單片機(jī)與微型計(jì)算機(jī)的關(guān)系

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1概述

1.1單片機(jī)的概念

1.1.1單片機(jī)定義

單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是將CPU、R（）M、RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、L（）接口等功能

模塊集成在一塊芯片上所構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)。

19J.1.1典型單片機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖

1.1.2單片機(jī)與微型計(jì)算機(jī)的關(guān)系

單片機(jī)屬于微型計(jì)算機(jī)中的一種，是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，它主要應(yīng)用于工業(yè)控制

領(lǐng)域的嵌套式系統(tǒng)中。

1.1.3單片機(jī)的特點(diǎn)

由于單片機(jī)把微型計(jì)算機(jī)中的主要部件集成在一塊芯片上，因此具有如下特點(diǎn)：

（1）體積小，片內(nèi)存儲(chǔ)器的容量小。大部分單片機(jī)的片內(nèi)ROM為4KB或8KB,片內(nèi)

RAM的容量為256B。若在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中不夠用，可以進(jìn)行擴(kuò)展。

（2）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好。單片機(jī)是按工業(yè)控制領(lǐng)域的環(huán)境要求而設(shè)計(jì)的，主要功能

部件又集成在一個(gè)片內(nèi)，其抗干擾能力及可靠性?xún)?yōu)于其他微型計(jì)算機(jī)。

（3）挖能力強(qiáng)單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的條件轉(zhuǎn)移指令、1?）邏輯操作及位處理指令。

<1）擴(kuò)展靈活。片外有許多供擴(kuò)展用的總線及并行、串行輸入/輸出管腳，易于擴(kuò)展成各

種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。

（5）功耗低、價(jià)格便宜,易于產(chǎn)品化。

1.2單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程

自從美國(guó)TEXAS1XSTRUMENTS公司研制的第一臺(tái)單片機(jī)TMS-1000問(wèn)世以來(lái)，一

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直被工業(yè)控制領(lǐng)域的專(zhuān)家看好，促使單片機(jī)迅猛發(fā)展。

1）4位單片機(jī)

自19%，年開(kāi)始，各廠家競(jìng)相研制出自己的1位單片機(jī)，其中美國(guó)半導(dǎo)體公司的COP402

系列、日本電氣公司的FD7NX系列成為當(dāng)時(shí)單片機(jī)市場(chǎng)的主流。目前市場(chǎng)上的4位單片機(jī)

主要應(yīng)用在智能玩具及家用電器上。

2）8位單片機(jī)

1971年12月仙童公司首先推出r8位單片機(jī)F8,隨后各公司紛紛推出了各自的8位單

片機(jī)產(chǎn)品。1976年，月美國(guó)INTEL公司推出了MC5-48系列,在此基礎(chǔ)上于1980年開(kāi)發(fā)

TMCS-51系列，此系列芯片功能強(qiáng)，易于擴(kuò)展，成為8位機(jī)的主流產(chǎn)品。目前，各公司（如

PHILIPS,CYGNOL,AN（）I.OGDINICE?AT??ELT等）根據(jù)不同控制領(lǐng)域的需求，又紛紛推

出具有各自特點(diǎn)的其他型號(hào)&位單片機(jī)，這些產(chǎn)品大部分都是以/系列為內(nèi)核，且軟件與51

系列兼容。51系列產(chǎn)品無(wú)論是在指令功能，還是在硬件結(jié)構(gòu)上，都為單片機(jī)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，提

供了一個(gè)較寬的基礎(chǔ)平臺(tái)。

3）16位單片機(jī)

1983年美國(guó)I'TEL公司推出了MCS-96系列16位單片機(jī)，其中8Q98芯片以較高的性

能價(jià)格比，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。同期,MOTOROLA公司推出了M68HC16位單片機(jī)，進(jìn)

一步促進(jìn)了16位單片機(jī)的發(fā)展。

4）32位單片機(jī)

