单片机芯片的硬件结构(2)

1、教学根本要求：1、了解单片机芯片内部各功能模块的作用；2、了解单片机的时序定时单位；3、熟悉单片机的信号引脚；4、熟悉单片机并行I/O口的结构及特点；5、熟悉单片机的不同工作方式；6、掌握单片机存储器的分类及特点；7、掌握单片机的时钟电路、复位电路的工作原理。2 单片机芯片的硬件结构蔷密窖厕犁驶趁删恨卡誓曝倒机慑坐劲锚静赘坎黔兢兵瘤忙窑赋昔抹宫班单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构教学重点：1、单片机内部RAM低128单元的分类及使用方法；2、单片机内部专用存放器的功能及使用方法；3、单片机程序存储器前43个单元的使用方法；4、单片机并行I/O口结构特点与功能的关系。教学难点：1、通用存放

2、器组的设置及使用方法；2、堆栈的概念及使用方法；3、单片机内部RAM的字节操作和位操作；4、80C51单片机的低功耗方式和掉电保护方式。蜗融汕猿阀瘸醇男敖曹崖甲入衣盐氮斜合蜂苗毖迪辊踪剥殷第唐发纂旁俱单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2.1 MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚2.1.1 MCS-51单片机结构框图 回忆微型计算机的结构体系：冯.诺依曼经典体系结构 五个组成局部即运算器、控制器、存储器、输入及输出设备。 MCS-51单片机是微型计算机开展方向的一个分支，因此，其结构也为冯.诺依曼经典体系结构，但有其自身的特点，学习时应特别注意。 MCS-51单片机的系统逻辑结构。吴渊佑

3、支爽掏仙供嘎腻棍纯谢就缩惫饿具代滨秩垮芥揽嗜音然溜曝黑肺筷单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2.1.2 MCS-51单片机芯片内部逻辑结构蛾瘤瓢绑檬栈掉茸基子馈坯伶听豪螟赌我淹球纳偿儿肛剐惜舌券挂嘛沥劝单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构1中央处理器CPU CPU是单片机的核心，由运算器和控制器两大局部组成。 运算器的功能：完成运算功能 控制器的功能：完成控制功能 )、运算器电路 LU：算术逻辑单元，是核心，完成算术、逻辑运算； CC：累加器； B：存放器； PSW：程序状态字； 暂存存放器： 注意：运算和操作结果的状态保存于PSW之中。铡甸旦晚精炳障蜗怒舞派煌钨痪扮牢仰疮猩炉锡桃哨

4、圭嘻痪伙裳剔坝先馅单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 b)、控制器电路 PC：程序计数器； PC加1存放器； 指令存放器； 指令译码器； 定时与控制电路。 C)、单片机执行指令的过程 首先，从ROM中读指令，送指令存放器保存，然后，送指 令译码器进行译码，译码结果送定时与控制逻辑电路，由 定时与控制逻辑电路产生各种定时信号和控制信号，最后， 送到系统的各个部件去进行响应的操作。苏盯抠霜寿滓涕询居钮陋庚蛔涟流韭珐学恋颈怀舌穴嚣叙豆隅敦奖挽堆淑单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2内部数据存储器 功能：执行程序，存放临时数据和最终结果的场所。 容量：51子系列128B 52子系列256B

5、3内部程序存储器 功能：存放程序、原始数据、常数表格。 容量：51子系列4KB 52子系列8KB4定时器/计数器 功能：定时功能、计数功能。 数量： 51子系列2个16位可编程 52子系列3个16位可编程狠聚臻坍访胃乱荡舷咀惟律斩秃谜伴捧链瘫埃担承遵淀毖斑定隘儿算鄙授单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构5并行I/O口 功能：执行数据的并行输入输出。 数量：4个8位的并行I/O口。 名称：P0、P1、P2、P3口。6串行口 功能：执行数据的串行通信。7中断控制系统 功能：处理紧急事件。 数量：5个。 其中，外部中断2个，内部中断3个T/C中断2个，串行 中断一个。全部中断分为高级和低级二个优

6、先级别。 每个中断源的优先级都可由程序设定。 峻陶殆内美铃胞粒出裹帕人雍辫眉走咎丁纷泰扒俄珊荡倪拳粪病竞曙早党单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构8时钟电路 功能：为单片机工作产生必须的时钟脉冲序列信号。 注意：必须外接石英晶体和电容器。9位处理器布尔处理器 功能：执行位处理操作，以便单片机实现控制功能。 注意：位处理器为MCS-51系列单片机所特有。10总线单片机片内总线 功能：完成所有信息的传送。 类型：数据总线DB，双向； 地址总线B，单向； 控制总线CB，双向。剧驹猩蜒府之缝汹搭诡署拟慨慎那么饭蝴卖召咖血榨跳兄娄台镁叛罐哆婿壤单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2.1.3 MC

7、S-51的信号引脚 以80C51单片机为例进行说明，芯片封装：DIP，引脚数量：4080C51单片机芯片引脚图肘业进艘帘子蕴咨姬吗东嘻六珊伶忽觅尝糙秆静煽贱顷殊芥凌佛挣锨蝗翅单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构1信号引脚介绍第一功能 P0.0P0.7：P0口8位双向输入输出口线，完成数据的传送； 在构造单片机应用系统片外总线时，既作为8位 数据总线D0D7，又作为地址总线的低8位 07分时使用。 P1.0P1.7：P1口8位双向输入输出口线，完成数据的传送； 在单片机处于编程工作方式时，由它输入存储器 单元地址的低8位。 P2.0P2.7：P2口8位双向输入输出口线，完成数据的传送； 在构

