单片机的相关课程PPT

1、第第1章章 MCS-51单片机的结构与原理单片机的结构与原理主要内容：主要内容：典型单片机（典型单片机（ MCS-51, MSP430, EM78, PIC, Motorola, AVR ）的性能，）的性能，MCS-51内部结构、内部结构、 特点、工作方式、时序和片上系统特点、工作方式、时序和片上系统SOC 。为学生。为学生 后续学习单片机应用系统设计、利用单片机解决后续学习单片机应用系统设计、利用单片机解决 工程实际问题打下坚实的基础。工程实际问题打下坚实的基础。重重 点：点： 基本概念、组成原理、特点及基本概念、组成原理、特点及MCS-51MCS-51的最小应的最小应 用系统。用系统。难难

2、 点：点： 时序。时序。1.1 典型单片机性能概览典型单片机性能概览1.2 MCS-51单片机硬件结构及引脚单片机硬件结构及引脚1.3 MCS-51单片机的工作方式单片机的工作方式1.4 单片机的时序单片机的时序1.5 C8051F系列片上系统（系列片上系统（SOC）简介）简介第第1章章 MCS-51单片机的结构与原理单片机的结构与原理 典型单片机有典型单片机有MCS-51MCS-51、MSP430MSP430、EM78EM78、PICPIC、MotorolaMotorola、AVRAVR等。等。 MCS-51MCS-51为主流产品，性能如表为主流产品，性能如表1.1.11.1.1。 MSP4

3、30MSP430为低电压、低功耗产品，功能较强，主要应用于智能为低电压、低功耗产品，功能较强，主要应用于智能小区及四表系统。性能如表小区及四表系统。性能如表1.1.21.1.2。 EM78EM78为低功耗产品，价格较低，优越的数据处理功能。性能为低功耗产品，价格较低，优越的数据处理功能。性能如表如表1.1.31.1.3。 PICPIC为低电压、低功耗、大电流为低电压、低功耗、大电流LCDLCD驱动、低价格产品，性能驱动、低价格产品，性能如表如表1.1.41.1.4。 MotorolaMotorola是世界上最大的单片机生产厂家之一，品种全、选是世界上最大的单片机生产厂家之一，品种全、选择择 余

4、地大、新产品多。其特点是噪声低，抗干扰能力强，比较余地大、新产品多。其特点是噪声低，抗干扰能力强，比较适合于工控领域及恶劣的环境。性能如表适合于工控领域及恶劣的环境。性能如表1.1.51.1.5。 AVRAVR为高速、低功耗产品，支持为高速、低功耗产品，支持ISPISP、IAPIAP，I/OI/O口驱动能力较口驱动能力较强。性能如表强。性能如表1.1.61.1.6。1.1 1.1 典型单片机性能概览典型单片机性能概览 表表1.1.1 MCS-511.1.1 MCS-51系列单片机的性能一览表系列单片机的性能一览表系系 列列典型芯片典型芯片I/O口口定时器定时器/计数器计数器中断源中断源串行通信

5、口串行通信口片内片内RAM片内片内ROM51系列系列80C3148位216位51128字节无80C5148位216位51128字节4KB掩膜ROM87C5148位216位51128字节4KB EPROM89C5148位216位51128字节4KB E2PROM5252系列系列80C3248位316位61256字节无80C5248位316位61256字节8KB掩膜ROM87C5248位316位61256字节8KB EPROM89C5248位316位61256字节8KB E2PROM1.2 MCS-51单片机硬件结构及引脚单片机硬件结构及引脚 MCS-51系列单片机都是以系列单片机都是以Intel

6、公司最早的典型产品公司最早的典型产品8051为核心，增加了一定的功能部件后构成的，因此，本章为核心，增加了一定的功能部件后构成的，因此，本章以以8051为主介绍为主介绍MCS-51系列单片机系列单片机 。 1.2.1 MCS-511.2.1 MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构 MCS-51MCS-51单片机的组成：单片机的组成： CPU(进行运算、控制进行运算、控制)、 RAM(数据存储器数据存储器)、 ROM(程序存储器）、程序存储器）、 I/O口口(串口、并口）、串口、并口）、 定时器定时器/计数器计数器（T0、T1）、）、 中断系统中断系统 内部总线内部总线（1）运算器）运算器

7、组成：组成：ALU（Arithmetic Logic Unit）、）、A（Accumulator）、）、B、 PSW（Program Status Word）、）、TMP1和和TMP2等。等。功能：功能：完成算术运算和逻辑运算。完成算术运算和逻辑运算。（2）控制器）控制器组成：组成：PC（Program Counter）、）、IR（Instruction Register）、）、ID（Instruction Decoder）、）、SP、DPTR、定时控制逻辑、定时控制逻辑和振荡器和振荡器OSC等电路。等电路。功能：功能：CPU根据根据PC中的地址将欲执行指令的指令码从存储器中中的地址将欲执行指

