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1、第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录1 1 MCS-51MCS-51单片机系统硬件结构(2课时)1.1 MCS-51MCS-51单片机结构框图1.2 MCS-51MCS-51单片机外部引脚及其功能1.4 MCS-51MCS-51单片机存储器结构2 2 MCS-51MCS-51单片机工作原理（2课时）2.1 MCS-51MCS-51单片机的时钟与时序 2.2 MCS-51MCS-51单片机工作过程2.3 MCS-51MCS-51单片机工作方式单片机的结
2、构和原理部分2.4 MCS-51MCS-51单片机最小应用系统1.3 MCS-51MCS-51单片机内部寄存器及其功能总目录总目录第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录1、熟练掌握MCS=51系列单片机基本结构，存储器结构，PC、PSW、SP、DPTR的组成及作用；2、掌握堆栈的操作，8051的引脚功能，复位和程序工作方式，复位电路和时钟电路的组成，时钟和时序的基本概念；3、 了解MCS-51系列单片机各代表型号的区别。 MCS-51单片机系统硬件结构
3、单片机的结构和原理部分教学目的要求：教学目的要求：重点：MCS-51系列单片机基本结构、存储器结构、PC、PSW、SP、DPTR的组成及作用、堆栈的操作和8051的引脚功能。 难点：PSW的定义和含义及应用价值 第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录1 MCS-51MCS-51单片机系统硬件结构1.11.1 MCS-51 MCS-51单片机结构框图1.1.1 内部资源 8位位CPU； 4KB字节掩膜字节掩膜ROM程序存贮器；程序存贮器； 128字节内部
4、字节内部RAM数据存贮器；数据存贮器； 2个个16位的定时器位的定时器/计数器；计数器； 1个全双工的异步串行口个全双工的异步串行口,4个个8位并行位并行I/O口；口； 5个中断源、个中断源、2级中断优先级的中断控制器；级中断优先级的中断控制器； 时钟电路，外接晶振和电容可产生时钟电路，外接晶振和电容可产生 1.2MHz24MHz的时钟频率。的时钟频率。 第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录1.1.2 结构框图 MCS 51系列单片机的所有产品都含有
5、系列单片机的所有产品都含有8051除程序存贮器外除程序存贮器外的基本硬件，都是在的基本硬件，都是在8051的基础上增减部分资源（程序存贮器、的基础上增减部分资源（程序存贮器、数据存贮器、数据存贮器、I/O口、定时口、定时/计数器及一些其它特殊部件）。计数器及一些其它特殊部件）。 微处理器微处理器(运算部件运算部件) CPU 控制部件控制部件数据存贮器数据存贮器128B RAM P0口口P2口口P3口口程序存贮器程序存贮器 4KB特殊功特殊功能能寄存器寄存器（SFR）中断中断系统系统定时器定时器0定时器定时器1串行串行口口P1口口ROM/EPROM外部中断外部中断888PSENEAALERESE
6、TBXTAL1XTAL2VCCVSS图图1-1 MCS-51系列单片机结构框图系列单片机结构框图定时器定时器2特殊特殊I/O特殊特殊部件部件128B RAMnKB8第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录1.2 MCS-51MCS-51单片机外部引脚及其功能P0 I/OP2 I/OI/O P1I/O P3VccALEPSENEARSTXTAL1XTAL2Vss图图1-2b 逻辑符号逻辑符号803180518751图图1-2a MCS-51引脚图引脚图P1
7、.1 2P1.2 3P1.3 4P1.4 5P1.5 6P1.6 7P1.7 8RST/VPD 9RxD P3.0 10TxD P3.1 11INT0 P3.2 12T0 P3.4 14WR P3.6 16RD P3.7 17XTAL2 18XTAL1 19Vss 2039 P0.038 P0.137 P0.236 P0.335 P0.434 P0.533 P0.632 P0.731 EA/Vpp29 PSEN28 P2.727 P2.626 P2.525 P2.424 P2.340 Vcc803180518751P1.0 1T1 P3.5 15INT1 P3.3 1322 P2.121 P2
