mcs51系列單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理備課講稿.ppt

MCS 51系列單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理 概述 MCS 51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) MCS 51單片機(jī)外部引腳及功能 I O接口電路 MCS 51的指令系統(tǒng) MCS 51的擴(kuò)展應(yīng)用 概述 單片機(jī) 把中央處理器CPU 存儲(chǔ)器 輸入輸出 I O 接口電路以及定時(shí)器 計(jì)數(shù)器等部件制作在一塊集成電路芯片中 構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī) 單片微型計(jì)算機(jī) 總線(xiàn) 各個(gè)器件共同享用連線(xiàn) 器件的數(shù)據(jù)線(xiàn)稱(chēng)為數(shù)據(jù)總線(xiàn) 器件所有的控制線(xiàn)被稱(chēng)為控制總線(xiàn) 用于抵制分配的線(xiàn)稱(chēng)為地址總線(xiàn) 數(shù)據(jù) 地址 指令 三者的本質(zhì)都是數(shù)字 0和1組成的序列 指令即由單片機(jī)芯片的設(shè)計(jì)者規(guī)定的一種數(shù)字 地址即是尋找單片機(jī)內(nèi)部 外部的存儲(chǔ)單元 輸入輸出口的依據(jù) 數(shù)據(jù)即由微處理機(jī)處理的對(duì)象 堆棧 用來(lái)存放數(shù)據(jù)的一個(gè)區(qū)域 是內(nèi)部RAM的一部分 先進(jìn)后出 后進(jìn)先出 有其特殊的數(shù)據(jù)傳輸指令 即PUSH和POP 有一個(gè)特殊的服務(wù)單元 堆棧指針SP 每執(zhí)行一次PUSH SP 1 每執(zhí)行一次POP SP 1 MCS 51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)一 MCS 51內(nèi)部資源及特點(diǎn)1 內(nèi)部資源MCS 51系列單片機(jī)包括8031 8051 8751等很多型號(hào) 其代表型號(hào)是以8051 以此為例介紹單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8051內(nèi)包括 適于控制應(yīng)用的8位CPU 4KB程序存儲(chǔ)器 ROM 128B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 32根雙向并可以按位尋址的I O線(xiàn)1個(gè)全雙工串行口I O線(xiàn) 2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器器 5各中斷源2個(gè)優(yōu)先級(jí)的嵌套結(jié)構(gòu) 片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器 二 MCS 51單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2 1所示 包括 CPU 存儲(chǔ)器 ROM RAM I O接口等計(jì)算機(jī)的基本組成 MCS 51外部引腳及功能 I O接口電路一 外部引腳返回MCS 51共40個(gè)引腳 大致可分為四類(lèi) 其管腳分布如下圖所示 1 電源引腳VCC和VSSVCC 40腳 電源端 5VVSS 20腳 接地端 GND 2 時(shí)鐘電路引腳XTAL1 19腳 外接晶振輸入引腳 XTAL2 18腳 外接晶振輸出引腳 3 控制線(xiàn)引腳共4根 其中3根為雙功能 RST VPD 9腳 復(fù)位 備用電源 RST 通過(guò)外接復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位或按鍵復(fù)位 VPD 可外接備用電源 在VCC掉電時(shí)向RAM供電 二 專(zhuān)用寄存器組1 程序計(jì)數(shù)器PC16位計(jì)數(shù)器 指向程序存儲(chǔ)器中被執(zhí)行的指令所在的地址 