第二章单片微机的基本结构优秀PPT.ppt

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1、第二章单片微机的基本结构第一页，本课件共有73页2-180C51单片微机的内部结构单片微机的内部结构 微型计算机的基本组成有三部分，即中央处理器微型计算机的基本组成有三部分，即中央处理器CPU(通常包括运算器和控制器通常包括运算器和控制器)+存储器存储器+输入输入/输出输出(I/O)接口。接口。若将组成计算机的基本部件集成在一块芯片上，则俗称为单片若将组成计算机的基本部件集成在一块芯片上，则俗称为单片微机。微机。80C51内部结构如内部结构如图图21所示，主要包括所示，主要包括中央处理器中央处理器CPU(算术逻辑部件算术逻辑部件ALU、控制器等、控制器等)只读存储器只读存储器ROM、随机存取存

2、储器随机存取存储器RAM定时器定时器/计数器计数器并行并行I/O口口P0P3串行口串行口中断系统以及定时控制逻辑电路等。中断系统以及定时控制逻辑电路等。第二页，本课件共有73页1.中央处理器中央处理器单片微机中的中央处理器（单片微机中的中央处理器（CPU）是单片微机的核心，主）是单片微机的核心，主要完成运算和控制功能，又增设了要完成运算和控制功能，又增设了“面向控制面向控制”的处理功能的处理功能，增强了实时性。，增强了实时性。2.程序存储器程序存储器根据内部是否带有程序存储器而形成四种型号：n内部没有程序存储器的称80C31n内部带ROM的称80C51n内部以EPROM代替ROM的称87C51

3、n内部以EEPROM代替ROM的称89C51第三页，本课件共有73页目前单片微机的程序存储器有以下几种结构形式：目前单片微机的程序存储器有以下几种结构形式：片内只读存储器片内只读存储器片内掩膜片内掩膜ROM的特点是程序必须在制作单片微机时写入。的特点是程序必须在制作单片微机时写入。片内可编程的片内可编程的ROM可直接由用户进行编程。可直接由用户进行编程。u紫外线可擦除型紫外线可擦除型ROMEPROM型单片微机型单片微机(如如87C51)。EPROM需用紫外线擦除，必须脱机固化，不能在线改写。需用紫外线擦除，必须脱机固化，不能在线改写。u电电可可擦擦除除型型ROMEEPROM，称称为为Flash

4、单单片片微微机机(如如89C51)。EPROM和和EEPROM都是可以多次擦除和编程的，或称都是可以多次擦除和编程的，或称MTP的的ROM。第四页，本课件共有73页uOTP的的ROM，仅允许用户一次编程。，仅允许用户一次编程。片外只读存储器片外只读存储器利用单片微机的并行扩展技术可以外扩片外只读存储器。利用单片微机的并行扩展技术可以外扩片外只读存储器。3.数据存储器（数据存储器（RAM）在在单单片片微微机机中中，用用随随机机存存取取存存储储器器（RAM）来来存存储储程程序序在在运行期间的工作变量和数据，所以称为数据存储器。运行期间的工作变量和数据，所以称为数据存储器。一一般般在在单单片片微微机

5、机内内部部设设置置一一定定容容量量（64B至至384B）的的RAM。这这样样，小小容容量量的的数数据据存存储储器器以以高高速速RAM的的形形式式集集成成在在单单片片微微机机内内，以以加加快快单单片片微微机机运运行行的的速速度度，还还可以使存储器的功耗下降很多。可以使存储器的功耗下降很多。第五页，本课件共有73页在在单单片片微微机机中中，常常把把寄寄存存器器（如如工工作作寄寄存存器器、特特殊殊功功能能寄寄存存器器、堆堆栈栈等等）在在逻逻辑辑上上划划分分在在片片内内RAM空空间间中中，所所以以可可将单片微机内部将单片微机内部RAM看成是寄存器堆，有利于提高运行速度。看成是寄存器堆，有利于提高运行速

6、度。当当内内部部RAM容容量量不不够够时时，还还可可通通过过串串行行总总线线或或并并行行总总线外扩数据存储器。线外扩数据存储器。4.并行并行I/O口口单单片片微微机机往往往往提提供供了了许许多多功功能能强强、使使用用灵灵活活的的并并行行输输入入/输输出出引引脚脚，用用于于检检测测与与控控制制。有有些些I/O引引脚脚还还具具有有多多种种功功能能，比比如如可可以以作作为为数数据据总总线线的的数数据据线线、地地址址总总线线的的地地址址线线、控控制制总总线线的的控控制制线线等等。单单片片微微机机I/O引引脚脚的的驱驱动动能能力力也也逐逐渐渐增增大大，甚至可以直接驱动外扩的甚至可以直接驱动外扩的LED显

