基本硬件结构精选PPT.ppt
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1、合肥工业大学单片机原理及应用第一章 MCS51基本硬件结构单片机原理及应用MCS51/96MCS51/96MCS51/96关于基本硬件结构1第1页,讲稿共79张,创作于星期日合肥工业大学单片机原理及应用第一章 MCS51基本硬件结构单片机原理及应用MCS51/96MCS51/96MCS51/9621.1 1.1 单片微型计算机概念单片微型计算机概念1.1.1 1.1.1 单总线微型计算机系统基本构成单总线微型计算机系统基本构成CPU内存I/O接口ABDBCB外设主机主机第2页,讲稿共79张,创作于星期日合肥工业大学单片机原理及应用第一章 MCS51基本硬件结构单片机原理及应用MCS51/96M
2、CS51/96MCS51/9631.1.2 1.1.2 单片微型计算机单片微型计算机-单片机单片机-单片微控制器单片微控制器*并不是所有单片机都对外提供总线结构并不是所有单片机都对外提供总线结构 软硬件设计方法差别软硬件设计方法差别CPU内存I/O接口ABDBCB单片机单片机将微型计算机主将微型计算机主机集成在单一机集成在单一ICIC芯片上芯片上,因此一个因此一个单片机至少包含单片机至少包含有:有:CPU+CPU+存储器存储器(不限大小)(不限大小)+接接口(不限多少)口(不限多少)+内部总线内部总线第3页,讲稿共79张,创作于星期日合肥工业大学单片机原理及应用第一章 MCS51基本硬件结构单
3、片机原理及应用MCS51/96MCS51/96MCS51/9641.1.3 1.1.3 单片微型计算机应用特点单片微型计算机应用特点v单片机体积小、功能强、功耗低、可靠性高和性价比高的单片机体积小、功能强、功耗低、可靠性高和性价比高的特点,在过程控制、机电一体化产品、智能仪器、家用电特点,在过程控制、机电一体化产品、智能仪器、家用电器、计算机网络及通讯等方面得到广泛应用。器、计算机网络及通讯等方面得到广泛应用。v单片机经历了一位、单片机经历了一位、4位、位、8位、位、16位及位及32位的发展阶位的发展阶段,世界上一些著名的半导体器件厂家都开发了单片机如段,世界上一些著名的半导体器件厂家都开发了
4、单片机如Intel、TI、Motorola、Zilog、Philips等。等。v单片机的品种日益增加,在众多的通用型单片机里,以单片机的品种日益增加,在众多的通用型单片机里,以Intel公司的公司的MCS系列单片机最为著名。系列单片机最为著名。第4页,讲稿共79张,创作于星期日合肥工业大学单片机原理及应用第一章 MCS51基本硬件结构单片机原理及应用MCS51/96MCS51/96MCS51/9651.2 MCS511.2 MCS51单片机构成单片机构成图图1.2.1 80C51单片机构成单片机构成外中断外中断INT0INT18051CPU4KB程序存储器128B数据存储器ALE、PSEN、E
5、A可编程16位加法T/C64KB总线扩展总线扩展控制电路控制电路可编程I/O接口可编程UARTRXDTXDP0P1P2P3T0T1振荡器XTAL1XTAL2RSTVCCVSS内中断内中断1.2.1 1.2.1 MCS51MCS51的总体构成的总体构成 第5页,讲稿共79张,创作于星期日合肥工业大学单片机原理及应用第一章 MCS51基本硬件结构单片机原理及应用MCS51/96MCS51/96MCS51/9661.2.21.2.2 MCS51MCS51单片机内部结构单片机内部结构通道通道0驱动器驱动器通道通道2驱动器驱动器RAM地址地址锁存器锁存器RAM通通道道0锁锁存器存器通通 道道 2锁锁存器
6、存器ROM/EPROMB寄存器寄存器程序地址寄存器程序地址寄存器缓冲器缓冲器PC递增器递增器程序计数器程序计数器PC驱动器驱动器DPTR指针指针VCCGNDP1.0P1.7堆栈指针堆栈指针SPACCTMP2PSW通道通道3锁存器锁存器通道通道1锁存器锁存器通道通道1驱动器驱动器通道通道3驱动器驱动器TMP1SCON TMODPCONTCONTL0TH1TH0TL1IESBUF(TX/RX)IP中断、串行口和定时器逻辑中断、串行口和定时器逻辑振荡器振荡器P3.0P3.7P0.0P0.7RSTEAALEPSENXTAL2XTAL1ALU(+5V)指指令令寄寄存存器器定时定时和和控制控制逻辑逻辑指指
