第章單片機的基本結(jié)構(gòu)與工作原理ppt課件

1、第二章 單片機的根本構(gòu)造與任務(wù)原理學(xué)時：學(xué)時：4要點：單片機的根本組成、引腳功能、構(gòu)要點：單片機的根本組成、引腳功能、構(gòu)造及特點、存儲器構(gòu)造、任務(wù)方式。造及特點、存儲器構(gòu)造、任務(wù)方式。重點：重點：MCS-51單片機的構(gòu)造及特點、存單片機的構(gòu)造及特點、存儲器構(gòu)造。儲器構(gòu)造。內(nèi) 容n學(xué)時：2n 2.1 單片機的根本組成n 2.2 80C51單片機的引腳功能和構(gòu)造框圖n 2.3 80C51 CPU構(gòu)造和特點n學(xué)時：2n2.4 存儲器構(gòu)造和地址空間n2.5 布爾位處置器n2.6 80C51單片機的任務(wù)方式n仿真軟件引見 2.1 單片機的根本組成特征：將組成計算機的根本部件集成在一塊芯片上，如特征：將組

2、成計算機的根本部件集成在一塊芯片上，如CPU、I/O口、口、UART、C/T、RAMROM等。等。2.2 80C51單片機的引腳功能和構(gòu)造框圖圖2-2 80C51/80C52的封裝及邏輯圖2.2.1 引腳功能n管腳圖P16,圖2-2P15，對照書，對照書看管腳引見?？垂苣_引見。留意：T2為80C52的定時器/計數(shù)器2的計數(shù)輸入端，T2EX為80C52的定時器/計數(shù)器2的定時輸入端。2.2.2 內(nèi)部構(gòu)造框圖和組成 圖圖2-3 80C512-3 80C51的內(nèi)部構(gòu)造框圖的內(nèi)部構(gòu)造框圖ALUACCAROMRAM指令存放器指令存放器IR地址存放器地址存放器PCDPTRT/CI/OPSW定時控制邏輯定時

3、控制邏輯2.3 80C51 CPU的構(gòu)造和特點2.3.1 中央控制器n組成：程序計數(shù)器PC、程序地址存放器、指令存放器IR、指令譯碼器、條件轉(zhuǎn)移邏輯電路及定時控制邏輯電路。n功能：控制指令的讀出、譯碼和執(zhí)行，對指令的執(zhí)行過程進展定時控制，并根據(jù)執(zhí)行結(jié)果斷定能否分支轉(zhuǎn)移。n與運算器一同構(gòu)成中央處置器。1. PC和DPTRn1PCn由由PCPCH、PCL、指令存放器、指令存放器IR、指令譯碼器、指令譯碼器ID等組等組成。成。n尋址范圍尋址范圍64K，16根地址線。根地址線。n任務(wù)方式：任務(wù)方式： PC+1、條件或無條件轉(zhuǎn)移、調(diào)用或中斷，、條件或無條件轉(zhuǎn)移、調(diào)用或中斷，3種。種。0000HFFFFH

4、PC+10000HFFFFH轉(zhuǎn)移0000HFFFFH中斷0000HFFFFH調(diào)用CALLSPPC任務(wù)方式圖2-4程序計數(shù)器PC的輸出與P0、P2口之間的關(guān)系PC A + DPTR2數(shù)據(jù)指針DPTR 16位DPL、DPHn訪問片外數(shù)據(jù)存儲器：n MOVX A，DPTR 讀n MOVX DPTR，A 寫n訪問程序存儲器：n MOVC A，A+DPTRn 變址 基址n JMP A+DPTRn 變址 基址圖2-5 DPTR的輸出與P0、P2口之間的關(guān)系DPTR可作為存放器運用n作為16位存放器運用：n MOV DPTR，#16位地址n INC DPTRn作為8位存放器運用：n CJNE A，DPL，$

5、n CJNE A，DPH，$n指令存放器IR、指令譯碼器ID及控制邏輯參照P21，簡單引見。2.3.2 運算器n組成：算術(shù)和邏輯運算單元ALU、 累加器ACC、 暫存器TMP1和TMP2、存放器B以及程序形狀字PSW等。nACC8位位置特殊，很多運算都要經(jīng)過其完成。n以后在學(xué)習指令時，常用A來表示累加器。但有一些地方例外，比如在PUSH指令中，就必需用ACC表示。圖2-7 算術(shù)邏輯運算單元ALUALU功能：加減乘除；功能：加減乘除；AND、OR、XOR；位操作；左、右移；位操作；左、右移； 半字節(jié)交換；半字節(jié)交換；BCD運算運算ACC最頻繁運用的存放器n1是ALU的輸入，又是ALU運算結(jié)果的存

6、放單元。n2中轉(zhuǎn)站。n3有一部分傳送指令不經(jīng)過ACC，減少堵塞景象， 如MOV DPTR，#16位地址。nB存放器n普通情況下，可做為通用存放器運用，但在執(zhí)行乘法和除法運算結(jié)時，B存放運算的一個操作數(shù)和運算后的一個結(jié)果。程序形狀字PSW 仿真程序證明可用nMUL A，B時，假設(shè)積255，那么OV=1，闡明B中有高8位積。nDIV A，B時，假設(shè)除數(shù)為0，那么OV=1。3存放器區(qū)選擇控制位RS1，RS0，在下節(jié)講解。4F0，用戶可運用的通用標志位?？蓪崿F(xiàn)分支轉(zhuǎn)移。2.3.3 時鐘電路及CPU的任務(wù)時序n時鐘電路用于產(chǎn)生單片機任務(wù)所需求的時鐘信號，而時序所研討的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關(guān)系。

7、n1. 時鐘電路n1時鐘電路見圖2-8。 n2振蕩器電路：C1=C2=1030pF，CYS=1.212MHz圖2-8 80C51單片機的時鐘電路2. 時序定時單位n1振蕩周期：為單片機提供時鐘信號的振蕩源的周期。n2時鐘周期：是振蕩源信號經(jīng)二分頻后構(gòu)成的時鐘脈沖信號。 n3機器周期：將完成一個根本操作所需的時間稱為機器周期。n4指令周期：CPU執(zhí)行一條指令所需求的時間。一個指令周期通常含有14個機器周期。3. 指令時序指令時序后面演示后面演示圖圖2-10 80C51的取指的取指/執(zhí)行時序執(zhí)行時序共111條指令，按長度分為單字節(jié)、雙字節(jié)和三字節(jié)指令。執(zhí)行這些指令所需求的機器周期數(shù)目是不同的：單周

8、期、雙周期和多周期。2.4 存儲器構(gòu)造和地址空間n單片機普遍采用哈佛構(gòu)造。圖2-11 80C51存儲器映象圖 在物理上在物理上設(shè)有設(shè)有4個存儲個存儲器空間器空間在訪問這在訪問這3個不同的邏輯空間時，應(yīng)選用個不同的邏輯空間時，應(yīng)選用不同方式的指令：不同方式的指令： MOVC、MOV、MOVX 在邏輯上在邏輯上設(shè)有設(shè)有3個存儲個存儲器地址空間器地址空間從片外開從片外開場執(zhí)行場執(zhí)行0000H從片內(nèi)開從片內(nèi)開場執(zhí)行場執(zhí)行52系列單片機系列單片機80H FFH是數(shù)據(jù)存儲器和特殊功能是數(shù)據(jù)存儲器和特殊功能存放器地址重疊空間存放器地址重疊空間2.4.1 程序存儲器n80C31無片內(nèi)ROM，80C51有4K一

9、次性的淹膜ROM，87C51有4K EPROM， 89C51有4K E2PROM。 P29幾種ROM的區(qū)別nROM：1次性只讀存儲器。nEPROM：可擦除可編程只讀存儲器，只能用強紫外線照射來擦除。nEEPROM(E2PROM)：電可擦除可編程只讀存儲器。程序存儲器的某些單元被保管用于特程序存儲器的某些單元被保管用于特定的程序入口地址定的程序入口地址n程序存儲器的某些單程序存儲器的某些單元被保管用于特定的元被保管用于特定的程序入口地址。程序入口地址。n系統(tǒng)復(fù)位后的系統(tǒng)復(fù)位后的PCPC地地址為址為0000H0000H。n 0003H002BH0003H002BH為中為中斷效力程序入口地址，斷效力

10、程序入口地址，制止主程序運用。制止主程序運用。2.4.2 數(shù)據(jù)存儲器nRAM：隨機存取記憶體。nRAM和ROM相比，兩者的最大區(qū)別是RAM在斷電以后保管在上面的數(shù)據(jù)會自動消逝，而ROM就不會。 1 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器1234P321片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM區(qū)。 n根據(jù)尋址方式不同可分為以下4個區(qū)域。n 一任務(wù)存放器00H1FHn特點：執(zhí)行速度最快。其用法見下述程序：nCLR PSW.3nCLR PSW.4nMOV R0，#01H；00H=01HnSETB PSW.3nMOV R0，#01H；08H=01HnCLR PSW.3nSETB PSW.4nMOV R0，#01H；10H=01HnSETB PSW.3

11、nMOV R0，#01H；18H=01H 二位尋址區(qū) n20H2FH共16個字節(jié)分別對應(yīng)00H7FH共128位。見P33表2-2。 SP=07Hn特點：既可字節(jié)尋址，也可位尋址。與SFR構(gòu)成布爾位處置器。n例：下面程序執(zhí)行結(jié)果是一樣的。n CPL 0CH；將21H中的第4位取反n MOV A，21Hn ANL A，#00010000Bn JZ LB1n ANL 21H，#11101111Bn SJMP LB2nLB1：ORL 21H，#00010000BnLB2：SJMP $三字節(jié)尋址區(qū)30H7FHn留意：對于MCS-52系列單片機，80HFFH RAM區(qū)只能采用間接尋址方式訪問。講完SFR后

12、舉例。四堆棧區(qū)特點：先進后出，進棧時SP加1，出棧時SP減1。功能：調(diào)用子程序和中斷時維護現(xiàn)場。系統(tǒng)復(fù)位時，SP=07H。運用時要特別小心。2特殊功能存放器SFR n高128字節(jié)中，51系列占用了21個，52系列占用了26個，其他訪問無效，概略見P34表2-3。 nSFR中低位地址為0H和8H的特殊功能存放器，共12個可位尋址，概略見P34表2-3。nSFR的空間分布見P35表2-4及右圖。 2 片外數(shù)據(jù)存儲器n64K字節(jié)。采用MOVX指令和DPTR、R0或R1存放器以間接尋址方式訪問。nMOV DPTR，#1000HnMOVX DPTR，AnMOV DPTR，#0029HnMOVX A，DP

13、TRnMOV R0，#30HnMOVX R0，A ；該指令不能超越256B 2.5 布爾(位)處置器n布爾處置功能是MCS-51系列單片機的一個重要特征。布爾變量也即開關(guān)變量，它是以位bit為單位進展操作的。n它以進位標志C做為累加位，以內(nèi)部RAM可尋址的128個為存儲位。 n布爾操作指令集：n 位傳送指令2條n 位置位復(fù)位指令4條n 位運算指令6條n 位控制轉(zhuǎn)移指令5條2.6 80C51單片機的任務(wù)方式n四種：復(fù)位、程序執(zhí)行、低功耗以及編程和校驗。n2.6.1 復(fù)位n功能：PC=0000H，跳出死機。n復(fù)位的影響：n1SFR的形狀見P37表2-6；n2復(fù)位期間，ALE=1，PSEN=1。特殊

14、存放器的復(fù)位形狀見P37表2-6復(fù)位電路P38圖2-14 要求：高電平繼續(xù)時間2個機器周期。fosc=12MHz時2us， fosc=6MHz時4us。2.6.2 程序執(zhí)行方式n ORG 0000Hn0000H AJMP MAINn ORG 000BHn0003H AJMP INT0n ORG 0030Hn0030H MAIN：MOV R3，#00Hn .n ORG 0100Hn0100H INT0: CLR Cn . 2.6.3 低功耗任務(wù)方式n對于MCS51系列機型來說，它們有待機方式和掉電維護方式兩種低功耗方式。經(jīng)過設(shè)置電源控制存放器PCON的相關(guān)位可以確定當前的低功耗方式。PCON存放

15、器格式如下：PCONnSMOD：波特率倍增位。當SMOD=1時，串行口方式1、2、3的波特率提高一倍。nGF0，GF1：通用標志位。供用戶運用。nPD：掉電方式位，PD1為掉電方式 nIDL：待機方式位，IDL1為待機方式SMODGF1GF0PDIDL1待機方式待機方式n使IDL=1，那么CPU進入待機方式。n 由圖2-15中可看出這時振蕩器依然運轉(zhuǎn)，并向中斷邏輯、串行口和定時器/計數(shù)器電路提供時鐘，中斷功能繼續(xù)存在 。 n向CPU提供時鐘的電路被阻斷，因此CPU不能任務(wù)，與CPU有關(guān)的如SP、PC、PSW、ACC以及全部通用存放器都被凍結(jié)在原形狀。圖2-15手機：鎖定方式手機：鎖定方式計算機

16、：待機、休眠方式計算機：待機、休眠方式待機方式的退出待機方式的退出n可采用中斷方式或硬件復(fù)位來退出式?？刹捎弥袛喾绞交蛴布?fù)位來退出式。n在待機方式下，假設(shè)產(chǎn)生一個外部中斷在待機方式下，假設(shè)產(chǎn)生一個外部中斷懇求信號，在單片微機呼應(yīng)中斷的同時，懇求信號，在單片微機呼應(yīng)中斷的同時，PCON.0位位IDL位被硬件自動清位被硬件自動清0， 單片微機就退出待機方式而進入正常任單片微機就退出待機方式而進入正常任務(wù)方式。在中斷效力程序中安排一條務(wù)方式。在中斷效力程序中安排一條RETI指令，就可以使單片微機恢復(fù)正常指令，就可以使單片微機恢復(fù)正常任務(wù)，從設(shè)置待機方式指令的下一條指任務(wù)，從設(shè)置待機方式指令的下一條

17、指令開場繼續(xù)執(zhí)行程序。令開場繼續(xù)執(zhí)行程序。2掉電維護方式nPD=1，單片機進入掉電維護方式。，單片機進入掉電維護方式。n當當80C51檢測到電源缺點時，除進展信息維護檢測到電源缺點時，除進展信息維護外，還應(yīng)把外，還應(yīng)把PCON.1位置位置1，使之進入掉電維，使之進入掉電維護方式。此時單片微機一切任務(wù)都停頓，只需護方式。此時單片微機一切任務(wù)都停頓，只需內(nèi)部內(nèi)部RAM單元的內(nèi)容被維護。單元的內(nèi)容被維護。n 只能依托復(fù)位退出掉電維護方式。只能依托復(fù)位退出掉電維護方式。n80C51備用電源由備用電源由Vcc端引入。當端引入。當Vcc恢復(fù)正恢復(fù)正常后，只需硬件復(fù)位信號維持常后，只需硬件復(fù)位信號維持10ms，就能使，就能使單片微機退出掉電維護方式，單片微機退出掉電維護方式，C