【教学课件】第2章89C51单片机硬件结构和原理.ppt
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1、第2章89C51单片机硬件结构和原理主要掌握n n基本组成(内部资源基本组成(内部资源基本组成(内部资源基本组成(内部资源)n n引脚引脚引脚引脚n n存储器的配置存储器的配置存储器的配置存储器的配置n nI/OI/O口的应用功能口的应用功能口的应用功能口的应用功能(以(以89C5189C51(AT89C51AT89C51、P89C51P89C51、STC89C51STC89C51)为代)为代表讲解)表讲解)2.1 89C51单片机的基本组成单片机的基本组成1.89C51单片机结构框图8位位CPU256字节字节RAM4KB Flash ROM4个个8位位I/O口口2个定时个定时/计数器计数器5
2、个中断源个中断源1个全双工串行口个全双工串行口片内振荡器和时钟片内振荡器和时钟产生电路(最高允产生电路(最高允许振荡频率为许振荡频率为24MHz)节电工作方式(空节电工作方式(空闲、掉电)闲、掉电)Flash ROM89C5189C51bus3.89C51 CPU功能介绍由运算器和控制器构成由运算器和控制器构成由运算器和控制器构成由运算器和控制器构成n n运算器:进行算术运算、逻辑运算,由运算器:进行算术运算、逻辑运算,由ALU、A、B、PSW、暂存器组成。、暂存器组成。n n控制器:包括控制器:包括PC、IR、ID、振荡器和时、振荡器和时钟电路钟电路单片机的核心单片机的核心n nALU Ar
3、ithmetic Logic Unitn nA 最忙碌的寄存器n nB 多用于乘除运算n nPSW 用于指示指令执行后的状态信息,可供程序查询和判别用。n nPC Program Counter,下一条指令的地址。改变PC的内容可以改变程序运行方向。n nIR Instruction Registern nID Instruction Decodern n振荡器及时钟电路:提供片内时钟2.2 89C51单片机的引脚及功能单片机的引脚及功能MCS-51MCS-51MCS-51MCS-51单片机信号引脚简介单片机信号引脚简介单片机信号引脚简介单片机信号引脚简介 P3P3口线的第二功能口线的第二功能
4、口线的第二功能口线的第二功能VCCVSSXTAL2XTAL1RSTP0.0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7P1.0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0ALEP3.0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.72 2、振荡电路:、振荡电路:、振荡电路:、振荡电路:XTAL1XTAL1、XTAL2XTAL23 3、复位引脚:、复位引脚:、复位引脚:、复位引脚:RSTRST4 4、并行口:、并行口:、并行口:、并行口:P0P0、P1P1、
5、P2P2、P3P37 7、ALEALE:地址锁存控制信号:地址锁存控制信号:地址锁存控制信号:地址锁存控制信号1 1、电源线:、电源线:、电源线:、电源线:VCC(+5V)VCC(+5V)、VSS(VSS(地地地地)EAPSEN5 5、EAEA:访问程序存储控制信号:访问程序存储控制信号:访问程序存储控制信号:访问程序存储控制信号6 6、PSENPSEN:外部:外部:外部:外部ROMROM读选通信号读选通信号读选通信号读选通信号RXD/TXD/INT0/INT1/T0/T1/WR/RD/123456789101112131415161718192040393837363534333231302
6、9282726252424222180318051 875189C512.3 89C51单片机的存储器配置单片机的存储器配置1.存储器结构n n普林斯顿结构普林斯顿结构一般微机采用的结构一般微机采用的结构ROMROM、RAMRAM安排在同一个地址空间安排在同一个地址空间相同指令访问相同指令访问ROMROM、RAMRAMn n哈佛结构哈佛结构89C5189C51采用此结构采用此结构ROMROM和和RAMRAM占用不同的物理空间占用不同的物理空间采用不同指令访问采用不同指令访问2.89C51 存储空间n n物理结构物理结构ROMROM片内、片外片内、片外RAMRAM片内、片外片内、片外n n逻辑结
7、构逻辑结构(从用户使用的角度看)(从用户使用的角度看)ROMROM:MOVC 0000-MOVC 0000-FFFFFFFFH H片内片内RAM RAM:MOV MOV 0000-000000-00FFFFH H片外片外RAMRAM:MOVX 0000-MOVX 0000-FFFFFFFFH H12345678910111213142827262524232221 201918171615EPROM276412345678910111213142827262524232221 201918171615EPROM276412345678910111213141516171819204039383
