一、單片機(jī)的結(jié)構(gòu)原理

1.1 主要性能和特點(diǎn)

1. 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器ROM ：4K的flash程序存儲(chǔ)器；
2. 寄存器區(qū)：4個(gè)寄存器區(qū)，每個(gè)區(qū)有R0-R7八個(gè)工作寄存器；
3. 8位并行輸入輸出端口：P0、P1、P2和P3；
4. 定時(shí)/計(jì)數(shù)器：2個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T0、T1；
5. 串型口：全雙工串行端口（RXD：接收端、TXD發(fā)送端）；
6. 中斷系統(tǒng)：設(shè)有5個(gè)中斷源（T0、T1、Int0、Int1、ES）；
7. 系統(tǒng)擴(kuò)展能力：可外接64K的 ROM 和64K的 RAM；
8. 堆棧：設(shè)在RAM單元、位置可以浮動(dòng)（通過(guò)指針SP來(lái)確定堆棧在RAM中的位置）系統(tǒng)復(fù)位時(shí)SP=07H；
9. 布爾處理機(jī)：配合布爾運(yùn)算的指令進(jìn)行各種邏輯運(yùn)算；
10. 指令系統(tǒng)：111條指令。按功能可分為數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、控制轉(zhuǎn)移和布爾操作5大類(lèi)。

1.2 內(nèi)部框圖

1.3 CPU

CPU由運(yùn)算器和控制器兩部分組成，主要完成取指令、指令譯瑪、發(fā)出各種操作所需的控制信號(hào)，使單片機(jī)各個(gè)部分協(xié)調(diào)工作。

1.3.1 運(yùn)算器

運(yùn)算器是以算術(shù)邏輯單元ALU為核心，加上累加器A、寄存器B、程序狀態(tài)字PSW及專(zhuān)門(mén)用于位操作的布爾處理機(jī)等組成的，它可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、位變量處理和數(shù)據(jù)傳送等操作。

1.3.2 控制器

控制器是單片機(jī)的控制中心，它包括定時(shí)和控制電路、指令寄存器、指令譯碼器、程序計(jì)數(shù)器PC、堆棧指針SP、數(shù)據(jù)指針DPTR以及信息傳送控制部件等。

它先以振蕩信號(hào)為基準(zhǔn)產(chǎn)生CPU的時(shí)序，從ROM中取出指令到指令寄存器，然后在指令譯碼器中對(duì)指令進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生指令執(zhí)行所需的各種控制信號(hào)，送到單片機(jī)內(nèi)部的各功能部件，指揮各功能部件產(chǎn)生相應(yīng)的操作，完成指令對(duì)應(yīng)的功能。

1.4 幾個(gè)主要的特殊功能寄存器SFR說(shuō)明

1.4.1 程序指針PC

1. 為CPU指明將要執(zhí)行的指令地址，（存放下一條指令的地址）。長(zhǎng)度為16位，所以尋址范圍為0-65535（64K）。
2. 單片機(jī)在復(fù)位時(shí)PC=0000H，這就意味著一旦將單片機(jī)復(fù)位，CPU就從ROM的0000H單元執(zhí)行程序。
3. 在物理上是獨(dú)立于SFR。

1.4.2 累加器A

最常用的寄存器。所有的算術(shù)運(yùn)算指令所要使用的寄存器且運(yùn)算結(jié)果都存放在A中。

1.4.3 寄存器B

乘、除法指令專(zhuān)用的寄存器，當(dāng)然也可作為一般的工作寄存器使用。

1.4.4 數(shù)據(jù)指針DPTR

1. 由兩個(gè)8位寄存器構(gòu)成。高八位寄存器DPH和低八位寄存器DPL構(gòu)成16位的寄存器DPTR。
2. DPTR主要用來(lái)存放外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的地址，作為CPU訪(fǎng)問(wèn)外部RAM的數(shù)據(jù)指針；
3. CPU的查表指令使用DPTR提供ROM中表格的首地址；
4. 在MCS-51單片機(jī)中，CPU訪(fǎng)問(wèn)外部RAM中的數(shù)據(jù)或ROM中的表格、常數(shù)必須借助DPTR做指針來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取訪(fǎng)問(wèn)。

