教学课件第2章硬件结构

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1、第第2 2章章 单片机硬件结构单片机硬件结构单片机原理及应用2.1 逻辑结构及信号引脚逻辑结构及信号引脚2.2 内部存储器内部存储器2.3 并行输入并行输入/输出口电路输出口电路 2.4 电路与时序电路与时序 2.5 工作方式工作方式8/8/202412.1.1 结构框图结构框图2.1.2 内部逻辑结构内部逻辑结构2.1.3 信号引脚信号引脚2.1 逻辑结构及信号引脚逻辑结构及信号引脚8/8/202422.1.1 结构框图结构框图8031无无8/8/202432.1.2 内部逻辑结构内部逻辑结构CPU运算器电路运算器电路CPU控制器电路控制器电路CPU控制器电路控制器电路8/8/2024480

2、C518/8/20245 MCS51 CPU CPU内部结构：内部结构：（1）运算器电路：）运算器电路：算术逻辑单元算术逻辑单元ALU、累加器、累加器ACC、寄存器、寄存器B、程序、程序状态字状态字PSW和和2个暂存器等。个暂存器等。算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元ALU ( 8位位 )： +、算术运算，与、或、非、异或逻辑运算，循环移位、位处理。算术运算，与、或、非、异或逻辑运算，循环移位、位处理。（2）控制器电路：）控制器电路：程序计数器程序计数器PC、PC+1寄存器、指令寄存器、指令寄存器、指令寄存器、指令译码器、定时与控制电路等。译码器、定时与控制电路等。 8/8/202462.1.3

3、 信号引脚信号引脚1、I/O口线功能口线功能 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 P3.0P3.72、控制线控制线ALE：地址锁存允许信号端地址锁存允许信号端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号端/ 编程电源输入端编程电源输入端 为多功能引脚，可自动切换用作数为多功能引脚，可自动切换用作数据总线、地址总线、控制总线和或据总线、地址总线、控制总线和或I/O 接接口外部引脚。口外部引脚。 80C518/8/202472、控制线控制线RST/VP

4、D：复位信号端和后备电源输入端。复位信号端和后备电源输入端。输入输入10ms以上以上高电平脉冲高电平脉冲，单片机复位。，单片机复位。VPD使用后备电源，可实现掉电保护使用后备电源，可实现掉电保护。3、电源及时钟引线电源及时钟引线 工作电源：工作电源：VCC、VSS 时钟输入：时钟输入：XTAL1、XTAL2。复位电路：复位电路：（1）上电复位）上电复位 （2）外部信号复位）外部信号复位RESET+5V2001K30F F单片机单片机RST8/8/202482.2.1 2.2.1 内部数据存储器低内部数据存储器低128128单元单元2.2.2 2.2.2 内部数据存储器高内部数据存储器高1281

5、28单元单元2.2.3 2.2.3 堆栈操作堆栈操作2.2.4 2.2.4 内部程序存储器内部程序存储器2.2.5 2.2.5 存储器结构特点存储器结构特点2.2 内部存储器内部存储器8/8/20249 低低128单元是单片机的真单元是单片机的真正正RAM存储器。存储器。2.2.1 2.2.1 内部数据存储器低内部数据存储器低128128单元单元8/8/202410分为三个区域：分为三个区域：1 寄存器区：寄存器区： 4组寄存器（寄存器阵列）。组寄存器（寄存器阵列）。即即4个工作寄存器个工作寄存器0区区3区。每组区。每组8个寄存单元（每单元个寄存单元（每单元8位），以位），以R0R7作寄存器名

6、，暂存运算数据作寄存器名，暂存运算数据和中间结果。和中间结果。 字节地址为字节地址为00H1FH。2 位寻址区位寻址区 ： 字节地址为字节地址为20H2FH，既可，既可作作RAM，也可位操作。，也可位操作。 共有共有16个个RAM单元，共单元，共128位，位地址为位，位地址为00H7FH。3 用户用户RAM区：区： 32个单元，地址为个单元，地址为30H7FH，在一般应用中常作在一般应用中常作堆栈区堆栈区。 用用PSW中的两位中的两位PSW.4和和PSW.3来切换工作寄存器区，选用一来切换工作寄存器区，选用一个工作寄存器区进行读写操作个工作寄存器区进行读写操作。字字节节地地址址位地址位地址8/

