第2章89C51单片机硬件结构和原理

1、何谓微型计算机系统和微型计算机？何谓微型计算机系统和微型计算机？微型计算机系统微型计算机系统硬件硬件微型计算机微型计算机（主机）（主机）微处理器（微处理器（CPU）软件软件外围设备外围设备运算器运算器控制器控制器存储器（内存）存储器（内存）RAMROM外部设备外部设备辅助设备辅助设备 输入设备输入设备 输出设备输出设备输入输入/ /输出接口输出接口（I/O接口）接口） 总线总线 （AB、DB、CB）电源电路电源电路时钟电路时钟电路系统软件系统软件应用软件应用软件程序设计语言程序设计语言外外部部设设备备微微处处理理机机存储器存储器I/O接口接口CUP 总线（数据、地址、控制总线）总线（数据、地址

2、、控制总线） 微型计算机微型计算机以微处理器为核心的计算机，简称微机。其组成以微处理器为核心的计算机，简称微机。其组成可写成：可写成：微型计算机微型计算机 = = 微处理机微处理机 + + 存储器存储器 + + 输入输入/ /输出接口输出接口 MC = CPU + MEM + I/O接口接口 输入输入/输出接口（输出接口（I/O接口）：接口）：外部设备与外部设备与CPU的连接必须要使用的连接必须要使用I/O接口。接口。CPU总线：总线：所谓总线是一组连接多个部件的共用线。总线分：所谓总线是一组连接多个部件的共用线。总线分：数据总线（数据总线（DB线）、地址总线（线）、地址总线（AB线）、控制总

3、线（线）、控制总线（CB线）线）。CPU总线将微机内各部件连在一起，实现了微机内各部件间总线将微机内各部件连在一起，实现了微机内各部件间的信息交换。的信息交换。微处理器（微处理器（ CPUCentral Processing Unit ）：CPU内集运算内集运算器、控制器及其他功能于一体。能进行算术、逻辑及控制操作。器、控制器及其他功能于一体。能进行算术、逻辑及控制操作。存贮器（存贮器（ MEM Memory ）：）：MEM是用来存放数据和程序的是用来存放数据和程序的部件（多为半导体存储器）。部件（多为半导体存储器）。 何谓单片微型计算机？何谓单片微型计算机？单片微型计算机单片微型计算机是将微

4、型计算机的各部件是将微型计算机的各部件CPU、MEM、I/O接口集成在一块硅片上的微型机接口集成在一块硅片上的微型机。简称简称单片机单片机。外外部部设设备备微微处处理理机机存储器存储器I/O接口接口CUP 总线（数据、地址、控制总线）总线（数据、地址、控制总线） 单片机单片机单片机有哪些应用？单片机有哪些应用？ 单片机最初是为工业测控而开发设计的，又称微控制器单片机最初是为工业测控而开发设计的，又称微控制器。其优势是：集成度高、可靠性高、性价比高。其优势是：集成度高、可靠性高、性价比高。 由于单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、控制由于单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、控制功

5、能强及运算速度快等特点，因而得到了广泛的应用。功能强及运算速度快等特点，因而得到了广泛的应用。 测控系统测控系统智能仪表智能仪表机电一体化产品机电一体化产品智能接口智能接口智能民用产品智能民用产品功能集散系统功能集散系统 并行多控制系统并行多控制系统局部网络系统局部网络系统单片机的发展过程单片机的发展过程 单片机的产生与发展和微处理器大体同步单片机的产生与发展和微处理器大体同步, 自自1971年美国年美国Intel公司首先推出公司首先推出4位微处理器以来，迄今为止，单片机经历了位微处理器以来，迄今为止，单片机经历了4位位机机8位机位机 16位机的发展过程，大致可分位机的发展过程，大致可分5个阶

6、段个阶段: 第第1阶段（阶段（19711976）: 单片机发展的初级阶段。单片机发展的初级阶段。1971年年11月月Intel公司首先设计出集成度为公司首先设计出集成度为2000只晶体管只晶体管/片的片的4位微处位微处理器理器Intel4004, 并配有并配有RAM、ROM和移位寄存器和移位寄存器, 构成了第构成了第一台一台MCS4微处理器微处理器, 而后又推出了而后又推出了8位微处理器位微处理器Intel 8008, 以及其它各公司相继推出的以及其它各公司相继推出的8位微处理器。位微处理器。 第第2阶段（阶段（19761980）: 低性能单片机阶段。低性能单片机阶段。 以以1976年年Int

7、el公司推出的公司推出的MCS48系列为代表系列为代表, 采用将采用将8位位CPU、8位并行位并行I/O接口、接口、 8位定时位定时/计数器、计数器、 RAM和和ROM等集成于一块半导等集成于一块半导体芯片上的单片结构。体芯片上的单片结构。 第第3阶段（阶段（19801983）: 高性能单片机阶段。这一阶段推出高性能单片机阶段。这一阶段推出的高性能的高性能8位单片机普遍带有串行口位单片机普遍带有串行口, 有多级中断处理系统有多级中断处理系统, 多多个个16位定时器位定时器/计数器。计数器。 片内片内RAM、 ROM的容量加大的容量加大,且寻址且寻址范围可达范围可达64 KB, 个别片内还带有个