8、令的指令码从存储器中取出，存放在取出，存放在IR中，中，ID对对IR中的指令码进行译码，定时中的指令码进行译码，定时控制逻辑在控制逻辑在OSC配合下对配合下对ID译码后的信号进行分时，以译码后的信号进行分时，以产生执行本条指令所需的全部信号。产生执行本条指令所需的全部信号。 1. 中央处理器（中央处理器（CPU）2. 存储器存储器 MCS-51MCS-51的存储器可分为程序存储器和数据存储器的存储器可分为程序存储器和数据存储器, ,又有片又有片内和片外之分。内和片外之分。物理上有四个存储器空间：物理上有四个存储器空间： 程序存储器程序存储器 （片内、片外）（片内、片外） 数据存储器数据存储器

9、（片内、片外）（片内、片外）逻辑上有三个存储空间：逻辑上有三个存储空间： 片内外统一的片内外统一的64KB64KB程序存储地址空间程序存储地址空间 128B128B内部数据存储器地址空间内部数据存储器地址空间 64KB64KB外部数据存储器地址空间外部数据存储器地址空间 （1 1）程序存储器）程序存储器 一般将只读存储器（一般将只读存储器（ROM）用做程序存储器。可寻址空间）用做程序存储器。可寻址空间为为64KB，用于存放用户程序、数据，用于存放用户程序、数据和表格等信息。和表格等信息。 MCS-51单片机按单片机按程序存储器可分为内部程序存储器可分为内部无无ROM型（如型（如8031）和）和

10、内部有内部有ROM型（如型（如8051）两种，连接时两种，连接时 引脚有引脚有区别。程序存储器结构区别。程序存储器结构如右图所示：如右图所示：（2）数据存储器）数据存储器 一般将随机存储器（一般将随机存储器（RAM）用做数据存储器。可寻址空）用做数据存储器。可寻址空间为间为64KB。MCS-51数据存储器可分为片内和片外两部分。数据存储器可分为片内和片外两部分。片外片外RAM： 最大范围：最大范围：0000HFFFFH，64KB；用指令；用指令MOVX访问。访问。片内片内RAM： 最大范围：最大范围：00HFFH，256B；用指令；用指令MOV访问。又分访问。又分为两部分：低为两部分：低128

11、B（007FH）为真正的为真正的RAM区，高区，高128B（80FFH）为特殊功能寄存器）为特殊功能寄存器（SFR）区。如右图所示。）区。如右图所示。 内部内部RAM的的20H2FH单元为单元为位寻址区，既可位寻址区，既可作为一般单元用作为一般单元用字节寻址，也可字节寻址，也可对它们的位进行对它们的位进行寻址。位地址为寻址。位地址为00H7FH。 CPU能直接寻址能直接寻址这些位（称这些位（称MCS-51具有布尔处理具有布尔处理功能），位地址功能），位地址分配如右表所示。分配如右表所示。3特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR） MCS-51有有21个特殊功能寄存器（也称为专用寄存器）。

12、个特殊功能寄存器（也称为专用寄存器）。组成：组成：算术运算寄存器、指针寄存器、算术运算寄存器、指针寄存器、I/O口锁存器、定时器口锁存器、定时器/计计数器、串行口、中断、状态、控制寄存器。数器、串行口、中断、状态、控制寄存器。位置：位置： SFR被离散地分布在内部被离散地分布在内部RAM的的80HFFH地址单元中，地址单元中，共占据了共占据了128个存储单元，构成了个存储单元，构成了SFR存储块（不包括存储块（不包括PC） 。位寻址状态：位寻址状态：其字节地址可被其字节地址可被8整除的整除的SFR可位寻址。可位寻址。特点：特点：SFR反映了反映了MCS-51单片机的运行状态。特殊功能寄存器单片

13、机的运行状态。特殊功能寄存器分布如下表所示。分布如下表所示。（1 1）程序计数器）程序计数器PCPC（Program CounterProgram Counter） 按机器周期按机器周期自动自动+1 的的16位计数器；位计数器； 物理上是独立的，物理上是独立的，PC不属于不属于SFR存储器块；存储器块； 当前当前PC值总指向下一条（将要执行的）指令所在首地址；值总指向下一条（将要执行的）指令所在首地址； 寻址范围为寻址范围为64KB，但不可直接寻址；但可以通过转移、调用、，但不可直接寻址；但可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，以控制程序执行的顺序；返回等指令改变其内容，以控制程序执行的顺