20世紀(jì)90年代，各廠家乂推出了更加強(qiáng)大的單片機(jī)，在速度和集成度上有所改進(jìn)。如

1、1EI公司的加系列升級(jí)產(chǎn)品80196芯片、MOTOROLA的MC8300系列等32位單

片機(jī)。

1.3單片機(jī)的應(yīng)用

1.3.1單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

1）智能化儀器儀表

將單片機(jī)引入到原有的測(cè)量控制儀表中，促進(jìn)儀表向智能化、數(shù)字化、綜合化發(fā)展，提高儀

表的性能價(jià)格比，如智能化電壓表及智能化數(shù)字存儲(chǔ)示波器等。

2＞智能化測(cè)控系統(tǒng)

將單片機(jī)置于較惡劣的測(cè)控環(huán)境，以其較高的抗干擾性、穩(wěn)定性進(jìn)行工業(yè)控制，如爐溫自

動(dòng)控制系統(tǒng)等。

3）數(shù)控產(chǎn)品

采用單片機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的核心，提高系統(tǒng)的可靠性，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)成本。

4）智能化接口

計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備大部分采用單片機(jī)管理，提高了計(jì)算機(jī)CPU的利用率。

5）智能家用電器產(chǎn)品

目前大部分家用電器中都嵌入了單片機(jī)，達(dá)到性能的自動(dòng)檢測(cè)、定時(shí)等方面的控制。

6）智能化通信設(shè)備

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1.3.2MCS31單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域中的典型應(yīng)用系統(tǒng)

單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用系統(tǒng)如圖1.?,1所示。

L4MCS51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品

本節(jié)主要介紹8位機(jī)的主流產(chǎn)品MCS51系列芯片。系列產(chǎn)品見(jiàn)表

表I.JJMCS51系列產(chǎn)品

片內(nèi)ROM片外存儲(chǔ)器中.

】/（）接”16位L

藝

形式尋址能力斷

及

片內(nèi)RAM定時(shí)源

性

芯片1EP個(gè)

容t并行口由尸rt計(jì)數(shù)

能

RAMEPROM（個(gè)X位）串行“數(shù)

ROMKM器個(gè)數(shù)

8031128B64KB64KB4>8UAk)

基80511KB,128B64KB64KB4/8iARI2____58031易于

8751-1KB128B64KB64KB4z8)UART2~5擴(kuò)展

本

80c31128B64KB61KB4x8UART25

-

刑80C514KB128B61KB64KBP8UART20CHMOS

87('514KB128B64KB64KB4X8LART25

增8032256B64KB64KB4?8UART36

強(qiáng)80528KB256B64KB64KB481AR：3LHMOS

型87528KB256B64KB61KB4/8UART36

超80c232256B64KB64KB4/8UART37CHMOS

!

級(jí)80c2528KB256B64KB61KB4X8CART37有兩級(jí)程

型87c2528KB256B64KB64KB“8UART37序保密

-

改8344192B64KB64KB4X8SIU2□

4Kb!

進(jìn)8044192B64KB'64KB4X8SIU95HMOS

型87444KB192B64KB64KB4x8SIU25

說(shuō)明：

⑴8XC51為基本型.采用CHM（）5工藝，功耗低。

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(2)280C252,87C252為超級(jí)型，采用CHM(后工藝，高性能芯片，具有96系列中的高速

輸入輸出，脈沖寬度調(diào)制輸出等功能，與87c51一樣具有兩級(jí)程序保密系統(tǒng)，可禁止外部對(duì)片

內(nèi)RUM的讀取，為用戶(hù)提供一個(gè)軟件不被竊取的有效手段。

(3)8UM/83448744為改進(jìn)型,它在基本型的基礎(chǔ)上串行接口用S1U取代UART.

UART是全雙工的1/0口,SIU是一個(gè)HDLC/SDLC通信控制器，屬于SI0的通信標(biāo)準(zhǔn)，通

信軟件已固化在器件內(nèi)，適于遠(yuǎn)距離通信和網(wǎng)絡(luò)接口，它的最大傳輸速率為,距離

為30M。

小結(jié)

本章重點(diǎn)講解了單片機(jī)的概念，單片機(jī)的特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展過(guò)程及典型的8位機(jī)的產(chǎn)

品介紹，使學(xué)生對(duì)單片機(jī)有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)。

習(xí)題

1-1什么叫單片機(jī)？

】2單片機(jī)有哪些特點(diǎn)？

13說(shuō)出單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，并觀察應(yīng)用單片機(jī)的系統(tǒng)。

