动转向外部程序存自动转向外部程序存储器中取指令。储器中取指令。片外范围：片外范围：1000H 1000H FFFFHFFFFH二、程序存储器空间及使用二、程序存储器空间及使用4当当 EA=“0”EA=“0”时：时：片内片内ROMROM不起作用，不起作用，CPUCPU只能从片外只能从片外ROMROM中中取指令。取指令。片外片外ROMROM可以从可

20、以从 0000H 0000H 开始寻址。开始寻址。0000 0000 FFFFHFFFFH由于由于80C3180C31片内不带片内不带ROM ROM，所以使用时必须，所以使用时必须 EA=”0”EA=”0”。二、程序存储器空间及使用二、程序存储器空间及使用489C51从片内从片内ROM和片外和片外ROM取指取指的速度相同。的速度相同。二、程序存储器空间及使用二、程序存储器空间及使用三、程序存储器的保留单元三、程序存储器的保留单元189C510000002AH给系统用给系统用0000H0000H0002H0002H三个单元：三个单元：用作上电复位后引导程序的存放单元。用作上电复位后引导程序的存放

21、单元。复位后复位后PCPC的内容为的内容为0000H0000H。CPUCPU总是从总是从0000H0000H开始执行程序。开始执行程序。将转移指令存放到这三个单元，程序就被引将转移指令存放到这三个单元，程序就被引导到指定的程序存储器空间去执行。导到指定的程序存储器空间去执行。三、程序存储器的保留单元三、程序存储器的保留单元0003H0003H002AH002AH单元：单元：均分为五段，用作五个中断服务程序的入口。均分为五段，用作五个中断服务程序的入口。中断矢量地址表如表所示中断矢量地址表如表所示:三、程序存储器的保留单元三、程序存储器的保留单元存储单元存储单元保留目的保留目的0000H 000

22、2H 复位后引导程序地址0003H 000AH 外部中断0000BH 0012H定时器计数器0溢出中断0013H 001AH 外部中断1001BH 0022H定时器计数器溢出中断0023H 002AH 串行口中断002BH定时器2溢出中断(89C52有)保留的存储单元保留的存储单元中断源中断源中断程序入口地址中断程序入口地址外部中断00003H定时器计数器0溢出中断000BH外部中断10013H定时器计数器溢出中断001BH串行口中断0023H中断矢量地址表中断矢量地址表单片机访问外部程序存储器时，至少需要提供两单片机访问外部程序存储器时，至少需要提供两 类信号：类信号：一类是地址信号，用来确

23、定选中某一单元一类是地址信号，用来确定选中某一单元;一类是控制信号，一般接在一类是控制信号，一般接在ROMROM数据允许输出数据允许输出 端端OEOE。单片机无专门的地址总线和数据总线，单片机无专门的地址总线和数据总线，单片机访问外部程序存储器单片机访问外部程序存储器一般用一般用P2P2口输出地址的高口输出地址的高8 8位，位，用用POPO口分别输出地址的低口分别输出地址的低8 8位和输入位和输入/输出数据，输出数据，用用ALEALE引脚信号把引脚信号把低低8 8位地址位地址锁存在地址锁存器中锁存在地址锁存器中单片机提供的另一个程序存储器允许输出信号单片机提供的另一个程序存储器允许输出信号 P

24、SENPSEN则往往与存储器芯片的数据允许输出端则往往与存储器芯片的数据允许输出端 相相 连。连。程序存储器和数据存储器在逻辑上是分开的，程程序存储器和数据存储器在逻辑上是分开的，程 序存储器是只读的。序存储器是只读的。单片机访问外部程序存储器单片机访问外部程序存储器2.3.3数据存储器数据存储器4一、数据存储器RAM的作用4二、片外RAM 4三、片内RAM C用于存放运算的中间结果、数据暂存和缓冲、用于存放运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等。标志位等。C分两部分：片内分两部分：片内RAMRAM、片外、片外RAMRAM。C地址范围：地址范围：C片内片内RAMRAM：00 00 FFHFF

25、HC片外片外RAMRAM：0000H 0000H FFFFHFFFFH一、数据存储器一、数据存储器RAMRAM的作用的作用二、片外二、片外RAM片内片内RAMRAM不够用时，需要外扩不够用时，需要外扩RAMRAM。常采用的存储器芯片是静态常采用的存储器芯片是静态RAMRAM存储器，存储器，61166116（2K2K）、）、62646264（8K8K）、）、6225662256（64K64K）一般最大容量为一般最大容量为64KB64KB。地址：地址：0000H 0000H FFFFHFFFFH 二、片外二、片外RAM访问外部数据存储器访问外部数据存储器C用用P2P2口输出地址高口输出地址高8 8