14、序； 一切分支一切分支/跳转跳转/调用调用/中断中断/复位等操作的本质就是改变复位等操作的本质就是改变 PC 值。值。（2）累加器）累加器A （Accumulator） 8位寄存器，又记做位寄存器，又记做ACC， 是一个最常用的专用寄存器。在算术是一个最常用的专用寄存器。在算术/逻辑运算中用于存放操作逻辑运算中用于存放操作数或结果。数或结果。（3）寄存器）寄存器B 8位寄存器，专门为乘除法指令设计，也作通用寄存器用。位寄存器，专门为乘除法指令设计，也作通用寄存器用。（4 4）工作寄存器）工作寄存器 内部内部RAM的工作寄存器区的工作寄存器区00H1FH，分成四个组（区），分成四个组（区），每个

15、组（区）有每个组（区）有8个寄存器，分别用个寄存器，分别用R0R7表示，称为工作寄存表示，称为工作寄存器或通用寄存器，其中，器或通用寄存器，其中，R0、R1还经常用于间接寻址的地址指还经常用于间接寻址的地址指针。在程序中通过程序状态字寄存器（针。在程序中通过程序状态字寄存器（PSW）第）第3、4位设置工位设置工作寄存器区。作寄存器区。（5）程序状态字）程序状态字PSW （Program Status Word） 程序状态字程序状态字PSW是是8位寄存器，用于存放程序运行的状态信位寄存器，用于存放程序运行的状态信息，息，PSW中各位状态通常是在指令执行的过程中自动形成的，中各位状态通常是在指令执

16、行的过程中自动形成的，但也可以由用户根据需要采用传送指令加以改变。其定义格式但也可以由用户根据需要采用传送指令加以改变。其定义格式如下页表所示。如下页表所示。其中：其中：CyCy：进借位标志；进借位标志； ACAC：辅助进借位标志辅助进借位标志； F F0 0 ：用户标志；用户标志； RSRS1 1、RSRS0 0：工作寄存器组（区）选择（如下表所示）；工作寄存器组（区）选择（如下表所示）； OVOV：溢出标志位，有溢出时置溢出标志位，有溢出时置1； P P：奇偶标志位。奇偶标志位。A中有奇数个中有奇数个1时置时置1。 CPU随时监视着随时监视着A中中的的“1”的个数的个数,并反映在并反映在P

17、SW中。中。位序位序PSW7PSW6PSW5PSW4PSW3PSW2PSW1PSW0位标志位标志CYACF0RS1RS0OVPRS1（PSW4） RS0（PSW3）选定的当前使用的选定的当前使用的工作寄存器组（区）工作寄存器组（区）片内片内RAM地址地址通用寄存器名称通用寄存器名称00第第0区区00H07HR0R701第第1区区08H0fHR0R710第第2区区10H17HR0R711第第3区区18H1fHR0R700H00H20H20H2FH2FH7FH7FH1FH1FH30H30H80H80HFFHFFH52子系列才有子系列才有的的RAM区区普通普通RAM区区位寻址区位寻址区工作寄存器区工

18、作寄存器区R0R2R1R3R4R5R6R707H02H01H00H06H04H05H03H08H1FH工作寄存器区工作寄存器区3工作寄存器区工作寄存器区2工作寄存器区工作寄存器区1工作寄存器区工作寄存器区00FH10H17H18H（6 6）数据指针）数据指针DPTRDPTR（Data PointerData Pointer） 16位专用寄存器，既可为位专用寄存器，既可为16位，也可为两个独立的位，也可为两个独立的8位寄位寄存器存器DPH （高（高8位）位） 、DPL （低（低8位）。位）。 DPTR主要用作主要用作16位位间址寄存器，访问程序存储器和片外数据寄存器。间址寄存器，访问程序存储器和

19、片外数据寄存器。（7 7）堆栈指针）堆栈指针SPSP（Stack PointerStack Pointer） 堆栈堆栈是一种数据结构，是内部是一种数据结构，是内部RAM的一段区域。的一段区域。 堆栈存取数据的原则堆栈存取数据的原则是是“后进先出后进先出”。 堆栈指针堆栈指针SP是一个是一个8位寄存器，用于指示堆栈的栈顶，它位寄存器，用于指示堆栈的栈顶，它决定了堆栈在内部决定了堆栈在内部RAM中的物理位置。中的物理位置。 MCS-51单片机的堆栈地址单片机的堆栈地址向大的方向向大的方向变化（与微机堆栈变化（与微机堆栈地址地址向小的方向向小的方向变化相反）。压栈时先变化相反）。压栈时先 (SP)+

20、1 然后数据进栈；然后数据进栈；弹栈时数据先出栈弹栈时数据先出栈 然后然后(SP)-1。 堆栈区可以安排在堆栈区可以安排在 RAM区任意位置，一般不安排在工作区任意位置，一般不安排在工作寄存器区和可按位寻址的寄存器区和可按位寻址的RAM区，通常放在区，通常放在RAM区的靠后的区的靠后的位置。位置。 系统复位后，系统复位后，SP初值为初值为07H，实际应用中通常根据需要在，实际应用中通常根据需要在主程序开始处对主程序开始处对SP进行初始化，一般设置进行初始化，一般设置SP为为60H。 设立堆栈的目的是用于数据的暂存，中断、子程序调用时设立堆栈的目的是用于数据的暂存，中断、子程序调用时断点和现场的

