单片机原理与实验指导 第2章 原理与结构.ppt

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1、2 2 单片机结构与原理单片机结构与原理2.1 MCS-512.1 MCS-51系列单片机的基本组成系列单片机的基本组成一、一、一、一、MCS-51MCS-51MCS-51MCS-51单片机的基本功能特性（以单片机的基本功能特性（以单片机的基本功能特性（以单片机的基本功能特性（以89C52 4089C52 4089C52 4089C52 40个引脚为例）个引脚为例）个引脚为例）个引脚为例）（1 1 1 1）一个）一个）一个）一个8 8 8 8位字长的位字长的位字长的位字长的CPUCPUCPUCPU和指令系统；和指令系统；和指令系统；和指令系统；（2 2 2 2）一个片内振荡器及时钟电路；）一个

2、片内振荡器及时钟电路；）一个片内振荡器及时钟电路；）一个片内振荡器及时钟电路；（3 3 3 3）内部有）内部有）内部有）内部有8KB8KB8KB8KB的的的的E E E E2 2 2 2PROMPROMPROMPROM（程序存储器）；（程序存储器）；（程序存储器）；（程序存储器）；（4 4 4 4）64KB64KB64KB64KB的外部程序存储器寻址空间；的外部程序存储器寻址空间；的外部程序存储器寻址空间；的外部程序存储器寻址空间；（5 5 5 5）64KB64KB64KB64KB的外部数据存储器寻址空间；的外部数据存储器寻址空间；的外部数据存储器寻址空间；的外部数据存储器寻址空间；（6 6

3、6 6）SRAMSRAMSRAMSRAM数据存储器数据存储器数据存储器数据存储器256256256256字节（分低字节（分低字节（分低字节（分低128128128128字节和高字节和高字节和高字节和高128128128128字节）；字节）；字节）；字节）；（7 7 7 7）两个）两个）两个）两个16161616位定时器位定时器位定时器位定时器/计数器；计数器；计数器；计数器；（8 8 8 8）一个可编程的全双工串行接口；）一个可编程的全双工串行接口；）一个可编程的全双工串行接口；）一个可编程的全双工串行接口；（9 9 9 9）32323232条可编程的条可编程的条可编程的条可编程的I/OI/O

4、I/OI/O端口（分端口（分端口（分端口（分4 4 4 4个个个个8 8 8 8位并行位并行位并行位并行I/OI/OI/OI/O端口）；端口）；端口）；端口）；（10101010）有）有）有）有6 6 6 6个中断源、个中断源、个中断源、个中断源、2 2 2 2个优先级中断控制器；个优先级中断控制器；个优先级中断控制器；个优先级中断控制器；（11111111）一个布尔处理器；）一个布尔处理器；）一个布尔处理器；）一个布尔处理器；（12121212）有）有）有）有111111111111条指令。条指令。条指令。条指令。二、二、MCS-51MCS-51单片机的硬件组成单片机的硬件组成 （1 1）算

5、术逻辑单元）算术逻辑单元ALU ALU（2 2）累加器）累加器ACC ACC（3 3）寄存器）寄存器B B（4 4）程序计数器）程序计数器PC PC（5 5）数据指针）数据指针DPTR DPTR（6 6）堆栈指针）堆栈指针SP SP（“先进后出，后进先出先进后出，后进先出”）（7 7）程序状态寄存器）程序状态寄存器PSW PSW RS0RS0、RS1RS1的设置见表的设置见表2-12-1 其中：其中：0 0组，组，00H00H07H=R007H=R0R7 R7 “0000”1 1组，组，08H08H0FH=R00FH=R0R7 R7 “0101”2 2组，组，10H10H17H=R017H=R