1-4MCS-51系列單片機(jī)有哪幾種型號(hào)芯片？它們有什么區(qū)別？

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2MCS51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

MCS1系列單片機(jī)內(nèi)部硬件功能較強(qiáng)，且較有特點(diǎn)，下面以51子系列基本型為例進(jìn)行

分析。

2.1芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳定義

2.1.1內(nèi)部功能模塊及功能

?）功能模塊框圖

1子系列芯片內(nèi)部主要由8個(gè)功能模塊構(gòu)成（圖2.1.1）0

時(shí)鐘電肆定時(shí)/計(jì)數(shù)器

并行接C口f中行接口中斷系統(tǒng)

t

=n

>v

w

P2TXDRXDINTOINTI

圖2.1.1MCS51單片機(jī)功能模塊框圖

2＞各功能模塊

（1）CPU:是單片機(jī)的核心,字長(zhǎng)為8位。它由運(yùn)算器和控制器組成。運(yùn)算器用于完成

各種算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和位操作；控制器是由指令寄存器、程序計(jì)數(shù)器PC及定時(shí)與控制電

路等組成。CPU在同步脈沖的作用下指揮取指譯碼等各功能部件協(xié)調(diào)工作。

（2）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路：外接石英晶體可產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。51子系列芯片，其時(shí)鐘頻

率要求不高于12MHz。

片內(nèi)RAM:芯片內(nèi)共有低端128個(gè)單元的RAM及高端128個(gè)單元中的21個(gè)特殊

功能寄存器，高端其余單元未定義。

7）片內(nèi)ROM：芯片共有4KB片內(nèi)ROM,8031/80C31片內(nèi)沒(méi)有ROM,應(yīng)用這兩個(gè)芯

片時(shí)必須進(jìn)行外擴(kuò)ROM.

（5）并行I/O□:共有4個(gè)8位雙向的并行I/O口，分別為PO、P1、P2、P3.

（ii＞串行□:一個(gè)全雙工的串行口。可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與單片機(jī)之間、單片機(jī)與其他設(shè)備等

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串行通信。

（7）定時(shí)/計(jì)數(shù)器:兩個(gè)16位的加1定時(shí)/計(jì)數(shù)器，完成定時(shí)及對(duì)外脈沖計(jì)數(shù)功能。

（8）中斷控制模塊：共有5個(gè)中斷源，片內(nèi)3個(gè)（即2個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器、1個(gè)串行口），外

部2個(gè)。

2.1.2MCS51系列單片機(jī)芯片引腳及功能

5］子系列單片機(jī)中8031,8051,8751芯片采用W腳的雙列直插式封裝，如圖2.1.2所

示。而80c31、8（C31、87c51芯片除了采用雙列直插式封裝外，還采用了方形封裝方式。

ovcc地

PIJ140-VCC址

PI2239-P0.0數(shù)

P13338-P0.Ivss據(jù)

PI

437-P0.2總

4

RST/VPD線

PIS536-P03

PI635-P0.4XTALIr

PI734-P0.5CD

P1,6833-P0.6

.7

RST/VPD-9803132-P0.7JCTAL28031

RXD/P3.0-1031EA/VPP_EA/VPP

TXD/P3.1-II805130-ALE^OG8051

INT0/P3.2-1229-PSENPSEN

iNTT/P3.3-13875128-P2.7ALE/PROG8751

T0/P34-1427-P2.6

T1/P3.5-1526-P2.5

地

第-

WR/P3.6-1625-P2.4-

址

二J

S

總

RD/P3.7-1724-P2.3功P3

口

線

XTAL2-1823-P2.2能

XTALI-1922-P2.I

VSS-2021-P2.0

⑶引腳排列（b）邏輯符號(hào)

ffi2.1.2MC5-51型單片機(jī)引腳圖

1＞電源引腳

VCC（4。腳）：十3V直流電源的輸入端。

VSS（2。腳）:電源接地端。

2）時(shí)鐘引腳

XTALK19腳）、XTAL2U8腳）:片內(nèi)是一個(gè)振蕩電路，當(dāng)使用內(nèi)部振蕩電路產(chǎn)生時(shí)鐘信

號(hào)時(shí)，在這兩個(gè)引腳上外并聯(lián)石英晶體和微調(diào)電容;當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，由XTAL2引入外時(shí)

