第1章單片機(jī)芯片結(jié)構(gòu)

1、單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu) 內(nèi)容提要內(nèi)容提要lMCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)l引腳引腳l時(shí)鐘電路和復(fù)位電路時(shí)鐘電路和復(fù)位電路l存存 儲(chǔ)儲(chǔ) 器器單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu) 51系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。圖圖 ( 圖中圖中“/” 兩邊分別為基本型和增強(qiáng)型兩邊分別為基本型和增強(qiáng)型 )P3P1P2 可編程可編程 串行串行I/O口口P0外部中斷外部中斷基準(zhǔn)頻率源基準(zhǔn)頻率源控制控制 128/256B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 4KB/8KB程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器 2/3個(gè)個(gè)16位位定時(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 振蕩器及振蕩器及 定時(shí)電路定時(shí)電路 CPU 64KB總線擴(kuò)展控制總線擴(kuò)展控制 可編

2、程可編程并行并行I/O口口內(nèi)部中斷內(nèi)部中斷計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)脈沖串行輸出串行輸入單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)MCS-51單片機(jī)組成原理單片機(jī)組成原理 MCS-51單片機(jī)的組成單片機(jī)的組成 ：1. 8位位CPU2. 片內(nèi)片內(nèi)ROM/EPROM、RAM3. 片內(nèi)并行片內(nèi)并行 I/O接口接口4. 片內(nèi)片內(nèi)16位定時(shí)器位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器5. 片內(nèi)中斷處理系統(tǒng)片內(nèi)中斷處理系統(tǒng)6. 片內(nèi)全雙工串行片內(nèi)全雙工串行I/O口口 不同型號(hào)不同型號(hào)MCS-51單片機(jī)單片機(jī)CPU處理能力和指令系統(tǒng)完全處理能力和指令系統(tǒng)完全 兼容，只是存儲(chǔ)器和兼容，只是存儲(chǔ)器和I/O接口的配置有所不同接口的配置有所不同。單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu) 單

3、片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)CYCYACACF0F0RS1RS1 RS0RS0OVOV- -P P 單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)OV OV 與與 CyCy單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu) ALE ALE 地址鎖存允許。地址鎖存允許。 ALEALE輸出脈沖的頻率為振蕩頻輸出脈沖的頻率為振蕩頻率的率的1/61/6。 PROG PROG 對(duì)對(duì)87518751單片機(jī)片內(nèi)單片機(jī)片內(nèi) EPROM E

4、PROM 編程時(shí)，編程脈沖編程時(shí)，編程脈沖由該引腳引入。由該引腳引入。 輸出讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。輸出讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)程序存儲(chǔ)器允許。輸出讀外部程序存儲(chǔ)器的程序存儲(chǔ)器允許。輸出讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。選通信號(hào)。 EA =0EA =0，單片機(jī)只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。，單片機(jī)只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。 EA =1EA =1，單片機(jī)訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。，單片機(jī)訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 在在87518751單片機(jī)片內(nèi)單片機(jī)片內(nèi)EPROMEPROM編程期間，此引腳引入編程期間，此引腳引入21V21V編程電源編程電源VPPVPP。單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)復(fù)位信號(hào)輸入。復(fù)位信號(hào)輸

5、入。 接備用電源，當(dāng)接備用電源，當(dāng)VCCVCC掉電后，在低功耗條件掉電后，在低功耗條件下保持內(nèi)部下保持內(nèi)部RAMRAM中的數(shù)據(jù)。中的數(shù)據(jù)。單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)圖圖1-7l在在51系列單片機(jī)的系列單片機(jī)的2051/1051型號(hào)中因無(wú)型號(hào)中因無(wú)P0口和口和P2口總線引口總線引腳，因此只有腳，因此只有20個(gè)引腳（見圖個(gè)引腳（見圖1.7），由于不能進(jìn)行外部擴(kuò)展，），由于不能進(jìn)行外部擴(kuò)展，因此無(wú)因此無(wú)PSEN引腳，它們內(nèi)部有引腳，它們內(nèi)部有一個(gè)模擬比較器，相比較的模一個(gè)模擬比較器，相比較的模擬信號(hào)由擬信號(hào)由P1.0（AIN0）和）和P1.1（AIN1）輸入，而模擬比較器）輸入，而模擬

6、比較器的輸出接的輸出接P3.6，在內(nèi)部已連接，在內(nèi)部已連接，因此外部無(wú)因此外部無(wú)P3.6引腳。引腳。單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)在增強(qiáng)型的在增強(qiáng)型的52系列單片機(jī)中，系列單片機(jī)中，P1.0、P1.1除為端口線外，還為定時(shí)除為端口線外，還為定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器2的外部引腳的外部引腳 T2和和T2EX。單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu) 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)內(nèi)各種單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)內(nèi)各種微操作時(shí)間基準(zhǔn)，微操作時(shí)間基準(zhǔn)，8XX51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種電路形式：常有兩種電路形式：內(nèi)部振蕩方式內(nèi)部振蕩方式和和外部振蕩方式外部振蕩方式。單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)內(nèi)部振蕩方式：內(nèi)部振蕩方式：