21、保护与恢复。断点和现场的保护与恢复。（8 8）I/OI/O口专用寄存器（口专用寄存器（P0, P1, P2, P3P0, P1, P2, P3） 8051片内有片内有4个个8位并行位并行I/O接口接口P0, P1, P2和和P3，在，在SFR中相中相应有应有4个个I/O口寄存器口寄存器P0, P1, P2和和P3。（9 9）定时器）定时器/ /计数器（计数器（TL0, TH0, TL1TL0, TH0, TL1和和TH1TH1） MCS-51单片机中有两个单片机中有两个16位的定时器位的定时器/计数器计数器T0和和T1，它，它们由们由4个个8位寄存器（位寄存器（TL0, TH0, TL1和和T

22、H1）组成，）组成，2个个16位定时位定时器器/计数器是完全独立的。可以单独对这计数器是完全独立的。可以单独对这4个寄存器进行寻址，但个寄存器进行寻址，但不能把不能把T0和和T1当做当做16位寄存器来使用。位寄存器来使用。（1010）串行数据缓冲器（）串行数据缓冲器（SBUFSBUF） SBUF用于存放需要发送和接收的数据，它由两个独立的寄用于存放需要发送和接收的数据，它由两个独立的寄存器组成（发送缓冲器和接收缓冲器），要发送和接收的操作其存器组成（发送缓冲器和接收缓冲器），要发送和接收的操作其实都是对串行数据缓冲器实都是对串行数据缓冲器SBUF进行的进行的。（11）其他控制寄存器）其他控制寄

23、存器 除上述外，还有除上述外，还有IP, IE, TCON, SCON和和PCON等几个寄存等几个寄存器，主要用于中断、定时和串行口的控制。器，主要用于中断、定时和串行口的控制。4 4I/OI/O接口接口 I/O接口是接口是MCS-51单片机对外部实现控制和信息交换的必单片机对外部实现控制和信息交换的必经之路，用于信息传送过程中的速度匹配和增加它的负载能力。经之路，用于信息传送过程中的速度匹配和增加它的负载能力。 8051内部有内部有4个个8位并行接口位并行接口P0, P1, P2, P3，有，有1个全双工的个全双工的可编程串行可编程串行I/O接口。接口。5 5定时器定时器/ /计数器计数器

24、8051内部有两个内部有两个16位可编程序的定时器位可编程序的定时器/计数器，均为二计数器，均为二进制加进制加1计数器，分别命名为计数器，分别命名为T0和和T1。 T0和和T1均有定时器和计数器两种工作模式。均有定时器和计数器两种工作模式。在定时器模式下：在定时器模式下：T0和和T1的计数脉冲是由单片机时钟脉冲经的计数脉冲是由单片机时钟脉冲经12分频后提供。分频后提供。在计数器模式下：在计数器模式下：T0和和T1的计数脉冲是从的计数脉冲是从P3.4和和P3.5引脚上输引脚上输入。对入。对T0和和T1的控制由定时器方式选择寄存器的控制由定时器方式选择寄存器TMOD和定时和定时器控制寄存器器控制寄

25、存器TCON完成。完成。 6 6中断系统中断系统 中断：中断：指指CPU暂停原程序执行，转而为外部设备服务（执行中断暂停原程序执行，转而为外部设备服务（执行中断服务程序），并在服务完后返回到原程序执行的过程。服务程序），并在服务完后返回到原程序执行的过程。中断系统：中断系统：能够处理中断过程所需要的硬件电路。能够处理中断过程所需要的硬件电路。中断源：中断源：能产生中断请求信号的源泉。能产生中断请求信号的源泉。 8051可处理可处理5个中断源（个中断源（2个外部，个外部，3个内部）发出的中断请个内部）发出的中断请求，并可对其进行优先权处理。外部中断的请求信号可以从求，并可对其进行优先权处理。外部

26、中断的请求信号可以从P3.2, P3.3（即（即 和和 ）引脚上输入，有电平或边沿两种触发）引脚上输入，有电平或边沿两种触发方式；内部中断源有方式；内部中断源有3个，个，2个定时器个定时器/计数器中断源和计数器中断源和1个串行口个串行口中断源。中断源。 8051的中断系统主要由中断允许控制器的中断系统主要由中断允许控制器IE和中断优先级控制和中断优先级控制器器IP等电路组成。等电路组成。 0INT1INT1.2.2 MCS-51单片机外部引脚单片机外部引脚 MCS-51单片机单片机 40脚脚Vcc, GND 2XTAL1, XTAL2 2RESET 1EA/Vpp 1ALE/PROG 1PSE

