单片机原理及应用(第二讲)

（1）程序计数器PC 一个基本的寄存器，也是一个独立的计数器，存放着
下一条将要从程序存储器中取出的指令的地址。
（2）指令寄存器IR、指令译码器及控制逻辑电路 存放指令操作码的专用寄存器，输出给指令译码器进
行译码，译码结果送控制逻辑电路，发出各种控制信号。
第二讲
第二章 MCS-51单片机的硬件结构
二、MCS-51存储器的结构
与程序存储器不同。
第二讲
FFFFH
第二章 MCS-51单片机的硬件结构
FFFFH
EPROM
1000H
FFH
特殊 功能
80H 存储器
0FFFH
0FFFH
7FH
（EA=1）
（EA=0）
片内RAM
RAM （I/O）
0000H
0000H
00H
0000H
片内程序存储器 片外程序存储器 片内数据存储器 片外数据存储器
或”、 循环、求补和清零以及算术加、减、乘、除等基本运算， 同时还可进行位处理，置位、清零、求补、“与”、 “或” 等（位2）操累作加。器A
8位，可写成Acc。使用最频繁的一个寄存器，进 位标志Cy，又是位处理器的累加器。
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第二章 MCS-51单片机的硬件结构
（3）寄存器B 一般寄存器，常用于乘、除法操作中。 乘法：两数放于A、B中，运算结果存放在BA中。 除法：被除数放A中，除数放B中，其运算结果 商在A中，余数在B中。
所选的4组工作寄存器 0组（内部RAM地址00H~07H） 1组（内部RAM地址08H~0FH） 2组（内部RAM地址10H~17H） 3组（内部RAM地址18H~1FH）
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第二章 MCS-51单片机的硬件结构
2、控制器
单片机运行的控制部件，由程序计数器、程序地址寄 存器、指令寄存器IR、指令译码器等逻辑控制电路组成。
（4）程序状态寄存器PSW 8位，属特殊功能寄存器。很重要，须牢记。格式如
下: (字节地址为 D0H)
D7 D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
Cy Ac F0 RS1 RS0 OV -- P
PSW
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第二章 MCS-51单片机的硬件结构
RS1、RS0：4组工作寄存器区选择控制位。
RS1 RS0 00 01 10 11
程序存储器
数据存储器
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第二章 MCS-51单片机的硬件结构
三、并行I/O端口
P0、P1、P2、P3，四个双向8位端口。
1、P0口： 字节地址：80H；位地址：80H~87H。 某位结构如下：
读锁存器
地址/数 据
控制
Vcc
内部总线
D 锁Q
存
写入
CP 器 Q
MUX
P0.X
读引脚
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第二章 MCS-51单片机的硬件结构
7、如果手中仅有一台示波器，可通过观察哪个 引脚的状态，来大致判断MCS-51单片机正在工作？
8、判断下列说法是否正确：
（1）、8031的CPU是由RAM和EPROM所组成。 （2）、区分片外程序存储器和片外数据存储器的最可
靠的方法是看其位于地址范围的低端还是高端。 （3）、在MCS-51单片机中，为使准双向的I/O 口工作
（4）串行数据缓冲器SBUF 用于存放发送或接收的串行数据，实际上是两个寄存
器，一个为发送寄存器，一个为接收寄存器，共用一个地 址和符号。
（5）定时器/计数器 两个16位定时器/计数器T0、T1分别由四个8位SFR寄
存器TH1、TL1、TH0、TL0组成。
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第二章 MCS-51单片机的硬件结构
MCS-51单片机的程序存储器和数据存储器空间截然分 开，各自有其寻址方式、寻址空间和控制系统。寻址能力 分别达64KB。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、外部数据存储器共五类。
