1、Page 11 1 单片机基础及单片机基础及MCS-51MCS-51结构结构 Page 21.1 1.1 单片机概述单片机概述 单片微型计算机单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)简称单片机。简称单片机。定义：定义：在一块半导体硅片上集成微处理器在一块半导体硅片上集成微处理器(CPU)(CPU)、存储器、存储器(RAM(RAM，ROMROM、EPROM)EPROM)和各种输入、输出接口和各种输入、输出接口(定时定时/计数器、计数器、并行并行I/OI/O口、串行口、口、串行口、A/DA/D转换器以及脉宽调制器转换器以及脉宽调制器PWMPWM等等)。单片机是应工业测控
2、而诞生的，它的结构与指令功能都是单片机是应工业测控而诞生的，它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，故也叫按照工业控制要求设计的，故也叫单片微控制器单片微控制器（SCM Single Chip Microcontroller）。）。Page 31.1 1.1 单片机概述单片机概述 单片机的发展历史单片机的发展历史v 第一阶段第一阶段（19741974年年-1976-1976年）年）:初级阶段初级阶段 因受工艺技术水平的限制，单片机结构和功能都很简单。例因受工艺技术水平的限制，单片机结构和功能都很简单。例如仙童公司生产的如仙童公司生产的F8F8单片机，内部仅有单片机，内部仅有8 8位位CP
3、UCPU，6464字节字节RAMRAM和和2 2个并行口，还需一些其他芯片才能组合成一台完整的微型机。个并行口，还需一些其他芯片才能组合成一台完整的微型机。v 第二阶段第二阶段（19761976年年-1978-1978年）年）:低性能阶段低性能阶段 以美国以美国INTELINTEL公司的公司的MCS-48MCS-48为代表。该系列单片机内集成有为代表。该系列单片机内集成有8 8位位CPUCPU、并行、并行I/OI/O接口、一个接口、一个8 8位的定时位的定时/计数器、片内计数器、片内6464或或128128字节字节RAMRAM，程序存储空间最大，程序存储空间最大4KB4KB，但无串行通信口，不
4、宜多，但无串行通信口，不宜多机使用。机使用。Page 41.1 1.1 单片机概述单片机概述 单片机的发展历史单片机的发展历史v 第三阶段第三阶段（19781978年年-1983-1983年）年）:高性能阶段高性能阶段 仍采用仍采用8 8位位CPUCPU，但有多级中断功能、串行通信接口、，但有多级中断功能、串行通信接口、1616位的位的定时定时/计数器，片内计数器，片内ROMROM、RAMRAM容量加大，寻址空间范围可达容量加大，寻址空间范围可达64KB64KB，有的片内还带有，有的片内还带有A/DA/D转换器接口。转换器接口。生产厂家众多，产品系列也特别多，主要有生产厂家众多，产品系列也特别
5、多，主要有INTELINTEL公司的公司的MCS-51MCS-51，MOTOROLAMOTOROLA公司的公司的68016801和和ZILOGZILOG公司的公司的Z8Z8等。等。具有优异的性价比，获得了广泛应用。尤其是具有优异的性价比，获得了广泛应用。尤其是MCS-51MCS-51系列，系列，特别适合于控制应用，在我国教育和经济建设等各个领域大特别适合于控制应用，在我国教育和经济建设等各个领域大显身手，经久不衰，是我国单片机应用的主流系列。显身手，经久不衰，是我国单片机应用的主流系列。Page 51.1 1.1 单片机概述单片机概述 单片机的发展历史单片机的发展历史v 第四阶段第四阶段（19
6、83年年）:新一代阶段新一代阶段 单片机的含义已发生了根本改变。目前仍然保留单片机这一单片机的含义已发生了根本改变。目前仍然保留单片机这一习惯叫法，但实际是指习惯叫法，但实际是指“Single-chip Microcontroller”。新一。新一代单片机有如下几方面特点：代单片机有如下几方面特点：1CPU仍以仍以8位为主流，并不断完善。另一方面发展了位为主流，并不断完善。另一方面发展了16位、位、32位的单片机。位的单片机。2按按片内程序存储器的类型不同分片内程序存储器的类型不同分为：为：ROM型、型、EPROM型、型、无无ROM（Romless）型和低成本的）型和低成本的OTP（One T