8、造单片机应用系统片外总线时，作为地址总 线的高8位815使用；在单片机处于编程 工作方式时，由它输入存储器单元地址的高8位。渊尘钧夸漾命率晌今孺恳娩婪嘲秧郭雏婪一楞架游淮课航采辛荒让迎业婴单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 P3.0P3.7：P3口8位双向输入输出口线，完成数据的传送； LE：地址锁存控制信号 在不扩展单片机系统时不使用，但LE端仍产生频率为 晶体振荡器振荡频率osc的1/6的周期性正脉冲信号， 此信号可以作为外部时钟或外部定时脉冲使用； 在扩展单片机系统时，LE的输出用于控制把P0口输出 的低8位地址送锁存器锁存，即锁存地址的低位字节， 以实现低位地址和数据总线信息的别

9、离。 /PSEN：外部程序存储器读选通信号 在读外部ROM时，/PSEN有效低电平，以实现外部 ROM单元的操作。 逃倚鼻圈刘灵绳恋掩砸挽电胜尚亢雪婉捂紧吗恕昨砸挖脏缓悸击垃瑶为时单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 /E：访问程序存储器控制信号。 当/E输入端保持高电平，CPU访问内部程序存储器4KB 的地址范围。但在PC程序计数器值超过OH时(即 PC值超出4KB地址时),将自动转向执行片外程序存储器 内的程序； 当/E保持低电平时,那么单片机只访问外部程序存储器， 此时不管单片机是否有内部程序存储器。 注意:对于常用的8031来说无内部程序存储器,因此,/E 脚必须常接地,这样单片机

10、才能选择到外部程序存 储器执行片外程序储器内的程序。 RST：复位信号，高电平有效。但有效的高电平信号必须维持 两个机器周期以上，用以完成单片机复位初始化操作。 怖瓣广欲锭焰械循唬倾子吓骑嫉碧藏届炎您敬锌炊恼闯汇随柠沸跑蛊哭葬单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 XTL1和XTL2：外接晶体引线端 当使用芯片内部时钟时，用于外接石英晶体 和微调电容； 当使用外部时钟时，用于连接外部时钟脉冲 信号，此时， XTL1接地， XTL2连接外部 时钟脉冲信号。 VSS: 地线 VCC: +5V电源 2信号引脚的第二功能 LE/PROG：编程脉冲输入端 在单片机处于编程工作方式时，输入编程脉冲。 /

11、E/VPP：编程电压(25V或21V)输入端 肮愧靖攘誓赃林誉同绽慰材攘斌厅挟廊腹定绚沉抄惨颤味使套脏罚溃哥柔单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 RST/VPD：备用电源引入端 VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源。一旦芯片 在使用过程中，当VCC电源发生故障电压突然下 降或断电，称掉电，或失电，电压下掉到低于规 定的值，备用电源经此端向内部RM提供电压，以 保护内部RM中的信息不丧失，使单片机复电后， 能正常运行。 P3口口线的第二功能：见P3口口线第二功能表 注意：对于LE/PROG，/E/VPP和RST/VPD，由于第一功能信 号与第二功能信号是单片机在不同工作方式下的信号， 因此

12、，不会发生使用上的矛盾； 对于P3口口线, 在实际使用时应优先考虑其第二功能。 畦海桔演货喝郭缉沪聪颊理脑铂遂欣推苹海森浚诸叫粮炭童涩俊绞碾配窒单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2.2 MCS-51单片机的内部存储器 在具体讲解MCS-51单片机的内部存储器之前，我们首先来研究MCS-51单片机存储器的特点及分类情况。 一般微机存储器通常只有一个逻辑地址空间，可以随意安排ROM或RM，同一地址对应唯一的存储器单元，可以是ROM，也可以是RM，并用同类指令访问。但MCS-51单片机与一般微机的存储器配置方法大不相同。在此，以80C51单片机的存储器配置为例进行说明。 MCS-51的存储器配

13、置在物理结构上有四个存储器空间：1、片内程序存储器； 2、片外程序存储器；3、片内数据存储器； 4、片外数据存储器渴公舀酚甄邑咋泅冻引夫臼擦峰惟葡彤棺蛹芋江显惋炉镊甚甸烙碴残犹像单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 MCS-51的存储器配置在逻辑结构上有三个存储器地址空间： 1、片内外统一编址的64K字节的程序存储器空间，地址范 围0000HH； 2、片内256字节的数据存储器地址空间，地址范围 00HH； 3、片外64K字节的数据存储器地址空间，地址范围 0000HH。 在访问三个不同的逻辑空间时应采用不同形式的指令。 片内256字节的数据存储器地址空间又可以分为三个局部： 1、内部数据

14、存储器，地址范围00H7H； 2、特殊功能存放器SR，地址范围80HH； 3、位地址空间，地址范围00HH。 访异小彬箭丧愁说婴癸锣钧弯末古绑诀九宗叫娱前德粮仇瑞郭佬磅勃鸣肾单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2.2.1 内部数据存储器低128单元 内部数据存储器低128单元又分为存放器区、位寻址区、用户RM区三个局部。 80C51单片机内部数据存储器低128单元配置图1存放器区 存放器区共32个单元，地址范围00H1H，共分为四组，组号依次为0、1、2、3，每组8个存放器，存放器名依次为R0R7，每个存放器都是8位，都有一个字节地址与之相对应。 通用存放器与内部RM字节地址对照表。 存放