7、8/2024118/8/2024122.2.2 2.2.2 内部数据存储器高内部数据存储器高128128单元单元 内部内部RAM的高的高128单元单元 专用寄存器专用寄存器( (SFR) )区区 地址为地址为80HFFH（也称特殊功能寄存器）（也称特殊功能寄存器）8/8/2024138/8/202414其字节地址可被其字节地址可被8整除。整除。 专用寄存器：专用寄存器： A、B、PSW、DPTR、SP。 I/O接口寄存器：接口寄存器： P0、P1、P2、P3、SBUF、TMOD、TCON、SCON 有有2套地址套地址字节地址：字节地址：只只2121个有效（其中仅个有效（其中仅1111个有位地址

8、）个有位地址）位地址：位地址：只只8383位有效位有效1、SFR（80HFFH）介绍：）介绍：字字节节地地址址位地址位地址8/8/202415 (1) (1) 程序计数器程序计数器PC（16位）：位）： CPU总是按总是按PC的指示读取程序。的指示读取程序。PC是一个是一个16位的计位的计数器。其内容为将要执行的指令地址（即下一条指令地址）数器。其内容为将要执行的指令地址（即下一条指令地址），可自动加，可自动加1。因此。因此CPU执行程序一般是顺序方式。当发生执行程序一般是顺序方式。当发生转移、子程序调用、中断和复位等操作，转移、子程序调用、中断和复位等操作，PC被强制改写，被强制改写，程序执

9、行顺序也发生改变。程序执行顺序也发生改变。复位时，复位时，PC=0000H。(2) (2) 累加器累加器Acc（8位）：位）： 需要需要ALU处理的数据和计算结果多数要经过累加器处理的数据和计算结果多数要经过累加器A。8/8/202416(3) (3) 寄存器寄存器B （8位）：位）： 与与A累加器配合执行乘、除运算。也可用作通用寄累加器配合执行乘、除运算。也可用作通用寄存器。存器。(4) (4) 程序状态字程序状态字PSW （8位）：位）： 存放存放ALU运算过程的标志状态。运算过程的标志状态。(5) (5) 数据指针数据指针DPTR （16位）：位）： 存放片外存储器地址，作为片外存储器的

10、指针。存放片外存储器地址，作为片外存储器的指针。可分成两个可分成两个8位寄存器位寄存器DPHDPH、DPLDPL使用。使用。位位位位 序序序序B B7 7B B6 6B B5 5B B4 4B B3 3B B2 2B B1 1B B0 0位符号位符号位符号位符号C CY YACACF F0 0RSRS1 1RSRS0 0OVOVF F1 1P P8/8/2024172. 专用寄存器的字节寻址专用寄存器的字节寻址 注意：注意：21个可字节寻址的专用寄存器是个可字节寻址的专用寄存器是不连续不连续地分散在地分散在内部内部RAM高高128单元之中，共单元之中，共83个可寻址位。尽个可寻址位。尽管还剩余

11、许多空闲单元，但用户并不能使用。管还剩余许多空闲单元，但用户并不能使用。在在22个专用寄存器中，个专用寄存器中，唯一唯一一个不可寻址的一个不可寻址的PC。PC不占据不占据RAM单元，它在物理上是独立的，因单元，它在物理上是独立的，因此是不可寻址的寄存器。此是不可寻址的寄存器。对专用寄存器只能使用对专用寄存器只能使用直接寻址直接寻址方式，书写时既方式，书写时既可使用寄存器符号，也可使用可使用寄存器符号，也可使用寄存器单元地址寄存器单元地址。 8/8/202418 MCS-51的寄存器在片内的寄存器在片内RAM都有映像地址。都有映像地址。使用时，既可用使用时，既可用寄存器名寄存器名，也可用对应，也

12、可用对应单元地址单元地址。字字节节地地址址位地址位地址字字节节地地址址8/8/2024198/8/2024202.2.3 2.2.3 堆栈操作堆栈操作 向上生长型向上生长型 （向地址增大的方向生成）：（向地址增大的方向生成）：MCS51系列系列堆栈类型堆栈类型 向下生长型（向地址较低的方向生成）：向下生长型（向地址较低的方向生成）：MCS96系列系列堆栈指针堆栈指针SP （8位）：位）：MCS51系列的堆栈是按系列的堆栈是按“先进后出先进后出”原则存取数据的存储区。原则存取数据的存储区。MCS51堆栈设在堆栈设在片内片内RAM区区。数据入栈时：先数据入栈时：先SP自动加自动加1，后写入数据，后

13、写入数据，SP始终指向栈顶地址。始终指向栈顶地址。 “先加后压先加后压”数据出栈时：先读出数据，后数据出栈时：先读出数据，后SP自动减自动减 1，SP始终指向栈顶地址。始终指向栈顶地址。 “先弹后减先弹后减” 复位时复位时 SP=07H。但在程序设计时应将但在程序设计时应将SP值初始化为值初始化为30H以后，以后，以免占用宝贵的寄存器区和位地址区。以免占用宝贵的寄存器区和位地址区。8/8/2024212.2.4 2.2.4 内部程序存储器内部程序存储器80C51内有内有4KB ROM，其地址为，其地址为0000H0FFFH（内部（内部ROM）。）。其中其中0000H0002H是系统的启动单元。

14、是系统的启动单元。系统复位后系统复位后( (PC) )0000H，开始取指令执行程序。，开始取指令执行程序。 如果不从如果不从0000H开始，应存放一条无条件转移指令，以便直接开始，应存放一条无条件转移指令，以便直接转去执行指定的程序。转去执行指定的程序。作用：作用：（1）用来存放固化了的用户程序，取指地址由程序计数器）用来存放固化了的用户程序，取指地址由程序计数器PC给出，给出， PC具有自动加具有自动加1的功能；的功能；（2）固化一片数据区，存放被查询的表格和参数等。）固化一片数据区，存放被查询的表格和参数等。8/8/2024220003H000AH外部中断外部中断0（INT0）中断地址区

15、）中断地址区000BH0012H 定时器定时器/记数器记数器0（T0）中断地址区）中断地址区0013H001AH外部中断外部中断1（INT1）中断地址区）中断地址区001BH0022H定时器定时器/计数器计数器1（T1）中断地址区）中断地址区0023H002AH串行（串行（RI/TI）中断地址区）中断地址区中断入口：中断入口：0003H0023H中断服务程序存放方法：中断服务程序存放方法：（1）从中断地址区首地址开始，在中断地址区中直接存放；）从中断地址区首地址开始，在中断地址区中直接存放；（2）从中断地址区首地址开始，存放一条无条件转移指令，）从中断地址区首地址开始，存放一条无条件转移指令，

16、 以便中断响应后，通过中断地址区，再转到中断服务以便中断响应后，通过中断地址区，再转到中断服务 程序的程序的实际入口地址实际入口地址区去。区去。8/8/202423程序存储器保留的单元：程序存储器保留的单元：8/8/2024242.2.5 2.2.5 存储器结构特点存储器结构特点 普林斯顿结构：普林斯顿结构：普林斯顿结构：普林斯顿结构： 程程程程序序序序和和和和数数数数据据据据共共共共用用用用一一一一个个个个存存存存储器逻辑空间，储器逻辑空间，储器逻辑空间，储器逻辑空间，统一编址统一编址统一编址统一编址。 哈佛结构：哈佛结构：哈佛结构：哈佛结构： 程序与数据分为两个独立程序与数据分为两个独立程

