单片机(全部) -

单片机应用系统设计

主讲人：吕国芳

教学计划：

本课程计划学时：32学时（2学分） ——1.5学分课堂教学（上课6周），0.5学分试验（4次试验）

考核办法：

平时成绩 占 1/4 实验成绩 占 1/4 期终测验成绩 占 2/4

参考书：

1. 何立民： 《MCS-51系列单片机应用系统设计——系统配置与接口技术》，

北京航空航天大学出版社

2. 宋宏远、杨天怡：《MCS51/96系列单片微型计算机原理及应用》，

重庆大学出版社

3. 孙涵芳、徐爱卿：《MCS51/96系列单片机原理及应用》，

北京航空航天大学出版社

1

目 录

第一章． 绪 论 1

§1-1 单片机的定义、结构特点 ...................................................................................................................... 1

1． 2． 3． 1． 2． 3． 4． 1． 2．

单片机的定义 ............................................................................................................................ 1 单片机的特点 ............................................................................................................................ 1 单片机结构上的特点 ............................................................................................................ 1

4位单片机 ................................................................................................................................... 2 8位单片机 ................................................................................................................................... 2 16位单片机 ................................................................................................................................ 2 32位单片机 ................................................................................................................................ 2

§1-2 单片机的主要品种及分类 ...................................................................................................................... 2

§1-3 单片机的应用 .......................................................................................................................................... 3

单片机应用 ................................................................................................................................. 3 多机应用 ....................................................................................................................................... 3

第二章 MCS-51单片机的结构和原理 5

§2-1 MCS-51系列单片机简介 ....................................................................................................................... 5 §2-2 MCS-51系列单片机的结构原理 ........................................................................................................... 5 一．

MCS-51系列单片机的基本组成 ........................................................................................ 5

二． MCS-51系列单片机的内部结构 .................................................................................... 6

§2-3 MCS-51系列单片机的引脚及其片外总线结构 .................................................................................. 12

一． 管脚功能 ..................................................................................................................................... 12 二． 片外三总线结构 ..................................................................................................................... 12

§2-4 MCS-51系列单片机的工作方式 ......................................................................................................... 13

一． 复位方式 ..................................................................................................................................... 13 二． 程序执行方式 .......................................................................................................................... 13 三． 单步执行方式 .......................................................................................................................... 13

2

四． 掉电和节电方式 ..................................................................................................................... 13 五． 编程和校验方式 ..................................................................................................................... 16

§2-5 MCS-51单片机的时序 ........................................................................................................................... 17

一． 机器周期、状态和指令周期 .......................................................................................... 17 二． MCS-51指令的取指/执行时序 ...................................................................................... 17 三． 访问外部ROM和外部RAM的时序 ......................................................................... 17

第三章 MCS-51单片机的指令系统

19

§3-1 指令的格式及标识 .................................................................................................................................... 19

一． 指令的格式 ............................................................................................................................... 19 二． 指令中的符号标识 ............................................................................................................... 20 三． 关于注释 ..................................................................................................................................... 20

§3-2 寻址方式 ..................................................................................................................................................... 20

一． 寄存器寻址 ............................................................................................................................... 21 二． 直接寻址 ..................................................................................................................................... 21 三． 立即寻址 ..................................................................................................................................... 22 四． 寄存器间接寻址 ..................................................................................................................... 22 五． 变址寻址 ..................................................................................................................................... 22 六． 相对寻址 ..................................................................................................................................... 23 七． 位寻址 .......................................................................................................................................... 23

§3-3 MCS-51指令系统的分类 ........................................................................................................................... 24

一． 数据传送类指令 ..................................................................................................................... 24 二． 算术操作类指令 ..................................................................................................................... 27 三． 逻辑操作类指令 ..................................................................................................................... 31 四． 控制程序转移类指令 .......................................................................................................... 32 五． 布尔变量操作类指令 .......................................................................................................... 35