8、.023 P2.230 ALE/PROG 制造工制造工艺为艺为HMOSHMOS的的系列单片机系列单片机大都采用大都采用4040条引脚的双条引脚的双列直插式封列直插式封装（装（DIP)DIP)。第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录一、电源及时钟引脚一、电源及时钟引脚 Vcc(40脚脚)：接：接+5V电源；电源； Vss(20脚脚)：接地：接地 ; XTAL1(19脚脚)：接外部晶体的一个：接外部晶体的一个引脚引脚; XTAL2(18脚脚)：接外部晶体的
9、：接外部晶体的 另一端另一端;时钟引脚时钟引脚(18、19脚脚)外接晶体外接晶体时与片内的反相放大器构成一个振荡时与片内的反相放大器构成一个振荡器，它提供单片机的时钟控制信号。器，它提供单片机的时钟控制信号。时钟引脚也可外接晶体振荡器。时钟引脚也可外接晶体振荡器。 图图1 2a MCS-51引脚图引脚图P1.1 2P1.2 3P1.3 4P1.4 5P1.5 6P1.6 7P1.7 8RST/VPD 9RxD P3.0 10TxD P3.1 11INT0 P3.2 12T0 P3.4 14WR P3.6 16RD P3.7 17XTAL2 18XTAL1 19Vss 2039 P0.038 P
10、0.137 P0.236 P0.335 P0.434 P0.533 P0.632 P0.731 EA/Vpp29 PSEN28 P2.727 P2.626 P2.525 P2.424 P2.340 Vcc803180518751P1.0 1T1 P3.5 15INT1 P3.3 1321 P2.022 P2.123 P2.230 ALE/PROG第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录图图1 2a MCS-51引脚图引脚图P1.1 2P1.2 3P1.3
11、 4P1.4 5P1.5 6P1.6 7P1.7 8RST/VPD 9RxD P3.0 10TxD P3.1 11INT0 P3.2 12T0 P3.4 14WR P3.6 16RD P3.7 17XTAL2 18XTAL1 19Vss 2039 P0.038 P0.137 P0.236 P0.335 P0.434 P0.533 P0.632 P0.731 EA/Vpp29 PSEN28 P2.727 P2.626 P2.525 P2.424 P2.340 Vcc803180518751P1.0 1T1 P3.5 15INT1 P3.3 1321 P2.022 P2.123 P2.230 AL
12、E/PROG二、控制引脚二、控制引脚 RSTVPD(9脚脚) 当振荡器运行时，在此引当振荡器运行时，在此引脚加上两个机器周期的高电平将使单片机复位脚加上两个机器周期的高电平将使单片机复位(RST) ； ALEPROG(30脚脚) 当单片机访问外部存贮当单片机访问外部存贮器时，器时，ALE(地址锁存允许地址锁存允许)输出脉冲的下降沿输出脉冲的下降沿用于锁存用于锁存16位地址的低位地址的低8位。即使不访问外部位。即使不访问外部存贮器，存贮器，ALE端仍有周期性正脉冲输出，其频端仍有周期性正脉冲输出，其频率为振荡器频率的率为振荡器频率的16； PSEN(29脚脚) 此输出为访问外部程序存贮器此输出为
13、访问外部程序存贮器的读选通信号；的读选通信号； EAEAVppVpp(31(31脚脚) ) 当当EAEA端保持高电平时，单片机端保持高电平时，单片机访问的是内部程序存贮器访问的是内部程序存贮器( (对对80518051、87518751来说来说) )，但，但当当PC(PC(程序计数器程序计数器) )值超过某值（如值超过某值（如87518751内部含有内部含有4KB 4KB EPROMEPROM，值为，值为0FFFH0FFFH）时，将自动转向执行外部程序）时，将自动转向执行外部程序存贮器内的程序。当存贮器内的程序。当EAEA端保持低电平时，则不管是端保持低电平时，则不管是否有内部程序存贮器而只访
14、问外部程序存贮器否有内部程序存贮器而只访问外部程序存贮器 。 第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录三、输入输出引脚三、输入输出引脚 P0口口 MCS51单片机中有个双向（位）并行I/O 端口（线），每线都配备独立的端口锁存器、输出驱动器和输入缓冲器，用于与外界设备之间交换信息。图图P0口除了作普通口除了作普通的的I/O口，直接和口，直接和外部设备打交道外外部设备打交道外;还用作片外总线的还用作片外总线的地址总线地址总线AB0-AB7的低八位和数的低八
