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課件34張PPT。第2章 MCS-51系列單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳功能 2.2 并行I/O口 2.3 存儲(chǔ)器的組織結(jié)構(gòu) 2.4 MCS-51時(shí)鐘電路與復(fù)位電路 2.5 MCS－51的典型時(shí)序  2.6 89S51芯片的節(jié)電方式   2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳功能一、89S51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
1．內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖
89S51芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。主要用于存放程序、常數(shù)和表格（1 KB=1024 B） 主要用于存放可隨機(jī)讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，一般是運(yùn)算的中間結(jié)果。 主要用于完成數(shù)據(jù)的并行輸入和輸出。 用于定時(shí)或計(jì)數(shù) 實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳遞。 二、芯片引腳功能 89S51的DIP（雙列直插）封裝芯片共有40個(gè)引腳，采用引腳復(fù)用技術(shù)。
各引腳功能：
1.工作電源引腳
Vcc 端:接電源。
Vss 端:接地。
工作電壓范圍：4.0~5.5V。
2.晶振引腳
XTAL1:芯片內(nèi)部振蕩電路輸入端。
XTAL2:芯片內(nèi)部振蕩電路輸出端。
當(dāng)外接晶振時(shí),XTAL1和XTAL2 各接晶振的一端。
3.I/O引腳
P0.0～ P0.7:P0口8位雙向口線。第一功能為基本輸入/ 輸出,第二功能是在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)提供數(shù)據(jù)總線和作為低8位地址總線。
P1.0～ P1.7:P1口8位雙向口線,用于完成8位數(shù)據(jù)的并行輸入/ 輸出。
P2.0～ P2.7:P2口8位雙向口線。第一功能為基本輸入/輸出,第二功能是在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)作為高8位地址總線使用。
P3.0～ P3.7:P3口8位雙向口線。它是一個(gè)雙功能口,即P3口的每一條口線都具有第二功能，其功能見(jiàn)表2.1。
4.控制引腳
:地址鎖存控制/片內(nèi)EPROM 編程脈沖輸入信號(hào)。
RST/VPD:復(fù)位信號(hào)/備用電源輸入。
:訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)/片內(nèi)EPROM 編程電源輸入。
:外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。
表2.12.2 并行I/O口見(jiàn)動(dòng)畫(huà)三并行I/O口結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程。 2.3 存儲(chǔ)器的組織結(jié)構(gòu) MCS - 51 系列單片機(jī)系統(tǒng)中有五種存儲(chǔ)器,它們分別是片內(nèi)
RAM、片外RAM、片內(nèi)ROM、片外ROM 和片內(nèi)特殊功能寄存
器(SFR)。將這5種存儲(chǔ)器編排在3個(gè)地址空間,即程序存儲(chǔ)器空
間、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間。不同的存儲(chǔ)
空間訪問(wèn)使用不同的指令，因此不會(huì)引起訪問(wèn)空間錯(cuò)誤。存儲(chǔ)
器空間分配情況如下圖所示。一、程序存儲(chǔ)器空間 程序存儲(chǔ)器可尋址的地址空間為64K字節(jié)，它包括片內(nèi)ROM和片外ROM。MCS-51系列單片機(jī)中，有的芯片有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（如89S51），有的芯片內(nèi)沒(méi)有程序存儲(chǔ)器（如8031）。無(wú)論片內(nèi)ROM的容量為多少，片外都可以再擴(kuò)展64KB的ROM。
如何分配這些地址空間？下面以89S51為例介紹。 89S51片內(nèi)有4 KB ROM，片外還可以擴(kuò)展64 KB
ROM。片內(nèi)4 KB ROM和片外低4 KB ROM地址重復(fù)，
分配的地址空間為0000H~0FFFH。由 引腳輸入的信
號(hào)決定是使用片內(nèi)ROM還是片外ROM。當(dāng) =1，使用
的是片內(nèi)ROM；當(dāng) =0，使用的是片外ROM。地址空
間為1000H~FFFFH對(duì)應(yīng)的是60 KB片外程序存儲(chǔ)器。
8031的 引腳必須接地。（89S51芯片） 單片機(jī)是如何
自動(dòng)執(zhí)行程序的？
這其中有一個(gè)重要
