mcs-51单片机课件.ppt
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1、第2章 MCS-51单片机第第2章章 MCS-51单片机单片机 2.1 概述概述 2.2 单片机内部结构单片机内部结构 2.3 单片机的引脚及功能单片机的引脚及功能 2.4 单片机的存储器结构单片机的存储器结构 2.5 单片机的复位电路单片机的复位电路2.6 单片机的时钟与时序单片机的时钟与时序 第2章 MCS-51单片机2.1 概述概述 由于MCS-51系列单片机及其兼容的单片机占主流地位,同时该系列单片机进入市场早,参考资料丰富,因此,在单片机应用中占有重要位置。理解MCS-51系列单片机的内部结构、工作原理、应用实例后,将容易理解和使用其他系列,如Nec、Motorola、MicroCh
2、ip单片机系统。8051CPU是整个MCS-51系列单片机芯片的基础和核心。MCS-51的典型产品是8051、8031、8751。8051是ROM型单片 机,内 部 有 4KBROM;8031无 片 内 ROM,8751片 内 有4KBEPROM。除此以外,它们的内部结构及引脚完全相同。本章将以MCS-51系列的8051为典型例子,详细介绍单片机的结构、性能、存储器结构及工作原理等内容。通过对这些内容的掌握,可以起到举一反三、触类旁通的作用。第2章 MCS-51单片机2.2 单片机内部结构单片机内部结构 MCS-51系列单片机为8位单片机,从其制造工艺上可分为HMOS和C-HMOS型两种。从其
3、功能结构上可分为Intel805187518031和80528032和804487448344三档。Intel805187518031,它们的结构基本相同,其主要差别反映在内部程序存储器有所不同。本节将对MCS-51单片机的结构作一介绍。2.2.1 MCS-51单片机的内部结构第2章 MCS-51单片机 图2.1 MCS-51单片机内部结构图第2章 MCS-51单片机 1.MCS-51的结构和性能MCS-51单片机是在一块大规模集成电路上集成了CPU、ROM、RAM、定时器计数器和4*8位并行IO,一个串行IO线等一台微型机的基本部件。其内部的部件和特性如下:(1)一个8位微处理器;(2)振荡
4、器和时钟电路;(3)4KB的程序存储器(ROM或EPROM);(4)可寻址外部程序存储器和数据存储器,各64KB;(5)两个16位定时器计数器;(6)32位可编程并行IO口;(7)一个可编程全双工串行IO口;(8)二十多个特殊功能寄存器;(9)5个中断源,两个优先级嵌套中断结构。第2章 MCS-51单片机2.微处理器8051微处理器的组成如表2-1所示。微处理器是单片机的核心部件,它由运算器和控制器组成,下面分别叙述其功能。第2章 MCS-51单片机(1)运算器运算器ALU是进行算术或逻辑运算的部件,可以对半字节(4位)、单字节等数据进行操作,例如可实现加、减、乘、除四则运算和与、或、异或、求
5、补、取反等逻辑运算,操作结果一般送回累加器ACC,其状态信息送至状态寄存器PSW。(2)控制器控制器是8051微处理的核心部分,也是最复杂的部分。下面介绍程序计数器和指令寄存器的功能。程序计数器:程序计数器PC为16位,用来存放将要执行的指令地址。每当该指令取出后,PC的内容就自动加1。PC内容的低8位经P0口输出,高8位经P2口输出。指令寄存器:指令寄存器中存放指令代码。CPU执行指令时,由程序存储器中读取的指令代码送入指令寄存器,经译码器译出后由定时与控制电路发出相应的控制信号完成指令功能。第2章 MCS-51单片机2.3 单片机的引脚及功能单片机的引脚及功能 2.3.1 P0P3口功能及
6、特点MCS-51单片机有4个8位双向并行IO口,P1口,P2口和P3口为准双向口(在用作输入线时,口锁存器必须先写入“1”,故称准双向口),P0口为双向三态数据线口,下面分别介绍这些口的特性和功能。第2章 MCS-51单片机P0口为双向三态口,可以作为输入输出口。但在实际应用中通常作为地址数据总线口,即为低8位地址数据总线分时复用。低8位地址在ALE信号的负跳变锁存到外部地址锁存器中,而高8位地址由P2口输出。第2章 MCS-51单片机 P1口每一位都能作为可编程的输入或输出线。第2章 MCS-51单片机 P2口每一位也都可作为输入或输出线用。当扩展系统外设时,可作为扩展系统的地址总线高8位,
7、与P0口一起组成16位地址总线,对8031单片机采说,P2口一般只作为地址总线使用,而不作为IO线直接与外设相连。第2章 MCS-51单片机P3口为双功能口,作为第一功能使用时,其功能与P1口相同。当作第二功能使用时,每一位功能如表2一1所示。第2章 MCS-51单片机 表2-1 P3口的第二功能P3引脚第二功能P3引脚第二功能P3.0RXD串行口数据接收端P3.4定时器T0的外部输入P3.1TXD串行口数据发送端P3.5定时器T1的外部输入P3.2INT0外部中断0P3.6外部数据存储器写选通信号P3.3INT1外部中断1P3.7外部数据存储器读选通信号第2章 MCS-51单片机2.3.2
8、/EA、/PSEN、ALE、RST的功能及特点 RSTVpo(9)复位或其他电源复用引脚,当振荡器运行时,在此引脚上出现两个机器周期的高电平将单片机复位。Vcc掉电期间,此引脚上可接备用电源,由Vpo向内部RAM提供备用电源,以保持内部RAM的数据。ALEPROG(30)正常操作时ALE为允地址锁存信号,将低8位地址锁存到地址锁存器。ALE端以不变的频率(振荡频率的16)周期地发出正脉冲信号。因此,它可用作对外输出的时钟脉冲,或用作定时目的。当访问外部程序存储器时,ALE两次有效;但每当访问外部数据存储器时,ALE一次有效。ALE端可以驱动8个LSTTL电路。第2章 MCS-51单片机 PSE
9、N(29)此输出是外部程序存储器的读选通信号。在外部程序存储器取指令(或常数)期间,每个机器周期,PSEN两次有效。同样,PSEN可以驱动8个LSTTL电路。EAVpp(31)此端为内部程序存储器或外部程序存储器选择端。当EA为高电平时,访问内部程序存储器(PC值小于4K)。当EA为低电平时,则访问外部程序存储器,不管片内有无内部程序存储器。第2章 MCS-51单片机2.4 单片机的存储器结构单片机的存储器结构 多数单片机系统,包括MCS-51系列单片机的存储组织方式与通用微机系统不同,程序存储器地址空间和数据存储器地址空间相互独立,而通用微机系统的程序存储器和数据存储器往往共用同一存储区,统
10、一编址。MCS-51系列单片机的存储器由三部分组成,1.程序存储器片内程序存储器0000H-0FFFH,共4KB;外部程序存储器0000H-FFFFH,共64KB。2.片内的数据存储器内部RAM存储器00H-7FH,共128字节;特殊功能寄存器80H-FFH。第2章 MCS-51单片机3.外部数据存储器(0000H-FFFFH,共64KB)第2章 MCS-51单片机 2.4.1 程序存储器这种存储器是ROM型的存储器,专门用来存放编制好的固定程序或存放写在程序中的固定的数据,一旦写入就不能轻易改变。8051具有4KB的ROM,8751具有4KB的EPROM,在一定条件下可以改写,而在8031片
11、内则无程序存储器,需外部扩展EPROM。对于MCS51单片机,64KB程序存储器的地址空间是统一的。对于片内有ROM的单片机占用0000H0FFFH地址空间,而外部程序存储器的空间为1000HFFFFH。对于8031单片机,只有外部程序存储器,地址从0000HFFFFH。第2章 MCS-51单片机MCS-51系列单片机保留给系统使用的程序存储器地址空间如下:系统复位 0000H外部中断0(INT0非)服务程序入口地址 0003H定时器0溢出中断服务程序入口地址 000BH外部中断1(INT1非)服务程序入口地址 0013H定时器1溢出中断服务程序入口地址 001BH串行口中断服务程序入口地址
