MCS-51单片机的结构与原理ppt课件

1、郑州大学第第1 1章章 MCS-51 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： 讨论讨论MCS-51MCS-51内部结构、特点、工作方式、内部结构、特点、工作方式、时序和最小应用系统。为学生后续学习单片时序和最小应用系统。为学生后续学习单片机应用系统设计、利用单片机解决工程实际机应用系统设计、利用单片机解决工程实际问题打下坚实的基础。重点在于基本概念、问题打下坚实的基础。重点在于基本概念、组成原理、特点及组成原理、特点及MCS-51MCS-51的最小应用系统。的最小应用系统。docin/sundae_meng郑州大学1.1 MCS-511.1 MCS-51单片机硬件

2、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Intel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，本章以8051为主介绍MCS-51系列单片机 。 1.1.1 MCS-51单片机的内部结构 MCS-51单片机的组成： CPU(进行运算、控制)、RAM(数据存储器)、ROM(程序存储器）、I/O口(串口、并口）、内部总线 和中断系统等。组成框图如下：郑州大学内部结构如下：内部结构如下：郑州大学 组成：运算器、控制器。组成：运算器、控制器。8051的的CPU包含以下功能部件：包含以下功能部件： （18位位CPU。（2布尔代数处理器，具有位寻址能力。布尔代数处理器

3、，具有位寻址能力。（3128B内部内部RAM数据存储器，数据存储器，21个专用寄存器。个专用寄存器。（44KB内部掩膜内部掩膜ROM程序存储器。程序存储器。（52个个16位可编程定时器位可编程定时器/计数器。计数器。（632个个48位双向可独立寻址的位双向可独立寻址的I/O口。口。（71个全双工个全双工UART异步串行通信口）。异步串行通信口）。（85个中断源、两级中断优先级的中断控制器。个中断源、两级中断优先级的中断控制器。（9时钟电路，外接晶振和电容可产生时钟电路，外接晶振和电容可产生1.2MHz12 MHz的时钟频率。的时钟频率。（10外部程序外部程序/数据存储器寻址空间均为数据存储器寻

4、址空间均为64KB。（11111条指令，大部分为单字节指令。条指令，大部分为单字节指令。（12单一单一+5V电源供电，双列直插电源供电，双列直插40引脚引脚DIP封装。封装。 1. 中央处理器中央处理器CPU）郑州大学（1运算器运算器组成：组成：8位算术逻辑运算单元位算术逻辑运算单元ALUArithmetic Logic Unit）、）、8位累加器位累加器AAccumulator）、）、8位寄存器位寄存器B、程序状态字寄存器、程序状态字寄存器PSWProgram Status Word）、）、8位暂存寄存器位暂存寄存器TMP1和和TMP2等。等。功能：完成算术运算和逻辑运算。功能：完成算术运算

5、和逻辑运算。（2控制器控制器组成：程序计数器组成：程序计数器PCProgram Counter）、指）、指令寄存器令寄存器IRInstruction Register）、指令译）、指令译码器码器IDInstruction Decoder）、堆栈指针）、堆栈指针SP、数据指针、数据指针DPTR、定时控制逻辑和振荡器、定时控制逻辑和振荡器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中的地址将欲执行指令的指令码从存储器中取出，存放在存储器中取出，存放在IR中，中，ID对对IR中的指令码中的指令码进行译码，定时控制逻辑在进行译码，定时控制逻辑在OSC配合下对配合下

6、对ID译码后译码后的信号进行分时，以产生执行本条指令所需全部信的信号进行分时，以产生执行本条指令所需全部信号。的全部信号。号。的全部信号。 郑州大学2. 存储器存储器 （1程序存储器 放用户程序、数据和表格等信息。 MCS-51单片机按程序存储器可分为内部无ROM型如8031和内部有ROM型如8051两种，连接时 引脚有区别。程序存储器结构如右图所示：EA郑州大学（2数据存储器数据存储器 P14 一般将随机存储器RAM用做数据存储器。可寻址空间为64KB。MCS-51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

7、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128B007FH为真正的为真正的RAM区，高区，高128B80FFH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。郑州大学 内部RAM的20H2FH单元为位寻址区，既可作为一般单元用字节寻址，也可对它们的位进行寻址。位地址为00H7FH。 CPU能直接寻址这些位称MCS-51具有布尔处理功能），位地址分配如右表所示。郑州大学3特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFR） MCS-51有21个特殊功能寄存器专用寄存器），包括算术运算寄存器、指针