27、N 1P0.0P0.7 8P1.0P1.7 8 P2.0P2.7 8 P3.0P3.7 81.2.2 MCS-511.2.2 MCS-51单片机外部引脚单片机外部引脚 1 1电源线电源线 GNDGND：接地引脚。接地引脚。 V VCCCC：正电源引脚。接正电源引脚。接5V5V电源。电源。 MCS-51MCS-51系列单片机中，各类单片机都是相互兼容的，只是系列单片机中，各类单片机都是相互兼容的，只是引脚功能略有差异。引脚功能略有差异。80518051单片机有单片机有4040个引脚，分为端口线、电源个引脚，分为端口线、电源线和控制线三类。线和控制线三类。2 2端口线端口线 P0P0P3P3口：口

28、：4 48=328=32条。条。（1 1）P0P0口（口（ P0.0P0.0P0.7 P0.7 ） 8 8位双向三态位双向三态I/OI/O口，可作为外部扩展时的数口，可作为外部扩展时的数据总线据总线/ /低低8 8位地址总线的分时复用口。又可作为位地址总线的分时复用口。又可作为通用通用I/OI/O口，每个引脚可驱动口，每个引脚可驱动8 8个个TTLTTL负载。负载。 对对EPROMEPROM型芯片（如型芯片（如87518751）进行编程和校验）进行编程和校验时，时，P0P0口用于输入口用于输入/ /输出数据。输出数据。（2 2）P1P1口（口（P1.0P1.0P1.7P1.7） 8位准双向位准

29、双向I/O口，内部具有上拉电阻，可作为通用口，内部具有上拉电阻，可作为通用I/O口。口。每个引脚可驱动每个引脚可驱动4个个TTL负载。负载。 （3 3）P2P2口（口（P2.0P2.0P2.7P2.7） 8位准双向位准双向I/O口，内部具有上拉电阻，可作为外部扩展口，内部具有上拉电阻，可作为外部扩展时的高时的高8位地址总线。又可作为通用位地址总线。又可作为通用I/O口，每个引脚可驱动口，每个引脚可驱动4个个TTL负载。负载。 对对EPROM型芯片（如型芯片（如8751）进行编程和校验时，用来）进行编程和校验时，用来接收高接收高8位地址。位地址。 （4 4）P3P3口（口（ P3.0P3.0P3

30、.7 P3.7 ） 8位准双向位准双向I/O口，内部具有上拉电阻。它是双功能复用口，内部具有上拉电阻。它是双功能复用口，作为通用口，作为通用I/O口时，功能与口时，功能与P1口相同，常用第二功能。口相同，常用第二功能。每个引脚可驱动每个引脚可驱动4个个TTL负载。作为第二功能使用时，各位负载。作为第二功能使用时，各位的作用如下页表所示。的作用如下页表所示。3 3控制线控制线 （1 1）RST/VRST/VPDPD RST/VPD引脚是复位信号引脚是复位信号/备用电源线引脚。当备用电源线引脚。当8051通电通电时，在时，在RST引脚上出现引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即个时钟周期以上

31、的高电平，系统即初始复位。初始复位。 P3P3口口第第 二二 功功 能能信信 号号 名名 称称P3.0P3.0RXDRXD串行数据接收口串行数据接收口P3.1P3.1TXDTXD串行数据发送口串行数据发送口P3.2P3.2外部中断外部中断0 0请求输入请求输入P3.3P3.3外部中断外部中断1 1请求输入请求输入P3.4P3.4T0T0定时器定时器/ /计数器计数器0 0的外部输入口的外部输入口P3.5P3.5T1T1定时器定时器/ /计数器计数器1 1的外部输入口的外部输入口P3.6P3.6外部外部RAMRAM写选通信号写选通信号P3.7P3.7外部外部RAMRAM读选通信号读选通信号0IN

32、TRD1INTWR（2）ALE/ 地址锁存允许地址锁存允许/编程引脚。当访问外部存编程引脚。当访问外部存储器时，储器时，ALE的输的输出用于锁存地址的低位字节，以便出用于锁存地址的低位字节，以便P0口实现地址口实现地址/数据复用。当数据复用。当不访问外部程序存储器时，不访问外部程序存储器时，ALE端将输出一个端将输出一个1/6时钟频率的正时钟频率的正脉冲信号。脉冲信号。 ALE/ 是复用引脚，其第二功能是对是复用引脚，其第二功能是对EPROM型芯片型芯片（如（如8751）进行编程和校验时，此引脚传送）进行编程和校验时，此引脚传送52ms宽的负脉冲选宽的负脉冲选通信号，程序计数器通信号，程序计数

