PLC MCS51硬件组成.ppt

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1、3 3MCS-51MCS-51单片机内部结构和工作原理单片机内部结构和工作原理 3.1 3.1 MCS-51MCS-51系列单片机内部结构系列单片机内部结构 3.2 3.2 外部引脚功能外部引脚功能 3.3 3.3 微处理器的组成及工作原理微处理器的组成及工作原理 3.4 3.4 存储空间配置和功能存储空间配置和功能 3.5 3.5 I/OI/O端口结构、工作原理及功能端口结构、工作原理及功能 3.6 3.6 时钟和时序时钟和时序 3.7 3.7 复位电路、复位条件和复位后状态复位电路、复位条件和复位后状态3.1 3.1 80C5180C51系列单片机内部结构系列单片机内部结构8 8 位的位的

2、 CPUCPU，片内有振荡器和时钟电路，片内有振荡器和时钟电路,片内片内 128/256128/256字节字节 RAMRAM片内片内 0K/4K/8K0K/4K/8K字节字节 程序存储器程序存储器ROMROM可寻址片外可寻址片外 64K64K字节字节 数据存储器数据存储器RAMRAM可寻址片外可寻址片外 64K64K字节字节 程序存储器程序存储器ROMROM片内片内 21/2621/26个个 特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR）4 4个个8 8位位 的并行的并行I/OI/O口（口（PIOPIO）1 1个个 全双工串行口（全双工串行口（SIO/UARTSIO/UART）2/32/3个个

3、1616位位 定时器定时器/计数器（计数器（TIMER/COUNTERTIMER/COUNTER）可处理可处理5/65/6个中断源，两级中断优先级个中断源，两级中断优先级内置内置1 1个布尔处理器和个布尔处理器和1 1个布尔累加器（个布尔累加器（CyCy）MCS-51MCS-51指令集含指令集含111111条指令条指令MCS-51MCS-51单片机基本特性单片机基本特性3.2 3.2 单片机的引脚定义单片机的引脚定义从从一片集成电路的角度去认识单片机一片集成电路的角度去认识单片机4040个引脚双排直插个引脚双排直插DIPDIP封装封装,大致可分为大致可分为4 4类：电源、时钟、类：电源、时钟、

4、控制和控制和I/OI/O引脚。引脚。1 1)电源电源:a)a)VCC-VCC-芯片电源，芯片电源，接接+5V/3.3V/2.7V+5V/3.3V/2.7V；b)b)VSS-VSS-接地端；接地端；2 2)时钟时钟:XTAL1(19):XTAL1(19)、XTAL2(18)-XTAL2(18)-晶体振荡电路晶体振荡电路反相输入端和输出端。反相输入端和输出端。151545pf245pf21 112MHz12MHz（MCS-51MCS-51）0 024MHz24MHz（Atmel-89CAtmel-89C）XTAL1XTAL1XTAL2XTAL2也可以由也可以由 XTAL2XTAL2端接端接入外部时

5、钟，此时应入外部时钟，此时应将将 XTAL1XTAL1接地：接地：XTAL1XTAL1XTAL2XTAL2外部时钟外部时钟通常通常外接一个外接一个晶振两个电容晶振两个电容常用单片机的最高时钟频率常用单片机的最高时钟频率单片机型号单片机型号最高时钟频率最高时钟频率8031803112MHz12MHz8051805112MHz12MHz8751875112MHz12MHzAT89C2051AT89C205124MHz24MHzAT89C51AT89C5133MHz33MHzAT89C52AT89C5233MHz33MHzAT89S53AT89S5324MHz24MHz3 3)控制线控制线:控制线共

6、有控制线共有4 4根，根，a)a)ALE/PROG:ALE/PROG:地址锁存允许地址锁存允许/片内片内EPROMEPROM编程脉冲编程脉冲 ALEALE功能：用来锁存功能：用来锁存P0P0口送出的低口送出的低8 8位地址位地址 PROGPROG功能：片内有功能：片内有EPROMEPROM的芯片，在的芯片，在EPROMEPROM编程编程期间，此引脚输入编程脉冲。期间，此引脚输入编程脉冲。b)b)RST/VPD:RST/VPD:复位复位/备用电源。备用电源。RSTRST（ResetReset）功能：复位信号输入端。功能：复位信号输入端。V VPDPD功能：在功能：在VccVcc掉电情况下，接备用