15、位和数据总线。据总线。注：单片注：单片机复位后机复位后4个端口个端口对外均呈现高电平对外均呈现高电平 第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录P2口除了作普通口除了作普通的的I/O口，直接口，直接和外部设备打交和外部设备打交道外道外;还用作片还用作片外总线的地址总外总线的地址总线的高八位地址线的高八位地址线线AB8-AB15 P2口口 P0口在作输出入口使用时，由于它无内部上拉电阻，口在作输出入口使用时，由于它无内部上拉电阻，为了在口线上输出高电平并具有
16、一定的驱动能力，必须外接上为了在口线上输出高电平并具有一定的驱动能力，必须外接上拉电阻。拉电阻。注意：注意：作输入口使用时，为了防止口锁存器对输入口作输入口使用时，为了防止口锁存器对输入口线的输入信号造成影响，线的输入信号造成影响，必须先往口锁存器写必须先往口锁存器写1。同理，。同理，P2口作口作输入时，也必须先往口锁存器写输入时，也必须先往口锁存器写1。 图图1-4 图图第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录图图1-5 图图P1口只用作普通口只用作普
17、通输入输出口输入输出口 P1口口 从单片机的使用角度来看，从单片机的使用角度来看，P1是一个真正的双向口，是一个真正的双向口，而其他三个端口都是准双向口。而其他三个端口都是准双向口。注意：注意：和和P0、P2口一样，为防口一样，为防止口锁存器对输入口线造成影响，止口锁存器对输入口线造成影响，P1口作输入时，也必须先往口作输入时，也必须先往口锁存器写口锁存器写1。 第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录图图1-6 图图P3口除了作普口除了作普通的通的I/
18、O口（功口（功能和能和P1口一样）口一样）直接和外部设直接和外部设备打交道外备打交道外;还还具有第二功能。具有第二功能。 P3.0 串行输入口串行输入口(RXD) P3.1 串行输出口串行输出口(TXD) P3.2 外中断外中断0(INT0) P3.3 外中断外中断1(INT1) P3.5 定时定时/计数器计数器1的外部输入口的外部输入口(T1) P3.6 外部数据存储器写选通外部数据存储器写选通(WR) P3.4 定时定时/计数器计数器0的外部输入口的外部输入口(T0) P3.7 外部数据存储器读选通外部数据存储器读选通(RD) 第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶
19、职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录1.3 MCS-511.3 MCS-51单片机内部寄存器及其功能一、累加器一、累加器Accumulator( ACC ) 功能功能: 累加器A是一个最常用的专用寄存器，大部分单操作指令的一个操作数取自累加器，很多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。 加、减、乘、除法运算的指令，运算结果都存放于累加器A或寄存器B中。 大部分的数据操作都会通过累加器A进行，它形象于一个数据运输中转站，在数据传送过程中，任何两个不能直接实现数据的传送单元之间，通过累加器A中转，都能送达目的地。
20、第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录二、寄存器二、寄存器B 功能功能: 在乘除法指令中，乘法指令中的两个操作数分别取自累加器A和寄存器B，其结果存放于AB寄存器对中。除法指令中，被除数取自累加器A，除数取自寄存器B，结果商存放于累加器A，余数存放于寄存器B中。 三、程序状态字三、程序状态字 功能:标志寄存器,保存指令执行结果的特征信息,以供程序查询和判断表表 1 - 1 P S W1 - 1 P S W 格 式 及 含 义格 式 及 含 义位编号位编
21、号PSW。7PSW。6PSW。5PSW。4PSW。3PSW2PSW。1PSW。0位地址位地址D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0H位定义名位定义名CyACF0RS1RS0OVP第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录Cy 进位进位/借位标志位；反映无符号数运算时有无进（借）位；位借位标志位；反映无符号数运算时有无进（借）位；位 累加器（累加器（ C ）在加法（减法）运算时，）在加法（减法）运算时，Cy位有进位（借位）时，位有进位（借位）时， C
