單片機(jī)結(jié)構(gòu)理論

1、第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 第第2章章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.1 AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 2.2 AT89C51單片機(jī)的引腳及其功能單片機(jī)的引腳及其功能 2.3 AT89C51存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器2.4 單片單片機(jī)的工作方式機(jī)的工作方式2.5 AT89C51時(shí)鐘電路與時(shí)序時(shí)鐘電路與時(shí)序第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.1 AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 圖 2.1 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.1.1 中央處理器中央處理器CPU 運(yùn)算器運(yùn)算器 控制器控制器 寄存器陣列寄存器陣列算術(shù)、邏

2、輯、位運(yùn)算分析、控制指令執(zhí)行保存計(jì)算的中間、最終結(jié)果第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 1、算術(shù)邏輯單元、算術(shù)邏輯單元ALU 2、累加器、累加器ACC（Accumulator） 3、暫存寄存器、暫存寄存器TEMP1，TEMP2 4、程序狀態(tài)字、程序狀態(tài)字PSW（Programe State Word）P15 CyACF0RS1RS0OVPD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 一、運(yùn)算器一、運(yùn)算器要點(diǎn)要點(diǎn):掌握掌握PSW各位的含義各位的含義第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 表表 2.2 RS1、 RS0與片內(nèi)工作寄存器組的對(duì)應(yīng)關(guān)系與片內(nèi)工作寄存器組的對(duì)應(yīng)關(guān)系 RS1R

3、S0寄存器組片內(nèi)PAM地址通用寄存器名稱000組00H07HR0R7011組08H0FHR0R7102組10H17HR0R7113組18H1FHR0R7第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 二、控制器二、控制器 控制器由程序計(jì)數(shù)器PC，指令寄存器IR，指令譯碼器ID和定時(shí)控制邏輯電路等構(gòu)成。第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 （1）程序計(jì)數(shù)器）程序計(jì)數(shù)器PC（Program Counter） PC用于存放CPU下一條要執(zhí)行的指令地址，是一個(gè)16位的專用寄存器，可尋址范圍是0000H0FFFFH共64KB。 程序中的每條指令存放在ROM區(qū)的某一單元, 并都有自己的存放地址。CPU要

4、執(zhí)行哪條指令時(shí)，就把該條指令所在的單元的地址送上地址總線。在順序執(zhí)行程序中，當(dāng)PC的內(nèi)容被送到地址總線后，會(huì)自動(dòng)加 1，即(PC) (PC)+1，又指向CPU 下一條要執(zhí)行的指令地址。第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 （2）指令寄存器和指令譯碼器）指令寄存器和指令譯碼器 指令寄存器中存放指令代碼。CPU執(zhí)行指令時(shí), 由程序存儲(chǔ)器中讀取的指令代碼送入指令存儲(chǔ)器, 經(jīng)譯碼器譯碼后由定時(shí)與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào), 完成指令所指定的操作。 第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 三、寄存器陣列三、寄存器陣列 通用寄存器組和專用寄存器組。 第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2

5、.1.2. 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 AT89C51 有128B內(nèi)部RAM和4KB FLASH ROM。 第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.1.3 I/O端口端口 1、并行、并行I/O端口端口 P0P3 2、串行、串行I/O端口端口 串行I/O端口 RXD（P3.0）,TXD（P3.1），和串行口控制寄存器SCON，電源和波特率選擇寄存器PCON，串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF配合使用，實(shí)現(xiàn)串行通訊。第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.1.4 定時(shí)器和計(jì)數(shù)器定時(shí)器和計(jì)數(shù)器 AT89C51有兩個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 T0/T1。 T0由TH0，TL0構(gòu)成，T1由TH1，TL1構(gòu)成。

6、T0/T1在定時(shí)控制寄存器TCON和方式選擇寄存器TMOD控制下，可實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)。第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.1.5 中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng) 1、中斷的概念 2、AT89C51的中斷系統(tǒng)由中斷源、中斷允許控制器IE，優(yōu)先級(jí)控制器IP，定時(shí)器控制器TCON（中斷標(biāo)志寄存器）等構(gòu)成，共有5個(gè)中斷源。兩個(gè)外部中斷源INT0，INT1，三個(gè)內(nèi)部中斷源：定時(shí)器0溢出中斷，定時(shí)器1溢出中斷，串口中斷。第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.1.6 內(nèi)部總線內(nèi)部總線 AT89C51是單總線結(jié)構(gòu)，地址線和數(shù)據(jù)線是共用的，采用分時(shí)操作和使用，不會(huì)沖突。第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)