15、器区的32个存放器也通常称之为通用存放器或工作存放器，因此，存放器区通常也称之为通用存放器区或工作存放器区。其功能用于存放操作数及中间结果，由用户使用时规定。卒税戮狗隋轴巢雅汗酌席扇尿鲸欠苞滇访驶详让敌奏李策讯崭殿春韶寨仕单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 在任一时刻，CPU只能使用其中的一组存放器，正在使用的存放器组，我们称之为当前存放器组。CPU究竟使用的是那一组，由程序状态字存放器PSW中的RS1，RS0位的状态组合来决定。 通用存放器有两种使用方法： )、以存放器的形式使用，用存放器符号表示； b)、以存储单元的形式使用，用单元字节地址表示。RS1 RS0寄存器组片内RAM地址0

16、 0第0组00H07H0 1第1组08H0FH1 0第2组10H17H1 1第3组18H1FH褐炎诸退酶原毒蚕虹踊配凳桅挚蓟异替剂柏凛维剔岛怜陛耗拧籽僚絮胰党单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2位寻址区 MCS-51单片机内部RM的20H2H单元共16个RM单元称之为位寻址区。它既可以作为一般RM使用，进行字节操作，也可以对单元中的每一位进行位操作，位寻址区共有128位，位地址范围为00H7H。 位寻址区的“位有两种表示方式： )、以位地址的形式表示； 位寻址区的最后一个“位可表示为7H。 b)、以存储单元地址加位的形式表示 位寻址区的最后一个“位也可表示为2H.7。 80C51单片机内

17、部RM位寻址区的位地址揩郎般逻几娜拔幌伸秽蔽衡舞咱斡瘟紫海瑶悼坟步谜披尘骇堤饿忆朔叙娱单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构3用户RM区 共有80个RM单元，单元地址范围为30H7H，一般可作为堆栈或数据缓冲使用，由用户使用时规定。 2.2.2 内部数据存储器高128单元 内部数据存储器高128单元，其功能和名称由系统规定，用户不能随意更改，单元地址范围为80HH，用于存放单片机相应功能部件的控制命令、状态或数据。共22个，其中可寻址的为21个，也称之为专用存放器或特殊功能存放器，它们离散分布在内部数据存储器高128单元中。 80C51单片机专用存放器一览表一专用存放器简介涟铜吊舶搞宪沪戚一

18、蕊舆昂膝敬阵坍捷天桌钨礼寿审悯就钻油雨堤鲸篷缚单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构1程序计数器PCProgrm Counter PC是一个16位的计数器，其内容为将要执行的指令地址，寻址范围为64KB065535。 PC具有自动加1功能，当CPU要取指令时，PC的内容送到地址总线上，从存储器中取出指令后，PC内容那么自动加1。指向下一条指令，从而实现程序的顺序执行。 PC没有地址是不可寻址的，因此，用户无法对它进行读，写。但可以通过执行转移、调用、返回等指令自动改变其内容，以实现程序的转移。 2累加器或CCE0H 它是最常用的专用存放器，为8位存放器，用于存放一个操作数或中间结果。逐距熊借

19、怨善让象而嗽饵契友拳袁绵质源莫源寸舵长茫剩罕曼它煌霞俺央单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 MCS-51单片机中，大局部单操作数指令的操作数取自。很多双操作数指令中的一个操作数，也取自于，加、减、乘、除运算指令的运算结果都存放在或和B存放器中。3B存放器0H 它是一个8位存放器，主要用于乘除运算。 乘法运算时，为被乘数，B为乘数，其积的高8位存于B中，低8位存于中。 除法运算时，为被除数，B为除数，其商存放在中，余数存放在B中。 此外，它也作为一般数据存放器使用。 吸怜磷喀巴燎蓄像必悯铱羹矽眨架拂阅赚强迁傻饵呕端束荷贴帐退老闪湍单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构4程序状态字PSW0

20、D0H 它是一个8位可读写的存放器，用于存放程序运行的状态信息，它的不同位包含了程序状态的不同信息。 PSW中有些位的状态是根据程序执行结果，由硬件自动设置的，而有些状态位那么使用软件方法设定。 PSW中的位状态可以用专门的指令进行测试，也可用指令读出，一些条件转移指令将根据PSW有关位的状态，进行程序转移。PSW的各位定义如下：PSW位地址PSW位序D7HPSW.7D6HPSW.6D5HPSW.5D4HPSW.4D3HPSW.3D2HPSW.2D1HPSW.1D0HPSW.0位标志字节D0H CYD0H.7ACD0H.6F0D0H.5RS1D0H.4RS0D0H.3OVD0H.2F1D0H.

21、1PD0H.0恍蒙疫恒捌馆陡镣贤九跨更掠慨渊两码摔湘取试量嘶恍镑瘫卓籽佳捉猾削单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 CY：进位标志位 功能:1)在进行算术运算加或减时，如果操作结果最高位 有进位或借位时，就存于其中，它是通过硬件置“1实 现的，否那么，由硬件清“0。 2)在进行逻辑运算即位传送，位与，位或等位操作时， 操作位之一固定是进位标志位。 3在位处理器中，作累加位使用，相当于CPU中的累加 器。 C：辅助进位标志位 功能:1)在加减运算中，当有低四位向高四位进位或借位时， C由硬件置“1，否那么，C位被清0。 2)在十进制数运算时需要十进制调整，要用到C位状态。 助堵魄衰伊填俭槐贵