3

第四章 MCS-51单片机的应用程序设计

38

第五章 MCS-51单片机内部定时/计数器及其应用 39

§5-1 定时/计数器的结构及工作原理 ................................................................................................................ 39 §5-2 定时/计数器的方式和控制寄存器 ............................................................................................................ 40

一． 定时器方式字寄存器——TMOD .................................................................................. 40 二． 定时器控制寄存器TCON ................................................................................................ 40

§5-3 定时/计数器的工作方式 ............................................................................................................................ 41 一．

方式0 ............................................................................................................................................... 41

二． 方式1 ........................................................................................................................................... 41 三． 方式2 ........................................................................................................................................... 41 四． 方式3 ........................................................................................................................................... 42

§5-4 定时/计数器的应用举例 ............................................................................................................................ 42

一． 初始化定时/计数器的步骤 .............................................................................................. 42 二． 方式0、方式1应用 ........................................................................................................... 42 三． 方式2应用 ............................................................................................................................... 43 四． 门控位作用 ............................................................................................................................... 44

第六章 MCS-51单片机的系统扩展 45

§6-1 MCS-51单片机最小应用系统 ............................................................................................................... 45

一．

8051/8751最小应用系统 .................................................................................................. 45

二． 8031最小应用系统 .............................................................................................................. 45

§6-2 MCS-51单片机的外部扩展性能 ........................................................................................................... 46

一． MCS-51单片机的片外总线结构 .................................................................................. 46 二． MCS-51单片机的系统扩展能力 .................................................................................. 46

§6-3 程序存储器的扩展 .................................................................................................................................. 46

一． 外部程序存储器扩展概要 ............................................................................................... 46

二．

典型EPROM扩展电路 ......................................................................................................... 47

§6-4 数据存储器的扩展 .................................................................................................................................. 51

一． 数据存储器扩展概要 .......................................................................................................... 51

4

二． 常用数据存储器扩展电路 ............................................................................................... 52

§6-5 MCS-51 I/O口扩展 ................................................................................................................................. 55

一． 简单I/O口的扩展 ................................................................................................................ 55 二． 可编程I/O口的扩展 ........................................................................................................... 56

第七章 MCS-51 系统的串行接口

60

§7-1 串行通讯概述 ............................................................................................................................................. 60

一． 串行通讯的两种基本方式 ............................................................................................... 60 二． 波特率 .......................................................................................................................................... 61 三． 数据传送的方向 ..................................................................................................................... 61

§7-2 MCS-51单片机的串行接口 ....................................................................................................................... 62

一． 串行口的构成 .......................................................................................................................... 62

二．

串行口控制寄存器SCON .................................................................................................... 63

三． 串行口的工作方式 ............................................................................................................... 64

§7-3 MCS-51单片机串行口的应用 ................................................................................................................. 67

一． MCS-51单片机串行通讯的波特率 ............................................................................ 67 二． 串行口方式0用作扩展并行I/O口 ........................................................................... 68 三． 方式1与点对点的异步通讯 .......................................................................................... 70 四． 方式2、方式3与多机通讯 ........................................................................................... 71

§7-4 相互通道接口标准及其选择 ..................................................................................................................... 78

一． 相互通道的典型结构 .......................................................................................................... 78 二． 关于RS-232C、RS-422、RS-423和RS-449标准接口 ................................... 78

第八章：MCS-51单片机的中断系统

79

§8-1 中断系统及管理 ......................................................................................................................................... 80

一、 中断源 .......................................................................................................................................... 80 二、 中断请求标志 .......................................................................................................................... 80 三、 中断允许控制 .......................................................................................................................... 81

5

四、 中断响应过程及响应时间 ............................................................................................... 83

§8-2 扩充外中断源 ........................................................................................................................................... 84

一、利用定时器扩充外部中断源 ............................................................................................... 85 二、采用中断和查询相结合的方法扩充外部中断源 ..................................................... 85