7、示器显示器。第六页，本课件共有73页5.串行串行I/O口口目目前前高高档档8位位单单片片微微机机均均设设置置了了全全双双工工串串行行I/O口口，用用以以实实现现与与某某些些终终端端设设备备进进行行串串行行通通信信，或或者者和和一一些些特特殊殊功功能能的的器器件件相相连连的的能能力力，甚甚至至用用多多个个单单片片微微机机相相连连构构成成多多机机系系统统。随随着着应应用用的的拓拓宽宽，有有些些型型号号的的单单片片微微机机内内部部还包含有二个串行还包含有二个串行I/O口。口。6.定时器定时器/计数器计数器在单片微机的实际应用中，往往需要精确的定时，或者需对在单片微机的实际应用中，往往需要精确的定时，

8、或者需对外部事件进行计数。为了减少软件开销和提高单片微机的实时控外部事件进行计数。为了减少软件开销和提高单片微机的实时控制能力，因而均在单片微机内部设置定时器制能力，因而均在单片微机内部设置定时器/计数器电路。计数器电路。80C51共有二个共有二个16位的定时器位的定时器/计数器计数器，80C52则有三个则有三个16位的定时器位的定时器/计数器。计数器。第七页，本课件共有73页7.中断系统中断系统80C51单片微机的中断功能较强，具有内、外共五个中单片微机的中断功能较强，具有内、外共五个中断源，二个中断优先级。断源，二个中断优先级。8定时电路及元件定时电路及元件计计算算机机的的整整个个工工作作

9、是是在在时时钟钟信信号号的的驱驱动动下下，按按照照严严格格的的时时序序有有规规律律地地一一个个节节拍拍一一个个节节拍拍地地执执行行各各种种操操作作。单单片片微微机机内内部部设设有有定定时时电电路路，只只需需外外接接振振荡荡元元件件即即可可工工作作。外外接接振振荡荡元元件件一一般般选选用用晶晶体体振振荡荡器器，或或用用价价廉廉的的RC振振荡荡器器，也也可可用用外外部部时时钟钟源源，作作为为振振荡荡元元件件。近来有的单片微机将振荡元件也集成在芯片内部。近来有的单片微机将振荡元件也集成在芯片内部。第八页，本课件共有73页2-280C51单片机的引脚及其功能单片机的引脚及其功能 80C51有有40引脚

10、双列直插（引脚双列直插（DIP）、）、44引脚引脚(PLCC)和和44引脚（引脚（PQFP/TQFP）封装形式。）封装形式。80C5180C52的封装及逻辑图如的封装及逻辑图如图图22所示。所示。在在某某些些场场合合，不不需需通通过过并并行行总总线线扩扩展展芯芯片片，这这时时常常采采用用20引引脚脚双双列列直直插插（DIP）甚甚至至仅仅14引引脚脚的的单单片片微微机机，如如ATMEL公公司司的的1051/2051/4051单单片片微微机机等等，或或PHILIPS公公司司的的P87LPC764单单片片微微机机。他他们的封装及引脚见们的封装及引脚见图图23。第九页，本课件共有73页按引脚的功能可分

11、为三部分按引脚的功能可分为三部分：1.电源和晶振：电源和晶振：uVcc运行和程序校验时接电源正端。运行和程序校验时接电源正端。uVss接地。接地。uXTAL1输输入入到到单单片片机机内内部部振振荡荡器器的的反反相相放放大大器器。当当采采用用外外部部振振荡荡器器时时，对对HMOS单单片片微微机机,此此引引脚脚应应接接地地；对对CHMOS单片微机，此引脚作驱动端。单片微机，此引脚作驱动端。uXTAL2反相放大器的输出，输入到内部时钟发生器。反相放大器的输出，输入到内部时钟发生器。采用外部时钟时，采用外部时钟时，XTAL1和和XTAL2的连接方法如图的连接方法如图2-20所示所示第十页，本课件共有7

12、3页2.I/O：共共4个口，个口，32根根I/O线线uP08位、漏极开路的双向位、漏极开路的双向I/O口。口。当当使使用用片片外外存存储储器器（ROM及及RAM）时时，作作低低八八位位地地址址和和数据总线分时复用（数据总线分时复用（AD0-AD7）。）。P0口（作为总线时）能驱动口（作为总线时）能驱动8个个LSTTL负载。负载。uP18位、准双向位、准双向I/O口。口。在编程在编程/校验期间，用做输入低位字节地址。校验期间，用做输入低位字节地址。P1口可以驱动口可以驱动4个个LSTTL负载。负载。对对于于80C52，P1.0T2，是是定定时时器器2的的计计数数输输入入端端；P1.1T2EX，是

