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第2章MCS--51系列单片机的结构及原理2.1MCS--51系列单片机的结构与引脚功能 MCS--51系列单片机的结构框图见图2-1。 51子系列的配置如下: (1)8位CPU; (2)振荡频率1.2~12MHZ; (3)128个字节的片内数据存储器(片内RAM); (4)21个专用寄存器; (5)4KB的片内程序存储器(8031无); (6)8位并行I/O口P0,P1,P2,P3; (7)一个全双工串行I/O口; (8)2个16位定时器/计数器; (9)5个中断源,分为2个优先级; 2图2-1MCS---51系列单片机的结构框图图2-1MCS—51系列单片机的引脚功能 主电源引脚Vss、Vcc 外接晶振引脚XTAL1、XTAL2 输入/输出引脚P0、P1、P2、P3 P0.0~P0.7:P0口的8个引脚,P0口是8位漏极开路型双向I/0端口,在接有片外存储器或I/0扩展接口时,P0.0~P0.7分时复用,作低8位地址总线与双向8位数据总线 P1.0~P1.7:P1口的8个引脚,P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,对于52子系列,P1.0还可用于定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2,P1.1还可作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。 P2.0~P2.7:P2口的8个引脚,P2口也是一个带内部上拉电阻的双向I/O口,在访问片外存储器或扩展I/O接口时,还用于提供高8位地址。 P3.0~P3.7:P3口的8个引脚,P3口也是一个带上拉电阻的I/O口,除可以作双向的输入输出口外,还具有第2功能,见表2.1表2-1P3口第二功能表(EA/Vpp:双功能引脚,为片外程序存储器选用端。当该引脚信号有效时,选择片外程序存储器,即EA/Vpp=1时,访问片内程序存储器。对片内含有EPROM的机型,此引脚在编程期间用于施加+21v的编程电压。RST/VPO:双功能引脚,在单片机工作期间,当此引脚上出现连接2个机器周期的高电平时可实现复位操作,详见2.4节。在Vcc掉电期间,若该引脚接备用电源(+5v),可向片内RAM供电,以保存片内RAM中的信息。运算器由算逻运算单元ALU、累加器A、B寄存器、暂存器1、暂存器2、及程序状态字PSW构成。程序状态字PSW是1个8位的专用寄存器,用于存放程序运行中的各种状态信息,可进行位寻址, PSW的各位定义见图2—3。 D7D6D5D4D3D2D1D0 图2-1的虚框部分为微处理器,又分为控制器、运算器。控制器由指令寄存器、指令译码器、定时控制部分组成,可根据不同的指令产生相应的控制信号,使各部分协调工作,完成指令所规定的功能。 图2—3程序状态字各位的含义 (1)进位标志C(PSW.7);很多算术逻辑运算指令执行后都会影响进位标志C。例如加减运算,若运算结果有进位或借位,则C=1,若无,则C=0。可用专门的指令或硬件将C置位或清零,在进行位操作时,C又起着位累加器的作用,类似于累加器A。 (2)辅助进位标志AC(PSW.6):做加减运算时,若低半字节有进位(借位),则AC=1,否则AC=0,辅助进位标志主要用于BCD运算调整时。 (3)软件标志FO(PSW.5):这是可由用户定义的一个状态标志,可由用户置位或复位。F1的定义与F0相同。(4)工作寄存器组选择位RS1、RS0(PSW.4,PSW.3):RS1、RS0与工作寄存器组的对应关系如下:RS1 RS0 工作寄存器组 片内RAM地址0 0 第0组 00H~07H0 1 第1组 08H~0FH1 0 第2组10H~17H1 1 第3组18H~1FH单片机上电复位后,RS1RS0=00,此时第0组的8个工作寄存器为当前工作寄存器组。(5)溢出标志OV(PSW.2):当运算结果超出机器所能表示的范围时称溢出。OV是带符号数运算的溢出标志,如发生溢出,则OV=1;否则OV=0。CPU时序二、时钟周期,机器周期、指令周期 振荡器输出的振荡脉冲经2分频后作为内部节拍信号,作单片机内部各部件协调工作的控制信号,其周期称为时钟周期。 计算机一条指令的执行分几个阶段,每一阶段完成一项规定的操作,完成某一规定操作所需的时间称为一个机器周期。对MCS—51系列单片机,6个时钟周期构成一个机器周期。 CPU执行一条指令所需的时间为指令周期。指令周期以机器周期为单位,MCS—51系列单片机的指令多为单周期、双周期指令,只有乘除指令为4周期指令,若用12MHZ晶振,则单周期指令、双周期指令的执行时间分别为1μs和2μs,而乘除指令则需4μs 三、CPU时序 MCS—51系列单片机的一个机器周期包含6个时钟周期。我们用S1、S2、……、S6表示,每个时钟周期的2个振荡节拍用P1、P2表示,则一个机器周期包括12个振荡周期,不同周

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