第02章 MCS-51单片机的结构(天选打工人).ppt
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1、单片机最小系统单片机最小系统存储器存储器 中央处理单元(中央处理单元(CPU)MCS-51单片机的组成和总体结构单片机的组成和总体结构第二章第二章MCS-51单片机的结构单片机的结构并行并行I/O接口接口 单片机是将单片机是将CPU、RAM、ROM、定时计数器、定时计数器、中断、中断逻辑逻辑,以及输入输出(,以及输入输出(I/O)接口电路等集成在一小)接口电路等集成在一小块硅片上的单片微型计算机块硅片上的单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)。单片机单片机单片机单片机特点:特点:特点:特点:体积小、可靠性高、性价比高等体积小、可靠性高、性价比高等应用领域:应用领域:应
2、用领域:应用领域:工业检测与控制、计算机外设、智能仪工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通讯设备、家用电器、机电一体化产品等器仪表、通讯设备、家用电器、机电一体化产品等领域。领域。2.1MCS-51单片机的组成和总体结构单片机的组成和总体结构 CPU存储器存储器存储器存储器并并行行I/O口口串串行行I/O口口定时器定时器定时器定时器/计数器计数器计数器计数器中断中断中断中断逻辑逻辑逻辑逻辑发送数据发送数据接收数据接收数据外部计数脉冲外部计数脉冲外部中断源外部中断源外部中断源外部中断源输输入入输输出出设设备备MCS-51MCS-51系列单片机系列单片机系列片内存储器(字节)定时器定时器计数
3、器计数器并行并行I/OI/O串行串行I/OI/O中中断断源源片内片内ROMROM片内片内RAMRAM无有ROM有EPROMIntelMCS-51子系列803180C31805180C51(4K字节)875187C51(4K字节)128字节2x164x8位15IntelMCS-52子系列803280C32805280C52(8K字节)875287C52(8K字节)256字节3x164x8位16注意:今后将会经常提到注意:今后将会经常提到ATMELATMEL的的AT89C2051/51/52AT89C2051/51/52等等MCUMCU!ATEMLATEML89C89C系列系列(常用型常用型)10
4、51(1K)/2051(2K)/4051(4K)(20条引脚DIP封装)1281282 215151 15 589C51(4K)/89C52(8K)(40条引脚DIP封装)128128/25/256 62/32/332321 15/65/62.1.1 MCS-51单片机内部组成80518051单片机在一块芯片中集成了:单片机在一块芯片中集成了:一个面向控制的一个面向控制的8 8位位CPUCPU 256B256B片内片内RAM(RAM(低低128B128B作数据存储器,高作数据存储器,高128128位包含位包含2l2l个特殊功能寄存器个特殊功能寄存器SFR)SFR)4KB4KB片内程序存储器片内
5、程序存储器ROMROM。4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O接口接口 l l个全双工作串行个全双工作串行I/OI/O接口。接口。2 2个个16位定时器位定时器/计数器计数器T0/TlT0/Tl。为五个中断源配套的两级优先级嵌套的中断结构为五个中断源配套的两级优先级嵌套的中断结构 4040个引脚个引脚双排直插双排直插DIPDIP封装封装,分为分为4 4类:类:电源、电源、时钟、控制和时钟、控制和I/OI/O引脚。引脚。2.1.2MCS-51单片机引脚功能单片机引脚功能 电源电源:VCCVCC-芯片电源,接芯片电源,接+5V/3.3V/2.7V+5V/3.3V/2.7V;VSSVSS-接地端;
6、接地端;2.2.输入输入/输出引脚输出引脚(32(32条条)P.0-P0.7:P.0-P0.7:在不接片外存储器与不扩展在不接片外存储器与不扩展I/OI/O接口时,接口时,作准双向输入作准双向输入/输出接口。在接片外存储器或扩展输出接口。在接片外存储器或扩展I/OI/O接口时接口时,分时复用为低分时复用为低8 8位地址总线和双向数据总线。位地址总线和双向数据总线。P1.0-P1.7:P1.0-P1.7:作为准双向通用作为准双向通用I/OI/O接口使用。接口使用。P2.0-P2.7:P2.0-P2.7:作为准双向作为准双向I/OI/O接口;当接有片外存储器接口;当接有片外存储器或扩展或扩展I/O
