MCS51第二章结构与时序课件

单片机原理及应用结构与时序1单片机原理及应用结构与时序1第2章单片机结构与时序MCS—51单片机内部结构MCS—51单片机引脚功能MCS—51单片机工作方式MCS—51单片机时序2第2章单片机结构与时序MCS—51单片机内部结构22.1MCS—51系列单片机内部结构MCS—51单片机系列MCS—51系列单片机可分为两大系列:MCS—51子系列与MCS—52子系列。MCS—51子系列中主要有8031、8051、8751三种类型。MCS—52子系列也有3种类型8032、8052、8752。32.1MCS—51系列单片机内部结构MCS—51单片机MCS—51系列单片机配置一览表4MCS—51系列单片机配置一览表4MCS—51系列单片机内部结构框图5MCS—51系列单片机内部结构框图5MCS—51系列单片机由8大部分组成一个8位中央处理机CPU片内数据存储器RAM（128个字节或256字节）片内程序只读存储器ROM或EPROM特殊功能寄存器SFR（18个或21个）并行输入输出I/O接口：4个串行I/O接口：1个16位定时器/计数器（2个或3个）1个中断系统：具有5个~7个中断源,可编程为2个优先级6MCS—51系列单片机由8大部分组成一个8位中央处理机CPUMCS—51系列单片机内部结构简化框图7MCS—51系列单片机内部结构简化框图7一、中央处理器CPU中央处理器是单片机内部的核心部件,它决定了单片机的主要功能特性。它由运算部件、控制部件和专用寄存器组组成。8一、中央处理器CPU中央处理器是单片机内部的核心部件1算术逻辑部件（ALU）以算术逻辑单元ALU为核心，加上累加器A、寄存器B、暂存器TMP1和TMP2、程序状态寄存器PSW及专门用于位操作的布尔处理机组成的，它能实现数据的算术逻辑运算，位变量处理和数据传送操作。91算术逻辑部件（ALU）以算术逻辑单元ALU为核心，加上算术逻辑部件10算术逻辑部件102定时控制部件由定时控制逻辑、指令寄存器和振荡器组成。112定时控制部件由定时控制逻辑、指令寄存器和振荡器组成。1定时控制部件12定时控制部件12HMOS型MCS—51单片机时钟产生方式（a）内部振荡器方式;（b）外部振荡器方式13HMOS型MCS—51单片机时钟产生方式1采用内部时钟方式时，如图（a）所示。片内的高增益反相放大器通过XTAL1、XTAL2外接作为反馈元件的片外晶体振荡器（呈感性）与电容组成的并联谐振回路构成一个自激振荡器,向内部时钟电路提供振荡时钟。振荡器的频率主要取决于晶体的振荡频率，一般晶体可在1.2～12MHz之间任选，电容C1、C2可在5～30pF之间选择，电容的大小对振荡频率有微小的影响，可起频率微调作用。14采用内部时钟方式时，如图（a）所示。片内3专用寄存器组包括：程序计数器PC累加器A通用寄存器B程序状态字寄存器PSW堆栈指针SP数据指针DPTR153专用寄存器组包括：15（1）程序计数器PC一个16位寄存器，其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64KB。PC有自动加1功能，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，但可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，以实现程序的转移。16（1）程序计数器PC一个16位寄存器，其作用是控制程序的执行（2）累加器A8位寄存器，是最常用的专用寄存器，功能较多，地位重要。它用于存放操作数或运算的中间结果。MCS-51单片机中大部分单操作数指令的操作数就取自累加器，许多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。17（2）累加器A8位寄存器，是最常用的专用寄存器，功能较多，地（3）通用寄存器B一个8位寄存器，主要用于乘除运算。乘法运算时，B存乘数。乘法操作后，乘积的高8位存于B中，除法运算时，B存除数。除法操作后，余数存于B中。B寄存器也可作为一般数据寄存器使用。18（3）通用寄存器B一个8位寄存器，主要用于乘除运算。乘法运算（4）程序状态字寄存器PSW程序状态字寄存器PSW（8位）是一个标志寄存器,它保存指令执行结果的特征信息,以供程序查询和判别。19（4）程序状态字寄存器PSW程序状态字寄存器PSW（8位）是CY（PSW.7）——进位标志位。AC（PSW.6）——辅助进位（或称半进位）标志。F0（PSW.5）——由用户定义的标志位。RS1（PSW.4）、RS0（PSW.3）——工作寄存器组选择位。OV（PSW.2）——溢出标志位。由硬件置位或清零。PSW.1——未定义位。