[CH02]MCS-51单片机的硬件结构及工作原理课件

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1、单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程部分单片机实物部分单片机实物4/27/20241单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机内部结构框图单片机内部结构框图4/27/20242单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机的基本组成单片机的基本组成(1)运算器运算器l用于实现算术和逻辑运算，包括：用于实现算术和逻辑运算，包括：ALU（算术和逻辑单元）（算术和逻辑单元）ACC（累加器）（累加器）PSW（程序状态字）（程序状

2、态字）寄存器寄存器B暂存器暂存器1暂存器暂存器24/27/20243单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机的基本组成单片机的基本组成(2)控制器控制器l用于控制单片机程序运行和协调各部件正常工作用于控制单片机程序运行和协调各部件正常工作的的“指挥中心指挥中心”，包括，包括:PC（程序计数器）（程序计数器）PC+1计数器计数器指令寄存器指令寄存器指令译码器指令译码器时序及控制电路时序及控制电路 4/27/20244单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机的基本组成单片机的

3、基本组成(3)内部数据存储器内部数据存储器l内部内部128字节的字节的RAM(针对针对MCS-51单片机单片机)；l内部内部256字节的字节的RAM(针对针对MCS-52单片机单片机)；(4)内部程序存储器内部程序存储器l早期版本的早期版本的MCS-51无内部程序存储器；无内部程序存储器；l扩展型扩展型MCS-51片内包含容量不等片内包含容量不等(1K64K)的程序的程序存储器；存储器；l内部程序存储器种类包括内部程序存储器种类包括ROM、EPROM、Flash等。等。4/27/20245单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机的基

4、本组成单片机的基本组成(5)并行并行I/O端口端口lMCS-51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P0P3；l这些端口既可按字节操作也可按位操作；这些端口既可按字节操作也可按位操作；lP0口可复用为数据总线和低口可复用为数据总线和低8位地址总线；位地址总线；lP2口可作为地址总线的高口可作为地址总线的高8位；位；lP3口为多功能口，可作为串行口、中断输入及计口为多功能口，可作为串行口、中断输入及计数器的外部输入数器的外部输入/输出。输出。4/27/20246单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机的基本组成单片机的

5、基本组成(6)定时器定时器/计数器计数器l51单片机内部有单片机内部有2个个16位定时器位定时器/计数器计数器T0和和T1；l52单片机内部增加了一个单片机内部增加了一个16为定时器为定时器/计数器计数器T2；(7)串行通信接口串行通信接口l51单片机内部有单片机内部有1个全双工的个全双工的UART(通用串行收发通用串行收发器器)，可设置为多种工作模式；，可设置为多种工作模式；4/27/20247单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机的基本组成单片机的基本组成(8)中断控制系统中断控制系统l51单片机内部有单片机内部有5个中断源；

6、个中断源；l这些中断源可分为这些中断源可分为2个中断优先级；个中断优先级；(9)时钟电路时钟电路l51单片机内部振荡电路配合外部晶振或外部输入单片机内部振荡电路配合外部晶振或外部输入的时钟信号，可产生时钟脉冲序列，控制的时钟信号，可产生时钟脉冲序列，控制CPU内内部逻辑电路运行。部逻辑电路运行。4/27/20248单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机的基本组成单片机的基本组成l除了除了8位位CPU外，外，MCS-51内部还具备一个很强的内部还具备一个很强的位处理器，它实际上是一个完整的位处理器，它实际上是一个完整的1位字长的计算

7、位字长的计算机；机；l该位处理器包含完整的该位处理器包含完整的1位位CPU，位，位RAM、位寻、位寻址寄存器、址寄存器、I/O端口控制和指令集；端口控制和指令集；l从严格的意义上说，从严格的意义上说，51是由是由8位位CPU和和1位位CPU构构成的双成的双CPU单片机。单片机。4/27/20249第二章第二章第二章第二章 MCS-51 MCS-51单片机的单片机的单片机的单片机的硬件结构及工作原理硬件结构及工作原理硬件结构及工作原理硬件结构及工作原理2.2 2.2 单片机的封装及单片机的封装及单片机的封装及单片机的封装及引脚功能说明引脚功能说明引脚功能说明引脚功能说明4/27/202410单片

8、机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.2.1 单片机的封装单片机的封装l单片机主要有单片机主要有DIP、PLCC和和TQFP三种封装形式三种封装形式l l各种封装的具体尺寸、引脚间距等详细信息请参各种封装的具体尺寸、引脚间距等详细信息请参各种封装的具体尺寸、引脚间距等详细信息请参各种封装的具体尺寸、引脚间距等详细信息请参阅芯片的数据手册阅芯片的数据手册阅芯片的数据手册阅芯片的数据手册(Datasheet)(Datasheet)。4/27/202411单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口

9、技术教程2.2.2 单片机的引脚功能说明单片机的引脚功能说明l所有引脚号均以所有引脚号均以DIP40封装为例。低有效信号由前封装为例。低有效信号由前缀缀“n”或或“#”表示表示1.电源引脚电源引脚VCC(40脚脚)和和GND(20脚脚)lVCC：供电，目前有多种供电电压以及一些宽电供电，目前有多种供电电压以及一些宽电压范围的单片机。最常用的供电电压为压范围的单片机。最常用的供电电压为+5VlGND：地地特别注意：特别注意：单片机的供电和电源去耦情况对系统单片机的供电和电源去耦情况对系统能否正常工作至关重要能否正常工作至关重要!4/27/202412单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教

