單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)(第2版)電子課件第2章

1、單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社 2.1 2.1 總體結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu) 2.2 CPU2.2 CPU和時鐘電路和時鐘電路 2.3 2.3 存儲器存儲器 2.4 2.4 并行并行I/OI/O口口 小結(jié)小結(jié)第2章 MCS-51單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社2.1 MCS-512.1 MCS-51單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1.1 80512.1.1 8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社

2、2.1.2 2.1.2 引腳定義及功能引腳定義及功能80518051引腳排列引腳排列VCCVCC：接：接+5V+5V電源；電源；VSSVSS：接地；：接地；XTAL1XTAL1和和XTAL2XTAL2：時鐘引腳，：時鐘引腳，外接晶體引線端。外接晶體引線端。 P0.0P0.0P0.7P0.7：P0P0口口8 8位雙向位雙向I/OI/O口；口；P1.0P1.0P1.7P1.7：P1P1口口8 8位準(zhǔn)雙向位準(zhǔn)雙向I/OI/O口；口；P2.0P2.0P2.7P2.7：P2P2口口8 8位準(zhǔn)雙向位準(zhǔn)雙向I/OI/O口；口；P3.0P3.0P3.7P3.7：P3P3口口8 8位準(zhǔn)雙向位準(zhǔn)雙向I/OI/O口

3、?？凇ST/VpdRST/Vpd：RSTRST是復(fù)位信號輸入是復(fù)位信號輸入端，端，VpdVpd是備用電源輸入端；是備用電源輸入端； ALE/ ALE/ ：地址鎖存允許信號：地址鎖存允許信號輸出端；輸出端； ：程序存儲允許輸出端；：程序存儲允許輸出端； /Vpp/Vpp：程序存儲器地址允許：程序存儲器地址允許輸入端。輸入端。 PROGPSENEA單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社2.1.3 2.1.3 片外總線結(jié)構(gòu)片外總線結(jié)構(gòu)單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社（1 1）運算器）運算器

4、 累加器累加器A A 寄存器寄存器B B 程序狀態(tài)字寄存器程序狀態(tài)字寄存器PSWPSW （2 2）控制器）控制器 程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC PC 指令寄存器指令寄存器IR IR 定時與控制邏輯定時與控制邏輯2.2.1 CPU2.2.1 CPU結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)2.2 CPU2.2 CPU和時鐘電路和時鐘電路單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社2.2.2 2.2.2 時鐘電路時鐘電路XTAL2XTAL1 C1C2晶振8051內(nèi)部時鐘8051XTAL2XTAL1VssVcc外時鐘信號內(nèi)部時鐘電路內(nèi)部時鐘電路外部時鐘電路外部時鐘電路單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第

5、單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社2.2.3 CPU2.2.3 CPU時序時序1 1、節(jié)拍與狀態(tài)、節(jié)拍與狀態(tài)把振蕩脈沖的周期定義為把振蕩脈沖的周期定義為節(jié)拍節(jié)拍( (用用P P表示表示) )。振蕩脈沖。振蕩脈沖經(jīng)過經(jīng)過2 2分頻后，就是單片機(jī)的時鐘信號周期，其定義分頻后，就是單片機(jī)的時鐘信號周期，其定義為為狀態(tài)狀態(tài)( (用用S S表示表示) )。 2 2、機(jī)器周期、機(jī)器周期1 1個個機(jī)器周期機(jī)器周期包含包含1212個晶蕩周期或個晶蕩周期或6 6個時鐘周期。個時鐘周期。 3 3、指令周期、指令周期指令的執(zhí)行時間稱作指令的執(zhí)行時間稱作指令周期。指令周期。 各指令的微

6、操作在時間上有嚴(yán)格的次序，這種各指令的微操作在時間上有嚴(yán)格的次序，這種微微操作的時間次序操作的時間次序我們稱作我們稱作時序。時序。 單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社1、復(fù)位電路、復(fù)位電路復(fù)位復(fù)位目的是目的是使單片機(jī)使單片機(jī)或系統(tǒng)中的其它部件或系統(tǒng)中的其它部件處于某種確定的初始處于某種確定的初始狀態(tài)。狀態(tài)。 上電復(fù)位電路上電復(fù)位電路 按鍵與上電復(fù)位按鍵與上電復(fù)位 2.2.4 2.2.4 復(fù)位電路復(fù)位電路單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第

7、2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社2、單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)、單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)PC=0000HPC=0000H，所以程序從，所以程序從0000H0000H地址單元開始執(zhí)行；地址單元開始執(zhí)行；啟動后，片內(nèi)啟動后，片內(nèi)RAMRAM為隨機(jī)值，運行中的復(fù)位操作不改為隨機(jī)值，運行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi)變片內(nèi)RAMRAM的內(nèi)容的內(nèi)容 ；特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)是確定的特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)是確定的 ：P0P0P3=FFHP3=FFH，各口可用于輸出，也可用于輸入；，各口可用于輸出，也可用于輸入；SP=07HSP=07H，第，第1 1個入棧內(nèi)容將寫入個入棧內(nèi)容將寫入08H08H單元；單元；IPI

