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1、第2章 MCS-51单片机的资源配置,主要内容 MCS-51单片机的在片资源及外部特性 MCS-51单片机的存储器系统 MCS-51单片机的时钟电路与复位电路 MCS-51单片机的低功耗工作方式,2.1 MCS-51单片机的在片资源及外部特性2.1.1 MCS-51单片机的在片资源,( 图中“/” 两边分别为基本型和增强型 ),51子系列的配置如下： 1个8位CPU； 1个片内振荡频率为1.212 MHz的振荡器及时钟电路； 128个字节的片内RAM； 4KB的片内程序ROM； 4个8位并行I/O口P0，P1，P2，P3； 1个全双工串行I/O口； 2个16位定时器/计数器； 5个中断源，分为
2、2个优先级。,ALE/PROG： ALE 地址锁存允许。 ALE输出脉冲的频率为振荡频率的1/6。 PROG 对8751单片机片内 EPROM 编程时，编程脉冲由该引脚引入。 PSEN ：程序存储器允许。输出读外部程序存储器的选通信号。 EA/VPP： EA =0，单片机只访问外部程序存储器。 EA =1，单片机访问内部程序存储器。 在8751单片机片内EPROM编程期间，此引脚引入21V编程电源VPP。,P0.0P0.7：P0口，数据/低八位地址复用总线端口。 P1.0P1.7：P1口，静态通用端口。 P2.0P2.7：P2口，高八位地址总线端口。 P3.0P3.7：P3口，双功能静态端口。
3、,51系列单片机的精简版105120514051型号只有20个引脚，如图所示。它们内部有一个模拟比较器，相比较的模拟信号由P1.0（AIN0）和P1.1（AIN1）输入，而模拟比较器的输出由P3.6输入，在内部已连接，因此外部无P3.6引脚。,2.2 MCS-51单片机的存储器系统,存储器可分为程序存储器和数据存储器。 程序存储器 用来存放程序； 以及始终要保留的常数。 数据存储器 存放程序运行中所需要的变量。 从物理空间看,MCS-51有四个存储器空间： 片内数据存储器、片内程序存储器 片外数据存储器、片外程序存储器,存储器地址空间结构： 普林斯顿结构 ROM和RAM在同一地址空间； 哈佛结
4、构 ROM和RAM在不同地址空间； MCS-51系列单片机采用哈佛结构。,MCS-51存储器物理结构,从逻辑上看,MCS-51有三个存储器空间： 程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器,2.2.1 程序存储器,程序存储器用来存放程序和常数。以程序计数器PC作为地址指针，地址总线为16位，可寻址的地址空间为64KB。 在8051/8751/89C51 片内，分别内置最低地址空间的4KB ROM/EPROM程序储存器（内部程序储存器），而8031无内部程序储存器，必须外部扩展EPROM。 MCS-51单片机中64KB内、外程序储存器的地址是统一编排的。 访问程序存储器使用MOVC指令。,程序存
5、储器中的几个特殊地址的使用： 地址 用途 0000H 复位操作后的程序入口 0003H 外部中断0服务程序入口 000BH 定时器0中断服务程序入口 0013H 外部中断1服务程序入口 001BH 定时器1中断服务程序入口 0023H 串行口中断服务程序入口,2.2.2 数据存储器,1.片外数据存储器 用于存放随机读写的数据。 外部I/O口地址影像区。 MCS-51单片机的外部数据存储器和外部I/O口实行统一编址 ，并使用相同的作选通控制信号，均使用 MOVX 指令访问。 MCS-51 单片机最多可扩展64KB外部数据存储器,2.片内数据储存器 存放随机读写的数据 通用寄存器区 堆栈区 运算操
6、作数存放区 指令（算术运算、逻辑运算、位操作运算等）的操作数只能在此地址空间或特殊功能寄存器地址空间。 内部数据存储器的地址分配 51 系列单片机内部数据存储器地址范围为007FH。 （1）地址 01FH的前32个单元称为寄存器区 用途： 作通用寄存器R0R7。 R0与R1可作间址寄存器使用。,内部数据存储器,使用时应注意： 32个单元的寄存器区分为四组，使用时只能选其中一组寄存器。 寄存器的选组由程序状态字PSW的RS1和RS0位定。 RS1 RS0 选寄存器组 0 0 0组 0 1 1组 1 0 2组 1 1 3组 初始化时或复位时，自动选中0组。 一旦选中一组，其它三组只能作为数据存储器
7、使用，而不能作为寄存器使用。 设置多组寄存器可以方便保护现场。,（2）20H2FH为位地址区 共16个单元，每单元有八个位，每位有一个位地址，共128位，位地址范围为00H7FH，该区既可位寻址，又可字节寻址。 如 MOV 20H，C (这里C是Cy进位标志位），该指令是将Cy内容送20H位,如果Cy1，位20H值为“1”。 （3）除选中的寄存组以外的存储器均可以作为通用RAM区。,3.特殊功能寄存器 MCS-51单片机共有21个字节的特殊功能寄存器用英文缩写SFR（Special Function Register）表示。 用途： A 累加器、状态标志寄存器 单片机内部各部件专用的控制、状态
8、寄存器 并行口、串行口影射寄存器 地址空间： 21个特殊功能器不连续的分布在80HFFH 128个字节地址空间。 地址能被8整除的为可位寻址的寄存器。,特殊功能寄存器地址表,A 累加器 B 寄存器，常用于乘除法运算。 PSW 程序状态字。主要起着标志寄存器的作用。,位地址,位名称,CY：进/借位标志,AC：辅助进/借位标志,FO：用户标志位。可由用户设定其含义。,RS1，RS0：工作寄存器组选择位。,OV：溢出标志,P：奇偶标志,运算结果有奇个“1”，P=1； 运算结果有偶个“1”，P=0。,SP 堆栈指针 堆栈设在片内RAM中，每次操作为8位二进制数 堆栈是向着地址大的方向形成的 系统复位后