8-3 中断系统的应用 ........................................................................................................................................... 87

一、8051系统的单步操作 .............................................................................................................. 87 二、只有一个外部中断源的情况 ............................................................................................... 87 三、多个外部中断源的情况 .......................................................................................................... 88

9-1 组成单片机应用系统的基本方法 ............................................................................................................. 90

一． 组成应用系统的基本方法 ............................................................................................... 90 二． 应用系统举例 .......................................................................................................................... 90

9-2 显示器、键盘与单片机的连接 ................................................................................................................. 90

键盘、显示器与单片机连接 .......................................................................................................... 90

9-3 A/D转换器与单片机的连接 ..................................................................................................................... 90 一 逐次比较型A/D转换器与单片机的接口方法 ...................................................................................... 90

二 双积分型A/D转换器与单片机的接口方法 ............................................................ 90

9-4 D/A转换器与单片机的连接 ..................................................................................................................... 90

一 不带数据寄存器D/A转换器的接口方法 .................................................................. 90 二 带数据寄存器的D/A转换器的接口方法 .................................................................. 90 三 高于8位的D/A转换器接口方法 .................................................................................. 90

9-5 步进电机与单片机的连接 ......................................................................................................................... 90

一 步进电机的基本工作原理 .................................................................................................. 90 二 步进电机的基本运行方式 .................................................................................................. 90 三 步进电机与单片机的接口 .................................................................................................. 90

9-6 单片机应用系统设计举例 ......................................................................................................................... 91

一 硬件设计 ....................................................................................................................................... 91 二 软件设计 ....................................................................................................................................... 91

1

第一章． 绪 论

§1-1 单片机的定义、结构特点

1． 单片机的定义

单片机是将CPU、RAM、ROM、（A/D）、T/C和多种接口电路集成在一个集成块上的微型计算机。

T0 T1 定时/计数器 ROM RAM 时钟电路 CPU 并行接口 串行接口中断系统 INT0 INT1 TXD RXD P0 P1 P2P3

图1-1 MCS-51单片机芯片的内部结构

2． 单片机的特点

单片机的特点是体积小、成本低、功能强、功耗小。

3． 单片机结构上的特点

（1）、ROM、RAM采用两个不同的地址指针，分别对ROM、RAM区进行寻址访问。 （2）、芯片的引脚具有多种功能。 （3）、具有多个SFR，外部接口SFR化，SFR的地址RAM化。 （4）、有一个全双工的串行接口，可很方便地作成RS-232/RS-485标准串行接口，实现与外部设备的串行通信。

（5）、内部具有能独立操作的位处理器、可位寻址的RAM、SFR、I/O口，因此单片机具有很强的位处理能力。

2

§1-2 单片机的主要品种及分类

1． 4位单片机

日本：SHARP —— SM系列； 东芝 —— TLCS系列； NEC —— μCOM75XX、μPD75XX系列。 美国：TI —— TMS1000； NS —— COP400系列。 中国： COP400系列。

主要用途：用于家用电器、高档电子玩具。

2． 8位单片机

单片机的主流机型

低档：无串口、RAM/ROM寻址范围 ≤ 8KB 如：Inter —— MCS-48系列； Fairchild —— F8等。 高档：带有串口、RAM/ROM寻址范围 达64KB、（A/D） 如：Inter —— MCS-51系列； Zilog —— Z8： Motorola —— MC6801等。

超8位单片机：进一步扩大片内ROM、RAM的容量；增加高级通信、DMA数据传送、高速I/O等功能。

主要用途：广泛用于各个领域。

3． 16位单片机

表1-1 16位单片机性能表 公司 型号 ROM RAM 中断源 串行口 A/D PWM输出 Watchdog定时器 高速I/O 计数器 DMA I/O引脚 Thomson 68200 4KB 256B 15 异/同步 无 借用通用计算器 借用通用计算器 无 3×16 无 48 Intel 8096 8KB 232B 8 异步 8×10 有 有 HSIO 2×16 无 68 NS HPC16040 4KB 256B 8 异步 无 有 有 有 8×16 无 52 NEC 783×× 8KB 156B 15 异步 4×8 有 有 有 2×16 8个宏通道 48 4． 32位单片机