8、别片内还带有A/D转换接口。转换接口。 第第4阶段（阶段（198380年代末）年代末）: 16位单片机阶段。位单片机阶段。 1983年年Intel公司又推出了高性能的公司又推出了高性能的16位单片机位单片机MCS96系列系列, 由于其采用由于其采用了最新的制造工艺了最新的制造工艺, 使芯片集成度高达使芯片集成度高达12万只晶体管万只晶体管/片。片。 第第5阶段（阶段（90年代）年代）: 单片机在集成度、功能、速度、可靠性、单片机在集成度、功能、速度、可靠性、 应用领域等全方位向更高水平发展。应用领域等全方位向更高水平发展。 值得一提的是：值得一提的是：目前世界上单片机生产厂商很多，如目前世界上

9、单片机生产厂商很多，如: Intel、 Motorola、 Philips、 Siemens、 NEC、 ADM、Zilog等公司，其等公司，其主流产品有几十个系列，几百个品种。主流产品有几十个系列，几百个品种。MCS-51单片机系列单片机系列 尽管各类单片机很多，但无论是从世界范围或是从全国范围尽管各类单片机很多，但无论是从世界范围或是从全国范围来看，使用最为广泛的应属来看，使用最为广泛的应属Intel 公司的公司的MCS-51单片机。单片机。子子系系列列片内片内ROM形式形式片内片内ROM容量容量片内片内RAM容量容量寻址寻址范围范围I/O特性特性中断中断源源无无ROMEPROM计数计数器

10、器并行并行口口串行串行口口51子子系系列列8031805187514 KB128 B264 KB216481580C3180C5187C514 KB128 B264 KB216481552子子系系统统8032805287528 KB256 B264 KB316481680C3280C5287C528 KB256 B264 KB3164816MCS-51系列单片机分类表系列单片机分类表 MCS-51系列共有十几种芯片。系列共有十几种芯片。 注意：注意：不同型号不同型号MCS-51单片机单片机CPU处理能力和指令系统完全处理能力和指令系统完全兼容，只是存储器和兼容，只是存储器和I/O接口的配置有所

11、不同接口的配置有所不同。子子系系列列片内片内ROM形式形式片内片内ROM容量容量片内片内RAM容量容量寻址寻址范围范围I/O特性特性中断中断源源无无ROMEPROM计数计数器器并行并行口口串行串行口口51子子系系列列8031805187514 KB128 B264 KB216481580C3180C5187C514 KB128 B264 KB216481552子子系系统统8032805287528 KB256 B264 KB316481680C3280C5287C528 KB256 B264 KB3164816 MCS-51系列又分系列又分51和和52两子系列，并以芯片型号的最末位数两子系列，

12、并以芯片型号的最末位数字为标志。其中，字为标志。其中，51子系列是基本型，而子系列是基本型，而52子系列则属增强型。子系列则属增强型。 51子系列子系列其下芯片其下芯片型号有：型号有： 8031、8051、8751、AT89C51、AT89S51等，可用等，可用8XX51表示。表示。本书主要介绍本书主要介绍AT89C51芯片。芯片。 一个一个8位位80C51中央处理机中央处理机CPU。 一个时钟电路，外接晶振（一个时钟电路，外接晶振（ 24MHz）和电容，）和电容， 4KB 程序存储器程序存储器 Flash ROM 256B 数据存储器数据存储器RAM/SFR一、一、89C51基本组成基本组成

13、80C51CPU时钟电路时钟电路2个个16位位定时器定时器/计数器计数器256B RAM/SFR4KB Flash ROMT0T164KB总线扩展控制器总线扩展控制器并行并行I/O口口全双工串行口全双工串行口P0 P2 P1 P3TXDRXD控制控制外部中断外部中断内部中断内部中断串行通信串行通信DBUS外部事件计数输入外部事件计数输入地址地址/数据数据 4个个8位并行位并行I/O接口接口: P0口、口、P1口、口、P2口、口、P3口（共口（共32线）线）, 用于并行输入用于并行输入/输出数据输出数据 2个个16位定时器位定时器/计数器，用于对外部事件的计数或定时。计数器，用于对外部事件的计数

14、或定时。 1个全双工串行个全双工串行I/O口，实现单片机之间或单片机与口，实现单片机之间或单片机与PC机之间机之间的串行通信。的串行通信。 5个中断源，个中断源，2个优先级的中断系统。个优先级的中断系统。 80C51CPU时钟电路时钟电路2个个16位位定时器定时器/计数器计数器256B RAM/FSR4KB Flash ROMT0T164KB总线扩展控制器总线扩展控制器并行并行I/O口口全双工串行口全双工串行口P0 P2 P1 P3TXDRXD控制控制外部中断外部中断内部中断内部中断串行通信串行通信DBUS外部事件计数输入外部事件计数输入地址地址/数据数据80C51CPU时钟电路时钟电路2个个