10、程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.2.2 单片机的引脚功能说明单片机的引脚功能说明2.外接晶振引脚外接晶振引脚XTAL1和和XTAL2lXTAL1(第第19脚脚)：单片机内部晶体振荡电路的反单片机内部晶体振荡电路的反相器的输入端；相器的输入端；lXTAL2(第第18脚脚)：单片机内部晶体振荡电路的反单片机内部晶体振荡电路的反相器的输出端；相器的输出端；4/27/202413单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.2.2 单片机的引脚功能说明单片机的引脚功能说明3.控制信号引脚控制信号引脚(1)RST/VPDl第第9

11、脚，输入信号。脚，输入信号。RST为复位信号输入端。单片为复位信号输入端。单片机正常工作时机正常工作时RST引脚应保持低电平。引脚应保持低电平。l在在RST引脚上输入两个机器周期引脚上输入两个机器周期(24个时钟周期个时钟周期)以以上的高电平时，单片机将进入并保持复位状态，上的高电平时，单片机将进入并保持复位状态，直到直到RST信号重回低电平。信号重回低电平。VPD为内部为内部RAM的备的备用电源输入端。如果主电源用电源输入端。如果主电源VCC发生断电或电压发生断电或电压降到一定值时，可通过降到一定值时，可通过VPD为单片机内部为单片机内部RAM提提供电源，以保证片内供电源，以保证片内RAM中

12、的信息不丢失。中的信息不丢失。4/27/202414单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.2.2 单片机的引脚功能说明单片机的引脚功能说明3.控制信号引脚控制信号引脚(2)ALE/nPROGl第第30脚，输出信号；脚，输出信号；lALE为地址锁存允许信号。在访问外部存储器时，为地址锁存允许信号。在访问外部存储器时，ALE用来锁存用来锁存P0端口输出的低端口输出的低8位地址信号。在不位地址信号。在不访问外部存储器时，访问外部存储器时，ALE也以时钟振荡频率的也以时钟振荡频率的1/6的固定速率输出，可作为时钟输出；的固定速率输出，可作为

13、时钟输出；lnPROG是对是对8751内部内部EPROM编程时的编程脉冲编程时的编程脉冲输入端。输入端。4/27/202415单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.2.2 单片机的引脚功能说明单片机的引脚功能说明3.控制信号引脚控制信号引脚(3)nPSENl第第29脚，输出信号。脚，输出信号。l外部程序存储器外部程序存储器(ROM)的读选通信号。当访问外的读选通信号。当访问外部部ROM时，时，nPSEN产生负脉冲作为外部产生负脉冲作为外部ROM的的选通信号；在访问外部选通信号；在访问外部RAM或片内或片内ROM时，不时，不会产生有效

14、的会产生有效的nPSEN信号。信号。lnPSEN可驱动可驱动8个个LS TTL负载。负载。4/27/202416单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.2.2 单片机的引脚功能说明单片机的引脚功能说明3.控制信号引脚控制信号引脚(3)nEA/VPPl第第31脚，输入信号。脚，输入信号。l访问外部程序存储器的控制信号。访问外部程序存储器的控制信号。lnEA接地，单片机从外部程序存储器取指令。接地，单片机从外部程序存储器取指令。lnEA接高，单片机首先访问内部程序存储器，当接高，单片机首先访问内部程序存储器，当访问地址超过内部程序存储器范

15、围时，自动访问访问地址超过内部程序存储器范围时，自动访问外部程序存储器。外部程序存储器。l该引脚还用于外部编程器对内部程序存储器编程该引脚还用于外部编程器对内部程序存储器编程时输入编程电压。时输入编程电压。4/27/202417单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.2.2 单片机的引脚功能说明单片机的引脚功能说明4.多功能多功能I/O口口P0P3(1)P0端口端口l第第3932脚，双向信号，多功能端口。脚，双向信号，多功能端口。l8位漏极开路的双向位漏极开路的双向I/O端口；端口；l在扩展外部总线时，分时作为低在扩展外部总线时，分时

16、作为低8位地址总线和位地址总线和8位双向数据总线。位双向数据总线。lP0端口可驱动端口可驱动8个个LS TTL负载。负载。4/27/202418单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.2.2 单片机的引脚功能说明单片机的引脚功能说明4.多功能多功能I/O口口P0P3(2)P1端口端口l第第18脚，双向信号。脚，双向信号。l具有内部上拉电路的具有内部上拉电路的8位准双向位准双向I/O端口。端口。l可驱动可驱动4个个LS TTL负载。负载。4/27/202419单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机

17、原理与接口技术教程2.2.2 单片机的引脚功能说明单片机的引脚功能说明4.多功能多功能I/O口口P0P3(3)P2端口端口l第第2128脚，双向信号，多功能端口。脚，双向信号，多功能端口。l具有内部上拉电路的具有内部上拉电路的8位准双向位准双向I/O端口；端口；l在扩展外部总线时，用作高在扩展外部总线时，用作高8位地址总线。位地址总线。l可驱动可驱动4个个LS TTL负载。负载。4/27/202420单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.2.2 单片机的引脚功能说明单片机的引脚功能说明4.多功能多功能I/O口口P0P3(4)P3端口

18、端口l第第1017脚，双向信号，多功能端口。脚，双向信号，多功能端口。l具有内部上拉电路的具有内部上拉电路的8位准双向位准双向I/O端口；端口；l该端口的每一位都可以作为其它功能模块的输入该端口的每一位都可以作为其它功能模块的输入/输出及控制引脚使用，具体定义如下：输出及控制引脚使用，具体定义如下：4/27/202421单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.2.2 单片机的引脚功能说明单片机的引脚功能说明4.多功能多功能I/O口口P0P3lP3端口的第二功能端口的第二功能端口引脚端口引脚第二功能第二功能P3.0RxD，串行通信数据接