8、73635343332313029282726252424222112345678910111213142827262524232221 201918171615RAM6264 12345678910111213142827262524232221 201918171615RAM6264 存存储储器器80318751805189C51片内片内片内片内RAMRAM片内片内片内片内ROMROM256B(字节)4K64K64K3.程序存储器与ROM密切相关的两个引脚n n 、通过16位PC寻址,最大可寻址64kB地址空间当当ROMROM容量不够时,尽量选择高容量存储器空间的单片机,如容量不够时,尽量
9、选择高容量存储器空间的单片机,如89C5289C52、89C5489C54、89C5889C58等,应避免外扩程序存储器,因为会增加等,应避免外扩程序存储器,因为会增加硬件负担。硬件负担。程序存储器程序存储器程序存储器程序存储器程序程序存储器存储器内部外部0000H0FFFH(4K)0000HFFFFH(64K)0000H0FFFH(4K)0000H0001H0002H(PC)0000H是程序执行的起始单元,在这三个单元存放一条无条件转移指令中断5中断4中断3中断2中断10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中断0定时器0中断外部中断1定时器1中断串行口中断8位位0F
10、FFH0FFEHEA=1 EA=0EA=1 EA=0程序程序存储器资源分布存储器资源分布中断入口地址4.数据存储器n n如何区分如何区分0000-00FFH0000-00FFH的地址空间是片内的地址空间是片内RAMRAM还还是片外是片外RAMRAM?n n片内片内RAMRAM:低低低低128B128B片内片内片内片内RAMRAM 0000-007FH 0000-007FH 高高高高128B128B片内片内片内片内RAMRAM 0080-00FFH 0080-00FFH片内、片外分开编址片内、片外分开编址SFR:特殊功能寄存器区:特殊功能寄存器区0000HFFFFH(64K)内部外部数据存储器数
11、据存储器数据存储器数据存储器数据数据存储器存储器00HFFH7FH80H(高128B)(低128B)RAM专用寄存器00H00H07H07H08H08H0FH0FH10H10H17H17H18H18H1FH1FH0区区R0R0R7R7R0R0R7R7R0R0R7R7R0R0R7R71区区2区区3区区工作寄存器区工作寄存器区可位寻址区可位寻址区20H2FH7F 7807 0030H7FH数据缓冲区数据缓冲区/堆栈区堆栈区内部内部RAMRAM存储器存储器 1 11 1第第第第 3 3 区区区区18H1FH18H1FH 0 10 1第第第第 1 1 区区区区08H0FH08H0FHRS1 RS0RS
12、1 RS0寄存器区寄存器区寄存器区寄存器区片内片内片内片内RAMRAM地址地址地址地址 0 00 0第第第第 0 0 区区区区00H07H00H07H 1 0 1 0第第第第 2 2 区区区区10H17H10H17H工作寄存器区工作寄存器区工作寄存器区工作寄存器区选择位选择位选择位选择位RS0RS0RS0RS0、RS1RS1RS1RS1PSW位地址 CY ACF0RS1RS0OVF1PMSBMost Significant Bit MSBMost Significant Bit (最高有效位)(最高有效位)LSB Least Significant Bit LSB Least Signific
13、ant Bit(最低有效位)(最低有效位)单元地址2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20H7F7F77776F6F67675F5F57574F4F47473F3F37372F2F27271F1F17170F0F0707 MSB 位地址 LSB7E7E76766E6E66665E5E56564E4E46463E3E36362E2E26261E1E16160E0E06067D7D75756D6D65655D5D55554D4D45453D3D35352D2D25251D1D15150D0D05057C7C74746C6C64645C5C545