15、16位位定时器定时器/计数器计数器256B RAM/FSR4KB Flash ROMT0T164KB总线扩展控制器总线扩展控制器并行并行I/O口口全双工串行口全双工串行口P0 P2 P1 P3TXDRXD控制控制外部中断外部中断内部中断内部中断串行通信串行通信DBUS外部事件计数输入外部事件计数输入地址地址/数据数据 具有节电工作方式（空闲方式和掉电方式）。具有节电工作方式（空闲方式和掉电方式）。空闲方式：空闲方式：CPU停工，而停工，而RAM、定时器、定时器/计数器、串行口和计数器、串行口和中断系统继续工作。此时电流可降至约正常工作的中断系统继续工作。此时电流可降至约正常工作的15%。掉电方

16、式：掉电方式：振荡器停工，只保存振荡器停工，只保存RAM内容。此时电流可降至内容。此时电流可降至15A以下。以下。另外另外89C51有一种低电压的有一种低电压的89LV51型号。型号。89LV51仅工作电压仅工作电压低，其余特性与低，其余特性与89C51完全一致。完全一致。 CPU 是微机的核心部件是微机的核心部件（具有大脑的功能）（具有大脑的功能） ，由运算器、，由运算器、控制器等部件组成。控制器等部件组成。 控制器控制器处理程序指令，并协调各逻辑部件按一定时序工作，处理程序指令，并协调各逻辑部件按一定时序工作，控制器有两大关键部件：控制器有两大关键部件： 运算器运算器执行算术与逻辑运算、移

17、位、比较等各种数据处理执行算术与逻辑运算、移位、比较等各种数据处理的操作的操作。 指令部件指令部件读取程序指令读取程序指令、指令译码、修改程序指针，内设、指令译码、修改程序指针，内设如下几个寄存器：如下几个寄存器： 程序计数器程序计数器PC：存放当前指令地址。存放当前指令地址。 指令寄存器指令寄存器IR ：暂存当前指令，指令操作码送指令译码器。暂存当前指令，指令操作码送指令译码器。 指令译码器指令译码器ID ：将每条：将每条指令译码变成控制电平。指令译码变成控制电平。时序部件时序部件时钟和内部分频电路。时钟信号经过分频，与时钟和内部分频电路。时钟信号经过分频，与指令译码信号组合，形成一定节拍的

18、时序信号，控制各逻辑指令译码信号组合，形成一定节拍的时序信号，控制各逻辑部件协调工作。部件协调工作。1)PC给出当前指令的存储地址。给出当前指令的存储地址。PC=程序存储器程序存储器地址地址 程序代码程序代码0000H 指令代码指令代码1 0001H 指令代码指令代码2 0002H 指令代码指令代码3 N 指令代码指令代码n PC=PC=2)CPU到存储器取指令，到存储器取指令，PC自动加自动加13)指令译码器对指令译码，指令译码器对指令译码，CPU执行指令。执行指令。4)CPU到存储器取指令，到存储器取指令，PC=PC+1。5)CPU执行下一条指令执行下一条指令， 指令代码 i 指令代码 i

19、指令寄存器指令寄存器CPU执行程序的简要过程：执行程序的简要过程：注意：注意：PC是一个是一个16位的寄存器，位的寄存器，可以对可以对64KB的程序存储器直接寻的程序存储器直接寻址（址（216=64KB）。）。电源脚电源脚VCC：接接+5V；VSS：接地。接地。外接晶振脚外接晶振脚XTAL1和和XTAL2控制线控制线 RST：复位信号输入端，高电平有效。复位信号输入端，高电平有效。ALE/PROG：地址锁存允许信号地址锁存允许信号/编程写入脉冲输入端。编程写入脉冲输入端。 /PSEN：外部程序存储器读选通信号端。外部程序存储器读选通信号端。 /EA/VPP：程序存储器选择信号端程序存储器选择信

20、号端/编程电源输入端。编程电源输入端。I/O口线口线4个个8位并行位并行 I/O 接口引脚接口引脚 P0.0P0.7 、P1.0P1.7 、P2.0P2.7和和 P3.0P3.7#2 P3口的第二功能：口的第二功能： 除除P1口外，口外，P0口、口、P2口和口和P3口为多功能引脚，可自动切换用口为多功能引脚，可自动切换用作数据总线、地址总线、控制总线或作数据总线、地址总线、控制总线或I/O 接口外部引脚。接口外部引脚。P0口：外扩存储器时，作口：外扩存储器时，作8位数据线位数据线/低低8位地址线的复用总线。位地址线的复用总线。P2口：外扩存储器时，作高口：外扩存储器时，作高8位地址总线。位地址

