MCS-51單片機的引腳描述及片外總線結(jié)構

一、芯片的引腳描述

HMOS制造工藝的MCS-51單片機都采用40引腳的直插封裝(DIP方式)，制造工藝為CHMOS的80C51/80C31芯片除采用DIP封裝方式外，還采用方型封裝工藝，引腳排列如圖。其中方型封裝的CHMOS芯片有44只引腳，但其中4只引腳(標有NC的引腳1、12、23、34)是不使用的。在以后的討論中，除有特殊說明以外，所述內(nèi)容皆適用于CHMOS芯片。

如圖，是MCS-51的邏輯符號圖。在單片機的40條引腳中有2條專用于主電源的引腳，2條外接晶體的引腳，4條控制或與其它電源復用的引腳，32條輸入/輸出(I/O)引腳。

下面按其引腳功能分為四部分敘述這40條引腳的功能。

1、主電源引腳VCC和VSS

VCC——(40腳)接+5V電壓;

VSS——(20腳)接地。

2、外接晶體引腳XTAL1和XTAL2

XTAL1(19腳)接外部晶體的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構成了片內(nèi)振蕩器。當采用外部振蕩器時，對HMOS單片機，此引腳應接地;對CHMOS單片機，此引腳作為驅(qū)動端。

XTAL2(18腳)接外晶體的另一端。在單片機內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，對HMOS單片機，該引腳接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端;對XHMOS，此引腳應懸浮。

3、控制或與其它電源復用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP

①RST/VPD(9腳)當振蕩器運行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復位。推薦在此引腳與VSS引腳之間連接一個約8.2k的下拉電阻，與VCC引腳之間連接一個約10μF的電容，以保證可靠地復位。

VCC掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。當VCC主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍(5±0.5V)內(nèi)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。

②ALE/PROG(30腳)：當訪問外部存貯器時，ALE(允許地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。然而要注意的是，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(吸收或輸出電流)8個LS型的TTL輸入電路。

對于EPROM單片機(如8751)，在EPROM編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖(PROG)。

③PSEN(29腳)：此腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。在從外部程序存儲器取指令(或常數(shù))期間，每個機器周期兩次PSEN有效。但在此期間，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。PSEN同樣可以驅(qū)動(吸收或輸出)8個LS型的TTL輸入。

④EA/VPP(引腳)：當EA端保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，但在PC(程序計數(shù)器)值超過0FFFH(對851/8751/80C51)或1FFFH(對8052)時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。當EA保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。對于常用的8031來說，無內(nèi)部程序存儲器，所以EA腳必須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲器。

對于EPROM型的單片機(如8751)，在EPROM編程期間，此引腳也用于施加21V的編程電源(VPP)。

4、輸入/輸出(I/O)引腳P0、P1、P2、P3(共32根)

①P0口(39腳至32腳)：是雙向8位三態(tài)I/O口，在外接存儲器時，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復用，能以吸收電流的方式驅(qū)動8個LS型的TTL負載。

②P1口(1腳至8腳)：是準雙向8位I/O口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。P1口能驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個LS型的TTL負載。對8052、8032，P1.0引腳的第二功能為T2定時/計數(shù)器的外部輸入，P1.1引腳的第二功能為T2EX捕捉、重裝觸發(fā)，即T2的外部控制端。對EPROM編程和程序驗證時，它接收低8位地址。

③P2口(21腳至28腳)：是準雙向8位I/O口。在訪問外部存儲器時，它可以作為擴展電路高8位地址總線送出高8位地址。在對EPROM編程和程序驗證期間，它接收高8位地址。P2可以驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個LS型的TTL負載。

④P3口(10腳至17腳)：是準雙向8位I/O口，在MCS-51中，這8個引腳還用于專門功能，是復用雙功能口。P3能驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個LS型的TTL負載。

作為第一功能使用時，就作為普通I/O口用，功能和操作方法與P1口相同。

作為第二功能使用時，各引腳的定義如表所示。

值得強調(diào)的是，P3口的每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。

表 P3各口線的第二功能定義

口線 引腳 第二功能

P3.0 10 RXD(串行輸入口)