7、电源。掉电情况下，接备用电源。单片机单片机锁存器锁存器74LS373P0.0-P0.7ALEPSENP2.0-P2.48D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GCEEPROMc)c)单片机的引脚（单片机的引脚（PSENPSEN端）端）PSENPSEN：寻址外部程序存储器时选通外部寻址外部程序存储器时选通外部EPROMEPROM的的 控制端（控制端（OEOE）低有效。低有效。EPROMd)d)EA/EA/VppVpp内外内外ROMROM选择选择/片内片内EPROMEPROM编程电源。编程电源。EAEA功能：内外功能：内外ROMROM选择端。选择端。当当EAEA保持高电平时，先访问内保持高电平

8、时，先访问内ROMROM，但当但当PC(PC(程序计数程序计数器器)值超过值超过4KB(0FFFH)4KB(0FFFH)时，将自动转向执行外时，将自动转向执行外ROMROM中的中的程序。程序。当当EAEA保持低电平时，则只访问外保持低电平时，则只访问外ROMROM，不管芯片内有否不管芯片内有否内内ROMROM。对对80C3180C31芯片，片内无芯片，片内无ROMROM，因此因此EAEA必须接地。必须接地。4 4)I/O)I/O线线 80C5180C51共有共有4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O端口：端口：P0P0、P1P1、P2P2、P3P3口，共口，共3232个引脚。个引脚。P3P3

9、口还具有第二功能，用于特殊信口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。号输入输出和控制信号（属控制总线）。P3.0 P3.0 RXD RXD：串行口输入端；串行口输入端；P3.1 P3.1 TXD TXD：串行口输出端；串行口输出端；P3.2 P3.2 INT0 INT0：外部中断外部中断0 0请求输入端；请求输入端；P3.3 P3.3 INT1 INT1：外部中断外部中断1 1请求输入端；请求输入端；P3.4 P3.4 T0 T0：定时定时/计数器计数器0 0外部信号输入端；外部信号输入端；P3.5 P3.5 T1 T1：定时定时/计数器计数器1 1外部信号输入端；外部

10、信号输入端；P3.6 P3.6 WR WR：外：外RAMRAM写选通信号输出端；写选通信号输出端；P3.7 P3.7 RD RD：外：外RAMRAM读选通信号输出端。读选通信号输出端。3.3 3.3 微微处理器（处理器（CPUCPU）的组）的组成及工作原理成及工作原理3.3.1 3.3.1 运算器运算器 实现加法和移位实现加法和移位 算术逻辑单元算术逻辑单元ALUALU 累加器累加器A A 通用寄存器组通用寄存器组 暂存寄存器暂存寄存器TMPTMP 标志寄存器等标志寄存器等1 1）算术逻辑单元）算术逻辑单元ALUALU由加法器和其它逻辑电路（移位电路和控制门）由加法器和其它逻辑电路（移位电路和

11、控制门）在指令译码后产生的控制信号的控制下，完成各种在指令译码后产生的控制信号的控制下，完成各种算术和逻辑运算。算术和逻辑运算。2 2）累加器）累加器A A或或ACAC（AccumulatorAccumulator）作为作为ALUALU的一个操作数输入端（被加数）的一个操作数输入端（被加数）用于存放用于存放ALUALU的运算结果。的运算结果。结构上：并行输入结构上：并行输入/输出的移位寄存器输出的移位寄存器 位数等于微型计算机的字长位数等于微型计算机的字长MCS-51MCS-51设置了一个累加器，位数：设置了一个累加器，位数：8 83 3）通用寄存器（）通用寄存器（general-purpos

12、e registergeneral-purpose register）功能：暂时存储参加运算的此之前、中间结果或地址功能：暂时存储参加运算的此之前、中间结果或地址。4 4）B B：寄存器：寄存器在做乘、除法时放乘数或除数。在做乘、除法时放乘数或除数。5 5）暂存寄存器）暂存寄存器TMPTMP（temporary registertemporary register）用来暂存从数据总线或通用寄存器送来的操作数，并用来暂存从数据总线或通用寄存器送来的操作数，并将该数据送入将该数据送入ALUALU进行运算，也可将数据送到内部数据总进行运算，也可将数据送到内部数据总线。线。6 6）标志寄存器）标志寄存

13、器F F PSWPSW（flag register or status registerflag register or status register）用来编程用来编程ALUALU操作结果的特殊状态，每一位都可表示操作结果的特殊状态，每一位都可表示一种状态：进位、溢出、结果为零、结果为奇数等。一种状态：进位、溢出、结果为零、结果为奇数等。标志寄存器标志寄存器PSWPSWCYCY：进位标志。：进位标志。例：例：78H+97H78H+97H（01111000+1001011101111000+10010111）ACAC：半进位标志。：半进位标志。例：例：57H+3AH57H+3AH（010101

14、11+0011101001010111+00111010）F0F0：用户标志位。：用户标志位。RS1RS1、RS0RS0：工作寄存器组选择位。：工作寄存器组选择位。OVOV：溢出标志位。：溢出标志位。P P：奇偶校验位，：奇偶校验位，1 1的个数为奇数置的个数为奇数置1 1。例：某算结果是例：某算结果是78H78H（0111100001111000），），P=0P=0。D7D7D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D0CYCYACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOVP PALUALUTMPTMPA AB BF F内部内部DBDB7 7）ALUALU进行加法的过程进行加法的

15、过程设累加器设累加器A A中的数为中的数为21H21H，通用寄存器，通用寄存器B B中的数为中的数为43H43H，当执行加法指令当执行加法指令ADD A,BADD A,B时，寄存器时，寄存器B B和累加器和累加器A A的内的内容相加容相加8 8）布尔处理机）布尔处理机布尔处理是布尔处理是MCS51MCS51单片机单片机ALUALU所具有的功能。所具有的功能。指令系统的布尔指令，指令系统的布尔指令，存储器中的位地址空间，存储器中的位地址空间，借用借用PSWPSW的进位标志位的进位标志位CYCY为位操作的累加器。为位操作的累加器。发布操作命令的机构，是计算机的指挥中心。发布操作命令的机构，是计算机

16、的指挥中心。任务：当计算机进入自动计算时，逐条取出指令、任务：当计算机进入自动计算时，逐条取出指令、分析指令、执行指令，并为取下一条指令做好准备。分析指令、执行指令，并为取下一条指令做好准备。3.3.23.3.2 控制器的组成及工作原理控制器的组成及工作原理控制器的组成控制器的组成地址总线地址总线时钟发生器时钟发生器操作码译码器操作码译码器程序计数器程序计数器PC节拍发生器节拍发生器微操作控制电路微操作控制电路控制信号（至运算器、控制信号（至运算器、存储器、存储器、I/OI/O接口等）接口等）指令寄存器指令寄存器IR操作码操作码地址码地址码程序计数器（程序计数器（PC program coun

17、terPC program counter）程序是指令的有序集合，计算机运行时，通常按程序是指令的有序集合，计算机运行时，通常按顺序执行存放在存储器中的程序。顺序执行存放在存储器中的程序。程序计数器的位数决定了微处理器的所能寻址的空间。程序计数器的位数决定了微处理器的所能寻址的空间。8 8位位:2:28 8256256字节字节 1616位：寻址位：寻址64KB64KB范围范围 1 1）指令部件）指令部件程序执行和程序执行和PCPC内容的变化内容的变化2000H2000H2001H2001H2002H2002H2003H2003HX=2050HX=2050H2000H 2000H 指令指令200

18、1H 2001H 指令指令2002H 2002H 指令指令2003H JMPS2003H JMPS2004H 2004H 指令指令2050H2050H2051H2051H2052H2052H2053H2053H2050H 2050H 指令指令2051H 2051H 指令指令2052H 2052H 指令指令2053H 2053H 指令指令PCPC存储器存储器地址地址PCPC存储器存储器开始开始2 2）时序部件）时序部件计算机的工作是周期性的取指令、分析指令、执行指令，这计算机的工作是周期性的取指令、分析指令、执行指令，这一系列的操作顺序都需要精确的定时。一系列的操作顺序都需要精确的定时。时钟系统

19、及时序部件时钟系统及时序部件1.1.脉冲源：用来产生具有一定频率和宽度的脉冲信号。脉冲源：用来产生具有一定频率和宽度的脉冲信号。2.2.脉冲分配器：脉冲分配器：产生节拍和脉冲，以控制和协调计算机各部分有节奏的动作。产生节拍和脉冲，以控制和协调计算机各部分有节奏的动作。计算机执行一条指令时，在这个节拍的指挥下由控制器根据计算机执行一条指令时，在这个节拍的指挥下由控制器根据具体的指令发生一系列脉冲来完成这一指令所要求的操作。具体的指令发生一系列脉冲来完成这一指令所要求的操作。实质：环形计数器实质：环形计数器3 3.4.4 存储空间配置和功能存储空间配置和功能 80C5180C51的存储器配置方式与

20、其他常用的微机的存储器配置方式与其他常用的微机系统不同，属哈佛结构系统不同，属哈佛结构(注意注意:什么是哈佛结构什么是哈佛结构?)?)，它把程序存储器和数据存储器分开，各有自己它把程序存储器和数据存储器分开，各有自己的寻址系统、控制信号和功能。的寻址系统、控制信号和功能。程序存储器用于存放程序和表格常数；程序存储器用于存放程序和表格常数；数据存储器用于存放程序运行数据和结果。数据存储器用于存放程序运行数据和结果。80C5180C51的的存存储储器器组组织织结结构构可可以以分分为为三三个个不不同同的的存存储储空空间间，分别是：分别是：64KB64KB程序存储器程序存储器(ROM),(ROM),包

21、括片内包括片内ROMROM和片外和片外ROMROM；256B256B内部数据存储器内部数据存储器(内内RAM)RAM)(包括特殊功能寄存器）包括特殊功能寄存器）。64KB64KB外部数据存储器（外外部数据存储器（外RAMRAM）；）；80C5180C51存储空间配置图存储空间配置图 3.4.1 3.4.1 程序存储器（程序存储器（ROMROM）地址范围：地址范围：0000H0000HFFFFHFFFFH，共共64KB64KB。其中其中:低段低段4KB4KB：0000H0000H0FFFH0FFFH 80C51 80C51和和87C5187C51在片内，在片内，80C3180C31在片外。在片外

22、。高段高段60KB60KB：1000H1000HFFFFHFFFFH。在片外。在片外。读写读写ROMROM用用MOVCMOVC指令，控制信号是指令，控制信号是PSENPSEN和和EAEA。读读ROMROM是以程序计数器是以程序计数器PCPC作为作为1616位地址指针，依位地址指针，依次读相应地址次读相应地址ROMROM中的指令和数据，每读一个字中的指令和数据，每读一个字节，节，PC+1PCPC+1PC，这是这是CPUCPU自动形成的。自动形成的。但是有些指令有修改但是有些指令有修改PCPC的功能，例如转移类指的功能，例如转移类指令，令，CPUCPU将按修改后将按修改后PCPC的的1616位地址

23、读位地址读ROMROM。读外读外ROMROM的过程的过程 CPUCPU从从PC(PC(程序计数器程序计数器)中取出当前中取出当前ROMROM的的1616位地址，分位地址，分别由别由P0P0口（低口（低8 8位）和位）和P2P2口（高口（高8 8位）同时输出位）同时输出;ALEALE信号有效时由地址锁存器锁存低信号有效时由地址锁存器锁存低8 8位地址信号位地址信号;地址锁存器输出的低地址锁存器输出的低8 8位地址信号和位地址信号和P2P2口输出的高口输出的高8 8位位地址信号同时加到外地址信号同时加到外ROM 16ROM 16位地址输入端位地址输入端;当当PSENPSEN信号有效时，外信号有效时

24、，外ROMROM将相应地址存储单元中的数将相应地址存储单元中的数据送至数据总线（据送至数据总线（P0P0口），口），CPUCPU读入后存入指定单元。读入后存入指定单元。注意注意 64KB64KB中有一小段范围是中有一小段范围是80C5180C51系统专用单元，系统专用单元，0003H0003H0023H0023H是是5 5个中断源中断服务程序入口地址，用个中断源中断服务程序入口地址，用户不能安排其他内容。户不能安排其他内容。80C5180C51复位后，复位后，PC=0000HPC=0000HCPUCPU从地址为从地址为0000H0000H的的ROMROM单元中读取指令和数据。单元中读取指令和数

25、据。这这3B3B只能用来安排一条跳转指令，跳转到其他合适的地只能用来安排一条跳转指令，跳转到其他合适的地址范围去执行真正的主程序。址范围去执行真正的主程序。程序的入口地址程序的入口地址复位复位0000H0000H外部中断外部中断0 00003H0003H定时器定时器/计数器计数器0 0溢出溢出000BH000BH外部中断外部中断1 10013H0013H定时器定时器/计数器计数器1 1溢出溢出001BH001BH串行口中断串行口中断0023H0023H3.4.2 3.4.2 内部数据存储器（内内部数据存储器（内RAMRAM）从广义上讲，从广义上讲，80C5180C51内内RAMRAM（128B

26、128B）和特殊功能寄和特殊功能寄存器（存器（128B128B）均属于片内均属于片内RAMRAM空间，读写指令均用空间，读写指令均用MOVMOV指指令。但为加以区别，内令。但为加以区别，内RAMRAM通常指通常指00H00H7FH7FH的低的低128B128B空空间。间。80C5180C51内内RAMRAM又可分成三个物理空间：又可分成三个物理空间：工作寄存器区、位寻址区和数据缓冲区。工作寄存器区、位寻址区和数据缓冲区。地址区域地址区域 功能名称功能名称 00H 00H 1FH1FH00H00H07H 07H 工作寄存器工作寄存器0 0区区 08H08H0FH 0FH 工作寄存器工作寄存器1

27、1区区 10H10H17H 17H 工作寄存器工作寄存器2 2区区 18H18H1FH 1FH 工作寄存器工作寄存器3 3区区 20H20H2FH 2FH 位寻址区位寻址区 30H30H7FH7FH数据缓冲区数据缓冲区 1 1)工作寄存器区工作寄存器区 工作寄存器区分为工作寄存器区分为4 4个区：个区：0 0区、区、1 1区、区、2 2区、区、3 3区。区。每区有每区有8 8个寄存器：个寄存器：R0R0R7R7，寄存器名称相同。寄存器名称相同。当前工作的寄存器区只能有一个，由当前工作的寄存器区只能有一个，由PSWPSW中的中的D4D4、D3D3位决定。位决定。有专用于工作寄存器操作的指令，读写

28、速度比有专用于工作寄存器操作的指令，读写速度比一般内一般内RAMRAM要快，指令字节比一般直接寻址指令要要快，指令字节比一般直接寻址指令要短，还具有间址功能，能给编程和应用带来方便。短，还具有间址功能，能给编程和应用带来方便。RS1RS1RS0RS0寄存器组寄存器组片片内内RAMRAM地地址址通用寄存器通用寄存器名称名称0 00 00 0组组00H00H07H07HR0R0R7R70 01 11 1组组08H08H0FH0FHR0R0R7R71 10 02 2组组10H10H17H17HR0R0R7R70 01 13 3组组18H18H1FH1FHR0R0R7R7RS1RS1、RS0RS0与片

29、内工作寄存器组的对应关系与片内工作寄存器组的对应关系 2 2）位寻址区）位寻址区 a)a)地址地址:从从20H20H2FH2FH共共1616字节（字节（ByteByte，B B）。）。每每ByteByte有有8 8位位（bitbit，b b），），共共128128位，每一位均有一个位地址；位，每一位均有一个位地址；可按位地址对该位进行置可按位地址对该位进行置1 1、清、清0 0、求反或判转。、求反或判转。b)b)用途：用途：存放各种标志位信息和位数据。存放各种标志位信息和位数据。c)c)注意事项注意事项:位地址与字节地址编址相同，容易混淆。位地址与字节地址编址相同，容易混淆。区分方法区分方法:

30、位操作指令中的地址是位地址位操作指令中的地址是位地址;字节操作指令中的地址是字节地址。字节操作指令中的地址是字节地址。位寻址区的位地址映象表位寻址区的位地址映象表 字节字节地址地址位位 地地 址址D7D7D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D027H27H3FH3FH3EH3EH3DH3DH3CH3CH3BH3BH3AH3AH39H39H38H38H26H26H37H37H36H36H35H35H34H34H33H33H32H32H31H31H30H30H25H25H2FH2FH2EH2EH2DH2DH2CH2CH2BH2BH2AH2AH29H29H28H28H24H24H27

31、H27H26H26H25H25H24H24H23H23H22H22H21H21H20H20H23H23H1FH1FH1EH1EH1DH1DH1CH1CH1BH1BH1AH1AH19H19H18H18H22H22H17H17H16H16H15H15H14H14H13H13H12H12H11H11H10H10H21H21H0FH0FH0EH0EH0DH0DH0CH0CH0BH0BH0AH0AH09H09H08H08H20H20H07H07H06H06H05H05H04H04H03H03H02H02H01H01H00H00H字节字节地址地址位位 地地 址址D7D7D6D6D5D5D4D4D3D3D2

32、D2D1D1D0D02FH2FH7FH7FH7EH7EH7DH7DH7CH7CH7BH7BH7AH7AH79H79H78H78H2EH2EH77H77H76H76H75H75H74H74H73H73H72H72H71H71H70H70H2DH2DH6FH6FH6EH6EH6DH6DH6CH6CH6BH6BH6AH6AH69H69H68H68H2CH2CH67H67H66H66H65H65H64H64H63H63H62H62H61H61H60H60H2BH2BH5FH5FH5EH5EH5DH5DH5CH5CH5BH5BH5AH5AH59H59H58H58H2AH2AH57H57H56H56H55

