单片机原理及应用第二章

40条引脚的功能：
1． 电源引脚VSS和VCC VSS（20脚）：接地； VCC（40脚）：正常操作及对EPROM编程和验 证时接＋5伏电源。
2． 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1（19脚）：接外部晶体的一端。在单片 机内部，它是一个反向放大器的输入端，这个
放大器构成了片内振荡器。
XTAL2（18脚）：接外部晶体的另一端。在单 片机内部，接至上述反向放大器的输出端。
2.3.2 数据存储器
1.编址与访问
00H 片内RAM 0000H 7FH 80H
SFR FFH
片外
RAM
00H
0000H
7FH 片内RAM
80H FFH
片RASMFR内
80H SSFRRF
FFH
片外 RAM
FFFFH
FFFFH
内、外存(储a) 器是
相同地址的空(b间)
两 空 编个间址独，。立分的 别地 单址 独(a)图521-5子系数列据；存(储可指b)器以令5编通来2址子过 访图系不 问列同 。的
➢P2口（P2.0～P2.7共8条引脚，即21～28脚）： P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。 在访问外部存储器时，它送出高8位地址。它能驱 动4个TTL输入。
➢P3口（P3.0～P3.7共8条引脚，即10～17脚）： P3口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。 在MCS-51单片机中，这8个引脚都有各自的第二 功能，在实际工作中，大多数情况下都使用P3口 的第二功能。表2-1表示出了P3口的第二功能。
P2 .4
P1 .3
P2 .3
P1 .2
P2 .2
P1 .1
P2 .1
P1 .0 8051 P2 .0
8751 P0 .7
P0 .6
P3 .0 8031 P0 .5
锁
P 3 .1
P0 .4
P3 .2
P0 .3
存
P3 .3
P0 .2
器
P3 .4
P0 .1
P3 .5
P0 .0
P3 .6
ALE
P3 .7
PSEN EA ALE RST
➢ 普林斯顿结构：程序和数据共用
一个存储器逻辑空间，统一编址
➢ 哈佛结构：程序与数据分为两个
独立存储器逻辑空间，分开编址
2.2 MCS-51系列单片机的存储器
2.3.1 程序存储器
程序存储器通常存放程序指令、常数及表格等， 系统在运行过程中不能修改其中的数据 。
➢ROM-less ➢Mask-ROM( 掩 膜) ➢OTP-EPROM ➢Flsah-E2PROM
两个概念： ➢ MCS-51单片机 ➢ 8051单片机
表 2-1 MCS - 51 系列单片机性能表
CHMOS：互补金属氧化物的HMOS工艺 HMOS：高密度短沟道MOS工艺
2.1.1 主要组成
图2-1 MCS-51单片机的内部结构
2.1.2 外部引脚说明 芯片的封装形式：
➢DIP（Dual In-Line Package） ➢PLCC（Plastic Leaded Chip Carrier） ➢PQFP（Plastic Quad Flat Package）
表2-2 P3口的第二功能定义
•位线
•P3.0 •P3.1
P3.2 P3.3
•P3.4 •P3.5
P3.6 P3.7
•引脚 •10 •11 •12 •13 •14
•15
•16
•17
•第二功能 •RXD（串行输入口） •TXD（串行输出口） •INT0（外部中断0） •INT1（外部中断1） •T0（定时器0的计数输入）
≈ 通用寄存器组2
1
R7
71
R0
81 91≈
R1 R7
≈ 通用寄存器组3
进辅
标
0
位助
志
0
标进 志位
标
位
1 1
志
溢出标志
0 通用寄存器组0
奇
1 通用寄存器组1
偶
0 通用寄存器组2
标
1 通用寄存器组3 标
志
志
位
1 0
布尔处理机
布尔处理机(即位处理)是MCS-51单片机ALU所具 有的一种功能。单片机指令系统中的位处理指令集(17 条位操作指令)，存储器中的位地址空间，以及借用程 序状态寄存器PSW中的进位标志CY作为位操作"累加 器"，构成了MCS-51单片机内的布尔处理机。它可对 直接寻址的位(bit)变量进行位处理，如置位、清零、 取反、测试转移以及逻辑"与"、"或"等位操作，使用 户在编程时可以利用指令完成原来单凭复杂的硬件逻 辑所完成的功能，并可方便地设置标志等。