7、I/O接口且寻址范围超过接口且寻址范围超过256256个字节时,个字节时,P2P2口用口用作高作高8 8位地址总线。位地址总线。P3.0-P3.7P3.0-P3.7:有两种功能。有两种功能。第一,做准双向通用第一,做准双向通用I/OI/O口使用;口使用;第二,用于串行口、中断源输入、计数器、第二,用于串行口、中断源输入、计数器、片外片外RAMRAM选通等功能。选通等功能。注意:注意:由于第二功能信号都是单片机的重要控由于第二功能信号都是单片机的重要控制信号,因此在实际使用时,总是先按需制信号,因此在实际使用时,总是先按需要优先选用它的第二功能,剩下不用的才要优先选用它的第二功能,剩下不用的才作
8、为通用作为通用I/OI/O接口线使用。接口线使用。RST/VPD:复位复位/备用电源。备用电源。RST(Reset)功能:)功能:复位信号输入端。复位信号输入端。当当该引脚上至少保持连续两个机器周期该引脚上至少保持连续两个机器周期(24个振个振荡器周期荡器周期)的高电平就可实现系统复位。复位期间的高电平就可实现系统复位。复位期间不产生不产生ALE及及PSEN信号。信号。VPD功能:功能:在在Vcc掉电掉电时时,接备用电源。,接备用电源。VPD:对对HMOS芯片为片内芯片为片内RAM掉电保护备用电掉电保护备用电源源,Vcc掉电期间掉电期间,该引脚如接备用电源,该引脚如接备用电源VPD(5V0.5
9、V)复位后单片机内寄存器的状态PCPC:0000H0000H TMOD TMOD:00H00HAccAcc:00H00H TCON TCON:00H00HB B:00H00H TH0 TH0:00H00HPSWPSW:00H00H TL0 TL0:00H00HSPSP:07H07H TH1 TH1:00H00HDPTRDPTR:0000H 0000H TL1 TL1:00H00HP0P0P3P3:FFHFFH SCON SCON:00H00HIPIP:00000B00000B SBUF SBUF:不定不定IEIE:0 000000B PCON00000B PCON:0 00000B0000B图
10、图2-4(a)加电自动复位电路加电自动复位电路 图图2-4(b)按键手动复位电路按键手动复位电路 EA/Vpp EA/Vpp:内外内外ROMROM选择选择/片内片内EPROMEPROM编程电源。编程电源。EA EA功能:内外功能:内外ROMROM选择端。选择端。80C51 80C51单片机单片机ROMROM寻址范围为寻址范围为64KB64KB,其中,其中4KB4KB在片在片内,内,60KB60KB在片外在片外(80C31(80C31芯片无内芯片无内ROMROM,全部在片外,全部在片外)。当当EAEA保持高电平时保持高电平时,先访问内,先访问内ROMROM;当当PC(PC(程序程序计数器计数器)
11、值超过值超过4KB(0FFFH)4KB(0FFFH)时,自动转向执行外时,自动转向执行外ROMROM中中的程序。的程序。当当EAEA保持低电平时保持低电平时,则只访问外,则只访问外ROMROM,不管芯片,不管芯片内有否内内有否内ROMROM。对。对80C3180C31芯片,芯片,片内无片内无ROMROM,EAEA接地。接地。Vpp Vpp功能:功能:片内有片内有EPROMEPROM的芯片,在的芯片,在EPROMEPROM编程编程期间,施加编程电源期间,施加编程电源VppVpp。外部方式外部方式时钟时钟电路电路如如图图 2-5(b)所示,所示,主要用于多主要用于多单单片机系片机系统统。引入唯一的
12、公用外部脉冲信号作。引入唯一的公用外部脉冲信号作为为各各单单片机的振片机的振荡荡脉冲。脉冲。这时这时外部的脉冲信号是外部的脉冲信号是经经XTAL2引脚注入引脚注入,而将,而将XTAL1接地接地。图图 2-5(a)内部方式内部方式时钟电时钟电路路 图图 2-5(b)外部方式外部方式时钟电时钟电路路2.2中央处理中央处理单元单元 l中中央央处处理理器器CPUCPU包包括括运运算算器器和和控控制制器器,运运算算器器实实现现算算术术运运算算和和逻逻辑辑运运算算。可可以以对对半半字字节节(4位位)、单单字字节节(8位位)等等数数据据进进行行操操作作。控控制制器器实实现现内内部部时时钟钟和和时时序序管管理