7、 在引腳在引腳 XTAL1XTAL1和和 XTAL2XTAL2外外接晶體振蕩器（簡(jiǎn)稱晶振）如接晶體振蕩器（簡(jiǎn)稱晶振）如圖圖1-31-3所示。電容器所示。電容器C01C01、C02C02起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用作用。電容值一般為電容值一般為 5 530PF30PF。XTAL1XTAL2GND8XX51C01C02圖圖1-3 1-3 內(nèi)部振蕩方式內(nèi)部振蕩方式由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益運(yùn)算放大器，當(dāng)由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益運(yùn)算放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。時(shí)鐘脈沖。單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu) 外部振蕩方

8、式外部振蕩方式把已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單把已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)。這種方式適宜用片機(jī)。這種方式適宜用于使單片機(jī)的時(shí)鐘與外于使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)保持一致。外部部信號(hào)保持一致。外部振蕩方式如圖振蕩方式如圖1-41-4所示。所示。 對(duì)對(duì)HMOS的單片機(jī)（的單片機(jī)（8031、8031AH等）外部時(shí)鐘信號(hào)由等）外部時(shí)鐘信號(hào)由XTAL2引入，對(duì)于引入，對(duì)于CHMOS的單片機(jī)（的單片機(jī)（8XCXX），外部時(shí)鐘由），外部時(shí)鐘由XTAL1引入。引入。外部時(shí)鐘XTAL1XTAL2GND8XX51懸空外部時(shí)鐘XTAL1XTAL2GND懸空CHMOSHMOS圖14外部振蕩方式8XX518XX51單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)

9、 單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu) 單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu) 單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器使用訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器使用MOVC指令指令單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)1 1.5.5.2 .2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu) 1 1.5.5.2 .2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu) 28H 28H 字節(jié)地址字節(jié)地址單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu) 28H 28H 字節(jié)地址字節(jié)地址單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)如如 MOV 20H

10、MOV 20H，C C ( (這里這里C C是是CyCy進(jìn)位標(biāo)志位），進(jìn)位標(biāo)志位），該指令是將該指令是將CyCy內(nèi)容送內(nèi)容送20H20H位位, ,如果如果CyCy1 1，位，位20H20H值為值為“1 1”。單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)2121個(gè)特殊功能寄存器的名稱及主要功能介紹如個(gè)特殊功能寄存器的名稱及主要功能介紹如下，詳細(xì)的用法見后面各節(jié)的內(nèi)容。下，詳細(xì)的用法見后面各節(jié)的內(nèi)容。 A累加器，自帶有全零標(biāo)志累加器，自帶有全零標(biāo)志Z Z，A=0A=0則則Z=1Z=1；A0A0則則Z=0Z=0。該標(biāo)志常用于

11、程序分支轉(zhuǎn)移的判斷。該標(biāo)志常用于程序分支轉(zhuǎn)移的判斷條件。條件。 B B寄存器，常用于乘除法運(yùn)算寄存器，常用于乘除法運(yùn)算 PSWPSW程序狀態(tài)字。程序狀態(tài)字。 SPSP堆棧指針。堆棧指針。單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu) 單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu) 1.6.1 布爾處理機(jī)布爾處理機(jī)布爾處理機(jī)實(shí)際上是一位字長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)，它布爾處理機(jī)實(shí)際上是一位字長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)，它有中央處理器、位累加器、位地址空間和位有中央處理器、位累加器、位地址空間和位操作指令。通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)位處理或位控制操作指令。通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)位處理或位控制功能，經(jīng)常用于簡(jiǎn)單的開關(guān)信號(hào)控制系統(tǒng)中。功能，經(jīng)常

12、用于簡(jiǎn)單的開關(guān)信號(hào)控制系統(tǒng)中。 單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)1.6.2MCS-51單片機(jī)中布爾單片機(jī)中布爾處理機(jī)的組成處理機(jī)的組成n在在MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部單片機(jī)的內(nèi)部RAM中，中，20H2FH 16個(gè)字節(jié)單元既可以按字節(jié)尋址，也可以由個(gè)字節(jié)單元既可以按字節(jié)尋址，也可以由CPU按位直接尋址。這按位直接尋址。這16個(gè)單元共有個(gè)單元共有128位，每位有位，每位有一個(gè)位地址，尋址范圍為一個(gè)位地址，尋址范圍為00H7FH，如表，如表1-1所示。另外，有所示。另外，有11個(gè)特殊功能寄存器，如累加器個(gè)特殊功能寄存器，如累加器A、寄存器、寄存器B、程序狀態(tài)字、程序狀態(tài)字PSW等，既有字節(jié)地等，既有字節(jié)地址，也有

13、位地址。址，也有位地址。 單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)n在指令系統(tǒng)中，設(shè)有位操作指令，與位在指令系統(tǒng)中，設(shè)有位操作指令，與位累加器累加器C和位地址空間結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成一和位地址空間結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)完整的布爾處理機(jī)。位操作指令有位個(gè)完整的布爾處理機(jī)。位操作指令有位傳送、位清傳送、位清0、位置、位置1、位取、位取“反反”、按、按位位“與與”、按位、按位“或或”及位測(cè)試轉(zhuǎn)移等。及位測(cè)試轉(zhuǎn)移等。中央處理器中央處理器CPU可通過(guò)位操作指令對(duì)位可通過(guò)位操作指令對(duì)位累加器和位地址空間進(jìn)行位操作。累加器和位地址空間進(jìn)行位操作。單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)ANL C, bit ANL C, / bit ORL C, bit O

14、RL C, / bit SETB C CLR C CPL C MOV C, bit MOV bit,c 單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu) P0口是一個(gè)口是一個(gè)8位雙向三態(tài)輸入輸出接口，位雙向三態(tài)輸入輸出接口，P2口是一個(gè)準(zhǔn)雙向輸入輸口是一個(gè)準(zhǔn)雙向輸入輸出接口，而且每一位都有自己的位地址。中央處理器可接字節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳出接口，而且每一位都有自己的位地址。中央處理器可接字節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，也可按位進(jìn)行位操作。在連接外部存儲(chǔ)器時(shí)，送，也可按位進(jìn)行位操作。在連接外部存儲(chǔ)器時(shí)，P0口一方面作為口一方面作為8位數(shù)位數(shù)據(jù)輸入輸出口，另一方面輸出外部存儲(chǔ)器的低據(jù)輸入輸出口，另一方面輸出外部存儲(chǔ)器的低8位地址，地址數(shù)據(jù)分時(shí)位地

15、址，地址數(shù)據(jù)分時(shí)傳送。因此，傳送。因此，P0口實(shí)際上是地址數(shù)據(jù)總線接口?？趯?shí)際上是地址數(shù)據(jù)總線接口。P2口輸出外部存儲(chǔ)器口輸出外部存儲(chǔ)器的高的高8位地址，其連接如圖所示。位地址，其連接如圖所示。 P1口與口與P3口是口是8位準(zhǔn)雙向輸入輸出接口，每一位也有自己的位地位準(zhǔn)雙向輸入輸出接口，每一位也有自己的位地址。中央處理器可按字節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，也可按位進(jìn)行位操作。另外，址。中央處理器可按字節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，也可按位進(jìn)行位操作。另外，P3口具有第二功能?？诰哂械诙δ堋?MCS-51單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置有單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置有4個(gè)并行個(gè)并行I/O接口，其中接口，其中P0口為雙向三態(tài)輸入輸出接口，口為雙向三態(tài)輸入輸

16、出接口，P1、P2、P3口為口為8位準(zhǔn)雙向位準(zhǔn)雙向輸入輸出接口。輸入輸出接口。單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu) 單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)2 2 F C1 RST R11K+5V2 2 F C1 RST+5VR2200 RSTR1 +5V C222F 803180518751803180518751803180518751（a）上電復(fù)位電路（c）按鍵脈沖復(fù)位電路（b）按鍵電平復(fù)位電路 R11K單片機(jī)復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位電路單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)單片機(jī)休閑和掉電方式實(shí)現(xiàn)電路單片機(jī)休閑和掉電方式實(shí)現(xiàn)電路單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)

17、構(gòu)電源控制寄存器PCON單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)80C51單片機(jī)掉電保護(hù)電路單片機(jī)掉電保護(hù)電路單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)小小 結(jié)結(jié) 單片機(jī)是集單片機(jī)是集CPUCPU、存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器、I/OI/O接口于一體的接口于一體的大規(guī)模集成電路芯片。大規(guī)模集成電路芯片。MCS-51MCS-51系列單片機(jī)是目前系列單片機(jī)是目前市場(chǎng)上應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)機(jī)型。市場(chǎng)上應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)機(jī)型。本章重點(diǎn)是單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)本章重點(diǎn)是單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu) 51系列系列單片機(jī)內(nèi)部包含：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)部包含：l 一個(gè)一個(gè)8 8位的位的CPUCPU。l4KB4KB程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器ROMROM（視不同產(chǎn)品型號(hào)不同：（視不同產(chǎn)品型號(hào)不同：80318031內(nèi)部無(wú)內(nèi)部無(wú)ROMROM；80518051內(nèi)部為掩模式內(nèi)部為掩模式ROMROM；87518751為為EPROMEPROM；89C5189C51內(nèi)部為內(nèi)部為FLASH EEPROMFLASH EEPROM）。）。l128128字節(jié)字節(jié)RAMRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。l兩個(gè)兩個(gè)1616位定時(shí)器位定時(shí)器/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器。單片機(jī)原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)n可尋址可尋址64KB64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64K