7、令令译译码码器器图图1.2.2 MCS-51片内总体结构框图片内总体结构框图P2.0P2.7第6页,讲稿共79张,创作于星期日合肥工业大学单片机原理及应用第一章 MCS51基本硬件结构单片机原理及应用MCS51/96MCS51/96MCS51/9671.2.3 MCS511.2.3 MCS51单片机主要性能特点单片机主要性能特点1.高档高档8位位CPU,包含支持二个外部、三个内部中断源,两个优先级,包含支持二个外部、三个内部中断源,两个优先级的可编程中断控制器的可编程中断控制器2.内部程序存储器、数据存储器(内部程序存储器、数据存储器(51、52子系列)子系列)3.支持多达支持多达32根的双向
8、根的双向I/O口线口线4.硬件程序、数据存储器寻址空间分离,各达到硬件程序、数据存储器寻址空间分离,各达到64KB5.2个个16位加法位加法T/C,支持,支持4种工作模式种工作模式6.全双工通用异步串行接收发送器(全双工通用异步串行接收发送器(UART),支持四种工作模式),支持四种工作模式7.四个通用工作寄存器(四个通用工作寄存器(R)区,共)区,共32个通用寄存器;支持专用寄存个通用寄存器;支持专用寄存器区器区8.布尔处理机,支持灵活方便的位运算布尔处理机,支持灵活方便的位运算9.MCS51兼容指令系统,支持兼容指令系统,支持5种寻址方式种寻址方式10.支持深度可达支持深度可达RAM容量的
9、程序堆栈区容量的程序堆栈区第7页,讲稿共79张,创作于星期日合肥工业大学单片机原理及应用第一章 MCS51基本硬件结构单片机原理及应用MCS51/96MCS51/96MCS51/9681.2.4 MCS511.2.4 MCS51单片机存储器容量单片机存储器容量 存储器类型存储器类型单片机系列单片机系列掩膜掩膜ROMROMEPROMEPROMRAMRAMMCS-MCS-51515151子子系系列列80318031/128B128B805180514KB4KB/128B128B87518751/4KB4KB128B128B5252子子系系列列80328032/256B256B805280528KB
10、8KB/256B256B87528752/8KB8KB256B256B表表1.2.1 MCS-511.2.1 MCS-51单片机存储器容量单片机存储器容量第8页,讲稿共79张,创作于星期日合肥工业大学单片机原理及应用第一章 MCS51基本硬件结构单片机原理及应用MCS51/96MCS51/96MCS51/9691.3 MCS511.3 MCS51的封装及引脚定义的封装及引脚定义1.3.1 MCS511.3.1 MCS51的逻辑符号的逻辑符号地地址址锁锁存存器器CBI/OA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0DBABP1.0P
11、1.7RESETP3.0P3.7VSSVCCP0.0P0.7EAALEPSENP2.7P2.0.表表1.3.1 MCS-51单片机逻辑图单片机逻辑图第9页,讲稿共79张,创作于星期日合肥工业大学单片机原理及应用第一章 MCS51基本硬件结构单片机原理及应用MCS51/96MCS51/96MCS51/96101.3.2 MCS511.3.2 MCS51的实际封装图之一、二的实际封装图之一、二图图1.3.2 MCS-51单片机典型封装形式单片机典型封装形式第10页,讲稿共79张,创作于星期日合肥工业大学单片机原理及应用第一章 MCS51基本硬件结构单片机原理及应用MCS51/96MCS51/96M
12、CS51/96111.3.3 MCS511.3.3 MCS51的实际封装图之三的实际封装图之三图图1.3.3 MCS-51单片机的单片机的QFP封装形式封装形式第11页,讲稿共79张,创作于星期日合肥工业大学单片机原理及应用第一章 MCS51基本硬件结构单片机原理及应用MCS51/96MCS51/96MCS51/96121.4 MCS51/521.4 MCS51/52的存储器配置的存储器配置特殊功能特殊功能寄存器寄存器通用通用RAMRAM区区位寻址区位寻址区00H 00H 1FH1FH20H20H2FH2FH30H30H7FH7FH80H80HFFHFFH80H80H88H88H90H90H9