7、ime Programmable ROM）型、）型、E2PROM型。型。Page 61.1 1.1 单片机概述单片机概述 单片机的发展历史单片机的发展历史v 第四阶段第四阶段（1983年年）:新一代阶段新一代阶段 单片机的含义已发生了根本改变。目前仍然保留单片机这一单片机的含义已发生了根本改变。目前仍然保留单片机这一习惯叫法，但实际是指习惯叫法，但实际是指“Single-chip Microcontroller”。新一。新一代单片机有如下几方面特点：代单片机有如下几方面特点：3产品日趋复杂化、多样化、专用化产品日趋复杂化、多样化、专用化。4.多采用多采用CMOS工艺，出现双时钟、低电压单片机，
8、大大降低工艺，出现双时钟、低电压单片机，大大降低了系统功耗。了系统功耗。Page 7生产厂家生产厂家单片机型号单片机型号美国美国IntelIntel公司公司MCS-51MCS-51系列及其增强型、扩展型系列系列及其增强型、扩展型系列美国美国ATMELATMEL公司公司89C5189C51、89C5289C52、89C5589C55等等荷兰荷兰PHILIPSPHILIPS公司公司8 8*C552C552系列系列美国美国MotorolaMotorola公司公司68016801系列和系列和68056805系列系列美国美国ZilogZilog公司公司Z8Z8系列及系列及SUPER8SUPER8美国美国
9、FairchildFairchild公司公司F8F8系列和系列和38703870系列系列美国美国RockwellRockwell公司公司6500/16500/1系列系列美国美国TITI公司公司美国美国TITI公司公司TMS700TMS700系列系列目前世界上较为著名的目前世界上较为著名的8 8位单片机的主要生产厂家和机型位单片机的主要生产厂家和机型 接下页接下页1.1 1.1 单片机概述单片机概述Page 8生产厂家生产厂家单片机型号单片机型号美国美国NS(NS(国家半导体国家半导体)公司公司NS8070NS8070系列系列日本松下日本松下(National)(National)公司公司MN6
10、800MN6800系列系列美国美国RCA(RCA(无线电无线电)公司公司CDP1800CDP1800系列系列日本日本HITACHI(HITACHI(日立日立)公司公司HD6301HD6301，HD63L05HD63L05，HD6305HD6305日本日本NEC(NEC(电气电气)公司公司COM87(PD7800)COM87(PD7800)系列系列接上页接上页1.1 1.1 单片机概述单片机概述Page 91.1 1.1 单片机概述单片机概述 80C51单片微型计算机特点单片微型计算机特点 (1)(1)体积小、重量轻、价格低、耗电少、电源单一。体积小、重量轻、价格低、耗电少、电源单一。(2)(2
11、)抗干扰能力强，可靠性高。抗干扰能力强，可靠性高。(3)(3)面向控制，控制功能强，运行速度快。面向控制，控制功能强，运行速度快。(4)(4)开发应用方便，研制周期短。开发应用方便，研制周期短。(5)(5)受集成度限制，片内存储器容量较小。受集成度限制，片内存储器容量较小。Page 101.1 1.1 单片机概述单片机概述1 1、单片机在智能仪器仪表中的应用。、单片机在智能仪器仪表中的应用。广泛地应用于电力系统、交通运输工具、计量等各种仪器仪表之中，使仪广泛地应用于电力系统、交通运输工具、计量等各种仪器仪表之中，使仪器仪表智能化。器仪表智能化。2 2、单片机在工业测控中的应用。、单片机在工业测
12、控中的应用。如对工业上各种窑炉的温度、酸度、化学成分的测量和控制。如对工业上各种窑炉的温度、酸度、化学成分的测量和控制。3 3、单片机在计算机网络与通信技术中的应用。、单片机在计算机网络与通信技术中的应用。例如：例如：MCS-51MCS-51系列单片机控制的串行自动呼叫应答系统、列车无线通信系统、系列单片机控制的串行自动呼叫应答系统、列车无线通信系统、MCS-51MCS-51单片机无线遥控系统等。单片机无线遥控系统等。4 4、单片机在日常生活及家电中的应用。、单片机在日常生活及家电中的应用。例如电子秤、银行计息电脑、电脑缝纫机、心率监护仪、电冰箱控制、彩色例如电子秤、银行计息电脑、电脑缝纫机、
13、心率监护仪、电冰箱控制、彩色电视机、洗衣机控制、手电视机、洗衣机控制、手机、机、ICIC卡、汽车电子设备等等。卡、汽车电子设备等等。1.1.2 单片单片机的实际应用机的实际应用 Page 111.1 1.1 单片机概述单片机概述1 1 按按CPUCPU对数据的处理位数分对数据的处理位数分 4位、位、8位、位、16位、位、32位单片机位单片机2 2 按适用范围划分为按适用范围划分为通用型通用型与与专用型专用型。通用型通用型具有比较丰富的内部资源，性能全面且适应性强，可满足多种应用具有比较丰富的内部资源，性能全面且适应性强，可满足多种应用需求。它把可开发资源需求。它把可开发资源(如如ROMROM、