19、收端口，串行通信数据接收端口P3.1TxD，串行通信数据，串行通信数据发送端口送端口P3.2nINT0，外部中断，外部中断0请求信号，低求信号，低电平有效或下降沿有效平有效或下降沿有效P3.3nINT1，外部中断，外部中断1请求信号，低求信号，低电平有效或下降沿有效平有效或下降沿有效P3.4T0，定，定时器器/计数器数器0外部外部计数信号数信号输入端口入端口P3.5T1，定，定时器器/计数器数器1外部外部计数信号数信号输入端口入端口P3.6nWR，外部数据存，外部数据存储器器(RAM)写写选通信号，低有效通信号，低有效P3.7nRD，外部数据存，外部数据存储器器(RAM)读选通信号，低有效通信

20、号，低有效4/27/202422第二章第二章第二章第二章 MCS-51 MCS-51单片机的单片机的单片机的单片机的硬件结构及工作原理硬件结构及工作原理硬件结构及工作原理硬件结构及工作原理2.3 2.3 单片机的微处理器单片机的微处理器单片机的微处理器单片机的微处理器4/27/202423单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程l单片机的核心部件是一个单片机的核心部件是一个8位高性能的微处理器，位高性能的微处理器，它是计算机中运算器和控制器的总称，是单片机它是计算机中运算器和控制器的总称，是单片机的指挥中心和执行机构；的指挥中心和执行机构

21、；l在单片机运行过程中，微处理器的作用是产生合在单片机运行过程中，微处理器的作用是产生合适的时序读入和分析每条指令代码，根据每条指适的时序读入和分析每条指令代码，根据每条指令代码的功能要求，指挥并控制单片机的有关部令代码的功能要求，指挥并控制单片机的有关部件和器件，具体执行指定的操作；件和器件，具体执行指定的操作；l单片机的微处理器由单片机的微处理器由8位运算器（算术位运算器（算术/逻辑运算单逻辑运算单元）元）ALU、布尔处理器、时序和控制部件以及若、布尔处理器、时序和控制部件以及若干寄存器等主要部分组成。干寄存器等主要部分组成。4/27/202424单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技

22、术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.3.1 运算器运算器1.算术算术/逻辑运算部件逻辑运算部件l算术算术/逻辑运算部件逻辑运算部件(ALU)的主要功能是实现的主要功能是实现8位二位二进制数的加、减、乘、除四则算术运算和与、或、进制数的加、减、乘、除四则算术运算和与、或、非、异或等逻辑运算，以及循环、清非、异或等逻辑运算，以及循环、清0、置、置1、加、加1、减减1等基本操作；等基本操作；l单片机的单片机的ALU还具备特有的位处理功能，即可以还具备特有的位处理功能，即可以对单独的一位进行置对单独的一位进行置1、清、清0、取反以及逻辑与、取反以及逻辑与、或和位判断转移等操作，特

23、别适合面向测控领域或和位判断转移等操作，特别适合面向测控领域的应用。的应用。4/27/202425单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.3.1 运算器运算器2.累加器累加器Al累加器累加器A是运算、处理时的暂存寄存器，用于提供是运算、处理时的暂存寄存器，用于提供操作数和存放运算结果。其他如逻辑运算、移位操作数和存放运算结果。其他如逻辑运算、移位等操作也都要通过累加器等操作也都要通过累加器A，所以累加器，所以累加器A是运算是运算器中应用最为频繁的寄存器；器中应用最为频繁的寄存器；l累加器累加器A直接与直接与ALU和内部总线相连，一般的

24、信息和内部总线相连，一般的信息传送和交换均需通过累加器传送和交换均需通过累加器A；l由于相当多的运算都要通过累加器，这种形式客由于相当多的运算都要通过累加器，这种形式客观上影响了指令的执行效率。观上影响了指令的执行效率。4/27/202426单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.3.1 运算器运算器2.累加器累加器AlMCS-51对部分操作进行了优化，可将累加器对部分操作进行了优化，可将累加器A旁旁路，将数据信息直接传送到目的单元，节省了累路，将数据信息直接传送到目的单元，节省了累加器加器A转送的中间环节；转送的中间环节；l由直接寻

25、址或间接寻址方式操作的数据信息可以由直接寻址或间接寻址方式操作的数据信息可以从片内的任意地址单元直接传送到另一目的地址从片内的任意地址单元直接传送到另一目的地址单元，而不必经过累加器单元，而不必经过累加器A转送；转送；l逻辑等操作也可在寄存器与变量之间直接进行，逻辑等操作也可在寄存器与变量之间直接进行，从而减少了中间环节，加快了传送速度，增强了从而减少了中间环节，加快了传送速度，增强了实时性。实时性。4/27/202427单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.3.1 运算器运算器3.寄存器寄存器Bl寄存器寄存器B是进行乘、除算术运算