21、总线。位位 b (bit)：一个二进制位，信息最小单位。一个二进制位，信息最小单位。字节字节 B (Byte)：8位为一个字节。位为一个字节。字字 W (Word )：一个字为一个字为2个字节。个字节。 存储器结构存储器结构存储器功能存储器功能：存放程序和数据等信息。：存放程序和数据等信息。存储内容存储内容：程序或数据的二进制代码。：程序或数据的二进制代码。存储地址存储地址：存储器每个单元的位置编号：存储器每个单元的位置编号存储器容量存储器容量：指存储单元的多少。：指存储单元的多少。如存储器容量为如存储器容量为1KB = 10248位。位。1KB存储器存储器地址地址 存储内容存储内容 0 10

22、011010 1 011010111023 10100111存储器基本信息单位存储器基本信息单位存储器存储器读读： CPU从存储器中取出信息。从存储器中取出信息。存储器存储器写写： CPU将信息存入存储器将信息存入存储器。1KB存储器存储器地址地址 存储内容存储内容 0 10011010 1 011010111023 10100111 CPU 地址内容读写控制存储器的存储器的读写操作读写操作：CPU先送出一个确定的单元地址给存储器先送出一个确定的单元地址给存储器发出读写控制时序信号，对选定单元进行读或写发出读写控制时序信号，对选定单元进行读或写。 存储器读写操作存储器读写操作 RAM（随机读写

23、存储器）：能方便读出和改写信息，但失随机读写存储器）：能方便读出和改写信息，但失电后信息将不复存在。电后信息将不复存在。RAM常用作数据存储器，暂存各种现场常用作数据存储器，暂存各种现场数据、运算结果和正在调试的程序数据、运算结果和正在调试的程序。 ROM（只读存储器）：工作时从只读存储器）：工作时从ROM中读出信息，不能随中读出信息，不能随意改写。断电后信息不会丢失。意改写。断电后信息不会丢失。ROM常用作程序存储器，存放常用作程序存储器，存放已调试好的固定程序和常数已调试好的固定程序和常数。半导体存储器半导体存储器 程序存储器程序存储器存放程序指令代码。每个指令周期存放程序指令代码。每个指

24、令周期CPU自动自动对程序存储器读操作对程序存储器读操作。 数据存储器数据存储器存放待处理数据。数据存储器读写操作发生在存放待处理数据。数据存储器读写操作发生在CPU执行程序的过程中执行程序的过程中。普林斯顿结构：普林斯顿结构：ROM和和RAM共用一个存储器逻辑空间，统一共用一个存储器逻辑空间，统一编址。编址。哈佛结构：哈佛结构：ROM和和RAM分为两个独立存储器逻辑空间，独立分为两个独立存储器逻辑空间，独立编址编址。 存储器两种编址方法存储器两种编址方法采用采用哈佛结构哈佛结构编址编址物理上有物理上有4个存储器地址空间：个存储器地址空间： 片内程序存储器空间片内程序存储器空间 片外程序存储器

25、空间片外程序存储器空间 片内数据存储器空间片内数据存储器空间 片外数据存储器空间片外数据存储器空间逻辑上有逻辑上有3个存储器地址空间个存储器地址空间： 64KB 程序存储器程序存储器 64KB 片外数据存储器片外数据存储器 256B 片内数据存储器片内数据存储器二、二、89C51存储器配置存储器配置 程序存储器程序存储器ROM分两块，内部分两块，内部ROM和外部和外部ROM，最大配置，最大配置64KB，地址范围：，地址范围：0000HFFFFH。/EA=1时：先用内部时：先用内部4KB后用外后用外部部60KB，PC由内部由内部 0FFFH执行执行到外部到外部 1000H 时时, 会自动跳转。会

26、自动跳转。/EA=0时：全部用外部时：全部用外部64KBROM中设特殊存储单元：中设特殊存储单元： 复位入口：复位入口：0000H 中断入口：中断入口：0003H0023H 注意：注意：8031内部无内部无ROM, 必须必须外接外接ROM。 外扩外扩ROM的连接的连接 P0.0P0.7：8位数据线位数据线/低低8位地址线复用总线位地址线复用总线 P2.0P2.7：高：高8位地址位地址 ALE：地址锁存允许控制信号：地址锁存允许控制信号 /PSEN：片外：片外ROM读控制信号读控制信号 /EA：片内、外：片内、外ROM选择选择外部数据存储器外部数据存储器RAM最大配置最大配置64KB，地址范围：