14、I/OI/O口等口等)全部提供给使用者，如全部提供给使用者，如80C5180C51属通用属通用型，它并不是为某一种专门用途设计的单片机；型，它并不是为某一种专门用途设计的单片机；专用型专用型是针对某一类产品甚至某个产品需要而设计、生产的单片机；其是针对某一类产品甚至某个产品需要而设计、生产的单片机；其特点是针对性强且数量巨大。特点是针对性强且数量巨大。如为满足电子体温计的要求，在片内集成有热如为满足电子体温计的要求，在片内集成有热敏电阻、敏电阻、ADCADC接口和段式液晶驱动器接口的温度计量控制用单片机以及录音机接口和段式液晶驱动器接口的温度计量控制用单片机以及录音机机芯控制器等。机芯控制器等
15、。1.1.3 单片微型计算机的分类单片微型计算机的分类 Page 121.1 1.1 单片机概述单片机概述3 3 按是否提供并行总线分为按是否提供并行总线分为总线型总线型与与非总线型非总线型。总线型设置有总线型设置有DBDB、ABAB、CBCB三种引脚，用于扩展并行外围器件；非总线型三种引脚，用于扩展并行外围器件；非总线型的外围器件通过串行接口连接。的外围器件通过串行接口连接。4 4 按大致的应用领域分为按大致的应用领域分为工控型工控型与与家电型家电型。工控型满足工业控制用机；家电型多数为专用单片机工控型满足工业控制用机；家电型多数为专用单片机。5 5 按含有的按含有的ROMROM形式分为以下
16、几种类型：形式分为以下几种类型：内含厂家已用掩膜编好程序的内含厂家已用掩膜编好程序的 ROM(MaskROMROM(MaskROM 供应状态供应状态)。属专用单片机属专用单片机，ROMROM内的程序已在出厂前固化好，不可改变。如较流行的内的程序已在出厂前固化好，不可改变。如较流行的MCS-51MCS-51系列的系列的80518051，MCS-96MCS-96系列的系列的83988398，PhilpsPhilps公司的公司的83C55283C552等。等。1.1.3 单片微型计算机的分类单片微型计算机的分类 Page 131.1 1.1 单片机概述单片机概述 内含内含EPROM(EPROM EP
17、ROM(EPROM 供应状态供应状态)。属通用型单片机，如属通用型单片机，如87518751、87C55287C552、MC68C05M4FNMC68C05M4FN等，芯片带有透明窗口，可通过紫外线擦除存储器中的程序代码。等，芯片带有透明窗口，可通过紫外线擦除存储器中的程序代码。用户可将自己的程序写入其中。用户可将自己的程序写入其中。无无ROM(ROMLessROM(ROMLess供应状态供应状态)。需外接需外接EPROMEPROM或或 E2PROME2PROM，如，如80318031、80C31 80C31 80988098等。等。OTP(One Time Programmable)ROMO
18、TP(One Time Programmable)ROM供应状态。供应状态。用户可一次性编程写入的程用户可一次性编程写入的程序存储器供应状态。用户可通过专用写入器将应用程序写入序存储器供应状态。用户可通过专用写入器将应用程序写入OTPROMOTPROM中，但只中，但只允许写入一次。允许写入一次。FlashROM(MTPROMFlashROM(MTPROM)供应状态。供应状态。一种可由用户多次编程写入的程序存储器供一种可由用户多次编程写入的程序存储器供应状态。与应状态。与EPROMEPROM相比，不需紫外线擦除，成本低，开发调试十分方便，是目相比，不需紫外线擦除，成本低，开发调试十分方便，是目前
19、大力发展的一种供应状态，有替代前大力发展的一种供应状态，有替代EPROMEPROM的趋势，能满足一般应用系统要求，的趋势，能满足一般应用系统要求，如如AT89C51AT89C51、AT89C52AT89C52、P89C58P89C58等。等。1.1.3 单片微型计算机的分类单片微型计算机的分类 Page 141.1 1.1 单片机概述单片机概述 MCS-51MCS-51是美国是美国IntelIntel公司的公司的8 8位高档单片机系列，也是我国目前应位高档单片机系列，也是我国目前应用最为广泛的一种单片机系列。用最为广泛的一种单片机系列。8051/80C518051/80C51是整个是整个MCS