ARM

3

§1-3 单片机的应用

1． 单机应用

在一个系统中只使用一块单片机，这是目前应用最多的一种方式。主要有：

（1） 智能产品

单片机与传统的机械产品相结合，使传统的机械产品结构简单化、控制智能化，构成了新一代的机电一体化产品。例如：家用电器、办公设备、机床设备、纺织机械等工业设备。

（2） 智能仪表

用单片机糅合到测量、控制仪表中，使仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化方向发展，使长期以来难以解决的误差修正、线性化等问题迎刃而解。它集测量、处理、控制于一体，使传统的仪器仪表行业呈现出了崭新的面貌。

（3） 测控系统

用单片机构成的各种工业控制系统、自适应控制系统、数据采集系统等。 （4） 数控系统

用单片机作为机床数控系统的控制机，可提高机床数控系统的可靠性、增强功能、降低数控系统的成本。

（5） 智能接口

用单片机控制计算机外部设备（例如PRT、KB、HD、FD、CRT等），用智能接口与计算机连接，可以大大减少主CPU的负担、提高系统的运行速度、提高系统的管理水平。

2． 多机应用

（1） 功能弥散系统 （2） 多机并行控制系统

姿 态 控 制 系 统

感觉系统 · · · 协调管理系统 遥控接/发系统 数据 采集 单元 (1) 主机系统 (集中处理、采集控制、人机对话) · · · 数据 采集 单元 (2) · · · 数据 采集 单元 (n) · · ·

行走控制系统 · · · 图1-2 机器人的功能弥散系统

图1-3 多机并行数据采集系统

4

（3） 局部网络系统

S-100 STD 多总线 主机 RS232C 通信控制总站 接/发单元 ··· · ··· 接/发单元 1#功能子站 ··· ·

··· 接/发单元 1#功能子站 ··· ??

·

··· 接/发单元 1#功能子站 ··· 图1-4 树状网络分布式测控系统

iRCB44/10或 iRCB44/20 子站(1) iSBX344 86/300接口 接86/300 微机系统 iSBX344 iRCB44/10或20 子站(2) iSBX344 iRCB44/10或20 接测控对象 父层 BIT Bus ? 子站(n) iRCB44/10 或Ircb44/20 接测控对象 主站 子层 BIT Bus ? 子站(2) 子站(1) iSBX344 iRCB44/10或20 接测控对象

子站(n) iRCB44/10 或Ircb44/20 接测控对象

iSBX344 iRCB44/10或20 接个人开发系统iPDS ··· 图1-5 结构分层的位总线分布式测控系统

5

第二章 MCS-51单片机的结构和原理

§2-1 MCS-51系列单片机简介

表2-1 MCS-51系列型号 器件 8051AH 80C51 8751H 87C51 8052 89C51 89C52 89S52 89C2052 8031AH 80C31 8032 制造技术 H MOSⅡ CH MOS H MOSⅠ CH MOS H MOSⅡ CH MOS CH MOS CH MOS CH MOS H MOSⅡ CH MOS H MOSⅡ 片内程序存储器 4K-ROM 4K-ROM 4K-EPROM 4K-EPROM 8K-ROM 4K-FlashROM 8K-FlashROM 8K-FlashROM 8K-FlashROM 无 无 无 片内数据存储器 128字节 128字节 128字节 128字节 256字节 128字节 256字节 256字节 256字节 128字节 128字节 256字节 16位C/T 2 2 2 2 3 2 3 3 3 2 2 3 中断源 5 5 5 5 6 5 6 6 6 5 5 6