8、寄存器、I/O口锁存器、定时器/计数器、串行口、中断、状态、控制寄存器等，它们被离散地分布在内部RAM的80HFFH地址单元中不包括PC） ，共占据了128个存储单元，构成了SFR存储块。其字节地址可被8整除的SFR可位寻址。SFR反映了MCS-51单片机的运行状态。特殊功能寄存器分布如右表所示。郑州大学（2 2累加器累加器A A （AccumulatorAccumulator） 累加器累加器A A是是8 8位寄存器，又记做位寄存器，又记做ACCACC，是一个最常用的专用，是一个最常用的专用寄存器。在算术寄存器。在算术/ /逻辑运算中用于存放操作数或结果。逻辑运算中用于存放操作数或结果。（3

9、3寄存器寄存器B B 寄存器寄存器B B 是是8 8位寄存器，是专门为乘除法指令设计的，也作位寄存器，是专门为乘除法指令设计的，也作通用寄存器用。通用寄存器用。（1 1程序计数器程序计数器PCPCProgram CounterProgram Counter） 程序计数器程序计数器PCPC在物理上是独立的，它不属于在物理上是独立的，它不属于SFRSFR存储器块。存储器块。 PC PC是一个是一个1616位的计数器，专门用于存放位的计数器，专门用于存放CPUCPU将要执行的指令将要执行的指令 地址即下一条指令的地址），寻址范围为地址即下一条指令的地址），寻址范围为64KB64KB，PCPC有自有自

10、动动 加加1 1功能，不可寻址，用户无法对它进行读写，但是可以通功能，不可寻址，用户无法对它进行读写，但是可以通过过 转移、调用、返回等指令改变其内容，以控制程序执行的转移、调用、返回等指令改变其内容，以控制程序执行的顺序。顺序。表2-5 工作寄存器组选择控制表（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共共32个字节被均匀地分个字节被均匀地分成四个组区），每个组区有成四个组区），每个组区有8个寄存器，分别用个寄存器，分别用R0R7表表示，称为工作寄存器或通用寄存器，其中，示，称为工作寄存器或通用寄存器，其中，R0、R1还经常用于还经常用于间接寻址的地址指针

11、。在程序中通过程序状态字寄存器间接寻址的地址指针。在程序中通过程序状态字寄存器PSW第第3、4位设置工作寄存器区。位设置工作寄存器区。（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。郑州大学其中：其中：Cy：进借位标志；：进借位标

12、志； AC：辅助进借位标志；：辅助进借位标志； F0 ：用户根据需要用指令设置标志，控制程序走向；：用户根据需要用指令设置标志，控制程序走向； RS1、RS0：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）； OV：溢出标志位，有溢出时置：溢出标志位，有溢出时置1； 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。郑州大学（6数据指针数据指针DPTRData Pointer） 数据指针数据指针DPTR是是16位的专用寄存器，即可作为位的专用寄存器，即可作为16位寄存器使位寄存器使用，也可作为两个独立的用，也可作为两个独立的8位寄存器位寄存器DPH （高（高8

13、位）位） 、DPL （低（低8位使用。位使用。 DPTR主要用作主要用作16位间址寄存器，访问程序存储器位间址寄存器，访问程序存储器和片外数据寄存器。和片外数据寄存器。（7堆栈指针堆栈指针SPStack Pointer） 堆栈是一种数据结构，是内部堆栈是一种数据结构，是内部RAM的一段区域。堆栈存取数的一段区域。堆栈存取数据的原则是据的原则是“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，用于位寄存器，用于指示堆栈的栈顶，它决定了堆栈在内部指示堆栈的栈顶，它决定了堆栈在内部RAM中的物理位置。中的物理位置。 MCS-51单片机的堆栈地址向大的方向变化与微机堆栈地单片机的堆栈

14、地址向大的方向变化与微机堆栈地址向小的方向变化相反）。系统复位后，址向小的方向变化相反）。系统复位后，SP初值为初值为07H，实际，实际应用中通常根据需要在主程序开始处对堆栈指针应用中通常根据需要在主程序开始处对堆栈指针SP进行初始化，进行初始化，一般设置一般设置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保护与恢复。断点和现场的保护与恢复。郑州大学（8I/O口专用寄存器口专用寄存器P0, 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