33、H55H54H54H53H53H52H52H51H51H50H50H29H29H4FH4FH4EH4EH4DH4DH4CH4CH4BH4BH4AH4AH49H49H48H48H28H28H47H47H46H46H45H45H44H44H43H43H42H42H41H41H40H40H3 3）数据缓冲区数据缓冲区 内内RAMRAM中中30H30H7FH7FH为为数数据据缓缓冲冲区区，用用于于存存放放各种数据和中间结果，起到数据缓冲的作用。各种数据和中间结果，起到数据缓冲的作用。堆栈、堆栈指针堆栈、堆栈指针堆栈操作：内存堆栈操作：内存RAMRAM区专门开辟区专门开辟出来的按照出来的按照“先进后出先

34、进后出”原则进原则进行数据存取的一种工作方式行数据存取的一种工作方式;主要用于子程序调用及返回和中主要用于子程序调用及返回和中断处理断点的保护及返回断处理断点的保护及返回,它在它在完成子程序嵌套和多重中断处理完成子程序嵌套和多重中断处理中是必不可少的。中是必不可少的。栈底栈底SPSPSP+1SP+1数据入数据入数据出数据出堆栈指针堆栈指针SPSP用来指示堆栈所处的位置用来指示堆栈所处的位置;在进行操作之前在进行操作之前,先用指令给先用指令给SPSP赋值赋值,以规定栈区以规定栈区在在RAMRAM区的起始地址（栈底层）。当数据推入栈区区的起始地址（栈底层）。当数据推入栈区后后,SP,SP的值也自动

35、随之变化。的值也自动随之变化。堆栈操作分自动方式和指令方式。堆栈操作分自动方式和指令方式。自动方式是在调用子程序或发生中断时自动方式是在调用子程序或发生中断时CPUCPU自动将自动将断口地址存人或者取出；指令方式是使用进出栈指断口地址存人或者取出；指令方式是使用进出栈指令进行操作。令进行操作。MCS-51 MCS-51 系统复位后系统复位后,SP,SP初始化为初始化为07H07H。3 3.4.3.4.3 特殊功能寄存器及位地址空间特殊功能寄存器及位地址空间特殊功能寄存器地址映象表（一）特殊功能寄存器地址映象表（一）特殊功能寄存器地址映象表（二）特殊功能寄存器地址映象表（二）特殊功能寄存器地址映

36、象表（三）特殊功能寄存器地址映象表（三）注：带括号的字节地址表示每位有位地址，可位操作。注：带括号的字节地址表示每位有位地址，可位操作。1)1)累加器累加器AccAcc2)2)寄存器寄存器B BMOV A,R0 MOV A,R1MOV A,30H ADD A,32HADD A,#32HMOV A,B ADD A,B数据指针数据指针DPTRDPTR1616位，由两个位，由两个8 8位寄存器位寄存器DPHDPH、DPLDPL组成。组成。主要用于存放一个主要用于存放一个1616位地址，作为访问外部存储器位地址，作为访问外部存储器（外（外RAMRAM和和ROMROM）的地址指针）的地址指针。3)3)P

37、CPC不属于特殊功能寄存器，不可访问，物理结构上是独立的。不属于特殊功能寄存器，不可访问，物理结构上是独立的。1616位的地址寄存器，存放将要从位的地址寄存器，存放将要从ROMROM中读出的下一字节指令码中读出的下一字节指令码的地址。的地址。PCPC的基本工作方式有：的基本工作方式有：a)a)自动加自动加1 1。CPUCPU从从ROMROM中每读一个字节，自动执行。中每读一个字节，自动执行。b)b)执行转移指令时，执行转移指令时，PCPC会根据该指令要求修改下一次会根据该指令要求修改下一次 读读ROMROM新的地址；新的地址；c)c)执行调用子程序或发生中断时，执行调用子程序或发生中断时，CP

38、UCPU会自动将当前会自动将当前 PCPC值压入堆栈，将子程序入口地址或中断入口地址装入值压入堆栈，将子程序入口地址或中断入口地址装入PCPC；子程序返回或中断返回时，恢复原有被压入堆栈的子程序返回或中断返回时，恢复原有被压入堆栈的PCPC值，继值，继续执行原顺序程序指令。续执行原顺序程序指令。3.4.43.4.4 外部数据存储器（外外部数据存储器（外RAMRAM）地址范围：地址范围：0000H0000H FFFFHFFFFH 共共64KB64KB。读写外读写外RAMRAM用用MOVXMOVX指令，指令，控制信号是控制信号是P3P3口中的口中的RDRD和和WRWR。一般情况下，只有在内一般情况