P3.1 11 TXD(串行輸出口)

P3.2 12 INT0(外部中斷0)

P3.3 13 INT1(外部中斷1)

P3.4 14 T0(定時器0外部輸入)

P3.5 15 T1(定時器1外部輸入)

P3.6 16 WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖)

P3.7 17 RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖)

二、MCS-51單片機的片外總線結(jié)構

綜合上面的描述可知，I/O口線都不能當作用戶I/O口線。除8051/8751外真正可完全為用戶使用的I/O口線只有P1口，以及部分作為第一功能使用時的P3口。如圖，是MCS-51單片機按引腳功能分類的片外總線結(jié)構圖。

由圖我們可以看到，單片機的引腳除了電源、復位、時鐘接入，用戶I/O口外，其余管腳是為實現(xiàn)系統(tǒng)擴展而設置的。這些引腳構成MCS-51單片機片外三總線結(jié)構，即：

①地址總線(AB)：地址總線寬為16位，因此，其外部存儲器直接尋址為64K字節(jié)，16位地址總線由P0口經(jīng)地址鎖存器提供8位地址(A0至A7);P2口直接提供8位地址(A8至A15)。

②數(shù)據(jù)總線(DB)：數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由P0提供。

③控制總線(CB)：由P3口的第二功能狀態(tài)和4根獨立控制線RESET、EA、ALE、PSEN組成。

下表列出各個子系列的配制情況供讀則參考。

芯片種類 片內(nèi)存儲器 中斷源 定時/計數(shù)器 串行口 電源消耗(mA) 制造工藝

ROM/EPROM RAM

8051(8751，8031) 4K 128 5 2 同、異步方式，8位或10位可程序控制 125 HMOS

8052(8752，8032) 8K 256 6 3 同、異步方式，8位或10位可程序控制 100 HMOS

80C51(87C51，80C31) 4K 128 5 2 同、異步方式，8位或10位可程序控制 24 CHMOS

80C52(87C52，80C32) 8K 256 7 3 同、異步方式，8位或10位可程序控制 24 CHMOS

8044(8744，8344) 4K 192 5 2 S.L.U 200 HMOS

MSC-51單片機中央處理器

中央處理器是單片機內(nèi)部的核心部件，它決定了單片機的主要功能特性。中央處理器主要由運算部件和控制部件組成。下面我們把中央處理器功能模塊和有關的控制信號線聯(lián)系起來加以討論，并涉及相關的硬件設備(如振蕩電路和時鐘電路)。

1、運算部件：它包括算術、邏輯部件ALU、布爾處理器、累加器ACC、寄存器B、暫存器TMP1和TMP2、程序狀態(tài)字寄存器PSW以及十進制調(diào)整電路等。運算部件的功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術邏輯運算、位變址處理和數(shù)據(jù)傳送操作。

MCS-51單片機的ALU功能十分強，它不僅可對8位變量進行邏輯“與”、“或”、“異或”、循環(huán)、求補、清零等基本操作，還可以進行加、減、乘、除等基本運算。為了乘除運算的需要，設置了B寄存器。在執(zhí)行乘法運算指令時，用來存放其中一個乘數(shù)和乘積的高8位數(shù);在執(zhí)行除法運算指令時，B中存入除數(shù)及余數(shù)。MCS-51單片機的ALU還具有一般微機ALU，如Z80、MCS-48所不具備的功能，即布爾處理功能。單片機指令系統(tǒng)中的布爾指令集、存儲器中的位地址空間與CPU中的位操作構成了片內(nèi)的布爾功能系統(tǒng)，它可對位(bit)變量進行布爾處理，如置位、清零、求補、測試轉(zhuǎn)移及邏輯“與”、“或”等操作。在實現(xiàn)位操作時，借用了程序狀態(tài)標志器(PSW)中的進位標志Cy作為位操作的“累加器”.

運算部件中的累加器ACC是一個8位的累加器(ACC也可簡寫為A)。從功能上看，它與一般微機的累加器相比沒有什么特別之處，但需要說明的是ACC的進位標志Cy就是布爾處理器進行位操作的一個累加器。

MCS-51單片機的程序狀態(tài)PSW，是一個8位寄存器，它包含了程序的狀態(tài)信息。

2、控制部件

控制部件是單片機的神經(jīng)中樞，它包括時鐘電路、復位電路、指令寄存器、譯碼以及信息傳送控制部件。它以主振頻率為基準發(fā)出CPU的時序，對指令進行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號，完成一系列定時控制的微操作，用來控制單片機各部分的運行。其中有一些控制信號線能簡化應用系統(tǒng)外圍控制邏輯，如控制地址鎖存的地址鎖存信號ALE，控制片外程序存儲器運行的片內(nèi)外存儲器選擇信號EA，以及片外取指信號PSEN。

單片機MCS-51系列指令快速記憶法

隨著微電子技術和超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，單片微型計算機以其體積小、性價比高、功能強、可靠性高等獨有的特點，在各個領域(如工業(yè)控制、家電產(chǎn)品、汽車電子、通信、智能儀器儀表)得到了廣泛的應用。學習、使用單片機的人越來越多，而生產(chǎn)單片機的廠家很多，單片機種類繁雜，不知如何選擇。據(jù)統(tǒng)計，八位單片機占全球單片機銷量的65%。在八位單片機中，Intel公司的8051單片機內(nèi)核已成為8位單片機事實上的標準。因此，對初學者而言，選擇8051單片機來學習不失為明智的選擇。[!--empirenews.page--]

學習單片機，除了搞清單片機內(nèi)部功能、存儲空間分配及I/O接口外，還應掌握其指令系統(tǒng)。MCS-51共有111條指令，現(xiàn)介紹我們總結(jié)出的快速記憶MCS-51指令的方法，供大家參考。

大家都知道，匯編語言指令由操作碼、操作數(shù)兩部分組成。MCS-51使用匯編語言指令，它共有44個操作碼助記符，33種功能，其操作數(shù)有#data、direct、Rn、@Ri等。這里先介紹指令助記符及其相關符號的記憶方法。