22、y由硬件置由硬件置1，否则，否则Cy清，在进行位操作时，清，在进行位操作时，Cy又是位累加器又是位累加器AC 辅助进辅助进/借位标志；用于十进制调整。在进行加（减）法运算时，借位标志；用于十进制调整。在进行加（减）法运算时，D3位向位向D4位有进（借）位时，位有进（借）位时，AC位由硬件自动置，否则位由硬件自动置，否则AC位清位清.F0 由由 用户根据需要自行定义标志位；软件置位用户根据需要自行定义标志位；软件置位/清零。清零。OV 溢出标志位；反映有符号数运算时有无溢出；由硬件置位溢出标志位；反映有符号数运算时有无溢出；由硬件置位/清零。在进行补码清零。在进行补码运算时，运算结果超出运算时，
23、运算结果超出128 +127范围时，称之产生溢出，则范围时，称之产生溢出，则OV自动置自动置，否则，否则OV清零在进行加法或减法运算时，当清零在进行加法或减法运算时，当D6位向位向D7位有进位或借位，位有进位或借位，而而D7位没有向位没有向Cy位进位或借位时，则位进位或借位时，则OV=1或或C6y=0而而C7y=1时，时，OV=1.在在进行乘法或除法运算时也会影响进行乘法或除法运算时也会影响OV若若A和和B中的两个数的乘积超过中的两个数的乘积超过255时，时，OV=1，否则，否则OV=0;当除数为当除数为0时，时，OV=1,否则为否则为0。PSW.1 保留位（未定义）保留位（未定义）P 奇偶校
24、验标志位奇偶校验标志位; 常用于校验串行通信中数据传送是否正确常用于校验串行通信中数据传送是否正确.该位始终跟踪该位始终跟踪累加器累加器A中中1的数目的奇偶性的数目的奇偶性,当当A中有奇数个中有奇数个1,则则P=1;否则否则P=0.RS1、RS0 工作寄存器组选择位；用于选择工作寄存器物理地址RS1RS0工作寄存器组号R0R7的物理地址的物理地址00000H07H01108H0FH10210H17H11318H1FH表1-2 工作寄存器选择第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编
25、著著著 组组组 目目 录录四、程序计数器四、程序计数器PC(program Counter) 程序计数器在物理上是独立的，它不属于特殊内部数据存储器块中。PC是一个16位的计数由两个八位寄存器PCH和PCL组成，用于存放一条要执行的指令地址，寻址范围为64kB，PC有自动加1功能，即完成了一条指令的执行后，其内容自动加1。PC本身并没有地址，因而不可寻址，用户无法对它进行读写，但是可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，以控制程序的执行顺序。 五、数据指针（五、数据指针（DPTR） 数据指针为数据指针为16位寄存器，编程时，既可以位寄存器，编程时，既可以16 位寄存器来使用，也可以按位寄存器
26、来使用，也可以按两个两个8位寄存器来使用位寄存器来使用,即高位字节寄存器即高位字节寄存器DPH和低位字节和低位字节DPL。DPTR主要是主要是用来保存用来保存16位地址，当对位地址，当对64kB外部数据存储器寻址时，可作为间址寄存器使外部数据存储器寻址时，可作为间址寄存器使用，此时用，此时,使用如下两条指令使用如下两条指令: MOVX A, DPTR MOVX DPTR, A 在访问程序存储器时，在访问程序存储器时，DPTR可用来作基址寄存器，采用基址可用来作基址寄存器，采用基址+变址寻址变址寻址方式访问程序存储器，这条指令常用于读取程序存储器内的表格数据方式访问程序存储器，这条指令常用于读取
27、程序存储器内的表格数据MOVC A, A+DPTR第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录六、堆栈指针六、堆栈指针SP（Stack Pointer） 指明栈顶元指明栈顶元素的地址，素的地址，8位，可软件位，可软件设置初值，设置初值，复位时复位时SP = 07H。图1-7 堆栈示意图注意：注意：MCS-51单片机的堆栈操作遵循先入后出先入后出的原则。入栈时，堆栈指针SP的值先加加1，然后再将数据存入到SP所指向的哪个存储单元；出栈则是先将数据取出，然后SP
28、指针减减1。第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录表表1 1 3 3 特殊功能寄存器列表特殊功能寄存器列表ACCBPSWSPDPTRP0P1P2P3IPIETMODTCON*T2CONTH0TL0TH1TL1*TH2*TL2*RLDH*RLDLSCONSBUFPCON累加器B寄存器程序状态字堆栈指针数据指针（包括DPH和DPL）I/O口0I/O口1I/O口2I/O口3中断优先级控制中断允许控制定时器/计数器工作方式控制定时器/计数器控制定时器/计数器2