P（PSW.0）——奇偶标志位。CYACF0RS1RS0OV—PPSW.7PSW.020CY（PSW.7）——进位标志位。CYACF0RS12121（5）堆栈指针SP堆栈是一个特殊的存储区，用来暂存数据和地址，它按“先进后出”的原则存取数据。堆栈共有两种操作：进栈和出栈。MCS—51单片机的堆栈属向上生长型。22（5）堆栈指针SP堆栈是一个特殊的存储区，用来暂存数据和地址MCS—51单片机堆栈23MCS—51单片机堆栈23SP是一个8位寄存器，可自动加1或减1，在子程序调用、中断服务处理等场合用以保护CPU的现场。SP指向栈顶的位置。系统复位后，SP的内容为07H，从而复位后堆栈实际上是从08H单元开始的。24SP是一个8位寄存器，可自动加1或减1，在子程序调用、中断MCS—51堆栈区不是固定的，原则上可设在内部RAM的任意区域内，但为了避开工作寄存器区和位寻址区，一般设在30H以后的范围内。25MCS—51堆栈区不是固定的，原则上可设在内部RAM的任意区（6）数据指针DPTR一个16位寄存器。编程时，DPTR既可以按16位寄存器使用，也可以按两个8位寄存器分开使用，即：DPHDPTR高位字节DPLDPTR低位字节DPTR通常在访问外部数据存储器或程序存储器时作地址指针使用。26（6）数据指针DPTR一个16位寄存器。编程时，DPTR既可二、MCS—51单片机存储器结构1.MCS—51单片机存储器分类及配置从物理结构上可分为:片内、片外程序存储器,片内、片外数据存储器;从寻址空间分布可分为:程序存储器,内部数据存储器,外部数据存储器;从功能上可分为:程序存储器、内部数据存储器、特殊功能寄存器、位地址空间和外部数据存储器。27二、MCS—51单片机存储器结构1.MCS—51单片机存储器的结构28存储器的结构282.程序存储器程序存储器用来存放已编好的程序和表格常数,它由只读存储器ROM或EPROM组成。程序存储器的编址片内外程序存储器统一编址；地址范围为0000H～FFFFH；片外最多能扩展64KB程序存储器。292.程序存储器程序存储器用来存放已编好的程序和表格常数,程序运行的入口地址程序最初运行的入口地址，MCS—51单片机是固定的,用户不能更改。程序存储器中有复位和中断源共7个固定的入口地址。单片机复位后，程序计数器PC的内容为0000H,故必须从0000H单元开始取指令来执行程序。一般在0000H单元存放一条无条件转移指令,用户设计的程序是从转移后的地址开始存放执行的。30程序运行的入口地址30MCS—51单片机复位、中断入口地址31MCS—51单片机复位、中断入口地址313.内部数据存储器（1）内部数据存储器的编址地址范围为00H～FFH。（2）低128字节00H～7FH工作寄存器区00H～1FH位寻址区20H～2FH便签区（数据缓冲区）323.内部数据存储器（1）内部数据存储器的编址3233331）工作寄存器区工作寄存器共有4组，但程序每次只用1组，其它各组不工作。哪一组寄存器工作由程序状态字PSW中的PSW.3（RS0）和PSW.4（RS1）两位来选择。目的：使MCS—51单片机具有快速现场保护功能，对于提高程序的效率和响应中断的速度有利。341）工作寄存器区工作寄存器共有4组，但程序每次只用1组，其它工作寄存器和RAM地址对照表35工作寄存器和RAM地址对照表35工作寄存器组的选择表36工作寄存器组的选择表362）位寻址区共16个单元（128位），其每一位都有一个8位表示的位地址，位地址范围为00H～7FH。通常把各种程序状态标志，位控制变量存于位寻址区内。位寻址的RAM单元也可以按字节操作，作为一般的数据缓冲区使用。372）位寻址区共16个单元（128位），其每一位都有一个8位表内部RAM中位地址表38内部RAM中位地址表383）数据缓冲区30H～7FH是数据缓冲区，也即用户RAM区，共80个单元。存放用户数据或作堆栈用。393）数据缓冲区30H～7FH是数据缓冲区，也即用户RAM区，（3）高128字节80H～FFH51子系列无片内高128字节RAM，该地址范围为特殊功能寄存器SFR。52子系列片内RAM共有256个字节，故高128字节地址与SFR冲突。解决办法：高128字节RAM采用间接寻址方式，SFR采用直接寻址方式。通常用作数据缓冲区，一部分地址空间可以按位寻址。40（3）高128字节80H～FFH51子系列40特殊功能寄存器SFR又称专用寄存器。它专用于控制、管理单片机内算术逻辑部件、并行I/O口锁存器、串行口数据缓冲器、定时器/计数器、中断系统等功能模块的工作。41特殊功能寄存器SFR41特殊功能寄存器名称、标识符、地址一览表42特殊功能寄存器名称、标识符、地址一览表424343SFR中的位地址分布

