MCS-51系列单片机的资源配置(1)ppt课件

1、第2章 MCS-51单片机的资源配置主要内容主要内容MCS-51单片机的在片资源及外部特性单片机的在片资源及外部特性MCS-51单片机的存储器系统单片机的存储器系统MCS-51单片机的时钟电路与复位电路单片机的时钟电路与复位电路MCS-51单片机的低功耗任务方式单片机的低功耗任务方式2.1 MCS-512.1 MCS-51单片机的在片资源及外部特性单片机的在片资源及外部特性2.1.1 MCS-512.1.1 MCS-51单片机的在片资源单片机的在片资源P3P1P2 可编程 串行I/O口P0外部中断基准频率源控制 128/256B数据存储器 4KB/8KB程序存储器 2/3个16位定时/计数器

2、振荡器及 定时电路 CPU 64KB总线扩展控制 可编程并行I/O口内部中断计数脉冲串行输出 串行输入( ( 图中图中“/ / 两边分别为根本型和加强型两边分别为根本型和加强型 ) )51子系列的配置如下：子系列的配置如下： 1个个8位位CPU； 1个片内振荡频率为个片内振荡频率为1.212 MHz的振荡器及时钟的振荡器及时钟电路；电路； 128个字节的片内个字节的片内RAM； 4KB的片内程序的片内程序ROM； 4个个8位并行位并行I/O口口P0，P1，P2，P3； 1个全双工串行个全双工串行I/O口；口； 2个个16位定时器位定时器/计数器；计数器； 5个中断源，分为个中断源，分为2个优先

3、级。个优先级。 2.1.2 MCS-512.1.2 MCS-51系列单片机的外部特性系列单片机的外部特性各个引脚的功能如下。各个引脚的功能如下。Vss:Vss:接地端。接地端。Vcc:Vcc:电源端，接电源端，接+5V+5V。XTAL1XTAL1，XTAL2:XTAL2: 接外部晶体或外部时接外部晶体或外部时钟。钟。RST/VPDRST/VPD：复位信号输入。复位信号输入。接备用电源，当接备用电源，当VCCVCC掉掉电后，在低功耗条件下电后，在低功耗条件下坚持内部坚持内部RAMRAM中的数据。中的数据。ALE/PROGALE/PROG： ALE ALE 地址锁存允许。地址锁存允许。 ALE A

4、LE输出脉冲的频率为振荡频率的输出脉冲的频率为振荡频率的1/61/6。 PROG PROG 对对87518751单片机片内单片机片内 EPROM EPROM 编程时，编程脉冲由该编程时，编程脉冲由该引脚引入。引脚引入。PSEN PSEN ：程序存储器允许。输出读外部程序存储器的选通讯：程序存储器允许。输出读外部程序存储器的选通讯号。号。EA/VPPEA/VPP： EA =0 EA =0，单片机只访问外部程序存储器。，单片机只访问外部程序存储器。 EA =1 EA =1，单片机访问内部程序存储器。，单片机访问内部程序存储器。 在在87518751单片机片内单片机片内EPROMEPROM编程期间，

5、此引脚引入编程期间，此引脚引入21V21V编程编程电源电源VPPVPP。P0.0P0.0P0.7P0.7：P0P0口，数据口，数据/ /低八位地址复用总线端口。低八位地址复用总线端口。P1.0P1.0P1.7P1.7：P1P1口，静态通用端口。口，静态通用端口。P2.0P2.0P2.7P2.7：P2P2口，高八位地址总线端口。口，高八位地址总线端口。 P3.0P3.0P3.7P3.7：P3P3口，双功能静态端口。口，双功能静态端口。 51 51系列单片机的精简版系列单片机的精简版105110512051205140514051型号只需型号只需2020个引脚，如下图。它们内部有个引脚，如下图。它

