1、第二章 MCS-51單片機內部結構和原理主要內容：內部結構，外部引腳，存儲器，并行I/O口，時鐘電路，復位電路微機原理及應用2.1 內部結構與外部引腳內部結構與外部引腳 2.1.1 單片機內部結構單片機內部結構 1.中央處理器中央處理器(CPU): 1個8位CPU。單片機的核心，完成運算和控制操作,包括運算器和控制器兩部分電路。 2.內部數據存儲器內部數據存儲器(RAM):128字節 用于存放可讀寫的數據。 3.內部程序存儲器內部程序存儲器(ROM):4K 用于存放程序和常數 4.定時定時/計數器計數器：2個16位 T0,T1 實現定時或計數功能5.并行并行I/O口口 MCS-51有四個8位的

2、I/O口,實現數據的并行輸入輸出6.串行口串行口 MCS-51有一個全雙工的串行口,實現單片機和其他數據設備之間的串行數據傳送.7.中斷控制系統中斷控制系統 MCS-51有5個中斷源:2個外部中斷,2個定時/計數中斷,1個串行中斷.8.時鐘電路時鐘電路 為單片機產生時鐘脈沖序列.9.總線總線 將各個部件連接起來,構成一個完整的單片機系統.型號ROMRAM計數器中斷源8031/1282580514K1282587514KEPROM12825AT89S514K FLASH12825AT89S528K FLASH25636AT89S5520K FLASH25638AT89C20514K FLASH1

3、2825W78E5832K EEPROM 25638MCS51兼容單片機內部資源：兼容單片機內部資源： C8051F410:美國SiliconLabs, 32KFlash, 2304RAM,4Timer,12bit A/D,12bitD/A,RTC;2.5V/10uAC8051F380:64KFlash, 4352RAM,USB,2UART,10bit A/D,40I/O, STC單片機：STC12LE5A62S2 62KFlash, 1280RAM,8路10位A/D, 1KEEPROM 2.1.2外部引腳外部引腳 1. 四個四個8位并行口位并行口：32 P0口：P0.0-P0.7(39 32

4、) P1口：P1.0-P1.7(1-8) P2口：P2.0-P2.7(21-28) P3口：P3.0-P3.7(10-17) 2.電源電源：2 Vcc-+5V; Vss: 地 3.晶振晶振：2 XTAL1,XTAL2 4.控制線控制線：4 ALE:地址鎖存控制信號 PSEN:外部程序存儲器讀選通信號 EA:訪問程序存儲器控制信號 RST:復位信號 EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P202

5、1P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD102.2 8051內部存儲器內部存儲器 程序存儲器（ROM）:片內；片外 數據存儲器（RAM）:片內；片外 2.2.1 內部數據存儲器內部數據存儲器 地址：地址：00H-FFH 00H-1FH:寄存器區 20H-2FH:位尋址區 30H-7FH:用戶RAM區 80H-FFH:特殊功能寄存器區 1.寄存器區寄存器區： 00-1FH 8個通用寄存器：R0,R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7 存放于寄存器區：00H-1FH 寄存器區分組：組地址0組00-07H1組08-0FH2組

6、10-17H3組18-1FH 寄存器組選擇： RS1, RS0RS1 RS0 寄存器組R0-R7地址0 00組00-07H0 11組08-0FH1 02組10-17H1 13組18-1FH 2.位尋址區位尋址區：20H-2FH P25 字節中的每一個位都具有地址，可直接對位進行操作。位地址：00H-7FH，128單元3.用戶用戶RAM區區： 30H-7FH在該區設置堆棧。1）堆棧）堆棧：按照“先進后出，后進先出”的原則進行存取的內存區域。用于保護程序斷點和數據。2）堆棧的開辟）堆棧的開辟：用SP指針設置棧底。 堆棧區: (SP)初17FH SP的初值為07H3）堆棧的使用堆棧的使用： 進棧操作

7、：PUSH 出棧操作： POP出棧棧底棧底進棧出棧SPSPSP-1SPSPSP+1(A)向上生長型(B)向下生長型兩種不同的堆棧類型兩種不同的堆棧類型4.特殊功能寄存器特殊功能寄存器：80H-FFH 共有21個特殊寄存器（SFR），離散地分布在該區域中，有些寄存器還可以進行位尋址。1）分類）分類 CPU： PC, ACC, B, PSW, DPTR, SP 并行口并行口：P0, P1, P2, P3 中斷中斷： IE, IP 定時計數器定時計數器：TMOD,TCON,TL0,TH0, TL1, TH1 串行口串行口： SCON, SBUF, PCON寄存器符號寄存器地址寄存器名稱ACC0E0H

8、累加器B0F0HB寄存器PSW0D0H程序狀態字SP81H堆棧指示器DPL82H數據指針底8位DPH83H數據指針高8位IE0A0H中斷允許控制寄存器IP0B0H中斷優先控制寄存器P080HI/O口0P190HI/O口1P20A0HI/O口2特殊功能寄存器特殊功能寄存器寄存器符號寄存器地址 寄存器名稱P30B0HI/O口3PCON87H電源控制寄存器SCON98H串行口控制寄存器SBUF99H串行數據緩沖寄存器TCON88H定時器控制寄存器TMOD89H定時器方式選擇寄存器TL08AH定時器0低8位TL18BH定時器1低8位TH08CH定時器0高8位TH18DH定時器1高8位PC: 程序計數器

