本期导读CreateTim.ppt

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1、第二章第二章89C51单片机的结构和原理单片机的结构和原理1教学目标掌握单片机的主要功能部件，掌握单片机的引脚及其功能定义；掌握单片机的复位电路、时钟电路；理解单片机的指令周期；掌握存储空间结构及操作指令；掌握内部RAM功能分区、记忆部分SFR；了解：存储器的容量、中断入口地址、位寻址区.242.2 89C51单片机引脚及其功能单片机引脚及其功能42.3 89C51存储器配置存储器配置42.4 CPU时序时序42.5 复位及复位电路复位及复位电路42.6 89C51单片机的低功耗工作方式单片机的低功耗工作方式返回返回42.7 输出输出/输入端口结构输入端口结构教学内容42.189C51单片机的

2、结构单片机的结构389C51单片机结构框图单片机结构框图 如图如图2-1所示所示返回返回2.189C51单片机的结构单片机的结构 2.1.1 89C51组成结构与性能组成结构与性能489C5189C51单片机结构框图单片机结构框图外中断外中断内中断内中断控制控制P0 P2 P1 P3 并行口并行口串行通信串行通信外部时钟源外部时钟源外部事件计数外部事件计数返回返回5一、组成一、组成+一个一个8位位 的微处理器的微处理器CPU。返回返回6 用以存放可以读用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等。果、最终结果以及欲显示的数据等。+片内数据存储器

3、片内数据存储器(RAM128B/256B）:返回返回7 用以存放程序、一些原始数据和表格。但有用以存放程序、一些原始数据和表格。但有一些单片机内部不带一些单片机内部不带ROM/EPROM，如，如8031、8032、80C31等。等。+片内程序存储器片内程序存储器Flash ROM （4KB/8KB）:返回返回8每个口可以用作输入，也可以用作输出。每个口可以用作输入，也可以用作输出。+四个四个8位并行位并行I/O（输入（输入/输出）接口输出）接口P0P3返回返回9 每个定时每个定时/计数器都可以设置成计数方式，计数器都可以设置成计数方式，用以用以 对对 外部事件进行计数，也可以设置成定时外部事件

4、进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果方式，并可以根据计数或定时的结果 实现计算机实现计算机控制。控制。+两个或三个定时两个或三个定时/计数器计数器:返回返回10 可实现单片机与单片机或其它微机之间串可实现单片机与单片机或其它微机之间串行通信。行通信。+一个全双工一个全双工UART的串行的串行I/O口口:返回返回11 但需外接晶振和电容。但需外接晶振和电容。+片内振荡器和时钟产生电路片内振荡器和时钟产生电路:返回返回12+五个中断源的中断控制系统。五个中断源的中断控制系统。返回返回13二、二、89C51系列单片机的性能系列单片机的性能如如表表2-1所示。表中型号带所示。表中

5、型号带“C”表示表示所用的是所用的是CMOS工艺，具有功耗低的工艺，具有功耗低的优点。优点。返回返回1451系列单片机性能表型号AT89C51AT89C52AT89C1051AT89C2051AT89S8252 档次标准型低档型高档型FLASH/KB48128片内RAM/字节12825664128256I/O条3232151532定时器/个23123中断源/个56369串行接口/个11111M加密级有有有有有152.1.2 89C51单片机内部结构单片机内部结构一、结构图一、结构图二、结构组成二、结构组成返回返回16一、结构图一、结构图由由 中央处理单元（中央处理单元（CPU）、）、存储器存储

6、器（ROM及及RAM）和和I/O接口接口组成。组成。MCS-51单片机内部结构如单片机内部结构如 图图2-2所示所示。返回返回17XTAL1 XTAL2PSENALEEARET89C5189C5189C5189C51单片机单片机单片机单片机内部结构图内部结构图内部结构图内部结构图返回返回18二、结构组成二、结构组成（一）、中央处理单元（一）、中央处理单元（CPU）（二）、存储器（二）、存储器（三）、（三）、I/O接口接口返回返回19（一）、中央处理单元（一）、中央处理单元（CPU）1运算器运算器返回返回2控制器控制器201运算器运算器（1）8位的位的ALU：返回返回（2）8位累加器位累加器AC