33、器PC的的16位地址数据将出现在位地址数据将出现在P0和和P2口上，口上，外部程序存储器则把指令码放到外部程序存储器则把指令码放到P0口上，由口上，由CPU读入并执行。读入并执行。 （3 3） /V/VPPPP 允许允许访问片外程序存储器访问片外程序存储器/ /编程电源引脚。对于片内无程序编程电源引脚。对于片内无程序存储器的存储器的MCS-51MCS-51单片机（如单片机（如80318031），）， 必须接地。片内有程序必须接地。片内有程序存储器的存储器的MCS-51MCS-51单片机（如单片机（如80518051），）， 必须接高电平。必须接高电平。 /V/VPPPP是复用引脚，其第二功能是

34、片内是复用引脚，其第二功能是片内EPROMEPROM编程编程/ /校验时校验时的电源线，在编程时，的电源线，在编程时，V VPPPP脚需加上脚需加上21V21V的编程电压。的编程电压。 EAPROGPROGEAEAEA（4 4）XTAL1XTAL1和和XTAL2XTAL2 XTAL1脚为片内振荡电路的输入端，脚为片内振荡电路的输入端，8051的时钟有两种方的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但需在式，一种是片内时钟振荡方式，但需在XTAL1和和XTAL2脚外接脚外接石英晶体（频率为石英晶体（频率为1.212MHz）和振荡电容，振荡电容的值一）和振荡电容，振荡电容的值一般取般取1030pF

35、，典型值为，典型值为30pF；另外一种是外部时钟方式，即；另外一种是外部时钟方式，即将将XTAL1接地，外部时钟信号从接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入，如下图所脚输入，如下图所示示。 （5 5）PSENPSEN 片外片外ROM选通线。在选通线。在执行访问片外执行访问片外ROM的指的指令令MOVC时，时，8051自动在自动在 引脚产生一个负脉引脚产生一个负脉冲，用于对片外冲，用于对片外ROM的的选通。其他情况下，该引选通。其他情况下，该引脚均为高电平封锁状态。脚均为高电平封锁状态。 1.3 MCS-51单片机的工作方式单片机的工作方式 MCS-51系列单片机的工作方式可分为：系列单片机的工作

36、方式可分为：复位方式、程序执复位方式、程序执行方式、单行方式、单步步执行方式、掉电保护方式、节电工作方式和执行方式、掉电保护方式、节电工作方式和EPROMEPROM编程编程/ /校验方式。校验方式。 1.3.1 1.3.1 复位方式复位方式 复位方式：复位方式：系统开始运行和重新启动靠复位电路来实现。系统开始运行和重新启动靠复位电路来实现。 功能：功能：单片机在开机时都需要复位，以便单片机在开机时都需要复位，以便CPU及其他功能及其他功能部件都处于一种确定的初始状态，并从这个状态开始工作。部件都处于一种确定的初始状态，并从这个状态开始工作。 实现条件：实现条件：MCS-51单片机在单片机在RS

37、T引脚产生两个机器周期引脚产生两个机器周期（即（即24个时钟周期）以上的高电平即可实现复位。个时钟周期）以上的高电平即可实现复位。 复位电路有两种：上电自动复位和上电复位电路有两种：上电自动复位和上电/ /按键手动按键手动复位，如下图所示复位，如下图所示。 上电自动复位电路上电自动复位电路 上电上电/ /按键手动复位电路按键手动复位电路 复位后，复位后，80518051的各特殊功能寄存器的初始状态如下表的各特殊功能寄存器的初始状态如下表所示。所示。特殊功能寄存器特殊功能寄存器初始态初始态特殊功能寄存器特殊功能寄存器初始态初始态ACC00HB00HPSW00HSP07HDPH00HTH000HD

38、PL00HTL000HIPxxx00000BTH100HIE0 xx00000BTL100HTMOD00HTCON00HSCON00HSBUFxxxx xxxxBP0P311111111BPCON0 xxxxxxxBPC=0000H1.3.2 程序执行方式程序执行方式 单片机的单片机的基本工作方式基本工作方式，可分为，可分为连续执行工作方式连续执行工作方式和和单步单步执行工作方式。执行工作方式。1 1连续执行工作方式连续执行工作方式 这是所有单片机都需要的一种方式。单片机复位后，这是所有单片机都需要的一种方式。单片机复位后，PCPC值值为为0000H0000H，因此单片机复位后立即转到，因此单

39、片机复位后立即转到0000H0000H处执行程序。单片处执行程序。单片机按照程序事先编排的任务，自动连续地执行下去。机按照程序事先编排的任务，自动连续地执行下去。2 2单步执行工作方式单步执行工作方式 这是用户调试程序的一种工作方式，在单片机开发系统上这是用户调试程序的一种工作方式，在单片机开发系统上有一专用的单步按键（或软件调试环境）。按一次，单片机就有一专用的单步按键（或软件调试环境）。按一次，单片机就执行一条指令（仅仅执行一条），这样就可以逐条检查程序，执行一条指令（仅仅执行一条），这样就可以逐条检查程序，发现问题进行修改。发现问题进行修改。 单步执行方式是利用单片机外部中断功能实现的。