本身沒(méi)有地址 在物理上獨(dú)立 尋址范圍0000 FFFFH的64KB空間 2 數(shù)據(jù)指針DPTR16位地址指針 可尋址范圍0000 FFFFH的64KB空間 可指向程序 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 3 堆棧指針SP8位地址寄存器 SP用來(lái)管理堆棧 它指向內(nèi)部RAM的一個(gè)存儲(chǔ)單元 且總是指向棧頂單元 MCS 51的堆棧是內(nèi)部RAM中的一個(gè)部分 符合 先進(jìn)后出 后進(jìn)先出 原則 4 累加器ACCACC是一個(gè)具有特殊用途的8位寄存器 主要用于存放操作數(shù)或運(yùn)算結(jié)果 8051指令系統(tǒng)中多數(shù)指令的執(zhí)行都要通過(guò)累加器ACC進(jìn)行 因此 在CPU中 累加器的使用頻率是很高的 也可簡(jiǎn)寫(xiě)累加器A 5 寄存器BB也是一個(gè)8位的寄存器 通常用來(lái)和累加器配合 進(jìn)行乘 除法的運(yùn)算 對(duì)于其它指令 B可作為一個(gè)工作寄存器使 6 程序狀態(tài)字PSWPSW是一個(gè)可編程的8位寄存器 用來(lái)寄存當(dāng)前指令執(zhí)行結(jié)果的有關(guān)狀態(tài) 8051有些指令的執(zhí)行會(huì)自動(dòng)影響PSW的有關(guān)位的狀態(tài) 在編程時(shí)要加以注意 同時(shí) PSW中各位的狀態(tài)也可通過(guò)指令設(shè)置 PSW各標(biāo)志位的定義如下 CY PSW 7 進(jìn)位標(biāo)志位 累加器A的最高位有進(jìn)行位 加法 或借位 減法 時(shí) CY 1 否則CY 0 在布爾操作時(shí) 它是各種位操作的 累加器 CY亦可簡(jiǎn)記為C AC PSW 6 輔助進(jìn)位標(biāo)志位 當(dāng)累加器A的D3位向D4位進(jìn)位或借位標(biāo)志時(shí) AC 1 否則為0 有時(shí)AC也被稱(chēng)為半進(jìn)位標(biāo)志 F0 PSW 5 用戶(hù)通用標(biāo)志位 可以根據(jù)需要用程序?qū)⑵渲梦换蚯辶?從而可通過(guò)測(cè)試FO的狀態(tài)來(lái)控制程序的轉(zhuǎn)向 RS1 PSW 4 寄存器區(qū)選擇位1 RS0 PSW 3 寄存器區(qū)選擇位0 RS1 RS0可由指令置位或清零 用來(lái)選擇8051的工作寄存器區(qū) 其選擇方法見(jiàn)表2 1 OV PSW 2 溢出標(biāo)志位 當(dāng)帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算 加法或減法 結(jié)果超出范圍 127 127 時(shí) 有溢出 OV 1 否則OV 0 PSW 1 用戶(hù)定義標(biāo)志位 P PSW 0 奇偶校驗(yàn)位 在每個(gè)指令周期由硬件按累加器A中 1 的個(gè)數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)而為 1 或 0 因此 P可用指示操作結(jié)果 累加器A中 的1的個(gè)數(shù)的奇偶性 四 MCS 51存儲(chǔ)器可分為五類(lèi) 程序存儲(chǔ)器 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 特殊功能存儲(chǔ)器 位尋址區(qū) 外部擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和擴(kuò)展I O口 指令的描述中經(jīng)常用到一些特殊符號(hào) MCS 51的指令系統(tǒng) 1 寄存器尋址 寄存器尋址是指令中指定寄存器的內(nèi)容作為操作數(shù)的尋址方式 2 直接尋址 直接尋址是指令直接給出操作數(shù)所在單元的地址的尋址方式 指令中操作數(shù)部分給出直接地址 用direct表示 3 寄存器間接尋址 指令操作數(shù)的地址事先存放在某個(gè)寄存器中 由該寄存器的內(nèi)容指定操作數(shù)地址的尋址方式 稱(chēng)為寄存器間接尋址 為間接尋址指示符 4 立即數(shù)尋址 