6、们内部有一个模拟比较器，相比较的模一个模拟比较器，相比较的模拟信号由拟信号由P1.0P1.0AIN0AIN0和和P1.1P1.1AIN1AIN1输入，而模拟比较器输入，而模拟比较器的输出由的输出由P3.6P3.6输入，在内部已输入，在内部已衔接，因此外部无衔接，因此外部无P3.6P3.6引脚。引脚。2.2 MCS-512.2 MCS-51单片机的存储器系统单片机的存储器系统存储器可分为程序存储器和数据存储器。存储器可分为程序存储器和数据存储器。程序存储器程序存储器 用来存放程序；用来存放程序； 以及一直要保管的常数。以及一直要保管的常数。数据存储器数据存储器 存放程序运转中所需求的变量。存放程

7、序运转中所需求的变量。从物理空间看从物理空间看,MCS-51,MCS-51有四个存储器空间：有四个存储器空间：片内数据存储器、片内程序存储器片内数据存储器、片内程序存储器片外数据存储器、片外程序存储器片外数据存储器、片外程序存储器存储器地址空间构造：存储器地址空间构造：普林斯顿构造普林斯顿构造 ROM ROM和和RAMRAM在同一地址空间；在同一地址空间； 哈佛构造哈佛构造 ROM ROM和和RAMRAM在不同地址空间；在不同地址空间； MCS-51 MCS-51系列单片机采用哈佛构造。系列单片机采用哈佛构造。外部数据 存储器 (RAM)外部程序 存储器 (ROM)内部程序 存储器内部数据 存

8、储器8XX51MCS-51MCS-51存储器物理构造存储器物理构造FFFFH0000H 外部 RAM外部数据存储器外部数据存储器 H00000FFFH0FFFH 外部R O M内部ROM (EA=1)H00008031外部ROM (EA=080511000HFFFFH程序存储器程序存储器 内部数据存储器内部数据存储器 特殊功能 存放器内部数据 RAM7FH80H00HFFH加强型地址重叠 从逻辑上看从逻辑上看,MCS-51,MCS-51有三个存储器空间：有三个存储器空间：程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器2.2.1 2.2.1 程序存储器程序存

9、储器 程序存储器用来存放程序和常数。以程序计数器程序存储器用来存放程序和常数。以程序计数器PCPC作为地址指针，地址总线为作为地址指针，地址总线为1616位，可寻址的地址空间为位，可寻址的地址空间为64KB64KB。 在在8051/8751/89C51 8051/8751/89C51 片内，分别内置最低地址空间片内，分别内置最低地址空间的的4KB ROM/EPROM4KB ROM/EPROM程序储存器内部程序储存器，而程序储存器内部程序储存器，而80318031无内部程序储存器，必需外部扩展无内部程序储存器，必需外部扩展EPROMEPROM。 MCS-51MCS-51单片机中单片机中64KB6

10、4KB内、外程序储存器的地址是一内、外程序储存器的地址是一致编排的。致编排的。 访问程序存储器运用访问程序存储器运用MOVCMOVC指令。指令。 程序存储器中的几个特殊地址的运用：程序存储器中的几个特殊地址的运用： 地址地址 用途用途 0000H 0000H 复位操作后的程序入口复位操作后的程序入口 0003H 0003H 外部中断外部中断0 0效力程序入口效力程序入口 000BH 000BH 定时器定时器0 0中断效力程序入口中断效力程序入口 0013H 0013H 外部中断外部中断1 1效力程序入口效力程序入口 001BH 001BH 定时器定时器1 1中断效力程序入口中断效力程序入口 0

11、023H 0023H 串行口中断效力程序入口串行口中断效力程序入口 2.2.2 2.2.2 数据存储器数据存储器 1. 1.片外数据存储器片外数据存储器用于存放随机读写的数据。用于存放随机读写的数据。外部外部I/OI/O口地址影像区。口地址影像区。 MCS-51MCS-51单片机的外部数据存储器和外部单片机的外部数据存储器和外部I/OI/O口实行一致编口实行一致编址址 ，并运用一样的作选通控制信号，均运用，并运用一样的作选通控制信号，均运用 MOVX MOVX 指指令访问。令访问。MCS-51 MCS-51 单片机最多可扩展单片机最多可扩展64KB64KB外部数据存储器外部数据存储器 2. 2