7、C（A）：）：（3）8位程序状态寄存器位程序状态寄存器PSW：（4）8位寄存器位寄存器B：（5）布尔处理器：）布尔处理器：（6）2个个8位暂存器：位暂存器：21可对可对4 4位、位、8 8位、位、1616位数据进行操作。位数据进行操作。返回返回（1 1）8 8位的位的ALUALU：22（2）8位累加器位累加器ACC（A）：）：它经常作为一个运算数经暂存器它经常作为一个运算数经暂存器2 2进进ALUALU的输的输入端，与另一个来自暂存器入端，与另一个来自暂存器1 1的运算数进行的运算数进行运算，运算结果又送回运算，运算结果又送回ACCACC。返回返回23指示指令执行后的状态信息供程序查询指示指令

8、执行后的状态信息供程序查询和判别用。和判别用。（3）8位程序状态寄存器位程序状态寄存器PSW：返回返回24（4）8位寄存器位寄存器B：在乘除运算时，用来存放一个操作数也在乘除运算时，用来存放一个操作数也用来存放运算后的一部分结果；如不用来存放运算后的一部分结果；如不能做乘除运算时，作为通用寄存器。能做乘除运算时，作为通用寄存器。返回返回252控制器控制器（1）程序计数器）程序计数器PC（16位）位）（2）指令寄存器）指令寄存器IR及指令译码器及指令译码器ID返回返回（3）振荡器和定时电路）振荡器和定时电路26（1）程序计数器）程序计数器PC（16位）位）由两个由两个8 8位计数器位计数器PCH

9、PCH、PCLPCL组成。组成。PCPC是程序的字节地址计数器，是程序的字节地址计数器，PCPC内容内容为将要执行的指令地址。为将要执行的指令地址。改变改变PCPC内容，改变执行的流向。内容，改变执行的流向。PCPC可对可对64KB64KB的的ROMROM直接寻址，也可对直接寻址，也可对89C5189C51片内片内RAMRAM寻址。寻址。复位后复位后PCPC的值为的值为0 0返回返回27（2）指令寄存器）指令寄存器IR及指令译码器及指令译码器ID由由PCPC中的内容指定中的内容指定ROMROM地址，取出来的地址，取出来的指令经指令经IRIR送至送至IDID，由，由IDID对指令译码产对指令译码

10、产生一定序列的控制信号，以执行指令生一定序列的控制信号，以执行指令所规定的操作。所规定的操作。返回返回28（3）振荡器和定时电路）振荡器和定时电路89C5189C51单片机片内有振荡电路，只需外单片机片内有振荡电路，只需外接石英晶体和频率微调电容（接石英晶体和频率微调电容（2 2个个30pF30pF左右），其频率范围为左右），其频率范围为1.2MHz1.2MHz12MHz12MHz。该信号作为该信号作为89C5189C51工作的基本节拍即时工作的基本节拍即时间的最小单位。间的最小单位。返回返回29（二）、存储器（二）、存储器1、程序存储器（、程序存储器（ROM）2、数据存储器（、数据存储器（R

11、AM）返回返回301、程序存储器（、程序存储器（ROM）2地址从地址从0000H0000H开始。开始。2用于存放程序和表格常数。用于存放程序和表格常数。返回返回312、数据存储器（、数据存储器（RAM）2地址为地址为00H00H7FH7FH。2用于存放运算的中间结果、数据暂存以用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓冲等。及数据缓冲等。2片内还有片内还有2121个特殊功能寄存器（个特殊功能寄存器（SFRSFR），），它们同它们同128128字节字节RAMRAM统一编址，地址为统一编址，地址为80H80HFFHFFH。返回返回32（三）、（三）、I/O接口接口289C5189C51有四个有四个

12、8 8位并行位并行I/OI/O接口接口P0P0P3P3。2它们都是双向端口，每个端口各有它们都是双向端口，每个端口各有8 8条条I/OI/O线。线。2P0-P3P0-P3口四个锁存器同口四个锁存器同RAMRAM统一编址，统一编址，可作为可作为SFRSFR来寻址。来寻址。返回返回33三、三、80C51 80C51的应用模式的应用模式（一）总线型单片机应用模式（一）总线型单片机应用模式总线型应用的总线型应用的“三总线三总线”模式模式 非总线型应用的非总线型应用的“多多I/O”模式模式 342.2 89C51单片机引脚及其功能单片机引脚及其功能2.2.189C51单片机引脚单片机引脚2.2.2 89

