单片机第二章1.ppt

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1、第二章 MCS-51系列单片机的硬件结构第一节总体概况1主要功能MCS-51系列单片机是Intel公司1980年推出的高性能8位单片微型计算机，包括51和52子系列。在51子系列中，主要有8031、8051、8751三种机型，它们的指令系统和芯片引脚完全兼容，仅片内ROM有所不同。51子系列的主要功能为：8位CPU。片内带振荡器，振荡频率fosc范围为1.212MHz；可有时钟输出。128个字节的片内数据存储器。4K字节的片内程序存储器（8031无）。程序存储器的寻址范围为64K字节。片外数据存储器寻址范围为64K字节。21个字节专用寄存器。4个8位并行I/O接口：P0、P1、P2、P3。1个

2、全双工串行I/O接口，可多机通信。2个16位定时器/计数器。k中断系统有5个中断源，可编程两个优先级。l111条指令，含乘法指令和除法指令。m有强的位寻址、位处理能力。n片内是单总线结构。o用单一+5V电源。52子系列主要有8032、8052种机型。与51子系列不同处为：片内数据存储器增至256个字节；片内程序存储器增至8KB（8032无）；有3个16位定时器/计数器；中断系统有6个中断源。其他性能都和 51子系列相同。2内部结构框图编程结构图3外部引脚说明MCS-51系列单片机芯片有40个引脚。HMOS(High-performance MOS)工艺的芯片采用双列直插式封装，CMOS工艺的芯

3、片也有方型式封装的。3外部引脚说明各引脚说明如下：1.主电源引脚2.外接晶体引脚3.输入/输出引脚4.控制线引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外部中断0请求输入端）P3.3INT1（外部中断1请求输入端）P3.4T0（定时器/计数器0脉冲输入端）P3.5T1（定时器/计数器1脉冲输入端）P3.6WR（片外数据存储器写选通信号输出端）P3.7RD（片外数据存储器读选通信号输出端）3外部引脚说明归纳起来有两点：功能多，引脚少，许多引脚有第二功能。单片机对外呈三总线形式。第二节 微处理器1运算器微处理器又称CPU，由运算器和控制器组成。运算器在图2

4、-1的中部，如右1运算器1.算术逻辑单元在控制器所发出的内部控制信号的控制下进行各种算术、逻辑操作。51的ALU除了能完成一般操作外，其特点是：在B寄存器配合下，能完成乘法与除法操作。可进行多种内容交换操作。能作比较判跳操作。有很强的位操作功能。1运算器2.累加器累加器A是最常用的专用寄存器。进入ALU作算术操作和逻辑操作的操作数很多来自A，操作的结果也常送回A。许多单操作数指令都是针对A的。如 INC A、CLR A、RL A 大量双操作数指令的一个操作数也来自A。如 ADD A，#data ANL A，#data1运算器3.程序状态字程序状态字PSW是8位寄存器。D7D6D5D4D3D2D

5、1D0CACF0RS1 RS0 OVP3.程序状态字进位标志位C（PSW.7)：在执行某些算术操作类、逻辑操作类指令时，可被硬件或软件置位或清零。如8位加法运算结果的最高位D7有进位，或者减法运算结果的最高位D7有借位，C=1；没有进位或借位，C=0。半数以上的位操作类指令都与C有关，可见在位处理时，它起“位累加器”的作用。如 ORL C，bitD7D6D5D4D3D2D1D0CACF0RS1 RS0 OVP3.程序状态字辅助进位标志位AC（PSW.6)：8位加法运算时，若低半字节的最高位D3有进位，AC=1，否则AC=0；8位减法运算时，若低半字节的最高位D3有借位，AC=1，否则AC=0。

6、在BCD码运算时进行二-十进制调整被用到D7D6D5D4D3D2D1D0CACF0RS1 RS0 OVP3.程序状态字辅助进位标志位AC（PSW.6)：8位加法运算时，若低半字节的最高位D3有进位，AC=1，否则AC=0；8位减法运算时，若低半字节的最高位D3有借位，AC=1，否则AC=0。软件标志位F0（PSW.5)：这是用户定义的一个标志位。D7D6D5D4D3D2D1D0CACF0RS1 RS0 OVP3.程序状态字工作寄存器组选择位RS1、RS0（PSW.4、PSW.3)：可用软件置位或清零，以选定4组工作寄存器之一投入工作。D7D6D5D4D3D2D1D0CACF0RS1 RS0 O

7、VP3.程序状态字溢出标志位OV（PSW.2)：在进行8位补码加、减法运算时，OV=1，表示溢出（结果超出-128127范围）；OV=0，表示没有溢出。（无符号数加减也影响，OV=C6+C7)乘法：MUL AB 当积255时，OV=1，否则OV=0。除法：DIV AB 当B中为0时，OV=1，否则OV=0。D7D6D5D4D3D2D1D0CACF0RS1 RS0 OVP3.程序状态字奇偶标志位P（PSW.0)：每执行一条指令，单片机都能根据累加器A中1的个数的奇偶自动令置位或清零。奇为1，偶为0。D7D6D5D4D3D2D1D0CACF0RS1 RS0 OVP例2-1试分析执行指令MOV A，