27、，地址范围：0000HFFFFH64KB片外片外RAM空间与扩展空间与扩展I/O接口接口共用共用 P0.0P0.7：8位数据线位数据线/低低8位地址线复用总线位地址线复用总线 P2.0P2.7：高：高8位地址位地址 ALE：地址锁存允许控制信号：地址锁存允许控制信号 /RD： 片外片外RAM读控制信号读控制信号 /WR：片外：片外RAM写控制信号写控制信号外扩外扩RAM的连接的连接内部数据存储器内部数据存储器RAM分为两部分：分为两部分： 低低128字节为真正字节为真正RAM区，地址区，地址范围范围00H7FH。 高高128字节为特殊功能寄存器（字节为特殊功能寄存器（SFR）区，地址范围）区，

28、地址范围80HFFH。低低128字节字节RAM的使用分配：的使用分配： 工作寄存器区：工作寄存器区：地址地址00H1FHPSW.4(RS1)PSW.3(RS0)当前使用的工作当前使用的工作寄存器组寄存器组R0R7000组组(00H07H)011组组(08H0FH)102组组(10H17H)113组组(18H1FH) 工作寄存器分工作寄存器分4组，每组都有组，每组都有8个个寄存器，用寄存器，用R0R7来表示。程序中每来表示。程序中每次只能用次只能用1组。用哪一组由组。用哪一组由PSW中的中的PSW.3（RS0）和）和 PSW.4（RS1）两）两位来选择，通过软件设置位来选择，通过软件设置RS0和

29、和RS1两位的状态，就可任意选一组工作。两位的状态，就可任意选一组工作。#2 位寻址区：位寻址区：字节地址：字节地址：20H2FH位地址为：位地址为：00H7FH 20H2FH单元是位寻址区。这单元是位寻址区。这16个单元（共计个单元（共计168=128位）的每一位）的每一位都赋予了一个位地址，位地址范围位都赋予了一个位地址，位地址范围为为00H7FH。位寻址区的每一位都可。位寻址区的每一位都可当作软件触发器，由程序直接进行位当作软件触发器，由程序直接进行位处理。通常可以把各种程序状态标志、处理。通常可以把各种程序状态标志、位控制变量存于位寻址区内。位控制变量存于位寻址区内。 数据缓冲区：数据

30、缓冲区：字节地址：字节地址：30H7FH 30H7FH是数据缓冲区，也即用是数据缓冲区，也即用户户RAM区，共区，共80个单元。个单元。 由于工作寄存器区、位寻址区、由于工作寄存器区、位寻址区、数据缓冲区统一编址，使用同样的数据缓冲区统一编址，使用同样的指令访问，这三个区的单元既有自指令访问，这三个区的单元既有自己独特的功能，又可统一调度使用。己独特的功能，又可统一调度使用。因此，前两个区未使用的单元也可因此，前两个区未使用的单元也可作为用户作为用户RAM单元使用，使容量较单元使用，使容量较小的片内小的片内RAM得以充分利用。得以充分利用。 内部单元地址为内部单元地址为80HFFH分布了分布了

31、21个寄存器。个寄存器。 因这些寄存器的功能已作专门规定，故称之为特殊功能寄存因这些寄存器的功能已作专门规定，故称之为特殊功能寄存器（器（Special Function Register），），各寄存器的字节地址及位地址各寄存器的字节地址及位地址列表如下：列表如下：高高128字节字节RAM的使用分配：的使用分配：89C51共有共有21个个SFR，现把其中部分寄存器介绍如下：，现把其中部分寄存器介绍如下： 累加器（累加器（ACCAccumulator）。）。 ACC是是8位寄存器，功能较多，地位重要，最常用位寄存器，功能较多，地位重要，最常用 。它既可。它既可用于存放操作数，也可用来存放运算的

32、中间结果。用于存放操作数，也可用来存放运算的中间结果。89C51单单片机中大部分单操作数指令的操作数就取自累加器。片机中大部分单操作数指令的操作数就取自累加器。 程序计数器程序计数器PC（Program Counter） PC是是16位的计数器，作用是控制程序的执行顺序。其内容为位的计数器，作用是控制程序的执行顺序。其内容为将要执行指令的地址，寻址范围达将要执行指令的地址，寻址范围达64 KB。PC有自动加有自动加1功能功能，从而实现程序的顺序执行。，从而实现程序的顺序执行。PC没有地址，是不可寻址的，没有地址，是不可寻址的，因此用户无法对它进行读写，但可以通过转移、调用、返回因此用户无法对它

33、进行读写，但可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，以实现程序的转移。等指令改变其内容，以实现程序的转移。 注意：注意：PC因没有地址，没列在因没有地址，没列在SFR之内。之内。 复位时，复位时，PC=0000H寄存器寄存器B B是是8位寄存器，主要用于乘除运算。此外，位寄存器，主要用于乘除运算。此外，B也可作为一般也可作为一般数据寄存器使用。数据寄存器使用。 数据指针数据指针DPTR DPTR为为16位寄存器，位寄存器，存放片外存放片外RAM地址，作为片外地址，作为片外RAM的指针。的指针。 DPTR亦亦可分成两个可分成两个8位寄存器位寄存器DPH、DPL使用使用。堆栈指针堆栈指针SP（S