29、控制定时器/计数器0定时常数（高位字节）定时器/计数器0定时常数（低位字节）定时器/计数器1定时常数（高位字节）定时器/计数器1定时常数（低位字节）定时器/计数器2定时常数（高位字节）定时器/计数器2定时常数（低位字节）定时器/计数器2自动再装载（高位字节）定时器/计数器2自动再装载（低位字节）串行口控制串行数据接收、发送缓冲器电源控制0E0H0F0H0D0H81H83H和82H80H90H0A0H0B0H0B8H0A8H89H88H0C8H8CH8AH8DH8BH0CDH0CCH0CBH0CAH98H99H87H说明：凡是寄存器地址能被8整除的均可位寻址第二部分：MCS-51系列单片机的结构
30、和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录1.4 1.4 MCS-51 MCS-51单片机存储器结构1.4.1 程序存储器ROM单元结构 用途：用途： 存放程序及程序运行时所需的常数和表格。存放程序及程序运行时所需的常数和表格。 寻址范围：0000H FFFFH 容量64KB即地址长度：16位 说明：说明：当当PC值超过片内值超过片内ROM容量时会自动转向外部容量时会自动转向外部存储器空间。存储器空间。0EA ，寻址外部，寻址外部ROM。 EA说明：说明：8031单片机单片机必须接低电平。必须
31、接低电平。1EA ，寻址内部，寻址内部ROM；第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录 程序存储器中6个具有特殊含义的单元 0000H 系统复位，PC指向处； 0003H 外部中断0入口000BH T0溢出中断入口 0013H 外中断1入口 001BH T1溢出中断入口 0023H 串口中断入口第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著
32、 组组组 目目 录录1.4.1 数据存储器RAM单元结构 内部内部RAM数据存储器可划分为数据存储器可划分为三个区域：三个区域： 工作寄存区工作寄存区 00H1FH(R0R7) 位寻址区位寻址区 20H2FH 堆栈和数据缓冲区堆栈和数据缓冲区 30H7FH CPU当前使用的工作寄存器区由程序状态字当前使用的工作寄存器区由程序状态字PSW的的 3、4位决定。位决定。 位寻址区位寻址区16个单元的每一位都有一个位地址个单元的每一位都有一个位地址(16*8)。 在实际应用中，往往需要一个后进先出在实际应用中，往往需要一个后进先出(LIFO)的的RAM缓冲器用于保护缓冲器用于保护CPU的现场，这种后进
33、先出的的现场，这种后进先出的缓冲器称之为堆栈。堆栈的栈顶位置由堆栈指针缓冲器称之为堆栈。堆栈的栈顶位置由堆栈指针SP确定。确定。第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录 位寻址区（位寻址区（20H2FH）16个字节。个字节。 16*8=128位，每一位都有一个位地址，范围为：00H 7FH，位地址区也可作为一般的用户RAM使用。单单元元地地址址位位地地址址EH2FH2H20H21H77FH7H76EH7H75DH7H74CH7H73BH7H72AH7H7
34、1H79H70H78H07FH0H06EH0H05DH0H04CH0H03BH0H02AH0H01H09H00H08表表1-4 位地址表位地址表第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录小结：小结：1、第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录作 业：1、PSW寄存器各位标志的意义如何？(P36 7)2、当前工作寄存器
35、组如何选择？(P36 8)第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录教学感想：教学感想：第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录2 MCS-51MCS-51单片机工作原理2.1 MCS-51MCS-51单片机的时钟与时序 一、时钟电路一、时钟电路图图2-1 时钟电路图时钟电路图Pin19: 时钟时钟XTAL1脚，片脚
36、，片内振荡电路的输内振荡电路的输入端。入端。Pin18: 时钟时钟XTAL2脚，片脚，片内振荡电路的输内振荡电路的输出端。出端。第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录二、时序二、时序CPU在执行指令过程中，控制器发出的一系列特定的定时信号和控制在执行指令过程中，控制器发出的一系列特定的定时信号和控制信号具有一定时间顺序，这种在时间上的相互关系称为时序。信号具有一定时间顺序，这种在时间上的相互关系称为时序。【振荡周期】：【振荡周期】：单片机外接石英晶体振