26、位，位，C用用POPO口输出地址低口输出地址低8 8位，位，C用用ALEALE作为地址锁存信号。作为地址锁存信号。数据存储器的内容既可读出，也可写入。在时序数据存储器的内容既可读出，也可写入。在时序上由相应的上由相应的RDRD和和WRWR信号控制。信号控制。二、片外二、片外RAM访问指令类型：访问指令类型：MOVXMOVXA,DPTRMOVXDPTR,AMOVXA,R1MOVXR1,AMOVXA,R0MOVXR0,A1616位地址位地址寄存器寄存器8 8位工作位工作寄存器寄存器1、片内RAM地址空间划分2、低128字节RAM（00H7FH）3、高128字节RAM（80HFFH）（特殊功能寄存器

27、（特殊功能寄存器SFRSFR区）区）二、片内二、片内RAM1 1、片内、片内RAMRAM地址空间划分地址空间划分FFH80H7FH00H两部分2 2、低、低128128字节字节RAMRAM（00H 00H 7FH 7FH）1 1）工作寄存器区（）工作寄存器区（00H 00H 1FH1FH）2 2）位寻址区（）位寻址区（20H 20H 2FH 2FH）3 3）通用）通用RAMRAM区（区（30H 30H 7FH 7FH）2 2、低、低128128字节字节RAMRAM（00H 00H 7FH 7FH）p可直接寻址，可直接寻址，p也可寄存器间接寻址也可寄存器间接寻址 如如:MOV A,40H MOV

28、 A,40H MOV A,R1 MOV A,R1 1 1）工作寄存器区（）工作寄存器区（00H 00H 1FH1FH）由四组（由四组（0 0、1 1、2 2、3 3）工作寄存器组成，）工作寄存器组成，每组每组8 8个寄存器：个寄存器：R0R0、R1R1、R2R2、R3R3、R4R4、R5R5、R6R6、R7R7共占共占3232个字节单元。个字节单元。1 1）工作寄存器区（）工作寄存器区（00H00H1FH1FH）寻址：寻址：MOVA,R2MOVR0,AMOVA,R1MOVR1,As如何区分对哪一组的工作寄存器进行操作。如何区分对哪一组的工作寄存器进行操作。1 1）工作寄存器区（）工作寄存器区（

29、00H00H1FH1FH）通过程序状态寄存器通过程序状态寄存器 PSWPSW中中RS1RS1、RS0RS0两位设两位设定来选择定来选择CPUCPU的当前工作寄存器组。的当前工作寄存器组。复位时，第复位时，第0 0组为当前的工作寄存器。组为当前的工作寄存器。若不需要四组，则其余可作为一般若不需要四组，则其余可作为一般RAMRAM单元。单元。ACCYPOVRS0RS1F0PSW（D0H）D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0工作寄存器地址表工作寄存器地址表2 2）位寻址区（）位寻址区（20H20H2FH2FH）位寻址区有位寻址区有1616个字节单元，共个字节单元，共128128位。位。位地

30、址为位地址为00H 00H 7FH7FH。（见表）！注意：位地址与字节地址的区别注意：位地址与字节地址的区别 RAMRAM位寻址区位地址表位寻址区位地址表2 2）位寻址区（）位寻址区（20H20H2FH2FH）可用位寻址方式访问其各位可用位寻址方式访问其各位。这些可寻址位，通过执行指令可直接对某一位这些可寻址位，通过执行指令可直接对某一位操作，如置操作，如置1 1、清、清0 0、判断转移等。、判断转移等。位寻址是位寻址是MCS-51MCS-51系列单片机的一个重要特点。系列单片机的一个重要特点。CLR01HSETB08HCLR20HSETB7BH3 3）通用）通用RAMRAM区（区（30H30

31、H7FH7FH）用于堆栈。用于堆栈。用于数据缓冲区。用于数据缓冲区。3、高高128128字节字节RAMRAM（80H80HFFHFFH）（特殊功能寄存器（特殊功能寄存器SFRSFR区）区）有有2121个特殊功能功能寄存器。个特殊功能功能寄存器。地址分布在地址分布在80H80HFFHFFH的的RAMRAM空间。空间。只能用直接寻址方式。只能用直接寻址方式。MOVA,P1MOVA，80H 有有1111个具有位寻址能力。个具有位寻址能力。特殊功能寄存器地址表特殊功能寄存器地址表单片机的特殊功能寄存器表单片机的特殊功能寄存器表特殊功能寄存器位地址映像特殊功能寄存器位地址映像 第第7位位第第6位位第第5