17、序与数据分为两个独立程序与数据分为两个独立存储器逻辑空间，存储器逻辑空间，存储器逻辑空间，存储器逻辑空间，分开编址分开编址分开编址分开编址。8/8/202425物理上物理上4个存储器地址空间：个存储器地址空间： 片内程序存储器片内程序存储器 片外程序存储器片外程序存储器 片内数据存储器片内数据存储器 片外数据存储器片外数据存储器逻辑上逻辑上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 256B 片内数据存储器片内数据存储器 64KB 片外数据存储器片外数据存储器8031805164KB8/8/202426存储器小结：存储器小结： MCS51的程序存储器与数据存储器是分开

18、的（属于哈佛结构），的程序存储器与数据存储器是分开的（属于哈佛结构），地址空间重迭，最大可扩展到地址空间重迭，最大可扩展到64KB。1、程序存储器、程序存储器ROM（1）8031内部无程序存储器内部无程序存储器 由于由于8031无片内程序存储器，需外接，因此，无片内程序存储器，需外接，因此， 端必须外接低电平。端必须外接低电平。（2）8051、8751内部有内部有4KB ROM/EPROM： =0，使用外部程序存储器；，使用外部程序存储器； =1，使用内部程序存储器，使用内部程序存储器4KB空间，当空间，当PC的值超过的值超过4KB 范围时，自动转向外部程序存储器。范围时，自动转向外部程序存储

19、器。2、数据存储器、数据存储器RAM（1）内部）内部RAM中低中低128B，00H7FH；（2）外部）外部RAM，可扩至，可扩至64KB，0000HFFFFH。8/8/202427 MCS51共有四个共有四个8位的双向并行位的双向并行I/O口，口，分别记作分别记作P0、P1、P2和和P3。实际上它们已。实际上它们已被归入专用寄存器之列。被归入专用寄存器之列。 口是一个综合概念，是一个集数据输入缓冲、口是一个综合概念，是一个集数据输入缓冲、数据输出驱动及锁存等多项功能为一体的数据输出驱动及锁存等多项功能为一体的I/O电路。对于口有时也称为端口。电路。对于口有时也称为端口。2.3 并行输入并行输入

20、/输出口电路输出口电路8/8/202428P0口：口： 一个数据输出锁存器和两个三态数据输入缓冲器。一个数据输出锁存器和两个三态数据输入缓冲器。 一个多路转接电路一个多路转接电路MUX在控制信号的作用下，在控制信号的作用下， MUX可以分可以分别接通锁存器输出或地址别接通锁存器输出或地址/数据线。当作为通用的数据线。当作为通用的I/O口使用时，口使用时，内部的控制信号为低电平，封锁与门将输出驱动电路的上拉场效内部的控制信号为低电平，封锁与门将输出驱动电路的上拉场效应管（应管（FET）截止，同时使）截止，同时使MUX接通锁存器接通锁存器Q端的输出通路。端的输出通路。8/8/202429P1口：口

21、： 作通用作通用I/O口使用，所以在电路结构上与口使用，所以在电路结构上与P0口有一些不同之口有一些不同之处。首先它不再需要多路转接电路处。首先它不再需要多路转接电路MUX，其次是电路的内部有上，其次是电路的内部有上拉电阻。与场效应管共同组成输出驱动电路。作为输出口使用时，拉电阻。与场效应管共同组成输出驱动电路。作为输出口使用时，已能向外提供推拉电流负载，无需再外接上拉电阻。已能向外提供推拉电流负载，无需再外接上拉电阻。8/8/202430 P2口：口： P2口电路中比口电路中比P1口多了一个多路转换电路口多了一个多路转换电路MUX，这又，这又正好与正好与P0口一样。口一样。P2口也可以作为通