1.4.5 程序狀態(tài)字PSW

8位寄存器，表征程序執(zhí)行的狀態(tài)信息。

介紹

1. CY（PSW.7）進(jìn)位標(biāo)志：
   在加減法運(yùn)算中,累加器A的最高位D7有進(jìn)位，則CY=1，否則CY=0。同理，在減法運(yùn)算中，如果A7有借位，則CY=1.因此CY往往作為無(wú)符號(hào)數(shù)運(yùn)算是否有溢出的標(biāo)志。
2. AC（PSW.6）輔助進(jìn)位位：
   用來(lái)判斷加減法運(yùn)算時(shí)，低四位是否向高四位進(jìn)位或借位（既A3的進(jìn)位或借位）。往往用來(lái)處理壓縮的BCD碼的運(yùn)算處理。
3. F0（PSW.5） 用戶(hù)標(biāo)志位：
   完全由用戶(hù)來(lái)定義和使用。
4. RS1,RS0工作寄存器區(qū)選擇位：
   補(bǔ)充：寄存器區(qū)：4個(gè)寄存器區(qū)，每個(gè)區(qū)有R0-R7八個(gè)工作寄存器；
   確定工作寄存器R0-R7在4個(gè)區(qū)中的位置（單片機(jī)在復(fù)位后RS1、RS0=00 — 選擇0區(qū)）?？梢酝ㄟ^(guò)修改RS1,RS0的值來(lái)改變工作寄存器區(qū)的選擇。
5. OV（PSW.2）溢出標(biāo)志位
   判斷有符號(hào)數(shù)運(yùn)算時(shí)是否有溢出。
   OV的結(jié)果可以用一個(gè)算法來(lái)表示: OV=CP異或CS
   其中:CP為A7的進(jìn)位,CS為A6的進(jìn)位OV=1表明有溢出。
   百度解釋?zhuān)阂绯鰳?biāo)志位：對(duì)于單字節(jié)的有符號(hào)數(shù)，若用最高位(b7)表示正、負(fù)號(hào)，則只有7位有效數(shù)位(b6～b0)，能表示-128～+127之間的數(shù)。運(yùn)算結(jié)果超出了這個(gè)數(shù)值范圍，就會(huì)發(fā)生溢出，此時(shí)OV=1，否則OV=0。
6. P（PSW.0）奇偶標(biāo)志位:
   用來(lái)標(biāo)志累加器A中運(yùn)算后“1”的個(gè)數(shù)。
   當(dāng)P=1時(shí),表明A中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè),反之為偶數(shù)個(gè)。

例子

1.4.6 堆棧指針SP

SP 堆棧指針：8位寄存器，用來(lái)指示堆棧的位置，可由軟件修改。

堆棧的介紹

堆棧是一種按“先進(jìn)后出”規(guī)律操作的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。不同類(lèi)型的處理器其堆棧的設(shè)計(jì)各不相同：

SP寄存器作為堆棧指針。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是充分的利用RAM的空間，使堆棧的空間得以擴(kuò)大。但它也有一種“致命”的弱點(diǎn)：數(shù)據(jù)很容易與堆棧發(fā)生沖突，特別是初學(xué)編程者。
為了避免上述問(wèn)題的出現(xiàn)，編程者往往在程序的開(kāi)始加上一條指令： MOV SP,60H 試分析為什么？

百度解釋?zhuān)?br> 單片機(jī)復(fù)位后SP的值一般要用一條指令賦值為60H，這只是個(gè)別人寫(xiě)程序的愛(ài)好與習(xí)慣罷了，沒(méi)有任何規(guī)定必須是賦值60H，更沒(méi)有任何原因必須選60H。
就單片機(jī)復(fù)位后，SP=07H，不用重新賦值也是可以的，否則，為什么當(dāng)初設(shè)計(jì)者會(huì)這么設(shè)計(jì)呢。由于51單片機(jī)的堆棧是向上增長(zhǎng)的，所以，為了避免堆棧區(qū)與用戶(hù)數(shù)據(jù)區(qū)互相影響，才將SP設(shè)置在60H以后，比較合理的是賦值為6FH，這樣堆棧區(qū)可用70H~7FH，預(yù)留有16個(gè)單元足夠，也不浪費(fèi)。

堆棧的作用

①保護(hù)程序的斷點(diǎn)地址（既返回地址）；
②保護(hù)數(shù)據(jù)（也稱(chēng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)）。

堆棧操作的兩種方式

①斷點(diǎn)地址的保護(hù)是靠執(zhí)行子程序調(diào)用指令或發(fā)生中斷調(diào)用時(shí)，由硬件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)地址的進(jìn)棧保護(hù)；在子程序或中斷服務(wù)程序返回時(shí)有RET或RETI指令實(shí)現(xiàn)恢復(fù)斷點(diǎn)；
②而對(duì)于其它需要保護(hù)的數(shù)據(jù)都要由專(zhuān)用的指令PUSH或POP來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)棧保護(hù)或恢復(fù)。