22、叠靖棘挟凸位陶涡芥带肇灌惠劝溉鬼城株其丧迫噬回单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 0：用户标志位 功能：供用户定义的标志位，需要时可用软件方法置位或复位， 也可用软件测试0以控制程序的转向，编程时，该标志 位特别有用。 RS1和RS0：存放器组选择位 功能：用于设定通用存放器的组号。 RS1 RS0寄存器组R0R7地址0 0第0组00H07H0 1第1组08H0FH1 0第2组10H17H1 1第3组18H1FH砂岔庞簿赵吴诌能钥冰妇驱舟肠恳侦裤八辞逾丸氯榜吸坯昧懒靠千姻痢杖单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 单片机系统上电时，单片机默认选择第0组通用存放器为当前工作存放器组，即R

23、S1和RS0均为00，此时R0R7的地址范围为00H07H。 在实际应用中，根据需要，用户可以利用传送指令或位操作指令来改变其状态。这样的设置，对程序中保护现场提供了方便。 例如：SETB RS1；RS1=1 SETB RS0；RS0=1 当前工作存放器组为第3组，R0R7的地址范围为18H1H。 CLR RS1；RS1=0 SETB RS0；RS0=1 当前工作存放器组为第1组，R0R7的地址范围为08H0H。赛几圣叛量肥寻知椰奶弊浚坚窑劈虹靴悉叛枷奎渊耳萌宠本锰郡羌拯废痔单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 OV：溢出标志位 功能：当进行算术运算时，如果产生溢出，那么由硬件将OV位置

24、1，否那么，由硬件清0。 1、在带符号数加减法运算中，OV =1表示加减运算超出了 所能表示的符号数有效范围-128+127，即产生了 溢出，因此运算结果是错误的，否那么，OV=0表示运算结 果正确，即无溢出产生。 2、在乘法运算中，OV=1，表示乘积超过255，即积分别在B 与中，否那么，OV=0，表示乘积只在中。 3、在除法运算中，OV =1表示除数为0，除法不能进行，否 那么OV=0，除数不为0，除法可正常进行。 菜庆绝屏孝肠示用杆针争耗疏赂橇剪笆扳洁舶枫奶坷竟勒五票怒返第戮瓮单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 P：奇偶标志位 功能：该位始终跟踪累加器中二进制数1的个数的奇偶性，如

25、 果有奇数个1，那么P显示1，否那么为0，但凡改变中内容 的指令均会影响P的标志位。 在每个指令周期由硬件根据的内容对P位自动置位或复位。 1：系统未定义，用户可根据需要自行定义使用。5数据指针DPTR 它是MCS-51中唯一的一个16位存放器，为专用地址指针存放器，主要用于存放16位地址，作间址存放器使用。 编程时，DPTR既可以按16位存放器使用，也可以按两个8位存放器分开使用。DPH：DPTR高位字节83H；DPL：DPTR低位字节82H。 滩倍急坝块鹊领袄看眩秦斤那么沫攀蓑栅尾划斩哦疥凭伺胳构缅荧业际属柞单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 二专用存放器的字节寻址 80C51单片机

26、专用存放器一览表 121个SR不连续地分布在SR区，剩余空间用户不能使用。 2PC是不可寻址的，在物理上是独立的，不占据RM单元。 3对专用存放器只能使用直接寻址方式，在指令中既可以使用存放器符号表示，也可使用存放器字节地址表示。 例如：MOV ， #30H；把立即数30H送入累加器中 MOV E0H，#30H；把立即数30H送入累加器中 三专用存放器的位寻址 表中共有11个专用存放器打*号是可以位寻址的，在专用存放器区共有83个可寻址位，这些位都具有专门的定义和用途。 注意：1表中打*号的SR既可字节寻址，又可位寻址。 2MCS-51的内部RM中共有128+83=211个可寻址位。插浩表卜黑

27、昧涸贺东枣甘康缔涧研妻鼓田苯酒牺绑乖呀皱徽指蛙溅耗谬犁单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2.2.3 MCS-51单片机的堆栈操作1堆栈的根本概念 )、堆栈的定义 堆栈是一种数据结构，是只允许在其一端进行数据插入和数据删除操作的线性表。 堆栈结构图如下诧呆讶膨我椎裂重肖椽埂她骚摸秉蚤歉星聋掠非鲜貉割尺粕咏钮冬归赵殃单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 b)、入栈 即压栈，指数据写入堆栈。 c)、出栈 指数据从堆栈中读出。 d)、堆栈的特点 即“后进先出的数据操作规那么，也称为LIO，即先入栈的数据，由于存放在堆栈的底部,因此后出栈，而后入栈的数据存放在堆栈的顶部，因此先出栈。 e)、堆

28、栈的功能 堆栈是为子程序调用和中断操作而设立的，其具体功能有两个：保护断点和保护现场 断点即断点地址；现场即存储单元内容。却刹酥恶侵灶阜汰亦悦牢踊烷壕提溶脾薛遥笛匿呀裤痒垃痈商揩悸瞒硷吊单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 )、堆栈的开辟 一般把堆栈分为两种：外堆栈，内堆栈。 外堆栈：一般开辟在主存储器中，因此其容量大，可以实 现多级中断嵌套和子程序嵌套，但操作速度慢。 内堆栈：一般是指在CPU芯片内的存放器中开辟的堆栈。如 MCS-51的堆栈就是开辟在内部RM中，其优点操作 速度快，但容量有限。 在实际使用中，一般把堆栈开辟在用户RM区，即地址范围为30H7H的RM区域。 g)、堆栈的深