13、8H98HA0HA0HA8HA8HB0HB0HB8HB8HD0HD0HE0HE0HF0HF0H特特殊殊功功能能寄寄存存器器中中位位寻寻址址外部外部ROMROM内部内部ROMROM(EA=1(EA=1)外部外部ROMROM(EA=0(EA=0)0000H0000H0000H0000H0FFFH0FFFH或或1FFFH1FFFH0FFFH0FFFH或或1FFFH1FFFH1000H1000H或或2000H2000HFFFFHFFFFH外外 部部RAMRAM(I/O(I/O口口地址地址)0000H0000HFFFFHFFFFH内部数据存储内部数据存储器器(a a)外部数据存储外部数据存储器器(b b
14、)程序存储器程序存储器(c c)工作寄工作寄存器区存器区图图1.4.1 MCS-511.4.1 MCS-51单片机存储器配置示意单片机存储器配置示意5 52 2子子系系列列:通通用用R RA AM M区区高高1 12 28 8B By yt te es s第12页,讲稿共79张,创作于星期日合肥工业大学单片机原理及应用第一章 MCS51基本硬件结构单片机原理及应用MCS51/96MCS51/96MCS51/96131.4.1 1.4.1 存储器总体配置说明存储器总体配置说明vMCS51MCS51存储器配置采用存储器配置采用“哈佛哈佛”结构,结构,64K64K程序存储器和程序存储器和64K64K
15、数据存数据存储器空间独立编址。储器空间独立编址。v物理上:物理上:片内片内ROMROM(80318031无)、无)、RAMRAM,片外扩展,片外扩展ROMROM、RAMRAM;v逻辑上:逻辑上:64K64K内外内外ROMROM空间统一,采用立即寻址、基址空间统一,采用立即寻址、基址+变址寻址访变址寻址访问;内外问;内外RAMRAM空间重叠,外部空间重叠,外部RAMRAM的访问只能采用的访问只能采用MOVXMOVX指令在累加指令在累加器器A A和和Ri(i=0,1)Ri(i=0,1)或或DPTRDPTR之间进行;对之间进行;对5252子系列,内部子系列,内部RAMRAM的高的高128B128B和
16、和SFRSFR区空间重叠,因此,对高区空间重叠,因此,对高128B128B的通用的通用RAMRAM,采用直接寻,采用直接寻址方式访问,而对址方式访问,而对SFRSFR的访问只能采用寄存器间址寻址方式的访问只能采用寄存器间址寻址方式(R0R7R0R7)。)。v外部扩展外部扩展I/OI/O口或外部功能部件接口寄存器,同外部口或外部功能部件接口寄存器,同外部RAMRAM统一编址,即:统一编址,即:必须采用必须采用MOVXMOVX指令进行访问指令进行访问.第13页,讲稿共79张,创作于星期日合肥工业大学单片机原理及应用第一章 MCS51基本硬件结构单片机原理及应用MCS51/96MCS51/96MCS
17、51/96141.4.2 1.4.2 程序存储器(程序存储器(ROMROM、EPROMEPROM、EEPROMEEPROM)v64K程序存储器内外统一编址(程序存储器内外统一编址(EA=0时忽略内部时忽略内部ROM)。)。v支持寻址方式:支持寻址方式:立即寻址,立即寻址,基址基址+变址寻址变址寻址;v特殊单元特殊单元:0000H:PC复位值,通常设置跳转指令;复位值,通常设置跳转指令;0003H:INT0触发中断服务程序入口触发中断服务程序入口000BH:T0溢出中断服务程序入口溢出中断服务程序入口0013H:INT1触发中断服务程序入口触发中断服务程序入口001BH:T1溢出中断服务程序入口
18、溢出中断服务程序入口0023H:UART中断服务程序入口中断服务程序入口002BH:T2中断服务程序入口(中断服务程序入口(52子系列支持子系列支持)第14页,讲稿共79张,创作于星期日合肥工业大学单片机原理及应用第一章 MCS51基本硬件结构单片机原理及应用MCS51/96MCS51/96MCS51/96151.4.3 1.4.3 数据存储器(数据存储器(RAMRAM、EEPROMEEPROM、扩展、扩展I/OI/O口)口)v数据传送:内部数据传送:内部RAM用用MOV指令,外部指令,外部RAM(或(或I/O口寄存器)口寄存器)用用MOVX。v内部内部RAM:00H-7FH:低低128Byt
19、eRAM区;区;80H-FFH:(1)分布)分布26个个SFR(其中地址能整除(其中地址能整除8的的SFR可以位寻址;使可以位寻址;使用寄存器间址方式访问用寄存器间址方式访问51、52子系列均有);子系列均有);(2)高高128ByteRAM区(区(52子系列,使用直接寻子系列,使用直接寻址方式访址方式访问);问);v外部外部RAM(或(或I/O口):口):采用采用MOVX指令,硬件自动访问最大指令,硬件自动访问最大64KBytes,采用,采用R0或或R1间址(最低间址(最低256字节),或字节),或DPTR间址(整间址(整个个64K范围)。范围)。第15页,讲稿共79张,创作于星期日合肥工业