9、程序計數器（Program-Counter）它是一個 16位的計數器，用來存放將要執行的指令的地址，可尋址范圍 64KB。 PC具有自動加1功能，從而能實現程序的順序執行。PC本身 沒有地址，單片機復位后自動指向00H單元，用戶可以通過轉移、調用、返回等指令改變其內容，以實現程序的轉移。ACC: 累加器累加器 (Accumulator) 特點：累加器是一個最常用的 8位專用寄存器，簡稱為A。A-寄存器方式ACC-直接地址方式B: B寄存器寄存器 特 點： 一個8位的寄存器； 主要用于乘除運算指令。 PSW: 程序狀態字程序狀態字 .CY (PSW.7)進位標志位： .AC （PSW.6）-輔助

10、進位標志位：低4位向高4位進位或借位 .F0 (PWS.5)用戶標志位 .RS1和 RS0 (PSW.4 、PSW.3)寄存器組選擇位 .OV(PSW.2)溢出標志位：符號數運算時,結果超出：128127，OV=C6 + C7 .P(PSW.0)奇偶標志位：A中1的個數，偶數時P=0,奇數時，P=1;CyAcF0RS1RS0OV /P DPTR: 數據指針 數據指針DPTR是一個16位的特殊功能寄存器； 其高位字節寄存器用DPH表示，低位字節寄存器用 DPL表示。 DPTR通常在訪問外部數據存儲器時作地址指針使 用，編程時，既可以按16位寄存器使用，也可以按 兩個8位寄存器分開使用。 例：MO

11、V DPTR , #2030H = MOV DPH , #20H MOV DPL , #30HDPHDPL SP: 堆棧指針堆棧指針作用：保存棧頂的地址進棧操作：先SP加1，后寫入數據； 出棧操作：先讀出數據，后SP減1。 2）位尋址）位尋址 地址是8的倍數的SFR具有位地址。 P29 具有位尋址功能的SFR: B(F0H), ACC(E0H), PSW(D0H), IP(B8H), P3(B0H), IE(A8H), P2(A0H), SCON(98H), P1(90H), TCON(88H), P0(80H)2.2.2 內部程序存儲器內部程序存儲器 8051芯片內有4K ROM存儲單元，其

12、地址為：0000H-0FFFH。 在這些程序存儲器中有一些特殊單元(0000H-002AH)，使用時應注意。地址功能0000H程序復位入口地址0003H外中斷0入口地址000BHT0中斷入口地址0013H外中斷1入口地址001BHT1中斷入口地址0023H串行口中斷入口地址2.3 2.3 單片機并行單片機并行I/OI/O口口 4個8位并行口:P0,P1,P2,P3, 具有字節尋址和位尋址的功能。P334個端口在結構上相同之處: P0 - P3都是準雙向I/0口，作輸人時，必須先向相應端口的鎖存器寫人 “1”。4個端口在結構上不同之處: P0口無內部上拉電阻，不能提供拉電流輸出，而P1-P3則帶

13、內部上拉電阻，可以提供拉電流輸出。 當P0口作通用I/0口輸出使用時，需外接上拉電阻才可輸出高電平。 引腳復用引腳復用 P0口：擴展時作為8位數據總線和低8位地址總線。P2口：擴展時作為高8位地址總線。P3口：第二功能口線第二功能信號名稱P3.0RXD串行數據接收P3.1TXD串行數據發送P3.2INT0外部中斷0申請P3.3INT1外部中斷1申請P3.4T0定時/計數器0計數數輸入P3.5T1定時/計數器1計數輸入P3.6WR外部RAM寫選通P3.7RD外部RAM讀選通P3口第二功能口第二功能2.4 時鐘電路與時序時鐘電路與時序2.4.1 時鐘電路時鐘電路 在MCS-51芯片內部有一個高增益

14、反向放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1 和XTAL2之間跨接一個晶體振蕩器和微調電容，從而構成一個穩定的自激振蕩器。 單片機的時鐘脈沖信號是時鐘電路產生的振蕩脈沖經過觸發器進行二分頻之后得到的。X C130pC230pXTAL1XTAL28051晶振頻率，fosc=1.2M12MHz2.4.2 CPU時序時序1）振蕩周期：振蕩電路產生的方波信號的周期。T振=1/fosc2）機器周期：計算機完成一種最基本的操作所需的時間。 T機=12T振 設fosc=12M, 則： T機=?3）指令周期：執行一條指令所需要的時間，用機器周期數表示。2.5 復位電路復位電路1.功能：功能：復位啟動單片機。2.復位條件：復位條件：在RST引腳輸入2個機器周期以上的高電平。正常工作時保持為低電平。3. 復位電路復位電路：E122ufR11K+5VRSTE122ufR11K+5VRSTK 上電復位上電加按鈕復位VEVR104.復位操作復位操作：1）初始化單片機，使PC初始化為0000H, 2）初始化寄存器。P38寄存器內容寄存器內容PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL10