單片機(jī)原理及應(yīng)用 第二章 基本結(jié)構(gòu)與工作原理

1、 8位位CPU 片內(nèi)片內(nèi)4KB程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器 片內(nèi)片內(nèi)128B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 二十多個(gè)二十多個(gè)SFR 四個(gè)可編程并行四個(gè)可編程并行I/O口口 全雙工串行全雙工串行I/O口口 2個(gè)個(gè)16位定時(shí)位定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 5個(gè)中斷源，個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)個(gè)優(yōu)先級(jí) VCC （40腳）：電源，腳）：電源，+5V VSS （20腳）：電路地電平腳）：電路地電平 XTAL2（18腳）：接內(nèi)部反向放大器輸出端。腳）：接內(nèi)部反向放大器輸出端。采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接外部振蕩信號(hào)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接外部振蕩信號(hào)輸入。輸入。 XTAL1（19腳）：接內(nèi)部反向放大器輸入端。腳）：接內(nèi)部反向放大器輸

2、入端。采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。 RST/VPD（9腳）：腳）： RST為為Reset（復(fù)位）信號(hào)輸入端。（復(fù)位）信號(hào)輸入端。 VPD是備用電源輸入端。是備用電源輸入端。 ALE/PROG（30腳）：腳）： ALE，允許地址鎖存信號(hào)輸出。，允許地址鎖存信號(hào)輸出。 PROG，編程脈沖輸入端。，編程脈沖輸入端。2個(gè)機(jī)器周期以上個(gè)機(jī)器周期以上高電平高電平負(fù)跳變鎖存負(fù)跳變鎖存P0口低口低8位地址位地址1/6振蕩頻率振蕩頻率 PSEN（29腳）：腳）： 訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。 EA/VPP（31腳）：腳）：

3、EA，訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部或外部程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)。高，訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部或外部程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)。高電平，訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。電平，訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 VPP，片內(nèi)，片內(nèi)EPROM（8751）編程電壓輸入端。）編程電壓輸入端。 P0口（口（3239腳）：腳）： 8位雙向并行位雙向并行I/O端口。端口。 低低8位地址總線(xiàn)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用。位地址總線(xiàn)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用。 可帶可帶8個(gè)個(gè)LSTTL負(fù)載負(fù)載 P1口口 （18腳）：腳）： 8位準(zhǔn)雙向并行位準(zhǔn)雙向并行I/O端口端口 可帶可帶4個(gè)個(gè)LSTTL負(fù)載負(fù)載 P2口（口（2128腳）：腳）： 8位準(zhǔn)雙向并行位準(zhǔn)雙向并行I/O端口端口 高高8位地址總線(xiàn)位地址總線(xiàn) 可帶可帶4

4、個(gè)個(gè)LSTTL負(fù)載負(fù)載 P3口（口（1017腳）：腳）： 8位準(zhǔn)雙向并行位準(zhǔn)雙向并行I/O端口端口 特殊第二功能特殊第二功能 P3.0-RXD：串行數(shù)據(jù)接收端：串行數(shù)據(jù)接收端 P3.1-TXD：串行數(shù)據(jù)發(fā)送端：串行數(shù)據(jù)發(fā)送端 P3.2-INT0：外部中斷：外部中斷0請(qǐng)求端請(qǐng)求端 P3.3-INT1：外部中斷：外部中斷1請(qǐng)求端請(qǐng)求端 P3.4-T0：定時(shí)：定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器0外部事件計(jì)數(shù)輸入端外部事件計(jì)數(shù)輸入端 P3.5-T1：定時(shí)：定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器1外部事件計(jì)數(shù)輸入端外部事件計(jì)數(shù)輸入端 P3.6-WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 P3.7-RD：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通：外部數(shù)據(jù)

5、存儲(chǔ)器讀選通 由運(yùn)算部件和控制部件組成由運(yùn)算部件和控制部件組成 作用是讀入及分析指令，控制各個(gè)部件進(jìn)作用是讀入及分析指令，控制各個(gè)部件進(jìn)行指定的操作行指定的操作 主要部件：主要部件： 算術(shù)算術(shù)/邏輯運(yùn)算部件邏輯運(yùn)算部件ALU 布爾處理器布爾處理器 定時(shí)定時(shí)/控制部件控制部件 寄存器寄存器 累加器累加器A：運(yùn)算時(shí)的暫存寄存器：運(yùn)算時(shí)的暫存寄存器 寄存器寄存器B：一般用于乘、除指令，與：一般用于乘、除指令，與A配配合使用，存放第二操作數(shù)合使用，存放第二操作數(shù) 程序狀態(tài)字寄存器程序狀態(tài)字寄存器PSW：8位寄存器，位寄存器，相當(dāng)于相當(dāng)于8086的的FLAGS。用于寄存當(dāng)前指。用于寄存當(dāng)前指令執(zhí)行后的狀

