C單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)精簡實用PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1C單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)精簡實用單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)精簡實用 重點研究：MCS-51單片機(jī)第1頁/共43頁第2頁/共43頁 MCS-51是指由美國INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱，這一系列單片機(jī)包括了很多品種，如8031，8051，8751，8951，8032，8052，8752，8952等，其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減、改變而來的，所以人們習(xí)慣于用8051來稱呼MCS-51系列單片機(jī)，而8031是上世紀(jì)九十年代在我國最流行的單片機(jī)，所以很多場合會看到8031的名稱。第一節(jié) MCS-51單片機(jī)及其演變特點第3頁/共43頁MCS-51

2、系列單片機(jī)分類 資源資源 配置配置子子 系列系列 片內(nèi)片內(nèi)ROMROM形式形式 片片 內(nèi)內(nèi) ROM ROM 容容 量量 片片 內(nèi)內(nèi) RAM RAM 容容 量量定時定時/ /計數(shù)計數(shù)器器中中斷斷源源 無無ROMROMEPROMEPROME E2 2PROMPROM5151子系列子系列803180318051805187518751895189514KB 128B128B2 216165 55252子系列子系列803280328052805287528752895289528KB 256B256B3 316166 6第4頁/共43頁INTEL主要單片機(jī)系列第5頁/共43頁第6頁/共43頁第7頁/共

3、43頁第8頁/共43頁 硬件基本配置：1. 8位CPU2. 片內(nèi)ROM/EPROM3 . RAM4. 片內(nèi)并行 I/O接口5. 片內(nèi)16位定時器/計數(shù)器6. 片內(nèi)中斷處理系統(tǒng)7. 片內(nèi)全雙工串行I/O口8. 內(nèi)部時鐘電路MCS-51系列基本產(chǎn)品型號：8031、8051、8751、8951稱為 51子系列。不同型號MCS-51單片機(jī)CPU處理能力和指令系統(tǒng)完全兼容，只是存儲器和I/O接口的配置有所不同。第9頁/共43頁CPU時鐘電路P0P3P2P1TXDRXDINT0INT1并行接口串行接口中斷系統(tǒng)定時/計數(shù)器RAMROMT0T1內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 第10頁/共43頁805180C5189C5189S

4、5112345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VPD P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 XTAL2 XTAL1 VssVccP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VppALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0第11頁/共43頁2控制線ALE：地址鎖存允許信號端PSEN：外部程序存儲器

5、讀選通信號端EA/VPP:外部程序存儲器選擇信號端/編程電源輸入端為多功能引腳，可自動切換用作數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線或I/O 接口外部引腳。第12頁/共43頁 3、電源及時鐘引線工作電源：VCC、VSS、時鐘輸入：XTAL1、XTAL2 。復(fù)位電路：1）上電復(fù)位 2）外部信號復(fù)位單片機(jī)RSTK+5V2001K30F第13頁/共43頁XTAL1, XTAL2: 片內(nèi)振蕩電路輸入/輸出端151545pfx245pfx21 112MHz12MHz（MCS-51MCS-51） 0 024MHz24MHz（Atmel-89CAtmel-89C）XTAL1XTAL1XTAL2XTAL2也可以由也可以

6、由 XTAL1XTAL1端接入外部時鐘，端接入外部時鐘，此時應(yīng)將此時應(yīng)將 XTAL2XTAL2懸空懸空XTAL2XTAL2XTAL1XTAL1外部時鐘外部時鐘通常通常外接外接一個晶振一個晶振兩個電容兩個電容懸空懸空第14頁/共43頁2寄存器陣列(1)工作寄存器R0R7 (8位)暫存運(yùn)算數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。4個工作寄存器區(qū)，工作寄存器0區(qū)3區(qū)。每個區(qū)均含8個寄存器R0R7 。用PSW中的兩位PSW.4和PSW.3來切換工作寄存器區(qū)，選用一個工作寄存器區(qū)進(jìn)行讀寫操作。第15頁/共43頁(2)累加器Acc(8位)需要ALU處理的數(shù)據(jù)和計算結(jié)果多數(shù)要經(jīng)過A累加器。2寄存器陣列第16頁/共43頁 堆棧是按“