44SFR中的位地址分布444.外部数据存储器外部数据存储器一般由静态RAM芯片组成。扩展存储器容量的大小，由用户根据需要而定。MCS—51单片机访问外部数据存储器可用一个特殊功能寄存器——数据指针寄存器DPTR进行寻址。由于DPTR为16位，可寻址的范围可达64KB，所以扩展外部数据存储器的最大容量是64KB。454.外部数据存储器外部数据存储器一般由静态RAM芯片组成三、I/O端口并行I/O端口MCS-51共有4个8位的并行I/O口，分别记作P0、P1、P2、P3。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，它们已被归入专用寄存器之列，并且具有字节寻址和位寻址功能。4个I/O口都是8位双向口，它们在结构和特性上各具特点。46三、I/O端口并行I/O端口46串行I/O端口MCS-51有一个全双工的可编程串行I/O端口。它既可在程序控制下将CPU的8位并行数据变成串行数据通过TXD发送，也可把RXD上串行收到的数据变成8位并行数据送给CPU。RXD和TXD是P3口的第二功能。47串行I/O端口47四、定时器/计数器MCS-51共有两个16位定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。48四、定时器/计数器MCS-51共有两个16位定时/计数器，以五、中断控制系统MCS-51共有5个中断源：外中断两个，定时/计数中断两个，串行中断一个。全部中断分为高级和低级共两个优先级别。49五、中断控制系统MCS-51共有5个中断源：492.2MCS—51单片机引脚功能MCS—51系列单片机芯片均为40个引脚，HMOS工艺制造的芯片采用双列直插（DIP）方式封装，其引脚示意及功能分类如后图所示。CMOS工艺制造的低功耗芯片也有采用方型封装的。502.2MCS—51单片机引脚功能MCS—51系列单片机MCS—51系列单片机引脚及总线结构(a)管脚图；(b)引脚功能分类51MCS—51系列单片机引脚及总线结构511.端口线(4×8＝32条)（1）P0口（39脚～32脚）:P0.0～P0.7，可作通用I/O口使用，也可用于访问片外存储器时，传送低8位地址和数据。（2）P1口（1脚～8脚）:P1.0～P1.7，可作为准双向I/O接口使用。521.端口线(4×8＝32条)（1）P0口（39脚～32（3）P2口（21脚～28脚）:P2.0～P2.7，可作准双向I/O口使用，也可用于访问片外存储器时，传送高8位地址。（4）P3口（10脚～17脚）:P3.0～P3.7，可作准双向I/O口使用，也可作控制用。53（3）P2口（21脚～28脚）:P2.0～P2.7，可作P3口第2功能表54P3口第2功能表542.电源线(2条)VCC（40脚）:接+5V电源正端;VSS（20脚）:接+5V电源地端。552.电源线(2条)VCC（40脚）:接+5V电源正端;3.控制线(6条)

（30脚）:当访问外部存储器时,ALE（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在P0口的低8位地址。（31脚）:为访问外部程序存储器控制信号，低电平有效563.控制线(6条)（（29脚）:片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。RST/VPD（9脚）:RST即为RESET，VPD为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。57（29脚）:片外程序存储器读选通信号输MCS-51的复位电路58MCS-51的复位电路58系统复位电路、晶振连接59系统复位电路、晶振连接59外接晶体引脚XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）在MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。MCS-51的时钟也可由外部振荡器提供。60外接晶体引脚XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）60HMOS和CHMOS型器件的外部时钟连接HMOS型器件的外部时钟连接CHMOS型器件的外部时钟连接61HMOS和CHMOS型器件的外部时钟连接HMOS型器件的外部2.3MCS—51单片机工作方式复位方式程序执行方式节电工作方式编程和校验方式622.3MCS—51单片机工作方式复位方式62一、复位方式单片机复位的条件是：必须使加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。例如，若时钟频率为12MHz，则只需2μs以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。63一、复位方式单片机复位的条件是：必须使加上持续两个机器周期单片机复位期间不产生ALE和信号，即ALE=1和=1。这表明单片机复位期间不会有任何取指操作。64单片机复位期间不产生ALE和信号，即ALE=复位后的内部寄存器状态65复位后的内部寄存器状态65二、程序执行方式单步执行方式在单步执行键控制下逐条执行用户程序中的指令的方式，常用于用户程序的调试。连续执行方式在0000H处放一条跳转指令，跳转到用户程序开始的地方执行。66二、程序执行方式单步执行方式66三、节电工作方式节电工作方式即低功耗方式，分为掉电方式（停机）和空闲（等待）方式。节电工作方式由特殊功能寄存器PCON的相关位控制当前的低功耗方式。