6、態(tài)。令執(zhí)行后的狀態(tài)。 格式：格式： 7 6 5 4 3 2 1 0 Cy AC F0 RS1 RS0 OV P Cy：高位進(jìn)位標(biāo)志位：高位進(jìn)位標(biāo)志位 有進(jìn)位或借位時(shí)，有進(jìn)位或借位時(shí)，Cy=1；否則，；否則，Cy=0 用作位累加器，用用作位累加器，用“C”表示表示 AC：輔助進(jìn)位標(biāo)志：輔助進(jìn)位標(biāo)志 低低4位向高位向高4位有進(jìn)位或借位時(shí)，位有進(jìn)位或借位時(shí)，AC=1；否；否則，則，AC=0 常用于常用于BCD碼調(diào)整碼調(diào)整 F0：用戶(hù)標(biāo)志位：用戶(hù)標(biāo)志位 RS1、RS0：選擇工作寄存器組位：選擇工作寄存器組位 用于選擇內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器區(qū)內(nèi)用于選擇內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器區(qū)內(nèi)4組工作寄存組工作寄存器中的某一組器中的某

7、一組 OV：溢出標(biāo)志位：溢出標(biāo)志位 P：奇偶校驗(yàn)標(biāo)志位：奇偶校驗(yàn)標(biāo)志位 根據(jù)累加器根據(jù)累加器A中中1的個(gè)數(shù)由硬件置位或清除的個(gè)數(shù)由硬件置位或清除 奇數(shù)個(gè)奇數(shù)個(gè)1，P=1；否則，；否則，P=0 PSW1：保留位，無(wú)定義：保留位，無(wú)定義 作用：產(chǎn)生時(shí)序電位和時(shí)序脈沖作用：產(chǎn)生時(shí)序電位和時(shí)序脈沖 產(chǎn)生方式：產(chǎn)生方式： 內(nèi)部方式，利用片內(nèi)的振蕩器電路內(nèi)部方式，利用片內(nèi)的振蕩器電路 外部方式外部方式片內(nèi)振蕩器等效電路外部諧振電路晶體或陶瓷諧振器1.2M12MHZ補(bǔ)償電容30PF或47PF212121 振蕩周期振蕩周期 即時(shí)鐘周期，由晶振主頻率決定，為其倒數(shù)即時(shí)鐘周期，由晶振主頻率決定，為其倒數(shù) 機(jī)器周期

8、機(jī)器周期 單片機(jī)完成一個(gè)基本操作的時(shí)間單片機(jī)完成一個(gè)基本操作的時(shí)間 一個(gè)機(jī)器周期包括一個(gè)機(jī)器周期包括12個(gè)振蕩周期，分為個(gè)振蕩周期，分為6個(gè)狀個(gè)狀態(tài)，態(tài)，S1S6；每個(gè)狀態(tài)包含兩個(gè)振蕩周期，；每個(gè)狀態(tài)包含兩個(gè)振蕩周期，P1和和P2。因此，。因此，MCS-51的時(shí)序可表示為的時(shí)序可表示為S1P1，S1P2，S6P1，S6P2 指令周期指令周期 一條指令的執(zhí)行時(shí)間一條指令的執(zhí)行時(shí)間 一般為一般為12個(gè)機(jī)器周期，乘除指令為個(gè)機(jī)器周期，乘除指令為4個(gè)機(jī)個(gè)機(jī)器周期器周期設(shè)晶振主頻率為設(shè)晶振主頻率為12MHZ振蕩周期為振蕩周期為1/12s，機(jī)器周期為，機(jī)器周期為1s，指令周期為指令周期為1s、2s、4s

9、MCS-51存儲(chǔ)器為哈佛結(jié)構(gòu)，即程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器為哈佛結(jié)構(gòu)，即程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)編址與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)編址 4個(gè)物理空間：內(nèi)、外程序存儲(chǔ)器，內(nèi)、外個(gè)物理空間：內(nèi)、外程序存儲(chǔ)器，內(nèi)、外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 3個(gè)邏輯空間：個(gè)邏輯空間：64KB程序存儲(chǔ)器，編址為程序存儲(chǔ)器，編址為0000HFFFFH64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，編址為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，編址為0000FFFFH256B內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，編址為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，編址為00HFFH 0000H0002H：程序的起始，一般存放：程序的起始，一般存放一條絕對(duì)跳轉(zhuǎn)指令一條絕對(duì)跳轉(zhuǎn)指令例：例：LJMP 0050H 0003H002AH：5個(gè)中斷服務(wù)程序