7、先進(jìn)后出”原則存取數(shù)據(jù)的存儲區(qū)。MCS-51堆棧設(shè)在片內(nèi)RAM區(qū)。數(shù)據(jù)入棧/出棧時，SP自動加1/減 1，其內(nèi)容始終為棧頂?shù)刂?。?fù)位時 SP=07H。第17頁/共43頁第18頁/共43頁物理上4個存儲器地址空間：片內(nèi)/片外程序存儲器空間片內(nèi)/片外數(shù)據(jù)存儲器空間邏輯上3個存儲器地址空間：64KB 程序存儲器256B 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器64KB 片外數(shù)據(jù)存儲器第19頁/共43頁 (二) 數(shù)據(jù)存儲器164KB片外數(shù)據(jù)存儲器空間(與擴(kuò)展I/O接口共用)2. 256B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器: 1) 片內(nèi)RAM 2) 特殊功能寄存器 SFR 特殊存儲單元：復(fù)位入口: 0000H中斷入口: 0003H0023H第20頁

8、/共43頁第21頁/共43頁第22頁/共43頁EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10AT89C51D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE1174LS373A010A19A28A37A46

9、A55A64A73A825A924A1021A1123A122CS120CS226WE27OE22D011D112D213D315D416D517D618D719626412MHz33P33PGNDGNDGND1K復(fù)位10010uF+5VGNDA010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122A1326A1427A151E20G/VPP22D011D112D213D315D416D517D618D71927C512擴(kuò)展片外存儲器電路圖擴(kuò)展片外存儲器電路圖第23頁/共43頁第24頁/共43頁緩沖器。在訪問片外擴(kuò)展存儲器時，低8位地址和數(shù)據(jù)由P0口分時傳

10、送，高8位地址由P2口傳送。在無片外擴(kuò)展存儲器的系統(tǒng)中，這4個口的每一位均可作為雙向的I/O端口使用。第25頁/共43頁 P0口除了作普通的I/O口，直接和外部設(shè)備打交道外;還用作片外總線的地址總線AB0-AB7的低八位、數(shù)據(jù)總線。 第26頁/共43頁 P2口除了作普通的I/O口，直接和外部設(shè)備打交道外;還用作片外總線的地址總線的高八位地址線AB8-AB15 注意：注意：P0口在作輸入口在作輸入/輸出口使用時，由于它無內(nèi)部上拉電阻，輸出口使用時，由于它無內(nèi)部上拉電阻，為了在口線上輸出高電平并具有一定的驅(qū)動能力，必須外接上為了在口線上輸出高電平并具有一定的驅(qū)動能力，必須外接上拉電阻。作輸入口使用

11、時，為了防止口鎖存器對輸入口線的輸拉電阻。作輸入口使用時，為了防止口鎖存器對輸入口線的輸入信號造成影響，必須先往口鎖存器寫入信號造成影響，必須先往口鎖存器寫1。同理，。同理，P2口作輸入口作輸入時，也必須先往口鎖存器寫時，也必須先往口鎖存器寫1。 第27頁/共43頁 P1口只用作普通輸入輸出口注意：注意：和和P0、P2口一樣，為防止口鎖存器對輸入口線造成影響，口一樣，為防止口鎖存器對輸入口線造成影響，P1口作輸入時，也必須先往口鎖存器寫口作輸入時，也必須先往口鎖存器寫1。 第28頁/共43頁 P3口除了作普通的I/O口（功能和P1口一樣）直接和外部設(shè)備打交道外;還具有第二功能。第29頁/共43

12、頁1、P3用作第一功能（通用I/O口） 對P3口進(jìn)行字節(jié)或位尋址時，單片機(jī)內(nèi)部的硬件自動將第二功能輸出線的W置1。這時，對應(yīng)的口線為通用I/O口方式。輸出時，鎖存器的狀態(tài)（Q端）與輸出引腳的狀態(tài)相同；輸入時，要先向口鎖存器寫入1，使引腳處于高阻輸入狀態(tài)。輸入的數(shù)據(jù)在“讀引腳”信號的作用下，進(jìn)入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。 P3口作為通用I/O口時，屬于準(zhǔn)雙向口。第30頁/共43頁2、P3用作第二功能使用 當(dāng)CPU不對P3口進(jìn)行字節(jié)或位尋址時，內(nèi)部硬件自動將口鎖存器的Q端置1。這時，P3口作為第二功能使用。IN T 0INT 1RDW RP3.0 ：RXD（串行口輸入）；P3.1 ：TXD（串行口輸出）；P3

