第2章 单片机系统组成原理 2.1 MCS-51单片机组成原理 2.2 单片机复位电路设计 2.3 MCS-51存储器配置

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1 第2章 单片机系统组成原理 2.1 MCS-51单片机组成原理 2.2 单片机复位电路设计 2.3 MCS-51存储器配置
第2章 单片机系统组成原理 2.1 MCS-51单片机组成原理 2.2 单片机复位电路设计 2.3 MCS-51存储器配置 2.4 定时器/计数器 2.5 中断系统

2 2.1 MCS-51单片机组成原理 不同型号MCS-51单片机CPU处理能力和指令系统完全 兼容，只是存储器和I/O接口的配置有所不同。
2. 片内ROM/EPROM、RAM 3. 片内并行 I/O接口 4. 片内16位定时器/计数器 5. 片内中断处理系统 6. 片内全双工串行I/O口

3 MCS-51单片机结构

4 2.2 MCS-51单片机引脚 1．I/O口线功能 2．控制线 4个8位并行 I/O 接口引脚P0.0～
P0.7 、P1.0～P1.7 、P2.0～P2.7 和 P3.0～P3.7 为多功能引脚，可自 动切换用 作数据总线、地址总线、控制总线 和或I/O 接口外部引脚 2．控制线 ALE： 地址锁存允许信号端 PSEN： 外部程序存储器读选通信 号端 EA/VPP：程序存储器选择信号端 和编程电源输入端

5 RST/VPD：复位信号端和后备电源输入端。 输入10ms以上高电平脉冲，单片机复位。 VPD使用后备电源，可实现掉电保护。
复位： RST/VPD：复位信号端和后备电源输入端。 输入10ms以上高电平脉冲，单片机复位。 VPD使用后备电源，可实现掉电保护。 复位电路： 1）上电复位 2）外部信号复位 单片机 RST K +5V 200Ω 1K 30μF 电源 工作电源：VCC、VSS、

6 时钟 时钟频率: 范围要求在1.2MHz～12MHz之间。 一般从外部振荡器输入时钟信号。 机器周期: 完成一个基本操作所需要的时间。
XTAL1 单片机 XTAL2 机器周期: 完成一个基本操作所需要的时间。 一个机器周期由12个时钟周期组成。 指令周期: 一条指令的执行时间。 以机器周期为单位：单周期、双周期和四周期指令。 思考题：设应用单片机晶振频率为12MHz， 问机器周期为多少？指令周期分别为多少？

7 2.3 MCS-51寄存器配置 0000H FFFFH ROM 内RAM 外RAM 00H FFH 寄存器区 位寻址区 数据缓冲区 SFR
E0H A

8 一、物理空间与地址 物理上4个存储器地址空间： 片内/片外程序存储器空间 片内/片外数据存储器空间 逻辑上3个存储器地址空间：
64KB 程序存储器 256B 片内数据存储器 64KB 片外数据存储器

9 二、程序和数据存储器逻辑空间 普林斯顿结构：程序和数据共用一个存储器逻辑空间，统一 编址。
哈佛结构： 程序与数据分为两个独立存储器逻辑空间， 分开编址。

10 三、片内RAM寄存器 MCS-51的寄存器在片内RAM都有映像地址。使用时，既 可用寄存器名，也可用对应单元地址。

11 1. 片内RAM 工作寄存器区： 字节地址：00H～1FH 位寻址区： 字节地址：20H～2FH 位地址为：00H～7FH 数据缓冲区/堆栈区： 字节地址：00H～7FH 一般使用30H～7FH

12 2. 特殊功能寄存器SFR 占用字节地址：80H～FFH 位寻址寄存器： 其字节地址可被8整除。 专用寄存器： A、B、PSW、DPTR、SP I/O接口寄存器： P0、P1、P2、P3、SBUF、 TMOD、TCON、SCON …

13 2.4 MCS-51定时器/计数器 2.4.1 MCS-51 计数/定时器的原理
实质是计数器，脉冲每一次下降沿，计数寄存器数值将加1。 计数的脉冲如果来源于单片机内部的晶振,由于其周期极为准确，这时称为定时器。计数的脉冲如果来源于单片机外部的引脚，由于其周期一般不准确，这时称为计数器。 +1计数器 溢出 中断 脉冲 控制 开关 8031 有2个可独立控制的16位定时器/计数器：T0、T1。

14 定时器控制、状态寄存器 1)TMOD定时器方式寄存器（89H） T1 T0 1）功能选择位C/T： =0，定时功能，计数内部机器周期脉冲；
2）方式选择位M1、M0： 3）门控方式选择位GATE 计数器启动方式的选择 确定定时器工作方式指令： MOV TMOD，#方式字 例：设T0用方式2非门控定时，T1用方式1门控计数。 MOV TMOD，#0D2H ; B

