MCS-51系列单片机系统结构(1).ppt

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1、2.1 MCS-512.1 MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚单片机的逻辑结构及信号引脚 MCS-51是Intel公司于1980年推出的高档系列8位单片机，主要有8051、8031、8751、80C51BH等。在本课程中，为了叙述方便，以8051为例进行讨论。v8051单片机基本结构框图微处理器(运算部件)CPU控制部件数据存储器RAM128BP0口P2口程序存储器ROM 4KBP3口P1口中断系统特殊功能寄存器(SFR)串行口定时器0定时器1PSENEA ALERESET8888XTAL1XTAL2VCCVSS外部中断v运算器B寄存器ACC暂存寄存器1暂存寄存器2ALUPSW乘法指令时存

2、储一操作数保存运算和操作结果的状态v控制器16位地址指针PC加1PCDPTR指令寄存器指令译码器定时与控制RSTEAALEPSENv内部数据存储器RAM地址寄存器RAM(1268)v内部程序存储器ROM(4K8)程序地址寄存器v定时器/计数器、串行口、中断控制系统PCOTCOTH0SBUIEIP中断、串行口、定时器/计数器TL0v并行I/O口P0口驱动器P0口寄存器P0.0P0.7P2口驱动器P2口寄存器P2.0P2.7P1口驱动器P1口寄存器P1.0P1.7P3口驱动器P3口寄存器P3.0P3.7v时钟电路振荡器XTAL2XTAL1v总线vMCS-51单片机的外部引脚与逻辑符号I/OI/OI

3、/OI/O复位输入线，高电平有效地址锁存控制输入线外部程序存储器读外部程序存储器读选通信号输出线选通信号输出线访问程序存储器控访问程序存储器控制信号输入线制信号输入线双向双向8位三位三态态I/O口口8位准双向位准双向I/O口口8位准双向位准双向I/O口口8位准双向位准双向I/O口口2.2 时钟和时钟电路内部时钟方式的时钟电路MCS-51MCS-51XTALXTAL1 1XTALXTAL2 2V Vssss一、HMOS型单片机外部时钟输入接线图8051VCCXTAL2XTAL1外部振荡器信号源TTL门Vss10K外部时钟方式二、CHMOS型单片机的外部脉冲源接入方法XTAL2XTAL1浮空NCC

4、MOS门电路外部振荡器信号源Vssv指令周期 CPU取出一条指令至该指令执行完所需的时间v机器周期 即一个最小的指令周期v节拍 时钟电路振荡脉冲的周期v状态 振荡脉冲经过二分频后的时钟信号的周期。，用于衡量指令或程序执行速度的最小单位典型指令的时序v单字节单机器周期指令v单字节双机器周期指令v双字节单机器周期指令v双字节双机器周期指令v三字节双机器周期指令v单字节四机器周期指令1.复位和复位电路v计算机在启动运行时都需要复位，使CPU和系统中的其它部件都处于一个确定初始状态，并从这个状态开始工作。v复位引脚：RSTv复位电平：高电平。振荡器起振后，该引脚上出现2个机器周期以上的高电平，使器件复

5、位。 RST变为低电平后，退出复位。2.3 MCS-51单片机的工作方式寄存器 复位状态 寄存器 复位状态 PC0000H TMOD00HACC00H TCON00H B 00H TH0 00HPSW 00H TL0 00HSP07H TH1 00HDPTR 0000H TL1 00HP0P30FFH SCON00HIP XXX00000B SBUF不定IE 0XX00000B PCON 0XXXXXXXB复位后内部寄存器的初始状态：一、上电复位与上电按钮复位RSTMCS-51VccRSTVCCMCS-51Vss二、系统复位RSTCPU至其它I/O电路复位端+5V程序执行方式v从地址0000H

6、开始掉电保护方式v数据转存v接通备用电源CHMOS工艺的MCS-51单片记得低功耗方式v待机方式v掉电保护方式存贮器组织存贮器组织vMCS-51系列单片机有系列单片机有5个独立的存贮器空间个独立的存贮器空间v64K字节的程序存贮器空间字节的程序存贮器空间(00FFFFH);v256字节的内部字节的内部RAM空间空间(00FFH);v128字节的特殊功能寄存器空间字节的特殊功能寄存器空间(800FFH);v位寻址空间位寻址空间(00FFH);v64K字节的外部数据存贮器空间字节的外部数据存贮器空间(I/O)(00FFFFH)；程序存贮器与数据存贮器程序存贮器与数据存贮器007F80FF0000F

7、FFFH外部外部WRRD或或I/O数据存贮器或数据存贮器或I/O(读写读写)EA=0EA=1外部外部内部内部0000HFFFFH外部外部程序存贮器程序存贮器(只读只读)PSEN0FFFH1000H工作寄存器区工作寄存器区000H07H工作寄存器区工作寄存器区108H0FH工作寄存器区工作寄存器区210H17H工作寄存器区工作寄存器区318H1FH位寻址区位寻址区20H2FH堆栈或数据缓冲区堆栈或数据缓冲区30H7FH堆栈或数据缓冲区堆栈或数据缓冲区80HFFH工作寄存器区工作寄存器区每区有每区有R0R7位寻址区位寻址区07F(计计128位位)实际需要的工实际需要的工作寄存器区数作寄存器区数目和