13、定时器，是定时器2的外部输入端。的外部输入端。第十一页，本课件共有73页uP28位、准双向位、准双向I/O口。口。当当使使用用片片外外存存储储器器（ROM及及RAM）时时，输输出出高高8位位地地址（址（A15-A7）。）。在编程在编程/校验期间，接收高位字节地址。校验期间，接收高位字节地址。P2口可以驱动口可以驱动4个个LSTTL负载。负载。uP38位、准双向位、准双向I/O口，具有内部上拉电路。口，具有内部上拉电路。P3提提供供各各种种复复用用功功能能。在在提提供供这这些些功功能能时时，其其输输出出锁锁存存器器应应由由程序置程序置1。P3口可以输入口可以输入/输出输出4个个LSTTL负载。负

14、载。P3口的复用功能：口的复用功能：串行口：串行口：P30RXD串行输入口。串行输入口。P31TXD串行输出口。串行输出口。第十二页，本课件共有73页 中断：中断：P32外部中断外部中断0输入。输入。P33外部中断外部中断1输入。输入。定时器计数器：定时器计数器：P34定时器定时器/计数器计数器T0的外部输入。的外部输入。P35定时器定时器/计数器计数器T1的外部输入。的外部输入。数据存储器选通数据存储器选通：P36WR低电平有效，输出，片外存储器写选通。低电平有效，输出，片外存储器写选通。P37RD低电平有效，输出，片外存储器读选通。低电平有效，输出，片外存储器读选通。第十三页，本课件共有7

15、3页3.控制线：共控制线：共4根。根。uRST复复位位输输入入信信号号，高高电电平平有有效效。在在振振荡荡器器工工作作时时，在在RST上作用两个机器周期以上的高电平，将器件复位。上作用两个机器周期以上的高电平，将器件复位。uEA/Vpp片片外外程程序序存存储储器器访访问问允允许许信信号号，低低电电平平有有效效。EA=1，选选择择片片内内程程序序存存储储器器(80C51为为4KB，80C52为为8KB)；EA=0，则则程程序序存存储储器器全全部部在在片片外外而而不不管管片片内内是是否否有有程程序存储器。序存储器。对对8751，EA/Vpp用于在编程时输入用于在编程时输入21V的编程电压。的编程电

16、压。uALE/PROG地址锁存允许信号，输出。地址锁存允许信号，输出。在在访访问问片片外外存存储储器器或或I/O时时，用用于于锁锁存存低低八八位位地地址址，以以实实现现低低八八位位地地址址与与数数据据的的隔隔离离。在在不不访访问问片片外外存存储储器器时时，8051自自动动在在该该引引脚脚上输出频率为上输出频率为fosc/6的脉冲序列。的脉冲序列。对对8751，该引脚用于在编程时，传送，该引脚用于在编程时，传送52ms宽的负脉冲。宽的负脉冲。第十四页，本课件共有73页ALE可以驱动可以驱动8个个LSTTL负载。负载。uPSEN片外程序存储器读选通信号，低电平有效。片外程序存储器读选通信号，低电平

17、有效。在在从从片片外外程程序序存存储储器器取取指指期期间间，在在每每个个机机器器周周期期中中，当当PSEN有效时，程序存储器的内容被送上有效时，程序存储器的内容被送上P0口（数据总线）。口（数据总线）。可以驱动可以驱动8个个LSTTL负载。负载。第十五页，本课件共有73页2-3 80C51CPU的结构和特点的结构和特点 中央处理器中央处理器CPU是单片微机内部的核心部件，主要包括：是单片微机内部的核心部件，主要包括：u控制器控制器u运算器和工作寄存器运算器和工作寄存器u时序电路时序电路第十六页，本课件共有73页2-3-1控制器控制器控控制制器器是是识识别别指指令令，并并根根据据指指令令性性质质

18、控控制制计计算算机机各各组组成成部部件件进进行行工工作作的的部部件件，与与运运算算器器一一起起构构成成中中央央处处理理器器。在在80C51单单片片机中，控制器包括：机中，控制器包括：图图21u程序计数器程序计数器PCu数据指针数据指针DPTRu程序地址寄存器程序地址寄存器u指令寄存器指令寄存器IRu指令译码器指令译码器u条件转移逻辑电路条件转移逻辑电路u定时控制逻辑电路定时控制逻辑电路其其功功能能是是控控制制指指令令的的读读出出、译译码码和和执执行行，对对指指令令的的执执行行过程进行定时控制，并根据执行结果决定是否分支转移。过程进行定时控制，并根据执行结果决定是否分支转移。第十七页，本课件共有

19、73页1.程序计数器程序计数器PC程程序序计计数数器器PC（ProgramCounter）是是一一个个独独立立的的计计数数器器，不不属属于于内内部部的的特特殊殊功功能能寄寄存存器器。PC中中存存放放的的是是下下一一条条将将要要从从程程序序存存储器中取出的指令的地址。储器中取出的指令的地址。其其基基本本的的工工作作过过程程是是：读读指指令令时时，程程序序计计数数器器PC将将其其中中的的数数作作为为所所取取指指令令的的地地址址输输出出给给程程序序存存储储器器，然然后后程程序序存存储储器器按按此此地地址址输输出出指指令令字字节节，同同时时程程序序计计数数器器PC本本身身自自动动加加1，指指向向下下一