20、-51MCS-51系列单系列单片机的核心，该系列其他型号的单片机都是在这一内核的基础上片机的核心，该系列其他型号的单片机都是在这一内核的基础上发展起来的。发展起来的。MCS-51MCS-51单片机系列分为单片机系列分为5151和和5252子系列，并以芯片型号的末位数字子系列，并以芯片型号的末位数字加以标识。其中，加以标识。其中，5151子系列子系列是基本型，而是基本型，而5252子系列子系列是增强型。是增强型。单片机型号带有字母单片机型号带有字母“C”C”的，表示该单片机采用的是的，表示该单片机采用的是CHMOSCHMOS工艺工艺，具有低功耗的特点。具有低功耗的特点。80518051的功耗为的
21、功耗为630mW630mW，而，而80C5180C51的功耗只有的功耗只有120mW120mW。1.1.4 MCS-51系列单片机系列单片机Page 151.1 1.1 单片机概述单片机概述1.1.4 MCS-51系列单片机系列单片机MCS-51系列单片机技术参数表系列单片机技术参数表子系列子系列片内片内ROM形式形式片内片内ROM片内片内RAM寻址寻址范围范围I/O特性特性中中断断源源无无ROMEPROMFLASH定时器定时器 并行口并行口 串行口串行口51 子子系列系列80318051875189514KB128B264KB216481580C31 80C51 87C51 89c514KB
22、128B264KB216481552 子子系列系列80328052875289528KB256B264KB316481680C32 80C52 87C52 89c528KB256B264KB3164816Page 161 1个个8 8位微处理器位微处理器(CPU)(CPU)。1 1个时钟电路。个时钟电路。4KB4KB程序存储器。程序存储器。256B256B数据存储器。数据存储器。2 2个个1616位定时位定时/计数器。计数器。64KB64KB扩展总线控制电路。扩展总线控制电路。4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O接口接口P0P0P3P3。1 1个全双工串行个全双工串行I/OI/O接口。接口
23、。5 5个中断源，其中包括个中断源，其中包括2 2个优先级嵌套中断。个优先级嵌套中断。片内采用单总线结构。片内采用单总线结构。用单一用单一+5V+5V电源。电源。1.2 MCS-511.2 MCS-51单片机功能及结构单片机功能及结构1.2.1 8051单片单片机功能综述机功能综述 Page 171.2 MCS-51单片机功能及结构单片机功能及结构1.2.2 8051单片单片机结构框图机结构框图 组成：组成：由由CPUCPU系统、系统、CPUCPU外围单元、基本功能单元等组成，各组成部外围单元、基本功能单元等组成，各组成部分通过内部单一总线相连。分通过内部单一总线相连。Page 18 1 1、
24、CPUCPU系统系统(核心核心)组成：组成：包括包括CPUCPU、时钟系统、总线控制逻辑。、时钟系统、总线控制逻辑。(1)CPU(1)CPU：是专门为面向测控对象、嵌入式应用特点而设计的，是专门为面向测控对象、嵌入式应用特点而设计的，有突出控制功能的指令系统。有突出控制功能的指令系统。(2)(2)时钟系统：时钟系统：主要满足主要满足CPUCPU及片内各单元电路对时钟的要求，及片内各单元电路对时钟的要求，对对80C5180C51单片机还要满足功耗管理对时钟系统电路的可控要求。单片机还要满足功耗管理对时钟系统电路的可控要求。(3)(3)总线控制逻辑：总线控制逻辑：主要用于管理外部并行总线的时序以及
25、主要用于管理外部并行总线的时序以及系统复位控制。系统复位控制。1.2 MCS-51单片机功能及结构单片机功能及结构1.2.2 8051单片单片机结构框图机结构框图 Page 191.2 MCS-51单片机功能及结构单片机功能及结构1.2.2 8051单片单片机结构框图机结构框图 2 2、CPUCPU外围单元外围单元 功能：功能：与与CPUCPU运行直接相关的单元电路，与运行直接相关的单元电路，与CPUCPU构成单片机构成单片机的最小系统。的最小系统。组成：组成：包括程序存储器包括程序存储器ROMROM、数据存储器、数据存储器RAMRAM、输入、输入/输出输出(I/O)(I/O)口、操作管理寄存