13、C51单片机引脚功能单片机引脚功能返回返回352.2.1 89C51单片机引脚单片机引脚89C5189C51单片机引脚如图单片机引脚如图2-32-3所示。所示。返回返回3689C5189C51单片机引脚图单片机引脚图返回返回372.2.2 89C51单片机引脚功能单片机引脚功能一、电源引脚：一、电源引脚：Vcc和和Vss二、时钟电路引脚：二、时钟电路引脚：XTAL1和和XTAL2三、控制信号引脚三、控制信号引脚RST、ALE、PSEN和和EA四、四、I/O端口端口P0、P1、P2和和P3返回返回38一、电源引脚：一、电源引脚：1Vcc(40脚)：电源端，为+5V。2Vss(20脚)：接地端。返

14、回返回图图2-32-339二、时钟电路引脚：二、时钟电路引脚：XTAL2XTAL2（1818脚）：接外部晶体和微调电容的脚）：接外部晶体和微调电容的一端；在一端；在89C51 89C51 片内它是振荡电路反向放片内它是振荡电路反向放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时钟电路时，该固有频率。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。引脚输入外部时钟脉冲。89C51/803189C51/8031正常正常工作时，该引脚应有脉冲信号输出。工作时，该引脚应有脉冲信号输出。返回返回40XTAL1XTAL1（1919脚）：接外部晶体和微调电脚

15、）：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路反容的另一端；在片内它是振荡电路反向放大器的输入端，在采用外部时钟向放大器的输入端，在采用外部时钟时，该引脚接地。时，该引脚接地。二、时钟电路引脚：二、时钟电路引脚：返回返回41三、控制信号引脚：三、控制信号引脚：RST/VRST/VPDPD（9 9脚）：脚）：RSTRST：复位信号输入端，高电平有效。当：复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持两个机器周期的高电平时，此输入端保持两个机器周期的高电平时，就可以完成复位操作。就可以完成复位操作。返回返回42RST/VRST/VPDPD（9 9脚）：脚）：V VPDPD ：RSTRST引脚的第

16、二功能，备用电源输引脚的第二功能，备用电源输入端。当主电源入端。当主电源Vcc Vcc 发生故障，降低到发生故障，降低到低电平规定值时，将低电平规定值时，将+5V+5V电源自动接入该电源自动接入该引脚，为引脚，为RAMRAM提供备用电源，以保证提供备用电源，以保证RAMRAM中的信息不丢失，使得复位后能继续正中的信息不丢失，使得复位后能继续正常运行。常运行。返回返回43ALE/PROG（30脚）：ALEALE：地址锁存允许信号端。正常工作：地址锁存允许信号端。正常工作时，该引脚以振荡频率的时，该引脚以振荡频率的1/61/6固定输出固定输出正脉冲。正脉冲。CPUCPU访问片外存储器时，该引访问片

17、外存储器时，该引脚输出信号作为锁存低脚输出信号作为锁存低8 8位地址的控制位地址的控制信号。它的负载能力为信号。它的负载能力为8 8个个LSLS型型TTLTTL负负载。载。返回返回44ALE/PROG（30脚）：PROGPROG：是对片内带有：是对片内带有4KB EPROM4KB EPROM的的87518751编程写入时的编程脉冲输入端。编程写入时的编程脉冲输入端。三、控制信号引脚：三、控制信号引脚：返回返回45PSEN（29脚）：程序存储器允许信号输出端。程序存储器允许信号输出端。在访问片外在访问片外ROMROM时，定时输出负脉冲作时，定时输出负脉冲作为读片外为读片外ROMROM的选通信号，

18、接片外的选通信号，接片外ROMROM 的的OEOE端。端。它的负载能力为它的负载能力为8 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。三、控制信号引脚：三、控制信号引脚：返回返回46EA/Vpp（31脚）：EAEA：外部程序存储器地址允许输入端。外部程序存储器地址允许输入端。当该引脚接高电平时，当该引脚接高电平时，CPUCPU访问片内访问片内EPROM/ROMEPROM/ROM并执行片内程序存储器中的指令，并执行片内程序存储器中的指令，但当但当PCPC值超过值超过0FFFH0FFFH（片内（片内ROMROM为为4KB4KB）时，将）时，将自动转向执行片外自动转向执行片外ROMROM中的程序。中的

19、程序。当该引脚接低电平时，当该引脚接低电平时，CPUCPU只访问片外只访问片外EPROM/ROMEPROM/ROM并执行外部程序存储器中的程序。并执行外部程序存储器中的程序。返回返回47EA/Vpppp（31脚）：脚）：V Vpppp：对：对87518751片内片内EPROMEPROM固化编程时，固化编程时，编程电压输入端（编程电压输入端（12-21V12-21V）。）。返回返回48四、四、I/OI/O端口端口P0P0、P1P1、P2P2和和P3P31 1、准双向、准双向2 2、P0P0口口3 3、P1P1口口4 4、P2P2口口5 5、P3P3口口返回返回491、准双向、准双向当当I/OI/

20、O口作为输入时，应先向此口锁存口作为输入时，应先向此口锁存器写入全器写入全1 1，此时该口引脚浮空，可此时该口引脚浮空，可作高阻抗输入。作高阻抗输入。返回返回502、P0口：口：漏极开路漏极开路的的8 8位准双向位准双向I/OI/O口，每位口，每位能驱动能驱动8 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。P0P0口可作为一个数据输入口可作为一个数据输入/输出口；输出口；在在CPUCPU访问片外存储器时，访问片外存储器时，P0P0口为分口为分时复用的低时复用的低8 8位地址总线和位地址总线和8 8位数据位数据总线。总线。返回返回513、P1口：口：带带内内部部上上拉拉电电阻阻的的8位位准准双双向

21、向I/O端端口口，每位能驱动每位能驱动4个个LS型型TTL负载。负载。返回返回524、P2口：口：P2口口：带带内内部部上上拉拉电电阻阻的的8位位准准双双向向I/O端端口口，每每位位能能驱驱动动4个个LS型型TTL负负载载。在在CPU访访问问片片外外存存储储器器时时，它它输输出高出高8位地址位地址。返回返回535、P3口：口：带内部上拉电阻的带内部上拉电阻的8 8位准双向位准双向I/OI/O端口，端口，每位能驱动每位能驱动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。P3P3口除口除作为一般作为一般I/OI/O口外，每个引脚都有第二口外，每个引脚都有第二功能。功能。（参见教材（参见教材P24P

22、24）返回返回542.389C51存储器配置存储器配置:2.3.12.3.189C5189C51存储器分类存储器分类:2.3.22.3.2程序存储器地址空间程序存储器地址空间:2.3.32.3.3数据存储器地址空间数据存储器地址空间返回返回552.3.12.3.1 89C51 89C51存储器分类存储器分类一、物理结构（哈佛结构）一、物理结构（哈佛结构）二、用户角度二、用户角度返回返回56一、物理结构（哈佛结构）一、物理结构（哈佛结构）返回返回57二、用户角度二、用户角度89C51存储器配置存储器配置58特殊功能寄存器通用RAM区位寻址区00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH80H8

23、8H90H98HA0HA8HB0HB8HD0HE0HF0H特殊功能寄存器中位寻址外部ROM内部ROM(EA=1)外部ROM(EA=0)0000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFH外 部RAM(I/O口地址)0000HFFFFH内部数据存储器（a）外部数据存储器（b）程序存储器（c）工作寄存器区89C51单片机存储器结构59二、用户角度二、用户角度1、片片内内、外外统统一一编编址址的的64K程程序序存存储储器器地地址址空空间间。CPU访访问问片片内内、片片外外ROM指指令用令用MOVC。返回返回60二、用户角度二、用户角度2、64K的的片片外外数数据据存存储储器器地地址址空空间间

24、。访访问片外问片外RAM指令用指令用MOVX。返回返回2.3.1 89C512.3.1 89C51存储器分类存储器分类61二、用户角度二、用户角度3、256字字节节的的片片内内数数据据存存储储器器地地址址空空间间。访问片内访问片内RAM指令用指令用MOV。上上述述三三个个存存储储空空间间地地址址是是重重叠叠的的，89C51的的指指令令系系统统采采用用不不同同的的数数据据传传送送指令符号。指令符号。返回返回2.3.1 89C512.3.1 89C51存储器分类存储器分类622.3.2 2.3.2 程序存储器地址空间程序存储器地址空间一、用途：一、用途：二、编址：二、编址：三、寻址方式：三、寻址方

25、式：返回返回63一、用途：一、用途：用于存放编好的程序和表格常数。用于存放编好的程序和表格常数。返回返回2.3.2 2.3.2 程序存储器地址空间程序存储器地址空间64二、编址：二、编址：容量为容量为4KB。地址为。地址为0000H0FFFH。片外最多可扩至片外最多可扩至64KB ROM/EPROM，地，地址为址为1000HFFFFH。片内外统一编址。片内外统一编址。返回返回2.3.2 2.3.2 程序存储器地址空间程序存储器地址空间65三、寻址方式：三、寻址方式：1、当、当 EA=“1”时：时：在在000000000FFFH0FFFH范围内执行片内范围内执行片内ROMROM中的中的程序，当指