二、單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

1. 程序存儲(chǔ)器ROM要掌握的要點(diǎn)是：6個(gè)特定的入口單元；
2. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM要掌握的要點(diǎn)是：內(nèi)部結(jié)構(gòu)（包括寄存器區(qū)、堆棧區(qū)、位尋址區(qū)和特殊功能寄存器SFR區(qū)）。
   ① 內(nèi)部集成了4K的程序存儲(chǔ)器ROM；
   ② 內(nèi)部具有256B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM；
   ③ 可以外接64K的程序存儲(chǔ)器ROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM。

從物理結(jié)構(gòu)的角度講，51單片機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)可以分為四個(gè)存儲(chǔ)空間：既片內(nèi)ROM，RAM和片外ROM、RAM。
從邏輯上講（既編程的角度），51單片機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)際上分為三個(gè)存儲(chǔ)空間。
1. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM；
2. 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM；
3. 片內(nèi)或外的程序存儲(chǔ)器ROM（由EA電平?jīng)Q定）。
結(jié)構(gòu)圖：

2.1 程序存儲(chǔ)器ROM（片內(nèi)、片外）

1. 程序存儲(chǔ)器ROM用于存放程序、常數(shù)或表格。

2. 在51單片機(jī)中，由引腳 /EA 上的電平選擇內(nèi)、外ROM；
   EA=1時(shí)，CPU執(zhí)行片內(nèi)的4KROM中的程序；
   EA=0時(shí)，CPU選擇片外ROM中的程序。

3. 無(wú)論是使用片內(nèi)還是使用片外ROM，程序的起始地址都是從ROM的0000H單元開(kāi)始。

4. 盡管系統(tǒng)可以同時(shí)具備片內(nèi)ROM和外部ROM，但是在一般正常使用情況下，通過(guò)/EA的設(shè)定來(lái)選擇其一（或者使用內(nèi)部ROM，或者使用外部ROM）。

5. 如果EA=1（執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器中程序時(shí)）：
   如果程序計(jì)數(shù)器的指針PC值超過(guò)0FFFH（4K）時(shí)，單片機(jī)就要自動(dòng)的轉(zhuǎn)向片外的ROM存儲(chǔ)器且從1000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序（無(wú)法使用片外ROM的低4K空間）。
   
   

2.1.1 程序存儲(chǔ)器六個(gè)特殊的單元

0000H單元：復(fù)位時(shí)程序計(jì)數(shù)器PC所指向的單元，因此用來(lái) 存放程序中的第一條指令；
0003H單元：外部中斷/INT0的矢量入口地址；
000BH單元：定時(shí)器T0溢出中斷的矢量入口地址；
0013H單元：外部中斷/INT1的矢量入口地址；
001BH單元：定時(shí)器T1的溢出中斷矢量入口地址；
0023H單元：串行口接收、傳送的中斷矢量入口地址。
矢量入口單元：在編寫(xiě)中斷程序時(shí)，寫(xiě)入對(duì)應(yīng)的“跳板指令”。

因?yàn)樵趶?fù)位時(shí)，程序指針PC指向0000H

2.1.2 外部程序存儲(chǔ)器

當(dāng)單片機(jī)使用外ROM存儲(chǔ)器時(shí)（擴(kuò)展系統(tǒng)），必須設(shè)定/EA=0，此時(shí)單片機(jī)的端口功能就要發(fā)生相應(yīng)的改變：
① P0、P2作為外部ROM的地址和數(shù)據(jù)總線(xiàn)；
② 使用引腳/psen信號(hào)來(lái)選通外部ROM的數(shù)據(jù)三態(tài)輸出。

2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM

無(wú)論在物理上還是邏輯上，系統(tǒng)中RAM 都可分為兩個(gè)獨(dú)立空間：內(nèi)部和外部RAM。由不同的指令來(lái)訪(fǎng)問(wèn)。

1. 訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元時(shí)，使用 MOV 指令；
2. 訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，使用 MOVX 指令。

內(nèi)部RAM從功能上將256B空間分為二個(gè)不同的塊：

1. 低128B的RAM塊；
2. 高128B的SFR（Special Function Register ）塊。

在低128B的RAM存儲(chǔ)單元中又可劃分為：

1. 工作寄存器區(qū)；
2. 位尋址區(qū)；
3. 通用存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的“便簽區(qū)”。

高128B的專(zhuān)用寄存器區(qū)SFR中僅僅使用了21寄存器（51系列），其它107個(gè)單元不能使用。

2.2.1 AT89 片內(nèi)、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器示意圖

2.2.2 片內(nèi)RAM低128B 字節(jié)功能分配圖

工作寄存區(qū)區(qū)結(jié)構(gòu)圖（0區(qū)）

片內(nèi)RAM中具有雙重功能的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)圖

RAM的20H～2FH的存儲(chǔ)特點(diǎn)（位尋址區(qū)）

1. 20H～2FH本身是字節(jié)地址，因此這些單元可以按照常規(guī)存儲(chǔ)16個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。如：