9、，SP=07H,DPTR 数据指针寄存器 主要用于片外数据存储器的访问以及在程序存储器中取常数的操作。DPTR可分成DPL和DPH两个8位寄存器分别使用。,P0 P1 P2 P3 I/O端口寄存器 是四个并行I/O端口映射入SFR中的寄存器。通过对该寄存器的读/写，可实现从相应I/O端口的输入/输出。 例如：指令 MOV P1，A实现了把A累加器中的内容从P1端口输出的操作。指令MOV A，P3实现了把P3端口线上的信息输入到A中的操作。,此外还有如下寄存器，它们将在后面章节介绍： IP中断优先级控制寄存器。 IE中断允许控制寄存器。 TMOD定时器/计数器方式控制寄存器。 TCON定时器/计
10、数器控制寄存器。 TH0，TL0定时器/计数器0。 TH1，TL1定时器/计数器1。 SCON串行端口控制寄存器。 SBUF串行数据缓冲器。 PCON电源控制寄存器。,注：在52子系列中，高128字节RAM和SFR的地址是重叠的，究竟访问哪一块可通过不同的寻址方式加以区分，访问高128字节RAM采用寄存器间址，访问SFR则只能采用直接寻址，访问低128字节RAM时，两种寻址均可采用。,内部振荡方式： 在引脚 XTAL1和 XTAL2外 接晶体振荡器（简称晶振）如 图所示。,单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作时间基准，8XX51单片机的时钟信号通常有两种电路形式： 内部振荡方式和外部振荡
11、方式。,电容器C01、C02起 稳定振荡频率、快速起振的作用。电容值一般为 530PF。,2.3 MCS-51单片机的时钟电路与复位电路2.3.1 时钟电路,由于单片机内部有一个高增益运算放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。,外部振荡方式是把 已有的时钟信号引入单 片机。这种方式适宜用 于使单片机的时钟与外 部信号保持一致。外部 振荡方式如图所示。,对HMOS的单片机（8031、8031AH等）外部时钟信号由XTAL2引入，对于CHMOS的单片机（8XCXX），外部时钟由XTAL1引入。,2.3.2 基本时序单位,单片机的时序单位有： 振荡周期：晶振的振荡周期，又称时钟
12、周期，为最小的时序单位。 状态周期：振荡频率经单片机内的二分频器分频后提供给片内CPU的时钟周期。因此，一个状态周期包含2个振荡周期。 机器周期（MC）：1个机器周期由6个状态周期及12个振荡周期组成。是计算机执行一种基本操作的时间单位。,指令周期 执行一条指令所需的时间。一个指令周期由14个机器周期组成，依据指令不同而不同。 4种时序单位中，振荡周期和机器周期是单片机内计算其他时间值（例如，波特率、定时器的定时时间等）的基本时序单位。 例：单片机外接晶振频率12MHZ时的各种时序单位： 振荡周期=1/fosc=1/12MHZ=0.0833us 状态周期=2/fosc=2/12MHZ=0.16
13、7us 机器周期=12/fosc=12/12MHZ=1us 指令周期=(14)机器周期=14us,2.3.3 复位电路,复位操作则使单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。 当MCS-51系列单片机的复位引脚 RST出现 5ms以上的高电平时，单片机就完成了复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。 复位操作通常有2种基本形式： 上电复位 开关复位。,上电后，由于电容充电，使 RST持续一段高电平时间。当单片 机已在运行过程中时，按下复位键 也能使 RST持续一段时间的高电平， 从而实现上电且开关复位的操作。 通常选择: C=10f ,R=10K。 RST
14、RST RST RST,上电复位要求接通电源后，自动实现复位。 开关复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机复位。 常用的上电且开关复位电路如 图所示。,复位电路,单片机的复位操作是使SFR寄存器进入初始化，不改变片内RAM区中的内容。 主要特殊功能寄存器复位状态归纳如下： PC=0000H SP=07H P0P3口各位的输出锁存器置“” 除SBUF不定，IP、IE和PCON有效位为零外，其他特殊功能寄存器清零,电源控制寄存器PCON,掉电方式 PD=1 时进入掉电方式，只有硬件复位可以退出这种方式。,等待工作方式（休眠状态） IDL=1 时进入空闲方式，CPU得不
15、到时钟，任何的中断或硬件复位可以退出这种方式。,2.4 MCS-51单片机的低功耗工作方式,PCON,小 结,本章重点是单片机的内部结构和存储器结构 51系列单片机内部包含： 一个8位的CPU。 4KB程序存储器ROM（视不同产品型号不同：8031内部无ROM；8051内部为掩模式ROM；8751为EPROM；89C51内部为FLASH EEPROM）。 128字节RAM数据存储器。 两个16位定时器/计数器。,可寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存 储器空间的控制电路。 32条可编程的I/O线（四个8位并行I/O端口）。 一个可编程全双工串行口。 具有两个优先级嵌套中断结构的五个中断源。 掌握51系列单片机各存储空间的地址分配，使用特点及数据操作方法。它是编程和硬件扩展的基础，相当重要，务必要熟记和掌握。,