26、器口、操作管理寄存器SFR(SFR(特殊功能寄存器特殊功能寄存器)。说明：说明：(1)ROM(1)ROM：其供应状态有：其供应状态有MaskROMMaskROM、EPROMEPROM、ROMLessROMLess。早期的。早期的MCS-51MCS-51系列中的系列中的80318031为为ROMLessROMLess型，型，87518751为为EPROMEPROM型，型，80518051为为MaskROMMaskROM型。型。Page 201.2 MCS-51单片机功能及结构单片机功能及结构1.2.2 8051单片单片机结构框图机结构框图 2 2、CPUCPU外围单元外围单元 说明：说明：(2)
27、RAM：寻址范围为：寻址范围为00H7FH，它包括通用寄存器区、位，它包括通用寄存器区、位寻址区、用户寻址区、用户RAM区。区。80HFFH为特殊功能寄存器区。为特殊功能寄存器区。(3)4个个8位位I/O端口：分别为端口：分别为P0、P1、P2、P3口。口。(4)SFR：位于：位于80HFFH中，重要控制、指挥单元。中，重要控制、指挥单元。CPU对对所有片内功能单元的操作、控制都是通过对所有片内功能单元的操作、控制都是通过对SFR访问实现的。访问实现的。Page 211.2 MCS-51单片机功能及结构单片机功能及结构1.2.2 8051单片单片机结构框图机结构框图 3 3、基本功能单元、基本
28、功能单元 功能：功能：满足单片机测控功能要求的基本计算机外围电路，满足单片机测控功能要求的基本计算机外围电路，用来完善和扩大计算机的功能用来完善和扩大计算机的功能 组成：组成：包括定时包括定时/计数器、中断系统、串行通信接口等。计数器、中断系统、串行通信接口等。说明：说明：(1)80C51(1)80C51有两个有两个1616位定时位定时/计数器计数器 (T0(T0和和T1)T1)。作用：作用：可以作为内部定时器或外部脉冲计数器使用。作内可以作为内部定时器或外部脉冲计数器使用。作内部定时器时，是靠对时钟振荡器的部定时器时，是靠对时钟振荡器的1212分频脉冲计数方式实现定时分频脉冲计数方式实现定时
29、的；做为计数器时，外部脉冲通过引脚的；做为计数器时，外部脉冲通过引脚T0(P3.4)T0(P3.4)、T1(P3.5)T1(P3.5)输入。输入。Page 221.2 MCS-51单片机功能及结构单片机功能及结构1.2.2 8051单片单片机结构框图机结构框图 3 3、基本功能单元、基本功能单元 说明：说明：(1)80C51(1)80C51有两个有两个1616位定时位定时/计数器计数器 (T0(T0和和T1)T1)。(2)(2)中断系统：中断系统：有有5 5个中断源，即两个外部中断源、两个定个中断源，即两个外部中断源、两个定时时/计数器计数器T0T0、T1T1溢出中断源和一个串行通信发送溢出中
30、断源和一个串行通信发送/接收完毕的中接收完毕的中断源。五个中断源有高级、低级两种优先状态。两个外部中断源断源。五个中断源有高级、低级两种优先状态。两个外部中断源由引脚由引脚(P3.2)(P3.2)、(P3.3)(P3.3)输入。输入。(3)(3)一个带有移位寄存器工作方式的通用异步收发器一个带有移位寄存器工作方式的通用异步收发器UARTUART ：既可用作串行通信，还可以用于移位寄存器方式的串行外围扩展。既可用作串行通信，还可以用于移位寄存器方式的串行外围扩展。其接口分别为其接口分别为RXD(P3.0)RXD(P3.0)、TXD(P3.1)TXD(P3.1)。Page 23CPUCPU是单片机
31、的核心部件，其功能是产生控制信号，把数据是单片机的核心部件，其功能是产生控制信号，把数据从存储器或输入口传送到从存储器或输入口传送到CPUCPU或反向传送，还可以对输入数据进或反向传送，还可以对输入数据进行算术逻辑运算以及位操作处理。它由运算器、控制器等部件组行算术逻辑运算以及位操作处理。它由运算器、控制器等部件组成。成。一、运算器一、运算器 它以算术它以算术/逻辑部件逻辑部件ALUALU为核心，加上累加器为核心，加上累加器ACCACC、暂存寄存器、暂存寄存器、程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSWPSW以及布尔处理器、以及布尔处理器、BCDBCD码运算调整电路等构码运算调整电路等构成了整个运