13、.2 ： 外部中斷0輸入；P3.3 ： 外部中斷1輸入；P3.4 ：T0（定時器0的外部輸入）；P3.5 ：T1（定時器1的外部輸出）；P3.6 ： （片外數(shù)據(jù)存儲器“寫”選通控制輸出）；P3.7 ： （片外數(shù)據(jù)存儲器“讀”選通控制輸出）。第31頁/共43頁P(yáng)0、P1、P2、P3口的電平與CMOS和TTL電平兼容。P0口的每一位口線可以驅(qū)動8個LSTTL負(fù)載。在作為通用 I/O口時，由于輸出驅(qū)動電路是開漏方式，由集電極開路（OC門）電路或漏極開路電路驅(qū)動時需外接上拉電阻；當(dāng)作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時，口線輸出不是開漏的，無須外接上拉電阻。第32頁/共43頁P(yáng)1、P2、P3口的每一位能驅(qū)動4個LS

14、TTL負(fù)載。它們的輸出驅(qū)動電路設(shè)有內(nèi)部上拉電阻，所以可以方便地由集電極開路（OC門）電路或漏極開路電路所驅(qū)動，而無須外接上拉電阻。 由于單片機(jī)口線能提供幾毫安的電流，當(dāng)作為輸出驅(qū)動一般的晶體管的基極時，應(yīng)在口與晶體管的基極之間串接限流電阻。 第33頁/共43頁思考題 設(shè)應(yīng)用單片機(jī)晶振頻率為12MHz，問機(jī)器 周期為多少？指令周期分別為多少？時鐘周期：振蕩脈沖2分頻成為內(nèi)部時鐘信號,其周期稱為時鐘周期。機(jī)器周期：完成一個基本操作所需要的時間。 一個機(jī)器周期由6個時鐘周期組成。指令周期：一條指令的執(zhí)行時間。(以機(jī)器周期為單位) 單周期、雙周期和四周期指令。2外部時鐘方式：外部振蕩器輸入時鐘信號。X

15、TAL1 單片機(jī) XTAL2 30pF30pF第34頁/共43頁80C51的典型時序 各指令的微操作在時間上有嚴(yán)格的次序，這種微操作的時間次序我們稱作時序。 單字節(jié)指令 雙字節(jié)指令1、單周期指令時序第九節(jié) 單片機(jī)工作的基本時序 第35頁/共43頁 2個機(jī)器周期中ALE信號有效4次，后3次讀操作無效。 2、雙周期指令時序第36頁/共43頁 在第二機(jī)器周期無讀操作碼的操作，而是進(jìn)行外部數(shù)據(jù)存儲器的尋址和數(shù)據(jù)選通 。ALE信號會出現(xiàn)非周期現(xiàn)象。 訪問外部RAM的雙周期指令時序 第37頁/共43頁第38頁/共43頁1、PC與SFR復(fù)位狀態(tài)表寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTCON00HA00

16、H*T2CON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0P3FFHSCON00HIPXXX00000BSBUFXXHIE0XX00000BPCON0XXX0000BTMOD00H第39頁/共43頁2、內(nèi)部復(fù)位電路 D1D2RST/VPDVCCVSSRAM斯密特觸發(fā)器復(fù)位電路第40頁/共43頁3、外部復(fù)位電路 VCC8051VCCRST/VPDVSSR1kC22FVCC8051VCCRST/VPDVSSR11kC122FR21kC2 22FRESET(a) 上電復(fù)位(b) 按鍵脈沖復(fù)位VCC8051VCCRST/VPDVSSR1 200C22FR21kRESET(c) 按鍵電平復(fù)位第41頁/共43頁小結(jié)：小結(jié)：1.P0、P1、P2、P3口的口的結(jié)構(gòu)特點是什么？結(jié)構(gòu)特點是什么？2.MCS-51單片機(jī)各存儲單片機(jī)各存儲器的功能特點？器的功能特點？3.MCS-51單片機(jī)執(zhí)行程單片機(jī)執(zhí)行程序的過程？序的過程？4.MCS-51單片機(jī)時鐘電單片機(jī)時鐘電路和復(fù)位電路有何作用？路和復(fù)位電路有何作用？思考與練習(xí)：MCS-51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2 。而在芯片的外部，XTAL1和X