位序B7B6B5B4B3B2B1B0位符号SMOD

///GF1GF0PDIDL其中SMOD：波特率倍增位GF0，GF1：通用标志位PD：掉电方式位，PD＝1为掉电方式IDL：待机方式位，IDL＝1为空闲方式67三、节电工作方式节电工作方式即低功耗方式，分为掉电方式（停机空闲和掉电方式控制电路当PD和IDL位同时有效，即PD、IDL位均为1时，进入掉电方式，即掉电方式优先权高于节电方式。68空闲和掉电方式控制电路当PD和IDL位同时有效，即PD、I1.掉电方式CPU内振荡电路停止工作，片内RAM和特殊功能寄存器内容保持不变；片内所有操作均处于停止状态。进入掉电方式后，功耗降到最低，电源电压VCC只要大于2V即可保持片内RAM和特殊功能寄存器内信息。退出掉电方式的惟一方法是硬件复位。691.掉电方式CPU内振荡电路停止工作，片内RAM和特殊功能寄2.空闲方式CPU内振荡电路仍在工作，给中断系统、定时/计数器、串行口等部件提供时钟信号，但切断了输入CPU内核的时钟信号，使CPU操作处于暂停状态。在空闲方式下，内部RAM及特殊功能寄存器、程序计数器PC等均保持不变，即退出空闲方式后，可以恢复运行，无须保护数据。702.空闲方式CPU内振荡电路仍在工作，给中断系统、定时进入空闲方式后，ALE信号和为高电平。71进入空闲方式后，ALE信号和为高电有两种方法可以退出空闲方式：硬件中断在空闲方式下，中断系统仍在工作，因此，任何允许的中断请求均会引起硬件清除IDL标志，从而退出空闲方式，并执行相应中断服务程序，返回后即可执行IDL=1的指令的下一条指令。硬件复位硬件复位退出空闲方式将不能恢复特殊功能寄存器的值。72有两种方法可以退出空闲方式：硬件中断7280C31系统供电框图7380C31系统供电框图7380C31系统供电程序流程图7480C31系统供电程序流程图74四、编程和校验方式略。75四、编程和校验方式略。75

CHMOS工艺的MCS-51系列单片机三种工作方式下的功耗(振荡频率为12MHz)：CPU状态工作电流电压 功耗正常方式16.0mA  5V 80.0mW空闲方式3.7mA  5V 18.5mW掉电方式50μA  2V 0.1mW76CHMOS工艺的MCS-51系列单片机三种工掉电和空闲操作期间有关引脚状态

引脚状态对内部ROM取指时对外部ROM取指时空闲方式掉电方式空闲方式掉电方式ALE高电平低电平高电平低电平

高电平低电平高电平低电平P0口SFR数据SFR数据高阻态高阻态P2口SFR数据SFR数据PCHSFR数据P1口SFR数据SFR数据SFR数据SFR数据P3口SFR数据SFR数据SFR数据SFR数据77掉电和空闲操作期间有关引脚状态

对内部ROM取指时对外部2.4MCS—51单片机时序

1.机器周期和指令周期（1）时钟周期:也称振荡周期，是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。（2）状态周期:每个状态周期为时钟周期的2倍，是振荡周期经二分频后得到的。（3）机器周期:一个机器周期包含6个状态周期S1~S6，也就是12个时钟周期。在一个机器周期内，CPU可以完成一个独立的操作。

