第2讲单片机硬件结构.ppt

第第2讲（讲（2011-03-10）10-11第第2学期第学期第2周周汽车单片机汽车单片机复习：复习：1 1、什么是单片机、什么是单片机在半导体硅片上集成了微处理器在半导体硅片上集成了微处理器(CPU)(CPU)，存储器，存储器(RAM(RAM、ROMROM、EPROM)EPROM)和各种输入、输出接口和各种输入、输出接口(I/O)(I/O)。具有一台计算机的属性。也称为：嵌入式控制器 EMCU（Embedded MicroController Unit)我国，习惯使用“单片机”这一名称。微控制器 MCU(MicroController Unit)复习：复习：2 2、单片机的历史及发展概况、单片机的历史及发展概况8位单片机的主要生产厂家和机型美国Intel公司 MCS-51系列及其增强型、扩展型系列。美国ATMEL公司89C51、89C52、89C55、89S52等。荷兰PHILIPS（菲力浦）公司 8xC552系列。MCS-51系列单片机在我国得到了广泛的应用，主流系列,软、硬件设计资料丰富齐全。美国Texas Instrument公司的MSP16bit系列单片机。美国Motorola公司的68系列。复习：复习：3 3、单片机的应用、单片机的应用 日常生活中的电器产品日常生活中的电器产品复习：复习：3 3、单片机的应用、单片机的应用 工业领域工业领域 网络及通讯领域网络及通讯领域复习：复习：3 3、单片机的应用、单片机的应用 军事技术军事技术复习：复习：3 3、单片机的应用、单片机的应用 智能控制智能控制复习：复习：3 3、单片机的应用、单片机的应用单片机单片机A/DA/DRS232RS232接口接口电电机机驱驱动动E E2 2PROMPROM麦麦克克I I/O O开开关关量量接接口口LEDLED、LCDLCD和键盘接口和键盘接口复习：复习：3 3、单片机的应用、单片机的应用1.1.总体结构；总体结构；2.CPU2.CPU；3.3.引脚功能；引脚功能；4.4.存储器的结构；存储器的结构；5.5.复位操作和复位电路；复位操作和复位电路；6.6.时钟时序；时钟时序；第第2章章 MCS-51单片机硬件结构单片机硬件结构2.1 MCS-51 2.1 MCS-51 单片机的总体结构单片机的总体结构CPUCPU运算部件运算部件控制部件控制部件B BRAMRAMP0P0口口P2P2口口ROMROM(EPROM)(EPROM)串串行行口口 C/TC/T中断中断系统系统SFRSFRP1P1口口8 8P3P3口口8 88 88 8XTALXTAL1 1XTALXTAL2 2PSEN ALEPSEN ALE EA RESET EA RESETVcVcc cVsVss su按功能可分成按功能可分成8个部件，通过片内单一总线连接起来个部件，通过片内单一总线连接起来1.1.微处理器微处理器2.2.数据存储器数据存储器3.3.程序存储器程序存储器4.I/O4.I/O口口5.5.串行口串行口6.6.定时定时/计数器计数器7.7.中断系统中断系统8.8.特殊功能特殊功能寄存器寄存器u控制方式：控制方式：SFR对各功能部件集中控制对各功能部件集中控制片内总线片内总线片内总线片内总线各功能部件：各功能部件：1.CPU1.CPU（微处理器）：（微处理器）：8 8位位2.2.数据存储器（数据存储器（RAMRAM）-注意！注意！片内为片内为128128（低）（低）+128+128（高（高SFRSFR）个字节）个字节(52(52为为256+128)256+128)3.3.程序存储器（程序存储器（ROM/EPROMROM/EPROM）8031:8031:无此部件；无此部件；8051:8051:4K4K字节字节ROMROM；8751:8751:4K4K字节字节EPROM EPROM；89C51/89C52/89C55:89C51/89C52/89C55:4K/8K/20K 4K/8K/20K 字节闪存。字节闪存。4.P14.P1口、口、P2P2口、口、P3P3口、口、P0P0口：口：为为4 4个并行个并行8 8位位I/OI/O口。口。5.5.串行口：串行口：1 1个全双工的异步串行口个全双工的异步串行口6.6.定时器定时器/计数器：计数器：2 2个，个，1616位位7.7.中断系统中断系统 8.8.