40、单步执行方式是利用单片机外部中断功能实现的。 节电工作方式是一种低功耗的工作方式，可分为空闲（等待）节电工作方式是一种低功耗的工作方式，可分为空闲（等待）方式和掉电（停机）方式。是针对方式和掉电（停机）方式。是针对CHMOS类芯片而设计的，类芯片而设计的，HMOS型单片机不能工作在节电方式，但它有一种掉电保护功能。型单片机不能工作在节电方式，但它有一种掉电保护功能。 1HMOS单片机的掉电保护单片机的掉电保护 当当VCC突然掉电时，单片机通过中断将必须保护的数据送入突然掉电时，单片机通过中断将必须保护的数据送入内部内部RAM，备用电源，备用电源VPD可以维持内部可以维持内部RAM中的数据不丢失

41、。中的数据不丢失。 2CHMOS单片机的节电方式单片机的节电方式 CHMOS型单片机是一种低功耗器件，正常工作时电流为型单片机是一种低功耗器件，正常工作时电流为1122mA，空闲状态时为，空闲状态时为1.75mA，掉电方式为，掉电方式为550 A。因。因此，此，CHMOS型单片机特别适用于低功耗应用场合，它的空闲方型单片机特别适用于低功耗应用场合，它的空闲方式和掉电方式都是由电源控制寄存器式和掉电方式都是由电源控制寄存器PCON中相应的位来控制。中相应的位来控制。 1.3.3 节电方式节电方式 （1）电源控制寄存器）电源控制寄存器PCON PCON各位的定义如下表所示。各位的定义如下表所示。I

42、DLIDL：空闲方式控制位，该位为空闲方式控制位，该位为1 1时，单片机进入空闲待机工作时，单片机进入空闲待机工作方式。方式。PDPD：掉电方式控制位，为掉电方式控制位，为1 1时，单片机进入掉电工作方式。时，单片机进入掉电工作方式。 上面的上面的IDLIDL、PDPD同时为同时为1 1，则进入掉电工作方式，同时为，则进入掉电工作方式，同时为0 0，则工作在正常运行状态。则工作在正常运行状态。GF0, GF1GF0, GF1：通用标志位，描述中断是来自正常运行还是来自空通用标志位，描述中断是来自正常运行还是来自空闲方式，用户可通过指令设定它们的状态。闲方式，用户可通过指令设定它们的状态。SMO

43、DSMOD：为串行口波特率倍率控制位，用于串行通信。为串行口波特率倍率控制位，用于串行通信。 D7D6D5D4D3D2D1D0地址（地址（87H）SMODGF1GF0PDIDL（2）空闲工作方式）空闲工作方式 将将IDL位置为位置为1（用指令（用指令ORL PCON, #01H），则进入），则进入空闲工作方式，其内部控制电路如右下图所示。此时，空闲工作方式，其内部控制电路如右下图所示。此时，CPU进入空闲待机状态，中断系统、串行口、定时器进入空闲待机状态，中断系统、串行口、定时器/计数器，仍计数器，仍有时钟信号，仍继续工作。有时钟信号，仍继续工作。 退出空闲状态有两种退出空闲状态有两种方法：方

44、法： 一是中断退出；一是中断退出； 二是硬件复位退出。二是硬件复位退出。（3）掉电工作方式）掉电工作方式 将将PD置为置为1（用指令（用指令ORL PCON, #02H），可使单片机），可使单片机进入掉电工作方式。此时振荡器停振，只有片内的进入掉电工作方式。此时振荡器停振，只有片内的RAM和和SFR中的数据保持不变，而包括中断系统在内的全部电路都将处于中的数据保持不变，而包括中断系统在内的全部电路都将处于停止工作状态。退出掉电工作方式，只能采用硬件复位的方法。停止工作状态。退出掉电工作方式，只能采用硬件复位的方法。 欲使欲使8051从掉电方式退出后继续执行掉电前的程序，则必从掉电方式退出后继续

45、执行掉电前的程序，则必须在掉电前预先通过程序把须在掉电前预先通过程序把SFR中的内容保存到片内中的内容保存到片内RAM中，中，并在掉电方式退出后恢复并在掉电方式退出后恢复SFR掉电前的内容。掉电前的内容。1.3.4 编程和校验方式编程和校验方式 编程和校验方式用于内部含有编程和校验方式用于内部含有EPROM（包括（包括E2PROM）的单片机芯片（如的单片机芯片（如8751），一般的单片机开发系统都提供实现这），一般的单片机开发系统都提供实现这种方式的设备和功能。种方式的设备和功能。 编程编程的主要操作是将原始程序、数据写入内部的主要操作是将原始程序、数据写入内部EPROM中。中。 校验校验的主