12、0023H复位后,程序计数器PC为0000H,即从程序存储器的0000H单元读出第一条指令。因此,可在0000H单元内放置一条转移指令,如LJMP(表示主程序入口地址)。由于系统给每一中断服务程序预留了8个字节,因此对于51系列单片机来说,用户主程序最好放在002BH单元后。第2章 MCS-51单片机 2.4.2 数据存储器数据存储器分为两个部分片内数据存储器片外数据存储器1.片内数据存储器片内存储器由内部RAM和特殊功能寄存储器组成。对于51系列单片机来说,内部RAM容量为128B(00H-7FH),而特殊功能寄存储器也分配了字节地址,离散地分布在80H-0FFH空间内。片内数据存储器按功能
13、可分三个区域:工作寄存器区;位寻址区;缓冲器区(堆栈区)。第2章 MCS-51单片机(1)工作寄存器区其中00H1FH(031)共32个单元是四个通用工作寄存器区,每一区有8个工作寄存器R0R7。R0的物理地址可以是00H,也可以是08H、10H或18H;同理,R1的物理地址可以是01H,也可以是09H、11H或19H。任何时候只能选择四个工作寄存器区中的一个区作为当前工作寄存器区,寄存器和RAM地址对应关系如表23(P14)所列。当前程序使用的工作寄存器区,是由程序状态字PSW的第3、4位(RS1,RS0)指示的。PSW的状态和工作寄存器区对应关系见表24。第2章 MCS-51单片机图24
14、工作寄存器区选择CPU通过修改PSW中的RS1,RS0两位的状态,就能任选个工作寄存器区。这个特性使MCS51具有快速现场保护功能。如果用户程序不需要四个工作寄存器区,则不用的工作寄存器区单元可作一般的RAM使用。PSW第4位(RS1)PSW第3位(RS0)当前使用的工作寄存器PSW第4位(RS1)PSW第3位(RS0)当前使用的工作寄存器R0R7 000区(0007)102区(10H17H)011区(080F)113区(18HFH)第2章 MCS-51单片机(2)位寻址区内部RAM的20H2FH为位寻址区,这16个单元的每一位都有一个8位地址,位地址范围为00H7FH。该区域可按字节读写,也
15、可按位读写,位地址从20H单元开始,共有16字节8位,即128个位地址。如果系统需要位操作,最好保留20H-2FH单元的部分或全部,作为位存储区,以支持位处理操作。位寻址区的每一位都可以直接进行位操作。通常把各种程序状态标志位控制变量,设在位寻址区内,同时,位寻址区的RAM单元也可以作一般的数据缓冲器使用。RAM寻址区位地址映象如表25(P15)所示。第2章 MCS-51单片机(3)缓冲器区内部RAM的30H7FH的地址区,可作为数据缓冲器使用,存放数据,由于该区有丰富的操作指令,使用十分方便。在实际应用程序中,常需在RAM区设置堆栈,MCS51的堆栈般设在30H7FH的范围内。栈顶的位置由S
16、P指示。复位后,堆栈指针SP指向07H单元。因此,一般要修改,可将SP设在2FH之上。2.外部数据存储器在51系列中,允许用户扩展外部数据存储器,用户可以通过P0、P2口最多连接64KB外部数存储器。第2章 MCS-51单片机 2.4.3 特殊功能寄存器MCS51单片机内的并行IO口锁存器,定时器计数器、串行口数据缓冲器以及各种控制寄存器和状态寄存器都以特殊功能寄存器的形式出现,它们分散地分布在80HFFH的地址空间,特殊功能寄存器地址空间映象如表26(P16)所示。MCS51单片机除了片内RAM20H2FH的16个单元的128位具有位地址空间00H7FH以外,凡是字节地址能被8整除的特殊功能
17、寄存器都具有位地址,它们分散地分布在80HFFH的位地址空间内。这些特殊功能寄存器,大部分将在后面有关章节详述,这里就ACC,B、PSW、SP、DPTR、I/O端口寄存器作介绍。第2章 MCS-51单片机1累加器ACC累加器是一个最常用的专用寄存器,大部分单操作数指令的操作数取自累加器,很多双操作数指令的个操作数取自累加器。加、减、乘、除算术运算指令的运算结果都存放在累加器A或A、B寄存器中。指令系统中用A作为累加器的助记符。例如:ADD A,30H;在指令中,累加器ACC常简写为“A”该指令的含义是以累加器A的内容作为被加数,加数存放在内部RAM的30H单元中,被加后的结果,即“和”存放在累
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