6、0R7 R7 “1010”3 3组，组，18H18H1FH=R01FH=R0R7 R7 “1111”2.2 MCS-512.2 MCS-51系列单片机的引脚与功能系列单片机的引脚与功能一、一、一、一、8051805180518051型引脚与功能（型引脚与功能（型引脚与功能（型引脚与功能（40404040脚封装）脚封装）脚封装）脚封装）其它引脚封装（其它引脚封装（PLCCPLCC、PQFPPQFP）其它引脚封装（其它引脚封装（其它引脚封装（其它引脚封装（DIP20DIP20DIP20DIP20、28282828，SOP20SOP20SOP20SOP20、28282828）其它引脚封装（其它引脚封

7、装（其它引脚封装（其它引脚封装（C5051C5051C5051C5051单片机，单片机，单片机，单片机，48484848脚封装）脚封装）脚封装）脚封装）2.3 51单片机存储器的结构单片机存储器的结构 （以（以（以（以89C5289C52为例）为例）为例）为例）一、程序存储器一、程序存储器 标准的标准的标准的标准的51515151单片机程序存储器地址范围是：单片机程序存储器地址范围是：单片机程序存储器地址范围是：单片机程序存储器地址范围是：0000H0000H0000H0000HFFFFHFFFFHFFFFHFFFFH，共，共，共，共64KB64KB64KB64KB空间。空间。空间。空间。在在

8、在在64KB64KB64KB64KB的程序存储器中的程序存储器中的程序存储器中的程序存储器中0000H0000H0000H0000H0002AH0002AH0002AH0002AH（地址向量区）区（地址向量区）区（地址向量区）区（地址向量区）区域具有特殊用途，是保留给系统使用的。即：域具有特殊用途，是保留给系统使用的。即：域具有特殊用途，是保留给系统使用的。即：域具有特殊用途，是保留给系统使用的。即：0000H0000H0000H0000H0002H0002H0002H0002H，为上电或复位的入口地址；，为上电或复位的入口地址；，为上电或复位的入口地址；，为上电或复位的入口地址；0003H0

9、003H0003H0003H000AH000AH000AH000AH，为外部中断，为外部中断，为外部中断，为外部中断0 0 0 0的中断地址区；的中断地址区；的中断地址区；的中断地址区；000BH000BH000BH000BH0012H0012H0012H0012H，为定时，为定时，为定时，为定时/计数器计数器计数器计数器0 0 0 0（T0T0T0T0）的中断地址区；）的中断地址区；）的中断地址区；）的中断地址区；0013H0013H0013H0013H001AH001AH001AH001AH，为外部中断，为外部中断，为外部中断，为外部中断1 1 1 1的中断地址区；的中断地址区；的中断地址

10、区；的中断地址区；001BH001BH001BH001BH0022H0022H0022H0022H，为定时，为定时，为定时，为定时/计数器计数器计数器计数器1 1 1 1（T1T1T1T1）的中断地址区；）的中断地址区；）的中断地址区；）的中断地址区；0023H0023H0023H0023H002AH002AH002AH002AH，为串口，为串口，为串口，为串口(TI(TI(TI(TI，RI)RI)RI)RI)中断地址区。中断地址区。中断地址区。中断地址区。二、二、内部数据存储器内部数据存储器 寄存器组的设置（寄存器组的设置（RS1RS1、RS0RS0）位操作区（位操作区（20H20H2FH=

11、162FH=16字节字节)其它其它SRAMSRAM区的划分区的划分 片内片内SRAMSRAM区的区的30H30H7FH7FH可用作高速的数据存储区或堆可用作高速的数据存储区或堆栈区。栈区。片内片内SRAMSRAM区的区的80H80HFFHFFH可用作一般的数据存储区（要间可用作一般的数据存储区（要间接寻址，接寻址，80518051无这个区域）或堆栈区。无这个区域）或堆栈区。特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRSFR 在特殊功能寄存器区（在特殊功能寄存器区（80H80HFFHFFH）的）的128128字节存放的是字节存放的是5151单片机中专用寄存器（单片机中专用寄存器（SFRSFR）的数据。其名