鐘信號(hào)，將XTAL1接地。

3）控制線

RST/VPD（9腳）：此引腳為復(fù)用引腳。第一功能為RST即復(fù)位引腳，此引腳若保持兩

個(gè)機(jī)器周期的高電平，單片機(jī)就復(fù)位。第二功能VPD即備用電源輸入端，在VCC掉電情況

下，由VPD接入備用電源，只為RAM供電，保持信息不丟失。

PSEN（29腳）：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端。只在讀外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，每個(gè)機(jī)

器周期內(nèi)由此引腳輸出兩個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)。訪問(wèn)外部RAM或內(nèi)部ROM時(shí)無(wú)效。

\LE/PR（）G（3。腳）:第一功能ALE為地址鎖存允許端，當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，由此

引腳輸出正脈沖。一般在下降沿通知外部鎖存器鎖存P0口輸出的低8位地址。當(dāng)不訪

問(wèn)外存儲(chǔ)器時(shí),ALE引腳也以時(shí)鐘頻率的L6輸出正脈沖信號(hào)，它能驅(qū)動(dòng)8個(gè)I￡TTL門(mén)

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電路第二功能FK（心為編程脈沖輸入端。當(dāng)對(duì)87I片內(nèi)ROM編程時(shí)，由該引腳輸入

編程脈沖

］：xVPPC-JI腳）:第一功能匕\為內(nèi)外K（）M選擇端。當(dāng)EA為高電平時(shí)，先訪問(wèn)內(nèi)部

K（）M.但當(dāng)IX值超過(guò)Hill時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部H（）M的高；KB中執(zhí)行程序;當(dāng)E.\

為低電平時(shí)，只訪問(wèn)外部。若應(yīng)用"31芯片構(gòu)成系統(tǒng)，則匕'只能接地，因?yàn)樵撔?/p>

片內(nèi)無(wú)I?）M第二功能VPP為8751內(nèi)部RDM編程時(shí)的21V電源輸入端。

4＞并行I/O口引腳

MCS-51系列芯片內(nèi)部有4個(gè)8位并行?（）口，共32根I（）口線。

口“：注腳3。腳）:是一個(gè)、位雙向I（）口，以做地址/數(shù)據(jù)總線用在訪問(wèn)外存儲(chǔ)器時(shí)，

先做低,；位地址總線,待地址鎖存后，再做數(shù)據(jù)總線用。

1,1（1腳~8腳）：$位準(zhǔn)雙向I/O0.

1221腳?25腳）：N位準(zhǔn)雙向1,0口。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，做高3位地址總線。

「3（10腳?17腳）：S位準(zhǔn)雙向1（）口，每一位又具有第二功能（表2.1.1）。

表2,1.1E3口第二功能

P3口引腳第二功能第二功能含義

P3.0RXI)串行輸入端u

P3.1|TXD申行輸出端3

P3.2TxTFi外部中斷。輸入蠟

P3.3INTI外部中斷1輸入端

P3.4To定時(shí)'計(jì)數(shù)器。外部脈沖輸入墻

"1T,

P3.5定時(shí)計(jì)數(shù)器1外部脈沖輸入端

P3.6WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通端

P3.7RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通端

_____________________

2.2MCS-51系列單片機(jī)的存儲(chǔ)器配置

K80'.I芯片的存儲(chǔ)器分為程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，且分別編址。

2.2.1程序存儲(chǔ)器

”程序存儲(chǔ)器配置

程序存儲(chǔ)器可分為片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（W31片內(nèi)沒(méi)有）與片外程序存儲(chǔ)器兩種，具體配置情

況如圖2.2.10

內(nèi)部程序存儲(chǔ)器：

容量：1KB地址范圍：“）00H?0FFFH

外部程序存儲(chǔ)器：

容量地址范圍：（FFFFH

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圖2.2.1程序存儲(chǔ)器的配置

2)程序存儲(chǔ)器的使用說(shuō)明

(1)8031內(nèi)部沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，所以只能將EA接地，使用外部的64KB的程序存儲(chǔ)器。