26、时的辅助寄存器；是进行乘、除算术运算时的辅助寄存器；l在进行乘法运算时，累加器在进行乘法运算时，累加器A和寄存器和寄存器B分别存放分别存放两个相乘的数据，指令执行后，乘积的高位字节两个相乘的数据，指令执行后，乘积的高位字节存放在存放在B寄存器中，低位字节存放在累加器寄存器中，低位字节存放在累加器A中；中；l在进行除法运算时，被除数存放在累加器在进行除法运算时，被除数存放在累加器A中，除中，除数存放在寄存器数存放在寄存器B中。指令执行后，商存放在累加中。指令执行后，商存放在累加器器A中，余数存放在寄存器中，余数存放在寄存器B中；中；l在不进行乘、除法运算的其他情况下，寄存器在不进行乘、除法运算的

27、其他情况下，寄存器B可可用做一般的寄存器或中间结果暂存器。用做一般的寄存器或中间结果暂存器。4/27/202428单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.3.1 运算器运算器4.程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSW lPSW是一个是一个8位的寄存器，它用于寄存当前指令被位的寄存器，它用于寄存当前指令被执行后的相关状态，为下条或以后的指令执行提执行后的相关状态，为下条或以后的指令执行提供状态条件；供状态条件；l许多指令的执行结果将影响许多指令的执行结果将影响PSW中某些状态标志中某些状态标志位；位；lMCS-51单片机单片机PSW的重

28、要特点是可以软件编程，的重要特点是可以软件编程，即可通过程序改变即可通过程序改变PSW中的状态标志。中的状态标志。PSW的结的结构及各位状态标志的定义如下：构及各位状态标志的定义如下：4/27/202429单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.3.1 运算器运算器4.程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSW D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OVPl lCyCy：进位标志位。当指令运算结果的最高位产生：进位标志位。当指令运算结果的最高位产生：进位标志位。当指令运算结果的最高位产生：进位标志位。当指令运算结果的最高

29、位产生进位进位进位进位或或或或借借借借位位位位时置位时置位时置位时置位(Cy=1)(Cy=1)，否则复位，否则复位，否则复位，否则复位(Cy=0)(Cy=0)。除此之外，。除此之外，。除此之外，。除此之外，CyCy还在布还在布还在布还在布尔处理器中作为尔处理器中作为尔处理器中作为尔处理器中作为位累加器位累加器位累加器位累加器使用，常用使用，常用使用，常用使用，常用“C”“C”表示。表示。表示。表示。l lACAC：辅助进位标志，又称半字节进位标志位。在进行加法：辅助进位标志，又称半字节进位标志位。在进行加法：辅助进位标志，又称半字节进位标志位。在进行加法：辅助进位标志，又称半字节进位标志位。在

30、进行加法或减法运算中，当一个字节的或减法运算中，当一个字节的或减法运算中，当一个字节的或减法运算中，当一个字节的低低低低4 4位数向高位数向高位数向高位数向高4 4位数有进位或位数有进位或位数有进位或位数有进位或借位借位借位借位时，时，时，时，ACAC将被将被将被将被硬件置位硬件置位硬件置位硬件置位，否则就被清零。，否则就被清零。，否则就被清零。，否则就被清零。ACAC常被用于常被用于常被用于常被用于BCDBCD码运算时的十进制调整。码运算时的十进制调整。码运算时的十进制调整。码运算时的十进制调整。4/27/202430单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单

31、片机原理与接口技术教程2.3.1 运算器运算器4.程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSW D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OVPl lF0F0：用户自定义标志。可由用户通过程序对其置位或复位，：用户自定义标志。可由用户通过程序对其置位或复位，：用户自定义标志。可由用户通过程序对其置位或复位，：用户自定义标志。可由用户通过程序对其置位或复位，具体含义也由用户定义。具体含义也由用户定义。具体含义也由用户定义。具体含义也由用户定义。l lRS1RS1，RS0RS0：工作寄存器区选择控制位。可由软件置位或：工作寄存器区选择控制位。可由软件置位或：工作寄存器区选择控制位。可由软件

32、置位或：工作寄存器区选择控制位。可由软件置位或清零，共四种组合，每种组合对应一个工作寄存器区。清零，共四种组合，每种组合对应一个工作寄存器区。清零，共四种组合，每种组合对应一个工作寄存器区。清零，共四种组合，每种组合对应一个工作寄存器区。4/27/202431单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.3.1 运算器运算器4.程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSW D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OVPl lOVOV：溢出标志；：溢出标志；：溢出标志；：溢出标志；带符号数加减运算：带符号数加减运算：带符号数加减运算

33、：带符号数加减运算：OV=1OV=1表示加减运算的结果超出了目的表示加减运算的结果超出了目的表示加减运算的结果超出了目的表示加减运算的结果超出了目的寄存器寄存器寄存器寄存器A A所能表示的带符号数的范围所能表示的带符号数的范围所能表示的带符号数的范围所能表示的带符号数的范围(-128(-128+127)+127)；无符号数乘法指令无符号数乘法指令无符号数乘法指令无符号数乘法指令MULMUL：当：当：当：当ABAB的结果超过的结果超过的结果超过的结果超过255255时，时，时，时，OV=1OV=1，否则，否则，否则，否则OV=0OV=0。由于乘法运算的积的高。由于乘法运算的积的高。由于乘法运算的

34、积的高。由于乘法运算的积的高8 8位放在位放在位放在位放在B B内，低内，低内，低内，低8 8位放位放位放位放在在在在A A内，因此，当内，因此，当内，因此，当内，因此，当OV=0OV=0时，只要从时，只要从时，只要从时，只要从A A中取得乘积即可，否则中取得乘积即可，否则中取得乘积即可，否则中取得乘积即可，否则要从要从要从要从BABA寄存器对中取得乘积；寄存器对中取得乘积；寄存器对中取得乘积；寄存器对中取得乘积；除法指令除法指令除法指令除法指令DIVDIV：当除数为当除数为当除数为当除数为0 0时，时，时，时，OV=1OV=1，否则，否则，否则，否则OV=0OV=0。4/27/202432单