34、tack Pointer） 堆栈是一个特殊的存储区，用来暂存数据和地址，它是按堆栈是一个特殊的存储区，用来暂存数据和地址，它是按“先进后出先进后出”的原则存取数据的。的原则存取数据的。 堆栈共有两种操作：进栈和出栈。堆栈设在片内堆栈共有两种操作：进栈和出栈。堆栈设在片内RAM区。数区。数据入栈据入栈/出栈时，出栈时，SP自动加自动加1/减减 1，其内容始终为栈顶地址。，其内容始终为栈顶地址。 复位时复位时 SP=07H程序状态字程序状态字PSW（Program Status Word） PSW是是8位寄存器，用于存放程序运行中的各种状态信息。位寄存器，用于存放程序运行中的各种状态信息。其中有些

35、位的状态是根据程序执行结果，由硬件自动设置，其中有些位的状态是根据程序执行结果，由硬件自动设置，而有些位的状态则用软件方法设定。而有些位的状态则用软件方法设定。PSW各位定义如下：各位定义如下：标志位标志位( (自动设置状态自动设置状态) )Cy: 进位标志位，保存运算后最高位的进位进位标志位，保存运算后最高位的进位/借位状态，当有进借位状态，当有进位位/借位，借位，Cy=1，否则否则Cy=0。AC: 辅助进位标志位，保存低半字节的进位辅助进位标志位，保存低半字节的进位/借位状态，当借位状态，当D3产产生进位生进位/借位，借位，AC=1，否则否则AC=0。用于十进制调整。用于十进制调整。OV:

36、 溢出标志位，溢出标志位，OV=C7 C6，补码运算产生溢出补码运算产生溢出OV=1，否则否则OV=0。P： 奇偶标志位，反映累加器奇偶标志位，反映累加器A中数据的奇偶性。当中数据的奇偶性。当1的个数为的个数为奇数，奇数，P=1，否则否则P=0。RS1 RS0 RS1 RS0 工作寄存器工作寄存器 0 0 0 0 0 0区区 0 1 1 0 1 1区区 1 0 2 1 0 2区区 1 1 3 1 1 3区区用户选择位（编程设置状态）用户选择位（编程设置状态）提示：提示：其余的其余的SFR将在以后章节中陆续介绍。将在以后章节中陆续介绍。21个寄存器不连续地分散在内部个寄存器不连续地分散在内部80

37、HFFH单元之中，尽管单元之中，尽管还有许多空闲地址，但用户并不能使用。还有许多空闲地址，但用户并不能使用。对对SFR只能使用直接寻址方式，书写时既可使用寄存器符只能使用直接寻址方式，书写时既可使用寄存器符号，也可使用寄存器地址。号，也可使用寄存器地址。 SFR的字节寻址问题说明的字节寻址问题说明一、时钟电路一、时钟电路内部时钟方式：内部时钟方式：内部一个高增益反相放大器与片外石英晶体内部一个高增益反相放大器与片外石英晶体或陶瓷谐振器构成了一个自激振荡器。或陶瓷谐振器构成了一个自激振荡器。XTAL1 89C51 XTAL2 C1C2晶晶振振 一般地，电容一般地，电容C1和和C2取取30 pF左

38、右，左右，晶振通常用晶振通常用6MHz、12MHz或或24 MHz 。晶振频率高，则系统的时钟频。晶振频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。率也高，单片机运行速度也就快。外部时钟方式：外部时钟方式：外部振荡器输入时钟信号。通常很少使用。外部振荡器输入时钟信号。通常很少使用。 时序是用定时单位来说明的。时序定时单位共有时序是用定时单位来说明的。时序定时单位共有4个，从小个，从小到大依次是：振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期。到大依次是：振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期。二、时序单位二、时序单位振荡周期：振荡周期：晶振的晶振的振荡周期。振荡周期。状态周期：状态周期：或叫时钟

39、周期，或叫时钟周期，一个状态包含两个一个状态包含两个振荡周期振荡周期。机器周期：机器周期：完成一个基本操作所需要的时间。一个机器周完成一个基本操作所需要的时间。一个机器周期由期由12个振荡周期组成。个振荡周期组成。指令周期：指令周期：一条指令的执行时间。以机器周期为单位：一条指令的执行时间。以机器周期为单位：单单周期、双周期周期、双周期和和四周期四周期指令。指令。 指令的执行速度与指令所包含的机器周期有关，机器周期指令的执行速度与指令所包含的机器周期有关，机器周期数越少的指令执行速度越快。数越少的指令执行速度越快。思考题：思考题：设单片机的晶振频率为设单片机的晶振频率为12MHz，问机器周期为