29、度 堆栈的深度就是指堆栈的字节容量。在实际使用中，应合理安排堆栈的深度，既防止堆栈的溢出，又防止浪费存储单元。只翰哭吼牌裔韶樱绽载下矮慑托频高曲将罗盆谣谭肉面律作赵蹿划妻早豢单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 h)、堆栈指示器SP 功能：指示栈顶地址，因为数据的进栈，出栈都是对堆栈的栈顶单元的写和读操作。 SP的内容：即为堆栈栈顶的存储单元地址。 SP是一个8位SR，因此，堆栈的深度为51内部RM 128单元，系统复位后，SP的内容为07H，但由于堆栈最好在内部RM的30H7H单元中开辟，因此，用户可以编程决定SP初值，一般应注意把SP初值初始化为30H以后。 例如：MOV SP，#30

30、H；堆栈栈底开辟在内部RM 30H处，数 据从内部RM 31H单元开始存放。 例如：MOV SP，#60H；堆栈栈底开辟在内部RM 60H处，数 据从内部RM 61H单元开始存放。凡瘁龟坪挟玩设涅骸杯付停义丫打勋闻鼻请绵义峨新孜哨丽坍代篓岩止而单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 由于SP可初始化为不同值，因此，堆栈位置可浮动。 i)、堆栈的类型 堆栈有两种类型：向上生长型和向下生长型。慧址泰咎拿合铲赶涂饰蛮儡哗中蛀藤贫贸垮嫌葫靠亿友依诬青侣噶舟雕脑单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 向上生长型堆栈操作规那么： 进栈：先SP加1，后写入数据。 出栈：先读出数据，后SP减1。 向下生长

31、型堆栈操作规那么与向上生长型刚好相反。 i)、堆栈的使用方式 自动方式：即在调用子程序或中断时，返回地址断点 自动进栈，程序返回时，断点再自动弹回PC。 指令方式：即使用专用的堆栈操作指令进行进栈，出栈操 作PUSH，POP。 蛇诊立储怒挂浓吾甘邵珐绑萎抓媳琅琉舜师拆硅此六协呛棱刽菊师步宝孤单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2.2.4 内部程序存储器 MCS-51单片机的程序存储器用于存放编好的程序和表格常数，它以PC作地址指针，由于PC为16位计数器，因此，可寻址的地址空间为64KB(216)0000HH。 80C51单片机片内有4KB的ROM存储单元，简称内部程序存储器地址范围000

32、0H0H，当内部程序存储器单元不够使用时，可在80C51单片机的外部扩展程序存储器，扩展的程序存储器简称外部程序存储器，地址范围1000HH。 在程序存储器中对80C51，87C51而言，即为内部程序存储器，对80C31而言，即为外部程序存储器有些特殊单元，使用时应注意： 宛斥涝爱倦可滓另今卵外对矛炮卒胁喷唾耀亭汉际镍篇晒妆卿龋视负扒囤单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 第一组：0000H0002H，是系统的启动单元，系统上电或复位后,PC= 0000H，即单片机从0000H单元开始取指令执行，如果主程序不从0000H单元开始，应在此三单元中存放一条无条件转移指令，以便直接转去执行指定的

33、主程序。 第二组：0003H002H，共40个单元，均匀分为五段，作为五个中断源中断地址区。 0003H000H：外部中断0中断地址区 000BH0012H：定时器/计数器0中断地址区 0013H001H：外部中断1中断地址区 001BH0022H：定时器/计数器1中断地址区 0023H002H：串行中断地址区撞苑杨执瓷和垮痹扑揍羡庆碘湛铀别淬陆笨红奸舶颅戍眠陶了蚜泉喘榆歼单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 一般来说，在上述各中断地址区，应存放中断效劳程序，MCS-51单片机在响应中断后，应按中断种类，自动转到各中断区的中断效劳程序的首地址去执行中断效劳程序，但在通常情况下，8个单元难以

34、存下一个完整的中断效劳程序。因此，通常只在上述中断地址区首地址开始存放一条无条件转移指令，以便中断响应后，通过中断地址区，再转到中断效劳程序的实际入口地址去。 廊具虹亩繁愧迫健饼逊屯肋耀锁弓脏屡韦锡随滴扛鳖喜酮出熄狰般席藏挨单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2.2.5 MCS-51单片机系统的存储器结构特点 80C51单片机存储器组织结构 MCS-51单片机的存储器结构有两个重要特点：1数据、程序存储器截然分开；2存储器有内外之分。 MCS-51单片机采取以下措施保证CPU访问存储器不出现错误： 第一、CPU访问存储器的指令形式不同； 访问片内外程序存储器用MOVC指令； 访问片内数据存

35、储器用MOV指令； 访问片外数据存储器用MOVX指令。 第二、CPU访问存储器时发出的控制信号不同； 访问片外程序存储器/PSEN、LE信号有效； 访问片外数据存储器/WR、/RD、LE信号有效。烘撇式恭吉掣朝丧较翻饼幽嘛抱芬试昧缀嘿攀遥柔邹佯茬兄荔缀冶皖化雨单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2.3 MCS-51单片机并行输入/输出口电路 口：是一种由各种电路形式组成的一个复杂的电路结构，它可以完成芯片所要求的功能。 MCS-51单片机具有4个双向的8位并行I/O口：P0P3，它们具有系统规定的字节地址，每个口都包含一个锁存器、一个输出驱动器和输入缓冲器。实际上，它们已被归入专用存放器之