35、片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.3.1 运算器运算器4.程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSW D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OVPl lP P：奇偶标志位。：奇偶标志位。：奇偶标志位。：奇偶标志位。该位在每个指令周期期间都由硬件来置位或清零，以表该位在每个指令周期期间都由硬件来置位或清零，以表该位在每个指令周期期间都由硬件来置位或清零，以表该位在每个指令周期期间都由硬件来置位或清零，以表示累加器示累加器示累加器示累加器A A中中中中1 1的位数的奇偶性：若的位数的奇偶性：若的位数的奇偶性：若的位数的奇

36、偶性：若A A中中中中1 1的位数为奇数，的位数为奇数，的位数为奇数，的位数为奇数，则则则则P P置位，否则清置位，否则清置位，否则清置位，否则清0 0，因此该位是针对累加器，因此该位是针对累加器，因此该位是针对累加器，因此该位是针对累加器A A中中中中1 1的个的个的个的个数的偶校验。数的偶校验。数的偶校验。数的偶校验。该标志位可用来生成串行通信中的奇偶校验位。该标志位可用来生成串行通信中的奇偶校验位。该标志位可用来生成串行通信中的奇偶校验位。该标志位可用来生成串行通信中的奇偶校验位。4/27/202433单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接

37、口技术教程2.3.2 控制器控制器单片机的控制器主要包括：单片机的控制器主要包括：l程序计数器程序计数器(PC)；l程序地址寄存器；程序地址寄存器；l指令寄存器；指令寄存器；l指令译码器；指令译码器；l条件转移逻辑电路；条件转移逻辑电路；l时序控制逻辑电路。时序控制逻辑电路。4/27/202434单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.3.2 控制器控制器lPC用于存放下一条将要从程序存储器中读取的指用于存放下一条将要从程序存储器中读取的指令的地址；令的地址；l指令寄存器是用来存放从程序存储器中读出的指指令寄存器是用来存放从程序存储器

38、中读出的指令代码的专用寄存器；令代码的专用寄存器；l指令寄存器将指令代码输出到指令译码器，由指指令寄存器将指令代码输出到指令译码器，由指令译码器对该指令代码进行识别和译码，将译码令译码器对该指令代码进行识别和译码，将译码结果通过时序控制逻辑电路发出对应的定时、控结果通过时序控制逻辑电路发出对应的定时、控制信号，控制指令的操作执行；制信号，控制指令的操作执行；l对于运算类指令，还需根据运算结果来更新程序对于运算类指令，还需根据运算结果来更新程序状态字状态字PSW中对应的标志位。中对应的标志位。4/27/202435单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理

39、与接口技术教程2.3.3 振荡器、时钟电路及时序振荡器、时钟电路及时序1.MCS-51的振荡器及时钟电路的振荡器及时钟电路 lMCS-51单片机片内有一个高增益反相放大器，其单片机片内有一个高增益反相放大器，其输入端输入端(XTAL1)和输出端和输出端(XTAL2)用于外接石英晶用于外接石英晶体和微调电容，或输入外部时钟信号，构成振荡体和微调电容，或输入外部时钟信号，构成振荡器：器：4/27/202436单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.3.3 振荡器、时钟电路及时序振荡器、时钟电路及时序1.MCS-51的振荡器及时钟电路的振荡

40、器及时钟电路 l单片机的一个机器周期包含单片机的一个机器周期包含S1P1、S1P2S6P6共共6个状态，个状态，12个时钟周期个时钟周期 4/27/202437单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.3.3 振荡器、时钟电路及时序振荡器、时钟电路及时序1.MCS-51的振荡器及时钟电路的振荡器及时钟电路 l振荡周期：振荡周期：和单片机相连的晶体振荡器的周期；和单片机相连的晶体振荡器的周期；l时钟周期：时钟周期：又称状态周期或又称状态周期或S周期，是晶体振荡周期，是晶体振荡频率的频率的1/2，一个时钟周期分为，一个时钟周期分为P1和和P

41、2两拍，两拍，P1时通常完成算术逻辑操作，时通常完成算术逻辑操作，P2时完成内部寄存器时完成内部寄存器之间的数据传输。之间的数据传输。4/27/202438单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.3.3 振荡器、时钟电路及时序振荡器、时钟电路及时序1.MCS-51的振荡器及时钟电路的振荡器及时钟电路 l机器周期：机器周期：一个机器周期由一个机器周期由6个时钟周期个时钟周期(12个振个振荡周期荡周期)组成，分为组成，分为S1P1、S1P2、S6P1、S6P2，可以用机器周期把一条指令划分成若干个阶段，可以用机器周期把一条指令划分成若干个

42、阶段，每个机器周期完成某些规定的操作。目前很多新每个机器周期完成某些规定的操作。目前很多新型单片机的机器周期可简化为型单片机的机器周期可简化为14个时钟周期，个时钟周期，在同样的晶振频率下执行指令更快；在同样的晶振频率下执行指令更快；l指令周期：指令周期：执行一条指令所占用的全部时间。一执行一条指令所占用的全部时间。一个指令通常含有个指令通常含有14个机器周期。个机器周期。4/27/202439单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.3.3 振荡器、时钟电路及时序振荡器、时钟电路及时序2.MCS-51指令执行时序指令执行时序l每一条指