12、.片内数据储存器片内数据储存器 存放随机读写的数据存放随机读写的数据通用存放器区通用存放器区堆栈区堆栈区运算操作数存放区运算操作数存放区 指令算术运算、逻辑运算、位操作运算等的操指令算术运算、逻辑运算、位操作运算等的操作数只能在此地址空间或特殊功能存放器地址空间。作数只能在此地址空间或特殊功能存放器地址空间。 内部数据存储器的地址分配内部数据存储器的地址分配 51 51 系列单片机内部数据存储器地址范围为系列单片机内部数据存储器地址范围为00007FH7FH。 1 1地址地址 0 01FH1FH的前的前3232个单元称为存放器区个单元称为存放器区用途：用途： 作通用存放器作通用存放器R0R0R

13、7R7。 R0 R0与与R1R1可作间址存放器运用。可作间址存放器运用。位位 地地 址址字节地址字节地址通通用用存存储储区区7FH7FH: :可可位位寻寻址址区区7FH7FH7EH7EH7DH7DH7CH7CH7BH7BH7AH7AH79H79H78H78H2FH2FH77H77H76H76H75H75H74H74H73H73H72H72H71H71H70H70H2EH2EH6FH6FH6EH6EH6DH6DH6CH6CH6BH6BH6AH6AH69H69H68H68H2DH2DH67H67H66H66H65H65H64H64H63H63H62H62H61H61H60H60H2CH2CH5FH

14、5FH5EH5EH5DH5DH5CH5CH5BH5BH5AH5AH59H59H58H58H2BH2BH57H57H56H56H55H55H54H54H53H53H52H52H51H51H50H50H2AH2AH4FH4FH4EH4EH4DH4DH4CH4CH4BH4BH4AH4AH49H49H48H48H29H29H47H47H46H46H45H45H44H44H43H43H42H42H41H41H40H40H28H28H3FH3FH3EH3EH3DH3DH3CH3CH3BH3BH3AH3AH39H39H38H38H27H27H37H37H36H36H35H35H34H34H33H33H32H

15、32H31H31H30H30H26H26H2FH2FH2EH2EH2DH2DH2CH2CH2BH2BH2AH2AH29H29H28H28H25H25H27H27H26H26H25H25H24H24H23H23H22H22H21H21H20H20H24H24H1FH1FH1EH1EH1DH1DH1CH1CH1BH1BH1AH1AH19H19H18H18H23H23H17H17H16H16H15H15H14H14H13H13H12H12H11H11H10H10H22H22H0FH0FH0EH0EH0DH0DH0CH0CH0BH0BH0AH0AH09H09H08H08H21H21H07H07H06H

16、06H05H05H04H04H03H03H02H02H01H01H00H00H20H20H通通用用寄寄存存器器区区R7R7R0 R0 存放器存放器3 3组组 1FH1FH18H18HR7R7R0 R0 存放器存放器2 2组组17H17H10H10HR7R7R0 R0 存放器存放器1 1组组 0FH0FH08H08HR7R7R0 R0 存放器存放器0 0组组 07H07H00h00h内部数据存储器内部数据存储器 运用时应留意：运用时应留意： 3232个单元的存放器区分为四组，运用时只个单元的存放器区分为四组，运用时只能选其中一组存放器。能选其中一组存放器。存放器的选组由程序形状字存放器的选组由程

17、序形状字PSWPSW的的RS1RS1和和RS0RS0位定。位定。 RS1 RS0 RS1 RS0 选存放器组选存放器组 0 0 00 0 0组组 0 1 10 1 1组组 1 0 21 0 2组组 1 1 31 1 3组组 初始化时或复位时，自动选中初始化时或复位时，自动选中0 0组。组。一旦选中一组，其它三组只能作为数据存储器运一旦选中一组，其它三组只能作为数据存储器运用，而不能作为存放器运用。用，而不能作为存放器运用。设置多组存放器可以方便维护现场。设置多组存放器可以方便维护现场。 2 220H20H2FH2FH为位地址区为位地址区 共共1616个单元，每单元有八个位，每位有一个位地址，个