15 2.4.2 定时器工作方式 由方式选择位M1、M0设定 一、 方式0 13位定时/计数器。 THx 8位和TLx低5位组成13位加1
定时器工作方式 由方式选择位M1、M0设定 一、 方式0 13位定时/计数器。 THx 8位和TLx低5位组成13位加1 计数器，此种方式与MCS－48系列兼容，如果不是为了兼容 的目的，一般不用方式0. 方式0的全部功能，方式1都可以代替。

16 二、 方式1 16位定时/计数器。 THx8位和TLx8位组成16位加1计数器
二、 方式1 16位定时/计数器。 THx8位和TLx8位组成16位加1计数器 最大计数脉冲个数：1～65536(216)，最长定时时间(晶振12MHz T=1s)：1s ～ 65536×T= 65.54ms 启动计数方式： 非门控方式：当GATE＝0, 控制权由 TRx 决定 TRx＝1 计数开始 TRx ＝0 计数停止 门控方式：当GATE＝1、TRx＝1 控制权由 INTx 决定 INTx＝1 计数开始 INTx ＝0 计数停止

17 三、 方式2 用于需要重复定时和计数的场合。 最大计数值：256 (28) 最大定时时间(晶振12MHz时 T=1s)： 256s
自动恢复初值8位定时/计数器。TLx为8位加1计数器， THx为8位初值暂存器。

18 四、方式3 T0分成2个8位定时器：TL0定时/计数器和TH0定时器 TL0占用T0控制位：C/T，TR0，GATE；TH0占用T1控制
位：TR1。T1不能使用方式3工作

19 2.4.3 计算时间常数X(计算初值) 计数功能：X= 2n -计数值 n：8/13/16 定时功能：X= 2n - t/T
t：定时时间（s） T：机器周期 ＝12/晶振频率 如：晶振为12MHz时，T＝12/12 MHz＝12÷（12×10-6） （秒）＝1×10-6＝1us 一、 MCS-51定时器的应用 定时器初始化编程：使用定时器工作之前，先写入控 制寄存器，确定好定时器工作方式。 初始化编程格式： MOV TMOD，# 方式字 ；选择方式 MOV THx，#XH ；装入Tx时间常数 MOV TLx，#XL SETB EA ；开Tx中断 SETB ETx SETB TRx ；启动Tx定时器。

20 例：由P1.0输出方波信号，周期为2ms，设fosc=12MHz。
解：每隔1ms改变一次P1.0的输出状态，即形成方波，用T0非门控方式1定时。 计算时间常数：X = t/T = 216 –(/1000)/10-6 = = = FC18H ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH ；T0中断硬件入口地址 AJMP PT0INT ；跳到中断服务程序 ORG 0030H MAIN： MOV TMOD，#01H ；中断方式 MOV TL0，#18H ；计数初值 MOV TH0，#0FCH SETB EA ；开放总中断 SETB ET ；开放T0中断 SETB TR ；启动定时器 HERE： SJMP HERE ；等待中断，相当于执行其它任务 PT0INT： MOV TL0，#18H ;中断服务程序；置初值 CPL P ；取反，产生方波 RETI ；中断返回

21 例 P1.7驱动LED亮1秒灭1秒地闪烁，设时钟频率为12MHz。 长定时方法：增加一个软件计数器（如R7)， 记录中断次数，计满n个中断为1秒。
ORG 0000H AJMP MAIN ORG 001BH AJMP PT1INT ORG 0030H START：MOV R7,#00H MOV TMOD，#10H MOV TL1， #0F0H MOV TH1， #0D8H SETB EA SETB ET1 SETB TR1 HERE： SJMP HERE PT1INT: MOV TL1，#0F0H MOV TH1，#0D8H INC R7 CJNE R7,#10, PEND MOV R7, #00H CPL P1.7 PEND: RETI

22 例 定时器外部引脚T0(T1)用作外部中断信号输入端。外部负脉冲引起中断请求，选计数方式，时间常数为FFH。 例：门控方式测量正脉冲宽度 解：INT1引脚输入被检测信号，记录在正脉冲的时间内包含机器脉冲个数。 设脉宽小于65.5ms 等待查询INT0，正脉冲过后，读出TH1TL1。 START： MOV TMOD，#90H MOV TL1，#00H MOV TH1，#00H WAIT1： JB P3.3，WAIT1 SETB TR1 WAIT2 ：JNB P3.3，WAIT2 WAIT3 ： JB P3.3，WAIT3 CLR TR1 MOV R2，TL1 MOV R3，TH1 … TR1=1 T1启动 TR1= T1停止 INT1

23 2.5 中断系统 2.5.1 中断概念 一、中断系统——重要指标 日常生活中的中断与计算机中断的比较： 某人看书 执行主程序 日常事务
2.5 中断系统 中断概念 日常事务程序 中断服务程序 一、中断系统——重要指标 日常生活中的中断与计算机中断的比较： 某人看书 执行主程序 日常事务 电话铃响 中断信号如INT=0 中断请求 暂停看书 暂停执行主程序 中断响应 书中作记号 当前PC入栈 保护断点 电话谈话 执行中断程序 中断服务 继续看书 返回主程序 中断返回