782.4MCS—51单片机时序1.机器1个机器周期含6个状态周期，用S1、S2、…、S6表示，共有12个节拍。例如:外接晶振为12MHz时，MCS—51单片机的4个时间周期的具体值为:振荡周期=1/12μs;状态周期=1/6μs;机器周期=1μs;指令周期=1～4μs。791个机器周期含6个状态周期，用S1、S2、…、S（4）指令周期:它是指CPU完成一条操作所需的全部时间。每条指令执行时间都是由一个或几个机器周期组成。MCS-51系统中,有单周期指令、双周期指令和四周期指令。80（4）指令周期:它是指CPU完成一条操作所需的全部时间。2.MCS-51指令的取指/执行时序

单周期指令的执行从S1P2开始，在S1P2期间读入操作码并把它锁存到指令寄存器中。双字节指令，则在同一机器周期的S4期间读出第2个字节。对于单字节指令在S4处仍有一次读操作，但这时读出的字节（下一条指令的操作码）是不予考虑的，而且程序计数器PC也不加1。对于单周期指令，在上述任何情况下，指令都在S6P2期间完成操作。后图中的（a）和（b）分别表示单字节单周期和双字节单周期指令的执行时序。812.MCS-51指令的取指/执行时序单周期指令图（c）表示单字节双周期指令的时序，单字节双周期指令在两个机器周期内作4次读操作码的操作，由于是单字节指令，后3次读操作是无效的。

82图（c）表示单字节双周期指令的时序，单字节双周期指令在MCS-51单片机取指/执行时序83MCS-51单片机取指/执行时序83写在最后成功的基础在于好的学习习惯Thefoundationofsuccessliesingoodhabits84写在最后成功的基础在于好的学习习惯84结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。WhenYouDoYourBest,FailureIsGreat,SoDon'TGiveUp,StickToTheEnd演讲人：XXXXXX时间：XX年XX月XX日