20、一条条指令地址。指令地址。第十八页，本课件共有73页程序计数器程序计数器PC变化的轨迹决定程序的流程。变化的轨迹决定程序的流程。在在执执行行条条件件转转移移或或无无条条件件转转移移指指令令时时，程程序序计计数数器器将将被被置入转移的目的地址，程序的流向发生变化。置入转移的目的地址，程序的流向发生变化。在在执执行行调调用用指指令令或或响响应应中中断断时时，将将子子程程序序的的入入口口地地址址或或者者中中断断矢量地址送入矢量地址送入PC，程序流向发生变化。，程序流向发生变化。2.数据指针数据指针DPTRDPTR是是一一个个16位位的的特特殊殊功功能能寄寄存存器器，主主要要功功能能是是作作为为片片外

21、外数数据据存存储储器器或或I/O寻寻址址用用的的地地址址寄寄存存器器（间间接接寻寻址址），故故称称为为数数据据存储器地址指针。访问片外数据存储器或存储器地址指针。访问片外数据存储器或I/O的指令为：的指令为：MOVXA，DPTR读读MOVXDPTR，A写写第十九页，本课件共有73页DPTR寄寄存存器器也也可可以以作作为为访访问问程程序序存存储储器器时时的的基基址址寄寄存存器器。这这时寻址程序存储器中的表格、常数等单元，而不是寻址指令。时寻址程序存储器中的表格、常数等单元，而不是寻址指令。MOVC A，ADPTRJMPADPTRDPTR寄寄存存器器既既可可以以作作为为一一个个16位位寄寄存存器器

22、处处理理，也也可可以以作作为为两两个个8位寄存器处理，其高位寄存器处理，其高8位用位用DPH表示，低表示，低8位用位用DPL表示表示。3.指令寄存器指令寄存器IR、指令译码器及控制逻辑、指令译码器及控制逻辑指指令令寄寄存存器器IR是是用用来来存存放放指指令令操操作作码码的的专专用用寄寄存存器器。执执行行程程序序时时，首首先先进进行行程程序序存存储储器器的的读读操操作作，也也就就是是根根据据程程序序计计数数器器给给出出的的地地址址从从程程序序存存储储器器中中取取出出指指令令，送送指指令令寄寄存存器器IR，IR的的输输出出送送指指令令译译码码器器；然然后后由由指指令令译译码码器器对对该该指指令令进

23、进行行译译码码，译译码结果送定时控制逻辑电路，如图码结果送定时控制逻辑电路，如图24所示。所示。第二十页，本课件共有73页定定时时控控制制逻逻辑辑电电路路则则根根据据指指令令的的性性质质发发出出一一系系列列定定时时控制信号，控制计算机的各组成部件进行相应控制信号，控制计算机的各组成部件进行相应的的工工作作，执执行指令。行指令。条件转移逻辑电路主要用来控制程序的分支转移在条件转移逻辑电路主要用来控制程序的分支转移在80C51中，中，转移条件也可分为两部分。一部分是内部条件转移条件也可分为两部分。一部分是内部条件,即程序状态标志位即程序状态标志位（PSW）和累加器的零状态。另一部分是外部条件，即）

24、和累加器的零状态。另一部分是外部条件，即F0和所有和所有位寻址空间的状态。位寻址空间的状态。第二十一页，本课件共有73页2-3-2运算器运算器运算器主要用来实现对操作数的算术逻辑运算和位操作。运算器主要用来实现对操作数的算术逻辑运算和位操作。u算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元ALUALUu累加器累加器ACCACC（A A）u暂存寄存器暂存寄存器uB B寄存器寄存器u程序状态标志寄存器程序状态标志寄存器PSWPSWuBCDBCD码运算修正电路。码运算修正电路。第二十二页，本课件共有73页1、ALU ALU ALU实质上是全加器，结构参见图实质上是全加器，结构参见图2 25 5。ALUALU有两个

25、输入：有两个输入：通过暂存器通过暂存器1 1的输入：输入数据来自寄存器、直接寻址单元的输入：输入数据来自寄存器、直接寻址单元（含（含I/OI/O口）、内部口）、内部RAMRAM、寄存器、寄存器B B或是立即数。或是立即数。通过暂存器通过暂存器 2 2或累加器或累加器 ACC ACC的输入：通过暂存器的输入：通过暂存器 2 2的运的运算的指令有算的指令有 ANL direct ANL direct，data data、ORL directORL direct，datadata、XRL directXRL direct，datadata。其它的运算，其输入之一大多数也要通过累加器其它的运算，其输入

26、之一大多数也要通过累加器ACCACC。ALUALU有两个输出有两个输出:数数据据经经过过运运算算后后，其其结结果果又通过内部总线送回到累加器中；又通过内部总线送回到累加器中；数据运算后产生的标志位输出至程序状态字数据运算后产生的标志位输出至程序状态字 PSW PSW。第二十三页，本课件共有73页2.累加器累加器A累加器累加器A是是CPU中使用最频繁的一个八位专用寄存中使用最频繁的一个八位专用寄存器，简称器，简称ACC或或A寄存器。主要功能：累加器寄存器。主要功能：累加器A存放存放操作数，是操作数，是ALU单元的输入之一，也是单元的输入之一，也是ALU运算结果运算结果的暂存单元。由于累加器的的暂

27、存单元。由于累加器的“瓶颈瓶颈”作用制约着单片作用制约着单片微机运算速度的提高，人们又推出寄存器阵列来代替微机运算速度的提高，人们又推出寄存器阵列来代替累加器，赋予更多寄存器以累加器功能，形成了多累累加器，赋予更多寄存器以累加器功能，形成了多累加器结构，比如加器结构，比如Inter公司的公司的MCS-96系列中的系列中的8098十十六位单片微机。六位单片微机。第二十四页，本课件共有73页3B寄存器寄存器B寄寄存存器器在在乘乘法法和和除除法法指指令令中中作作为为ALU的的输输入入之之一一。乘乘法法中中，ALU的的两两个个输输入入分分别别为为A、B，运运算算结结果果存存放放在在AB寄寄存存器器对对

28、中中，A中放积的低中放积的低8位，位，B中放积的高中放积的高8位。位。除除法法中中，被被除除数数取取自自A，除除数数取取自自B，商商数数存存放放于于A，余余数数存存放于放于B。在在其其它它情情况况下下，B寄寄存存器器可可以以作作为为内内部部RAM中中的的一一个个单单元元来来使使用。用。4.程序状态字程序状态字PSW程程序序状状态态字字PSW（ProgramStatusWord）是是一一个个逐逐位位定定义的义的8位寄存器，其内容的主位寄存器，其内容的主 要要部部分分是是算算术术逻逻辑辑运运算算单单元元（ALU）的的输输出出。其其中中有有些些位位是是根根据据指指令令执执行行结结果果，由由硬硬件件自

29、自动动生生成成，而而有有些位状态可用软件方法设定。些位状态可用软件方法设定。第二十五页，本课件共有73页一一些些条条件件转转移移指指令令就就是是根根据据PSW中中的的相相关关标标志志位位的的状状态态，来来实实现现程程序序的的条条件件转转移移。它它是是一一个个程程序序可可访访问问的的寄寄存存器器，而且可以按位访问。而且可以按位访问。其其中中，除除PSW1（保保留留位位）、RS1和和RS0（工工作作寄寄存存器器组组选选择择控控制制位位）及及用用户户标标志志F0之之外外，其其他他四四位位：奇奇偶偶校校验验位位P、溢溢出出标标志志位位OV、辅辅助助进进位位标标志志位位AC及及进进位位标标志志位位CY都

30、都是是ALU运运算算结结果果的的直接输出。直接输出。uP(PSW0)奇偶标志位。奇偶标志位。每个指令周期都由硬件来置位或清除。每个指令周期都由硬件来置位或清除。用用以以表表示示累累加加器器A中中值值为为1的的个个数数的的奇奇偶偶性性：若若累累加加器器值值为为1的的位位数数是是奇奇数数，P置置位位（奇奇校校验验）；否否则则P清清除除(偶偶校验校验)。CYAC F0 RS1RS0OV P第二十六页，本课件共有73页在在串串行行通通信信中中，常常以以传传送送奇奇偶偶校校验验位位来来检检验验传传输输数数据据的可靠性。通常将的可靠性。通常将P置入串行帧中的奇偶校验位。置入串行帧中的奇偶校验位。uOV(P

31、SW2)溢出标志位。溢出标志位。当当执执行行运运算算指指令令时时，由由硬硬件件置置位位或或清清除除，以以指指示示运运算算是是否否产产生生溢溢出出，OV置置位位表表示示运运算算结结果果超超出出了了目目的的寄寄存存器器A所所能能表示的带符号数的范围（一表示的带符号数的范围（一128127）。）。若若以以Ci表表示示位位i向向位位il有有进进位位，则则OV=C6 C7；当当位位6向向位位7有有进进位位(借借位位)而而位位7不不向向CY进进位位(借借位位)时时；或或当当位位7向向C进进位位(借借位位)而而位位6不不向向位位7进进位位(借借位位)时时OV标标志志置置位位，表表示示带带符符号号数数运运算算

32、时时运运算算结结果果是是错错误误的的；否否则则，清清除除OV标标志志，运运算算个个结果正确。结果正确。第二十七页，本课件共有73页对对于于MUL乘乘法法，当当A、B两两个个乘乘数数的的积积超超过过255时时OV置置位位；否否则则，OV0。因因此此，若若OV0时时，只只需需从从A寄寄存存器器中中取取积积；若若OV1时，则需从时，则需从B、A寄存器对中取积。寄存器对中取积。对于对于DIV除法，若除数为除法，若除数为0时，时，OV=1；否则，；否则，OV=0。uRS1、RS0(PSW.4、PSW.3)工作寄存器组选择位工作寄存器组选择位用于设定当前工作寄存器的组号。工作寄存器共有四组，用于设定当前工

33、作寄存器的组号。工作寄存器共有四组，其对应关系见其对应关系见表表21uAC(PSW6)辅助进位标志位。辅助进位标志位。当当进进行行加加法法或或减减法法运运算算时时，若若低低4位位向向高高4位位数数发发生生进位或借位时进位或借位时AC将被硬件置位；将被硬件置位；否则，被清除。否则，被清除。在十进制调整指令在十进制调整指令DA中要用到中要用到AC标志位状态。标志位状态。第二十八页，本课件共有73页uCY(PSW7)进位标志位。进位标志位。在在进进行行算算术术运运算算时时，可可以以被被硬硬件件置置位位或或清清除除，以以表表示示运运算算结结果中高位是否有进位或借位。在布尔处理机中果中高位是否有进位或借

34、位。在布尔处理机中CY被认为是位累加器。被认为是位累加器。uF0(PSW5)用户标志位。用户标志位。开开机机时时该该位位为为“0”。用用户户可可根根据据需需要要，通通过过位位操操作作指指令令置置“l”或者清或者清“0”。第二十九页，本课件共有73页2-3-3时钟电路及时钟电路及CPU的工作时序的工作时序时钟电路用于产生单片微机工作所需要的时钟信号。时钟电路用于产生单片微机工作所需要的时钟信号。时序所研究的是指令执行中各信号之间的相互关系。时序所研究的是指令执行中各信号之间的相互关系。单片微机本身就如一个复杂的同步时序电路单片微机本身就如一个复杂的同步时序电路。第三十页，本课件共有73页1.时钟

35、电路时钟电路在在80C51内内带带有有时时钟钟电电路路，只只需需要要在在片片外外通通过过XTALI和和XTAL2引引脚脚接接入入定定时时控控制制元元件件（晶晶体体振振荡荡器器和和电电容容），即即可可构构成成一一个个稳稳定定的的自自激激振振荡荡器器。在在80C51芯芯片片内内部部有有一一个个高高增增益益反反相相放放大大器器，而而在在芯芯片片的的外外部部，XTAL1和和XTAL2之之间间跨跨接接晶晶体体振振荡荡器器和和微微调调电电容容。80C51的的时时钟钟电路如电路如图图26所示。所示。由由图图可可见见，时时钟钟电电路路由由下下列列几几部部分分组组成成：振振荡荡器器及及定定时时控控制制元元件件、

36、时钟发生器、地址锁存允许信号时钟发生器、地址锁存允许信号ALE。u振荡器及定时控制元件振荡器及定时控制元件在在80C51芯芯片片内内部部有有一一个个高高增增益益反反相相放放大大器器，其其输输入入端端为为芯芯片引脚片引脚XTAL1，其输出端为引脚，其输出端为引脚XTAL2。第三十一页，本课件共有73页只只需需要要在在片片外外通通过过XTAL1和和XTAL2引引脚脚跨跨接接晶晶体体振振荡荡器器和和微微调调电电容容，形形成成反反馈馈电电路路，振振荡荡器器即即可可工工作作（皮皮尔尔斯斯振振荡荡器器）。振振荡荡器器的的结结构构和振荡电路原理如和振荡电路原理如图图27所示。所示。振振荡荡器器的的工工作作可

37、可以以由由PD位位（特特殊殊功功能能寄寄存存器器PCON中中的的一一位位）控制。当控制。当PD置置1时，振荡器停止工作，系统进入低功耗工作状态。时，振荡器停止工作，系统进入低功耗工作状态。振振荡荡器器的的工工作作频频率率一一般般在在1.212MHz之之间间，由由于于制制造造工工艺艺的的改改进进，有有些些单单片片微微机机的的频频率率范范围围正正向向两两端端延延伸伸，高端可达高端可达40MHZ，低端可达，低端可达0Hz。第三十二页，本课件共有73页u内部时钟发生器内部时钟发生器内部时钟发生器实质上是一个内部时钟发生器实质上是一个2分频的触发器。其输分频的触发器。其输入由振荡器引入的，输出为两个节拍

38、的时钟信号。输出的前入由振荡器引入的，输出为两个节拍的时钟信号。输出的前半周期，节拍半周期，节拍1（P1）信号有效；后半周期，节拍）信号有效；后半周期，节拍2（P2）信号有效。每个输出周期为一个计算机信号有效。每个输出周期为一个计算机CPU的状态周期，即的状态周期，即时钟发生器的输出为状态时钟。每个状态周期内包括一个时钟发生器的输出为状态时钟。每个状态周期内包括一个P1节拍和一个节拍和一个P2节拍，形成节拍，形成CPU内的基本定时时钟。内的基本定时时钟。uALE信号信号一一般般地地说说，状状态态时时钟钟经经过过3分分频频之之后后，产产生生ALE引引脚脚上上的的信信号号输出。输出。第三十三页，本

39、课件共有73页2时序定时单位时序定时单位单单片片微微机机执执行行指指令令是是在在时时序序电电路路的的控控制制下下一一步步一一步步进进行行的的。时时序序是是用用定定时时单单位位来来说说明明的的。80C51的的时时序序定定时时单单位位共共有有4个个：节拍、状态、机器周期和指令周期。节拍、状态、机器周期和指令周期。（1）节拍节拍P把振荡脉冲的周期称为节拍把振荡脉冲的周期称为节拍。（2）状态状态S一个状态一个状态S包含两个节拍，其前半周期对应的节拍叫包含两个节拍，其前半周期对应的节拍叫P1，后半周期，后半周期对应的节拍叫对应的节拍叫P2（3）机器周期机器周期80C51采用定时控制方式，因此它有固定的机

40、器周期。采用定时控制方式，因此它有固定的机器周期。第三十四页，本课件共有73页规规定定一一个个机机器器周周期期的的宽宽度度为为6个个状状态态，并并依依次次表表示示为为S1S6。由由于于一一个个机机器器周周期期共共有有12个个振振荡荡脉脉冲冲周周期期，因因此此机机器器周周期期就就是是振振荡脉冲的荡脉冲的12分频。分频。当当振振荡荡脉脉冲冲频频率率为为12MHZ时时，一一个个机机器器周周期期为为lS；当当振振荡荡脉脉冲频率为冲频率为6MHZ时，一个机器周期为时，一个机器周期为2S。机器周期是单片微机的最小时间单位。机器周期是单片微机的最小时间单位。（4）指令周期指令周期执执行行一一条条指指令令所所

41、需需要要的的时时间间称称为为指指令令周周期期。它它是是最最大大的的时时序序定定时时单单位位。80C51的的指指令令周周期期根根据据指指令令的的不不同同，可可包包含含有有一一、二二、三三、四四个个机机器器周周期期。当当振振荡荡脉脉冲冲频频率率为为12MHZ时时，80C51的的一一条条指指令令执执行的时间最短为行的时间最短为lS，最长为，最长为4S。第三十五页，本课件共有73页3.80C51指令时序指令时序80C51共有共有111条指令，全部指令按其长度可分为单字条指令，全部指令按其长度可分为单字节指令、双字节指令和三字节指令。节指令、双字节指令和三字节指令。MCS51的指令通常可以分为单周期、双

42、周期和四周期指令三种，的指令通常可以分为单周期、双周期和四周期指令三种，只有乘、除法指令为四周期，其余为单周期和双周期指令。只有乘、除法指令为四周期，其余为单周期和双周期指令。图图28所表示的是几种典型单机器周期和双机器周期指令所表示的是几种典型单机器周期和双机器周期指令的时序。的时序。u单机器周期指令，如单机器周期指令，如图图28（a）、（）、（b）所示。）所示。u双机器周期指令，如双机器周期指令，如图图28（c）、（）、（d）所示。）所示。第三十六页，本课件共有73页（1）单字节单周期指令（例如单字节单周期指令（例如INCA）只只需需进进行行一一次次读读指指令令操操作作。当当第第二二个个A

43、LE有有效效时时，由由于于PC没没有有加加1，所所以以读出的还是原指令。读出的还是原指令。（2）双字节单周期指令（例如）双字节单周期指令（例如ADDA，data）ALE的的两两次次读读操操作作都都是是有有效效的的，第第一一次次是是读读指指令令操操作作码码，第第二二次次是是读读指令第二字节。指令第二字节。（3）单字节双周期指令（例如）单字节双周期指令（例如INCDPTR）两两个个机机器器周周期期共共进进行行四四次次读读指指令令的的操操作作，但但其其中中后后三三次次的的读读操操作作全是无效的。全是无效的。(4)单字节双周期指令（例如单字节双周期指令（例如MOVX类指令）类指令）MOVX类类指指令令