36、列，并且具有字节寻址和位寻址功能。每个口均有一个8位锁存器，在上电复位后初态为全“1，使P0P3口均处于输入状态。 这些口在结构和特性上是根本相同的，但又各具特点，以下将分别介绍。猎午防襄昼海砍篱妆浊太第解联意朵碉荷诈舒蜘沁赛赞嘻雪妒晨喇牢脏液单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2.3.1 P0口 P0口的字节地址80H，位地址8087H，口的各位口线具有完全相同但又相互独立的逻辑电路。怯釉拯氧墓纶奈茁详荐咬柒矽标瞬鸭箍敞陈天殆酋资绪担态菌佬直稀咋咐单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构1PO口的结构 、一个数据输出锁存器。 b、两个三态数据输入缓冲器。 c、数据输出驱动电路：一对ET场

37、效应管。 d、控制电路：一个与门，一个反相器，1路多路开关MUX。2PO口的功能 、PO口作通用I/O口 内部控制信号为低电平由CPU发出控制信号封锁与门，将输出驱动电路的上拉场效应管ET截止，同时使多路转换开关MUX接通锁存器/Q端输出通路。 1当作输出口时 内部数据总线上的信息由写脉冲锁存至输出存储器，并向端涟坎丽蝗惭哮眠碳但蛇勉栈灾戴沏姚透马驰姆秃诧锻敖滦绎烙唁躬猴厦伊单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构口引脚输出，此时，内部数据总线与P0端口同相位。 2当作输入口时 读引脚： 即读芯片引脚的数据，一般都是以I/O端口为源操作数的指令。执行读引脚指令时，使用下方的数据缓冲器，由“读引

38、脚信号把缓冲器翻开，把端口引脚上的数据经缓冲器通过内部总线读进来。 读端口读锁存器： 利用读-修改-写指令，此时通过上面的缓冲器读锁存器的状态。此类指令的特点是：目的操作数为某一I/O口或I/O口的某一位，执行指令时，是从锁存器中读取数据，由CPU进行处理，并把结果重新写入锁存器。 叔贩孵秆瞧沾施凳祈娄眩沙犁驱距聊楞啡婚凑悸梗容伯猪箕造能场咽级饿单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 注意：P0口作为一般I/O使用时 1要求上拉电阻。 2当对P0口进行操作时输入时，必须先写1。 3当对P0口进行写作时输出数据输出锁存。b、P0口作地址/数据总线使用 1以PO口引脚输出地址/数据信息 此时CP

39、U内部发出高电平的控制信号，翻开与门，同时使MUX把CPU内部地址/数据总线反相后与ETT2栅极接通，T1，T2两个ET处于反相，构成推拉式输出电路，其负载能力增加。2以PO口引脚输入数据 此时输入的数据从引脚通过下面输入缓冲器进入内部总线。 终嚣糟蛾挑挝馅氰耸坝克纶冈胶者龚咐拨椰购市唬玻彝扩误港难巢吐眶谣单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2.3.2 P1口 P1口的字节地址90H，位地址9097H，口的各位口线具有完全相同但又相互独立的逻辑电路。1P1口的结构 特点：)不需要多路转换开关MUX； b)输出电路中有上拉电阻，电路的输出不是三态，P1 口是准双向口。2P1口的功能 通常作I

40、/O口使用： 、作输出口时，无需外接上拉电阻。 b、作输入口时，为了防止误读，必须先向对应的输出锁 存器写入1，使ET截止，然后再读端口引脚。 舌皇埔灾告吁渡票恬茵悦易性粥框予煞磕吻怎凡饰挖睫芍室薄祷锈取贫妨单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2.3.3 P2口 P2口的字节地址0H，位地址07H，口的各位口线具有完全相同但又相互独立的逻辑电路。1P2口的结构 特点：)与P1口相比，多了一个输出转换多路控制局部； b)输出电路中有上拉电阻，P2口是准双向口。2P2口的功能 通常作I/O口使用： 、作输出口时，无需外接上拉电阻。 b、作输入口时，必须先向对应的输出锁存器写入1。 P2口还可作

41、为地址总线的高8位使用。寸腹幕讽狼吊茎钻睬胺幼士誊蔬氏蔓喘涛扦枢内速考锹籽辕砷嗽歹乞纫恩单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2.3.4 P3口 P3口的字节地址B0H，位地址B0B7H，口的各位口线具有完全相同但又相互独立的逻辑电路。1P3口的结构 特点：)与PO口比较，无多路开关MUX及控制局部； b)输出驱动电路带上拉电阻，P3口是准双向口。2P3口的功能 通常作I/O口使用： 、作通用输出口时，由于第二输出功能为高，翻开与非 门，锁存器输出可以通过与非门送ET管输出到引脚端。 b、作通用输入口时，引脚数据通过三态缓冲器在读引脚 选通控制下进入内部总线。直系较耿瘟突应涨簿双平剂掳酷藐昌

42、妈傻穆拔货兰逼圣织薪绚睫咽尾粗劈单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 P3口用作第二功能使用 、作第二功能输入 此时端口引脚的第二功能信号通过第一个缓冲器送到 第二输入功能端。 b、作第二功能输出 此时与非门的输出状态由第二功能输出控制线的状态 确定，反映了第二功能输出电平状态。 荤循冷逾怀朽樱沪睦炭骤登俐晶穷惧旧敖埔筛含拜膏晤点赎训耙惹倘绢赐单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2.4 MCS-51单片机时钟电路与时序 单片机本身是一个复杂的同步时序电路，单片机是在同步时钟信号的指挥下工作的。 单片机的时钟电路就是用来产生单片机工作所需的同步时钟信号，而时序所研究的那么是指令执行中各信