32、算器逻辑电路。成了整个运算器逻辑电路。1.3 8051单片机内部结构单片机内部结构1.3.1 8051单片单片机机CPU结构结构 Page 241.3 8051单片机内部结构单片机内部结构1.3.1 8051单片单片机机CPU结构结构 一、运算器一、运算器 1 1、累加器、累加器ACCACC 8 8位位寄存器寄存器，它通过暂存器和，它通过暂存器和ALUALU相连，是相连，是CPUCPU中最繁忙的寄中最繁忙的寄存器。在进行算术、逻辑运算时，运算器的一个输入多为存器。在进行算术、逻辑运算时，运算器的一个输入多为ACCACC的的输出，而运算结果又大多数送到输出，而运算结果又大多数送到ACCACC中。
33、在指令系统中中。在指令系统中ACCACC的助记的助记符为符为A A。2 2、算术逻辑部件、算术逻辑部件ALUALU ALUALU用来完成二进制的四则运算和布尔代数的逻辑运算。此用来完成二进制的四则运算和布尔代数的逻辑运算。此外通过对运算结果判断，影响程序状态字的有关位。外通过对运算结果判断，影响程序状态字的有关位。3 3、通用寄存器、通用寄存器B B 8 8位位寄存器寄存器，专为乘、除法而设置的寄存器。，专为乘、除法而设置的寄存器。Page 251.3 8051单片机内部结构单片机内部结构1.3.1 8051单片单片机机CPU结构结构 3 3、程序状态字寄存器、程序状态字寄存器PSW PSW
34、8 8位寄存器，用来存放运算结果的一些特征。字节地址位寄存器，用来存放运算结果的一些特征。字节地址(D0H)(D0H)。D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0HCyACF0RS1RS0OVF1P Cy：进位标志。在进行加法：进位标志。在进行加法(或减法或减法)运算时，若运算结果最高位有进位运算时，若运算结果最高位有进位(或或借位借位)，则，则Cy=1，否则，否则Cy=0，在进行位操作时，在进行位操作时，Cy作为位操作累加器。作为位操作累加器。AC：半进位标志：半进位标志(或辅助进位或辅助进位)。在进行加法。在进行加法(或减法或减法)运算时，若低半字节向运算时，若低半字节向高半字节有进位
35、高半字节有进位(或借位或借位)，则，则AC=1，否则，否则AC=0，AC还作为还作为BCD码运算调整时码运算调整时的判别位。的判别位。F0：用户标志位。由用户置位、复位，作为软件标志。：用户标志位。由用户置位、复位，作为软件标志。Page 261.3 8051单片机内部结构单片机内部结构1.3.1 8051单片单片机机CPU结构结构 3 3、程序状态字寄存器、程序状态字寄存器PSW PSW 8 8位寄存器，用来存放运算结果的一些特征。字节地址位寄存器，用来存放运算结果的一些特征。字节地址(D0H)(D0H)。D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0HCyACF0RS1RS0OVF1P R
36、S1 RS1、RS0RS0：工作寄存器指针。用来选择当前的工作寄存器组。由用户：工作寄存器指针。用来选择当前的工作寄存器组。由用户通过指令改变通过指令改变RS1RS1、RS0RS0的组合，以选择当前的工作寄存器组。的组合，以选择当前的工作寄存器组。RS1RS1RS0RS0寄存器组寄存器组片内片内RAMRAM地址地址0 00 0第第0 0组组00H00H07H07H0 01 1第第1 1组组08H08H0FH0FH1 10 0第第2 2组组10H10H17H17H1 11 1第第3 3组组18H18H1FH1FHPage 271.3 8051单片机内部结构单片机内部结构1.3.1 8051单片单
37、片机机CPU结构结构 3 3、程序状态字寄存器、程序状态字寄存器PSW PSW 8 8位寄存器，用来存放运算结果的一些特征。字节地址位寄存器，用来存放运算结果的一些特征。字节地址(D0H)(D0H)。D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0HCyACF0RS1RS0OVF1P OV OV：溢出标志。反映运算结果是否溢出，溢出时，：溢出标志。反映运算结果是否溢出，溢出时，OV=1OV=1，否则，否则OV=0OV=0。溢。溢出是指有符号数进行运算时，结果超出了出是指有符号数进行运算时，结果超出了+127+127-128-128；而进位是指两个无符；而进位是指两个无符号数最前一位号数最前一位(