46、要操作是在向片内程序存储器的主要操作是在向片内程序存储器EPROM写入信息时写入信息时或写入信息后，可将片内或写入信息后，可将片内EPROM的内容读出进行校验，以保证的内容读出进行校验，以保证写入信息的正确性。写入信息的正确性。 1.4 1.4 单片机的时序单片机的时序 时序：时序：CPU在执行指令时所需控制信号的时间顺序称为时序。在执行指令时所需控制信号的时间顺序称为时序。 时序是用定时单位来描述的，时序是用定时单位来描述的，MCS-51的时序单位有四个：的时序单位有四个： 时钟周期（节拍）、状态、机器周期和指令周期。时钟周期（节拍）、状态、机器周期和指令周期。 1.4.1 MCS-51的时

47、序单位的时序单位 1.1.时钟周期时钟周期 又称为振荡周期、节拍又称为振荡周期、节拍（用（用P P表示）表示），定义为单片机提供时定义为单片机提供时钟信号的振荡源（钟信号的振荡源（OSCOSC）的周期。它是时序中的最小单位。）的周期。它是时序中的最小单位。2 2. .状态状态 单片机振荡脉冲经过二分频后即得到整个单片机工作系统单片机振荡脉冲经过二分频后即得到整个单片机工作系统的状态的状态（用（用S S表示）表示）。一个状态有两个节拍（。一个状态有两个节拍（P1P1，P2 P2 ）。）。3. 3. 机器周期机器周期 通常将完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。通常将完成一个基本操作所需的时间称

48、为机器周期。 MCS-51中规定一个机器周期包含中规定一个机器周期包含12个时钟周期，即有个时钟周期，即有6个状态，个状态，分别表示为分别表示为S1S6。 若晶振为若晶振为6MHz，则机器周期为，则机器周期为2s，若晶振为，若晶振为12MHz，则，则机器周期为机器周期为1s。4. 指令周期指令周期 执行一条指令所需要的时间称为指令周期。它是时序中的执行一条指令所需要的时间称为指令周期。它是时序中的最大单位。一个指令周期通常含有最大单位。一个指令周期通常含有14个机器周期。指令所包个机器周期。指令所包含的机器周期数决定了指令的运算速度，机器周期数越少的指含的机器周期数决定了指令的运算速度，机器周

49、期数越少的指令，其执行速度越快。令，其执行速度越快。 以机器周期为单位，指令可分为单周期、双周期和四周期以机器周期为单位，指令可分为单周期、双周期和四周期指令。指令。1.4.2 MCS-51指令的取指指令的取指/执行时序执行时序 程序：程序：指令的集合称为程序。指令的集合称为程序。 执行程序的过程就是执行指令的过程。执行程序的过程就是执行指令的过程。 指令执行可分为取指阶段和执行阶段。指令执行可分为取指阶段和执行阶段。取指阶段：取指阶段：CPU从程序存储器中取出指令操作码，送指令寄存从程序存储器中取出指令操作码，送指令寄存器器IR，再经指令译码器，再经指令译码器ID译码，产生一系列控制信号。译

50、码，产生一系列控制信号。执行阶段：执行阶段：完成本指令规定的操作。完成本指令规定的操作。 单周期和双周期指令的取指时序图如下页图所示。单周期和双周期指令的取指时序图如下页图所示。 ALE信号是用于锁存低信号是用于锁存低8位地址的选通信号，每出现一次该位地址的选通信号，每出现一次该信号，单片机即进行一次读指令操作。当指令为多字节或多周信号，单片机即进行一次读指令操作。当指令为多字节或多周期指令时，只有第一个期指令时，只有第一个ALE信号进行读指令操作，其余的信号进行读指令操作，其余的ALE信号为无效操作（或读操作数操作）。信号为无效操作（或读操作数操作）。 1.4.3 访问片外访问片外ROM/R

51、AM指令的时序指令的时序1外部程序存储器读时序外部程序存储器读时序 从外部程序存储器读取指令，必须有两个信号进行控制：从外部程序存储器读取指令，必须有两个信号进行控制：ALE信号和信号和 信号（外部信号（外部ROM读选通脉冲）。读选通脉冲）。 PSEN2外部数据存储器读时序外部数据存储器读时序 第一个机器周期是取指周期，是从第一个机器周期是取指周期，是从ROM中读取指令数据，第中读取指令数据，第二个机器周期才开始读取外部数据存储器二个机器周期才开始读取外部数据存储器RAM中的内容。三个控中的内容。三个控制信号：制信号：ALE信号、信号、 信号（外部信号（外部ROM读选通脉冲）和读选通脉冲）和 信号（外部信号（外部RAM读选通脉冲）。读选通脉冲）。 PSENRD1.5 C805