43、令的执行都包括取指和执行两个阶段。每一条指令的执行都包括取指和执行两个阶段。在取指阶段，在取指阶段，CPU从程序存储器（从程序存储器（ROM）中取出）中取出指令的操作码及操作数，然后再执行这条指令的指令的操作码及操作数，然后再执行这条指令的逻辑功能；逻辑功能；lMCS-51的指令分为单周期、多周期，指令长度分的指令分为单周期、多周期，指令长度分为单字节、多字节等多种。其取指、执行过程如为单字节、多字节等多种。其取指、执行过程如图所示：图所示：4/27/202440单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.3.3 振荡器、时钟电路及时序振

44、荡器、时钟电路及时序2.MCS-512.MCS-51指令执行时序指令执行时序指令执行时序指令执行时序l l单字节单周期单字节单周期单字节单周期单字节单周期4/27/202441单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.3.3 振荡器、时钟电路及时序振荡器、时钟电路及时序2.MCS-512.MCS-51指令执行时序指令执行时序指令执行时序指令执行时序l l双字节单周期双字节单周期双字节单周期双字节单周期4/27/202442单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.3.3 振荡器、

45、时钟电路及时序振荡器、时钟电路及时序2.MCS-512.MCS-51指令执行时序指令执行时序指令执行时序指令执行时序l l单字节双周期单字节双周期单字节双周期单字节双周期4/27/202443单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.3.3 振荡器、时钟电路及时序振荡器、时钟电路及时序3.3.访问外部程序存储器访问外部程序存储器访问外部程序存储器访问外部程序存储器(ROM)(ROM)时序时序时序时序l l单片机读外部程序存储器单片机读外部程序存储器单片机读外部程序存储器单片机读外部程序存储器(不访问外部不访问外部不访问外部不访问外部RA

46、M)RAM)的时序的时序的时序的时序 4/27/202444单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.3.3 振荡器、时钟电路及时序振荡器、时钟电路及时序4.4.访问外部数据存储器访问外部数据存储器访问外部数据存储器访问外部数据存储器(RAM)(RAM)时序时序时序时序l l单片机读外部数据存储器单片机读外部数据存储器单片机读外部数据存储器单片机读外部数据存储器(RAM)(RAM)的时序的时序的时序的时序 4/27/202445第二章第二章第二章第二章 MCS-51 MCS-51单片机的单片机的单片机的单片机的硬件结构及工作原理硬件结构

47、及工作原理硬件结构及工作原理硬件结构及工作原理2.4 2.4 单片机的复位单片机的复位单片机的复位单片机的复位4/27/202446单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.4.1 单片机的复位功能单片机的复位功能l l在单片机的在单片机的在单片机的在单片机的RSTRST引脚上保持引脚上保持引脚上保持引脚上保持2 2个机器周期以上的高个机器周期以上的高个机器周期以上的高个机器周期以上的高电平，单片机即复位；电平，单片机即复位；电平，单片机即复位；电平，单片机即复位；l l只要只要只要只要RSTRST引脚保持高电平，单片机就循环复位。引脚

48、保持高电平，单片机就循环复位。引脚保持高电平，单片机就循环复位。引脚保持高电平，单片机就循环复位。当当当当RSTRST从高电平变为低电平后，从高电平变为低电平后，从高电平变为低电平后，从高电平变为低电平后，MCS-51MCS-51从从从从0000H0000H地址开始执行程序。单片机内部复位电路如下：地址开始执行程序。单片机内部复位电路如下：地址开始执行程序。单片机内部复位电路如下：地址开始执行程序。单片机内部复位电路如下：4/27/202447单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.4.1 单片机的复位功能单片机的复位功能l l只要只

49、要只要只要RST/VPDRST/VPD引脚输入的高电平不撤除，单片机引脚输入的高电平不撤除，单片机引脚输入的高电平不撤除，单片机引脚输入的高电平不撤除，单片机就一直保持复位状态。就一直保持复位状态。就一直保持复位状态。就一直保持复位状态。l l单片机复位完成后，其内部各寄存器恢复到初始单片机复位完成后，其内部各寄存器恢复到初始单片机复位完成后，其内部各寄存器恢复到初始单片机复位完成后，其内部各寄存器恢复到初始状态。各寄存器复位后的初始值如下页表所示：状态。各寄存器复位后的初始值如下页表所示：状态。各寄存器复位后的初始值如下页表所示：状态。各寄存器复位后的初始值如下页表所示：4/27/20244

50、8单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程l单片机复位后内部特殊寄存器初值单片机复位后内部特殊寄存器初值寄存器内容寄存器内容PC0000HTH000HACC00HTL000HB00HTH100HPSW00HTL100HSP07HTH200HDPTR0000HTL200HP0P30FFHRLCAP2H00HIP(XX000000)RLCAP2L00HIE(0X000000)SCON00HTMOD00HSBUF不定不定TCON00HPCON(0XXX0000)T2CON00H2.4.1 2.4.1 单片机的复位功能单片机的复位功能单片机的复位

51、功能单片机的复位功能4/27/202449单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.4.2 常用的复位电路常用的复位电路(1)(1)分立元件复位电路分立元件复位电路分立元件复位电路分立元件复位电路上电后上电后RST引脚上引脚上的波形的波形(示意图示意图)4/27/202450单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.4.2 常用的复位电路常用的复位电路(2)(2)专用复位集成电路专用复位集成电路专用复位集成电路专用复位集成电路l lMAX811MAX811有多种供电电压及复位门槛