39、下，只有在内RAMRAM不能满足应用要求时，不能满足应用要求时，才外接才外接RAMRAM。扩展扩展I/OI/O接口，统一编址。接口，统一编址。a)a)外外RAM 16RAM 16位地址分别由位地址分别由P0P0口（低口（低8 8位）和位）和P2P2口（高口（高8 8位）同时输出位）同时输出;b)ALEb)ALE信号有效时由地址锁存器锁存低信号有效时由地址锁存器锁存低8 8位地址信号，位地址信号，地址锁存器输出的低地址锁存器输出的低8 8位地址信号和位地址信号和P2P2口输出的高口输出的高8 8位位地址信号同时加到外地址信号同时加到外RAM 16RAM 16位地址输入端位地址输入端;c)c)当当

40、RDRD信号有效时，外信号有效时，外RAMRAM将相应地址存储单元中的将相应地址存储单元中的数据送至数据总线（数据送至数据总线（P0P0口），口），CPUCPU读入后存入指定单读入后存入指定单元。元。读外读外RAMRAM的过程：的过程：写写外外RAMRAM的过程：的过程：写外写外RAMRAM的过程与读外的过程与读外RAMRAM的过程相同。只是控制的过程相同。只是控制信号不同，信号换成信号不同，信号换成WRWR信号。当信号。当WRWR信号有效时，信号有效时，外外RAMRAM将数据总线（将数据总线（P0P0口分时传送）上的数据写入相口分时传送）上的数据写入相应地址存储单元中。应地址存储单元中。3.

41、5 3.5 I/OI/O端口结构及工作原理端口结构及工作原理 有有4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O口口,共共3232条端线：条端线：P0P0、P1P1、P2P2和和P3P3口。口。每一个每一个I/OI/O口都能用作输入或输出。口都能用作输入或输出。用作输入时，均须先写入用作输入时，均须先写入“1 1”；用作输出时，用作输出时，P0P0口应外接上拉电阻。口应外接上拉电阻。P0P0口的负载能力为口的负载能力为8 8个个LSTTLLSTTL门电路；门电路；P1P1P3P3口的负载能力为口的负载能力为4 4个个LSTTLLSTTL门电路。门电路。在并行扩展外存储器或在并行扩展外存储器或I/OI

42、/O口情况下，口情况下，P0P0口用于低口用于低8 8位地址总线和数据总线位地址总线和数据总线(分时传送分时传送)P2 P2口用于高口用于高8 8位地址总线，位地址总线，P3P3口常用于第二功能，口常用于第二功能，用户能使用的用户能使用的I/OI/O口只有口只有P1P1口和未用作第二功能的口和未用作第二功能的部分部分P3P3口端线。口端线。1 1）单片机的引脚（）单片机的引脚（P0P0口）口）P0.0P0.7:P0.0P0.7:双向双向I/O I/O（内置场效应管上拉）内置场效应管上拉）寻址外部程序存储器时分时作为双向寻址外部程序存储器时分时作为双向8 8位数据口和位数据口和输出低输出低8 8

43、位地址复用口；不接外部程序存储器时可作位地址复用口；不接外部程序存储器时可作为为8 8位准双向位准双向I/OI/O口使用。口使用。21DQCK/Q读读引脚引脚读读锁存器锁存器写写锁锁存器存器内部内部总线总线地址地址/数据数据 控制控制引脚引脚P0.X34VccV2V1锁存器锁存器场效场效应管应管场效场效应管应管三态门三态门三态门三态门P0P0用作通用用作通用I/OI/O时，控制时，控制=0=0：a a）此脚作输入口（事先必须对它写）此脚作输入口（事先必须对它写“1”1”）2 21 1D DQ QCLKCLK/Q/Q读引脚读引脚 =1=1读读锁存器锁存器写写锁锁存器存器内部内部总线总线地址地址/

44、数据数据 控制控制引脚引脚P0.XP0.X3 34 40 00 01 10 00 0截截止止截截止止=0=0VccVccV1V1V2V2P0P0用作通用用作通用I/OI/O时，控制时，控制=0=0：b b）此脚作输出口时，当）此脚作输出口时，当P0P0口用作输出口时，因输出口用作输出口时，因输出级处于开漏状态，必须外接上拉电阻。级处于开漏状态，必须外接上拉电阻。2 21 1D DQ QCKCK/Q/Q读引脚读引脚读读锁存器锁存器写写锁锁存器存器内部内部总线总线地址地址/数据数据 控制控制引脚引脚P0.XP0.X3 34 40 00 01 10 00 0截截止止截截止止=0=0VccVccV1V