的硬件設(shè)置——程
序計(jì)數(shù)器PC。PC
是一個(gè)能自動(dòng)加1
的寄存器，它存放
著程序執(zhí)行的當(dāng)前
地址，即由它指示
程序執(zhí)行的位置。 二、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間 1.內(nèi)部RAM
89S51芯片內(nèi)部含有128B的
RAM，其地址為00H~7FH。按用途
可分為三個(gè)部分：工作寄存器區(qū)、
位尋址區(qū)和一般RAM區(qū)。 工作寄存器區(qū)的作用是用于存放操作數(shù)以及指令
執(zhí)行的中間結(jié)果。CPU任意時(shí)刻只能用一組通用寄存
器，并稱(chēng)之為當(dāng)前寄存器組。單片機(jī)復(fù)位時(shí)系統(tǒng)默認(rèn)
第0組寄存器為當(dāng)前工作寄存器，但CPU可以通過(guò)對(duì)程
序狀態(tài)字PSW中的RS1和RS0兩個(gè)位狀態(tài)的設(shè)置，來(lái)決
定使用哪一組寄存器。
位尋址的16個(gè)單元中的每一個(gè)位都有一個(gè)位地址，
都可以對(duì)其任意進(jìn)行單獨(dú)操作（位尋址）。
一般把堆棧設(shè)置在一般RAM區(qū)中。 2.特殊功能寄存器（SFR） 典型的MCS-51單片機(jī)共有21個(gè)特殊功能寄存器（SFR），分
散地分布在80H～0FFH地址空間內(nèi)。下面是五種常用的特殊功
能寄存器。
1．累加器ACC
8位累加器主要完成數(shù)據(jù)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算,也可以存放數(shù)據(jù)
或中間結(jié)果,是最常用的特殊功能寄存器。它也是一個(gè)可位尋址
的寄存器。
2．B寄存器
8位B寄存器主要用于乘、除法運(yùn)算，與累加器配對(duì)使用。在
乘法指令中，在乘法指令中,被乘數(shù)取自A,乘數(shù)取自B,結(jié)果存放
于寄存器對(duì)BA中。在除法指令中,被除數(shù)取自A,除數(shù)取自B,結(jié)果
商存放于A,余數(shù)存放于B。此外,B寄存器也可作為一般的寄存器
使用。
3．程序狀態(tài)字寄存器PSW
用來(lái)反映指令執(zhí)行后的狀態(tài)。 PSW中各位的定義見(jiàn)表 1
表1
·CY，進(jìn)位標(biāo)志位
·AC，輔助進(jìn)位標(biāo)志位
·FO，用戶定義標(biāo)志位
·RS1、RS0，工作寄存器組選擇位
·OV，溢出標(biāo)志位
·P，奇偶標(biāo)志位
RS1RS0 寄存器組 地址
0 0 0組 00~07H
0 1 1組 08~0FH
1 0 2組 10~17H
1 1 3組 18~1FH4．堆棧指針寄存器SP 堆棧是設(shè)置在片內(nèi)RAM中的一段存儲(chǔ)區(qū)域，它的存儲(chǔ)順
序?yàn)橄冗M(jìn)后出。就好象一個(gè)用水桶存放碟子一樣，先放進(jìn)去的
碟子在下面，后放進(jìn)去的碟子壓在上面。當(dāng)取碟子時(shí)，先取上
面后放入的碟子，再取下面先放入的碟子。 SP是用來(lái)指示棧頂
位置的寄存器。
堆棧有兩種操作：進(jìn)棧和出棧。進(jìn)棧操作后,SP的值自動(dòng)加
1,表明堆棧頂部的位置向上移；出棧操作后,SP的值自動(dòng)減1,表
明堆棧頂部的位置向下移。
5．?dāng)?shù)據(jù)指針寄存器DPTR
DPTR是一個(gè)16位特殊功能寄存器，可作為兩個(gè)8位寄存器
使用，寫(xiě)作DPH—高8位，DPL—低8位。
在系統(tǒng)擴(kuò)展中,DPTR作為片外程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的
地址指針,指示要訪問(wèn)的存儲(chǔ)器單元地址。 三、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展的最大容量為64 KB，地址范
圍0000H~FFFFH。它由數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR尋址。這
塊空間雖然稱(chēng)為片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，但它既可以用
來(lái)擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，又可以擴(kuò)展I/O接口電路，相關(guān)知
識(shí)見(jiàn)第5章。 2.4 MCS-51時(shí)鐘電路與復(fù)位電路 一、時(shí)鐘電路
單片機(jī)要保證同步的工作方式必須要在統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格的按照時(shí)序進(jìn)行工作。而時(shí)序則由振蕩器和時(shí)鐘電路產(chǎn)生。
1.振蕩器和時(shí)鐘電路
自激振蕩電路如右圖所示。
其中C1和C2起頻率微調(diào)作用，外
接石英晶體時(shí)選30PF左右，外接
陶瓷諧振器時(shí)選40PF左右。晶體
的振蕩頻率決定時(shí)鐘電路的振蕩
頻率，其頻率范圍一般在1.2～
12MHZ之間，常用6MHZ和