52、电压版本；有多种供电电压及复位门槛电压版本；有多种供电电压及复位门槛电压版本；有多种供电电压及复位门槛电压版本；支持手动复位；支持手动复位；支持手动复位；支持手动复位；有高低两种电平的复位信号输出；有高低两种电平的复位信号输出；有高低两种电平的复位信号输出；有高低两种电平的复位信号输出；体积小，可靠性高。体积小，可靠性高。体积小，可靠性高。体积小，可靠性高。l lX5045/25045X5045/25045有多种供电电压及复位门槛电压版本；有多种供电电压及复位门槛电压版本；有多种供电电压及复位门槛电压版本；有多种供电电压及复位门槛电压版本；支持手动复位；支持手动复位；支持手动复位；支持手动复位

53、；包含包含包含包含4Kb4Kb的的的的E E2 2PROMPROM；具有看门狗功能。具有看门狗功能。具有看门狗功能。具有看门狗功能。4/27/202451第二章第二章第二章第二章 MCS-51 MCS-51单片机的单片机的单片机的单片机的硬件结构及工作原理硬件结构及工作原理硬件结构及工作原理硬件结构及工作原理2.5 2.5 单片机的存储系统单片机的存储系统单片机的存储系统单片机的存储系统4/27/202452单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.5.1 单片机存储系统结构单片机存储系统结构l l存储器是组成计算机的三大主要部件之一。

54、存储器是组成计算机的三大主要部件之一。存储器是组成计算机的三大主要部件之一。存储器是组成计算机的三大主要部件之一。l l存储器的功能是存储信息，包括程序和数据，存存储器的功能是存储信息，包括程序和数据，存存储器的功能是存储信息，包括程序和数据，存存储器的功能是存储信息，包括程序和数据，存储这两种信息的存储器分别被称为程序存储器和储这两种信息的存储器分别被称为程序存储器和储这两种信息的存储器分别被称为程序存储器和储这两种信息的存储器分别被称为程序存储器和数据存储器。数据存储器。数据存储器。数据存储器。l l单片机的存储系统的结构有两种类型：单片机的存储系统的结构有两种类型：单片机的存储系统的结构

55、有两种类型：单片机的存储系统的结构有两种类型：冯冯冯冯 诺依曼结构：诺依曼结构：诺依曼结构：诺依曼结构：程序存储器和数据存储器在一个存储程序存储器和数据存储器在一个存储程序存储器和数据存储器在一个存储程序存储器和数据存储器在一个存储地址区间统一编址；地址区间统一编址；地址区间统一编址；地址区间统一编址；哈佛结构：哈佛结构：哈佛结构：哈佛结构：程序存储器和数据存储器在不同的存储空间程序存储器和数据存储器在不同的存储空间程序存储器和数据存储器在不同的存储空间程序存储器和数据存储器在不同的存储空间各自独立编址；各自独立编址；各自独立编址；各自独立编址；l lMCS-51MCS-51采用的是哈佛结构。

56、它的存储系统分为多采用的是哈佛结构。它的存储系统分为多采用的是哈佛结构。它的存储系统分为多采用的是哈佛结构。它的存储系统分为多个存储空间，结构较为复杂。个存储空间，结构较为复杂。个存储空间，结构较为复杂。个存储空间，结构较为复杂。4/27/202453单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.5.1 单片机存储系统结构单片机存储系统结构1.MCS-511.MCS-51存储系统的特点存储系统的特点存储系统的特点存储系统的特点l l程序存储器和数据存储器分开，有各自的寻址系统、控制程序存储器和数据存储器分开，有各自的寻址系统、控制程序存储器

57、和数据存储器分开，有各自的寻址系统、控制程序存储器和数据存储器分开，有各自的寻址系统、控制信号和特定的功能。信号和特定的功能。信号和特定的功能。信号和特定的功能。l l程序存储器和数据存储器、内部存储器和外部存储器、字程序存储器和数据存储器、内部存储器和外部存储器、字程序存储器和数据存储器、内部存储器和外部存储器、字程序存储器和数据存储器、内部存储器和外部存储器、字节地址和位地址的编址都从零开始，因此在编址上有重叠，节地址和位地址的编址都从零开始，因此在编址上有重叠，节地址和位地址的编址都从零开始，因此在编址上有重叠，节地址和位地址的编址都从零开始，因此在编址上有重叠，CPUCPU通过不同的指

58、令形式及控制信号来区分寻址的存储空通过不同的指令形式及控制信号来区分寻址的存储空通过不同的指令形式及控制信号来区分寻址的存储空通过不同的指令形式及控制信号来区分寻址的存储空间。间。间。间。l lCPUCPU使用内部使用内部使用内部使用内部RAMRAM作为工作寄存器空间，作为工作寄存器空间，作为工作寄存器空间，作为工作寄存器空间，I/OI/O接口采用存接口采用存接口采用存接口采用存储器对应方式。工作寄存器、储器对应方式。工作寄存器、储器对应方式。工作寄存器、储器对应方式。工作寄存器、I/OI/O口锁存器和内部口锁存器和内部口锁存器和内部口锁存器和内部RAMRAM统统统统一编址。一编址。一编址。一

59、编址。l l具有一个功能很强的布尔处理器，位寻址空间为具有一个功能很强的布尔处理器，位寻址空间为具有一个功能很强的布尔处理器，位寻址空间为具有一个功能很强的布尔处理器，位寻址空间为256256位。位。位。位。4/27/202454单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.5.1 单片机存储系统结构单片机存储系统结构2.MCS-512.MCS-51存储系统的编址存储系统的编址存储系统的编址存储系统的编址l lMCS-51MCS-51的存储系统结构如下图所示：的存储系统结构如下图所示：的存储系统结构如下图所示：的存储系统结构如下图所示：4/