對(duì)于8。518751芯片，當(dāng)匕\接地時(shí)，只能使用外部64KB程序存儲(chǔ)器;當(dāng)EA置高電平時(shí)，若

使用地址范圍為，"TH-葉的程序存儲(chǔ)器，只能使用內(nèi)部4KB的程序存儲(chǔ)器;若內(nèi)

部程序存儲(chǔ)器不夠用時(shí)，自動(dòng)選擇外部高60KB地址范圍為1Q00H?0FFFFH的程序存

儲(chǔ)器。

(2)讀程序存儲(chǔ)器所用的指令為M()Vl\讀外部程序存儲(chǔ)器所用的控制信號(hào)為磔S'

2.2.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

1)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的配置

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的配置如圖2.2.2,由片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩部分構(gòu)成。在應(yīng)

用系統(tǒng)中若片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器不夠用，可在芯片外進(jìn)行擴(kuò)展，最大的擴(kuò)展能力為64KB,

內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：

低端128B地址范圍：00H?7FH

高端21個(gè)8位特殊功能寄存器地址范圍：80H-0FFH

外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：

容母64KB地址范圍：000Q?QFFFFH

m2.3.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的配置

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2)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的使用說(shuō)明

讀、寫(xiě)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器所用的指令為M()VX

讀、寫(xiě)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器所用的控制信號(hào)為貝)、WR.

3)內(nèi)部低端1281，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)如圖：?.3。其中高端128BRAM字節(jié)地址為8。卜卜FFH,作

為特殊功能寄存器區(qū);低端14BRAM字節(jié)地址為按其功能不同劃分為三個(gè)功

能區(qū)。

(1)結(jié)構(gòu)

①匚作寄存器區(qū)…0H?1FH)

工作寄存器區(qū)共二個(gè)單元，平均分成1組，即。組」組、2組3組，每組8個(gè)存儲(chǔ)單元。

每組均用N-R7對(duì)、個(gè)存儲(chǔ)單元依次命名。當(dāng)寄存器復(fù)位時(shí),"組8個(gè)單元作為當(dāng)前寄存器

組。若使用其他寄存器組，可改變PSW中的RSl,RSO的狀態(tài)來(lái)設(shè)定。

RS1RSO寄存器組

00。組

()11組

102組

113組

FFII

只占用其中21個(gè)存

畤殊功能寄存器區(qū)

儲(chǔ)單元.其余不用

80H

7FH

用「存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)緩沖區(qū)

作堆棧區(qū)或堆棧區(qū)

30H

2FH

共128位位尋址區(qū)

位地址范第為OOH-7FH

2011

IFH3區(qū)ROR7

區(qū)RO-R7

2I作寄存器區(qū)

1區(qū)RO-R7

00H嶇ROR7

圖;二內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的組織結(jié)構(gòu)

3位尋址區(qū)(20H2FH)

共個(gè)單元，每個(gè)單元，位，共128位均可單獨(dú)操作。為了便于對(duì)位單獨(dú)操作，將每個(gè)位

統(tǒng)一編排了位地址.范圍為00H-7FH(表2.2.1)。

表2,2.1內(nèi)部RAAI位地址映像

位地址

字節(jié)__________

地址1)7D61)5DID3D2DIDO

2EH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H

2EH77H76H75H74H73H72H71H70H

2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H

2cH67H66H65H61H63H62H6160H

2BH3FH3EH:5DH5CH5BH5AH

-59H58H

第I0頁(yè)

續(xù)表2.2.1

I位地址

地址D7D6D5EHD3D2DlDO

2AH57H56H55H54H53H52H51H50H

29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H

28H47H46H45H44H43H42H41H40H

27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H

26H37H36H35H34H33H32H31H30H

25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H

24H27H26H25H24H23H22H21H20H

23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H

22H17H16H15H14H13H12H11H10H

21H0FHOEHODHOCHOBHOAH09H08H

20H07H06H05H04H03H02H01HOOH

③數(shù)據(jù)緩存區(qū)（3（，H?7FH）

共80個(gè)單元，該區(qū)可作數(shù)據(jù)區(qū),也可將一部分設(shè)為堆棧區(qū)。

（2）使用說(shuō)明

①只有位尋址區(qū)可進(jìn)行位尋址，其他低端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器區(qū)域不能進(jìn)行位尋址。若某個(gè)數(shù)據(jù)