8、#7FHADD A，#47H后，累加器A、C、AC、OV、P的内容是什么？0111 1111 （7FH）0100 0111 （47H）+0、例2-1试分析执行指令MOV A，#7FHADD A，#47H后，累加器A、C、AC、OV、P的内容是什么？0111 1111 （7FH）0100 0111 （47H）+011、例2-1试分析执行指令MOV A，#7FHADD A，#47H后，累加器A、C、AC、OV、P的内容是什么？0111 1111 （7FH）0100 0111 （47H）+00011、例2-1试分析执行指令MOV A，#7FHADD A，#47H后，累加器A、C、AC、OV、P的内容

9、是什么？0111 1111 （7FH）0100 0111 （47H）+1000011、例2-1试分析执行指令MOV A，#7FHADD A，#47H后，累加器A、C、AC、OV、P的内容是什么？0111 1111 （7FH）0100 0111 （47H）+（C6H）10000111、（A）=C6H C=0 AC=1OV=1P=02控制器在图2-1的左下方。含指令寄存器、指令译码器、定时及控制电路，能根据不同的指令产生相应的操作时序和控制信号。3振荡器和CPU时序1.振荡器51单片机内含一个高增益的反相放大器，通过XTAL1、XTAL2外接作为反馈元件的晶体后，构成自激振荡器。也可采用片外振荡器

10、。接法见表2-23振荡器和CPU时序2.CPU时序振荡器输出的脉冲经过2分频成为内部时钟信号，用作单片机内部各功能部件按序协调工作的控制信号；其周期称为时钟周期（也称状态周期）。6个时钟周期构成1个机器周期。CPU执行一条指令的时间称为指令周期。指令周期以机器周期为单位。51单片机除乘法指令、除法指令是4周期指令外，其余都是单周期指令和双周期指令。3振荡器和CPU时序2.CPU时序以S1、S2、S6表示一个机器周期的6个时钟周期，已P1、P2表示每个时钟周期的2个节拍，则一个机器周期依次有S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、S6P2等12个振荡周期。除了访问片外数据存储器外，ALE脉冲于每

11、个机器周期的S1P2至S2P1及S4P2至S5P1期间各发生一次。3振荡器和CPU时序第三节 存储器既然是单片微机，片内除CPU外，必然还有存储器。目前一般计算机常用的是von neumann结构，即数据与程序合用一个存储空间；而单片机大多采用harvard结构，即数据存储空间与程序存储空间相互分离开来。一般把ROM用作程序存储器，而RAM用作数据存储器。第三节 存储器MCS-51系列单片机内含存储器的容量1程序存储器1.编址与访问程序计数器PC指明取指令的地址，PC有16位，程序存储器可寻址范围（地址空间）是64KB。程序存储器编址从0000H开始，最大可至FFFFH。64KB程序存储器空间

12、由片内程序存储器空间和外部程序存储器空间组成。在8051/8951片内，分别驻留最低地址空间的4KB的ROM/EPROM，而8031则无内部程序存储器，需外部扩展EPROM。8052内部驻留最低地址空间的8KB ROM，8032无内部程序存储器，同样需外部扩展EPROM。1程序存储器程序存储器编址规律为：先片内，后片外，片内、片外连续，二者一般不重叠。51子系列52子系列对于对于8051、8052、8751，EA为高为高电平，复位后电平，复位后CPU先访问片内程序先访问片内程序存储器存储器(ROM和和EPROM)，在程序计，在程序计数器数器(PC)内容增加到超过内容增加到超过4095(8052

13、为为8191)时，时，CPU将自将自动开始访问片外程序存储器。动开始访问片外程序存储器。对于对于8031、8032，EA必必须接低电平。当须接低电平。当EA为低电为低电平时，则所有取指操作均平时，则所有取指操作均对外部程序存储器进行。对外部程序存储器进行。1程序存储器2.7个特殊单元第一个是0000H单元。计算机系统复位后自0000H单元开始执行程序。另外6个则对应中断源2数据存储器1.编址与访问51单片机的数据存储器地址空间分为片内RAM和片外RAM独立的两部分。片内RAM用8位寻址，不使用三总线；片外RAM用16位寻址，使用三总线，可寻址范围（地址空间）是64KB，编址从0000H开始，最

14、大可至FFFFH。从软件的角度看，访问内部数据存储器，用MOV指令；访问片外RAM，用MOVX指令。2数据存储器在51系列单片机中，除了有片内RAM外，还有特殊功能寄存器(SFR)，也占有128B的地址空间。内部数据存储器在地址空间上又可以区分为前128B和后128B两块：00H7FH(0127)单元组成低128B的地址空间。80HFFH(128255)单元组成高128B的地址空间。在51子系列中，只有128B的RAM和128B的特殊功能寄存器块，后者占有80HFFH(128255)地址空间，两块地址空间是相连的。在52子系列中，高128B的RAM和128B的特殊功能寄存器块共同占有80HFF