40、多少？，问机器周期为多少？指令周期分别为多少指令周期分别为多少？ 三、复位电路三、复位电路 复位信号端复位信号端RST引脚引脚输入输入5ms以上高电平脉冲，单片机复位。以上高电平脉冲，单片机复位。 复位电路：复位电路：上电复位上电复位 外部信号复位外部信号复位单片机RSTK+5V2001K30F单片机一旦被复位，某些寄存器则进入复位状态。单片机一旦被复位，某些寄存器则进入复位状态。#251系列单片机采用两种半导体工艺生产：系列单片机采用两种半导体工艺生产： HMOS工艺，即高密度短沟道工艺，即高密度短沟道MOS工艺。特点是高速度和高工艺。特点是高速度和高密度。密度。 CHMOS工艺，即互补金属

41、氧化物的工艺，即互补金属氧化物的MOS工艺，是工艺，是CMOS和和HMOS的结合。特点是高速度、高密度、低功耗。的结合。特点是高速度、高密度、低功耗。 89C51采用采用CHMOS工艺生产，耗电少，并且提供两种节电方工艺生产，耗电少，并且提供两种节电方式：式：空闲方式空闲方式和和掉电方式掉电方式，目的是进一步降低功耗。，目的是进一步降低功耗。 空闲方式：空闲方式：/IDL=0，因，因“与与”门被封，门被封，CPU得不到时钟得不到时钟信号，信号，CPU停工。停工。 掉电方式：掉电方式：/PD=0，振荡器，振荡器冻结。冻结。方式设定方式设定 IDL=1，启动空闲方式。，启动空闲方式。 PD=1，启

42、动掉电方式。，启动掉电方式。 SMOD：波特率倍频位。：波特率倍频位。 GF1、GF2：通用标志位。：通用标志位。 其余位保留用。其余位保留用。 空闲方式和掉电方式的运行，可以通过对空闲方式和掉电方式的运行，可以通过对PCON寄存器中的寄存器中的两位设定完成。两位设定完成。注意：注意：当当IDL和和PD两位均设定为两位均设定为1时，时，PD优先。优先。 复位时，复位时，PCON=0 0000B。空闲（等待、待机）工作方式空闲（等待、待机）工作方式进入空闲工作方式后的状态进入空闲工作方式后的状态 CPU得不到时钟信号，处于停工状态。得不到时钟信号，处于停工状态。 内部内部RAM、定时器、定时器/

43、计数器、串行口和中断系统继续工作。计数器、串行口和中断系统继续工作。 CPU内部寄存器状态维持。内部寄存器状态维持。 ALE和和/PSEN引脚保持高电平。引脚保持高电平。退出空闲工作方式的两种方法退出空闲工作方式的两种方法 任何中断响应，硬件会自动将任何中断响应，硬件会自动将ILD清清0终止空闲工作方式。终止空闲工作方式。 硬件复位，即通过硬件复位，即通过RST将将ILD清清0终止空闲工作方式。终止空闲工作方式。掉电（停机）工作方式掉电（停机）工作方式进入掉电工作方式后的状态进入掉电工作方式后的状态 由于振荡器停止工作，因没有时钟，所有功能部件都停工。由于振荡器停止工作，因没有时钟，所有功能部

44、件都停工。 内部内部RAM和和SFR的内容都保存。的内容都保存。 ALE和和/PSEN引脚保持低电平。引脚保持低电平。 进入掉电工作方式后，进入掉电工作方式后，VCC可降至可降至2V，但退出前必须恢复正，但退出前必须恢复正常工作电压。常工作电压。退出掉电工作方式的唯一方法退出掉电工作方式的唯一方法 硬件复位，此时硬件复位，此时SFR内容被初始化，内部内容被初始化，内部RAM内容不变。内容不变。输入输入/输出设备是计算机系统的重要组成部分。输出设备是计算机系统的重要组成部分。常用输入装置有：常用输入装置有：键盘、扫描仪等键盘、扫描仪等常用输出装置有：常用输出装置有：显示器、打印机等显示器、打印机

45、等信息信息输入装置输入装置输出装置输出装置计计 算算 机机结果结果控制信号控制信号微微处处理理机机存储器存储器I/O接口接口外外部部设设备备CUP 总线总线I/O接口接口微机与外设的联系桥梁，微机与外设的联系桥梁，外设与外设与CPU的连接必须要使用的连接必须要使用I/O接口。接口。 微机有多种功能微机有多种功能I/O接口：接口：PIO：并行并行 I/O接口接口SIO：串行串行 I/O接口接口CTC：定时器定时器/计数器计数器ADC、DAC：A/D、D/A转换器转换器INT：中断输入口中断输入口一、一、 I/O接口概述接口概述二、二、P0P3端口的功能和内部结构端口的功能和内部结构 89C51共