MCS-51的主要特点：

● 单+5V供电，40脚封装 ● 片内有振荡电路、时钟电路 ● 8位CPU ● 32（4*8）根I/O线 ● 64KB外部数据存储器地址空间 ● 64KB外部程序存储器地址空间

● 2（3）个16位C/T

● 5（6）个中断源（具有2种优先等级） ● 1个可编程的全双工的串行通信口 ● 独立的布尔（位）处理器 ● 128个可位寻址单元

§2-2 MCS-51系列单片机的结构原理

一． MCS-51系列单片机的基本组成

T0 T1 时钟电路 ROM RAM 定时/计数器 CPU 并行接口 串行接口 中断系统 P0 P1 P2P3

TXD RXD INT0 INT1 图2-1 MCS-51单片机的基本结构

6

二． MCS-51系列单片机的内部结构

DPTR 外部RAM 外部ROM PC B 工作寄 存器 ACC TMP 控制中断 、定时、串行口的特殊功能寄存器 ALU PSW PSEN ALE EA RST SP 指定时 令与 寄控制 存器内部总线 I/O口锁存/驱动器 P0 P1 P2 P3 图2-2 8051内部结构 1． 存储器的组织形式

由3个彼此独立的地址空间： FFFFH 外部 FFFFH FFH RAM SFR ● 256B的片内数据存储器地址空间 80H ● 64KB的片外数据存储器地址空间 1000H ROM 外部 RAM ● 64KB的片外程序存储器地址空间 30H

RAM 位寻

址区 MCS-51系列存储器组织结构 20H

0FFFH 见图2-3 工作 内部 外部 ROM ROM 寄存器 EA=1 EA=0 0-3组 0000H 0000H 00H

程序存储器 片外RAM 片内RAM

图2-3 8051（2）存储器的组织

结构 （1） 程序存储器地址空间

EA 片外ROM（低4KB）的使能信号，是指向片内/外ROM（低4KB）的控制信号。

EA=1 0000H~0FFFH（4KB）片内ROM，1000H~FFFFH片外ROM信号； EA=0 0000H~0FFFH（4KB）片外ROM，1000H~FFFFH片外ROM信号； 0000H~0002H 3个字节是系统复位的入口地址

0003H、000B、0013H、001BH、0023H是5个中断源的中断服务程序的入口地址 故 0000H~0023H （0000H~002AH）在用户程序中应避开这一区域。

7

（2） 数据存储器地址空间

FFH RAM SFR 80H a． 片内RAM （256个字节） RAM ● 工作寄存器组（00H~1FH） 30H 位寻址区 共分4组： 0组——00H~07H（R0~R7） 20H 1组——08H~0FH（R0~R7） 工作寄存器组3 2组——10H~17H（R0~R7） 18H 工作寄存器3组——18H~1FH（R0~R7） 组2 10H ● 位寻址区 （20H~2FH） 工作寄存器组1 ● 普通RAM区 （30H~7FH） 08H 工作寄存器 组0 00H

片内RAM

字节地址 位 地 址

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78 2F

77 76 75 74 73 72 71 70 2E

6F 6E 6D 6C 6B 6A 69 68 2D

67 66 65 64 63 62 61 60 2C

5F 5E 5D 5C 5B 5A 59 58 2B

57 56 55 54 53 52 51 50 2A

4F 4E 4D 4C 4B 4A 49 48 29

47 46 45 44 43 42 41 40 28

3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38 27

37 36 35 34 33 32 31 30 26

2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 25

27 26 25 24 23 22 21 20 24

23 1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18 22 17 16 15 14 13 12 11 10 21 0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08 20 07 06 05 04 03 02 01 00