12、称、符号）的数据。其名称、符号及字节地址见表及字节地址见表2-52-5所示。所示。三、外部数据存储器三、外部数据存储器 外部数据存储器（外部数据存储器（外部数据存储器（外部数据存储器（RAMRAMRAMRAM）的地址范围是）的地址范围是）的地址范围是）的地址范围是:0000H:0000H:0000H:0000HFFFFHFFFFHFFFFHFFFFH。这个区域既可以作为一般的这个区域既可以作为一般的这个区域既可以作为一般的这个区域既可以作为一般的RAMRAMRAMRAM区，也可扩展区，也可扩展区，也可扩展区，也可扩展I/OI/OI/OI/O口或其它口或其它口或其它口或其它接口。接口。接口。接口

13、。2.4 单片机单片机I/OI/O端口逻辑结构端口逻辑结构 8051805180518051有有有有4 4 4 4个个个个8 8 8 8位并行位并行位并行位并行I/OI/OI/OI/O端口，记做端口，记做端口，记做端口，记做P0P0P0P0、P1P1P1P1、P2P2P2P2和和和和P3P3P3P3。这四个口都是准双向的。这四个口都是准双向的。这四个口都是准双向的。这四个口都是准双向的I/OI/OI/OI/O口，共占有口，共占有口，共占有口，共占有32323232条管脚，每一条条管脚，每一条条管脚，每一条条管脚，每一条I/OI/OI/OI/O线都能独立的用作输入或输出。线都能独立的用作输入或输

14、出。线都能独立的用作输入或输出。线都能独立的用作输入或输出。一、一、POPO口（口（I/OI/O、总线）、总线）二、二、P1P1口（口（I/OI/O口）口）三、三、P2P2口（口（I/OI/O口、总线）口、总线）四、四、P3P3口（口（I/OI/O口、复用功能）口、复用功能）五、五、I/OI/O口的口的“读修改写读修改写”操作操作 从从从从P0P0P0P0P3P3P3P3口的逻辑电路分析可知，读一个端口的数据口的逻辑电路分析可知，读一个端口的数据口的逻辑电路分析可知，读一个端口的数据口的逻辑电路分析可知，读一个端口的数据有两类：一类是读引脚电平的，另一类是读锁存器的。有两类：一类是读引脚电平的

15、，另一类是读锁存器的。有两类：一类是读引脚电平的，另一类是读锁存器的。有两类：一类是读引脚电平的，另一类是读锁存器的。“读修改写读修改写读修改写读修改写”指令是为了避免误读引脚电平指令是为了避免误读引脚电平指令是为了避免误读引脚电平指令是为了避免误读引脚电平 （见表（见表（见表（见表2-82-82-82-8列出的指令）。列出的指令）。列出的指令）。列出的指令）。例如，例如，例如，例如，ANL P1,A ;ANL P1,A ;ANL P1,A ;ANL P1,A ;逻辑与指令逻辑与指令逻辑与指令逻辑与指令.CPL P2.0 ;CPL P2.0 ;CPL P2.0 ;CPL P2.0 ;取反取反取

16、反取反 INC P3 ;P3 INC P3 ;P3 INC P3 ;P3 INC P3 ;P3的内容增的内容增的内容增的内容增1 1 1 1.2.5 2.5 单片机的工作时序及时钟电路单片机的工作时序及时钟电路一、几个概念一、几个概念一、几个概念一、几个概念 振荡频率振荡频率振荡频率振荡频率-晶振的频率；晶振的频率；晶振的频率；晶振的频率；机器周期机器周期机器周期机器周期-包含包含包含包含12121212个振荡脉冲，即机器周期就个振荡脉冲，即机器周期就个振荡脉冲，即机器周期就个振荡脉冲，即机器周期就是振荡（频率）脉冲的是振荡（频率）脉冲的是振荡（频率）脉冲的是振荡（频率）脉冲的12121212