15、中相应中相应有有4个个I/O口寄存器口寄存器P0, P1, P2和和P3。（9定时器定时器/计数器计数器TL0, TH0, TL1和和TH1） 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，它们，它们由由4个个8位寄存器位寄存器TL0, TH0, TL1和和TH1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。（10串行数据缓冲器串行数据缓冲器SBUF） 串行数据缓冲器串行数据缓冲器S

16、BUF用于存放需要发送和接收的数据，它由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实都是对串行数据缓冲器和接收的操作其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等几个寄存器，等几个寄存器，主要用于中断、定时和串行口的控制，主要用于中断、定时和串行口的控制，郑州大学 I/O接口是MCS-51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

17、能力。 8051内部有4个8位并行接口P0, P1, P2, P3，有1个全双工的可编程串行I/O接口。 5定时器/计数器 8051内部有两个16位可编程序的定时器/计数器，均为二进制加1计数器，分别命名为T0和T1。 T0和T1均有定时器和计数器两种工作模式。在定时器模式下，T0和T1的计数脉冲可以由单片机时钟脉冲经12分频后提供。在计数器模式下，T0和T1的计数脉冲可以从P3.4和P3.5引脚上输入。对T0和T1的控制由定时器方式选择寄存器TMOD和定时器控制寄存器TCON完成。 4 4I/OI/O接口接口郑州大学6 6中断系统中断系统 中断：指中断：指CPUCPU暂停原程序执行，转而为外

18、部设备服务执行中暂停原程序执行，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。断服务程序），并在服务完后返回到原程序执行的过程。 中断系统：指能够处理上述中断过程所需要的硬件电路。中断系统：指能够处理上述中断过程所需要的硬件电路。 中断源：指能产生中断请求信号的源泉。中断源：指能产生中断请求信号的源泉。 8051 8051可处理可处理5 5个中断源个中断源2 2个外部，个外部，3 3个内部发出的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以从P3.2, P3.3P3.2, P3.3即即I

19、NT0INT0和和INT1INT1引脚上输入，有电平或边沿引脚上输入，有电平或边沿两种触发方式；内部中断源有两种触发方式；内部中断源有3 3个，个，2 2个定时器个定时器/ /计数器中断源计数器中断源和和1 1个串行口中断源。个串行口中断源。 8051 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IEIE和中断优先和中断优先级控制器级控制器IPIP等电路组成。等电路组成。0INT1INT郑州大学1.1.2 MCS-511.1.2 MCS-51单片机外部引脚单片机外部引脚 1 1电源线电源线 GND GND：接地引脚。：接地引脚。 VCC VCC：正电源引脚。接：正电源引

20、脚。接5V5V电源。电源。 MCS-51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。8051单片机有40个引脚，分为端口线、电源线和控制线三类。2 2端口线端口线 P0 P0P3P3口：口：4 48=328=32条。条。（1 1P0P0口（口（ P0.0 P0.0P0.7 P0.7 ） 8 8位双向三态位双向三态I/OI/O口，可作为外部扩口，可作为外部扩展时的数据总线展时的数据总线/ /低低8 8位地址总线的分时位地址总线的分时复用口。又可作为通用复用口。又可作为通用I/OI/O口，每个引脚口，每个引脚可驱动可驱动8 8个个TTLTTL负载。负载。 对对EPROMEPROM

21、型芯片如型芯片如87518751进行编程进行编程和校验时，和校验时，P0P0口用于输入口用于输入/ /输出数据。输出数据。郑州大学（2 2P1P1口口P1.0P1.0P1.7P1.7） 8位准双向I/O口，内部具有上拉电阻，可作为通用I/O口。每个引脚可驱动4个TTL负载。 （3P2口P2.0P2.7） 8位准双向I/O口，内部具有上拉电阻，可作为外部扩展时的高8位地址总线。又可作为通用I/O口，每个引脚可驱动4个TTL负载。 对EPROM型芯片如8751进行编程和校验时，用来接收高8位地址。 （4P3口（ P3.0P3.7 ） 8位准双向I/O口，内部具有上拉电阻。它是双功能复用口，作为通用

22、I/O口时，功能与P1口相同，常用第二功能。每个引脚可驱动4个TTL负载。作为第二功能使用时，各位的作用如下页表所示。郑州大学3 3控制线控制线 （1 1RST/VPDRST/VPD RST/VPD 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80518051通电时，在通电时，在RSTRST引脚上出现引脚上出现2424个时钟周期以上的高电平个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。，系统即初始复位。 郑州大学（2 2ALE/ PROGALE/ PROG 地址锁存允许/编程引脚。当访问外部程序存储器时，ALE的输出用于锁存地址的低位字节，以便P0口实现地址/