7、和原理 2.2 單片機(jī)的引腳及其功能單片機(jī)的引腳及其功能 圖 2.6 單片機(jī)引腳及總線結(jié)構(gòu)第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.2.1 I/O端口功能端口功能 1、P0口口 圖 2.3 P0 口位結(jié)構(gòu)圖 第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 P0口有八條口線P0.0P0.7，是一個(gè)三態(tài)雙向I/O口。 （1）P0 口可以作為普通的I/O口使用。 由于是開漏極，必須外接上拉電阻。當(dāng)讀外部輸入數(shù)據(jù)時(shí)，必須先向P0口寫入“1”, 然后再讀。 （2）在需要外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)P0口作地址/數(shù)據(jù)總線使用。第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2

8、、P1、P2和和P3口口 P1口是用戶專用 8 位準(zhǔn)雙向I/O口, 具有通用輸入/輸出功能, 每一位都能獨(dú)立地設(shè)定為輸入或輸出。當(dāng)有輸出方式變?yōu)檩斎敕绞綍r(shí), 該位的鎖存器必須寫入“1”, 然后才能進(jìn)入輸入操作。 P1、P2 和P3 口為準(zhǔn)雙向口, 均可作為基本的I/O口使用。第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 P2口是 8 位準(zhǔn)雙向I/O口。外接I/O設(shè)備時(shí), 可作為擴(kuò)展系統(tǒng)的地址總線, 輸出高8位地址, 與P0 口一起組成 16 位地址總線。第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 P3口是一個(gè)多用途的準(zhǔn)雙向口。第一功能是作普通I/O口使用，其功能和原理與P1口相同，同樣作輸出口時(shí)

9、不需要上拉電阻。第二功能是作控制和特殊功能口使用。 第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 表表 2.3 P3口的第二功能口的第二功能 第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.2.2 電源線電源線 VCC：+5V VSS： 地第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.2.3 外接晶體引腳外接晶體引腳 XTAL1：片內(nèi)震蕩器反線放大器的輸入端和內(nèi)部時(shí)鐘工作的輸入端。 XTAL2：片內(nèi)震蕩器反線放大器的輸出端。第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 具體時(shí)鐘電路具體時(shí)鐘電路 內(nèi)部時(shí)鐘電路 外部振蕩源 2230P424M第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 （2）ALE/

10、PROG 地址鎖存允許/編程線。當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)ALE輸出一個(gè)高電平脈沖，將P0口輸出的低8位地址鎖存到地址鎖存器中。常用的地址鎖存器有74LS373，74LS573。 不訪問外外部存儲(chǔ)器時(shí)ALE以1/6晶振頻率輸出脈沖序列，因而可利用它來給其他電路（例如8155，ADC0809等）提供脈沖，做脈沖源使用。 在對(duì)AT89C51內(nèi)部FLASH ROM編程時(shí)，輸入編程負(fù)脈沖。2.2.4 控制線控制線 （1）RST：復(fù)位輸入端：復(fù)位輸入端 第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 （3） PSEN EA=1 時(shí)先訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，=0時(shí)訪問外部程序存儲(chǔ)器。 在對(duì)AT89C51內(nèi)部FLASH存儲(chǔ)

11、器編程時(shí)，施加編程電壓。（4） EA/VPP 外部程序存儲(chǔ)器的讀選通線。 第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.3 存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu) 第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.3.1 程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器 對(duì)于AT89C51來說, 程序存儲(chǔ)器（ROM）的內(nèi)部地址為 0000H0FFFH, 共 4 KB; 最多可外擴(kuò) 64 KB程序存儲(chǔ)器,使用內(nèi)部還是外部由EA腳控制。 64KB的ROM中， 6 個(gè)單元地址具有特殊用途, 是保留給系統(tǒng)使用的。0000H是系統(tǒng)的啟動(dòng)地址, 一般在該單元中存放一條絕對(duì)跳轉(zhuǎn)指令。0003H、000BH、 000BH、001BH和 0023H對(duì)應(yīng)

12、 5 種中斷源的中斷服務(wù)入口地址。 第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 1、內(nèi)部、內(nèi)部RAM 片內(nèi)RAM為 256 字節(jié)，地址范圍為00HFFH，分為兩大部分：低 128 字節(jié)（00H7FH）為真正的RAM區(qū)；高 128 字節(jié)（80HFFH）為特殊功能寄存器區(qū)SFR。 2.3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 00H1FH共 32 單元是 4 個(gè)通用工作寄存器區(qū)。每一個(gè)區(qū)有 8 個(gè)通用寄存器R0R7。（1）用戶）用戶RAM 30H7FH，80個(gè)單元。存放用戶數(shù)據(jù)、開辟堆棧。（2）工作寄存器）工作寄存器（3）位尋址）位尋址RAM第 2 章 AT89C51