18、单元，每单元有八个位，每位有一个位地址，共共128128位，位地址范围为位，位地址范围为00H00H7FH7FH，该区既可位寻址，该区既可位寻址，又可字节寻址。又可字节寻址。 如如 MOV 20H MOV 20H，C (C (这里这里C C是是CyCy进位标志位，该指令是将进位标志位，该指令是将CyCy内容送内容送20H20H位位, ,假设假设CyCy1 1，位，位20H20H值为值为“1 1。 3 3除选中的存放组以外的存储器均可以作为通用除选中的存放组以外的存储器均可以作为通用RAMRAM区。区。 3. 3.特殊功能存放器特殊功能存放器 MCS-51 MCS-51单片机共有单片机共有212

19、1个字节的特殊功能存放器用英文缩个字节的特殊功能存放器用英文缩写写SFRSFRSpecial Fuction RegisterSpecial Fuction Register表示。表示。 用途：用途：A A 累加器、形状标志存放器累加器、形状标志存放器单片机内部各部件公用的控制、形状存放器单片机内部各部件公用的控制、形状存放器并行口、串行口影射存放器并行口、串行口影射存放器 地址空间：地址空间：2121个特殊功能器不延续的分布在个特殊功能器不延续的分布在80H80HFFH 128FFH 128个字节地址空个字节地址空间。间。地址能被地址能被8 8整除的为可位寻址的存放器。整除的为可位寻址的存放

20、器。特殊功能存放器符号特殊功能存放器符号位位 地地 址址字节地址字节地址D7D7D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D0P0P087H87H86H86H85H85H84H84H83H83H82H82H81H81H80H80H80H80HSPSP81H81HDPLDPL82H82HDPHDPH83H83HPCONPCON87H87HTCONTCON8FH8FHTF1TF18EH8EHTR1TR18DH8DHTF0TF08CH8CHTR0TR08BH8BHIE1IE18AH8AHIT1IT189H89HIE0IE088H88HIT0IT088H88HTMODTMOD89H89HTL

21、0TL08AH8AHTL1TL18BH8BHTH0TH08CH8CHTH1TH18DH8DHP1P197H97H96H96H95H95H94H94H93H93H92H92H91H91H90H90H90H90HSCONSCON9FH9FH9EH9EH9DH9DH9CH9CH9BH9BH9AH9AH99H99H98H98H98H98HSBUFSBUF99H99HP2P2A7HA7HA6HA6HA5HA5HA4HA4HA3HA3HA2HA2HA1HA1HA0HA0HA0HA0HIEIEAFHAFHEAEAACHACHESESABHABHET1ET1AAHAAHEX1EX1A9HA9HET0ET0A8

22、HA8HEX0EX0A8HA8HP3P3B7HB7HB6HB6HB5HB5HB4HB4HB3HB3HB2HB2HB1HB1HB0HB0HB0HB0HIPIPBCHBCHPSPSBBHBBHPT1PT1BAHBAHPX1PX1B9HB9HPT0PT0B8HB8HPX0PX0B8HB8HPSWPSWD7HD7HCYCYD6HD6HACACD5HD5HF0F0D4HD4HRS1RS1D3HD3HRS0RS0D2HD2HOVOVD1HD1HD0HD0HP PD0HD0HACCACCE7HE7HE6HE6HE5HE5HE4HE4HE3HE3HE2HE2HE1HE1HE0HE0HE0HE0HB BF7HF

23、7HF6HF6HF5HF5HF4HF4HF3HF3HF2HF2HF1HF1HF0HF0HF0HF0H特殊功能存放器地址表特殊功能存放器地址表 A A 累加器累加器 B B 存放器，常用于乘除法运算。存放器，常用于乘除法运算。PSW PSW 程序形状字。主要起着标志存放器的作用。程序形状字。主要起着标志存放器的作用。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CY AC F0RS1RS0OV P位地址位地址位称号位称号CYCY：进：进/ /借位标志借位标志ACAC：辅助进：辅助进/ /借位标志借位标志FOFO：用户标志位。可由用户设定其含义。：用户标志位。可由用户设定其含义。RS1RS1，