2.2 MCS-51系列单片机的微处理器
2.2.2 控制器
时钟发生器、定时控制逻辑、
指令寄存器、指令译码器 、
程序计数器PC、 数据指针寄存器DPTR、
堆栈指针SP
三种寄存 器都是用 来存放地 址的。
程序计数器PC PC是一个16位的计数器,其内容是下一条要执行
的指令的地址。它的寻址范围可达到64K。计算机在 执行程序时,由CPU从存储器中取出指令,并加以译码 和执行.在CPU中有一个跟踪指令地址的电路,就是程 序计数器PC。在开始执行时,给PC赋以第一条指令的 地址,每取一条指令PC自动形成下一条指令的地址。 PC没有地址,是不可寻址的,无法对它进行直接读写操 作.但可通过转移、调用和返回等指令改变其内容，实 现程序的转移。单片机复位后PC=0000H。执行指 令时，PC内容的低8位经P0口输出，高8位经P2口输
P0 .6
RST /V PD
9 8051 32
P0 .7
RX D 、 P3.0
10 8751 31
EA /VPP
控
T X D、 P3.1 IN T 0、 P3 .2
11 12
8031
30 29
A L E /PRO G PSEN
制 总
IN T 1、 P3 .3
13
28
P2 .7
线
T 0、 P3 .4
14
40
VCC
39
P0.0
38
P0.1
37
P0.2
36
P0.3
35
P0.4
34
P0.5
33
P0.6
32
P0.7
31 EA/Vpp
30
ALXETA/PL1RO
29 GPSEN
28
P2.X7 TAL2
27
P2.6
26
P2.5
25
P2.4
24
P2.3
23
P2.2
22
P2.1
21
P2.0
图2-2 MCS-51系列单片机的引脚
1.编址与访问
1
0FFFF
编制规H 律：先片内、后片
0FFFF H
外，片内、外图连2-续4 ，程序二存者储器编址图 一般不重叠(。a) 51子系列；(b) 52子系列
2.3.1 程序存储器
2. 程序的6个特殊入口地址存储器
• 0000H：是所有执行程序的入口地址。 • 0003H：外部中断0入口小。技巧： • 000BH：定时在器每/个计地数址器里0溢面出一中般断存入放口一。 • 0013H：外部条中无断条1件入转口移。指令。 • 001BH：定时器、计数器1溢出中断入口。 • 0023H：串行口中断入口。
程序计数器PC 0000 H
指令寄存器 H
CPU
ROM地址 ROM单元
0000H
74 H
0001H
20 H
0002H
75 H
0003H
F0 H
0004H
10 H
0005H
26 H
0006H
46 H
Leabharlann Baidu
数据指示器DPTR
DPTR是MCS-51中惟一出现在符号指令中的一 个16位专用地址寄存器。它既可按16位寄存器使用, 又 可 分 为 两 个 8 位 的 寄 存 器 使 用 （ DPL 和 DPH ） 。 DPTR通常用做访问外部数据存储器或扩展I/O的间址 寄存器,还可以和累加器A一起用做程序存储器的变址 寄存M器O。V DPTR , #2000H
VCC VSS
(b)
A15
A14
A13
A12
A11
A10 地
A9
A8
址
A7
总
A6
线
A5
(A B)
A4
A3
A2
A1
A0
D7 D6 数 D5 据 D4 总 D3 线 D2 D 1 (D B)
D0
VCC VSS
2.2 MCS-51系列单片机的微处理器
2.2.1 运算器
算术、逻辑运算部件ALU、 累加器ACC、寄存器B、 暂存器TMP1、TMP2、 程序状态寄存器PSW、 布尔处理器、 十进制调整电路
•T1（定时器1的计数输入）
•WR（外部数据存储器写脉 冲） •RD（外部数据存储器读脉 冲）
P1 .0
1
P1 .1
2
P1 .2
3
40
VCC
39
P0 .0
38
P0 .1
用 户
P1 .3
4
37
P0 .2
I/O
P1 .4
5
36
P0 .3
P1 .5
6
35
P0 .4
P1 .6
7
34
P0 .5
P1 .7
8
33
3． 控制引脚 ➢ RST/VPD（9脚）：上电复位或掉电保护端 ➢ ALE/PROG（30脚）：地址锁存有效端 ➢ PSEN（29脚）：片外程序存储器读选通信号 输出端 ➢ EA/VPP（31脚）：片外程序存储器选用端