32、位位第第4位位第第3位位第第2位位第第1位位第第0位位特殊功特殊功能寄存能寄存器器B.7B.6B.5B.4B.3B.2B.1B.0BF7F6F5F4F3F2F1F0A.7A.6A.5A.4A.3A.2A.1A.0ACCE7E6E5E4E3E2E1E0CYACF0RS1RS0OVF1PPSWD7D6D5D4D3D2D1D0TF2EXF2RCLKTCLKEXEN2TR2C/T2CP/PL2T2CONCFCECDCCCBCAC9C8特殊功能寄存器位地址映像特殊功能寄存器位地址映像 第第7位位第第6位位第第5位位第第4位位第第3位位第第2位位第第1位位第第0位位特殊功特殊功能寄存能寄存器器-PT2PS

33、PT1PX1PT0PX0IP-BDBCBBBAB9B8P3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0P3B7B6B5B4B3B2B1B0EA-ET2ESET1EX1ET0EX0IEAF-ADACABAAA9A8P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P2A7A6A5A4A3A3A2A1A0特殊功能寄存器位地址映像特殊功能寄存器位地址映像 第第7位位第第6位位第第5位位第第4位位第第3位位第第2位位第第1位位第第0位位特殊功特殊功能寄存能寄存器器SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISCON9F9E9D9C9B9A9998P1.7P1.6P1.5P

34、1.4P1.3P1.2P1.1P1.0P19796959493929190TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TCON8F8E8D8C8B8A8988P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0P08786858483828180&部分特殊功能寄存器介绍部分特殊功能寄存器介绍p累加器累加器ACCACC（E0HE0H）：）：用A作为ACC的助记符。用于存放第一个操作数及运算结果。最常用的。p寄存器寄存器B B（F0HF0H）：）：l在乘法指令中，在乘法指令中，B B用于存放乘数和乘用于存放乘数和乘 积的高积的高8 8位。位。l在除法指令中用于存放除数和余数。在除法

35、指令中用于存放除数和余数。l在其它指令中用作一般的寄存器或在其它指令中用作一般的寄存器或 RAMRAM单元。单元。&部分特殊功能寄存器介绍部分特殊功能寄存器介绍p程序状态寄存器程序状态寄存器PSW PSW（D0HD0H）lPSWPSW包含了程序执行后的状态信息，供包含了程序执行后的状态信息，供 程序查询或判断用。程序查询或判断用。PSW的格式 PSW各位的含义&部分特殊功能寄存器介绍部分特殊功能寄存器介绍PSWPSW的格式如下：的格式如下：ACCYPOVRS0RS1F0PSW（D0H）D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0PSWPSW各位的含义各位的含义（1 1）CYCY位（位（PSW

36、.7PSW.7）：进（借）位标志位。）：进（借）位标志位。执行加法（减法）运算指令时，如运算结果执行加法（减法）运算指令时，如运算结果最高位最高位（D7D7）向前有进位（借位），向前有进位（借位），CY=1CY=1；否则，否则，CY=0CY=0。在位操作指令中，在位操作指令中，CYCY位是布而累加器，用位是布而累加器，用C C表示。表示。（2 2）ACAC位（位（PSW.6PSW.6）：半进位标志位（辅助进）：半进位标志位（辅助进 位标志）。位标志）。执行加法（减法）运算指令时，如运算结果执行加法（减法）运算指令时，如运算结果 的低半字节（的低半字节（D3D3）向高半字节有进位（借向高半字节有

37、进位（借 位），位），AC=1AC=1；否则，否则，AC=0AC=0。PSWPSW各位的含义各位的含义（3 3）FOFO位（位（PSW.5)PSW.5)：用户标志。：用户标志。由由用用户户自自己己定定义义,置置位位、复复位位，以以作作为为软软件件标志。标志。PSWPSW各位的含义各位的含义（4 4）RS0RS0、RS1RS1位（位（PSW.3PSW.3和和PSW.4PSW.4）：工作寄）：工作寄 存器组选择控制位。存器组选择控制位。由用户用软件改变由用户用软件改变RS0RS0和和RS1RS1的值，以切换当的值，以切换当 前选用的工作寄存器组。前选用的工作寄存器组。(见表见表)上上电电复复位位时