45、1V2V2P0P0口用作地址口用作地址/数据复用口，控制数据复用口，控制=1=1c c）作地址）作地址/数据输出：输出地址数据输出：输出地址/数据数据 =0=0 时时2 21 1D DQ QCKCK/Q/Q读引脚读引脚读读锁存器锁存器写写锁锁存器存器内部内部总线总线地址地址/数据数据 控制控制=1=1引脚引脚P0.XP0.X3 34 41 10 01 11 1=0=0导导通通截截止止=0=0VccVccV2V2V1V1P0P0口用作地址口用作地址/数据复用口，控制数据复用口，控制=1=1d d）作地址）作地址/数据输出：输出地址数据输出：输出地址/数据数据 =1=1 时时2 21 1D DQ

46、QCKCK/Q/Q读引脚读引脚读读锁存器锁存器写写锁锁存器存器内部内部总线总线地址地址/数据数据 控制控制=1=1引脚引脚P0.XP0.X3 34 41 11 10 00 0=1=1截截止止导导通通=1=1VccVccV2V2V1V1P0P0口用作地址口用作地址/数据复用口数据复用口e e）作数据输入：）作数据输入：2 21 1D DQ QCKCK/Q/Q读引脚读引脚 =1=1读读锁存器锁存器写写锁锁存器存器内部内部总线总线地址地址/数据数据 控制控制=0=0引脚引脚P0.XP0.X3 34 4VccVccV2V2V1V12 21 1D DQ QCKCK/Q/Q读引脚读引脚读读锁存器锁存器写写

47、锁锁存器存器内部内部总线总线地址地址/数据数据 控制控制=0=0引脚引脚P0.XP0.X3 34 4VccVccV2V2V1V1端口操作：直接对端口进行操作端口操作：直接对端口进行操作ANL P0,A (P0)(P0)与与(A)ORL P0,#data (P0)(P0)或或 dataDEC P0 (P0)(P0)1 2)2)单片机的引脚（单片机的引脚（P1P1口）口）2 21 1D DQ QCLKCLK/Q/Q读引脚读引脚读读锁存器锁存器写写锁锁存器存器内部内部总线总线引脚引脚P1.XP1.XVccVccV1V1内部上拉电阻内部上拉电阻2 21 1D DQ QCKCK/Q/Q读读引脚引脚读读锁

48、存器锁存器写写锁锁存器存器内部内部总线总线地址地址控制控制引脚引脚P2.XP2.XVccVccV1功能：通用输入输出功能：通用输入输出 高高8 8位地址总线输出位地址总线输出结构区别：多了一个输出模拟转换开关和反相器结构区别：多了一个输出模拟转换开关和反相器3)3)单片机的引脚（单片机的引脚（P2P2口）口）21DQCK/Q读读引脚引脚读读锁存器锁存器写写锁锁存器存器内部内部总线总线引脚引脚P3.XVccV1第二功能输入第二功能输入第二功能输出第二功能输出44)4)单片机的引脚（单片机的引脚（P3P3口）口）3.6 3.6 CPUCPU时钟和时序时钟和时序1 1）时钟电路时钟电路 80C518

49、0C51单片机内有一高增益反相放大器，按图连接即可构成单片机内有一高增益反相放大器，按图连接即可构成自激振荡电路，振荡频率取决于石英晶体的振荡频率自激振荡电路，振荡频率取决于石英晶体的振荡频率.2 2）振荡周期和机器周期振荡周期和机器周期a)a)振荡周期或时钟周期振荡周期或时钟周期 80C5180C51振荡器产生的时钟脉冲频率的倒数，是最基振荡器产生的时钟脉冲频率的倒数，是最基本最小的定时信号。又称节拍本最小的定时信号。又称节拍b)b)状态周期状态周期 它是将时钟脉冲二分频后的脉冲信号。状态周期是它是将时钟脉冲二分频后的脉冲信号。状态周期是时钟周期的两倍。状态周期又称时钟周期的两倍。状态周期又

50、称S S周期。在周期。在S S周期内有两周期内有两个时钟周期，即分为两拍，分别称为个时钟周期，即分为两拍，分别称为P1P1和和P2 P2 机器周期是机器周期是6 6个状态周期、个状态周期、1212个时钟周期。个时钟周期。当时钟频率为当时钟频率为12MHz12MHz时，机器周期为时，机器周期为1 1 S S；当时钟频率为当时钟频率为6MHz6MHz时，机器周期为时，机器周期为2 2 S S。c)c)机器周期（机器周期（M M周期）周期）80C5180C51单片机工作的基本定时单位，简称机周。单片机工作的基本定时单位，简称机周。一一个个机机器器周周期期含含有有6 6个个状状态态周周期期，分分别别为