26、令地址超过程序，当指令地址超过0FFFH 0FFFH 后就自动后就自动转向片外转向片外ROMROM中取指令。中取指令。2.3.2 2.3.2 程序存储器地址空间程序存储器地址空间66三、寻址方式：三、寻址方式：2、当、当 EA=”0”时：时：片内片内ROMROM不起作用，不起作用，CPUCPU只能从片只能从片ROM/EPROMROM/EPROM中取指令。可以从中取指令。可以从 0000H0000H 开始开始寻址。寻址。2.3.2 2.3.2 程序存储器地址空间程序存储器地址空间67三、寻址方式：三、寻址方式：3、片内、片内ROM和片外和片外ROM取指的速度取指的速度相同。相同。4、程序存储器的

27、保留存储单元。、程序存储器的保留存储单元。2.3.2 2.3.2 程序存储器地址空间程序存储器地址空间68三、寻址方式：三、寻址方式：（1 1）0000H0000H0002H0002H三个单元：三个单元：用作上电复位后引导程序的存放单元。因用作上电复位后引导程序的存放单元。因为复位后为复位后PCPC的内容为的内容为0000H0000H，CPUCPU总是从总是从0000H0000H开始执行程序。将转移指令存放到开始执行程序。将转移指令存放到这三个单元，程序就被引导到指定的程序这三个单元，程序就被引导到指定的程序存储器空间去执行。存储器空间去执行。2.3.2 2.3.2 程序存储器地址空间程序存储

28、器地址空间69三、寻址方式：三、寻址方式：（2 2）0003H0003H002AH002AH单元：单元：均分为五段，用作五个中断服务程序的入口。均分为五段，用作五个中断服务程序的入口。中断矢量地址表中断矢量地址表返回返回2.3.2 2.3.2 程序存储器地址空间程序存储器地址空间702.3.3 数据存储器地址空间数据存储器地址空间一、用途：一、用途：二、片外二、片外RAM：三、片内三、片内RAM：返回返回71一、用途：一、用途：用于存放运算的中间结果、数据暂存和缓用于存放运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等。冲、标志位等。2.3.3 数据存储器地址空间数据存储器地址空间72二、片外二、片外

29、RAM：地址：地址：0000HFFFFH 寻址：用寻址：用MOVX指令指令2.3.3 数据存储器地址空间数据存储器地址空间73三、片内三、片内RAM：片内数据存储器最大可寻址256个单元，它们又分为两部分：低128字节(00H7FH)是真正的RAM区；高128字节(80HFFH)为特殊功能寄存器(SFR)区。高128字节和低128字节RAM中的配置及含义如图28和图29所示。2.3.3 数据存储器地址空间数据存储器地址空间74低低128字节字节RAM区区高高128字节字节RAM区区(SFR区区)751)低低128字节字节RAM9C51的32个工作寄存器与RAM安排在同一个队列空间里，统一编址并

30、使用同样的寻址方式(直接寻址和间接寻址)。00H1FH地址安排为4组工作寄存器区，每组有8个工作寄存器(R0R7)，共占32个单元，见表2-4。通过对程序状态字PSW中RS1、RS0的设置，每组寄存器均可选作CPU的当前工作寄存器组。若程序中并不需要4组，那么其余可用作一般RAM单元。CPU复位后，选中第0组寄存器为当前的工作寄存器。工作寄存器区后的16字节单元(20H2FH)，可用位寻址方式访问其各位。在89系列单片机的指令系统中，还包括许多位操作指令，这些位操作指令可直接对这128位寻址。这128位的位地址为00H7FH，其位地址分布见图28。2.3.3 数据存储器地址空间数据存储器地址空

31、间762)高128字节RAM特殊功能寄存器(SFR)89C51片内高128字节RAM中，有21个特殊功能寄存器(SFR)，它们离散地分布在80HFFH的RAM空间中。访问特殊功能寄存器只允许使用直接寻址方式。2.3.3 数据存储器地址空间数据存储器地址空间77(1)累加器ACC(E0H)累加器ACC是89C51最常用、最忙碌的8位特殊功能寄存器，许多指令的操作数取自于ACC，许多运算中间结果也存放于ACC。在指令系统中用A作为累加器ACC的助记符。2.3.3 数据存储器地址空间数据存储器地址空间78(2)寄存器B(F0H)在乘、除指令中，用到了8位寄存器B。乘法指令的两个操作数分别取自A和B，