立即數(shù)尋址是由指令直接給出操作數(shù)的尋址方式 為立即數(shù)的標(biāo)識(shí)符 每一種尋址方式可涉及的存儲(chǔ)器空間 1 MOVA 65H 2 MOV R1 65H 3 MOV30H R2 4 MOV60H R1 寄存器尋址立即數(shù)尋址 寄存器間接尋址直接尋址 直接尋址寄存器尋址 直接尋址寄存器間接尋址 Example判斷下列指令各操作數(shù)的尋址方式 表2 2特殊功能寄存器SFR的名稱(chēng)及地址 一 一 單片機(jī)擴(kuò)展的基本概念1 單片機(jī)最小系統(tǒng) 使單片機(jī)運(yùn)行的最少器件構(gòu)成的系統(tǒng) 就是最小系統(tǒng) 無(wú)ROM芯片 8031必須擴(kuò)展ROM 復(fù)位 晶振電路有ROM芯片 89C51等 不必?cái)U(kuò)展ROM 只要有復(fù)位 晶振電路2 擴(kuò)展使用的三總線(xiàn) 地址總線(xiàn) 由外部程序存儲(chǔ)器取指 P0 低8位 P2 高8位數(shù)據(jù)總線(xiàn) 指令輸入 P0控制總線(xiàn) RD WR ALE PSEN 讀 寫(xiě) 地址鎖存允許 外程序存儲(chǔ)器讀選通 MCS 51的擴(kuò)展應(yīng)用 圖2 58051特殊功能寄存器地址分布圖 二 存儲(chǔ)器的擴(kuò)展1 隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器RAM的擴(kuò)展 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一般采用RAM芯片 這種存儲(chǔ)器在電源關(guān)斷后 存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)將全部丟失 有兩大類(lèi) 動(dòng)態(tài)RAM DRAM 一般容量較大 易受干擾 使用略復(fù)雜 例2116 2186靜態(tài)RAM SRAM 在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常使用SRAM 例 6264 6116 存儲(chǔ)器與微型機(jī)三總線(xiàn)的連接 1 數(shù)據(jù)線(xiàn)D0 n連接數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB0 n2 地址線(xiàn)A0 N連接地址總線(xiàn)低位AB0 N 3 片選線(xiàn)CS連接地址總線(xiàn)高位ABN x 4 讀寫(xiě)線(xiàn)OE WE R W 連接讀寫(xiě)控制線(xiàn)RD WR 2 只讀存儲(chǔ)器ROM的擴(kuò)展工作時(shí) ROM中的信息只能讀出 要用特殊方式寫(xiě)入 固化信息 失電后可保持信息不丟失 掩膜ROM 不可改寫(xiě)ROM由生產(chǎn)芯片的廠(chǎng)家固化信息 在最后一道工序用掩膜工藝寫(xiě)入信息 用戶(hù)只可讀 PROM 可編程ROM用戶(hù)可進(jìn)行一次編程 存儲(chǔ)單元電路由熔絲相連 當(dāng)加入寫(xiě)脈沖 某些存儲(chǔ)單元熔絲熔斷 信息永久寫(xiě)入 不可再次改寫(xiě) EPROM 可光擦除PROM用戶(hù)可以多次編程 編程加寫(xiě)脈沖后 某些存儲(chǔ)單元的PN結(jié)表面形成浮動(dòng)?xùn)?阻擋通路 實(shí)現(xiàn)信息寫(xiě)入 用紫外線(xiàn)照射可驅(qū)散浮動(dòng)?xùn)?原有信息全部擦除 便可再次改寫(xiě) EEPROM 可電擦除PROM既可全片擦除也可字節(jié)擦除 可在線(xiàn)擦除信息 又能失電保存信息 具備RAM ROM的優(yōu)點(diǎn) 但寫(xiě)入時(shí)間較長(zhǎng) ROM常用芯片如 2864A 2816 2816A 2817 2817A 三 I O接口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)1 8255簡(jiǎn)單I O接口擴(kuò)展 利用TTL芯片 COMS鎖存器 三態(tài)門(mén)等接口芯片把P0接口擴(kuò)展 常選用74LS273 74LS373 74LS244等芯片 2 8155可編程