● 特殊功能寄存器（SFR） （80H~FFH）

共有21个SFR

表2-2 8051特殊功能寄存器一览表 符号 *ACC *B *PSW SP DP0L DP0H DP1L 单元地址 E0H F0H D0H 81H 82H 83H 84H 名 称 累加器 乘法寄存器 程序状态字 堆栈指针 数据存储器指针(低8位) 数据存储器指针(高8位) 数据存储器指针(低8位) 位 地 址 符 号 地 址 ACC.7-ACC.0 E7H-E0H B.7-B.0 F7H-F0H PSW.7-PSW.0 D7H-D0H 8 DP1H *IE *IP *P0 *P1 *P2 *P3 PCON *SCON SBUF *TCON TMOD TL0 TL1 TH0 TH1 85H A8H B8H 80H 90H A0H B0H 87H 98H 99H 88H 89H 8AH 8BH 8CH 8DH 数据存储器指针(高8位) 中断允许控制器 中断优先控制器 通道0 通道1 通道2 通道3 电源控制及波特率选择 串行口控制器 串行数据缓冲器 定时器控制 定时器方式选择 定时器0低8位 定时器1低8位 定时器0高8位 定时器1高8位 IE.7-IE.0 IP.7-IP.0 P0.7-P0.0 P1.7-P1.0 P027-P2.0 P3.7-P3.0 SCON.7-SCON.0 TXON.7-TCON.0 AFH-A8H BFH-B8H 87H-80H 97H-90H A7H-A0H B7H-B0H 9FH-98H 8FH-88H

注：* 可位寻址的特殊功能寄存器

b． 片外RAM （64KB）

FFFFH 2． CPU

0000H

外部 RAM 片外RAM

CPU由运算器、控制器、若干个SFR（ACC、B、PSW、SP、DPTR）组成 ● 运算器、控制器

● ACC 累加器 —— A E0H ● B F0H ● PSW 程序状态字： D0H D7 D0 CY AC F0 RS1 RS0 OV - P

RS1 0 0 1 1 表2-3 工作寄存器组选择控制

RS0 工作寄存器 0 0组(00H-07H) 1 1组(08H-0FH) 0 2组(10H-17H) 1 3组(18H-1FH)

● SP 堆栈指针 81H SP 在单片机复位后被置位为 07H，用户程序可对SP重新置数 （在00H~7FH范围内） ● DPTR 数据地址指针 DPTR 分成 DPH、DPL 两个寄存器

DPH （83H）数据地址指针的高8位 DPL （82H）数据地址指针的低8位

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3． 并行I/O口

表2-4 I/O口的字节地址和位地址 接口名称 P0 P1 P2 P3

（1） P0口的位结构

读锁存器

输出驱动能力： 8个LSTTL门 内部总线 系统复位时： P0口被置成1 写锁存器

读引脚

● P0口作I/O使用

读锁存器

内部总线

写锁存器

读引脚

● P0口作地址/数据总线使用

内部总线

读引脚 图2-5b P0口某位作地址/数据总线使用的结

字节地址 80H 90H A0H B0H 位地址 80H-87H 90H-97H A0H-A7H B0H-B7H 地址/数据 控制 VCC T1 D Q P0..n 锁存器 CL Q P0.n T2 引脚 MUX 图2-5 P0口某位结构