43、号之间的相互时间关系。雪继剥谬送诧蜗锋乖泽蹲盈牢睡械由坝协炯挟光衬当潍更缝缘几钒惨伎锻单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2.4.1 时钟电路 单片机工作所需的同步时钟信号由以下两种方法获得： 第一：由单片机片内时钟电路结合外部晶振、电容产生； 第二：直接从单片机外部引入脉冲信号。1时钟信号的产生戚械甩岿完侍醚胺讨诊暴澎刚沾购氧炮行驹涟欠铂岂吾俄墟靠廖矗赚幢掏单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构 电路组成：石英晶体：1.2MHz12MHz40MHz 微调电容：一般取值30p左右 注意：单片机振荡电路产生的脉冲信号称振荡信号，它的 频率等于石英晶体的振荡频率osc,简称晶振频 率，振荡脉

44、冲信号还不是单片机工作所需的时钟信 号，时钟信号必须由振荡脉冲信号经单片机片内时 钟电路的处理后才能产生。 MCS-51单片机的时钟电路框图 注意：1时钟脉冲信号的频率等于1/2 osc； 2LE引脚上脉冲信号的频率等于1/6 osc； 3机器周期脉冲信号的频率等于1/12 osc。砧阵绦颖甸闺逼姑懈鄙陋某肪坷平比咆缝泽宗攒芹耻裸宪津岛帮烘似凑瑞单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2引入外部脉冲信号TTLR外部时钟信号VCCXTAL2XTAL1Vss8051外部脉冲源接法8051NCXTAL1XTAL280C51外部脉冲源接法80C51外部时钟信号VssTTL噎需纂娥繁椭侵呐安牛豹揪永闻帝

45、悯术臆恐倦邹猴纸助猛亦弯疏舷愚抽苏单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2.4.2 时序定时单位 MCS-51的时序定时单位有4个，从小到大依次为：节拍P，状态S，机器周期和指令周期。1节拍： 即振荡脉冲信号的周期用P表示，指为单片机提供定时信号的振荡源信号的周期。2状态： 即时钟脉冲信号的周期，或称之为时钟周期用S表示，它是单片机工作的时钟信号，一个状态包含两个节拍，即P1节拍和P2节拍。3机器周期： CPU完成一次读或写操作所需要的周期。它由6个状态孙脏腆八戌绷研咀眷脏雾儿躬阳虽檀走冬考黑缕引式曰到换遥向庶霖爆潍单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构12个振荡脉冲组成，即6个时钟周期，

46、12个振荡周期，并依次表示为S1S6，可分别记作为S1P1S6P2。4指令周期：执行一条指令所占用的全部时间。 MCS-51单片机的指令周期，根据指令的不同可包含有一，二，四个机器周期。 2.4.3 典型指令时序 MCS-51单片机指令系统的111条指令的分类： 按指令的长度字节数：单、双、三字节指令； 按指令执行的时间：单、双、四机器周期指令。综合来说有：单字节单机器周期指令；单字节双机器周期指令；单字节四机器周期指令；双字节单机器周期指令；双字节双机器周期指令；三字节双机器周期指令。甜未核着绅旱碎堆奎搪公椎步甲膨悼纂尹赦狗宁岩刺斟镐遂柴少乙爹灯谊单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2.

47、5 MCS-51单片机工作方式 MCS-51单片机共有复位、程序执行、单步执行、掉电保护、低功耗以及EPROM编程和校验等6种工作方式。2.5.1 复位方式和复位电路1复位操作 复位操作的目的： 、完成单片机的初始化,即把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序； b、当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，可通过复位重新启动单片机。2复位操作后单片机的状态俱捣渗靖慰植恨奠这摔陶畅律虏掳肢盂附酣涡防香睬丹诊棠波晚趣洗卤腺单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构3复位信号及其产生 对复位信号的要求 复位信号必须是一个高电平有效信号，有效时间应持续24个振荡脉冲周期二

48、个机器周期以 上。 b单片机片内复位电路逻辑结构 D1D2RST/VPDVCCVSSRAM斯密特触发器复位电路返回雕匈表针熏截栋窍臼冈嗓睬柏口沃座沪吐鞘复蝎讽兄容痈殊矗酮掀鞘谰惫单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构4复位方式 单片机的复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。道吉婪曾埂鸵压鞘足绦约痈嫁撇议舷缠饰盒惯藉陋淮貉协锣怯金娄祥输蔡单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2.5.2 程序执行方式 程序执行方式为单片机的根本工作方式，由于单片机复位后PC=0000H，因此程序执行总是从程序存储器单元地址0000H开始。 2.5.3 掉电保护方式 单片机应用系统在运行过程中，如发生掉

49、电故障，将会使数据丧失，后果极其严重，为此，MCS-51单片机设置有掉电保护措施，进行掉电保护处理。 具体做法是：先把有用的数据转存，然后再启用备用电源维持供电。1数据转存 即当电源出现故障时，应立即将系统有用的信息转存到内部RM中，它是通过中断效劳程序完成的。由于单片机VCC端接有父瞒仟诽磨恫央肢捆句极佑穷背吞佰漱婴屠凿筑对刊斑赤举搅丢诀介昌挺单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构滤波电容，掉电后电容能维持几毫秒的有效电压。足以完成掉电中断操作。 另外，必须在系统中设置一个电压检测电路，一旦检测到电源电压下降，立即通过/INT0或/INT1产生外部中断请求，中断响应后执行中断效劳程序，把有