特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFRSFR）共有共有2121个，是一个具有个，是一个具有特殊功能的特殊功能的RAMRAM区。区。9.9.时钟电路时钟电路：8M8M，12M12M，16M16M等。等。2.2 MCS-512.2 MCS-51的的CPUCPU 由由运算器运算器和和控制器控制器所构成所构成2.2.1 2.2.1 运算器运算器 对操作数进行对操作数进行算术、逻辑运算和位操作算术、逻辑运算和位操作。1 1算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元ALUALU2 2累加器累加器A A （8 8位）位）使用最频繁的寄存器，使用最频繁的寄存器，可写为可写为AccAcc。A A的作用：的作用：（1 1）是）是ALUALU单元的输入之一，又是运算结果存放单元。单元的输入之一，又是运算结果存放单元。（2 2）数据传送大多都通过累加器）数据传送大多都通过累加器A A。（3 3）A A的进位的进位标志标志CyCy同时又是同时又是位处理机的位累加器位处理机的位累加器。3 3程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSWPSW （1 1）CyCy（PSW.7PSW.7）进位标志位：进、借位置进位标志位：进、借位置1 1；（2 2）Ac(PSW.6)Ac(PSW.6)辅辅助助进进位位标标志志位位：低低4 4位位向向高高4 4位位进进/借位置借位置1 1；（3 3）F0F0（PSW.5PSW.5）标标志志位位：由由用用户户使使用用的的一一个个状状态态标标志位。志位。（4 4）RS1RS1、RS0RS0（PSW.4PSW.4、PSW.3PSW.3）：4 4组组工工作作寄寄存存器器区区选择控制位选择控制位1 1和位和位0 0。F1工作寄存器区的选择工作寄存器区的选择 18181FH1FH3 3区区1 11 1101017H17H2 2区区1 01 008080FH0FH1 1区区0 10 1000007H07H0 0区区0 00 0R R0 0R R7 7地址地址寄存器组寄存器组RSRS1 1 RS RS0 0（5 5）OVOV（PSW.2PSW.2）溢出标志位）溢出标志位 指示运算是否产生溢出。各种算术运算指令指示运算是否产生溢出。各种算术运算指令对该位的影响情况较复杂，将在第对该位的影响情况较复杂，将在第3 3章介绍。章介绍。（6 6）F1(PSW.1F1(PSW.1位位)标志位：由用户使用的一个状标志位：由用户使用的一个状态标志位，或者保留位，未用。态标志位，或者保留位，未用。（7 7）P(PSW.0)P(PSW.0)奇偶标志位奇偶标志位 （课本无）（课本无）P=1P=1，A A中中“1 1”的个数为奇数的个数为奇数P=0P=0，A A中中“1 1”的个数为偶数的个数为偶数2.2.2 2.2.2 控制器控制器程序计数器程序计数器PCPC（Program CounterProgram Counter）（）（1616位）位）存放存放下一条下一条要执行的指令在程序存储器中的地址。要执行的指令在程序存储器中的地址。基本工作方式：基本工作方式：（1 1）程序计数器）程序计数器自动加自动加1 1，初始，初始PC=0000HPC=0000H；（2 2）执执行行有有条条件件或或无无条条件件转转移移指指令令时时，程程序序计计数数器器将被置入新的数值，从而使程序的流向发生变化。将被置入新的数值，从而使程序的流向发生变化。（3 3）执行）执行子程序调用或中断调用子程序调用或中断调用时完成下列操作：时完成下列操作：PCPC的当前值保护的当前值保护 将子程序入口地址或中断向量的地址送入将子程序入口地址或中断向量的地址送入PCPC。