【正文】 1 第二章 MCS51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理 MCS51單片機(jī)的結(jié)構(gòu) MCS51單片機(jī)的引腳及其功能 8051存儲(chǔ)器配置 CPU時(shí)序 復(fù)位及其復(fù)位電路 輸入輸出端口結(jié)構(gòu) 2 MCS51單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 89C51單片機(jī)的基本組成 組成： CPU(進(jìn)行運(yùn)算、控制 )、 RAM(數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 )、ROM(程序存儲(chǔ)器）、 I/O口 (串口、并口）、內(nèi)部總線 和中斷系統(tǒng)等。 組成框圖如下： 3 （ 1） 8位 CPU。 （ 2） 布爾代數(shù)處理器 ， 具有位尋址能力 。 （ 3） 256B內(nèi)部 RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ， 21個(gè)專用寄存器 。 （ 4） 4KB FLASH ROM。 （ 5） 2個(gè) 16位可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 。 （ 6） 32個(gè) （ 4 8位 ） 雙向可獨(dú)立尋址的 I/O口 。 （ 7） 1個(gè)全雙工 UART（ 異步串行通信口 ） 。 （ 8） 5個(gè)中斷源 、 兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷控制器 。 （ 9） 時(shí)鐘電路 ， 外接晶振和電容可產(chǎn)生 最高 24 MHz的時(shí)鐘頻率 。 （ 10） 單一 +5V電源供電 ， 雙列直插 40引腳 DIP封裝 。 （ 11） 111條指令 ， 大部分為單字節(jié)指令 。 89C51包含以下功能部件 4 89C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 5 一 . CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu) 6 它先以振蕩信號(hào)為基準(zhǔn)產(chǎn)生 CPU的時(shí)序，從 ROM中取出指令到指令寄存器，然后在指令譯碼器中對(duì)指令進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生指令執(zhí)行所需的各種控制信號(hào)，送到單片機(jī)內(nèi)部的各功能部件，指揮各功能部件產(chǎn)生相應(yīng)的操作，完成對(duì)應(yīng)的功能。 7 8 89C51單片機(jī)引腳 及其功能 1．電源 引腳 Vss： 接地引腳 。 VCC： 正電源引腳 。 接＋ 5V電源 。 89C51單片機(jī)引腳，分為端口引腳、電源引腳和控制信號(hào)引腳三類。 9 3．控制信號(hào)引腳 （ 1） RST 10 11 單片機(jī) 鎖存器74LS373 ALE PSEN 8D 8Q OE A8A12 A0A7 D0D7 G EA OE CE EPROM 12 13 4． I/O端口 （ 1） P0口（ ～ ） 由于在輸入操作前有這種準(zhǔn)備工作，所以 P0～P3口叫做準(zhǔn)雙向口。 14 （ 2） P1口（ ～ ） 8位準(zhǔn)雙向 I/O口 ， 內(nèi)部具有上拉電阻 ， 可作為通用I/O口 。 每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL負(fù)載 。 （ 3） P2口 （ ～ ） 8位準(zhǔn)雙向 I/O口 ， 內(nèi)部具有上拉電阻 ， 可作為外部擴(kuò)展時(shí)的高 8位地址總線 。 又可作為通用 I/O口 ， 每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL負(fù)載 。 對(duì)訪問片外 EPROM/RAM時(shí) ， 它輸出高 8位地址 。 （ 4） P3口 （ ～ ） 8位準(zhǔn)雙向 I/O口 ， 內(nèi)部具有上拉電阻 。 它是雙功能復(fù)用口 ， 作為通用 I/O口時(shí) ， 功能與 P1口相同 ，常用第二功能 。 每個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL負(fù)載 。 作為第二功能使用時(shí) ， 各位的作用如下頁表所示 。 15 16 8051存儲(chǔ)器配置 17 18 空間 ? MCS51的程序存儲(chǔ)器用于存放編好的程序和表格常數(shù)。 8051片內(nèi)有 4 KB的 ROM， 8751片內(nèi)有 4 KB的 EPROM， 8031片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器。 MCS51的片外最多能擴(kuò)展 64 KB程序存儲(chǔ)器，片內(nèi)外的 ROM是統(tǒng)一編址的。如 端保持高電平， 8051的程序計(jì)數(shù)器 PC在 0000H～ 0FFFH地址范圍內(nèi) (即前 4 KB地址 ) 是執(zhí)行片內(nèi)ROM中的程序，當(dāng) PC在1000H～ FFFFH地址范圍時(shí) (超過片內(nèi) ROM容量時(shí) )， 自動(dòng)執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器中的程序；當(dāng) 保持低電平時(shí)，只能尋址外部程序存儲(chǔ)器，片外存儲(chǔ)器可以從0000H開始編址。 EAEA19 程序存儲(chǔ)器地址空間 (續(xù) ) ? MCS51的程序存儲(chǔ)器中某些單元是留給系統(tǒng)用的 ， 使用時(shí)應(yīng)予以注意 。 ? 其中一組特殊單元是 0000H～ 0002H。 系統(tǒng)復(fù)位后 ， (PC)=0000H， 單片機(jī)從 0000H單元開始取指令執(zhí)行程序 。 如果程序不從 0000H單元開始 ， 應(yīng)在這三個(gè)單元中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令 ， 以便直接轉(zhuǎn)去執(zhí)行指定的程序 。 ? 此三個(gè)單元稱為 80C51上電復(fù)位后引導(dǎo)程序的存放單元 。 80C51上電復(fù)位后 CPU總是從0000H單元開始執(zhí)行。如果在這3個(gè)單元中存放一條轉(zhuǎn)移指令（如 LJMP 1000H），單片機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)移到 1000H單元，開始執(zhí)行應(yīng)用程序。應(yīng)用程序的引導(dǎo)過程見左圖。 20 ? 還有一組特殊單元是 0003H～ 002AH， 共40個(gè)單元 。 這 40個(gè)單元被均勻地分為 5段 ，作為 5個(gè)中斷服務(wù)程序的入口 。 21 程序存儲(chǔ)器地址空間 (續(xù) ) ? 中斷響應(yīng)后 ， 按中斷源種類 ， 自動(dòng)轉(zhuǎn)到各中斷區(qū)的首地址去執(zhí)行程序 ， 因此在中斷地址區(qū)中 理應(yīng) 存放中斷服務(wù)程序 。 但通常情況下 ， 8個(gè)單元難以存下一個(gè)完整的中斷服務(wù)程序 ， 因此通常也是從中斷地址區(qū) 首地址開始存放 一條無條件轉(zhuǎn)移指令 ， 以便中斷響應(yīng)后 ， 通過中斷地址區(qū) ， 再轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序的實(shí)際入口地址 。 22 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間 一般將隨機(jī)存儲(chǔ)器（ RAM）用做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器?？蓪ぶ房臻g為 64KB。 MCS51數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可分為片內(nèi)和片外兩部分。 片外 RAM： 最大范圍： 0000H～ FFFFH，64KB；用指令 MOVX訪問。 片內(nèi) RAM： 最大范圍： 00H～ FFH，256B；用指令 MOV訪問。又分為兩部分： 低 128B（ 00～ 7FH）為真正的 RAM區(qū)， 高 128B（ 80～ FFH）為特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)。如右圖所示。 23 00H 20H 2FH 7FH 1FH 30H 80H FFH SFR區(qū) 用戶 RAM區(qū) 位尋址區(qū) 工作寄存器區(qū) R0 R2 R1 R3 R4 R5 R6 R7 07H 02H 01H 00H 06H 04H 05H 03H 08H 1FH 工作寄存器區(qū) 3 工作寄存器區(qū) 2 工作寄存器區(qū) 1 工作寄存器區(qū)0 0FH 10H 17H 18H ? 低 128單元是單片機(jī)的真正 RAM存儲(chǔ)器 ， 按其用途劃分為寄 ? 存器區(qū) 、 位尋址區(qū)和用戶 RAM區(qū)三個(gè)區(qū)域 。 ? 片內(nèi) RAM前 32個(gè)單元是工作寄存器區(qū) (00H— 1FH) RAM低 128B單元 ） 在任一時(shí)刻， CPU只能使用其中的一組寄存器，并且把正在使用的那組寄存器稱之為當(dāng)前寄存器組。到底是哪一組，由程序狀態(tài)字寄存器 PSW中RS RS0位的狀態(tài)組合來決定。 24 內(nèi)部 RAM的20H～ 2FH單元為位尋址區(qū) ，既可作為一般單元用字節(jié)尋址，也可對(duì)它們的位進(jìn)行尋址。位地址為00H～ 7FH。 CPU能直接尋址這些位（稱 MCS51具有布爾處理功能），位地址分配如右表所示。 按字節(jié)尋址：每個(gè)字節(jié) (8個(gè)位 )占一個(gè)地址 按位尋址：有的存儲(chǔ)器每一個(gè)位就有一個(gè)地址 25 用戶 RAM區(qū) ? 在內(nèi)部 RAM低 128單元中 ，通用寄存器占去 32個(gè)單元 ，位尋址區(qū)占去 16個(gè)單元 ， 剩下 80個(gè)單元 ， 這就是供用戶使用的一般 RAM區(qū) ， 其單元地址為 30H～ 7FH。 ? 對(duì)用戶 RAM區(qū)的使用沒有任何規(guī)定或限制 ， 但在一般應(yīng)用中常把堆棧開辟在此區(qū)中 。 00H 20H 2FH 7FH 1FH 30H 80H FFH SFR區(qū) 用戶 RAM區(qū) 位尋址區(qū) 工作寄存器區(qū) 26 RAM高 B128單元 MCS51有 21個(gè)特殊功能寄存器（也稱為專用寄存器），包括算術(shù)運(yùn)算寄存器、指針寄存器、 I/O口鎖存器、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串行口、中斷、狀態(tài)、控制寄存器等，它們被 離散地分布在內(nèi)部RAM的 80H～ FFH地址單元中 （不包括 PC） ，共占據(jù)了 128個(gè)存儲(chǔ)單元，構(gòu)成了SFR區(qū)。其字節(jié)地址可被 8整除 的 SFR可位尋址（ 11個(gè) ）。SFR反映了 MCS51單片機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。特殊功能寄存器分布如右表所示。 27 （ 1）累加器 ACC （ Accumulator） 累加器 ACC是 8位