   MOV 20H，A ；將累加器A中的數(shù)據(jù)送RAM的 20H單元（字節(jié)傳送操作）

2. 將20H～2FH中的16*8既128個(gè)bit分別定義其位地址00H～7FH（如圖），這樣CPU可以按位來(lái)訪(fǎng)問(wèn)這些bit：

   MOV 20H，C ；將Cy中的布爾變量送20H位地 址中（位傳送）

2.2.3 特殊功能寄存器SFR

特殊功能寄存器 SFR （Special Function Register） 離散分布在256B字節(jié)中的高128B中。

1. 設(shè)定單片機(jī)內(nèi)部各模塊的工作方式，存放相關(guān)模塊的狀態(tài)與標(biāo)志。如定時(shí)器、串行口，并行端口和中斷設(shè)置等。
2. 盡管特殊功能寄存器與RAM在同一個(gè)單元中，但不能作為普通的RAM存儲(chǔ)單元來(lái)使用。
3. 在編程中根據(jù)需要，進(jìn)行一些特定功能的設(shè)定，或者是從中查尋相關(guān)部件的狀態(tài)時(shí)，才能對(duì)其進(jìn)行讀、寫(xiě)操作。如中斷方式的設(shè)定、定時(shí)器工作模式的設(shè)定，查詢(xún)串行口發(fā)送或接收是否結(jié)束等等。
   
   
   
   
   
   具有位地址和位名稱(chēng)的SFR才可以位尋址。
   位地址有以下4種表示形式：

• 直接使用位地址表示
  例如：0D7H —— PSW最高位的位地址
• 使用位名稱(chēng)表示、
  例如：CY —— PSW最高位的位名稱(chēng)
• 使用SFR字節(jié)地址.位形式表示
  例如：0D7H.7 —— PSW字節(jié)地址.最高位
• 使用SFR名稱(chēng). 位形式表示
  例如：PSW.7 —— PSW名稱(chēng).最高位

位尋址：20H-2FH和能被8整除的SFR

2.3 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

當(dāng)單片機(jī)需要外加RAM存儲(chǔ)器時(shí)（擴(kuò)展系統(tǒng)），必須使用專(zhuān)用的MOVX指令，此時(shí)單片機(jī)的端口功能就要發(fā)生相應(yīng)的改變：
① P0、P2作為外部RAM的地址和數(shù)據(jù)總線(xiàn)；
② 使用MOVX指令進(jìn)行讀寫(xiě)操作。
③ MOVX指令在執(zhí)行時(shí)，會(huì)自動(dòng)地產(chǎn)生/RD或/WR信號(hào)對(duì) 外部RAM實(shí)現(xiàn)控制。

指令通過(guò)P0、P2輸出DPTR中的16位地址信號(hào)。這里使用了16位的寄存器DPTR，其尋址范圍為64KB。
此時(shí)： P0口做低8位地址總線(xiàn)和數(shù)據(jù)的“復(fù)用”總線(xiàn)；
P2口做高8位地址總線(xiàn)。

2.4 小結(jié)

MCS-51單片機(jī)的存儲(chǔ)器的配置
片內(nèi)4K的程序存儲(chǔ)器ROM；
片內(nèi)256B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM；
片外可以擴(kuò)展64K的ROM和RAM.

1. 程序存儲(chǔ)器
   當(dāng)引腳EA=1時(shí)， CPU從片內(nèi)ROM的0000H單元運(yùn)行程序；
   若引腳EA=0時(shí)， CPU從片外ROM的0000H單元運(yùn)行程序。
   當(dāng)引腳EA=1，且PC值大于0FFFH時(shí)， CPU會(huì)自動(dòng)從內(nèi)部ROM轉(zhuǎn)到片外ROM的1000H單元運(yùn)行程序。

   無(wú)論是片內(nèi)還是片外, ROM有六個(gè)單元是有特定意義的：

   1. 0000H單元:上電,復(fù)位后的啟動(dòng)地址；
   2. 0003H單元:外部中斷INT0的入口地址；
   3. 000BH單元:定時(shí)器T0的中斷入口地址；
   4. 0013H單元:外部中斷INT1的入口地址；
   5. 001BH單元:定時(shí)器T1的中斷入口地址；
   6. 0023H單元:串行口中斷的入口地址。

2. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM
   低128B： 1,工作寄存器區(qū);2,位尋址區(qū);3,便箋區(qū)；
   高128B： 做特殊功能寄存器SFR用。
   注意:

   1. SFR不同于一般的數(shù)據(jù)RAM,它不是用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù),而是用來(lái)控制和 表征單片機(jī)內(nèi)部幾個(gè)邏輯部件的特征,狀態(tài)等重要信息。
   2. 在使用RAM時(shí),要注意字節(jié)地址和位地址的概念.
   3. 訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部RAM的指令為 MOV 指令。

3. 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

   1. 在硬件具備的條件下,MCS-51單片機(jī)可以使用64KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器.如果要訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM時(shí),只能使用間址的尋址方式.
   2. 間址寄存器有R0,R1或DPTR.前者尋址范圍為256KB(00H-FFH);后者為64KB(0000H-FFFFH).使用的指令是 MOVX。

三、單片機(jī)的引腳功能

3.1 51單片機(jī)的外形和邏輯符號(hào)

3.2 51單片機(jī)的引腳定義

3.2.1 主電源引腳

主電源引腳：Vcc（+5V— 40腳）和 Vss （GND 20腳）；

3.2.2 外接晶體引腳

外接晶體引腳：XTAL1（19腳）、XTAL2（18腳）
兩腳之間接入一個(gè)晶體震蕩器，單片機(jī)就以此晶體的頻率開(kāi)始工作（其頻率范圍為：0～24MHz）。
頻率越高，單片機(jī)的工作速度就越快，但單片機(jī)的功耗就要增加，其產(chǎn)生的高次諧波也會(huì)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的模擬電路（如ADC）產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。

3.2.3 控制與電源復(fù)用引腳

RST / V pd（9腳）

RST / V pd（9腳）：復(fù)位信號(hào)輸入，高電平有效。

• 復(fù)位操作可以確保CPU從程序的開(kāi)始端運(yùn)行程序；
• 微處理器在“上電”時(shí)必須對(duì)其施行“復(fù)位”操作，以避免電源從0V至5V時(shí)電源的過(guò)度性造成系統(tǒng)“混亂”。而MCS-51單片機(jī)不具備“上電復(fù)位”功能。因此，必須通過(guò)外部對(duì)此引腳施加一個(gè)（大于兩個(gè)時(shí)鐘周期的）高電平使單片機(jī)復(fù)位。
  
  
  在復(fù)位狀態(tài)下：

1. 程序指針PC=0000H；
2. 堆棧指針SP=07H；
3. SFR的內(nèi)容全變?yōu)椤?”；
4. P0～P3四個(gè)端口輸出“全1”（FFH）；
5. RAM內(nèi)容不變。

【思考題】PC=0000H 意味著什么？
意味著程序從頭開(kāi)始執(zhí)行
Vpd 功能：當(dāng)單片機(jī)掉電時(shí)，此引腳可以接入備用電源向單片機(jī)內(nèi)部的RAM供電，防止RAM中的數(shù)據(jù)丟失。

ALE/PROG（30腳）

以系統(tǒng)時(shí)鐘 fosc 的1/6的頻率，周期性輸出方波脈沖。

1. 系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，作為外部存儲(chǔ)器低八位地址的鎖存信號(hào)；
2. 可為系統(tǒng)提供一個(gè)頻率為 fosc/6 的方波信號(hào)；
3. EPROM型單片機(jī)編程時(shí)編程輸入脈沖（第二功能）。
   

/PSEN（29腳）

/PSEN（29腳）：外部程序程序存儲(chǔ)器的選通輸出信號(hào)。

• 當(dāng)單片機(jī)使用外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)產(chǎn)生兩次負(fù)脈沖，作為外部程序存儲(chǔ)器ROM的選通信號(hào)；
• 訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 時(shí)，此信號(hào)無(wú)效。
  

/EA / Vdd （31腳）

/EA / Vdd （31腳）：程序存儲(chǔ)器的選擇控制端
CPU 執(zhí)行片內(nèi)ROM還是外部ROM中的程序，由硬件設(shè)計(jì)者通過(guò)對(duì)EA引腳的設(shè)置來(lái)決定：
/EA=“1” 時(shí)：?jiǎn)纹瑱C(jī)使用內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器ROM；
/EA=“0” 時(shí)：?jiǎn)纹瑱C(jī)使用外部的程序存儲(chǔ)器ROM。
【注意】：如果EA=1既使用單片機(jī)內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器時(shí)，如果程序計(jì)數(shù)器PC的值超過(guò)0FFFH時(shí)，單片機(jī)將自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序存儲(chǔ)器1000H開(kāi)始的單元。
對(duì)于EPROM型的單片機(jī)，此腳還是用于寫(xiě)程序時(shí)，加入21伏的編程電壓。