23、数据复用。当不访问外部程序存储器时，ALE端将输出一个1/6时钟频率的正脉冲信号。 ALE/PROG是复用引脚，其第二功能是对EPROM型芯片如8751进行编程和校验时，此引脚传送52ms宽的负脉冲选通信号，程序计数器PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令码放到P0口上，由CPU读入并执行。 （3EA/VPP 允许访问片外程序存储器/编程电源引脚。对于片内无程序存储器的MCS-51单片机如8031），该引脚接地。片内有程序存储器的MCS-51单片机如8051），该引脚接高电平。 EA/VPP是复用引脚，其第二功能是片内EPROM编程/校验时的电源线，在编程时，VPP

24、脚需加上21V的编程电压。 PROGEAEAEAEA郑州大学（4 4XTAL1XTAL1和和XTAL2 XTAL2 XTAL1脚为片内振荡电路的输入端，XTAL2脚为片内振荡电路的输出端。8051的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但需在XTAL1和XTAL2脚外接石英晶体频率为1.212MHz和振荡电容，振荡电容的值一般取1030pF，典型值为30pF；另外一种是外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入，如下图所示。 （5）PSENPSEN 片外ROM选通线。在执行访问片外ROM的指令MOVC时，8051自动在该引脚产生一个负脉冲，用于对片外ROM的选通。其他情

25、况下，该引脚均为高电平封锁状态。 郑州大学1.2 MCS-511.2 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：复位方式、程序执行方式、单片执行方式、掉电保护方式、节电工作方式和EPROM编程/校验方式。 1.2.1 复位方式 系统开始运行和重新启动靠复位电路来实现，这种工作方式为复位方式。 单片机在开机时都需要复位，以便CPU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。 MCS-51单片机在RST引脚产生两个机器周期即24个时钟周期以上的高电平即可实现复位。郑州大学复位电路复位电路 示。示。 郑州大学 复位后，8051的各特殊功能

26、寄存器的初始状态如下表所示。郑州大学1.2.2 程序执行方式程序执行方式 分为连续执行工作方式和单步执行工作方式。分为连续执行工作方式和单步执行工作方式。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。单片机复位这是所有单片机都需要的一种方式。单片机复位后，后，PCPC值为值为0000H0000H，因此单片机复位后立即转到，因此单片机复位后立即转到0000H0000H处执行程序。单片机按照程序事先编排的任务，自动处执行程序。单片机按照程序事先编排的任务，自动连续地执行下去。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

27、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）。发系统上有一专用的单步按键或软件调试环境）。按一次，单片机就执行一条指令仅仅执行一条），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，发现问题进行修改。这样就可以逐条检查程序，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单步执行方式是利用单片机外部中断功能实现的。郑州大学 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CHMOS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。 1HMOS单片机的掉电保护 当VCC

28、突然掉电时，单片机通过中断将必须保护的数据送入内部RAM，备用电源VPD可以维持内部RAM中的数据不丢失。 2CHMOS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1122mA，空闲状态时为1.75mA，掉电方式为550A。因而，CHMOS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PCON中相应的位来控制。 1.2.3 节电方式节电方式 郑州大学（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。IDLIDL：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

29、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。SMODSMOD：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。 郑州大学（2 2

30、空闲工作方式空闲工作方式 将IDL位置为1用指令MOV PCON, #01H），则进入空闲工作方式，其内部控制电路如右图所示。此时，CPU进入空闲待机状态，中断系统、串行口、定时器/计数器，仍有时钟信号，仍继续工作。 退出空闲状态有两种方法：一是中断退出，二是硬件复位退出。（3掉电工作方式掉电工作方式 将PD置为1用指令MOV PCON, #02H），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RAM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8051从掉电方式退出后继续执行掉电前的程序，则必须在掉电前预

31、先把SFR中的内容保存到片内RAM中，并在掉电方式退出后恢复SFR掉电前的内容。郑州大学1.2.4 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EPROM的单片机芯片如8751），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。 编程的主要操作是将原始程序、数据写入内部EPROM中。 校验的主要操作是在向片内程序存储器EPROM写入信息时或写入信息后，可将片内EPROM的内容读出进行校验，以保证写入信息的正确性。 郑州大学1.3 1.3 单片机的时序单片机的时序 时序：CPU在执行指令时所需控制信号的时间顺序称为时序。 时序是用定时单位来描述的，MCS-51的时序单位有四个，分