10、個(gè)中斷服務(wù)程序 0003H 外部中斷外部中斷0 000BH 定時(shí)器定時(shí)器0溢出中斷溢出中斷 0013H 外部中斷外部中斷1 001BH 定時(shí)器定時(shí)器1溢出中斷溢出中斷 0023H 串行口中斷串行口中斷 256字節(jié)，編址為字節(jié)，編址為00HFFH 分為兩部分分為兩部分00H7FH：內(nèi)部數(shù)據(jù)：內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM80HFFH：特殊功能寄存器區(qū)：特殊功能寄存器區(qū) 構(gòu)成布爾處理器的存儲(chǔ)器空間構(gòu)成布爾處理器的存儲(chǔ)器空間 位地址為位地址為 00H7FH（0127）例：例：MOV A，40H ；將字節(jié)地址為；將字節(jié)地址為40H的的 8位數(shù)據(jù)送入累加器位數(shù)據(jù)送入累加器A MOV C，40H ；將位地址為；將位地址為

11、40H（字（字節(jié)地址為節(jié)地址為28H的第的第0位）位）的一位數(shù)據(jù)送入位累加器的一位數(shù)據(jù)送入位累加器C只可字節(jié)尋址地址范圍地址范圍 80HFFH21個(gè)特殊功能寄存器個(gè)特殊功能寄存器占用占用26個(gè)字節(jié)，其余單元無(wú)定義個(gè)字節(jié)，其余單元無(wú)定義8032/8052：內(nèi)部：內(nèi)部RAM與特殊功能與特殊功能寄存器地址重疊空間，依靠不同尋寄存器地址重疊空間，依靠不同尋址方式實(shí)現(xiàn)區(qū)別訪(fǎng)問(wèn)址方式實(shí)現(xiàn)區(qū)別訪(fǎng)問(wèn)RAM：間接尋址：間接尋址SFR：直接尋址：直接尋址1）、程序計(jì)數(shù)器）、程序計(jì)數(shù)器PC用于存放下一條要執(zhí)行指令的地址用于存放下一條要執(zhí)行指令的地址可尋址范圍為可尋址范圍為065535（64K）2）、累加器）、累加器

12、A（E0H） 可位尋址可位尋址3）、寄存器）、寄存器B（F0H） 可位尋址可位尋址4）、程序狀態(tài)字寄存器）、程序狀態(tài)字寄存器PSW（DOH） 可位尋址可位尋址5）、）、I/O端口端口P0P3 P0：80HP1：90HP2：A0HP3：B0H均可位尋址均可位尋址6）、堆棧指針）、堆棧指針SP（81H）8位專(zhuān)用寄存器，指示堆棧頂部在內(nèi)部位專(zhuān)用寄存器，指示堆棧頂部在內(nèi)部RAM塊中的位置，不可位尋址塊中的位置，不可位尋址MCS-51堆棧為堆棧為向上生長(zhǎng)型向上生長(zhǎng)型如執(zhí)行如執(zhí)行 PUSH A 操作操作復(fù)位后，復(fù)位后， SP=07H7）、數(shù)據(jù)指針）、數(shù)據(jù)指針DPTRDPH：83HDPL：82H不可位尋址不

13、可位尋址特點(diǎn)：既可做特點(diǎn)：既可做16位，也可做兩個(gè)位，也可做兩個(gè)8位寄存器使用位寄存器使用例：例：MOV DPTR，#2000HMOV DPH，#20HMOV DPL，#00H8）、其它）、其它SFR 略，見(jiàn)課本略，見(jiàn)課本P42、P43地址能被地址能被8整除的整除的SFR，可位尋址，可位尋址可位尋址的地址單元可位尋址的地址單元X最高有效位用最高有效位用X7表示表示最低有效位用最低有效位用X0表示表示例：例： P37 、P30最大擴(kuò)展范圍：最大擴(kuò)展范圍：64KB編址為：編址為：0000HFFFFH訪(fǎng)問(wèn)指令：MOVX訪(fǎng)問(wèn)地址：訪(fǎng)問(wèn)地址：由由DPTR或或R0、R1提供提供16位數(shù)據(jù)指針，位數(shù)據(jù)指針，尋址范圍尋址范圍64K8位寄存器，提供位寄存器，提供低低8位地址，高位地址，高8位由位由P2口提供口提供組成：組成：位累加器位累加器Cy（PSW7）位尋址寄存器（位尋址寄存器（SFR可尋址位）可尋址位）位尋址位尋址I/O口口位尋址內(nèi)部位尋址內(nèi)部RAM位尋址指令系統(tǒng)位尋址指令系統(tǒng)程