24、RS0RS0：任务存放器组选择位。：任务存放器组选择位。OVOV：溢出标志：溢出标志 P P：奇偶标志：奇偶标志运算结果有奇个运算结果有奇个“1 1，P=1P=1；运算结果有偶个运算结果有偶个“1 1，P=0P=0。 SP SP 堆栈指针堆栈指针 堆栈设在片内堆栈设在片内RAMRAM中，每次操作为中，每次操作为8 8位二进制数位二进制数 堆栈是向着地址大的方向构成的堆栈是向着地址大的方向构成的 系统复位后，系统复位后，SP=07HSP=07H DPTR DPTR 数据指针存放器数据指针存放器 主要用于片外数据存储器的访问以及在程序存储主要用于片外数据存储器的访问以及在程序存储器中取常数的操作。

25、器中取常数的操作。DPTRDPTR可分成可分成DPLDPL和和DPHDPH两个两个8 8位存位存放器分别运用。放器分别运用。 P0 P1 P2 P3 I/O P0 P1 P2 P3 I/O端口存放器端口存放器 是四个并行是四个并行I/OI/O端口映射入端口映射入SFRSFR中的存放中的存放器。经过对该存放器的读器。经过对该存放器的读/ /写，可实现从相应写，可实现从相应I/OI/O端口的输入端口的输入/ /输出。输出。 例如：指令例如：指令 MOV P1 MOV P1，A A实现了把实现了把A A累加器中的累加器中的内容从内容从P1P1端口输出的操作。指令端口输出的操作。指令MOV AMOV

26、A，P3P3实实现了把现了把P3P3端口线上的信息输入到端口线上的信息输入到A A中的操作。中的操作。 此外还有如下存放器，它们将在后面章节引见：此外还有如下存放器，它们将在后面章节引见：IPIP中断优先级控制存放器。中断优先级控制存放器。IEIE中断允许控制存放器。中断允许控制存放器。 TMODTMOD定时器定时器/ /计数器方式控制存放器。计数器方式控制存放器。TCONTCON定时器定时器/ /计数器控制存放器。计数器控制存放器。TH0TH0，TL0TL0定时器定时器/ /计数器计数器0 0。TH1TH1，TL1TL1定时器定时器/ /计数器计数器1 1。SCONSCON串行端口控制存放器

27、。串行端口控制存放器。SBUFSBUF串行数据缓冲器。串行数据缓冲器。PCONPCON电源控制存放器。电源控制存放器。注：在注：在5252子系列中，高子系列中，高128128字节字节RAMRAM和和SFRSFR的地址是的地址是重叠的，终究访问哪一块可经过不同的寻址方重叠的，终究访问哪一块可经过不同的寻址方式加以区分，访问高式加以区分，访问高128128字节字节RAMRAM采用存放器间采用存放器间址，访问址，访问SFRSFR那么只能采用直接寻址，访问低那么只能采用直接寻址，访问低128128字节字节RAMRAM时，两种寻址均可采用。时，两种寻址均可采用。 内部振荡方式：内部振荡方式： 在引脚在引

28、脚 XTAL1XTAL1和和 XTAL2XTAL2外外接晶体振荡器简称晶振如接晶体振荡器简称晶振如图所示。图所示。XTAL1XTAL2GND8XX51C01C02 单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作时间基准，时间基准，8XX518XX51单片机的时钟信号通常有两种电路单片机的时钟信号通常有两种电路方式：方式：内部振荡方式和外部振荡方式。内部振荡方式和外部振荡方式。 电容器电容器C01C01、C02C02起起稳定振荡频率、快速起振的作用。稳定振荡频率、快速起振的作用。电容值普通为电容值普通为 5 530PF30PF。2.3 MCS-512.3 M

29、CS-51单片机的时钟电路与复位电路单片机的时钟电路与复位电路2.3.1 2.3.1 时钟电路时钟电路 由于单片机内部有一个高增益运算放大器，当外接晶由于单片机内部有一个高增益运算放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。 外部振荡方式是把外部振荡方式是把已有的时钟信号引入单已有的时钟信号引入单片机。这种方式适宜用片机。这种方式适宜用于使单片机的时钟与外于使单片机的时钟与外部信号坚持一致。外部部信号坚持一致。外部振荡方式如下图。振荡方式如下图。 对对HMOSHMOS的单片机的单片机80318031、8031AH8031AH等外部时钟