14、44C4C44443C3C34342C2C24241C1C14140C0C04047B7B73736B6B63635B5B53534B4B43433B3B33332B2B23231B1B13130B0B03037A7A72726A6A62625A5A52524A4A42423A3A32322A2A22221A1A12120A0A020279797171696961615959515149494141393931312929212119191111090901017878707068686060585850504848404038383030282820201818101008080000RAM
15、RAM位寻址区位地址表位寻址区位地址表位寻址区位地址表位寻址区位地址表高高128128个单元个单元离散分布有离散分布有2121个个特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRSFR。1111个可以进行个可以进行位寻址。位寻址。特别提示:对特别提示:对SFRSFR只能使用直接只能使用直接寻址方式,书写时寻址方式,书写时可使用寄存器符号,可使用寄存器符号,也可用寄存器单元也可用寄存器单元地址。地址。5.特殊功能寄存器(特殊功能寄存器(SFR)n nACCACCn nB Bn nDPTRDPTR:Data Pointer Data Pointer,1616位,对位,对位,对位,对64kB64kB片外片外片外片
16、外RAM/ROMRAM/ROM和外围设备作间接寻址。和外围设备作间接寻址。和外围设备作间接寻址。和外围设备作间接寻址。例:例:例:例:MOV DPTR,#2000HMOV DPTR,#2000H MOVX A MOVX A,DPTR DPTR 则:则:则:则:DPH=20H,DPL=00H,DPTR=2000HDPH=20H,DPL=00H,DPTR=2000H 结果是:取出片外结果是:取出片外结果是:取出片外结果是:取出片外RAMRAM地址为地址为地址为地址为2000H2000H的数据,存放的数据,存放的数据,存放的数据,存放于于于于A A。特殊功能寄存器特殊功能寄存器n nPSW:Prog
17、ram Status WordProgram Status Word:进位:进位:进位:进位carrycarry、辅助进位、辅助进位、辅助进位、辅助进位auxiliaryauxiliary、用户标志、用户标志、用户标志、用户标志flag zeroflag zero、寄存器选择、寄存器选择、寄存器选择、寄存器选择register selectregister select、溢出、溢出、溢出、溢出overflowoverflow、奇偶、奇偶、奇偶、奇偶parityparity。CYCYACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOVP P例:例:MOV A,#0FH ADD A,#0F8H 000
18、0 1111+1111 1000 1 0000 0111 AC=1,CY=1,OV=CYAC=11=0,P=1,所以:所以:1 11 10 01 1特殊功能寄存器特殊功能寄存器n nSP SP:堆栈指针堆栈指针堆栈指针堆栈指针(Stack Pointer)(Stack Pointer),8 8位,专门存放堆栈位,专门存放堆栈位,专门存放堆栈位,专门存放堆栈的栈顶单元的地址。入栈时自动加的栈顶单元的地址。入栈时自动加的栈顶单元的地址。入栈时自动加的栈顶单元的地址。入栈时自动加1 1,出栈时自动减,出栈时自动减,出栈时自动减,出栈时自动减1 1。复位后,复位后,SP07H0708090A0B353
19、5PUSH ACC,SP08H0708090A0BC1C13535PUSH PSW,SP09H0708090A0B3535POP PSW,SP08H0708090A0B0708090A0BPOP ACC,SP07H2.4 时钟电路及时钟电路及CPU时序时序1.基本概念n n振荡器:振荡器:产生内部脉冲信号产生内部脉冲信号 若采用外部脉冲信号若采用外部脉冲信号n n时钟发生器:时钟发生器:根据脉冲信号产生时钟信号根据脉冲信号产生时钟信号n n振荡周期振荡周期P P:脉冲信号周期脉冲信号周期n n时钟周期(状态周期)时钟周期(状态周期)S S :(机器状态时间机器状态时间)S=P1+P2)S=P1
20、+P2n n机器周期:机器周期:指令执行的单位指令执行的单位=6S=12P=6S=12Pn n指令周期:指令周期:指令执行的时间指令执行的时间=N*6S=N*6S,N=1N=1、2 2、33对HMOS单片机:XTAL2输入,XTAL1接地对CHMOS单片机:XTAL1输入,XTAL2悬空2.CPU取指、执行周期时序ALE有效时,表示可以读取指令。一个机器周期内,ALE有效两次提问:若采用12MHz的晶振频率,计算机器周期?2.5 复位操作复位操作1.复位的主要功能n n复位引脚:RSTn n复位影响到的寄存器:除了P0P3=0FFH,SP=07H,SBUF=不定值之外,其他寄存器全部清零。n
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