1、程序存储器 用于存放应用程序和表格之类的固定常数。最大空间 为64KB（片内和片外之和）。程序存储器的应用时应注意 以下两点： （1）EA引脚接高、低电平，确定CPU是访问片内还是 访问片外程序存储器。
4、位地址空间 在RAM和SFR中共有211个位地址，位地址范围在
00H~FFH。 片内RAM中，字节地址为20H~2FH单元中，位地址为
00H~7FH。其余83个在SFR中字节地址尾数为0或8H的存储 器中。
参见书24~25页 表2-3、表2-4 。
5、外部数据存储器 指扩展的数据存储器，可达64KB。 片内有128个字节，与扩展的没关系，相互独立。这
再进行出栈保护，把保护的断点送回到（
）。
3、内部RAM中，位地址为30H的位，该位所在字节 地址为：
26H
4、若A中的内容为63H，那么，P标志位的值为： 0
5、在MCS-51单片机中，如果采用6MHz晶振，一个 机器周期为：
12/6*106 = 2 u S
6、程序存储器的空间里，有5个单元是特殊的， 这5个单元对应MCS-51单片机5个中断入口地址，请 写出这些单元的地址以及对应的中断源。
在输入方式，必须保证他被事先预置为1。 （4）、PC可看成是程序存储器的地址指针。 （5）、DPTR是可以访问的，而PC不能访问。 （6）、DPTR和PC都是16位寄存器。 （7）、DPTR和PC都具有加1功能。 （8）、DPTR可以分成2个8位的寄存器使用，但PC不能。
续下
（9）、程序计数器PC不能为用户编程时直接使用，因 为它没有地址。
第2组工作寄存器区 R0~R7
第1组工作寄存器区 R0~R7
第0组工作寄存器区 R0~R7
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第二章 MCS-51单片机的硬件结构
3、特殊功能寄存器（SFR）
CPU对各种功能部件的控制是用特殊功能寄存器来实 现的。共有21个，其地址分布在80H~FFH范围内。
见书21~22页，各特殊功能寄存器符号、名称以及 地址。今后将逐步熟悉和应用这些寄存器。
IP
×××00000B SBUF ××××××××B
IE
0××00000B PCON 0×××0000B
第二讲
第二章 MCS-51单片机的硬件结构
2、复位电路
通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。 可见书35、36页几种常用简单的复位电路。
本章思考题
1、说明MCS-51单片机的引脚EA的作用，该引脚接 高电平和低电平时各有何种功能？
第二讲
第二章 MCS-51单片机的硬件结构
四、时钟电路与时序
1、时钟电路 两种方式
（1）内部时钟方式 常用方式，晶振频率范围通常在1.2MHz~12MHz 之间。
XTAL1 C1
晶 振 C2
XTAL2
8031 8051 8751
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第二章 MCS-51单片机的硬件结构
（2）外部时钟方式 使用外部振荡脉冲信号，连接方式如下：
若按执行时间来分为单周期、双周期，只有乘、 除法为4个机器周期。
指令时序，分为取指令阶段和指令执行阶段。
第二讲
第二章 MCS-51单片机的硬件结构
五、MCS-51的复位和复位电路
1、复位操作
在MCS-51单片机的RESET引脚上加2个以上机器周期 的高电平，即可达到复位。复位后PC值为0000H，单片 机从此单元开始执行程序，RAM内容不受影响，其他寄 存器内容见下表所示。
2、P1口 字节地址：90H；位地址：90H~97H。 准双向口：① 作输出口时，无需再接上拉电阻。 ② 作输入口时，先写入“1”，后读。 3、P2口 字节地址：A0H；位地址：A0H~A7H。 准双向口：为系统提供高8位地址。也可用作通用 的I/O口，输入，也先写入“1”，后读。 4、P3口 字节地址：B0H；位地址：B0H~B7H。 准双向口：常用它的第二功能。也可用作通用的 I/O口，输入，也先写入“1”，后读。
（1）堆栈指针SP MCS-51单片机的堆栈应用与一般微处理器一样。这