8、位标志数目和位标志数目外目外,其它作为其它作为数据缓冲区或数据缓冲区或堆栈堆栈特殊功能寄存器区特殊功能寄存器区MCS-51单片机内部单片机内部RAM功能划分功能划分一、工作寄存器一、工作寄存器PSW.4（RS1）PSW.3(RS0）当前使用的工件寄存器当前使用的工件寄存器R0R7000区（区（0007H）011区（区（080FH）102区（区（1017H）113区（区（181F）二、位寻址区二、位寻址区v内部内部RAM的的20H2FH为位为位寻址区域，共寻址区域，共128位，位，（07FH）用于存放各种）用于存放各种程序标志、位控制变量。此程序标志、位控制变量。此寻址区也可存放数据寻址区也可存

9、放数据CPU可按可按字节字节操作，也可按操作，也可按位位操操作。作。字节字节 位位字节字节位位地址地址地址地址地址地址地址地址20H0007H21H080FH22H1017H23H181FH24H2027H25H282FH26H3037H27H383FH28H4047H29H484FH2AH5057H2BH585FH2CH6067H2DH686FH2EH7077H2FH787FH例：例： SETB 0H ；20H.0三、堆栈和数据缓冲器三、堆栈和数据缓冲器v在实际应用中，执行子程序调用、中断程序时要先保护在实际应用中，执行子程序调用、中断程序时要先保护CPU的现场（断点处的现场（断点处PC值、

10、值、ACC值等），需要一个采用值等），需要一个采用后进先出方式的后进先出方式的RAM缓冲器，此缓冲器，此RAM称称堆栈堆栈。v堆栈指针堆栈指针SP复位后的初值为复位后的初值为07H，但，但01FH为工作寄存为工作寄存器，而器，而20H2FH为位标志区，故为位标志区，故CPU上电后上电后SP的初值的初值初始化为初始化为30H之后。之后。v堆栈操作堆栈操作：进栈时堆栈指针先加：进栈时堆栈指针先加1（SP）+1 SP然后数然后数据进栈，出栈时先出数据，后（据进栈，出栈时先出数据，后（SP）-1 SP 。v内部内部RAM中除了作工作寄存器、位标志区和堆栈以外的中除了作工作寄存器、位标志区和堆栈以外的单

11、元，都可作为数据缓冲器使用，存放输入的数据和运单元，都可作为数据缓冲器使用，存放输入的数据和运算结果。算结果。特殊功能寄存器特殊功能寄存器 MCS-51MCS-51内部的内部的I/OI/O口锁存器以及定时器、串行口、中口锁存器以及定时器、串行口、中断等各种控制寄存器和状态寄存器作为特殊功能寄存器断等各种控制寄存器和状态寄存器作为特殊功能寄存器（SFRSFR），它们离散分在），它们离散分在80H0FFH80H0FFH之间。之间。vACCACC：累加器，它是运算器中最重要的工作寄存器，用于累加器，它是运算器中最重要的工作寄存器，用于存放参加运算的操作数和运算结果。在指令中用存放参加运算的操作数和运

12、算结果。在指令中用A A表示累表示累加器。加器。vB B：在乘法和除法中存放操作数和结果，在其它运算中也在乘法和除法中存放操作数和结果，在其它运算中也可存放中间结果。可存放中间结果。vSPSP：堆栈指针堆栈指针vDPTRDPTR：唯一一个唯一一个1616位数据指针，由位数据指针，由DPHDPH、DPLDPL组成，在访问组成，在访问外部数据存贮器或外部数据存贮器或I/OI/O时使用。时使用。特殊功能寄存器地址映射特殊功能寄存器地址映射特殊功特殊功能寄存能寄存器器字节地字节地址址特殊功特殊功能寄存能寄存器器字节地字节地址址* *P0P080H80H* *P1P190H90HSPSP81H81H*

13、*SCONSCON98H98HDPLDPL82H82HSBUFSBUF99H99HDPHDPH83H83H* *P2P2A0HA0HPCONPCON87H87H* *IEIEA8HA8H* *TCONTCON88H88H* *P3P3B0HB0HTMODTMOD89H89H* *IPIPB8HB8HTL0TL08AH8AH* *PSWPSWD0HD0HTL1TL18BH8BH* *ACCACCE0HE0HTH0TH08CH8CH* *B BF0HF0HTH1TH18DH8DH说明：带说明：带*号的寄存器可位寻址。与号的寄存器可位寻址。与内部内部RAM地址地址重叠，但寻址方式不同。如对内重叠，但

14、寻址方式不同。如对内部部RAM 81H寻址时，可对寻址时，可对R0送送#81H后，后，MOV A，R0，而对特殊功能寄存寻址，而对特殊功能寄存寻址时可直接时可直接MOV SP，#30H（或或MOV 81H，#30H）不建议采用）不建议采用特殊功能寄存器位地址映象特殊功能寄存器位地址映象寄寄存存器器D7D6D5D4D3D2D1D0BF7F6F5F4F3F2F1F0ACCE7E6E5E4E3E2E1E0PSWD7/CYD6/ACD5/F0D4/RS1D3/RS0D2/OVD1/F1D0/PIP-BC/PSBB/PT1BA/PX1B9/PT0B8/PX0P3B7B6B5B4B3B2B1B0IEAF/EA-AC/ESAB/ET1AA/EX1A9/ET0A8/EX0P2A7A6A5A4A3A2A1A0SCON9F/SM09E/SM19D/SM29C/REN9B/TB89A/RB899/ TI98/RIP19796959493929190TCON8F/TF18E/TR18D/TF08C/TR08B/IE18A/IT189/IE088/IT0P08786858483828180对位寻址时可使用：对位寻址时可使用：SETB 0AFH 、 SETB EA、 SETB IE.7