32、乘积存于B和A两个8位寄存器中。除法指令中，A中存放被除数，B中放除数，商存放于A，B中存放余数。在其他指令中，B可作为一般通用寄存器或一个RAM单元使用。2.3.3 数据存储器地址空间数据存储器地址空间79(3)程序状态寄存器PSW(D0H)PSW是一个8位特殊功能寄存器，它的各位包含了程序执行后的状态信息，供程序查询或判别之用。各位的含义及其格式如表26所列。PSW除有确定的字节地址(D0H)外，每一位均有位地址，见表26。2.3.3 数据存储器地址空间数据存储器地址空间80表2.1 PSW的各状态位定义 (1)CY：进位标志位 在执行某些算术和逻辑指令时，可以被硬件或软件置位或清零。在算

33、术运算中它可作为进位标志，在位运算中，它作累加器使用，在位传送、位与和位或等位操作中，都要使用进位标志位。(2)AC：辅助进位标志 进行加法或减法操作时，当发生低四位向高四位进位或借位时，AC由硬件置位，否则AC位被置“0”。在进行十进制调整指令时，将借助AC状态进行判断。位位 序序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位标志位标志CYACF0 RS1RS0 OV/P81(3)用户标志位用户标志位 该该位位为为用用户户定定义义的的状状态态标标记记，用用户户根根据据需需要要用用软软件件对对其其置位或清零，也可以用软件测试置位或清零，也可以用软件测试F0来

34、控制程序的跳转。来控制程序的跳转。(4)RS1和和RS0：寄存器区选择控制位：寄存器区选择控制位 该该两两位位通通过过软软件件置置“0”或或“1”来来选选择择当当前前工工作作寄寄存存器器区。区。RS1 RS0选择工作寄存器组选择工作寄存器组0 00组（组（00H07H）0 11组（组（08H0FH）1 02组（组（10H17H）1 13组（组（18H1FH）表2-7 工作寄存器组选择控制表82(5)OV：溢出标志位：溢出标志位 当执行算术指令时，由硬件置位或清零来指示溢出状态。在当执行算术指令时，由硬件置位或清零来指示溢出状态。在带符号的加减运算中，带符号的加减运算中，OV1表示加减运算结果超

35、出了累加器表示加减运算结果超出了累加器A所能表示的符号数有效范围（所能表示的符号数有效范围（128127），即运算结果是错），即运算结果是错误的，反之，误的，反之，OV0表示运算正确，即无溢出产生。表示运算正确，即无溢出产生。无符号数乘法指令无符号数乘法指令MUL的执行结果也会影响溢出标志，若的执行结果也会影响溢出标志，若置于累加器置于累加器A和寄存器和寄存器B的两个数的乘积超过了的两个数的乘积超过了255，则，则OV1，反之反之OV0。由于乘积的高。由于乘积的高8位存放于位存放于B中，低中，低8位存放于位存放于A中，中，OV0则意味着只要从则意味着只要从A中取得乘积即可，否则要从中取得乘积即

36、可，否则要从BA寄存器寄存器对中取得乘积结果。对中取得乘积结果。位位 序序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位标志位标志CYACF0 RS1RS0 OV/P83(4)栈指针SP(81H)堆栈指针SP为8位特殊功能寄存器，SP的内容可指向89C51片内00H7FH RAM的任何单元。系统复位后，SP初始化为07H，即指向07H的RAM单元。2.3.3 数据存储器地址空间数据存储器地址空间84在图中，假若有在图中，假若有8个个RAM单元，每个单单元，每个单元都在其右面编有元都在其右面编有地址，栈顶由堆栈地址，栈顶由堆栈指针指针SP自动管理。自动管理。每

37、次进行压入或弹每次进行压入或弹出操作以后，堆栈出操作以后，堆栈指针便自动调整以指针便自动调整以保持指示堆栈顶部保持指示堆栈顶部的位置。这些操作的位置。这些操作可用图说明。可用图说明。堆栈的压入与弹出85(5)数据指针DPTR(83H，82H)DPTR是一个16位的特殊功能寄存器，其高位字节寄存器用DPH表示(地址83H)，低位字节寄存器用DPL表示(地址82H)。DPTR既可以作为一个16位寄存器来处理，也可以作为两个独立的8位寄存器DPH和DPL使用。DPTR主要用于存放16位地址，以便对64 KB片外RAM作间接寻址。86(6)/端口P0P3(80H，90H，A0H，B0H)P0P3为4个