里堆栈区在片内RAM中，SP指向堆栈顶。SP的复位初始值 为07H。
第二讲
第二章 MCS-51单片机的硬件结构
（2）数据指针DPTR 16位寄存器，由SFR中两个独立的8位寄存器DPH和
DPL组成。
（3）端口P0~P3 特殊功能寄存器P0~P3为I/O端口P0~P3对应的锁存器。
中断源 外部中断0（INT0）
定时器0（T0） 外部中断1（INT1）
定时器1（T1） 串行口
入口地址 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H
第二讲
第二章 MCS-51单片机的硬件结构
注意：① MCS-51单片机复位后，PC值为0000H，因此 程序是从0000H开始执行的。
② 两条读程序存储器指令： MOVC A,@A+DPTR MOVC A,@A+PC
的内容。
第二讲
MCS-51单片机的硬件结构（二） MCS-51单片机的存储器结构 并行I/O端口 时钟电路与时序 MCS-51的复位和复位电路
第二讲
第二章 MCS-51单片机的硬件结构
一、MCS-51的微处理器
由运算器和控制器组成 1、运算器
（1）算术逻辑运算单元ALU 功能强大，能进行8位的逻辑“与”、“或”、“异
（10）、内部RAM的位寻址区，只能供位寻址使用，而 不能供字节寻址使用。
（11）、8031共有21个特殊功能寄存器，他们的位都 是可用软件设置的，因此，是可以进行位寻 址的。
（12）、PC的值是当前指令的前一条指令的地址。 （13）、PC的值是当前正在执行指令的地址。 （14）、PC的值是下一条指令的地址。 （15）、特殊功能寄存器SP内装的是栈顶首地址单元
内外程序存储器选择控制端（片内程序存储器选择 引脚）。接高电平时，片内程序存储器为地址低端4KB ROM/EPROM（即0000H~0FFFH）；接低电平时，不使用片 内程序存储器（不管有无），只访问片外程序存储器， 8031此引脚接地。
2、通过堆栈操作实现子程序的调用，首先就要把
（
）的内容入栈，以进行断点保护。调用返回时，
2、内部数据存储器 片内数据存储器（RAM）共有128个字节，其结构
可用图示说明。
第二讲
片内地址： 30H~7FH 20H~2FH 18H~1FH 10H~17H 08H~0FH 00H~07H
第二章 MCS-51单片机的硬件结构
用户RAM区 （堆栈、数据缓冲区）
可位寻址区Baidu Nhomakorabea
第3组工作寄存器区 R0~R7
第二讲
第二章 MCS-51单片机的硬件结构
EA引脚接高电平，程序将从片内程序存储器开始执 行，当PC值超出片内容量时，自动转向片外程序存储器 空间。
EA引脚接低电平，只能用片外的程序存储器，即程 序将从片外程序存储器中开始执行。
（2）程序存储器的开始部分的一些单元固定用于中 断源的中断服务程序的入口地址，如下规定：
TTL
外部时 钟信号
Vcc XTAL2
XTAL1 Vss
（3）时钟信号的输出 见书24页，图2.16
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第二章 MCS-51单片机的硬件结构
2、机器周期和指令周期 （1）时钟周期 晶体振荡频率fosc的倒数，即Tosc=1/ fosc
（2）机器周期 CPU完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。
MCS-51单片机定义每12个时钟周期为一个机器周期，并 将其分为6个状态（S1~S6），每个状态又分成2拍（P1、 P2）。
见书33页，图2-14 （3）指令周期
执行一条指令所需的时间。
第二讲
第二章 MCS-51单片机的硬件结构
说明： MCS-51单片机指令按字节分为单字节、双字节、
三字节指令。MCS-51指令系统中大部分是单字节和双 字节指令。
第二讲
第二章 MCS-51单片机的硬件结构
复位时片内各寄存器的状态：
寄存器 复位状态 寄存器
复位状态
PC
0000H
TMOD 00H
ACC 00H
TCON 00H
PSW 00H
TH0 00H
B
00H
TL0 00H
SP
07H
TH1 00H
DPTR 0000H
TL1 00H
P0~P3 FFH
SCON 00H