22、用口也可以作为通用I/O口使用。这时多口使用。这时多路转接开关倒向锁存器的路转接开关倒向锁存器的Q端。但通常应用情况下，端。但通常应用情况下，P2口是口是作为作为高位地址线高位地址线使用，此时多路转接开关应倒向相反方向。使用，此时多路转接开关应倒向相反方向。8/8/202431P3口：口： P3口的特点在于为适应引脚信号第二功能的需要。口的特点在于为适应引脚信号第二功能的需要。 对于第二功能为输出的信号引脚，当作为对于第二功能为输出的信号引脚，当作为I/O使用时，第二功使用时，第二功能信号引线应保持高电平，与非门开通，以维持从锁存器到输出端能信号引线应保持高电平，与非门开通，以维持从锁存器到输

23、出端数据输出通路的畅通。数据输出通路的畅通。 当输出第二功能信号时，该位的锁存器应置当输出第二功能信号时，该位的锁存器应置“1”，使与非门，使与非门对第二功能信号的输出是畅通的，从而实现第二功能信号的输出。对第二功能信号的输出是畅通的，从而实现第二功能信号的输出。8/8/2024328/8/2024338/8/202434端口小结：端口小结：（1）系统总线：）系统总线：地址总线（地址总线（16位位）：P0（地址低（地址低8位）、位）、P2口（地址高口（地址高8位）位） 数据总线（数据总线（8位位）：P0口（地址口（地址/ /数据分时复用，借助数据分时复用，借助ALE）；）； 控制总线（控制总线

24、（6根根）：P3口的第二功能和口的第二功能和9、29、30、31脚；脚；（2）供用户使用的端口：）供用户使用的端口：P1口、部分未作第二功能的口、部分未作第二功能的P3口；口；（3）P0口作地址口作地址/ /数据时，是真正的双向口，三态，负载能力数据时，是真正的双向口，三态，负载能力 为为8个个LSTTL电路；电路； P1P3是准双向口，负载能力为是准双向口，负载能力为4个个LSTTL电路。电路。（4）P0P3在用作输入之前必须先写在用作输入之前必须先写“1”，即：，即： （P0）=FFH （P3）=FFH 。8/8/202435 2.4 电路与时序电路与时序 2.4.1 2.4.1 时钟电路

25、时钟电路时钟电路时钟电路时钟频率时钟频率时钟频率时钟频率范围要求在范围要求在范围要求在范围要求在1.2MHz1.2MHz12MHz12MHz之间。之间。之间。之间。1 1内部时钟方式：内部时钟方式：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内部一个高增益反相放大器与片外石英内部一个高增益反相放大器与片外石英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。晶体或陶瓷谐振器构成了一个自激振荡器。晶体或陶瓷谐振器构成了一个自激振荡器。晶体或陶瓷谐振器构成了一个自激振荡器。 晶体振荡器的振荡频率决定单片机的时钟频率。晶体振荡器的振荡频率决定单片机的时钟频率

26、。晶体振荡器的振荡频率决定单片机的时钟频率。晶体振荡器的振荡频率决定单片机的时钟频率。2 2外部时钟方式：外部时钟方式：外部时钟方式：外部时钟方式：外部振荡器输入时钟信号。外部振荡器输入时钟信号。外部振荡器输入时钟信号。外部振荡器输入时钟信号。XTAL1单片机单片机XTAL2 内部时钟方式内部时钟方式内部时钟方式内部时钟方式外部时钟方式外部时钟方式外部时钟方式外部时钟方式1。.。XTAL1单片机单片机XTAL2 外部时钟源外部时钟源外部时钟源外部时钟源+5V+5V振荡源振荡源（OSCillation）8/8/2024362.4.2 时序定时单位时序定时单位时钟周期时钟周期：振荡频率的倒数。：振