需要對(duì)位單獨(dú)操作，將其存在位尋址區(qū)即可。

②對(duì)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存、取數(shù)據(jù)時(shí)，所用的指令為M（）V。

4）特殊功能寄存器SFR）

51子系列單片機(jī)共有21個(gè)特殊功能寄存器，離散地分布在8QH?FFH的128個(gè)單元

中，表2.2.2給出了特殊功能寄存器的分布情況，其中11個(gè)可進(jìn)行位尋址。

表2.2.Z特殊功能寄存器表

位地址空間字節(jié)

符號(hào)特殊功能寄存器名稱(chēng)

D7D6D5EMD3D2DlDO地址

BB寄存器F7HF6HF5HF4HF3HF2HF1HFOHFOH

A累加器

____——E7HE6HE5HE4HE3HE2HE1HEOHEOH

PSW程序狀態(tài)字D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HDOHDOH

IP中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器BFHBEHBDHBCHBBHBAHB9HB8HB8H

P3P3□B7HB6HB5HB4HB3HB2HB1HBOHBOH

IE中斷允許控制寄存器AFHAEHADHACHABHAAHA9HA8HA8H

P2P2口A7HA6HA5HA4HA3HA2HA1HAOHAOH

SBUF串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器不可位尋址99H

SCON串行控制寄存器9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H98H

PlP1口97H96H95H94H93H92H91H90H90H

TH1星時(shí)/計(jì)數(shù)器1高字節(jié)不可位尋址8DH

THO定時(shí)'計(jì)數(shù)器Q高字節(jié)不可位尋址8CH

第11頁(yè)

續(xù)表2.2.2

位地址空間字節(jié)

符號(hào)特殊功能寄存器名稱(chēng)

D7I*D5D4D3D2DIIX)地址

TIJ定時(shí)計(jì)數(shù)器】低字節(jié)不可位尋址8BH

TLo定時(shí)計(jì)數(shù)器U低字節(jié)不可位尋址8AH

..一

TMOD定時(shí)計(jì)數(shù)器方式選擇寄存器不可位尋址89H

TCON定時(shí)計(jì)數(shù)器控制寄存器8FH8EU8DH8cH8BH8AH89H88H88H

PCON電源控制及波特率選擇不可位尋址87H

DFH數(shù)據(jù)指針高字節(jié)不可位尋址83H

...

DPL數(shù)據(jù)指針低字節(jié)不可位尋址82H

SP堆棧指針不可位尋址81H

POB)1187H86H85H8dH83H82H81H80H80H

（D累加器AC（.通常記為\應(yīng)用的頻率高，在許多指令中，用來(lái)儲(chǔ)存操作數(shù)及運(yùn)算后

的結(jié)果，如加法、減法、乘法、除法、邏輯運(yùn)算等。

寄存器B:是一個(gè)普通寄存器，在乘除法指令中必須用它儲(chǔ)存操作數(shù)及結(jié)果，也可用

作其他指令的暫存寄存器。

（3）程序狀態(tài)字（標(biāo)志寄存器）PSW：主要用來(lái)反映指令運(yùn)行后的狀態(tài)，是程序中實(shí)現(xiàn)條

件轉(zhuǎn)移的重要依據(jù)，共占位，每位都有單獨(dú)的定義。

D7D61）5DID3D2DIDO

CYACIFOIRSI'RSOIOVP

_I_.」」__1一

JY（PSW.7）：進(jìn)（借）位位。當(dāng)兩個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)相加或相減時(shí)，最高位向前有進(jìn)位或借

位,CY為“1"，否則CY為"了

AC（PSW.6）:半進(jìn)（借）位位。當(dāng)兩個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)相加或相減時(shí)，如果運(yùn)算中低，位向