2.3 MCS-51的引脚的引脚 40只引脚只引脚双列直插封装（双列直插封装（DIP）4444只引脚方形封装方式（只引脚方形封装方式（4 4只无用）只无用）引脚逻辑图引脚逻辑图80518051单片机为单片机为4040条引脚双列直插式封装条引脚双列直插式封装引脚可分为三个部分引脚可分为三个部分控控制制引引脚脚并行并行I/O口引脚口引脚电电源源及及时时钟钟引引脚脚MCS-51XTAL1XTAL2VccVssRSTP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.75V+5V&5V&5VMCS-51的典型接口的典型接口 MCS-51的典型电路的典型电路MCS-51的实物电路的实物电路P1P1口口P3P3口口P0P0口口P2P2口口 时钟端时钟端 复位端复位端控制信号控制信号 接接VCCVCC（+5V+5V）接地端接地端P27P27 2.3.1 2.3.1 电源及时钟引脚电源及时钟引脚 1 1电源引脚电源引脚 （1 1）VccVcc（4040脚）：脚）：+5V+5V电源；电源；（2 2）VssVss（2020脚）：脚）：接地。接地。2 2时钟引脚时钟引脚 （1 1）XTAL1XTAL1（1919脚脚）：采采用用外外接接晶晶体体振振荡荡器器时时，此此引引脚脚应接地。应接地。（2 2）XTAL2XTAL2（1818脚）：脚）：接外部晶体的另一端。接外部晶体的另一端。2.3.2 2.3.2 控制引脚控制引脚 (1)RST/VPD(9(1)RST/VPD(9脚脚)：复位与备用电源复位与备用电源(2)ALE/PROG(2)ALE/PROG（3030脚）：脚）：第第一一功功能能ALE ALE：片片外外地地址址锁锁存存允允许许,读读取取指指令令标志；或输出标志；或输出1/61/6时钟脉冲信号。时钟脉冲信号。第二功能第二功能PROGPROG：编程脉冲输入端。：编程脉冲输入端。(3)(3)PSENPSEN（2929脚脚）：读读外外部部程程序序存存储储器器的的选选通通信号。可以驱动信号。可以驱动8 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。外部外部ROM内部内部ROM(EA=1)外部外部ROM(EA=0)0000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFHEA=0/1EA=0/14kB4kB4kB4kB PSEN PSEN2.3.2 2.3.2 控制引脚控制引脚 (4)(4)EA/VPP EA/VPP(31(31脚脚)：EAEA为为内内外外程序存储器选择控制程序存储器选择控制 EA=1EA=1，访问片内程序存储器，访问片内程序存储器，EA=0EA=0，单单片片机机则则只只访访问问外外部部程序存储器。程序存储器。第二功能第二功能V VPPPP，用于，用于施加编程施加编程电压电压(带带EPROM)EPROM)。EAEA，PSEN PSEN用途用途P30P302.3.3 I/O2.3.3 I/O口引脚口引脚(1)(1)P0P0口口：双向双向8 8位三态位三态I/OI/O口，地址总线（低口，地址总线（低8 8位）及位）及数据总线分时复用口，可驱动数据总线分时复用口，可驱动8 8个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(2(2)P1)P1口：口：8 8位位准双向准双向I/OI/O口，可驱动口，可驱动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(3)(3)P2P2口口：8 8位位准准双双向向I/OI/O口口，与与地地址址总总线线（高高8 8位位）复复用，可驱动用，可驱动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。(4)(4)P3P3口口：8 8位位准准双双向向I/OI/O口口，双双功功能能复复用用口口，可可驱驱动动4 4个个LSLS型型TTLTTL负载。负载。注意注意:准双向口与双向三态口的差别准双向口与双向三态口的差别。当当3 3个个准准双双向向I/OI/O口口作作输输入入口口使使用用时时，要要向向该该口口先先写写“1 1”，另外准双向，另外准双向I/OI/O口无高阻的口无高阻的“浮空浮空”状态。状态。2.3.3 I/OP32.3.3 I/OP3口引脚口引脚引脚引脚转义引转义引脚脚功能说明功能说明P3.0RXD串行数据接收端串行数据接收端P3.1TXD串行数据发送端串行数据发送端P3.2INT0外部中断外部中断0请求请求P3.3INT1外部中断外部中断1请求请求P3.4T0计数器计数器0外部输入外部输入P3.5T1计数器计数器1外部输入外部输入P3.6WR外部数据存储器写外部数据存储器写P3.7RD外部数据存储器读外部数据存储器读