4. 输入/输出引脚P0口、P1口、P2口、P3口 ➢P0口（P0.0～P0.7共8条引脚，即39～32脚）： 是双向8位三态I/O口。在访问外部存储器时，可 分时用作低8位地址线和8位数据线；在EPROM 编程时，它输入指令字节，而在验证程序时，则 输出指令字节。P0口能驱动8个TTL输入。 ➢P1口（P1.0～P1.7共8条引脚，即1～8脚）：P1 口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。它 能驱动4个TTL输入。
程序状态字寄存器PSW
这是一个8位的寄存器,用于存放程序运行的状态信 息。其中有些位的状态是根据程序操作的结果,由硬 件自动设置的;而有些位的状态则是由指令设定的 PSW的位状态可以用专门的指令进行测试，也可以 用指令读出。一些条件转移指令就是根据PSW有关 位的状态进行程序转移的。
程序状态字寄存器PSW : CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P
第2章 MCS-51系列单片机 硬件结构
2.1 MCS-51系列单片机的总体结构 2.2 MCS-51系列单片机的微处理器 2.3 MCS-51系列单片机的存储器 2.4 辅助电路及时序
知识点：
• 内部结构和外部引脚 • 存储器的结构 • 字节地址和位地址 • 辅助电路 • 时序
2.1 MCS-51单片机的总体结构
MOVX A,@DPTR MOVC A,@A+DPTR
2.2 MCS-51系列单片机的存储器
MCS-51系列单片机存储器的分类： ➢从 物 理 结 构 上 可 分 为 片 内 、 片 外 程 序 存 储 器 （8031和8032无片内程序存储器）与片内、片外 数据存储器等4部分；
➢从 功 能 上 可 分 为 64KB 字 节 程 序 存 储 器 空 间 、 256B字节片内数据存储器空间、128B内部特殊功 能寄存器空间、位地址空间和64KB片外数据存储 器等5部分； ➢其寻址空间可划分为：程序存储器、片内数据存 储器和片外数据存储器3个独立的地址空间。
P1.0
1
P1.1
2
P1.2
3
P1.3 4
P1.4
5
P1.5
6
P1.6
7
P1.7
8
RST/VPD 9
RXD/P3.0
10
TXD/P3.1
11
INT0/P3.2
12
INT1/P3.3
13
T0/P3.4
14
T1/P3.5
15
WR/P3.6
16
RD/P3.7
17
XTAL2
18
XTAL1
19
VSS
20
8031 8051 8751
小技巧：
• 8051片内有256个单元的RAM，片外有64KB的
RAM：访问片内RAM用“MOV”指令，访问片 外RAM用“MOVX”指令。
• 对片外RAM常采用间接寻址方式，R0，R1和
DPTR都可以作为间址寄存器。R0，R1是8位地 址指针，寻址范围256个字节；DPTR是16位地 址指针，寻址范围64KB。
T 1、 P3 .5
15
27
P2 .6
26
P2 .5
(C B )
W R 、 P3 .6
16
25
P2 .4
R D 、 P3 .7
17
24
P2 .3
XTAL2
18
23
P2 .2
XTAL1
19
22
P2 .1
VSS
20
21
P2 .0
(a)
P1 .7
P2 .7
P1 .6
P2 .6
P1 .5
P2 .5
P1 .4
• 可寻址256个单元，片内低128字节（即00H～
7FH）的地址区域为片内RAM，对其访问可采用 直接或间接寻址方式；高128字节（即80H～ 0FFH）为专用寄存器区，只能用直接寻址方式。
（1）
（2）
（3）
0000H 0FFFH
(E内A=部1)片器外的(数地E外A据 址=部0存 空) 储 间078FF00F器 重HHHH内和 叠部S程 。FRRA序 如M存何00储区00H
分？
1000H 程序存储器：PSEN
外部RAM 或I/O扩展
片外数据存储器：RD、WR
外部
FFFFH
FFFFH
程序存储器 MCS-51存储器的配置 数据存储器
0
R0
2. 片010≈内数据存储器RR17
通用寄存器组0 ≈
70
R0
80
R1
通用寄存器组1
9≈
≈
0 1F 01 1≈
R7 R0 R1
工作寄存 器区