38、时，（RS0RS0）=（RS1RS1）=0=0，CPUCPU自自 然选择第然选择第0 0组为当前工作寄存器组。组为当前工作寄存器组。PSWPSW各位的含义各位的含义RS1RS0寄存器组寄存器组片内片内RAM地址地址00第第0组组 00H07H01第第1组组 08H0FH10第第2组组 10H17H11第第3组组 18H1FH RS0 RS0，RS1RS1的组合关系的组合关系（5 5）OVOV位（位（PSW.2PSW.2）：溢出标志位。）：溢出标志位。如如有有溢溢出出，即即运运算算结结果果超超出出-128-128+127+127 的范围时，的范围时，OV=1OV=1；无溢出时，无溢出时，OV=0

39、OV=0。PSWPSW各位的含义各位的含义（6 6）P P位（位（PSW.0PSW.0）：奇偶检验位。）：奇偶检验位。每每条条指指令令执执行行后后，累累加加器器A A中中“1”“1”的的个个数数为为奇数，则奇数，则P=1P=1；否则，；否则，P=0P=0。PSWPSW各位的含义各位的含义（7 7）PSW.1PSW.1：为保留位。：为保留位。89C5189C51未用，未用，为为F1F1用户标志位。用户标志位。PSWPSW各位的含义各位的含义p堆栈指针堆栈指针SPSP（81H81H）：）：堆栈：堆栈：在片内在片内RAMRAM中，开辟的一个按中，开辟的一个按“先进后先进后出出”的结构方式处理数据的区

40、域。的结构方式处理数据的区域。堆栈的作用：堆栈的作用：暂存数据（暂存数据（PUSHPUSH，POPPOP），），调用子程序调用子程序CALLCALL，中断中断 SPSP的内容可指向片内的内容可指向片内RAM 00H RAM 00H 7FH7FH的任何的任何单单 元。元。&部分特殊功能寄存器介绍部分特殊功能寄存器介绍p堆栈指针堆栈指针SPSP（81H81H）：）：系统复位后：（系统复位后：（SPSP）=07H=07H。即即SPSP指向指向07H07H单元。单元。堆栈的操作：如堆栈的操作：如 图图2-62-6 所示。所示。&部分特殊功能寄存器介绍部分特殊功能寄存器介绍在使用堆栈前，先给在使用堆栈前

41、，先给SPSP赋值，以规定堆栈的起始位赋值，以规定堆栈的起始位 置，称为栈底。置，称为栈底。当数据压入堆栈后，当数据压入堆栈后，SPSP自动加自动加1 1，出栈时自动减，出栈时自动减1 1。这种堆栈结构属于向上生长型的堆栈这种堆栈结构属于向上生长型的堆栈 SPSP始终指向栈顶。始终指向栈顶。注意使用时堆栈区不要与一般的注意使用时堆栈区不要与一般的RAMRAM混用。混用。p数据指针数据指针DPTRDPTR（83H83H，82H82H）：）：lDPTRDPTR是一个是一个1616位的特殊功能寄存器。位的特殊功能寄存器。l由由DPHDPH（83H83H），），DPLDPL（82H82H）组成。组成。

42、lDPHDPH，DPLDPL可以单独使用。可以单独使用。lDPTR主要用于存放主要用于存放16位的地址。可寻址位的地址。可寻址片外片外64KB的空间的空间。&部分特殊功能寄存器介绍部分特殊功能寄存器介绍pI/OI/O端口端口P0P0、P1P1、P2P2、P3P3 （80H80H、90H90H、A0HA0H、B0HB0H）：）：分别为四个并行端口的锁存器，分别为四个并行端口的锁存器，每一个口锁存器还有位地址，所以每一条每一个口锁存器还有位地址，所以每一条 I/OI/O线可独立输入或输出线可独立输入或输出。输出时，可以锁存；输入时，可以缓冲。输出时，可以锁存；输入时，可以缓冲。&部分特殊功能寄存器

43、介绍部分特殊功能寄存器介绍2.489C51(MCS-51)CPU时序时序&2.4.1 片内时钟信号的产生片内时钟信号的产生&2.4.2 机器周期和指令周期机器周期和指令周期&2.4.3CPU取指、执行周期时序取指、执行周期时序2.4.1片内时钟信号的产生片内时钟信号的产生41、晶体振荡器的振荡电路、晶体振荡器的振荡电路42、节拍与状态周期、节拍与状态周期89C5189C51芯片内部有一个高增益反相放大器，用芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。于构成振荡器。反相放大器的输入端为反相放大器的输入端为XTA1XTA1，输出端为，输出端为XTAL2XTAL2（1919、1818脚）。脚）。