四、單片機(jī)的I/O口

4.1 P0

P0.0 - P0.7： P0端口線(xiàn)（39-32腳）
輸出能力最強(qiáng)的端口，可帶動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載；

• 具有兩種工作方式：
  ①普通的I/O方式；
  ②系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)的總線(xiàn)方式。
• 當(dāng)處于I/O方式時(shí)：端口內(nèi)部輸出電路呈“開(kāi)路結(jié)構(gòu)”，所以當(dāng)驅(qū)動(dòng)MOS負(fù)載時(shí)，應(yīng)接一個(gè)10K左右的上拉電阻，否則無(wú)法輸出高電平。
• 當(dāng)處于擴(kuò)展方式時(shí)：P0口成為外部存儲(chǔ)器提供低八位地址和數(shù)據(jù)的“復(fù)用總線(xiàn)” （此時(shí)不能作為通用的I/O端口）。
  
  

4.2 P1

P1.0 - P1.7： P1端口線(xiàn)（1 – 8腳）：

• 負(fù)載能力4個(gè)TTL負(fù)載。
• MCS-51單片機(jī)中唯一“功能單一”的I/O端口。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中只能設(shè)計(jì)為“通用的I/O端口”；
  

4.3 P2

P2.0 – P2.7： P2端口線(xiàn)（21 – 28腳）：

• 同P0端口類(lèi)似：具有兩種工作方式：
  ①普通的I/O方式；
  ②系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)的總線(xiàn)方式（高八位地址總線(xiàn)）。
  

4.4 P3

P3.0 – P3.7 P3端口線(xiàn) （10 – 17腳）：

• P3口的引腳具有兩種用途：
  ①做通用的I/O端口，負(fù)載能力為4個(gè)TTL ；
  ②引腳具有第二功能。
  

4.4.1 小結(jié)

【注意】： 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，P3端口原則上不作I/O端口，而是盡量保留其第二功能；

如：串行通信中所使用的發(fā)送TXD、接收RXD以及外部中斷的兩個(gè)輸入信號(hào)INT0、INT1等。

   **這種方法利于系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最大限度的調(diào)用MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部硬件資源，以簡(jiǎn)化外部電路的設(shè)計(jì)。**

4.5 片外總線(xiàn)結(jié)構(gòu)

4.5.1 地址總線(xiàn)(AB)

地址總線(xiàn)的寬度是16位，因此可以尋址的范圍是64?KB。采用分時(shí)復(fù)用技術(shù)，可以對(duì)外部64?KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器直接尋址。它由P0口提供16位地址總線(xiàn)的低8位(A0～A7)，由P2口提供地址總線(xiàn)的高8位(A8～A15)。

4.5.2 數(shù)據(jù)總線(xiàn)(DB)

數(shù)據(jù)總線(xiàn)的寬度是8位，它由P0口提供。

4.5.3 控制總線(xiàn)(CB)

控制總線(xiàn)由P3口的第二功能(RXD、TXD、INT0、INT1、T0、T1、RD、WR)和4根獨(dú)立的控制線(xiàn)(RST、EA、ALE、PSEN)組成。

4.6 小結(jié)

1. MCS-51單片機(jī)的四個(gè)端口其功能在芯片設(shè)計(jì)中各不相同，所以其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)也不一樣；
2. P0～P3四個(gè)端口都可以作為普通的具有雙向傳輸功能的I/O端口；
3. 當(dāng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中如果采用外部存儲(chǔ)器（ROM或RAM）擴(kuò)展方式時(shí)，P0、P2端口變?yōu)橄到y(tǒng)總線(xiàn)。在此時(shí)P0、P2不能再做I/O端口。
4. P3口在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，盡可能的保留其第二功能，以可充分利用單片機(jī)的內(nèi)部系統(tǒng)資源。
5. 對(duì)程序存儲(chǔ)器ROM的使用選擇取決于引腳EA的設(shè)定：EA=1使用片內(nèi)4K的ROM；EA=0時(shí)使用外部ROM。
6. 一個(gè)微處理器在上電時(shí)，必須進(jìn)行“復(fù)位”操作，而MCS-51單片機(jī)不具備“上電復(fù)位”功能，所以必須外加一個(gè)上電復(fù)位電路，其復(fù)位時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期即可；
7. 單片機(jī)的工作頻率 fosc 取決于外接晶體的振蕩頻率。如何選擇晶體的振蕩頻率不單純考慮系統(tǒng)的工作速度，還要考慮到系統(tǒng)的功耗、工作的穩(wěn)定向和可靠性，而這些都與外接晶體的振蕩頻率有著直接的關(guān)系；