38、8位特殊功能寄存器，分别是4个并行/端口的锁存器。它们都有字节地址，每一个口锁存器还有位地址，每一条/线均可独立用作输入或输出。用作输出时，可以锁存数据；用作输入时，数据可以缓冲。图2-11所示为各个SFR所在的字节地址位置。空格部分为未来设计新型芯片可定义的SFR位置。87特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFR的位置的位置882.4CPU时序时序 2.4.1 片内振荡器及时钟信号的产生片内振荡器及时钟信号的产生返回返回2.4.2机器周期和指令周期机器周期和指令周期2.4.3 CPU取指、执行周期时序取指、执行周期时序892.4.1 片内时钟信号的产生片内时钟信号的产生89C51芯片内部有一个高增

39、益反相放大器，用于构成振荡器。反芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为相放大器的输入端为XTAL1，输出端为，输出端为XTAL2，两端跨接石英晶，两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。电容器和体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。电容器和通常取通常取30 pF左右，可稳定频率并对振荡频率有微调作用。振荡左右，可稳定频率并对振荡频率有微调作用。振荡脉冲频率范围为脉冲频率范围为fOSC=024 MHz。晶体振荡器的频率为晶体振荡器的频率为fOSC，振荡信号从，振荡信号从XTAL2端输入到片内的端输入到片内的时钟发生器上，时钟发生器上，如图如图2-12

40、 所示。所示。返回返回2.4CPU时序时序90图图2-12 89C51的片内振荡器及时钟发生器的片内振荡器及时钟发生器2.4CPU时序时序911.节拍与状态周期时钟发生器是一个2分频的触发器电路，它将振荡器的信号频率fOSC除以2，向CPU提供两相时钟信号P1和P2。时钟信号的周期称为机器状态周期S(STATE)，是振荡周期的2倍。在每个时钟周期(即机器状态周期S)的前半周期，相位1(P1)信号有效，在每个时钟周期的后半周期，相位2(P2，节拍2)信号有效。每个时钟周期(以后常称状态S)有两个节拍(相)P1和P2，CPU就以两相时钟P1和P2为基本节拍指挥89C51单片机各个部件协调地工作。9

41、24一个机器周期是指一个机器周期是指CPU访问存储器一次所需的访问存储器一次所需的时间。时间。例如，取指令、读存储器、写存储器等例如，取指令、读存储器、写存储器等等。等。4一个机器周期包括一个机器周期包括12个振荡周期，分为个振荡周期，分为6个个S状态：状态：S1S6。4每个状态又分为两拍，称为每个状态又分为两拍，称为P1和和P2。4因此，一个机器周期中的因此，一个机器周期中的12个振荡周期表示为个振荡周期表示为S1P1，S1P2，S2P1，S6P1，S6P2。4若采用6MHz晶体振荡器，则每个机器周期为2s（微秒）机机器器周周期期如图所示如图所示返返回回2.机器周期和指令周期934指令周期：

42、执行一条指令所需的指令周期：执行一条指令所需的时间。时间。4每条指令由一个或若干个字节组每条指令由一个或若干个字节组成。成。有单字节指令，双字节指令，多字节指令等。字节数少则占存储器空间少。4每条指令的指令周期都由一个或每条指令的指令周期都由一个或几个几个机器周期机器周期组成。组成。有单周期指令、双周期指令、和四周期指令。机器周期数少则执行速度快。指指令令周周期期如图所示如图所示返返回回2.机器周期和指令周期943.基本时序定时单位综上所述，89C51或其他89C51单片机的基本时序定时单位有如下4个。振荡周期：晶振的振荡周期，为最小的时序单位。状态周期：振荡频率经单片机内的二分频器分频后提供

43、给片内CPU的时钟周期。因此，一个状态周期包含2个振荡周期。机器周期（MC）：1个机器周期由6个状态周期即12个振荡周期组成，是计算机执行一种基本操作的时间单位。指令周期：执行一条指令所需的时间。一个指令周期由14个机器周期组成，依据指令不同而不同，见附录A。95P1P2S1P2振荡周期时钟周期机器周期机器周期指令周期XTAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2图2-13 89C51单片机各种周期的相互关系2.4CPU时序时序962.4.2CPU取指、执行周期时序取指、执行周期时序每条指