结束语单片机原理及应用结构与时序86单片机原理及应用结构与时序1第2章单片机结构与时序MCS—51单片机内部结构MCS—51单片机引脚功能MCS—51单片机工作方式MCS—51单片机时序87第2章单片机结构与时序MCS—51单片机内部结构22.1MCS—51系列单片机内部结构MCS—51单片机系列MCS—51系列单片机可分为两大系列:MCS—51子系列与MCS—52子系列。MCS—51子系列中主要有8031、8051、8751三种类型。MCS—52子系列也有3种类型8032、8052、8752。882.1MCS—51系列单片机内部结构MCS—51单片机MCS—51系列单片机配置一览表89MCS—51系列单片机配置一览表4MCS—51系列单片机内部结构框图90MCS—51系列单片机内部结构框图5MCS—51系列单片机由8大部分组成一个8位中央处理机CPU片内数据存储器RAM（128个字节或256字节）片内程序只读存储器ROM或EPROM特殊功能寄存器SFR（18个或21个）并行输入输出I/O接口：4个串行I/O接口：1个16位定时器/计数器（2个或3个）1个中断系统：具有5个~7个中断源,可编程为2个优先级91MCS—51系列单片机由8大部分组成一个8位中央处理机CPUMCS—51系列单片机内部结构简化框图92MCS—51系列单片机内部结构简化框图7一、中央处理器CPU中央处理器是单片机内部的核心部件,它决定了单片机的主要功能特性。它由运算部件、控制部件和专用寄存器组组成。93一、中央处理器CPU中央处理器是单片机内部的核心部件1算术逻辑部件（ALU）以算术逻辑单元ALU为核心，加上累加器A、寄存器B、暂存器TMP1和TMP2、程序状态寄存器PSW及专门用于位操作的布尔处理机组成的，它能实现数据的算术逻辑运算，位变量处理和数据传送操作。941算术逻辑部件（ALU）以算术逻辑单元ALU为核心，加上算术逻辑部件95算术逻辑部件102定时控制部件由定时控制逻辑、指令寄存器和振荡器组成。962定时控制部件由定时控制逻辑、指令寄存器和振荡器组成。1定时控制部件97定时控制部件12HMOS型MCS—51单片机时钟产生方式（a）内部振荡器方式;（b）外部振荡器方式98HMOS型MCS—51单片机时钟产生方式1采用内部时钟方式时，如图（a）所示。片内的高增益反相放大器通过XTAL1、XTAL2外接作为反馈元件的片外晶体振荡器（呈感性）与电容组成的并联谐振回路构成一个自激振荡器,向内部时钟电路提供振荡时钟。振荡器的频率主要取决于晶体的振荡频率，一般晶体可在1.2～12MHz之间任选，电容C1、C2可在5～30pF之间选择，电容的大小对振荡频率有微小的影响，可起频率微调作用。99采用内部时钟方式时，如图（a）所示。片内3专用寄存器组包括：程序计数器PC累加器A通用寄存器B程序状态字寄存器PSW堆栈指针SP数据指针DPTR1003专用寄存器组包括：15（1）程序计数器PC一个16位寄存器，其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64KB。PC有自动加1功能，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，但可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，以实现程序的转移。101（1）程序计数器PC一个16位寄存器，其作用是控制程序的执行（2）累加器A8位寄存器，是最常用的专用寄存器，功能较多，地位重要。它用于存放操作数或运算的中间结果。MCS-51单片机中大部分单操作数指令的操作数就取自累加器，许多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。102（2）累加器A8位寄存器，是最常用的专用寄存器，功能较多，地（3）通用寄存器B一个8位寄存器，主要用于乘除运算。乘法运算时，B存乘数。乘法操作后，乘积的高8位存于B中，除法运算时，B存除数。除法操作后，余数存于B中。B寄存器也可作为一般数据寄存器使用。103（3）通用寄存器B一个8位寄存器，主要用于乘除运算。乘法运算（4）程序状态字寄存器PSW程序状态字寄存器PSW（8位）是一个标志寄存器,它保存指令执行结果的特征信息,以供程序查询和判别。104（4）程序状态字寄存器PSW程序状态字寄存器PSW（8位）是CY（PSW.7）——进位标志位。AC（PSW.6）——辅助进位（或称半进位）标志。F0（PSW.5）——由用户定义的标志位。RS1（PSW.4）、RS0（PSW.3）——工作寄存器组选择位。OV（PSW.2）——溢出标志位。由硬件置位或清零。PSW.1——未定义位。P（PSW.0）——奇偶标志位。CYACF0RS1RS0OV—PPSW.7PSW.0105CY（PSW.7）——进位标志位。CYACF0RS110621（5）堆栈指针SP堆栈是一个特殊的存储区，用来暂存数据和地址，它按“先进后出”的原则存取数据。堆栈共有两种操作：进栈和出栈。MCS—51单片机的堆栈属向上生长型。107（5）堆栈指针SP堆栈是一个特殊的存储区，用来暂存数据和地址MCS—51单片机堆栈108MCS—51单片机堆栈23SP是一个8位寄存器，可自动加1或减1，在子程序调用、中断服务处理等场合用以保护CPU的现场。SP指向栈顶的位置。系统复位后，SP的内容为07H，从而复位后堆栈实际上是从08H单元开始的。109SP是一个8位寄存器，可自动加1或减1，在子程序调用、中断MCS—51堆栈区不是固定的，原则上可设在内部RAM的任意区域内，但为了避开工作寄存器区和位寻址区，一般设在30H以后的范围内。110MCS—51堆栈区不是固定的，原则上可设在内部RAM的任意区（6）数据指针DPTR一个16位寄存器。编程时，DPTR既可以按16位寄存器使用，也可以按两个8位寄存器分开使用，即：DPHDPTR高位字节DPLDPTR低位字节DPTR通常在访问外部数据存储器或程序存储器时作地址指针使用。111（6）数据指针DPTR一个16位寄存器。编程时，DPTR既可二、MCS—51单片机存储器结构1.MCS—51单片机存储器分类及配置从物理结构上可分为:片内、片外程序存储器,片内、片外数据存储器;从寻址空间分布可分为:程序存储器,内部数据存储器,外部数据存储器;从功能上可分为:程序存储器、内部数据存储器、特殊功能寄存器、位地址空间和外部数据存储器。112二、MCS—51单片机存储器结构1.MCS—51单片机存储器的结构113存储器的结构282.程序存储器程序存储器用来存放已编好的程序和表格常数,它由只读存储器ROM或EPROM组成。程序存储器的编址片内外程序存储器统一编址；地址范围为0000H～FFFFH；片外最多能扩展64KB程序存储器。1142.程序存储器程序存储器用来存放已编好的程序和表格常数,程序运行的入口地址程序最初运行的入口地址，MCS—51单片机是固定的,用户不能更改。程序存储器中有复位和中断源共7个固定的入口地址。单片机复位后，程序计数器PC的内容为0000H,故必须从0000H单元开始取指令来执行程序。一般在0000H单元存放一条无条件转移指令,用户设计的程序是从转移后的地址开始存放执行的。115程序运行的入口地址30MCS—51单片机复位、中断入口地址116MCS—51单片机复位、中断入口地址313.内部数据存储器（1）内部数据存储器的编址地址范围为00H～FFH。（2）低128字节00H～7FH工作寄存器区00H～1FH位寻址区20H～2FH便签区（数据缓冲区）1173.内部数据存储器（1）内部数据存储器的编址32118331）工作寄存器区工作寄存器共有4组，但程序每次只用1组，其它各组不工作。哪一组寄存器工作由程序状态字PSW中的PSW.3（RS0）和PSW.4（RS1）两位来选择。目的：使MCS—51单片机具有快速现场保护功能，对于提高程序的效率和响应中断的速度有利。1191）工作寄存器区工作寄存器共有4组，但程序每次只用1组，其它工作寄存器和RAM地址对照表120工作寄存器和RAM地址对照表35工作寄存器组的选择表121工作寄存器组的选择表362）位寻址区共16个单元（128位），其每一位都有一个8位表示的位地址，位地址范围为00H～7FH。通常把各种程序状态标志，位控制变量存于位寻址区内。位寻址的RAM单元也可以按字节操作，作为一般的数据缓冲区使用。1222）位寻址区共16个单元（128位），其每一位都有一个8位表内部RAM中位地址表123内部RAM中位地址表383）数据缓冲区30H～7FH是数据缓冲区，也即用户RAM区，共80个单元。存放用户数据或作堆栈用。1243）数据缓冲区30H～7FH是数据缓冲区，也即用户RAM区，（3）高128字节80H～FFH51子系列无片内高128字节RAM，该地址范围为特殊功能寄存器SFR。52子系列片内RAM共有256个字节，故高128字节地址与SFR冲突。解决办法：高128字节RAM采用间接寻址方式，SFR采用直接寻址方式。通常用作数据缓冲区，一部分地址空间可以按位寻址。125（3）高128字节80H～FFH51子系列40特殊功能寄存器SFR又称专用寄存器。它专用于控制、管理单片机内算术逻辑部件、并行I/O口锁存器、串行口数据缓冲器、定时器/计数器、中断系统等功能模块的工作。126特殊功能寄存器SFR41特殊功能寄存器名称、标识符、地址一览表127特殊功能寄存器名称、标识符、地址一览表4212843SFR中的位地址分布