27、荡频率的倒数。机器周期机器周期：完成一个基本操作所需要的时间。：完成一个基本操作所需要的时间。 一个机器周期由一个机器周期由12个时钟周期组成。个时钟周期组成。指令周期指令周期：一条指令的执行时间。：一条指令的执行时间。 以机器周期为单位：可包含以机器周期为单位：可包含1个个4个机器周期。个机器周期。思考题：思考题： 设应用单片机晶振频率为设应用单片机晶振频率为12MHz，问机器周期为多少？指令周期分别为多少问机器周期为多少？指令周期分别为多少？fosc=12MHzMC=12/ fosc =12/12MHz =1s s8/8/2024372.4.3 典型指令时序典型指令时序 MCS51采用定时

28、控制方式，因此它采用定时控制方式，因此它有固定的机器周期。规定一个机器周期的有固定的机器周期。规定一个机器周期的宽度为宽度为6个个状态状态。由于一个状态又包括两个。由于一个状态又包括两个拍节，因此一个机器周期总共有拍节，因此一个机器周期总共有12个个拍节拍节，分别记作分别记作S1P1、S1P2S6P2。8/8/202438振荡脉冲并不直接使用，由振荡脉冲并不直接使用，由XTAL2端送往内部时钟电路（端送往内部时钟电路（fosc）：）：经过经过2分频，分频，向向CPU提供提供2相时钟信号相时钟信号P1和和P2 （ f拍节拍节= 1/2 fosc） ；再经再经3分频，分频，产生产生ALE时序（时序

29、（ fALE = 1/6 fosc） ；经过经过12分频，分频，成为机器周期信号（成为机器周期信号（ MC = 12 / /fosc） ，如下图所示。，如下图所示。 需要指出的是，需要指出的是，CPU的运算操作在的运算操作在P1期间，数据传送在期间，数据传送在P2期间。期间。（80C51）（80C51）（80C51）8/8/202439几种典型指令的取指和执行时序几种典型指令的取指和执行时序： 通常，每个机器周期，通常，每个机器周期，ALE两次有效，第两次有效，第1次发生在次发生在S1P2和和S2P1期间，第期间，第2次在次在S4P2和和S5P1期间。期间。 单周期指令的执行单周期指令的执行

30、始于始于S1P2，这时操作码被锁存，这时操作码被锁存到指令寄存器内，读出下字节（应为下一个操作码）是到指令寄存器内，读出下字节（应为下一个操作码）是不予考虑的，且程序计数器不予考虑的，且程序计数器PC并不增量。并不增量。 访问外部数据存贮器的指令访问外部数据存贮器的指令MOVX的时序，它是一的时序，它是一条条单字节双周期指令单字节双周期指令。在第。在第1机器周期机器周期S5开始时，送出外开始时，送出外部数据存贮器的地址，随后读或写数据。读写期间在部数据存贮器的地址，随后读或写数据。读写期间在ALE端不输出有效信号，在第端不输出有效信号，在第2机器周期，即外部数据存机器周期，即外部数据存贮器已被

31、寻址和选通后，也不产生取指操作。贮器已被寻址和选通后，也不产生取指操作。8/8/202440MCS51单片机时序单片机时序1 211 123 4 5 6 7 8 9 1012S1P2 S2P1S4P2 S5P1可通过测量可通过测量ALE确定确定CPU是否工是否工作，作，ALE有时钟有时钟的特点。的特点。8/8/20244180C518/8/202442 复位、程序执行、单步执行、掉电保护、低功耗以及复位、程序执行、单步执行、掉电保护、低功耗以及EPROM编编程和校验等六种工作方式。程和校验等六种工作方式。2.5.1 复位方式和复位电路复位方式和复位电路 RST引脚是复位信号的输入端，复位信号是

32、引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效高电平有效，其有效，其有效时间应持续时间应持续24个振荡脉冲周期（即二个机器周期）以上。个振荡脉冲周期（即二个机器周期）以上。例例 ：若使用频率为若使用频率为6MHz的晶振，的晶振， 则复位信号持续时间应超过则复位信号持续时间应超过 _才能完成复位操作。才能完成复位操作。2.5 工作方式工作方式fosc=6MHzMC=12/fosc =12/6MHz =2s t= 4s8/8/202443上电自动复位和按键手动复位：上电自动复位和按键手动复位： 上电自动复位上电自动复位上电自动复位上电自动复位通过电容充电来实现的，通过电容充电来实现的，通过电容充电来