44、令的执行都可以包括取指和执指两个阶段。每条指令的执行都可以包括取指和执指两个阶段。在取指阶段，在取指阶段，CPUCPU从内部或外部从内部或外部ROMROM中取出指令操作中取出指令操作码及操作数，然后再执行这条指令。码及操作数，然后再执行这条指令。单字节和双字节的指令都可能是单机器周期或双周单字节和双字节的指令都可能是单机器周期或双周期，而三字节指令都是双周期的，只有乘、除指令期，而三字节指令都是双周期的，只有乘、除指令占四周期。占四周期。返回返回2.4CPU时序时序9789C51单片机典型指令的取指和执行时序 再读下一条指令再读下一条指令XTAL2(OSC)P2S1ALE读操作码读下一个操作码

45、（丢弃）读第二字节（a）单字节，单周期指令 例：MOV A R1（d）单字节，双周期指令，如MOVXP1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P2S5P2S6P2S1P1P1P1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P2S6P2S1S2P1P1P1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S1读操作码P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1读下一个操作码（丢弃）（b）双字节，单周期指令 例：ADD A dir（c）单字节，双周期指令 例：INC DPTR读 操 作 码（MOVX）读下一个操作码（丢弃）无取

46、指无ALE无取指地址数据（DATA）访问外部存储器P2S1读操作码P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1982.5复位操作复位操作返回返回2.5.1 复位操作的主要功能主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表28所列。99表

47、表28 各特殊功能寄存器的复位值各特殊功能寄存器的复位值返回返回1002.5.2 复位信号及其产生复位信号及其产生一、复位信号：一、复位信号：RST引脚为复位信号输入端。引脚为复位信号输入端。当当RST引脚为高电平，且有效时间持续引脚为高电平，且有效时间持续24个振个振荡周期以上，才能复位。荡周期以上，才能复位。二、产生复位信号的电路逻辑图：二、产生复位信号的电路逻辑图：返回返回1012.5.3复位电路复位电路一、上电自动复位：一、上电自动复位：是通过外部复位电路的电容充电实现。是通过外部复位电路的电容充电实现。二、按键手动复位：二、按键手动复位：按键电平复位方式按键电平复位方式返回返回102

48、几种复位电路1032.6 89C51单片机的低功耗工作方式89C51提供两种节电工作方式，即空闲（等待、待机）方式和掉电（停机）工作方式104图217 空闲和掉电方式控制电路1052.6.1 方式的设定空闲方式和掉电方式是通过对SFR中的PCON（地址87H)相应位置1而启动的。图图218 电源控制寄存器电源控制寄存器PCON1062.6.2 空闲工作方式CPU执行完置IDL=1(PCON.1）的指令后，系统进入空闲工作方式。CPU没有时钟，而振荡器继续工作，且输出到中断系统、串行口及定时器。功耗为1.75mA。进入空闲方式后，有两种方法可以使系统退出空闲方式：一是任何的中断请求被响应都可以由

49、硬件将PCON.0（IDL）清0而中止空闲工作方式。另一种退出空闲方式的方法是硬件复位。1072.6.3 掉电（停机）工作方式当CPU执行一条置PCON.1位（PD）为1的指令后，系统进入掉电工作方式。掉电方式下，振荡器停止工作，但SFR和RAM中的数据被保存，此时功耗为5-50uA。退出掉电方式的唯一方法是由硬件复位，复位后将所有特殊功能寄存器的内容初始化，但不改变片内RAM区的数据。在掉电工作方式下，VCC可以降到2 V，但在进入掉电方式之前，VCC不能降低。而在准备退出掉电方式之前，VCC必须恢复正常的工作电压值，并维持一段时间（约10 ms），使振荡器重新启动并稳定后方可退出掉电方式。

50、1082.7输出输出/输入端口输入端口2.7.1 I/O端口概述端口概述2.7.2 P0口口2.7.3 P1口口2.7.4 P2口口2.7.5 P3口口2.7.6 端口的负载能力和接口要求端口的负载能力和接口要求返回返回1092.7.1 I/O端口概述MCS-51单片机有4个双向并行的8位I/O口P0P3，P0口为三态双向口，可驱动8个TTL电路，P1、P2、P3口为准双向口（作为输入时，口线被拉成高电平，故称为准双向口），其负载能力为4个TTL电路。1102.7.2 P0口口一、结构一、结构二、二、P0口作为一般口作为一般I/O口使用口使用三、三、P0口作为地址口作为地址/数据总线使用数据总