44、在在XTAI1XTAI1和和XTAL2XTAL2两端跨接石英晶体及两个电两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器，容就可以构成稳定的自激振荡器，如图如图1、晶体振荡器的振荡电路、晶体振荡器的振荡电路电容器电容器C1C1、C2C2典型取值典型取值20pF-100pF20pF-100pF。对振荡频。对振荡频率有微调作用。率有微调作用。通常取通常取3OpF3OpF左右，左右，振荡频率范围是振荡频率范围是22MHzMHz。晶体振荡器的振荡信号从晶体振荡器的振荡信号从XTAL2端输入到片内端输入到片内的时钟发生器。的时钟发生器。如图如图 1、晶体振荡器的振荡电路、晶体振荡器的振荡电路1、晶体

45、振荡器的振荡电路、晶体振荡器的振荡电路p时钟发生器是一个2分频触发器电路，它将振荡器的信号频率fosc除以2，向CPU提供了两相时钟信号Pl和P2。p时钟信号的周期称为机器状态时间时钟信号的周期称为机器状态时间S(STATE)S(STATE)，它，它是振荡周期的是振荡周期的2 2倍。倍。2、节拍与状态周期、节拍与状态周期p在每个时钟周期(即机器状态时间S)的前半周期，相位l(P1)信号有效，在每个时钟周期的后半周期，相位2(P2)信号有效。p每个时钟周期(以后常称状态S)有两个节拍(相)P和P2,pCPUCPU就以两相时钟就以两相时钟PlPl和和P2P2为基本节拍指挥为基本节拍指挥805180

46、51单片机各个部件协调地工作。单片机各个部件协调地工作。2、节拍与状态周期、节拍与状态周期2.4.2机器周期和指令周期机器周期和指令周期4二、指令周期二、指令周期4一、机器周期一、机器周期一、机器周期一、机器周期一个机器周期是指一个机器周期是指CPUCPU访问存储器一次所需的时间访问存储器一次所需的时间例如，取指令、读存储器、写存储器等。例如，取指令、读存储器、写存储器等。一个机器周期包括一个机器周期包括1212个振荡周期，个振荡周期，分为分为6 6个个S S状态：状态：S1S6S1S6。每个状态又分为两拍，称为每个状态又分为两拍，称为P1P1和和P2P2。（示意图）（示意图）一、机器周期一、

47、机器周期因此，一个机器周期中的因此，一个机器周期中的1212个振荡周期表示为个振荡周期表示为S1P1S1P1，S1P2S1P2，S2P1S2P1，S6P1S6P1，S6P2S6P2。若采用若采用6MHz6MHz晶体振荡器，则每个机器周期为晶体振荡器，则每个机器周期为2 2ss（微秒（微秒）二、指令周期二、指令周期p指令周期：执行一条指令所需的时间。指令周期：执行一条指令所需的时间。p指令周期由一个或几个指令周期由一个或几个机器周期机器周期机器周期机器周期组成。组成。有单周期指令、双周期指令、和四周期指令。有单周期指令、双周期指令、和四周期指令。机器周期数少则执行速度快。机器周期数少则执行速度快

48、。p每条指令由一个或若干个字节组成。每条指令由一个或若干个字节组成。有单字节指令，双字节指令，有单字节指令，双字节指令，多字节指令等。多字节指令等。字节数少则占存储器空间少。字节数少则占存储器空间少。2.4.3CPU取指、执行周期时序取指、执行周期时序每条指令的执行都可以包括:取指和执指取指和执指两个阶段。在取指阶段，CPU从内部或外部ROM中取出指令操作码及操作数，然后再执行这条指令。2.4.3CPU取指、执行周期时序取指、执行周期时序单字节和双字节的指令都可能是单机器周期或双周期。三字节指令都是双周期的。只有乘、除指令占四周期。因此，执行一条指令的时间分别是2s，4s和8s（假设：z）。如

49、 图2-10所示 2.5复位及复位电路复位及复位电路&2.5.1复位操作复位操作&2.5.2 复位信号及其产生复位信号及其产生&2.5.3 复位电路复位电路2.5.1复位操作复位操作4一、复位操作主要功能一、复位操作主要功能4二、寄存器的复位状态二、寄存器的复位状态一、复位操作主要功能一、复位操作主要功能PC机初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序当由于程序运行出错或操作错误使系统死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新启动。二、寄存器的复位状态二、寄存器的复位状态二、寄存器的复位状态二、寄存器的复位状态PC=0000HP0P3=FFHSP=07HPSW=00H2.5.2复

