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第二章  MCS-51单片机的基本结构及工作原理 MCS-51单片机的基本结构及工作原理 § 2-1 MCS－51单片机的基本结构 § 2-2 MCS－51的存储器结构 § 2-3 专用功能寄存器的SFR § 2-4 单片机的工作方式与最小应用系统 主要内容 MCS-51系列单片机的内部结构、存储器结构、工作原理、引脚功能、工作方式、时序和最小应用系统 本章要点： 掌握 MCS-51单片机的内部结构、存储器结构 、PSW特殊功能寄存器的使用、引脚功能、最小应用系统的设计； 了解 工作时序及工作方式。 第一节 MCS-51单片机的基本结构 教学内容： 一、MCS-51单片机内部结构 二、CPU 三、输入／输出端口结构 四、端口负载能力和接口要求 五、MCS-5l引脚及功能 2．指令寄存器 一个8位的寄存器，用于暂存待执行的指令，等待译码。 4．数据指针DPTR 是一个16位的地址指针寄存器。它主要用来存放16位地址，作间址寄存器使用。可用来访问64K外部数据存储器和I/O端口。 DPTR也可以拆成两个独立8位寄存器，即DPH（高8位字节）和DPL（低8位字节），分别占据83H和82H两个地址。 （1）时钟电路设计 XTAL1, XTAL2: 接外部晶振的两个引脚。 （1）时钟电路设计 XTAL1, XTAL2: 接外部晶振的两个引脚。 设计印刷电路板时，晶体和电容应尽可能安装在单片机芯片附近，以减少寄生电容，保证振荡器稳定和可靠工作。 （2）CPU的时序 振荡信号经一个二分频触发器向芯片提供了一个2节拍的状态信号。 状态周期是振荡周期（时钟周期）的2倍。 每个状态周期有两个节拍P1和P2。在每个状态的前半周期，节拍P1有效，在每个状态的后半周期，节拍P2有效。 CPU就以两相时钟P1和P2为基本节拍指挥51单片机各个部件协调地工作。 通常，每个机器周期中，ALE两次有效，第一次出现在S1P2和S2P1期间，第二次出现在S4P2和S5P1期间。 CPU取指、执行时序 每条指令的执行都可以包括取指令和执行两个阶段。 在取指阶段，根据程序计数器PC的内容， CPU从内部或外部ROM中取出指令操作码及操作数，然后再执行这条指令。 按指令执行时间分类： 单周期、双周期、四周期 按指令所占字节数分类： 单字节、双字节、三字节 单字节单周期指令 指令特点:在程序存储器ROM中仅占一个存储单元。 在ALE第一次有效(S2P1)时,从ROM中读取指令的操作码，送入指令寄存器IR中， PC加一，并译码执行，在ALE第二次有效时,封锁PC加一，并丢弃第二次读的操作码。 单片机的工作过程 五、MCS-51单片机的引脚及其功能 （1）Vcc（40脚）, GND（20脚） 正电源端与接地端 不同的单片机可以允许不同的工作电压（+5V / 3.3V / 2.7V) ，不同的单片机表现出的功耗也不同。 （2）XTAL1（19脚）, XTAL2（18脚） 片内振荡电路输入/输出端 （3）RST/VPD(9脚)、ALE/PROG (30脚) 、 EA/Vpp (31脚) 、PSEN (29脚)控制信号引脚。 RST/VPD：复位（正脉冲有效）/备用电源引脚 复位使单片机进入某种确定的初始状态 退出处于节电工作方式的停顿状态、退出一切程序进程、退出程序的死循环，从头开始。 Vcc掉电期间，此引脚可接备用电源，能保护片内RAM中的内容不丢失。 无论是HMOS型还是CHMOS型的单片机，在振荡器正在运行的情况下，复位是靠在RST引脚上施加持续2个机器周期的高电平来实现的。 MCS-51单片机通常采用的简单复位电路有：上电自动复位、外部脉冲复位、上电+按钮电平复位、程序运行监视复位等方式。 程序运行监视复位 程序运行监视复位通常是由各种类型的程序监视定时器WDT（Watchdog Timer）俗称为“看门狗”实现。WDT可保证程序非正常运行（如程序“飞逸”、“死机”）时，能及时进入复位状态，恢复程序正常运行。 “看门狗”工作原理： 在规定时间内必须至少“喂狗”一次，即复位“看门狗”。否则“看门狗”电路将复位单片机。 实现： 可在软件的合适地方加一条“喂狗”指令，使看门狗的定时时间永远达不到预置。 WDT通常有几种实现方法供用户选择： 1）单片机内部带有的WDT功能单元（如：S51） 2 ）选择μP （microprocessor）监视控制器件，这些器件中大多有WDT电路，如Max705芯片等。 μP 监视控制器件 MAX705/706、 DS1232等 DS1232（看门狗）是DALLAS 公司生产的一种微机监控电路芯片。 主要功能：产生上电复位和手动复位，监视电源电平