60、27/202455单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.5.1 单片机存储系统结构单片机存储系统结构2.MCS-512.MCS-51存储系统的编址存储系统的编址存储系统的编址存储系统的编址MCS-51MCS-51单片机具有单片机具有单片机具有单片机具有6 6个存储器编址空间，分别是：个存储器编址空间，分别是：个存储器编址空间，分别是：个存储器编址空间，分别是：l l片内程序存储器空间，又称片内片内程序存储器空间，又称片内片内程序存储器空间，又称片内片内程序存储器空间，又称片内ROMROM；l l片外片外片外片外64K64K字节的程序

61、存储器空间，又称片外字节的程序存储器空间，又称片外字节的程序存储器空间，又称片外字节的程序存储器空间，又称片外ROMROM；l l片内片内片内片内128128字节字节字节字节(MCS-51)(MCS-51)或或或或256256字节字节字节字节(MCS-52)(MCS-52)的数据存储器空的数据存储器空的数据存储器空的数据存储器空间，称为内部间，称为内部间，称为内部间，称为内部RAMRAM；l l片外片外片外片外64K64K字节的数据存储器空间，又称外部字节的数据存储器空间，又称外部字节的数据存储器空间，又称外部字节的数据存储器空间，又称外部RAMRAM；l l特殊功能寄存器空间，又称特殊功能寄

62、存器空间，又称特殊功能寄存器空间，又称特殊功能寄存器空间，又称SFRSFR空间；空间；空间；空间；l l位寻址空间。位寻址空间。位寻址空间。位寻址空间。4/27/202456单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.5.2 程序存储器程序存储器l l程序存储器用于存放程序、常数及表格。程序存储器由片程序存储器用于存放程序、常数及表格。程序存储器由片程序存储器用于存放程序、常数及表格。程序存储器由片程序存储器用于存放程序、常数及表格。程序存储器由片内和片外两部分组成；内和片外两部分组成；内和片外两部分组成；内和片外两部分组成；l lMCS

63、-51MCS-51的内部和外部的程序存储器的编址范围是的内部和外部的程序存储器的编址范围是的内部和外部的程序存储器的编址范围是的内部和外部的程序存储器的编址范围是0000H0000H0FFFFH0FFFFH，共，共，共，共64KB64KB，由，由，由，由nEA(External AccessnEA(External Access，外部程序存，外部程序存，外部程序存，外部程序存储器访问控制，低有效储器访问控制，低有效储器访问控制，低有效储器访问控制，低有效)信号来选择：信号来选择：信号来选择：信号来选择：nEA=1nEA=1：选择访问内部程序存储器。当选择访问内部程序存储器。当选择访问内部程序存

64、储器。当选择访问内部程序存储器。当PCPC的值在内部的值在内部的值在内部的值在内部程序存储器范围之内，程序存储器范围之内，程序存储器范围之内，程序存储器范围之内，CPUCPU访问内部程序存储器；而当访问内部程序存储器；而当访问内部程序存储器；而当访问内部程序存储器；而当PCPC的值大于内部程序存储器编址范围时，的值大于内部程序存储器编址范围时，的值大于内部程序存储器编址范围时，的值大于内部程序存储器编址范围时，CPUCPU自动生自动生自动生自动生成有效的成有效的成有效的成有效的nPSENnPSEN信号，访问外部程序存储器信号，访问外部程序存储器信号，访问外部程序存储器信号，访问外部程序存储器;

65、nEA=0nEA=0：时选择访问外部程序存储器。此时不管时选择访问外部程序存储器。此时不管时选择访问外部程序存储器。此时不管时选择访问外部程序存储器。此时不管PCPC值值值值的大小或有无内部程序存储器，的大小或有无内部程序存储器，的大小或有无内部程序存储器，的大小或有无内部程序存储器，CPUCPU总是访问外部程序总是访问外部程序总是访问外部程序总是访问外部程序存储器。存储器。存储器。存储器。4/27/202457单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.5.3 数据存储器数据存储器1.1.外部数据存储器外部数据存储器外部数据存储器外部数

66、据存储器 l l外部数据存储器以外部数据存储器以外部数据存储器以外部数据存储器以1616位的特殊功能寄存器位的特殊功能寄存器位的特殊功能寄存器位的特殊功能寄存器DPTRDPTR作作作作为地址指针，可寻址为地址指针，可寻址为地址指针，可寻址为地址指针，可寻址64K64K字节空间，也可以使用字节空间，也可以使用字节空间，也可以使用字节空间，也可以使用8 8位地址作为指针，访问外部数据存储器的低位地址作为指针，访问外部数据存储器的低位地址作为指针，访问外部数据存储器的低位地址作为指针，访问外部数据存储器的低256256字字字字节。节。节。节。nRD/nWRnRD/nWR作为外部数据存储器的读作为外部数据存储器的读作为外部数据存储器的读作为外部数据存储器的读/写选通写选通写选通写选通信号。信号。信号。信号。4/27/202458单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程单片机原理与接口技术教程2.5.3 数据存储器数据存储器2.2.内部数据存储器内部数据存储器内部数据存储器内部数据存储器 l lMCS-51MCS-51单片机内部有单片机内部有单片机内部有单片机内部