一、助記符號的記憶方法

1 表格列舉法

把44個指令助記符按功能分為五類，每類列表記憶。此處從略，請讀者自己總結(jié)。

2 英文還原法

單片機的操作碼助記符是該指令功能的英文縮寫，將縮寫還原成英語原文，再對照漢語有助于理解其助記符含義，從而加強記憶。例如：

增量 INC-Incremect　 減量 DNC-Decrement

短轉(zhuǎn)移 SJMP-Short jump 　長轉(zhuǎn)移 LJMP-Long jump

比較轉(zhuǎn)移 CJNE-Compare jump not equality

絕對轉(zhuǎn)移 AJMP-Absolute jump　空操作 NOP-No operation

交換 XCH-Exchange　　　 加法　ADD-Addition

乘法 MUL-Multiplication　 除法 DIV-Division

左環(huán)移 RL-Rotate left　 進位左環(huán)移 RLC-Rotate

left carry

右環(huán)移 RR-Rotate right　 進位右環(huán)移RRC-Rotate

right carry

3 功能模塊記憶法

單片機的44個指令助記符，按所屬指令功能可分為五大類，每類又可以按功能相似原則為2～3組。這樣，化整為零，各個擊破，實現(xiàn)快速記憶。

1)數(shù)據(jù)傳送組?！　　　　　?)加減運算組

MOV 內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送　　 　 ADD 加法

MOVC 程序存儲器傳送　　 ADDC 帶進位加法

MOVX 外部數(shù)據(jù)傳送　　　 SUBB 帶進位減法

3)邏輯運算組?！　　　　?4)子程序調(diào)用組。

ANL 邏輯與　　　　　　 LCALL 長調(diào)用

ORL 邏輯或　　　　　　 ALALL 絕對調(diào)用

XRL 邏輯異或　　　　　 RET 子程序返回

二、指令的記憶方法

1 指令操作數(shù)的有關符號

MCS-51的尋址方式共有六種：立即數(shù)尋址、直接尋址、寄存器尋址、寄存器間址、變址尋址、相對尋址。我們必須掌握其表示的方法。

1)立即數(shù)與直接地址。

ata表示八位立即數(shù)，#data16表示是十六位立即數(shù)，data或direct表示直接地址。

2)Rn(n=0-7)、A、B、CY、DPTR寄存器尋址變量。

3)@R0、@R1、@DPTR、SP表示寄存器間址變量。

4)DPTR+A、PC+A表示變址尋址的變量。

5)PC+rel(相對量)表示相對尋址變量。

記住指令的助記符，掌握不同尋址方式的指令操作數(shù)的表示方法，為我們記憶匯編指令打下了基礎。MCS-51指令雖多，但按功能可分為五類，其中數(shù)據(jù)傳送類28條，算術運算類24條，邏輯操作類25條，控制轉(zhuǎn)移類17條，布爾位操作類17條。在每類指令里，根據(jù)其功能，抓住其源、目的操作數(shù)的不同組合，再輔之以下方法，是完全能記住的。我們約定，可能的目的操作數(shù)按(#data/direct/A/Rn/@Ri)順序表示。

對于MOV指令，其目的操作數(shù)按A、Rn、direct、@Ri的順序書寫，則可以記住MOV的15條指令。例如以累加器A為目的操作數(shù)，可寫出如下4條指令。

MOV A，#data/direct/A/Rn/@Ri

以此類推，寫出其它指令。

MOV Rn，#data/direct/A

MOV direct，#data/direct/A/Rn/@Ri

MOV @Ri，#data/direct/A

2 指令圖示記憶法

圖示記憶法是把操作功能相同或相似、但其操作數(shù)不同的指令，用圖形和箭頭將目的、源操作數(shù)的關系表示出來的一種記憶方法。例如：由助記符MOV、MOVX、MOVC組成的送數(shù)組指令，可以用圖1、2幫助記憶。

由助記符CJNE形成的四條指令，也可以用圖示法表示，如圖3。

CJNE A，#data，rel　　 CJNE A，direct，rel

CJNE @Rn，#data，rel　CJNE @Ri，#data，rel

另外，對于由(ANL、ORL、ARL)形成的18條邏輯操作指令，有關A的四條環(huán)移指令，也可以用圖示法表示，請讀者自行畫出記憶。

3 相似功能歸類法

在MCS-51指令中，我們發(fā)現(xiàn)部分指令其操作碼不同，但功能相似，而操作數(shù)則完全一樣。相似功能歸類法就是把具有這樣特點的指令放在一起記憶，只要記住其中的一條，其余的也就記住了。如加、減法的十二條指令，與、或、非的十八條指令，現(xiàn)列舉如下:

ADD/ADDC/SUBB A，#data/direct/Rn/@Ri

ANL/ORL/XRL A，#data/direct/Rn/@Ri

ANL/ORL/XRL direct，#data/a

上述每一排指令，功能相似，其操作數(shù)都相同。其它的如加1(INC)、減1(DEC)指令也可照此辦理。

4 口訣記憶法

對于有些指令，我們可以把相關的功能用精練的語言編成一句話來記憶。如PUSH direct和POP direct這兩條指令。初學者常常分不清堆棧SP的變化情況，為此編成這樣一句話：(SP的內(nèi)容)加1(direct的內(nèi)容)再入棧，(SP的內(nèi)容)彈出(到direct單元)SP才減1。又如乘法指令中積的存放，除法指令中被除數(shù)和除數(shù)以及商的存放，都可以編成口訣記憶如下。

MUL AB　　高位積(存于)B，低位積(存于)A。

DIV AB　　A除以B，商(存于)A余(下)B。

上面介紹了幾種快速記憶單片機指令的方法，希望能起到拋磚引玉的作用，相信讀者在學習單片機的過程中能找到適合自己的方法來記憶。但是，有了好的方法還不夠，還需要實踐，即多讀書上的例題和別人編寫的程序，自己再結(jié)合實際編寫一些程序。只有這樣，才能更好更快地掌握單片機指令系統(tǒng)。