129SFR中的位地址分布444.外部数据存储器外部数据存储器一般由静态RAM芯片组成。扩展存储器容量的大小，由用户根据需要而定。MCS—51单片机访问外部数据存储器可用一个特殊功能寄存器——数据指针寄存器DPTR进行寻址。由于DPTR为16位，可寻址的范围可达64KB，所以扩展外部数据存储器的最大容量是64KB。1304.外部数据存储器外部数据存储器一般由静态RAM芯片组成三、I/O端口并行I/O端口MCS-51共有4个8位的并行I/O口，分别记作P0、P1、P2、P3。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，它们已被归入专用寄存器之列，并且具有字节寻址和位寻址功能。4个I/O口都是8位双向口，它们在结构和特性上各具特点。131三、I/O端口并行I/O端口46串行I/O端口MCS-51有一个全双工的可编程串行I/O端口。它既可在程序控制下将CPU的8位并行数据变成串行数据通过TXD发送，也可把RXD上串行收到的数据变成8位并行数据送给CPU。RXD和TXD是P3口的第二功能。132串行I/O端口47四、定时器/计数器MCS-51共有两个16位定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。133四、定时器/计数器MCS-51共有两个16位定时/计数器，以五、中断控制系统MCS-51共有5个中断源：外中断两个，定时/计数中断两个，串行中断一个。全部中断分为高级和低级共两个优先级别。134五、中断控制系统MCS-51共有5个中断源：492.2MCS—51单片机引脚功能MCS—51系列单片机芯片均为40个引脚，HMOS工艺制造的芯片采用双列直插（DIP）方式封装，其引脚示意及功能分类如后图所示。CMOS工艺制造的低功耗芯片也有采用方型封装的。1352.2MCS—51单片机引脚功能MCS—51系列单片机MCS—51系列单片机引脚及总线结构(a)管脚图；(b)引脚功能分类136MCS—51系列单片机引脚及总线结构511.端口线(4×8＝32条)（1）P0口（39脚～32脚）:P0.0～P0.7，可作通用I/O口使用，也可用于访问片外存储器时，传送低8位地址和数据。（2）P1口（1脚～8脚）:P1.0～P1.7，可作为准双向I/O接口使用。1371.端口线(4×8＝32条)（1）P0口（39脚～32（3）P2口（21脚～28脚）:P2.0～P2.7，可作准双向I/O口使用，也可用于访问片外存储器时，传送高8位地址。（4）P3口（10脚～17脚）:P3.0～P3.7，可作准双向I/O口使用，也可作控制用。138（3）P2口（21脚～28脚）:P2.0～P2.7，可作P3口第2功能表139P3口第2功能表542.电源线(2条)VCC（40脚）:接+5V电源正端;VSS（20脚）:接+5V电源地端。1402.电源线(2条)VCC（40脚）:接+5V电源正端;3.控制线(6条)