32、别是时钟周期节拍）、状态、机器周期和指令周期。 1.3.1 MCS-51的时序单位的时序单位 1. 1. 时钟周期：振荡周期、节拍用时钟周期：振荡周期、节拍用P P表示），定义为单片机提表示），定义为单片机提供时钟信号的振荡源供时钟信号的振荡源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. 状态用状态用S S表示）：单片机振荡脉冲经过二分频后即得到整表示）：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。一个状态有两个节拍，前半周期对个单片机工作系统的状态。一个状态有两个节拍，前半周期对应的节拍定义为应的节拍定义为P1P1，后半周期对应的节拍定义为

33、，后半周期对应的节拍定义为P2P2。郑州大学3. 3. 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。期。 MCS-51 MCS-51中规定一个机器周期包含中规定一个机器周期包含1212个时钟周期，即有个时钟周期，即有6 6个状态，分别表示为个状态，分别表示为S1S1S6S6。 若晶振为若晶振为6MHz6MHz，则机器周期为，则机器周期为2s2s，若晶振为，若晶振为12MHz12MHz，则机器周期为则机器周期为1s1s。4. 4. 指令周期：执行一条指令所需要的时间称为指令周期。它是指令周期：执行一条指令所需要的时间称为指令周期。它

34、是时序中的最大单位。一个指令周期通常含有时序中的最大单位。一个指令周期通常含有1 14 4个机器周期个机器周期。指令所包含的机器周期数决定了指令的运算速度，机器周。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令，其执行速度越快。期数越少的指令，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。周期指令。郑州大学1.3.2 MCS-51指令的取指指令的取指/执行时序执行时序 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。单片机执行任何一条指令时都可以分为取指阶段和执行阶段。在取指阶段，CPU从程序存储

35、器中取出指令操作码，送指令寄存器，再经指令译码器译码，产生一系列控制信号，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。 ALE信号是用于锁存低8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期指令时，只有第一个ALE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）。郑州大学郑州大学1.3.3 访问片外访问片外ROM/RAM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

36、ROM读选通脉冲）。读选通脉冲）。 PSEN郑州大学 2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，第二个机器周期才开始读取外部数据存储器RAM中的内中的内容。有三个信号进行控制：容。有三个信号进行控制：ALE信号、信号、PSEN 信号外部信号外部ROM读选通脉冲和读选通脉冲和RD 信号外部信号外部RAM读选通脉冲）。读选通脉冲）。 PSENRD郑州大学1.4 C8051F系列片上系统系列片上系统SOC简介简介 Cygnal的C8051F带有SOC色彩，集成了嵌

37、入式系统的许多先进技术。1.4.1 概述 Cygnal公司生产的C8051Fxxx系列单片机，与MCS-51内核及指令集完全兼容。是MCS-51单片机的典型代表，也是目前功能最全、速度最快的8051衍生单片机。C8051F已成为一个完善的、系统级的芯片。到目前为止，Cygnal共提供有41个型号工业级的C8051F片上系统单片机，其典型芯片性能概览见教材P30表1.8所示。郑州大学1.4.2 1.4.2 基本结构与特点基本结构与特点 Cygnal公司的C8051F单片机的内部结构见教材P31图1.15所示。 Cygnal公司的C8051F单片机具有以下特点： 1高速CIP-51 内核 以CIP

38、-51Cygnal公司的专利产品为内核而集成的混合信号片上系统SOCSystem On Chip） 2. 丰富的模拟和数字资源 8路高性能的12位ADC速度为100kHz数据采集系统，2路12位高精度DAC，2路模拟比较器和ADC可编程窗口检测器；电压基准、温度传感器、SMBUS/I2C、UART、CAN、SPI、PCA带比较/捕捉模块PCA，可实现捕捉、软件定时、高速输出、PWM），22个中断源，864KB的Flash/电可擦除程序存储器，2568448B的SRAM。定时器/计数器、片内可编程定时器/计数器阵列PCA） 、WDT、电源监视器等。郑州大学3. 3. 多源复位多源复位 具有多达具有多达7 7个复位源：片内电源监视器、个复