高：位有進(jìn)位或借位,AC為"1",否則為"。"。此位主要為BCD碼調(diào)整時(shí)提供判斷依據(jù)。

HSW.5）：用戶(hù)定義位。用戶(hù)可根據(jù)需要對(duì)此位賦予一定的含義。通過(guò)指令對(duì)其置

“1"或清“0"。

RSKPSW.DRSXPSW.3）：工作寄存器區(qū)選擇位。用戶(hù)用指令對(duì)這兩位置不同的值，

以確定要使用的工作寄存器區(qū)的組號(hào)，如表2.2.3所示。

表2.2.3RSLRSO與工作寄存器組的對(duì)應(yīng)關(guān)系

RSIRSO工作寄存器組RoR7對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元地址

0：0。組OOH-07H

0]1組08H0FH

-----------；-----------

102組10H17H

113組18H1FH

第12頁(yè)

2）溢出位：用來(lái)反映兩個(gè)；位二進(jìn)制有符號(hào)數(shù)相加或相減的結(jié)果是否超出

128?十127范圍。若超過(guò)則0V為"1"，否則此位為

PSW.1：未用。

P<PSW,>：奇偶標(biāo)志位。用于反映累加器中的5位二進(jìn)制數(shù)中】的個(gè)數(shù)是奇數(shù)還是偶

數(shù)。若為奇數(shù)則P為“I”，否則此位為“0、

（1）堆棧指針SF：堆棧區(qū)是為了保存暫時(shí)不用而將來(lái)還要用到的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間，通常

將內(nèi)部RAM中的一部分空間設(shè)立為堆棧區(qū)。將數(shù)據(jù)送入堆棧區(qū)的過(guò)程稱(chēng)為推入堆棧（進(jìn)

棧）;將數(shù)據(jù)由堆棧區(qū)中取出的過(guò)程稱(chēng)為彈出堆棧（出棧）。堆棧區(qū)管理數(shù)據(jù)的原則是先進(jìn)后

出，后進(jìn)先出。而將數(shù)據(jù)推入到堆棧區(qū)的哪個(gè)單元或要將堆棧區(qū)中哪個(gè)存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)取出

則在SF的管理下進(jìn)行。SP是一個(gè)8位寄存器,SP中的內(nèi)容是堆棧區(qū)中進(jìn)行堆棧操作的存儲(chǔ)

單元的地址。

進(jìn)棧過(guò)程：SP內(nèi)容先自動(dòng)加1即（5P）十一（SP）;再將要推入堆棧的數(shù)據(jù)送到SP所指

的存儲(chǔ)單元中。

設(shè)（SP）=IOH，若將A中數(shù)據(jù)12H推入堆棧,具體過(guò)程如圖3.2.4所示。

內(nèi)

內(nèi)

內(nèi)

部

部

R

AMRfMRA

圖2.2.4進(jìn)棧過(guò)程示意圖

出棧過(guò)程:先將SP所指單元的內(nèi)容取出送到指定的單元中，再將SF的內(nèi)容自動(dòng)減1.,

例如將堆棧區(qū)中的內(nèi)容取出送到A中，其過(guò)程示意圖如圖2.2.所示。

圖2.2.5出棧過(guò)程示意圖

（3）數(shù)據(jù)指針DPTR:是一個(gè)16位特殊功能寄存器。當(dāng)訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

器時(shí)，用它作為基址寄存器或間址寄存器。也可拆成兩個(gè)8位寄存器即DPH（高8位）、DPI,

（低8位）單獨(dú)使用。

（6）程序計(jì)數(shù)器K：它是16位寄存器，但不屬于特殊功能寄存器。主要用來(lái)指出將要執(zhí)

行的指令地址，且能自動(dòng)加L

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2.3并行1/0口

MCS51系列單片機(jī)共有I個(gè)并行1()口,32根I/O口線。

2.3.1并行1()口特點(diǎn)

(1)4個(gè)并行IO□都是雙向的。P0口為漏極開(kāi)路,P1、P2、P3口均有內(nèi)部上拉電阻，即

為準(zhǔn)雙向口。

(2)所有32條并行L()線都能獨(dú)立應(yīng)用作輸入或輸出。

(3)當(dāng)并行1()口作輸入口時(shí)，必須向該端口寫(xiě)入“1"。

2.3.2并行1/()口使用說(shuō)明

(1)P0口:可做1()口用衣擴(kuò)展系統(tǒng)中，做地址/數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器