（30脚）:当访问外部存储器时,ALE（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在P0口的低8位地址。（31脚）:为访问外部程序存储器控制信号，低电平有效1413.控制线(6条)（（29脚）:片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。RST/VPD（9脚）:RST即为RESET，VPD为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。142（29脚）:片外程序存储器读选通信号输MCS-51的复位电路143MCS-51的复位电路58系统复位电路、晶振连接144系统复位电路、晶振连接59外接晶体引脚XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）在MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。MCS-51的时钟也可由外部振荡器提供。145外接晶体引脚XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）60HMOS和CHMOS型器件的外部时钟连接HMOS型器件的外部时钟连接CHMOS型器件的外部时钟连接146HMOS和CHMOS型器件的外部时钟连接HMOS型器件的外部2.3MCS—51单片机工作方式复位方式程序执行方式节电工作方式编程和校验方式1472.3MCS—51单片机工作方式复位方式62一、复位方式单片机复位的条件是：必须使加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。例如，若时钟频率为12MHz，则只需2μs以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。148一、复位方式单片机复位的条件是：必须使加上持续两个机器周期单片机复位期间不产生ALE和信号，即ALE=1和=1。这表明单片机复位期间不会有任何取指操作。149单片机复位期间不产生ALE和信号，即ALE=复位后的内部寄存器状态150复位后的内部寄存器状态65二、程序执行方式单步执行方式在单步执行键控制下逐条执行用户程序中的指令的方式，常用于用户程序的调试。连续执行方式在0000H处放一条跳转指令，跳转到用户程序开始的地方执行。151二、程序执行方式单步执行方式66三、节电工作方式节电工作方式即低功耗方式，分为掉电方式（停机）和空闲（等待）方式。节电工作方式由特殊功能寄存器PCON的相关位控制当前的低功耗方式。

位序B7B6B5B4B3B2B1B0位符号SMOD

///GF1GF0PDIDL其中SMOD：波特率倍增位GF0，GF1：通用标志位PD：掉电方式位，PD＝1为掉电方式IDL：待机方式位，IDL＝1为空闲方式152三、节电工作方式节电工作方式即低功耗方式，分为掉电方式（停机空闲和掉电方式控制电路当PD和IDL位同时有效，即PD、IDL位均为1时，进入掉电方式，即掉电方式优先权高于节电方式。153空闲和掉电方式控制电路当PD和IDL位同时有效，即PD、I1.掉电方式CPU内振荡电路停止工作，片内RAM和特殊功能寄存器内容保持不变；片内所有操作均处于停止状态。进入掉电方式后，功耗降到最低，电源电压VCC只要大于2V即可保持片内RAM和特殊功能寄存器内信息。退出掉电方式的惟一方法是硬件复位。1541.掉电方式CPU内振荡电路停止工作，片内RAM和特殊功能寄2.空闲方式CPU内振荡电路仍在工作，给中断系统、定时/计数器、串行口等部件提供时钟信号，但切断了输入CPU内核的时钟信号，使CPU操作处于暂停状态。在空闲方式下，内部RAM及特殊功能寄存器、程序计数器PC等均保持不变，即退出空闲方式后，可以恢复运行，无须保护数据。1552.空闲方式CPU内振荡电路仍在工作，给中断系统、定时进入空闲方式后，ALE信号和为高电平。156进入空闲方式后，ALE信号和为高电有两种方法可以退出空闲方式：硬件中断在空闲方式下，中断系统仍在工作，因此，任何允许的中断请求均会引起硬件清除IDL标志，从而退出空闲方式，并执行相应中断服务程序，返回后即可执行IDL=1的指令的下一条指令。硬件复位硬件复位退出空闲方式将不能恢复特殊功能寄存器的值。157有两种方法可以退出空闲方式：硬件中断7280C31系统供电框图15880C31系统供电框图7380C31系统供电程序流程图