38、第第7 7位位)相加相加(或相减或相减)时有进位时有进位(或有借位或有借位)。F1F1：用户标志位，同：用户标志位，同F0F0。P P：奇偶标志。反映：奇偶标志。反映A A中的内容的奇偶性，若中的内容的奇偶性，若A A中有奇数个中有奇数个1 1则则P=1P=1，否则，否则P=0P=0。Page 281.3 8051单片机内部结构单片机内部结构1.3.1 8051单片单片机机CPU结构结构 一、运算器一、运算器 二、控制器二、控制器说明：说明：控制器是控制器是CPUCPU的大脑中枢，它包括定时控制逻辑、指令的大脑中枢，它包括定时控制逻辑、指令寄存器、指令译码器、数据指针寄存器、指令译码器、数据指
39、针DPTRDPTR、程序计数器、程序计数器PCPC、堆栈指针、堆栈指针SPSP以及地址寄存器、地址缓冲器等。以及地址寄存器、地址缓冲器等。功能：功能：对程序指令逐条译码，并通过定时和控制电路在规定的对程序指令逐条译码，并通过定时和控制电路在规定的时刻发出各种操作所需的内部和外部控制信号，协调各部分的工时刻发出各种操作所需的内部和外部控制信号，协调各部分的工作，完成指令所规定的操作。作，完成指令所规定的操作。Page 291.3 8051单片机内部结构单片机内部结构1.3.1 8051单片单片机机CPU结构结构 一、运算器一、运算器 二、控制器二、控制器1 1、程序计数器、程序计数器PC(Pro
40、gramPC(Program Counter)Counter)功能：功能：和一般微机相同，它用来存放下一条要执行指令的地和一般微机相同，它用来存放下一条要执行指令的地址，当一条指令按照址，当一条指令按照PCPC所指的地址从存储器中取出后，所指的地址从存储器中取出后，PCPC会自动会自动加加1 1，即指向下一条指令。，即指向下一条指令。2 2、堆栈指针、堆栈指针SP(StackSP(Stack Pointer)Pointer)SPSP在片内在片内RAM 128RAM 128个字节中开辟栈区，并随时跟踪栈顶地址。个字节中开辟栈区，并随时跟踪栈顶地址。它是按它是按“先进后出先进后出”的原则进行存取数
41、据的，开机复位后，单片的原则进行存取数据的，开机复位后，单片机栈底地址为机栈底地址为07H07H。Page 301.3 8051单片机内部结构单片机内部结构1.3.1 8051单片单片机机CPU结构结构 一、运算器一、运算器 二、控制器二、控制器1 1、程序计数器、程序计数器PC(ProgramPC(Program Counter)Counter)2 2、堆栈指针、堆栈指针SP(StackSP(Stack Pointer)Pointer)3 3、指令译码器、指令译码器 当指令送入指令译码器后，由译码器对该指令进行译码，即当指令送入指令译码器后，由译码器对该指令进行译码，即把指令转变成所需的电平
42、信号，以便计算机能正确执行程序所要把指令转变成所需的电平信号，以便计算机能正确执行程序所要求的各种操作。求的各种操作。4 4、数据指针、数据指针DPTRDPTR 由于由于80C5180C51系列单片机可以外接系列单片机可以外接64K64K的的RAMRAM和和I/OI/O接口电路，故接口电路，故单片机内设置了单片机内设置了1616位的数据指针位的数据指针DPTRDPTR。它可以对。它可以对64K64K外部外部RAMRAM和和I/OI/O口进行寻址。它的高口进行寻址。它的高8 8位为位为DPHDPH，地址为，地址为83H83H，低，低8 8位为位为DPLDPL，地，地址为址为82H82H。Page
43、 311.3 8051单片机内部结构单片机内部结构1.3.1 8051单片单片机机CPU结构结构 一、运算器一、运算器 二、控制器二、控制器三、三、80C5180C51时钟系统时钟系统 时钟电路设计有两种方式：内部时钟方式和外部时钟方式。时钟电路设计有两种方式：内部时钟方式和外部时钟方式。1 1、内部时钟方式、内部时钟方式 80C5180C51单片机的时钟系统是一个内含振荡电路、外接谐振器、单片机的时钟系统是一个内含振荡电路、外接谐振器、可关断控制的时钟系统。可关断控制的时钟系统。2 2、外部时钟方式、外部时钟方式 Page 321.3 8051单片机内部结构单片机内部结构1.3.1 8051
44、单片单片机机CPU结构结构 C1C1和和C2C2一般取一般取30pF30pF左右，振荡频率范围是左右，振荡频率范围是1.2MHz1.2MHz12MHz12MHz。内部时钟方式内部时钟方式Page 331.3 8051单片机内部结构单片机内部结构1.3.1 8051单片单片机机CPU结构结构 外部时钟方式外部时钟方式 Page 341.3 8051单片机内部结构单片机内部结构1.3.1 8051单片单片机机CPU结构结构 一、运算器一、运算器 二、控制器二、控制器三、三、80C5180C51时钟系统时钟系统四、四、CPUCPU时序时序 1 1、振荡周期、振荡周期 为单片机提供定时信号的振荡源的周