33、实现的，通过电容充电来实现的，VccVcc的上升时间的上升时间的上升时间的上升时间 不超过不超过不超过不超过1ms1ms，就可以实现自动上电复位。就可以实现自动上电复位。就可以实现自动上电复位。就可以实现自动上电复位。 按键脉冲复位按键脉冲复位按键脉冲复位按键脉冲复位利用利用利用利用RCRC微分电路产生的正脉冲来实现的。微分电路产生的正脉冲来实现的。微分电路产生的正脉冲来实现的。微分电路产生的正脉冲来实现的。8/8/2024448/8/2024452.5.2 程序执行方式程序执行方式 程序执行方式是单片机的程序执行方式是单片机的基本工作方式基本工作方式。 由于复位后由于复位后PC=0000H，

34、因此程序执，因此程序执行总是从地址行总是从地址0000H开始，但一般程序并开始，但一般程序并不是真正从不是真正从0000H开始，为此就得在开始，为此就得在0000H开始的单元中存放一条开始的单元中存放一条无条件转移无条件转移指令指令，以便跳转到实际程序的入口去执行。，以便跳转到实际程序的入口去执行。8/8/2024462.5.3 掉电保护方式掉电保护方式 单片机系统在运行过程中，如发生掉单片机系统在运行过程中，如发生掉电故障，将会丢失电故障，将会丢失RAM和寄存器中的程和寄存器中的程序和数据，其后果有时是很严重的。序和数据，其后果有时是很严重的。 掉电保护处理掉电保护处理先把有用信息转先把有用

35、信息转存，然后再启用备用电源维持供电。存，然后再启用备用电源维持供电。 信息转存：信息转存： 所谓信息转存是指当电源出现故障时，所谓信息转存是指当电源出现故障时，应立即将系统的有用信息转存到内部应立即将系统的有用信息转存到内部RAM中。信息转存是通过中断服务程序完成的。中。信息转存是通过中断服务程序完成的。8/8/202447 系统中设置一个电压检测电路，一旦系统中设置一个电压检测电路，一旦检测到电源电压下降，立即通过检测到电源电压下降，立即通过INT0/1产生产生外部中断请求，中断响应后执行中断服务外部中断请求，中断响应后执行中断服务程序，并将有用信息送内部程序，并将有用信息送内部RAM中保

36、护起中保护起来，即通常所说的来，即通常所说的“掉电中断掉电中断”。 掉电后时钟电路和掉电后时钟电路和CPU皆停止工作，皆停止工作，只有内部只只有内部只RAM单元和专用寄存器继续工单元和专用寄存器继续工作，以保持其内容。作，以保持其内容。8/8/2024482.5.4 80C51的低功耗方式的低功耗方式 8051掉电保护方式实际上就是低功耗方式。掉电保护方式实际上就是低功耗方式。 CHMOS的的80C5I却有两种低功耗方式，却有两种低功耗方式， 即待机方式和掉电保护方式。即待机方式和掉电保护方式。 待机方式和掉电方式都是由专用寄存器待机方式和掉电方式都是由专用寄存器PCON ( (电源控制寄存器

37、电源控制寄存器) ) 来控制的。来控制的。SMOD 波特率倍增位，在串行通信时才使用波特率倍增位，在串行通信时才使用 GF1 通用标志位通用标志位 GF0通用标志位通用标志位 PD 掉电方式位，掉电方式位， PD1，则进入掉电方式，则进入掉电方式 IDL 待机方式位，待机方式位，IDL1，则进入待机方式，则进入待机方式位位 序序B7B6B5B4B3B2B1B0位符号位符号 SMOD/GF1GF0PDIDL8/8/2024491、 待机方式：待机方式： 待机方式待机方式振荡器仍然运行。并向中断逻辑、串行口和定振荡器仍然运行。并向中断逻辑、串行口和定时器时器/计数器电路提供时钟，计数器电路提供时钟