15、H(128255)地址空间，这两块地址空间是重叠的，采用不同寻址方式的指令来访问这部分地址空间可以区别是访问高128B的RAM，还是访问SFR。2数据存储器数据存储器的编址图51子系列52子系列2数据存储器当只需要扩展少量片外数据存储器，容量不超过256个单元时，也可以按8位二进制数编址，从00H开始，最大可至FFH。此外，使用位操作指令还可以访问某些片内RAM与SFR块单元其中的一位，这些位也是按8位二进制数编址，从00H开始，最大可至FFH。构成另一个独立的地址空间-“位地址”空间。对于这些不同的地址空间，是通过采用不同的指令来加以区别的，不会造成混淆。2数据存储器2数据存储器2.片内数据

16、存储器右为51子系列单片机片内RAM的配置图。共分三个区域：工作寄存器区位寻址区数据缓冲区32个单元00H1FH16个单元20H2FH前128个位地址位地址：00H 7FH80个单元30H7FH2数据存储器（1）工作寄存器区工作寄存器也称通用寄存器，R0R7共8个。工作寄存器区有32个单元，分成4个组。每组8个单元，用作8个寄存器，都以R0R7来表示。PSW中RS1、RS0指定哪一组是当前正在工作的工作寄存器组，其它工作寄存器组不工作，待用。2数据存储器CLR PSW.4SETB PSW.3MOV R0,#28H第三条指令将28H送入工作寄存器1组的R0,即送入片内RAM 的08H单元.2数据

17、存储器（2）位寻址区每位都被编址。8bit16=128bit00H7FH可用为标志、状态、位变量2数据存储器2数据存储器（3）数据缓冲区用户RAM有80个单元，30H7FH（52子系列有208个单元，30HFFH）。由于三个区统一编址，前两个区（工作寄存器区、位寻址区）也可按字节访问，所以对于没有使用的前两个区的单元，也可作为用户RAM使用。（4）堆栈和堆栈指针片内RAM的部分单元还可作为堆栈使用。51单片机复位后，堆栈指针SP=07H，堆栈栈顶从08H单元开始使用。为了不占工作寄存器区、位寻址区，可将SP用指令置为2FH或更大值。如果SP=2FH，则栈顶从30H单元开始使用。2数据存储器3.

18、特殊功能寄存器块特殊功能寄存器（SFR）也称专用寄存器。包括累加器A、B寄存器、PSW、并行I/O口、串行I/O口、定时器/计数器、中断系统等，都有专门用途。51单片机将（除PC外的）SFR与片内RAM统一编址，可直接寻址。占用后128个地址空间，80HFFH。2数据存储器3.特殊功能寄存器块51子系列除PC外，有18个专用寄存器，其中3个是双字节的，共占用21个字节。52子系列除PC外，有21个专用寄存器，其中5个是双字节的，共占用26个字节。若地址可被8整除，即地址为xxxxx000B（x0H、x8H。）的是可位寻址的单元。其中有12个可位寻址的单元，共有可寻址位=812-3（未定义）=9

19、3位。字节地址也是该单元最低位的位地址。2数据存储器3.特殊功能寄存器块2数据存储器3.特殊功能寄存器块2数据存储器3.特殊功能寄存器块第三章 MCS-51系列单片机的指令系统和汇编语言程序示例第一节汇编语言与指令系统1汇编语言程序设计的重要性计算机语言分机器语言、汇编语言、高级语言。高级语言面向过程。汇编语言面向机器，优秀的程序员编出的程序质量优于高级语言编制的程序（高级语言编制的程序比汇编语言编制的程序长度长出15%200%，程序执行的时间长出50%300%）。2内部结构框图编程结构图2数据传送方式堆栈指针SP（Stack Pointer）是一个专用地址寄存器，它指明栈顶位置，起着管理堆栈

20、的作用。字长计算机内部并行处理的数据宽度(以二进制位计),微机的字长有1、4、8、16、32位。目前国内应用最多的是8、16、32位。微型计算机结构CPU集成在一块芯片上，称微处理机或微处理器（Microprocessor）。存储器也集成在一块块独立的芯片。第二 节 微处理器不同型号的CPU的结构有所不同图1-14是典型的8位微处理器结构框图这种结构称为编程结构四、程序计数器PC程序计数器PC（Program Counter）特殊功能寄存器复位功能计数功能直接置位功能使程序可以顺序执行又可以跳转执行0000H 74H08H MOV A，#08H0002H 24H04H ADD A，#04H00

21、04H 24H05H ADD A，#05H0006H 02H22H00H LJMP 2200H 0009H 2200H 78H7FH MOV R0，#7FH四、程序计数器PC程序计数器PC（Program Counter）特殊功能寄存器复位功能计数功能直接置位功能使程序可以顺序执行又可以跳转执行1.以下哪个是用双字节补码表示的-1?A)1001HB)8001HC)FFFEHD)FFFFH2.以下哪个是用双字节原码表示的-1?A)1001HB)8001HC)FFFEHD)FFFFH3.以下哪个或哪些说法是错误的？A)CUP每读取一条指令时,PC的内容就自动加1。B)标志寄存器F，用来存放ALU的运算结果。C)磁盘属于外围设备组成部分。D)采用补码表示目的是为了在微机的运算器中就只设置加法器。