8、P、IEIE和和PCONPCON的的有效位為有效位為0 0，各中斷源處于低優(yōu)先級，各中斷源處于低優(yōu)先級且均被關(guān)斷、串行通訊的波特率不加倍；且均被關(guān)斷、串行通訊的波特率不加倍；PSW=00HPSW=00H，當(dāng)前工作寄存器為，當(dāng)前工作寄存器為0 0組。組。單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社80518051存儲器可以分成兩大類：存儲器可以分成兩大類：RAMRAM：CPUCPU在運行時能隨時進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入和讀在運行時能隨時進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入和讀出，但在關(guān)閉電源時，其所存儲的信息將丟失。出，但在關(guān)閉電源時，其所存儲的信息將丟失。它用來存放暫時性的輸入輸

9、出數(shù)據(jù)、運算的中它用來存放暫時性的輸入輸出數(shù)據(jù)、運算的中間結(jié)果或用作堆棧。間結(jié)果或用作堆棧。ROMROM：是是1 1種寫入信息后不易改寫的存儲器。種寫入信息后不易改寫的存儲器。斷電后，斷電后，ROMROM中的信息保留不變。用來存放固中的信息保留不變。用來存放固定的程序或數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)監(jiān)控程序、常數(shù)表定的程序或數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)監(jiān)控程序、常數(shù)表格等。格等。 2.3 2.3 存儲器存儲器單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社PCPC是是1616位的計數(shù)器，所以能尋址位的計數(shù)器，所以能尋址64KB64KB的的ROMROM。80518051內(nèi)部有內(nèi)部有4KB

10、4KB的掩膜的掩膜ROMROM，87518751在內(nèi)部有在內(nèi)部有4KB4KB的的EPROMEPROM，而，而80318031在在內(nèi)部沒有程序存儲器。內(nèi)部沒有程序存儲器。 2.3.1 2.3.1 程序存儲器程序存儲器單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社2.3.2 2.3.2 數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社1 1、片內(nèi)低、片內(nèi)低128B RAM128B RAM 低端低端3232個字節(jié)分成個字節(jié)分成4 4個工作寄存器組，每組個工作寄存器組，每組8 8個單元。個單元。當(dāng)

11、前工作寄存當(dāng)前工作寄存器組的機(jī)制器組的機(jī)制便于快速現(xiàn)場保護(hù)。便于快速現(xiàn)場保護(hù)。 PSWPSW的的RS1RS1、RS0 RS0 決定當(dāng)前工作寄存器組號決定當(dāng)前工作寄存器組號 寄存器寄存器0 0組組 ：地址：地址00H07H00H07H；寄存器寄存器1 1組組 ：地址：地址08H0FH08H0FH；寄存器寄存器2 2組組 ：地址：地址10H17H10H17H；寄存器寄存器3 3組組 ：地址：地址18H1FH18H1FH。1 1、工作寄存器區(qū)、工作寄存器區(qū)單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社2 2、位尋址區(qū)、位尋址區(qū)單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)

12、原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社 位尋址區(qū)之后的位尋址區(qū)之后的30H30H至至7FH7FH共共8080個字節(jié)個字節(jié)為通用為通用RAMRAM區(qū)。這些單元可以作為數(shù)據(jù)緩沖器使用。這區(qū)。這些單元可以作為數(shù)據(jù)緩沖器使用。這1 1區(qū)域的區(qū)域的操作指令非常豐富，數(shù)據(jù)處理方便靈活。操作指令非常豐富，數(shù)據(jù)處理方便靈活。 在實際應(yīng)用中，常需在在實際應(yīng)用中，常需在RAMRAM區(qū)設(shè)置堆棧。區(qū)設(shè)置堆棧。80C5180C51的的堆棧堆棧1 1般設(shè)在般設(shè)在30H30H7FH7FH的范圍內(nèi)的范圍內(nèi)。棧頂?shù)奈恢糜伞ｍ數(shù)奈恢糜蒘PSP寄存器指示。寄存器指示。復(fù)位時復(fù)位時SPSP的初值為的初值為07

13、H07H，在系統(tǒng)初始化，在系統(tǒng)初始化時可以重新設(shè)置。時可以重新設(shè)置。3 3、用戶、用戶RAMRAM區(qū)區(qū)單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社累加器累加器A A：8 8位。用于向位。用于向ALUALU提供操作數(shù)，許多運算的結(jié)提供操作數(shù)，許多運算的結(jié)果也存放在累加器中；果也存放在累加器中；寄存器寄存器B B：8 8位。主要用于乘、除法運算。也可以作為位。主要用于乘、除法運算。也可以作為RAMRAM的的1 1個單元使用；個單元使用；2.3.3 2.3.3 特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRSFR堆棧指針堆棧指針SPSP：8 8位。它總是指向棧頂。位