五、單片機(jī)內(nèi)部看門(mén)狗定時(shí)器

看門(mén)狗定時(shí)器(WDT)簡(jiǎn)介

  WDT是為了解決CPU運(yùn)行時(shí)可能進(jìn)入混亂或死循環(huán)而設(shè)置的，AT89S51的WDT由一個(gè)14bit計(jì)數(shù)器和看門(mén)狗復(fù)位SFR（WDTRST）構(gòu)成。
  **外部復(fù)位時(shí)，WDT默認(rèn)為關(guān)閉狀態(tài)，要打開(kāi)WDT，用戶(hù)必須順序?qū)?1EH和0E1H寫(xiě)到WDTRST寄存器（SFR地址為0A6H）中。**
  當(dāng)啟動(dòng)WDT后，它會(huì)隨晶體振蕩器在每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)，除硬件復(fù)位或WDT溢出復(fù)位外沒(méi)有其它方法關(guān)閉WDT。
  WDT溢出將使RST引腳輸出**高電平的復(fù)位脈沖**，復(fù)位脈沖持續(xù)時(shí)間**98個(gè)時(shí)鐘周期** 

六、單片機(jī)復(fù)位工作方式

6.1 介紹

復(fù)位：將單片機(jī)系統(tǒng)置成特定初始狀態(tài)的操作，復(fù)位后程序從頭（0000H單元）開(kāi)始執(zhí)行程序。
系統(tǒng)剛接通電源或重新啟動(dòng)時(shí)均進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。
當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以實(shí)現(xiàn)可靠復(fù)位，如圖2-17所示，其中TCY為機(jī)器周期，等于12個(gè)時(shí)鐘周期。各寄存器和程序計(jì)數(shù)器PC的狀態(tài)見(jiàn)表2-11所示。

6.2 兩種上電復(fù)位電路

6.2.1 上電復(fù)位電路

上電復(fù)位電路:當(dāng)接通電源的瞬間，RST端與VCC同電位，隨著電容上的電壓逐漸上升，RST端的電壓逐漸下降，于是在RST端便形成了一個(gè)正脈沖，只要該正脈沖的寬度持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。

6.2.2 上電復(fù)位及按鈕復(fù)位

上電復(fù)位和按鈕復(fù)位:(也稱(chēng)為手動(dòng)復(fù)位)的組合，當(dāng)人工按下P按鈕后就可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位后，各寄存器和程序計(jì)數(shù)器PC的狀態(tài)見(jiàn)表2-11所示。

6.3 復(fù)位的初始狀態(tài)

七、單片機(jī)低功耗方式

7.1 介紹

AT89系列單片機(jī)提供了兩種省電工作方式：空閑方式和掉電方式。其目的是盡可能地降低系統(tǒng)的功耗。
在空閑工作方式中(IDL=1)，振蕩器繼續(xù)工作，時(shí)鐘脈沖輸出到中斷系統(tǒng)、串行口以及定時(shí)器模塊，但卻不提供給CPU。在掉電方式中(PD=1)，振蕩器停止工作。
兩種工作方式都是由SFR中的電源控制寄存器PCON的控制位來(lái)定義的，PCON寄存器的控制格式如圖2-19所示。

SMOD：串行口波特率倍率控制位。
GF0，GF1：通用標(biāo)志位。
PD：掉電方式控制位。PD=1，進(jìn)入掉電工作方式。
IDL：空閑方式控制位。IDL=1，進(jìn)入空閑工作方式。
PCON寄存器的復(fù)位值為0XXX000，PCON.4～PCON.6為保留位，用戶(hù)不要對(duì)它們進(jìn)行寫(xiě)操作。

7.2 空閑工作方式

當(dāng)CPU執(zhí)行完置IDL=1( ORL PCON，#01H，PCON.0=1)的指令后，系統(tǒng)進(jìn)入了空閑工作方式。
這時(shí)，內(nèi)部時(shí)鐘不提供給CPU，而只供給中斷、串行口、定時(shí)器部分。CPU的內(nèi)部狀態(tài)維持不變，即包括堆棧指針SP、程序計(jì)數(shù)器PC、程序狀態(tài)字PSW、累加器ACC等其他所有的內(nèi)容保持不變，端口狀態(tài)也保持不變。ALE保持邏輯高電平。

有兩種方法可以使系統(tǒng)退出空閑工作方式:
1、**任何的中斷請(qǐng)求都可以由硬件將PCON.0(IDL)清0而中止空閑工作方式。**當(dāng)執(zhí)行完中斷服務(wù)程序返回時(shí)，從置空閑工作方式指令的下一條指令開(kāi)始繼續(xù)執(zhí)行程序。
2、**硬件復(fù)位。**RST端的復(fù)位信號(hào)直接將PCON.0(IDL)清0，從而退出空閑狀態(tài)，CPU則從進(jìn)入空閑方式的下一條指令開(kāi)始重新執(zhí)行程序。