30、信号等外部时钟信号由由XTAL2XTAL2引入，对于引入，对于CHMOSCHMOS的单片机的单片机8XCXX8XCXX，外部时钟，外部时钟由由XTAL1XTAL1引入。引入。8XX51外部时钟XTAL1XTAL2GND8XX51悬空外部时钟XTAL1XTAL2GND悬空CHMOSHMOS8XX518XX512.3.2 2.3.2 根本时序单位根本时序单位单片机的时序单位有：单片机的时序单位有：振荡周期：晶振的振荡周期，又称时钟周期，为最振荡周期：晶振的振荡周期，又称时钟周期，为最小的时序单位。小的时序单位。形状周期：振荡频率经单片机内的二分频器分频后形状周期：振荡频率经单片机内的二分频器分频后

31、提供应片内提供应片内CPUCPU的时钟周期。因此，一个形状周期的时钟周期。因此，一个形状周期包含包含2 2个振荡周期。个振荡周期。机器周期机器周期MCMC：1 1个机器周期由个机器周期由6 6个形状周期及个形状周期及1212个振荡周期组成。是计算机执行一种根本操作的时个振荡周期组成。是计算机执行一种根本操作的时间单位。间单位。指令周期指令周期 执行一条指令所需的时间。一个指令周期由执行一条指令所需的时间。一个指令周期由1 14 4个机器周期组成，根据指令不同而不同。个机器周期组成，根据指令不同而不同。 4 4种时序单位中，振荡周期和机器周期是单种时序单位中，振荡周期和机器周期是单片机内计算其他

32、时间值例如，波特率、定时器的片机内计算其他时间值例如，波特率、定时器的定时时间等的根本时序单位。定时时间等的根本时序单位。 例：单片机外接晶振频率例：单片机外接晶振频率12MHZ12MHZ时的各种时序单位：时的各种时序单位： 振荡周期振荡周期=1/fosc=1/12MHZ=0.0833us=1/fosc=1/12MHZ=0.0833us 形状周期形状周期=2/fosc=2/12MHZ=0.167us=2/fosc=2/12MHZ=0.167us 机器周期机器周期=12/fosc=12/12MHZ=1us=12/fosc=12/12MHZ=1us 指令周期指令周期=(1=(14)4)机器周期机器

33、周期=1=14us 4us 2.3.3 2.3.3 复位电路复位电路复位操作那么使单片机的片内电路初始化，使单片复位操作那么使单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定的形状开场运转。机从一种确定的形状开场运转。当当MCS-51MCS-51系列单片机的复位引脚系列单片机的复位引脚 RSTRST出现出现 5ms5ms以上以上的高电平常，单片机就完成了复位操作。假设的高电平常，单片机就完成了复位操作。假设RSTRST继续为高电平，单片机就处于循环复位形状。继续为高电平，单片机就处于循环复位形状。复位操作通常有复位操作通常有2 2种根本方式：种根本方式： 上电复位上电复位 开关复位。开关复位。 上电

34、后，由于电容充电，使上电后，由于电容充电，使 RSTRST继续一段高电平常间。当单片继续一段高电平常间。当单片 机已在运转过程中时，按下复位键机已在运转过程中时，按下复位键 也能使也能使 RSTRST继续一段时间的高电平，继续一段时间的高电平， 从而实现上电且开关复位的操作。从而实现上电且开关复位的操作。 通常选择通常选择: C=10: C=10f ,R=10Kf ,R=10K。 RST RST RST RSTRST RST RST RSTRST8XX51RCVCC 上电复位要求接通电源后，自动实现复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位。 开关复位要求在电源接通的条件下，在单片机开关复位要求在电源接通的条件下，在单片机运转期间，用按钮开关操作使单片机复位。运转期间，用按钮开关操作使单片机复位。 常用的上电且开关复位电路如常用的上电且开关复位电路如 图所示。图所