37、荡器的周期（时钟周期），也称为单片机外接石英晶体振荡器的周期（时钟周期），也称为 节拍，用节拍，用P表示如外接石英晶体表示如外接石英晶体 的频率若为的频率若为2MHz，其振荡周期就是，其振荡周期就是1/2=0.5us。【状态周期】：【状态周期】：单片机完成一个最基本的动作所需的时间单片机完成一个最基本的动作所需的时间 周期。用周期。用S表示，表示，一个状态周期一个状态周期2个振荡周期，因此，一个个振荡周期，因此，一个状态周期状态周期S就包含两个节拍就包含两个节拍P，前，前一振荡周期称为一振荡周期称为P1拍，后一振荡周期称为拍，后一振荡周期称为P拍拍【机器周期】：【机器周期】：单片机完成一次完整
38、的具有一定功能的动作所需的时间周单片机完成一次完整的具有一定功能的动作所需的时间周期。如一次完整的读操作或写操作对应的时间。一个机器周期期。如一次完整的读操作或写操作对应的时间。一个机器周期6个状态个状态周周期期12个振荡周期，依次表示为：个振荡周期，依次表示为：S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、S6P1、S6P2。【指令周期】：【指令周期】： 执行完某条指令所需要的时间周期执行完某条指令所需要的时间周期.一一 般需要般需要14个机器周个机器周期。期。第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程
39、 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2S1S1S2S2S3S3S4S4S5S5S6S6机器周期机器周期振荡周期时钟周期图图2-2 单片机时序图单片机时序图第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录三、单片机指令时序三、单片机指令时序2S6S2S6S3S4S5S3S4S5S1S1S一个机器周期一个机器周期P1 P2P1 P22S1S6S1S单字节单周期指令单
40、字节单周期指令例：例：INC A读操作码读操作码）读下一个操作码（丢弃读下一个操作码（丢弃3S4S5SALE第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录1S6S1S单字节双周期指令单字节双周期指令例：例：INC DPTR读操作码读操作码3S4S5S2S6S2S6S3S4S5S3S4S5S1S1S一个机器周期一个机器周期P1 P2P1 P2读下一个操作码（丢失）2S3S4S5S6S第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技
41、技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录2S6S2S6S3S4S5S3S4S5S1S1S一个机器周期一个机器周期P1 P2P1 P2ALE2S1S6S1S双字节单周期指令双字节单周期指令例：例：ADD A，direct读操作码读操作码3S4S5S一个机器周期读第二字节2S3S4S5S6S读下一条指令第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录2S6S2S6S3S4S5S3S4S5S1S1S一个机器
42、周期一个机器周期P1 P2P1 P2ALE2S1S6S1S双字节双周期指令双字节双周期指令例：例：MOV A，direct读操作码读操作码3S4S5S一个机器周期读下一个操作码（丢失）2S3S4S5S6S读下一条指令读第二字节第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录2.22.2 MCS-51 MCS-51单片机工作过程 取指令取指令 执行执行 分析分析 第一，就是从程序存储器中取出指令，指令的地址由第一，就是从程序存储器中取出指令，指令的地址由PC指针提
43、供。指针提供。 第二，就是执行指令过程，取出的指令代码首先被送第二，就是执行指令过程，取出的指令代码首先被送到到CPU中控制器中的指令寄存器，再通过指令译码器译中控制器中的指令寄存器，再通过指令译码器译码变成各种电信号，从而实现指令的各种功能。码变成各种电信号，从而实现指令的各种功能。 CPU执行程序一般包括两个主要过程执行程序一般包括两个主要过程 第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录2.32.3 MCS-51 MCS-51单片机工作方式 单片机工作