50、位信号及其产生复位信号及其产生1复位信号：复位信号：RST引脚为复位信号输入端。引脚为复位信号输入端。当当RST引脚为高电平，且有效时间持续引脚为高电平，且有效时间持续24个个振荡周期以上，才能复位。振荡周期以上，才能复位。1产生复位信号的电路逻辑图：产生复位信号的电路逻辑图：图图复位电路逻辑图复位电路逻辑图 复位电路复位电路施密特触发器施密特触发器片内片内RAMRST/VPDVCCVSSD1D22.5.3复位电路复位电路一、上电自动复位二、按键手动复位一、上电自动复位只要只要Vcc的上升时间的上升时间不超过不超过1ms，就自，就自动上电复位，即接动上电复位，即接通电源就完成了系通电源就完成了

51、系统复位。统复位。VCCCRVCCRST/VPDVSS1K 22F8051是通过外部复位电路的电容充电实现。是通过外部复位电路的电容充电实现。二、按键手动复位VCCCR2VCCRST/VPDVSS1K22F8051R1200RESET电平复位利用RC微分电路产生的正脉冲来实现复位VCCC1R2VCCRST/VPDVSS1K22F8051R11kRESET22FC2二、按键手动复位2.6输出输出/输入端口结构输入端口结构2.6.0I/O端口概述端口概述2.6.1P0口口2.6.2P1口口2.6.3P2口口2.6.4P3口口2.6.5端口的负载能力和接口要求端口的负载能力和接口要求2.6.0 I/

52、O端口概述端口概述18051单片机有四个单片机有四个8位并行位并行I/O端口：端口：P0、P1、P2和和P3。2每个端口都是每个端口都是8位准双向口，共占位准双向口，共占32根引脚。根引脚。3每一条每一条I/O线都能独立地用作输入或输出。线都能独立地用作输入或输出。4每每个个端端口口都都包包括括一一个个锁锁存存器器（即即特特殊殊功功能能寄寄存存器器P0P3），一一个个输输出出驱驱动动器器和和输输入入缓缓冲冲器器，作作输输出是数据可以锁存，作输入时数据可以缓冲。出是数据可以锁存，作输入时数据可以缓冲。2.6.1P0口口一、一、P0 P0口结构口结构二、二、P0P0口作为一般口作为一般I/OI/O

53、口使用口使用三、三、P0P0口作为地址口作为地址/数据总线使用数据总线使用一、一、P0P0口结构口结构pP0口某位的结构由一个输出锁存器、二个三态输入缓冲器和输出驱动电路及控制电路组成。如图所示。p当C=0时，开关MUX被控为如图示位置，P0口为通用I/O口；p当C=1时，开关拨向反相器3的输出端，P0口分时作为地址/数据总线使用。图图P0口某位的结构图口某位的结构图读引脚读引脚读锁存器读锁存器内部总线内部总线写入写入DCPQQ地址地址/数据数据控制控制CMUXVCCT1T2P0.X4312锁存器锁存器二、二、P0P0口作为一般口作为一般I/OI/O口使用口使用1、P0口用作输出口口用作输出口

54、2、P0口作输入口口作输入口p当C=0时，开关MUX被拨向非位置，截止，P0口为一般I/O口。pP0口为一般I/O口用，应外接k的上拉电阻。1、P0口用作输出口口用作输出口p当CPU执行输出指令时，写脉冲加在D锁存器的CP上，这样，与内部总线相连的D端的数据取反后就出现在Q端上，又经输出级FET（T2）反相，在P0端口上出现的数据正好是内部总线的数据。这是一般的数据输出情况。2、P0口作输入口口作输入口p当执行一条由端口输入的指令时，“读引脚”脉冲把三态缓冲器2打开，这样，端口上的数据经过缓冲器2读入到内部总线。p在端口进行输入操作前，应先向端口锁存器写入1，也就是使锁存器Q=0。因为控制线C

55、=0，因此T1和T2全截止，引脚处于悬浮状态，可作高阻抗输入。三、三、P0P0口作为地址口作为地址/数据总线使用数据总线使用1P0口用作输出地址口用作输出地址/数据总线数据总线2P0口作输入口口作输入口1 1P0P0口用作输出地址口用作输出地址/数据总线数据总线p以P0口引脚输出低8位地址或数据信息，MUX开关把CPU内部地址/数据线经反向器3与驱动 场效应管FET（T2）栅极接通。上下两个FET 处于反相，构成推拉式的输出电路（T1导通时 上拉，T2导通时下拉），提高了负载能力。p当P0口被地址/数据总线占用时，就无法再作 一般I/O口使用了。在“读引脚”信号有效时，打开输入缓冲器2，使数据

56、进入内部总线。2 2由由P0P0口作输入口口作输入口2.6.2P1口口一、一、P1口结构口结构二、二、P1口用作通用口用作通用I/O一、一、P1P1口结构口结构p其电路结构见图，p输出驱动部分与P0口不同，内部有上拉负载电阻与 电源相连。p实质上，电阻是两个场效应管FET并在一起：一个 FET为负载管，其电阻固定。另一个FET可工作在 导通或截止两种状态，使其总电阻值变化近似为0 或阻值很大两种情况。当阻值近似为0时，可将引 脚快速上拉至高电平；当阻值很大时，P1口为高阻 输入状态。图图P1口某位的结构图口某位的结构图读引脚读引脚读锁存器读锁存器内部总线内部总线写入写入DCPQQVCCP1.X

57、12锁存器锁存器二、二、P1P1口用作通用口用作通用I/OI/OpP1口也是一个准双向口。p在端口用作输入时，也必须先向对应的锁存器写 入1，使FET截止。p当P1口输出高电平时，能向外提供拉电流负载，所以不必再接上拉电阻。2.6.3P2口口一、一、P2口结构口结构二、二、P2口用作一般口用作一般I/O口口三、三、P2口用作高口用作高8位地址总线位地址总线一、一、P2口结构口结构pP2口某位的结构与P0口类似，有MUX 开关。p驱动部分与P1口类似，但比P1口多了 一个转换控制部分。如图.图图P2口某位的结构图口某位的结构图读引脚读引脚读锁存器读锁存器内部总线内部总线写入写入DCPQQ地址地址

58、/数据数据控制控制CMUXVCCP2.X锁存器锁存器二、二、P2口用作一般口用作一般I/O口口1、当CPU对片内存储器和I/O口进行读/写（执行MOV 指令或EA=1时，执行MOVC指令）时，由内部硬件自动使开关MUX倒向锁存器的Q端，这时，P2口为一般I/O口。2、在只需扩展256B片外RAM的系统中，使用“MOVX A,Ri”类指令访问片外RAM 时，寻址范围是256B，只需低8位地址线就可以实现。P2口不受该指令影响，仍可作通用I/O口。二、二、P2口用作一般口用作一般I/O口口3、若扩展的RAM容量超过256B，使用“MOVX A,DPTR”类指令的寻址范围 是64KB，此时，高8位地

59、址总线用P2口输出。在片外RAM读/写周期内，P2口锁存器仍保持 原来端口的数据；在访问片外RAM周期结束后，多路开关MUX自动切换到锁存器Q端。由于CPU对RAM的访问不是经常的，在这种情况下，P2口在一定的限度内仍可用作通用I/O口。二、二、P2口用作一般口用作一般I/O口口三、三、P2口用作高口用作高8位地址总线位地址总线p当CPU对片外存储器或I/O口进行读/写（执 行MOVX指令或EA=0时执行MOVC指令）时，开关到向地址线（右）端，这时，P2口只输出高8位地址。p因为访问片外EPROM和RAM的操作往往接 连不断，所以，P2口要不断送出高8位地 址，此时P2口无法再用作通用I/O

60、口。2.6.4 P3口口一、结构一、结构二、P3口作为通用口作为通用I/O口使用口使用三、三、P3口用作第二功能使用口用作第二功能使用P3口是一个多功能端口，结构见图。P3口与P1口的差别在于多了“与非”门3和缓冲器4。使得P3口除了具有P1口的准双向I/O功能外，还可以使用各引脚所具有的第二功能。“与非”门3的作用实际上是一个开关，决定是输出锁存器上的数据还是输出第二功能（W）的信号当W=1时，输出Q端信号；当Q=1时，可输出W线信号。一、一、P3口结构口结构图图P3口某位的结构图口某位的结构图读引脚读引脚读锁存器读锁存器内部总线内部总线写入写入DCPQ第二输出功能第二输出功能VCCP3.X

61、312锁存器锁存器4第二输入功能第二输入功能W编程时，可不必事先由软件设置P3口为第一功能（通用I/O口）还是第二功能。当CPU对P3口进行SFR寻址（位或字节）访问时，由内部硬件内部硬件自动将第二功能输出线W置1，这时，P3口为通用I/O口。当CPU不对P3口进行SFR寻址（位或字节）访问时，即用作第二功能输出/输入线时，由内部硬件使锁存器Q=1。一、一、P3口结构口结构当把P3口作为通用I/O口进行SFR寻址时“第二输出功能端”W保持高电平，打开“与非”门3，D锁存器输出端Q的状态可通过“与非”门3送至FET场效应管输出。当P3口作为输入使用（即CPU读引脚状态）时，同P0P2口一样应由软

62、件向口锁存器写1。二、P3P3口作为通用口作为通用I/OI/O口使用口使用三三、P3口用作口用作第二功能使用第二功能使用当端口用于第二功能时，当端口用于第二功能时，8 8个引脚可按位独立定义。个引脚可按位独立定义。见表见表表表 P3 P3各口线与第二功能表各口线与第二功能表2.6.5 端口的负载能力和接口要求端口的负载能力和接口要求4P0口：口：作通用作通用I/O口使用时，用其输出去驱动口使用时，用其输出去驱动NMOS输输入时需外接上拉电阻。用作输入时，应先向口锁入时需外接上拉电阻。用作输入时，应先向口锁存器（存器（80H）写）写1。作地址作地址/数据总线时，则无需外接上拉电阻。数据总线时，则

63、无需外接上拉电阻。用用作数据输入时，也无需先写作数据输入时，也无需先写“1”。P0口的每一位输出可驱动口的每一位输出可驱动8个个LS型型TTL负载。负载。4P1-P3口口每一位输出可驱动每一位输出可驱动4个个LS型型TTL负载。负载。无需外接上拉电阻。无需外接上拉电阻。80C51单片机（单片机（CHMOS），作输出口时应在端），作输出口时应在端口与晶体管基极间串联一个电阻。口与晶体管基极间串联一个电阻。P1-P3口也都是准双向口。作为输入时，必须先口也都是准双向口。作为输入时，必须先对相应端口锁存器写对相应端口锁存器写1。2.6.5 端口的负载能力和接口要求端口的负载能力和接口要求2.7 89

64、C51的低功耗工作方式的低功耗工作方式89C51提供两种节电工作方式，即空闲（等待、待提供两种节电工作方式，即空闲（等待、待机）方式和掉电（停机）工作方式机）方式和掉电（停机）工作方式图图217所示为实现这两种方式的内部电路。所示为实现这两种方式的内部电路。由图由图217可见，若可见，若IDL=0，则，则89C51将进入空闲运将进入空闲运作方式。在这种方式下，振荡器仍继续运行，但作方式。在这种方式下，振荡器仍继续运行，但IDL封锁了去封锁了去CPU的的“与与”门，故门，故CPU此时得不到时钟信此时得不到时钟信号。而中断、串行口和定时器等环节却仍在时钟控号。而中断、串行口和定时器等环节却仍在时钟

65、控制下正常运行。掉电方式下（制下正常运行。掉电方式下（PD=0），振荡器冻结。），振荡器冻结。图图217中，中，PD和和IDL均为均为PCON中中PD和和IDL触发器触发器的输出端。的输出端。图217 空闲和掉电方式控制电路89C51空闲工作方式时：空闲工作方式时：pCPU停止工作pRAM、定时器/计数器、串行口和中 断系统继续工作。p电流下降到正常工作时的15%左右。89C51掉电工作方式时：掉电工作方式时：p片内振荡器停止工作，一且功能都暂 停，p只保存片内RAM中的内容，直到下一 次硬件复位为止。p电流下降到15uA以下，最小可降到 0.6uA。2.7.1 方式的设定空闲方式和掉电方式是

66、通过对空闲方式和掉电方式是通过对SFR中的中的PCON（地址（地址87H)相应位置相应位置1而启动的。而启动的。图图218所示为所示为89C51电源控制寄存器电源控制寄存器PCON各位的分布各位的分布情况。情况。HMOS器件的器件的PCON只包括一个只包括一个SMOD位，其他位，其他4位是位是CHMOS器件独有的。器件独有的。3个保留位用户不得使用。个保留位用户不得使用。图218 电源控制寄存器 图218中各符号的名称和功能如下：SMOD：波特率倍频位。若此位为1，则串行口方式1、方式2和方式3的波特率加倍。GF1和GF0：通用标志位。PD：掉电方式位。此位写1即启动掉电方式。由图217可见，此时时钟冻结。IDL：空闲方式位。此位写1即启动空闲方式。这时CPU因无时钟控制而停止运作。如果同时向PD和IDL两位写1，则PD优先。89C51中PCON的复位值为00000B。2.7.2 空闲（等待、待机）工作方式CPU执行完置IDL=1(PCON.1）的指令后，系统进入空闲工作方式。进入空闲方式后，有两种方法可以使系统退出空闲方式：一是任何的中断请求被响应都可以由硬件将PCON.0（IDL）