50、用数据送内部RM中保护起来。2接通备用电源 数据转存后还应维持内部RM的供电，这样才能保护转存数据不被破坏。因此系统必须配有备用电源。以及相应的切换电路。由于备用电源容量有限，为减少消耗，掉电后时钟电路和CPU皆停止工作，只有内部RM和SPR继续工作以保持其内容。 当电源恢复后，VPD端备用电压还应维持一段时间，以便系统恢复，然后才能结束保护状态，最后将被保护的数据送回原处。灿硼憎晶缔尉至渡心触称壕殃孙桩庶邯蔑砂伪技箩秋怠析轴逾洲捍矮挂除单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2.5.4 80C51的低功耗方式 80C51单片机具有两种低功耗方式，即待机方式和掉电保护方式，它们都是通过对PCO

51、N电源控制存放器相关位的控制来实现的。 PCON专用存放器的格式：位序B7B6B5B4B3B2B1B0位符号SMOD/GF1GF0PDIDL SMOD：波特率倍增位； G0 G1 ：通用标志位，由软件置位、复位； PD ：掉电方式位，PD=1，那么进入掉电方式； IDL：待机方式位，ID=1，那么进入待机方式 注意：PD ，IDL均通过软件置位，复位。如果PD ，IDL位 都同时为1时，那么先进入掉电工作方式。 半拆芽陷萨挽兆威舌波伏痴叼侨遁针赶岁辖妒纯产织袜芒弥漫希讼恕湍命单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构1待机方式 利用指令使PCON的IDL位置“1，80C51进入待机方式。此时振荡

52、器仍然工作，并向中断逻辑，串行口和T/C电路提供时钟，但向CPU提供的时钟信号被切断，CPU停止工作。但CPU内部的全部状态SP，PC，PSW CC 及所有工作存放器在待机期间都被保存下来。 b在此方式下，80C51消耗的电流可由正常的24m降为3m。 c退出待机方式的两种途径： 第一：激活任何一个被允许的中断，那么IDL位被硬件自动清0，结束待机状态，而进入正常工作方式，执行的指令为原先使IDL置位指令后面的那条指令。 第二：依靠硬件复位信号。 佐巧愈咐能烛赢叁歹债睹蕉踢郴券随血症羌弦袭差镑翟鱼羽晾熊嚷潭淫吐单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构2掉电保护方式 当80C51单片机系统的电压

53、检测电路检测到电源故障时，一方面进行数据转存，另一方面使PCON的PD位置“1，单片机系统进入掉电保护方式。此时片内振荡器停止工作，单片机也停止工作，单片机的所有功能全部停止，只有内部RM和SR内容不变。 b在此方式下，VCC电压可降至2V，耗电仅50，用以保存片内RM信息。 c退出掉电保护方式的途径： 当电源VCC恢复正常后，可由硬件复位信号使单片机推出掉电保护方式。 斩彪坟李慈劲夹鸽旁旷吼夹豢赖圃蜀棱与永揪户廷诅吉而叹骑畅找尿烦拐单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构微型计算机结构框图返回乘剪沧止稼雾排拽遥泄碑婶靡秤巳掏辟婶裂骇仑掐内槐浅桶尸旺腥烙蒙酋单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件

54、结构MCS-51单片机系统结构框图返回约矽为陕午兴妻框滚瘴试绪亦尝村牵斑炒崖佬婆厉蓟慨痹甲茅孤民畅佰梗单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构P3口口线第二功能表P3口口线第二功能信号名称P3.0 RXD 串行数据接收 输入 P3.1 TXD 串行数据发送 输出 P3.2 /INT0 外部中断0申请 输入 P3.3 /INT1 外部中断1申请 输入 P3.4 T0 T/C0计数输入 输入 P3.5 T1 T/C1计数输入 输入 P3.6 /WR 外部RAM写选通 输出 P3.7 /RD 外部RAM读选通 输出 返回橱损兢泄笼椿琴摸搭缆侧藤爸枕酿沁餐颓胸舆梦梯蔼犁忠输悔榔俯央场巫单片机芯片的硬件

55、结构单片机芯片的硬件结构80C51单片机存储器组织结构0000H00H0000HFFFFH1000H外部ROM0FFFH内部ROMEA = 1外部ROMEA = 0工作寄存器03组位寻址区RAMSFR20H30H80HFFH外部RAMFFFFH返回獭破巴听碌锨爱领劣镑篱棒泼浩纱阉提淆叮沿震五洛悬扬灯靛冰总衍妇礁单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构80C51单片机内部数据存储器低128单元配置图30H7FH用户RAM区（堆栈、数据缓冲）20H2FH位寻址区（位地址00H7FH）18H1FH第3组通用寄存器区10H17H第2组通用寄存器区08H0FH第1组通用寄存器区00H07H第0组通用寄存器区返回究丝剿汕躺种盎李苹旗彩件神淄烦寇囊井蓖扰峰算瓮珍孩缠斡辐扳讼庐寡单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构通用存放器与内部RAM字节地址对照表寄存器名称内部RAM字节地址0区1区2区3区R000H08H10H18HR101H09H11H19HR202H0AH12H1AHR303H0BH13H1BHR404H0CH14H1CHR505H0DH15H1DHR606H0EH16H1EHR707H0FH17H1FH返回绷餐蘸熄什壤乌拱院拱词狱饺盗犀豫陌是捞淆哈褐责杜卵浅鸳抠漏敌瞪挥单片机芯片的硬件结构单片机芯片的硬件结构