7.3 掉電工作方式

當(dāng)CPU執(zhí)行一條置PCON.1位(PD)為1的指令后，系統(tǒng)進(jìn)入掉電工作方式。
在這種工作方式下，內(nèi)部振蕩器停止工作。由于沒(méi)有振蕩時(shí)鐘，因此所有的功能部件都停止工作，但內(nèi)部RAM區(qū)和特殊功能寄存器的內(nèi)容被保留，而端口的輸出狀態(tài)值都保存在對(duì)應(yīng)的SFR中，ALE和都為低電平。
**退出掉電方式的惟一方法是硬件復(fù)位。**復(fù)位后將所有的特殊功能寄存器的內(nèi)容初始化，但不改變內(nèi)部RAM區(qū)的數(shù)據(jù)。
而在準(zhǔn)備退出掉電方式之前，**Vcc必須恢復(fù)到正常的工作電壓值，并維持一段時(shí)間(約10?ms)，**使振蕩器重新啟動(dòng)并穩(wěn)定后，方可退出掉電方式。

八、單片機(jī)的時(shí)序

8.1 介紹

單片機(jī)取出指令后要對(duì)指令進(jìn)行譯碼產(chǎn)生各種操作信號(hào)，所謂時(shí)序，就是指各種操作信號(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。為達(dá)到同步協(xié)調(diào)工作的目的，各操作信號(hào)在時(shí)間上有嚴(yán)格的先后次序，這些次序就是CPU的時(shí)序。
CPU執(zhí)行指令的一系列動(dòng)作都是在時(shí)序電路控制下一拍一拍進(jìn)行的，為了便于對(duì)CPU時(shí)序進(jìn)行分析，人們按指令的執(zhí)行過(guò)程規(guī)定了幾種周期，即時(shí)鐘周期、狀態(tài)周期、機(jī)器周期和指令周期，也稱(chēng)為時(shí)序定時(shí)單位。

8.2 基本時(shí)序

8.2.1 時(shí)鐘周期

也稱(chēng)為振蕩周期，定義為時(shí)鐘脈沖頻率（fosc）的倒數(shù)，是計(jì)算機(jī)中最基本的、最小的時(shí)間單位。
在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，中央處理器CPU僅完成一個(gè)最基本的動(dòng)作。一個(gè)振蕩周期也稱(chēng)為一個(gè)節(jié)拍，用P表示，通常稱(chēng)為P節(jié)拍，如圖2.20所示。

8.2.2 狀態(tài)周期

時(shí)鐘周期經(jīng)2分頻后成為內(nèi)部的時(shí)鐘信號(hào)，用作單片機(jī)內(nèi)部各功能部件按序協(xié)調(diào)工作的控制信號(hào)，稱(chēng)為狀態(tài)周期，用S表示。
**一個(gè)狀態(tài)周期包含兩個(gè)時(shí)鐘周期，前半狀態(tài)周期相應(yīng)的時(shí)鐘周期定義為P1，后半周期對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘周期定義為P2。**一般情況下，CPU中的算術(shù)邏輯運(yùn)算在P1有效期間完成，在P2有效期間進(jìn)行內(nèi)部寄存器間的信息傳送。

8.2.3 機(jī)器周期

機(jī)器周期：完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間稱(chēng)為機(jī)器周期。
51單片機(jī)有固定的機(jī)器周期，規(guī)定一個(gè)機(jī)器周期有6個(gè)狀態(tài)，分別表示為S1～S6，而一個(gè)狀態(tài)包含兩個(gè)時(shí)鐘周期，那么一個(gè)機(jī)器周期就有12個(gè)時(shí)鐘周期，可以表示為S1P1, S1P2, …, S6P1, S6P2，一個(gè)機(jī)器周期共包含12個(gè)振蕩脈沖，即機(jī)器周期就是振蕩脈沖的12分頻。

8.2.4 指令周期

指令周期：指CPU執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間，一般由若干個(gè)機(jī)器周期組成，指令不同，所需要的機(jī)器周期數(shù)也不同。51系統(tǒng)中，一個(gè)指令周期通常含1～4個(gè)機(jī)器周期。大多數(shù)指令是單字節(jié)單周期指令，還有一些指令是單字節(jié)雙周期指令和雙字節(jié)雙周期指令，而乘法指令MUL和除法指令DIV都是單字節(jié)四周期指令(參見(jiàn)附錄B)。文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-409454.html

到了這里，關(guān)于單片機(jī)原理與應(yīng)用以及C51編程技術(shù)——硬件體系結(jié)構(gòu)梳理的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！