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課件34張PPT。第2章 MCS-51系列單片機的系統結構 2.1 內部結構與引腳功能 2.2 并行I/O口 2.3 存儲器的組織結構 2.4 MCS-51時鐘電路與復位電路 2.5 MCS－51的典型時序  2.6 89S51芯片的節電方式   2.1 內部結構與引腳功能一、89S51單片機的內部結構
1．內部結構框圖
89S51芯片的內部結構框圖如下圖所示。主要用于存放程序、常數和表格（1 KB=1024 B） 主要用于存放可隨機讀寫的數據，一般是運算的中間結果。 主要用于完成數據的并行輸入和輸出。 用于定時或計數 實現單片機與其他設備之間的串行數據傳遞。 二、芯片引腳功能 89S51的DIP（雙列直插）封裝芯片共有40個引腳，采用引腳復用技術。
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:芯片內部振蕩電路輸入端。
XTAL2:芯片內部振蕩電路輸出端。
當外接晶振時,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,第二功能是在系統擴展時提供數據總線和作為低8位地址總線。
P1.0～ P1.7:P1口8位雙向口線,用于完成8位數據的并行輸入/ 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,第二功能是在系統擴展時作為高8位地址總線使用。
P3.0～ P3.7:P3口8位雙向口線。它是一個雙功能口,即P3口的每一條口線都具有第二功能，其功能見表2.1。
4.控制引腳
:地址鎖存控制/片內EPROM 編程脈沖輸入信號。
RST/VPD:復位信號/備用電源輸入。
:訪問外部程序存儲器控制信號/片內EPROM 編程電源輸入。
:外部程序存儲器選通信號。
表2.12.2 并行I/O口見動畫三并行I/O口結構及工作過程。 2.3 存儲器的組織結構 MCS - 51 系列單片機系統中有五種存儲器,它們分別是片內
RAM、片外RAM、片內ROM、片外ROM 和片內特殊功能寄存
器(SFR)。將這5種存儲器編排在3個地址空間,即程序存儲器空
間、片內數據存儲器空間、片外數據存儲器空間。不同的存儲
空間訪問使用不同的指令，因此不會引起訪問空間錯誤。存儲
器空間分配情況如下圖所示。一、程序存儲器空間 程序存儲器可尋址的地址空間為64K字節，它包括片內ROM和片外ROM。MCS-51系列單片機中，有的芯片有片內程序存儲器（如89S51），有的芯片內沒有程序存儲器（如8031）。無論片內ROM的容量為多少，片外都可以再擴展64KB的ROM。
如何分配這些地址空間？下面以89S51為例介紹。 89S51片內有4 KB ROM，片外還可以擴展64 KB
ROM。片內4 KB ROM和片外低4 KB ROM地址重復，
分配的地址空間為0000H~0FFFH。由 引腳輸入的信
號決定是使用片內ROM還是片外ROM。當 =1，使用
的是片內ROM；當 =0，使用的是片外ROM。地址空
間為1000H~FFFFH對應的是60 KB片外程序存儲器。
8031的 引腳必須接地。（89S51芯片） 單片機是如何
自動執行程序的？
這其中有一個重要
的硬件設置——程
序計數器PC。PC
是一個能自動加1
的寄存器，它存放
著程序執行的當前
地址，即由它指示
程序執行的位置。 二、片內數據存儲器空間 1.內部RAM
89S51芯片內部含有128B的
RAM，其地址為00H~7FH。按用途
可分為三個部分：工作寄存器區、
位尋址區和一般RAM區。 工作寄存器區的作用是用于存放操作數以及指令
執行的中間結果。CPU任意時刻只能用一組通用寄存
器，并稱之為當前寄存器組。單片機復位時系統默認
第0組寄存器為當前工作寄存器，但CPU可以通過對程
序狀態字PSW中的RS1和RS0兩個位狀態的設置，來決
定使用哪一組寄存器。
位尋址的16個單元中的每一個位都有一個位地址，
都可以對其任意進行單獨操作（位尋址）。
一般把堆棧設置在一般RAM區中。 2.特殊功能寄存器（SFR） 典型的MCS-51單片機共有21個特殊功能寄存器（SFR），分
散地分布在80H～0FFH地址空間內。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據的算術和邏輯運算,也可以存放數據
或中間結果,是最常用的特殊功能寄存器。它也是一個可位尋址
的寄存器。
2．B寄存器
8位B寄存器主要用于乘、除法運算，與累加器配對使用。在
乘法指令中，在乘法指令中,被乘數取自A,乘數取自B,結果存放
于寄存器對BA中。在除法指令中,被除數取自A,除數取自B,結果
商存放于A,余數存放于B。此外,B寄存器也可作為一般的寄存器
使用。
3．程序狀態字寄存器PSW
用來反映指令執行后的狀態。 PSW中各位的定義見表 1
表1
·CY，進位標志位
·AC，輔助進位標志位
·FO，用戶定義標志位
·RS1、RS0，工作寄存器組選擇位
·OV，溢出標志位
·P，奇偶標志位
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 堆棧是設置在片內RAM中的一段存儲區域，它的存儲順
序為先進后出。就好象一個用水桶存放碟子一樣，先放進去的
碟子在下面，后放進去的碟子壓在上面。當取碟子時，先取上
面后放入的碟子，再取下面先放入的碟子。 SP是用來指示棧頂
位置的寄存器。
堆棧有兩種操作：進棧和出棧。進棧操作后,SP的值自動加
1,表明堆棧頂部的位置向上移；出棧操作后,SP的值自動減1,表
明堆棧頂部的位置向下移。
5．數據指針寄存器DPTR
DPTR是一個16位特殊功能寄存器，可作為兩個8位寄存器
使用，寫作DPH—高8位，DPL—低8位。
在系統擴展中,DPTR作為片外程序存儲器和數據存儲器的
地址指針,指示要訪問的存儲器單元地址。 三、片外數據存儲器空間 片外數據存儲器擴展的最大容量為64 KB，地址范
圍0000H~FFFFH。它由數據指針寄存器DPTR尋址。這
塊空間雖然稱為片外數據存儲器空間，但它既可以用
來擴展數據存儲器，又可以擴展I/O接口電路，相關知
識見第5章。 2.4 MCS-51時鐘電路與復位電路 一、時鐘電路
單片機要保證同步的工作方式必須要在統一的時鐘信號控制下嚴格的按照時序進行工作。而時序則由振蕩器和時鐘電路產生。
1.振蕩器和時鐘電路
自激振蕩電路如右圖所示。
其中C1和C2起頻率微調作用，外
接石英晶體時選30PF左右，外接
陶瓷諧振器時選40PF左右。晶體
的振蕩頻率決定時鐘電路的振蕩
頻率，其頻率范圍一般在1.2～
12MHZ之間，常用6MHZ和
12MHZ。單片機還可以采用外部時鐘信號方式，如下圖所示。
這種方式主要用于解決多單片機系統中的同步問題。2.時序的基本概念 時序是指各種信號的時間序列,它表明了指令執行中各種信
號之間的相互關系。
MCS-51時序的基本定時單位共有四個。它們從小到大分別
是：
·時鐘振蕩周期：由振蕩電路產生的振蕩脈沖的周期，又稱
為拍節。
·S狀態周期：是時鐘震蕩周期的二倍寬。
·機器周期：MCS-51單片機有固定的機器周期，一個機器周
期是時鐘周期的12倍寬，是執行指令的單位周期。
·指令周期：執行一條指令所需要的時間。 時序單位關系圖如圖所示 二、單片機系統的復位 復位是單片機進入工作狀態的初始化操作。另外,當程序運行錯誤或由錯誤操作而使單片機進入死鎖狀態時,也可通過復位進行重新啟動。
1.復位電路
MCS-51單片機的復位方式有上電自動復位和按鍵手動復位兩種。按鍵手動復位又分為按鍵電平復位和按鍵脈沖復位兩種。
上電自動復位
按鍵電平復位
按鍵脈沖復位通過選擇適當的C和R的值，就能使RST引腳上的高電平保持兩個機器周期以上，實現上電的同時，完成復位的操作。 通過RST經電阻與電源相連接來實現按鍵復位 。 利用RC微分電路產生的正脈沖來實現按鍵復位。 2.復位狀態 單片機復位操作的主要作用是使PC值為0000H,這樣單片機將從0000H單元開始執行程序。另外還會影響其他某些專用寄存器,它們的狀態見表。任務演示任務T2—用89S51單片機來實現彩燈控制 。
見動畫十——彩燈控制2.5 MCS－51的典型時序 CPU的典型時序如下圖所示2.6 89S51芯片的節電方式 MCS-51系列單片機采用了兩種半導體工藝生產，一種是
HMOS工藝，另一種是CHMOS工藝。 89S51屬于CHMOS型單
片機芯片。
CHMOS芯片的低功耗主要表現為有兩種節電方式：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中的相關位來控制的。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、串行
接口和定時/計數器電路由時鐘驅動工作。但時鐘不送到CPU
處，即CPU處于空閑狀態，與CPU有關的SP、PC、PSW、ACC
的狀態以及全部通用寄存器的內容均保持不變，I/O引腳保持以
前狀態。
退出空閑狀態有兩種方式，一種是中斷退出，一種是按鍵
復位退出。
二、掉電方式 在掉電方式下振蕩器停止工作，只有片內RAM和特殊功能
寄存器保持原有數值，其它部件都停止工作，此時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位退出，也可以由外部中
（ 、 ）退出。 測試與練習二 （1）89S51單片機DIP封裝的芯片有 個引腳，其中電源引腳是
和 ，正常的工作電壓是 V。
（2）89S51單片機四個I/O口有哪些功能？
（3）單片機復位后，下面 信息不發生改變？
（A）程序存儲器 （B）P0口引腳 （C）累加器ACC （D）
片內數據存儲器

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