45、期为单片机提供定时信号的振荡源的周期(其振荡频率为其振荡频率为f fOSCOSC)。2 2、时钟周期、时钟周期(状态周期、状态时间状态周期、状态时间S)S)它是振荡周期的它是振荡周期的2 2倍，分为倍，分为P1P1节拍和节拍和P2P2节拍，节拍，P1P1节拍通常完节拍通常完成成算术逻辑操作算术逻辑操作，而，而内部寄存器间传送内部寄存器间传送通常在通常在P2P2节拍完成。节拍完成。Page 351.3 8051单片机内部结构单片机内部结构1.3.1 8051单片单片机机CPU结构结构 四、四、CPUCPU时序时序 1 1、振荡周期、振荡周期 2 2、时钟周期、时钟周期(状态周期、状态时间状态周期
46、、状态时间S)S)3 3、机器周期、机器周期 一个机器周期由一个机器周期由6 6个状态个状态(12(12个振荡脉冲个振荡脉冲)组成，若把一条指组成，若把一条指令的执行过程分成几个基本操作，则令的执行过程分成几个基本操作，则完成一个基本操作所需的时完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。间称为机器周期。4 4、指令周期、指令周期 指执行一条指令所占用的全部时间，通常由指执行一条指令所占用的全部时间，通常由1 14 4个机器周期个机器周期组成。组成。Page 361.3 8051单片机内部结构单片机内部结构1.3.2 存储器结构存储器结构 普林斯顿型：普林斯顿型：只有一个存储器逻辑空间，可随意安排
47、只有一个存储器逻辑空间，可随意安排ROMROM或或RAMRAM，访，访问时用同一种指令。问时用同一种指令。哈佛型结构：哈佛型结构：将将ROMROM和和RAMRAM分开并有各自的寻址机构和寻址方式分开并有各自的寻址机构和寻址方式（80C5180C51系列单片机）。系列单片机）。80C5180C51单片机在物理单片机在物理上有上有4 4个存储空间的个存储空间的结构：结构：Page 371.3 8051单片机内部结构单片机内部结构1.3.2 存储器结构存储器结构 一、程序存储器一、程序存储器ROMROM 功能：功能：用于存放程序指令，数据和表格常数等，实现取数、用于存放程序指令，数据和表格常数等，实
48、现取数、查表、指令等操作。查表、指令等操作。各类各类ROMROM存在方式说明：存在方式说明：80C51BH80C51BH有有4K4K片内片内ROMROM，片内地址为，片内地址为0000H0000H0FFFH0FFFH，87C51BH87C51BH在同样的地址空间有在同样的地址空间有4K4K片内片内EPROMEPROM，80C31BH80C31BH的片内无的片内无ROMROM。显然在使用。显然在使用80C31BH80C31BH时，系统需在片外扩时，系统需在片外扩展展ROMROM。对于。对于80C51BH80C51BH和和87C51BH87C51BH构成的系统，当构成的系统，当4K4K程序存储器空
49、程序存储器空间不够用时，需向片外扩展。间不够用时，需向片外扩展。Page 381.3 8051单片机内部结构单片机内部结构1.3.2 存储器结构存储器结构 一、程序存储器一、程序存储器ROMROM入口地址入口地址说明说明0003H 0003H 外部中断外部中断0 0入口地址入口地址 000BH 000BH T0T0溢出中断入口地址溢出中断入口地址 0013H 0013H 外部中断外部中断1 1入口地址入口地址 001BH 001BH T1T1溢出中断入口地址溢出中断入口地址 0023H 0023H 串行口中断入口地址串行口中断入口地址 在在ROMROM中有一个固定的中断源入口地址区。这些入口地
50、址不得随中有一个固定的中断源入口地址区。这些入口地址不得随意被其他程序指令占用。意被其他程序指令占用。80C5180C51的的5 5个中断源的入口地址如下表所示：个中断源的入口地址如下表所示：Page 391.3 8051单片机内部结构单片机内部结构1.3.2 存储器结构存储器结构 一、程序存储器一、程序存储器ROMROM ROMROM的操作有：的操作有：(1)(1)程序指令的自主操作。程序指令的自主操作。程序按照程序按照PCPC指针顺序操作或转移操作。指针顺序操作或转移操作。(2)(2)表格常数的查表操作。表格常数的查表操作。80C5180C51中查表操作指令为中查表操作指令为MOVCMOV