24 二、中断的定义，与子程序的区别 所谓“中断”，是指CPU执行正常程序时，系统中出现特殊请求，CPU暂时中止当前的程序，转去处理更紧急的事件，处理完毕后，CPU返回原程序的过程。 中断与子程序的最主要区别： 子程序是预先安排好的； 中断是随机发生的。

25 三、MCS-51中断系统内部结构

26 2.5.2 中断系统控制 一、中断控制寄存器 1.中断标志位： TF1、TF0、IE1、IE0、RI 、TI
2.5.2 中断系统控制 一、中断控制寄存器 1.中断标志位： TF1、TF0、IE1、IE0、RI 、TI 登记各中断源请求信号：=1，有中断请求；= 0，无中断请求。 CPU响应中断后,该中断标志自动清零。TI，RI标志必须软件清零。 2.外部中断触发方式选择位：IT0、IT1 =1：负边沿触发中断请求；= 0：低电平触发中断请求。

27 二、 中断允许寄存器 中断允许控制位：EA、ES、ET1、EX1、ET0、EX0 =1开中断；= 0关中断。
例：允许CPU响应INT0的中断请求 SETB EX0 SETB EA

28 三、 中断优先寄存器 中断优先级控制位：PS、PT1、PX1、PT0、PX0 2级优先级：=1为高优先级，= 0为低优先级。
同一优先级别按内部查询顺序排列优先级： 高 INT0、T0、INT1、T1、SIO 低。

29 2.5.3 中断响应和中断返回 一、中断响应周期时序 每个机器周期采样中断标志位，若有中断请求，将在下一 二、各中断源中断服务程序的入口地址
个机器周期按优先级顺序进行中断查询。 二、各中断源中断服务程序的入口地址 三、中断响应阻断 1 . 当CPU未执行完一条指令。 2．当有同级或高级中断服务。 3．执行RETI指令或访问IE、IP 的指令后，不能立即响应中断。 四、中断返回 中断返回指令： RETI= RET指令 + 通知CPU中断服务已 结束。 中断响应时间： 正常中断响应时间至少为3～8个机器周期，如果有同级 或高级中断服务，将延长中断响应时间。

30 2.5.4 中断处理过程（基本理解的要求） 一、中断响应条件 1．有中断请求信号 2. 系统处于开中断状态 二、中断响应过程
中断处理过程（基本理解的要求） 一、中断响应条件 1．有中断请求信号 2. 系统处于开中断状态 二、中断响应过程 1．保护断点：将断点地址压入堆栈保存，即当前PC值入 栈。 2．寻找中断源：中断服务程序硬件入口®PC，转入中断 服务。 3．中断处理：执行中断源所要求的程序处理段。 4．中断返回：执行RETI指令，栈顶内容®PC，程序跳转 回断点处。

31 2.5.5 多中断源系统 当外部中断源多于中断输入引脚时，可采取以下措施： 1.用定时器计数输入信号端T0、T1作外部中断入口引脚
多中断源系统 当外部中断源多于中断输入引脚时，可采取以下措施： 1.用定时器计数输入信号端T0、T1作外部中断入口引脚 2.用串行口接收端RXD作外部中断入口引脚 3.用一个中断入口接受多个外部中断源，并加入中断查询电路。

32 一、跳变触发：每次跳变引起一次中断请求 2.5.6 处理外部中断举例 ORG 0000H
处理外部中断举例 要求每次按动按键，使外接发光二极管LED改变一次亮灭状态。 解：INT0输入按键信号，P1.0输出改变LED状态。 一、跳变触发：每次跳变引起一次中断请求 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H ；中断入口 AJMP PINT0 ORG 0100H ；主程序 MAIN：SETB EA ；开总允许开关 SETB EX0 ；开INT0中断 SETB IT0 ；负跳变触发中断 Here：SJMP Here ；相当于执行其 它任务 ORG 0200H ；中断服务程序 PINT0：CPL P1.0 ；改变LED RETI ；返回主程序 单片机 INT0 P1.0 1 +5V

33 二、电平触发：避免一次按键引起多次中断响应。
1．软件等待按键释放。 2．硬件清除中断信号。 ORG H； AJMP MAIN ORG H ；中断入口 AJMP PINT0 ORG H ；主程序 MAIN：SETB EA ；开总允许开关 SETB EX ；开INT0中断 CLR IT0 ；低电平触发中断 Here：SJMP Here ；相当于执行其它 任务 ORG H；中断服务程序 PINT0：CPL P1.0 ；改变LED WAIT：JNB P3.2，WAIT；等按键释放 RETI ；返回主程序 单片机 INT0 P1.0 1 +5V