17、分频，显然，如果使用分频，显然，如果使用分频，显然，如果使用分频，显然，如果使用6MHz6MHz6MHz6MHz的的的的时钟频率，一个机器周期就是时钟频率，一个机器周期就是时钟频率，一个机器周期就是时钟频率，一个机器周期就是2s2s2s2s，而如使用，而如使用，而如使用，而如使用12MHz12MHz12MHz12MHz的的的的时钟频率，一个机器周期就是时钟频率，一个机器周期就是时钟频率，一个机器周期就是时钟频率，一个机器周期就是1s1s1s1s。指令周期指令周期指令周期指令周期-执行一条指令所需要的时间称为执行一条指令所需要的时间称为执行一条指令所需要的时间称为执行一条指令所需要的时间称为指令

18、周期。指令有单字节、双字节和三字节之分，所以指令周期。指令有单字节、双字节和三字节之分，所以指令周期。指令有单字节、双字节和三字节之分，所以指令周期。指令有单字节、双字节和三字节之分，所以它们的指令周期也不相同。它们的指令周期也不相同。它们的指令周期也不相同。它们的指令周期也不相同。二、二、二、二、典型时序典型时序典型时序典型时序 （看教材（看教材34343636页）页）三、三、MCS-51MCS-51单片机的时钟电路单片机的时钟电路 (见教材：见教材：见教材：见教材：37373737页）页）页）页）三、三、MCS-51MCS-51单片机的复位及省电方式单片机的复位及省电方式 （见教材：（见教

19、材：（见教材：（见教材：3737373741414141页页页页)复位方式复位方式复位的输入引脚是复位的输入引脚是复位的输入引脚是复位的输入引脚是RSTRSTRSTRST，高电平有效（非，高电平有效（非，高电平有效（非，高电平有效（非TTLTTLTTLTTL电平）电平）电平）电平）。复位后，除了复位后，除了复位后，除了复位后，除了I/OI/OI/OI/O口、口、口、口、SPSPSPSP、SBUFSBUFSBUFSBUF寄存器外，其余寄存器外，其余寄存器外，其余寄存器外，其余SFRSFRSFRSFR全部全部全部全部清零，但片内清零，但片内清零，但片内清零，但片内SRAMSRAMSRAMSRAM中

20、的数据不受影响中的数据不受影响中的数据不受影响中的数据不受影响。单片机复位后特。单片机复位后特。单片机复位后特。单片机复位后特殊功能寄存器初值见表殊功能寄存器初值见表殊功能寄存器初值见表殊功能寄存器初值见表2-92-92-92-9所示。所示。所示。所示。注意，复位后：注意，复位后：“SP=07HSP=07H”复位电路复位电路 省电方式省电方式采用低功耗的采用低功耗的采用低功耗的采用低功耗的CHMOSCHMOSCHMOSCHMOS工艺的单片机，不仅本身消耗功工艺的单片机，不仅本身消耗功工艺的单片机，不仅本身消耗功工艺的单片机，不仅本身消耗功耗低，还有两种省电方式：耗低，还有两种省电方式：耗低，还

21、有两种省电方式：耗低，还有两种省电方式：待机方式和掉电方式待机方式和掉电方式待机方式和掉电方式待机方式和掉电方式。正常工作时电流正常工作时电流:10mA:10mA25mA;25mA;待机方式时电流待机方式时电流:1.5mA:1.5mA5mA;5mA;掉电方式时电流掉电方式时电流:5:5 A A5050 A A。(通过软件设置通过软件设置)例如，例如，例如，例如，ORL PCONORL PCONORL PCONORL PCON，01H;01H;01H;01H;进入待机方式进入待机方式进入待机方式进入待机方式 ORL PCONORL PCONORL PCONORL PCON，02H;02H;02H;02H;进入掉电方式进入掉电方式进入掉电方式进入掉电方式 退出待机方式是中断或复位退出待机方式是中断或复位退出待机方式是中断或复位退出待机方式是中断或复位,退出掉电方式的唯一途径是退出掉电方式的唯一途径是退出掉电方式的唯一途径是退出掉电方式的唯一途径是 硬件复位硬件复位硬件复位硬件复位