46、有共有4个个8位的并行位的并行I/O口，口，分别记作分别记作P0、P1、P2、P3。实际。实际上它们已被归入上它们已被归入SFR之列，并且之列，并且具有字节寻址和位寻址功能。具有字节寻址和位寻址功能。 其中其中P0、P2、P3口为多功能口为多功能I/O接口，接口，CPU按当前操作自动进行按当前操作自动进行功能切换。功能切换。 4个个I/O口都是口都是8位双向口，这些口位双向口，这些口在结构和特性上是基本相同的，在结构和特性上是基本相同的，但又各具特点。但又各具特点。 P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDRXD、P3.0TXD、P3.1INT0、P3.2

47、INT1、P3.3T0、P3.4T1、P3.5WR、P3.6RD、P3.7XTAL2XTAL1VSSVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.08XX51123456789101112131415161718192040393837363534333231302928272625242322211、P0口口 电路中包含有一个数据输出锁存器、两个三态数据输入缓冲器、电路中包含有一个数据输出锁存器、两个三态数据输入缓冲器、一个数据输出的驱动电路和一个输出控制电路。一个数据输

48、出的驱动电路和一个输出控制电路。P0口内部结构口内部结构 P0口某位结构口某位结构VCC地址地址/ /数据数据控制控制锁存器锁存器P0.XDCPQQMUXV1V2P0.X引脚引脚读锁存器读锁存器写锁存器写锁存器内部总线内部总线读引脚读引脚&121 输出操作：输出数据经内部总线到输出锁存器中，经过输出驱输出操作：输出数据经内部总线到输出锁存器中，经过输出驱动器送到动器送到I/O引脚上。输出锁存器的内容可经过缓冲器引脚上。输出锁存器的内容可经过缓冲器1读入修读入修改。改。 输入操作：输入操作：I/O引脚输入数据经过缓冲器引脚输入数据经过缓冲器2送到内部总线上。送到内部总线上。 因因P0口既

49、可作口既可作I/O口用，也可作系统的地址口用，也可作系统的地址/数据线用，据此在数据线用，据此在电路中有一个多路转接电路电路中有一个多路转接电路MUX。在控制信号作用下，。在控制信号作用下， MUX可分别接通锁存器输出或地址可分别接通锁存器输出或地址/数据线。当作为数据线。当作为I/O口使口使用时，内部的控制信号为低电平，封锁与门，使输出驱动电用时，内部的控制信号为低电平，封锁与门，使输出驱动电路的上拉场效应管（路的上拉场效应管（V1）截止，同时使）截止，同时使MUX接通锁存器接通锁存器/Q端端 的输出通路。的输出通路。 P0口某位结构口某位结构VCC地址地址/ /数据数据控制控制锁存器锁存器

50、P0.XDCPQQMUXV1V2P0.X引脚引脚读锁存器读锁存器写锁存器写锁存器内部总线内部总线读引脚读引脚&121输入操作：输入操作：从从I/O引脚上输入信号，读信号打开，引脚信号通引脚上输入信号，读信号打开，引脚信号通过三态门过三态门2进入内部总线。为保证可靠输入，必须先向输出锁进入内部总线。为保证可靠输入，必须先向输出锁存器写入存器写入“1” ，使，使V2截止。截止。MOV P0，#0FFH；使输出驱动器使输出驱动器V2截止截止MOV A，P0；读引脚读引脚注意：注意：输入要点，先向输出锁存器写入输入要点，先向输出锁存器写入“1” 。 P0口某位结构口某位结构VCC地址地址/ /

51、数据数据控制控制锁存器锁存器P0.XDCPQQMUXV1V2P0.X引脚引脚读锁存器读锁存器写锁存器写锁存器内部总线内部总线读引脚读引脚&121P0口口I/O操作分析操作分析 P0口某位结构口某位结构VCC地址地址/ /数据数据控制控制锁存器锁存器P0.XDCPQQMUXV1V2P0.X引脚引脚读锁存器读锁存器写锁存器写锁存器内部总线内部总线读引脚读引脚&121 注意：当注意：当P0口进行口进行I/O输出时，由于输出电路是漏极开路电输出时，由于输出电路是漏极开路电路（路（V1截止），因此必须外接上拉电阻才能有正常电平输出。截止），因此必须外接上拉电阻才能有正常电平输出。接上拉电阻接上拉电阻 输出操作：输出操作：输出数据写入输出锁存器。输出数据写入输出锁存器。 输出指令：输出指令：MOV P0，A ；字节输出操作；字节输出操作 MOV P0.0，C ；位输出操作；位输出操作 P0口某位结构口某位结构VCC地址地址/ /数据数据控制控制锁存器锁存器P0.XDCPQQMUXV1V2P0.X引脚引脚读锁存器读锁存器写锁存器写锁存器内部总线内部总线读引脚读引脚&121读读-修改修改-写操作：写操作： 修改输出锁存器的内容。锁存器中的数据修改输出锁存器的内容。锁存器中的数据通过三态门通过三态门1进入内部总线，修改后再写入到锁存器中。如进入内部总线