VCC T1 D Q P0..n 锁存器 CL Q VCC 外部上拉电阻 P0.n 控制=0 引脚 MUX T2 图2-5a P0口作I/O的结构

地址/数据 控制=1 VCC T1 P0.n T2 引脚 MUX

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（2） P1口的位结构

输出驱动能力： 4个LSTTL门

系统复位时： P1口被置成1

（3） P2口的位结构

读锁存器 VCC 内部总线 写锁存器 D Q P1.n 锁存器 CL Q P1.n T 引脚 读引脚 图2-6 P1口某位结构

读锁存器 地址 控制 VCC 内部上拉电阻 输出驱动能力： 4个LSTTL门

系统复位时： P2口被置成1

内部总线 写锁存器 D Q P2.n 锁存器 CL Q MUX P2.n T 引脚

读引脚

（4） P3口的位结构

读锁存器

输出驱动能力： 4个LSTTL门 内部总线

系统复位时：

写锁存器 P3口被置成1

读引脚

图2-7 P2口某位结构

第二输出功能 VCC 内部上拉电阻 第一功能：1 D Q P3.n 锁存器 CL Q P3.n T 引脚 第二输入功能 图2-8 P3口某位结构

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表2-5 P3口引脚的第二功能

I/O引脚的第二功能 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7

第二功能 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD 注 释 串行数据接收端 串行数据发送端 外部中断0请求 外部中断1请求 定时/计数器0外部输入端 定时/计数器1外部输入端 外部数据存储器写选通 外部数据存储器读选通 12

§2-3 MCS-51系列单片机的引脚及其片外总线结构

一． 管脚功能

（1） I/O口线 P0、P1、P2、P3口

P1.0 VCC 1 40 P0.0 2 39 P1.1 P0.1 3 38 P1.2 P1.3 P0.2 4 37 P0.3 用 P1.4 5 36 P1.5 户 6 35 P0.4 I/O P1.6 7 8051 34 P0.5 8 33 P1.7 P0.6 8751 P0.7 9 32 RST/VPD

EA/VPP 10 8031 31 RXDP3.0 、

ALE/PROG 11 30 TXD、P 3.1 PSEN 12 29 INT0、P3.2 1、P3.2 13 28 P2.7 INT14 27 P2.6 T 0、P3.4 控 15 26 P2.5 T 1、P3.5 制 16 25 总 P2.4 WR 、P3.6 线 17 24 P2.3 RD、P3.7 (CB) 18 23 P2.2 XTAL2 19 22 P2.1 XTAL1

20 21 VSS P2.0 XTAL2

XTAL1

(a)管脚图

图2-9 MCS-51单片机引脚及总线结构

（2） 控制口线 （3） 电源及时钟

XTAL1 XTAL2 外部

振荡器

(a)内部振荡器方式

图2-10 MCS-51时钟接法

P2.7 P1.7 P2.6 P1.6 P2.5 P1.5 P2.4 P1.4 P2.3 P1.3 P2.2 P1.2 P2.1 P1.1 P2.0 P1.0 P3.0 P0.7 P3.1 P0.6 P3.2 P0.5 P3.3 P0.4 P3.4 P0.3 P3.5 P0.2 P3.6 P0.1 P3.7 P0.0 ALE PSEN EA ALE RESET VCC VSS A15 A14 A12 A10 A9

A8 地

址 总 A7 线 A6 (AB) A5 A4 A3 A2 A1 A0 D7 D6

D5 数 D4 据 D3 总 D2 线 D1 (DB) D0 +5V 锁 存 器 G (b)引脚功能分类

VCC R XTAL2 XTAL1 VSS (b)外部时钟源方式

二． 片外三总线结构

1 地址总线（AB）

2 数据总线（DB）

3 控制总线（CB）

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§2-4 MCS-51系列单片机的工作方式

一． 复位方式

复位对RAM中的内容无影响。 复位后，21 个SFR分别为：

斯密特触发器 P0 ~ P3 = FFH

VCC SP = 07H

SBUF = 随机数

RAM 其他15个 = 00H

（未定义的位不细究） VSS PC = 0000H 意味着程序从 0000H开始运行 PSW = 00H 意味着当前工作寄存器组是0组

图2-11 8051复位电路结构 VCC 8051 VCC 8051 VCC 8051 RESET RESET V CCVCC VCC C + C C2 + 22μ 22μF 22μ RST/VPD RST/VPD + RST/VPD R R2 R1 R2 1K 1K 1K 1K VSS VSS VSS 复位电路 R1200Ω