44、情情况况有有所所不不同同。因因为为执执行行这这类类指指令令时时，先先在在ROM读读取取指指令令，然然后后对对外外部部RAM进进行行读读/写写操操作作。第第一一机机器器周周期期时时，与与其其它它指指令令一一样样，第第一一次次读读指指令令（操操作作码码）有有效效，第第二二次次读读指指令令操操作作无无效效。第第二二周周期期时时，进进行行外外部部RAM访访问问，此此时时与与ALE信信号号无无关关，因因此此不不产产生生读指令操作。读指令操作。第三十七页，本课件共有73页2.4存储器结构和地址空间存储器结构和地址空间单片微机的存储器有两种基本结构：一种是在通用微型单片微机的存储器有两种基本结构：一种是在通

45、用微型计算机中广泛采用的将程序和数据合用一个存储器空间的结构，计算机中广泛采用的将程序和数据合用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿（称为普林斯顿（Princeton）结构；另一种是将程序存储器和数）结构；另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，称为哈佛（据存储器截然分开，分别寻址的结构，称为哈佛（Harvard）结）结构。构。Intel的的MCS51和和80C51系列单片微机采用哈佛结构。系列单片微机采用哈佛结构。图图29为为80C51单片微机存储器映象图。单片微机存储器映象图。在物理上设有在物理上设有4个存储器空间个存储器空间程序存储器：程序存储器：片内程序存储器；片内程序

46、存储器；片外程序存储器。片外程序存储器。数据存储器：数据存储器：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。第三十八页，本课件共有73页在逻辑上设有在逻辑上设有3个存储器地址空间个存储器地址空间u片内、片外统一的片内、片外统一的64KB程序存储器地址空间；程序存储器地址空间；u片内片内256（80C527为为384）B数据存储器地址空间；数据存储器地址空间；u片外片外64KB的数据存储器地址空间。的数据存储器地址空间。在在访访问问这这3个个不不同同的的逻逻辑辑空空间间时时，应应选选用用不不同同形形式式的指令。的指令。片内数据存储器空间，在物理上又包含两部分：片内数据存储器空

47、间，在物理上又包含两部分：对对于于80C51型型单单片片微微机机，从从0127B为为片片内内数数据据存存储储器器空空间间；从从128256B为为特特殊殊功功能能寄寄存存器器(SFR)空空间间（仅仅占用占用20多个字节）。多个字节）。对对于于80C52型型单单片片微微机机，从从0127B为为片片内内数数据据存存储储器器空空间间；从从128256B共共128个个字字节节是是数数据据存存储储器器和和特特殊殊功功能能寄存器地址重叠空间。寄存器地址重叠空间。第三十九页，本课件共有73页80C51有三种基本的寻址空间：有三种基本的寻址空间：u64KB的片内、外程序存储器寻址空间；的片内、外程序存储器寻址空

48、间；u64KB的片外数据存储器寻址空间；的片外数据存储器寻址空间；u256（或或384）B的的片片内内数数据据存存储储器器寻寻址址空空间间，其其中中包包括括特特殊殊功能寄存器寻址空间。功能寄存器寻址空间。第四十页，本课件共有73页2-4-l程序存储器程序存储器80C51单片微机的程序存储器（单片微机的程序存储器（programmemory）用于存放经调）用于存放经调试正确的应用程序和表格之类的固定常数。由于采用试正确的应用程序和表格之类的固定常数。由于采用16位的程序计数器位的程序计数器PC和和16位的地址总线，因而其可扩展的地址空间为位的地址总线，因而其可扩展的地址空间为64KB。整个程序存

49、储器可以分为片内和片外两部分。整个程序存储器可以分为片内和片外两部分。CPU访问片内和片外存储器，可由访问片内和片外存储器，可由EA引脚所接的电平来确定：引脚所接的电平来确定：第四十一页，本课件共有73页EA引脚接高电平时，程序从片内程序存储器引脚接高电平时，程序从片内程序存储器0000H开开始执行，即访问片内存储器；当始执行，即访问片内存储器；当PC值超出片内值超出片内ROM容量时，容量时，会自动转向片外程序存储器空间执行。会自动转向片外程序存储器空间执行。EA引引脚脚接接低低电电平平时时，迫迫使使系系统统全全部部执执行行片片外外程程序序存存储储器器0000H开始存放的程序。开始存放的程序。

50、对对于于片片内内无无ROM的的80C31/80C32单单片片机机，应应将将EA引引脚脚固固定接低电平，以迫使系统全部执行片外程序存储器程序。定接低电平，以迫使系统全部执行片外程序存储器程序。程序存储器的某些单元被保留用于特定的程序入口地址程序存储器的某些单元被保留用于特定的程序入口地址。由由于于系系统统复复位位后后的的PC地地址址为为0000H，故故系系统统从从0000H单单元元开开始始取取指指，执执行行程程序序。从从0003H002DH单单元元被被保保留留用用于于6个个中中断断源源的的中中断断服服务务程程序的入口地址。序的入口地址。第四十二页，本课件共有73页以下以下7个特定地址被保留：个特