12MHZ。單片機(jī)還可以采用外部時(shí)鐘信號(hào)方式，如下圖所示。
這種方式主要用于解決多單片機(jī)系統(tǒng)中的同步問(wèn)題。2.時(shí)序的基本概念 時(shí)序是指各種信號(hào)的時(shí)間序列,它表明了指令執(zhí)行中各種信
號(hào)之間的相互關(guān)系。
MCS-51時(shí)序的基本定時(shí)單位共有四個(gè)。它們從小到大分別
是：
·時(shí)鐘振蕩周期：由振蕩電路產(chǎn)生的振蕩脈沖的周期，又稱(chēng)
為拍節(jié)。
·S狀態(tài)周期：是時(shí)鐘震蕩周期的二倍寬。
·機(jī)器周期：MCS-51單片機(jī)有固定的機(jī)器周期，一個(gè)機(jī)器周
期是時(shí)鐘周期的12倍寬，是執(zhí)行指令的單位周期。
·指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間。 時(shí)序單位關(guān)系圖如圖所示 二、單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位 復(fù)位是單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)的初始化操作。另外,當(dāng)程序運(yùn)行錯(cuò)誤或由錯(cuò)誤操作而使單片機(jī)進(jìn)入死鎖狀態(tài)時(shí),也可通過(guò)復(fù)位進(jìn)行重新啟動(dòng)。
1.復(fù)位電路
MCS-51單片機(jī)的復(fù)位方式有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種。按鍵手動(dòng)復(fù)位又分為按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位兩種。
上電自動(dòng)復(fù)位
按鍵電平復(fù)位
按鍵脈沖復(fù)位通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)腃和R的值，就能使RST引腳上的高電平保持兩個(gè)機(jī)器周期以上，實(shí)現(xiàn)上電的同時(shí)，完成復(fù)位的操作。 通過(guò)RST經(jīng)電阻與電源相連接來(lái)實(shí)現(xiàn)按鍵復(fù)位 。 利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)按鍵復(fù)位。 2.復(fù)位狀態(tài) 單片機(jī)復(fù)位操作的主要作用是使PC值為0000H,這樣單片機(jī)將從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。另外還會(huì)影響其他某些專(zhuān)用寄存器,它們的狀態(tài)見(jiàn)表。任務(wù)演示任務(wù)T2—用89S51單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)彩燈控制 。
見(jiàn)動(dòng)畫(huà)十——彩燈控制2.5 MCS－51的典型時(shí)序 CPU的典型時(shí)序如下圖所示2.6 89S51芯片的節(jié)電方式 MCS-51系列單片機(jī)采用了兩種半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)，一種是
HMOS工藝，另一種是CHMOS工藝。 89S51屬于CHMOS型單
片機(jī)芯片。
CHMOS芯片的低功耗主要表現(xiàn)為有兩種節(jié)電方式：空閑方
式（Idle Mode）和掉電方式（Power-down Mode）。這兩種工
作方式由電源控制寄存器PCON中的相關(guān)位來(lái)控制的。PCON寄
存器的格式如下：
其中，PD為掉電方式位，IDL為空閑方式位，高電平有效。 一、空閑方式 在空閑方式下，芯片的振蕩器仍然工作，中斷系統(tǒng)、串行
接口和定時(shí)/計(jì)數(shù)器電路由時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)工作。但時(shí)鐘不送到CPU
處，即CPU處于空閑狀態(tài)，與CPU有關(guān)的SP、PC、PSW、ACC
的狀態(tài)以及全部通用寄存器的內(nèi)容均保持不變，I/O引腳保持以
前狀態(tài)。
退出空閑狀態(tài)有兩種方式，一種是中斷退出，一種是按鍵
復(fù)位退出。
二、掉電方式 在掉電方式下振蕩器停止工作，只有片內(nèi)RAM和特殊功能
寄存器保持原有數(shù)值，其它部件都停止工作，此時(shí)VCC可降為
2V，功耗降到最低程度。
退出掉電方式可以用硬件復(fù)位退出，也可以由外部中
（ 、 ）退出。 測(cè)試與練習(xí)二 （1）89S51單片機(jī)DIP封裝的芯片有 個(gè)引腳，其中電源引腳是
和 ，正常的工作電壓是 V。
（2）89S51單片機(jī)四個(gè)I/O口有哪些功能？
（3）單片機(jī)復(fù)位后，下面 信息不發(fā)生改變？
（A）程序存儲(chǔ)器 （B）P0口引腳 （C）累加器ACC （D）
片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

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