20、大学单片机原理及应用第一章 MCS51基本硬件结构单片机原理及应用MCS51/96MCS51/96MCS51/96161.4.3 1.4.3 数据存储器(低数据存储器(低128Byte RAM128Byte RAM)v低低128ByteRAM区:区:使用寄存器间址或直接寻址使用寄存器间址或直接寻址001FH:4个通用工作寄存器区,每区个通用工作寄存器区,每区8个(个(R0R7),当前),当前区的选择由区的选择由PSW(程序状态字)的(程序状态字)的RS1、RS0组合决定;可使用寄存组合决定;可使用寄存器寻址方式访问;器寻址方式访问;00H7FH:可全部用作程序堆栈区(硬件复位后堆栈指针为可全部
21、用作程序堆栈区(硬件复位后堆栈指针为07H,即,即在工作在工作R区,通常设在区,通常设在30H以上,避开以上,避开R区和位寻址区)区和位寻址区)20H2FH:位寻址区(共位寻址区(共16x8=128位),位),+12个可位寻址(地个可位寻址(地址可整除以址可整除以8)的)的SFR(共(共12x8-352子系列:子系列:IP中中2位、位、IE中中1位除位除外外=93位)位)=221位地址;对位地址;对51子系列有子系列有213个位地址;位地址的访问个位地址;位地址的访问只能采用直接寻址,且用在位操作指令中(从而区别高只能采用直接寻址,且用在位操作指令中(从而区别高128B的的RAM直接寻址)。直
22、接寻址)。第16页,讲稿共79张,创作于星期日合肥工业大学单片机原理及应用第一章 MCS51基本硬件结构单片机原理及应用MCS51/96MCS51/96MCS51/96171.4.3 1.4.3 数据存储器(低数据存储器(低128Byte RAM128Byte RAM中的位地址)中的位地址)表表1.4.1 内部数据存储器中的位地址内部数据存储器中的位地址第17页,讲稿共79张,创作于星期日合肥工业大学单片机原理及应用第一章 MCS51基本硬件结构单片机原理及应用MCS51/96MCS51/96MCS51/96181.4.4 SFR1.4.4 SFR(专用功能寄存器)(专用功能寄存器)表表1.4
23、.2 SFR及及位位地地址址定定义义第18页,讲稿共79张,创作于星期日合肥工业大学单片机原理及应用第一章 MCS51基本硬件结构单片机原理及应用MCS51/96MCS51/96MCS51/96191.4.4 SFR1.4.4 SFR(名称及定义)(名称及定义)vMCS51共共18个,占个,占21Bytes。PC(程序计数器)在物理上是独立的,(程序计数器)在物理上是独立的,不属于内部不属于内部RAM的的SFR块;块;vSFR含义简介:含义简介:(1)ACC*:累加器,通常用助记符:累加器,通常用助记符:累加器,通常用助记符:累加器,通常用助记符:A A;(2)B*:在乘、除法指令中为有专门用
24、途,一般场合用作普在乘、除法指令中为有专门用途,一般场合用作普在乘、除法指令中为有专门用途,一般场合用作普在乘、除法指令中为有专门用途,一般场合用作普通通通通RAMRAM单元;单元;单元;单元;(3)PSW*:程序状态字,程序状态字寄存器。定义格式如(如表程序状态字,程序状态字寄存器。定义格式如(如表程序状态字,程序状态字寄存器。定义格式如(如表程序状态字,程序状态字寄存器。定义格式如(如表1-41-4所示)所示)所示)所示)。其中,。其中,。其中,。其中,CYCY:进借位标志;:进借位标志;:进借位标志;:进借位标志;ACAC:辅助进借位标志;:辅助进借位标志;:辅助进借位标志;:辅助进借位
25、标志;F F0 0:用户标志;:用户标志;:用户标志;:用户标志;RSRS1 1、RSRS0 0:工作寄存器组选择(如表:工作寄存器组选择(如表:工作寄存器组选择(如表:工作寄存器组选择(如表1-51-5所示)。所示)。所示)。所示)。OVOV为溢出标志为溢出标志为溢出标志为溢出标志用于带符号数计算;用于带符号数计算;用于带符号数计算;用于带符号数计算;P P为奇偶校验标志,指示为奇偶校验标志,指示为奇偶校验标志,指示为奇偶校验标志,指示ACCACC中中中中1 1的个数的奇偶性。的个数的奇偶性。的个数的奇偶性。的个数的奇偶性。(4)SP:堆栈指针,指示栈顶位置(复位初始化为堆栈指针,指示栈顶位
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