38、，CPU不能工作，与不能工作，与CPU有关的有关的如如SP、PC、PSW、ACC以及全部通用寄存器也都被以及全部通用寄存器也都被“冻冻结结”在原状态。在原状态。 中断方法退出待机方式。中断的同时，中断方法退出待机方式。中断的同时，PCON.0被硬件自动被硬件自动清清0，单片机就退出待机方式而进入正常工作方式。其实在，单片机就退出待机方式而进入正常工作方式。其实在中断服务程序只需中安排一条中断服务程序只需中安排一条RETI指令，就可以使单片机指令，就可以使单片机恢复正常工作后返回断点继续执行程序。恢复正常工作后返回断点继续执行程序。8/8/2024502、掉电保护方式：、掉电保护方式： PCON

39、的的PD位控制单片机进入掉电保护方式。位控制单片机进入掉电保护方式。因此对于象因此对于象80C51这样的单片机。在检测到电这样的单片机。在检测到电源故障时，除进行信息保护外、还应把源故障时，除进行信息保护外、还应把PCON. .1位置位置“1”，使之进入掉电保护方式。此时单片，使之进入掉电保护方式。此时单片机一切工作都停止，只有内部机一切工作都停止，只有内部RAM单元的内容单元的内容被保存。被保存。 80C51单片机除进入掉电保护方式的方法与单片机除进入掉电保护方式的方法与8051不同之外，还有备用电源由不同之外，还有备用电源由VCC端引入的端引入的特点。特点。VCC正常后，硬件复位信号维持正

40、常后，硬件复位信号维持10ms即即能使单片机退出掉电方式。能使单片机退出掉电方式。8/8/202451单步执行：单步执行： 单步执行是借助单片机的外部中断功能来实现的。单步执行是借助单片机的外部中断功能来实现的。1、建立单步执行的外部控制电路，以按键产生脉冲、建立单步执行的外部控制电路，以按键产生脉冲作为外部中断作为外部中断0的中断请求信号，经的中断请求信号，经 INT0端输入。端输入。电路按一次键产生一个正脉冲。此外还需要在初始电路按一次键产生一个正脉冲。此外还需要在初始化程序中定义预化程序中定义预INT0低电平有效。低电平有效。2 、编写外部中断、编写外部中断0的中断服务程序。的中断服务程

41、序。 JNB JNB P3.2P3.2，$ $；=0=0则则则则“ “原地踏步原地踏步原地踏步原地踏步” ” JB JB P3.2P3.2，$ $；=1=1则则则则“ “原地踏步原地踏步原地踏步原地踏步” ” RETI RETI；返回；返回；返回；返回8/8/202452最小应用系统：最小应用系统：80C51/ /80C518/8/202453动作选择按钮动作选择按钮红外线传感器红外线传感器89C2051单片机单片机复位按钮复位按钮电源指示灯电源指示灯基本的单片机控制电路板基本的单片机控制电路板8/8/2024541、介绍单片机的编程结构和内部逻辑结构及性能。、介绍单片机的编程结构和内部逻辑结构及性能。2、学习了单片机存储器结构特点、内部数据存储器、学习了单片机存储器结构特点、内部数据存储器 和程序存储器的结构和工作原理。和程序存储器的结构和工作原理。3 3、单片机的、单片机的4 4个个8 8位并行端口位并行端口P P0 0 、P P1 1 、P P2 2和和P P3 3各自的各自的 口电路逻辑和功能口电路逻辑和功能。4 4、单片机的时钟电路和时序以及单片机的、单片机的时钟电路和时序以及单片机的6 6种工作种工作 方式。方式。8/8/202455（一）问答题（一）问答题（二）判断题（二）判断题（三）填空题（三）填空题（四）选择题（四）选择题56