13、理、指指令令提提取取与与译译码码等功能,由等功能,由6个特殊功能寄存器组成。个特殊功能寄存器组成。特殊功能寄存器特殊功能寄存器1).累加器累加器A:累加器(累加器(Accumulator)是使用最频繁的)是使用最频繁的寄存器,它既可用于存放操作数,也可用来存放运算的中间寄存器,它既可用于存放操作数,也可用来存放运算的中间结果,结果,8位。位。指令系统中字节操作指令一般用指令系统中字节操作指令一般用A作为累加器的助记符,作为累加器的助记符,当进行位操作时,一般用当进行位操作时,一般用ACC表示。表示。2).通用寄存器通用寄存器B:8位位,主要用于乘除运算。乘法运算,主要用于乘除运算。乘法运算时时
14、,B是乘数。乘法操作后是乘数。乘法操作后,乘,乘积积的高的高8位存于位存于B中。除法运算时中。除法运算时,B是除数是除数;除法操作后除法操作后,余数存于,余数存于B中。不作乘除用时中。不作乘除用时,可作为可作为一般数据寄存器使用一般数据寄存器使用,8 8位。位。3).PSW:8位寄存器位寄存器,用于反映程序,用于反映程序执执行的状行的状态态信息。信息。在状在状态态字中,有些位状字中,有些位状态态是根据指令是根据指令执执行行结结果,由硬件自果,由硬件自动动完完成成设设置的,而有些状置的,而有些状态态位位则则必必须须通通过软过软件方法件方法设设定。定。表表2-3 PSW的各位定义的各位定义位位 序
15、序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位位标标志志CYACF0RS1RS0OV/P CYCY:进位标志。用于表示用于表示Acc.7有否向更高位进位。有否向更高位进位。加减运算时,保存最高位进位、借位状态。AC:半进位标志。用于表示用于表示Acc.3有否向有否向Acc.4进位。进位。例:78H+97H 0111 1000 +1001 0111 1 0000 1111 D7H D6H D5H D4HD3HD2HD1H D0H CY AC F0 RS1 RS0 OV PPSW位地址有进位CY=1没有半进位AY=0 RS1RS1、RS0RS0:工作寄存器组选
16、择位。:工作寄存器组选择位。P P:奇偶校验位,它用来表示累加器奇偶校验位,它用来表示累加器A A内容中二进制数内容中二进制数位位“1 1”的个数的奇偶性。若为奇数,则的个数的奇偶性。若为奇数,则P=1P=1,否则为,否则为0 0。例:某运算结果是例:某运算结果是78H78H(0111100001111000),),P=0P=0。D7H D6H D5H D4HD3HD2HD1H D0H CY AC F0 RS1 RS0 OV PPSW位地址位地址RS1 RS0 寄存器寄存器组组 片内片内RAM地址地址0 0第第0组组00H07H0 1第第1组组08H0FH1 0第第2组组10H17H1 1第第
17、3组组18H1FHF0F0:用户标志位。作为软件标志,由编程人员决:用户标志位。作为软件标志,由编程人员决定何时使用。定何时使用。F0 F0、F1 F1 用户标志用户标志OVOV:溢出标志位。:溢出标志位。有符号数运算时,如果发生溢出,有符号数运算时,如果发生溢出,OVOV置置“1”1”,否则清,否则清“0”0”。D7H D6H D5H D4HD3HD2HD1H D0H CY AC F0 RS1 RS0 OV PPSW位地址4)4)程序计数器程序计数器PCPC 16 16位的地址寄存器,用于存放将要从位的地址寄存器,用于存放将要从ROMROM中读出的下中读出的下一字节指令码的地址,可寻址一字节
18、指令码的地址,可寻址64KB64KB的程序存储器空间。的程序存储器空间。自动加自动加1 1。CPUCPU从从ROMROM中每读一个字节,自动执行中每读一个字节,自动执行 PC+1PCPC+1PC5)数据指针寄存器)数据指针寄存器DPTR 宽度:宽度:1616位位 功能:功能:通常在访问外部数据存储器时作地址指针通常在访问外部数据存储器时作地址指针使用使用 使用:使用:既可作一个既可作一个1616位寄存器用,也可作两个位寄存器用,也可作两个8 8位位寄存器来用,即:寄存器来用,即:DPHDPH:DPTR DPTR高位字节,地址为高位字节,地址为83H83H DPLDPL:DPTR DPTR低位字
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