時(shí)，口先做低8位地址總線，輸出地址信號(hào)的低8位。由ALE的下降沿將其鎖存到外部鎖存

器之后,H)口再做8位數(shù)據(jù)線用，輸入或輸出數(shù)據(jù)信號(hào)。P0口的負(fù)載能力為8個(gè)LSTTL門(mén)

電路。

(2)P2口:可做1()□用。在擴(kuò)展系統(tǒng)中，做高8位地址總線,輸出高8位地址信號(hào)。負(fù)

載能力為4個(gè)LSTTL門(mén)。

(3)P1口:只做I/O口用。負(fù)載能力為4個(gè)LSTTL門(mén)。

(1)P3口:可做1()口用。但又有第二功能，如表2.3.1所示。負(fù)載能力為4個(gè)LSTTL

n.

表2,3.1P3口第二功能表

P3口引腳第二功能第二功能含義

P3.0RXD串行輸入

P3.1TXD串行輸出

P3.2INTO外部中斷0輸入

P3.3INTI外部中斷1輸入

P3.4TO定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外脈沖輸入

____P3口引腳第二功能第二功能含義

P3.5T1定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外脈沖輸入

P3.6WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)脈沖輸人

P3.7RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖輸出

2.4時(shí)鐘電路及時(shí)序

單片機(jī)系統(tǒng)中的各部件之所以能有條不紊地工作，主要是由時(shí)鐘電路產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)，按

一定時(shí)序去控制各部件。

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2.4,1時(shí)鐘電路

1）單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘電路

主要是由一個(gè)高增益的反相放大器構(gòu)成，如圖2.4.1所示。

2）產(chǎn)生時(shí)鐘的方法

MCS「"系列單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘的方法有兩種：

（1）在XTAL、XTAL2之間外接石英晶體振蕩器和可調(diào)電容。由于其體積小、電路簡(jiǎn)

單，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中采用此種方法產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)成為首選。如圖2.4,2（a）所示。

（2）外接信號(hào)源。在XTAL2引腳接入信號(hào)源,XTAL1接地，常用于多片單片機(jī)組成的

系統(tǒng)中。如圖2.1.2（b）所示。

外部時(shí)鐘

XTALI8051XTAL2

8051

XTAL2

至內(nèi)部時(shí)鐘電路

XTAL2

個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘電路（&）外接石英晶體3）外振蕩輸入

圖2.1.1單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘電路圖2".2時(shí)鐘電路

2.4.2時(shí)序

1）時(shí)序的基本概念

（1）時(shí)序：計(jì)算機(jī)在執(zhí)行指令時(shí)，一條指令譯碼后產(chǎn)生若干個(gè)基本的微操作，這些微操作

所對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)在時(shí)間上的先后次序稱(chēng)為計(jì)算機(jī)的時(shí)序。

（2）時(shí)鐘周期：是單片機(jī)中最小的時(shí)間單位，大小等于時(shí)鐘脈沖信號(hào)頻率的倒數(shù)。

（3）狀態(tài)周期（61個(gè)狀態(tài)周期等于2個(gè)時(shí)鐘周期。

（4）機(jī)器周期：1個(gè)機(jī)器周期中包含6個(gè)狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)又包含兩個(gè)節(jié)拍（P1、P2）。

（5）指令周期：?jiǎn)纹瑱C(jī)執(zhí)行完一條指令所需要的全部時(shí)間。MCS-51單片機(jī)大多數(shù)指令

為單字節(jié)單機(jī)器周期指令、單字節(jié)雙機(jī)器周期指令及雙字節(jié)雙機(jī)器周期指令。

2）MCS-51取指、執(zhí)行時(shí)序（圖2.4.3）

現(xiàn)以XTAL2振蕩信號(hào)為參考，說(shuō)明時(shí)序。

在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器的機(jī)器周期內(nèi)，ALE信號(hào)有效兩次，且在S1P2至S2P1和54P2

至S5P1產(chǎn)生。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的機(jī)器周期內(nèi)，ALE信號(hào)一次有效，只在S1P2至S2Pl

期間產(chǎn)生。在操作碼被鎖存到指令寄存器時(shí)，單周期指令從S1P2開(kāi)始執(zhí)行。如果是雙字節(jié)

指令，在同一機(jī)器周期的S4期間讀入第二字節(jié);如果是單字節(jié)指令則在St仍有讀操作，但