13、單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 表 2.2 寄存器與RAM 地址對(duì)照表 選用哪選用哪一組呢？一組呢？ 第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 表 2.4 RAM中的位尋址區(qū)地址表 第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 （4）特殊功能寄存器區(qū)）特殊功能寄存器區(qū)SFR 片內(nèi)80HFFH這一區(qū)間，集合了一些特殊用途的寄存器，一般稱之為特殊功能寄存器SFR，它們的功能是固定的，用戶不得更改。 每個(gè)SFR占有一個(gè)RAM單元。它們離散地分布在80HFFH地址范圍內(nèi)。 第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 DPLDPTRDPH表 2.6 SFR特殊功能寄存器地址表 位地址接在用戶位尋址后編址SP第 2 章

14、 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 表 2.6 SFR特殊功能寄存器地址表 第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 表表 2.6 SFR特殊功能寄存器地址表特殊功能寄存器地址表 第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 數(shù)據(jù)指針寄存器數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR 數(shù)據(jù)指針DPTR是一個(gè) 16 位的專用寄存器, 其高位字節(jié)寄存器用DPH表示,低位字節(jié)寄存器用DPL表示。既可作為一個(gè) 16 位寄存器DPTR來處理, 也可作為兩個(gè)獨(dú)立的 8 位寄存器DPH和DPL來處理。 DPTR 主要用來存放 16 位地址, 當(dāng)對(duì) 64 KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間尋址時(shí), 作為間址寄存器用。在訪問程序存儲(chǔ)器時(shí), 用作基

15、址寄存器。 第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 堆棧指針堆棧指針SP（Stack Pointer） 堆棧操作是在內(nèi)存RAM區(qū)專門開辟出來的按照“先進(jìn)后出”原則進(jìn)行數(shù)據(jù)存取的一種工作方式, 主要用于子程序調(diào)用及返回和中斷處理斷點(diǎn)的保護(hù)及返回, 它在完成子程序嵌套和多重中斷處理中是必不可少的。為保證逐級(jí)正確返回, 進(jìn)入棧區(qū)的“斷點(diǎn)”數(shù)據(jù)應(yīng)遵循“先進(jìn)后出”的原則。SP用來指示堆棧所處的位置, 在進(jìn)行操作之前, 先用指令給SP賦值, 以規(guī)定棧區(qū)在RAM區(qū)的起始地址（棧底層）。當(dāng)數(shù)據(jù)推入棧區(qū)后, SP的值也自動(dòng)隨之變化。MCS - 51 系統(tǒng)復(fù)位后, SP初始化為07H。 第 2 章 AT89C

16、51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2. 外部外部RAM 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一般由靜態(tài)RAM構(gòu)成，其容量大小由用戶根據(jù)需要而定, 最大可擴(kuò)展到 64 KB RAM , 地址是 0000H0FFFFH。 CPU通過MOVX指令訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器, 用間接尋址方式, R0、R1和 DPTR都可作間接寄存器。注意, 外部RAM和擴(kuò)展的I/O接口是統(tǒng)一編址的, 所有的外擴(kuò)I/O 口都要占用 64 KB中的地址單元。 第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.4 單片機(jī)工作方式單片機(jī)工作方式 1. 復(fù)位方式復(fù)位方式 2. 程序執(zhí)行方式程序執(zhí)行方式 3. 省電方式省電方式 4. EPROM編程和校驗(yàn)方式編程和校驗(yàn)方式

17、第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 表表2-7 特殊功能寄存器的復(fù)位狀態(tài)特殊功能寄存器的復(fù)位狀態(tài)特殊功能寄存器初始狀態(tài)特殊功能寄存器初始狀態(tài)ACC00HTH100HPSW00HP0P3FFHSP07HIP00 0000BDPTR0000HIE00 0000BTCON00HTMOD00HTL000HSCON00HTH000HSBUF不定TL100HPCON0 0000B第 2 章 AT89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理 2.5 單片機(jī)工作的基本時(shí)序單片機(jī)工作的基本時(shí)序 1. 機(jī)器周期和指令周期機(jī)器周期和指令周期 （1） 振蕩周期: 也稱時(shí)鐘周期, 是指為單片機(jī)提供時(shí)鐘脈沖信號(hào)的振蕩源的周期。 （2） 狀態(tài)周期: 每個(gè)狀態(tài)周期為時(shí)鐘周期的2倍, 是振蕩周期經(jīng)二分頻后得到的。 （3） 機(jī)器周期: 一個(gè)機(jī)器周期包含 6 個(gè)狀態(tài)周期S1S6, 也就是 12 個(gè)時(shí)鐘周期。 在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi), CPU可以完成一個(gè)獨(dú)立的操作。 （4） 指令周期: 它是指CPU完成一條操作所需的全部時(shí)間。 每條指令執(zhí)行時(shí)間都是有一個(gè)或幾個(gè)機(jī)器周期組成。MCS - 51 系統(tǒng)中, 有單周期指令、雙