(a)上电复位

(b)按钮脉冲复位

图2-12 几种复位电路

(c)按钮电平复位

RST/VPD 二． 程序执行方式

复位后，PC = 0000H 意味着程序从 0000H开始运行，

但是0003H、000B、0013H、001BH、0023H是5个中断源的中断服务程序入口地址 故 0000H~0023H （0000H~002AH）在用户程序中应避开这一区域。

所以0000H~0002H 3个字节是系统复位的入口地址，通常在此安放一条转移指令。

三． 单步执行方式 四． 掉电和节电方式

很多情况下，单片机要使用在供电困难的场合，如野外、井下、空中、无人值守监测站、气象网络站等环境下，或处于长期运行的监测系统中，都要求系统的功耗最小。因此，单片机的低功耗运行方式具有重要的意义。

在HMOS-51单片机中，有HMOS和CHMOS两种工艺芯片，它们能够作不同方式的低功耗运行。现分述如下。

VCC 1. HMOS单片机的掉电方式

由于HMOS工艺芯片 本身的功耗较大，因此，对 这类芯片没有设置低功耗运 行方式。但是，为了减少应 用系统的功耗，设置了掉电 操作方式。即当单片机处于

掉电 RST/VPD

正常操作

INT0 中断 中断服 务程序

正常操作

图2-13 HMOS的掉电操作时序

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正常运行状态时，片内RAM由主电源Vcc供电。若RST/VpD端接有备用电源，则当Vcc掉电时，此备用电源可以维持内部RAM中的数据不丢失。由于RAM的耗电仅为正常操作时耗电的10%左右，所以，常可以用于电池作为备用电源。

在应用系统中的实际过程是这样的：一旦用户系统检测到掉电发生，就通过 INT 0 和 INT 1 向CPU发中断请求，并在主电源掉至下限工作电压之前，通过中断服务程序，把一些必须保护的信息转储到片内RAM中，在主电源恢复之前，片内振荡器被封锁，一切功能都停止，并一直依靠VPD引脚的备用电源保护片内RAM中的数据。HMOS工艺的8051，在掉电方式下，允许VCC降至0电压。

当主电源恢复时，VPD应保持足够长的时间(约10ms)，以保证振荡器的起动和完成复位，之后，VPD

才能撤出。图2-13是掉电操作的时序图。

图2-14是一个实用掉电操作电路，它的工作原理如下：假定主电源正在发和故障掉电，并为检测电路所发觉和通过 INT 0 端发中断请求，则外中断0的服务程序便把需要保护的数据送到RAM中保护，然后向P1.0写0。而P1.0是被连接到用以构成单稳态触发器的定时器电路555的触发端 TR 上的。单稳态触发器的输出脉冲宽度取决于R、C和VCC的存在与否，输出的脉冲幅度，决定于备用电源的电压。

如果单稳态电路被触发，且在定时结束后VCC依然存在，是表明正在发生的主电源故障是一个“虚警”，备用电源只是暂时地通过555的OUT端接向RST/VPD端。但由于RST/VPD内部有如图2-11所示的两个二极管这样的电路结构，使得备用电源并不能向内部RAM供电。因为是一个“虚警”，所以VCC电压会逐渐恢复正常。在恢复过程中，VCC通过R向C充电，使555阈值端TH的电位不断上升，直至VCC恢复到原先的稳定状态时，即令单稳态电路输出低电平，并使系统从复位开始重新操作。

如果向P1.0写0时VCC已不存在，则R、C电路就失去了充电电源，使得555的阈值端维持在低电位，单稳态电路维持在暂稳态。这就是说，555输出备用电源电压，并由此电压向内部RAM供电，VCC直到恢复为止。

V(备用)

VSS

1 8 VDD TR P1.0 7 2 555 D OUT 3 6 R RST/V PDVCC TH R 4 5 CO C 图2-14 一种掉电操作电路

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2. CHMOS的节电运行方式

对于CHMOS工艺的8051来说，节电

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