44、时，除了需要时钟支持外，还必须有一个单片机工作时，除了需要时钟支持外，还必须有一个初始状态，即单片机的复位状态。复位不改变初始状态，即单片机的复位状态。复位不改变RAM（包括（包括工作寄存器工作寄存器R0-R7）的状态）的状态 Pin9: RESET复位信复位信号脚，当号脚，当8051通电，通电，时钟电路开始工作，时钟电路开始工作，在在RESET引脚上出引脚上出现现24个时钟周期以上个时钟周期以上的高电平，系统即初的高电平，系统即初始复位。始复位。2.3.1 复位电路图图2- 2 复位电路复位电路第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学
45、学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录2.3.2 复位状态特殊功能寄存器初始态特殊功能寄存器初始态ACC00HB00HPSW00HSP07HDPH00HTH000HDPL00HTL000HIPxxx00000BTH100HIE0 xx00000BTL100HTMOD00HTCON00HSCONxxxxxxxxBSBUF00HP0-P31111111BPCON0 xxxxxxxB表表2-1 特殊功能寄存器的复位状态特殊功能寄存器的复位状态第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电
46、 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录u单步执行单步执行u断点执行u连续执行2.3.3 MCS-51程序执行方式注意：这里所说的注意：这里所说的程序执行方式，是程序执行方式，是指在软件的支持下指在软件的支持下进行在线仿真或调进行在线仿真或调试的方式，而非单试的方式，而非单片机本身程序的工片机本身程序的工作方式作方式第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录2.4 MCS-512.4 MCS-51单片机最小应用系统 指能够满足单
47、片工作的最简要条件。对于指能够满足单片工作的最简要条件。对于MCS-51系列单片机来系列单片机来说最主要的是要引入时钟信号和扩展存储器。说最主要的是要引入时钟信号和扩展存储器。ooo.oooo8051/8751VccVssX2X1T1T0INT1INT0P1.0P1.7RST/VppEA/VppTXDRXDRDWRPSENALE / PROGP0.0P0.7P2.0P2.7+5 Vo图图2-3 单片机最小应用系统单片机最小应用系统第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组
48、组组 目目 录录P1.0P1.2P1.1P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7RESET / VPDPSENVccVssD0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A2A3A4A5A7A6A8A9A10A11A12A13A14A15ALEP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7G8031.+5 VX2X1EV / VppOECE锁存器+5 V74LS3732764图图2-4 8031最小应用系统最小应用系统第二部分：MCS-51系列单片机的结构和
49、原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录小结：小结：思考如下问题：思考如下问题：1、51单片机的引脚及其功能？单片机的引脚及其功能？2、特殊功能寄存器的功能？、特殊功能寄存器的功能？3、51单片机的存储器结构？单片机的存储器结构？4、单片机复位电路的种类，各有、单片机复位电路的种类，各有什么优缺点？什么优缺点？5、怎样理解单片机最小应用系统？、怎样理解单片机最小应用系统？第二部分：MCS-51系列单片机的结构和原理 上上上 饶饶饶 职职职 业业业 技技技 术术术 学学学 院院院电电电 子子子 工工工 程程程 系系系 编编编 著著著 组组组 目目 录录作 业：1、80C51单片机晶振频率为12MHz，时钟周期、机器周期为多少？(P36 4)2、单片机复位后各口状态如何，复位方法有几种？ (P36 5)3、单片机控制总线有那些？各信号的作用如何？ (P36 9)