14、。它總是指向棧頂。 堆棧操作遵循堆棧操作遵循“后進(jìn)先出后進(jìn)先出”的原則，入棧操作時，的原則，入棧操作時，SPSP先加先加1 1，數(shù)據(jù)再壓入，數(shù)據(jù)再壓入SPSP指向的單元。出棧操作時，指向的單元。出棧操作時， 先先將將SPSP指向的單元的數(shù)據(jù)彈出，然后，指向的單元的數(shù)據(jù)彈出，然后，SPSP再減再減1 1，這時，這時SPSP指指向的單元是新的棧頂?？梢姡虻膯卧切碌臈ｍ?。可見，80C5180C51單片機(jī)的堆棧區(qū)是向單片機(jī)的堆棧區(qū)是向地址增大的方向生成的。地址增大的方向生成的。單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社程序狀態(tài)字寄存器程序狀態(tài)字寄存器

15、PSWPSW：8 8位。其各位含義為：位。其各位含義為： CYCY：進(jìn)位、借位標(biāo)志。有進(jìn)位、借位時：進(jìn)位、借位標(biāo)志。有進(jìn)位、借位時 CY=1CY=1，否則，否則CY=0CY=0； ACAC：輔助進(jìn)位、借位標(biāo)志；：輔助進(jìn)位、借位標(biāo)志； F0F0：用戶標(biāo)志位，由用戶自己定義；：用戶標(biāo)志位，由用戶自己定義； RS1RS1、RS0RS0：當(dāng)前工作寄存器組選擇位；：當(dāng)前工作寄存器組選擇位； OVOV：溢出標(biāo)志位。有溢出時：溢出標(biāo)志位。有溢出時OV=1OV=1，否則，否則OV=0OV=0； P P：奇偶標(biāo)志位。：奇偶標(biāo)志位。ACCACC中結(jié)果有奇數(shù)個中結(jié)果有奇數(shù)個1 1時時P=1P=1，否則，否則 P=0

16、P=0。數(shù)據(jù)指針數(shù)據(jù)指針DPTRDPTR：1616位。用來存放位。用來存放1616位的地址。位的地址。 它由兩個它由兩個8 8位的寄存器位的寄存器DPHDPH和和DPLDPL組成。間接尋址或變址組成。間接尋址或變址尋址可訪問片外的尋址可訪問片外的64KB64KB范圍的范圍的RAMRAM或或ROMROM數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。 單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社2.4.1 P02.4.1 P0口口DCLQQP0.X鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器讀鎖存器讀引腳VccT1T2MUX控制地址/數(shù)據(jù)&P0.X引腳1 1、P0P0口的結(jié)構(gòu)口的結(jié)構(gòu)2.4 2.4

17、并行并行I/OI/O口口單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社P0P0口既可作地址口既可作地址/ /數(shù)據(jù)總線使用，又可作通用數(shù)據(jù)總線使用，又可作通用I/OI/O口用?？谟谩．?dāng)當(dāng)P0P0口作地址數(shù)據(jù)總線使用時，就不能再把它當(dāng)通用口作地址數(shù)據(jù)總線使用時，就不能再把它當(dāng)通用I/OI/O口使用了?？谑褂昧?。作通用輸出口時，輸出級屬漏極開路，在驅(qū)動作通用輸出口時，輸出級屬漏極開路，在驅(qū)動NMOSNMOS電路電路時應(yīng)外接上拉電阻。時應(yīng)外接上拉電阻。作通用輸入口使用時，應(yīng)區(qū)分讀引腳和讀鎖存器。讀引作通用輸入口使用時，應(yīng)區(qū)分讀引腳和讀鎖存器。讀引腳時，應(yīng)先向

18、鎖存器寫腳時，應(yīng)先向鎖存器寫“”，這時輸出級個，這時輸出級個 FETFET截截止，可用作高阻抗輸入。止，可用作高阻抗輸入。 2 2、P0P0口的功能口的功能單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社2.4.2 P12.4.2 P1口口單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社2.4.3 P22.4.3 P2口口P2P2口是口是1 1個個8 8位準(zhǔn)雙向位準(zhǔn)雙向I/OI/O口，具有兩種功能?？?，具有兩種功能。1 1是作通用是作通用I/OI/O口用，口用，與與P1P1口相同?？谙嗤? 2是作擴(kuò)展系統(tǒng)的高是作擴(kuò)展系統(tǒng)的高8 8位地址總線。輸出高位地址總線。輸出高8 8位地址，位地址，與與P0P0口口1 1起組成起組成1616位地址總線。它的位結(jié)構(gòu)如圖位地址總線。它的位結(jié)構(gòu)如圖2.92.9所示。所示。單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社2.4.4 P32.4.4 P3口口單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（第2 2版）清華大學(xué)出版社版）清華大學(xué)出版社小小 結(jié)結(jié) 8051 8051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括CPUCPU、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、并行、程序存