單片機(jī)第二章課件

1、單片機(jī)原理及應(yīng)用第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2.1 總體結(jié)構(gòu) 2.2 MCS51單片機(jī)的外部引腳 2.3 MCS51單片機(jī)的時鐘和時鐘電路 2.4 MCS51 CPU時序 2.5 MCS51單片機(jī)的復(fù)位和復(fù)位電路 2.6 MCS51單片機(jī)的存貯器 單片機(jī)原理及應(yīng)用第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 8位CPU； 4KB字節(jié)掩膜ROM程序存貯器； 128字節(jié)內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)存貯器； 2個16位的定時器/計數(shù)器； 1個全雙工的異步串行口,4個8位并行I/O口； 5個中斷源、2級中斷優(yōu)先級的中斷控制器； 時鐘電路，外接晶振和電容可產(chǎn)生1.2MHz12MHz的時鐘頻率。 2.1 總體結(jié)構(gòu)

2、一、8051的總體結(jié)構(gòu)1、8051的內(nèi)部資源第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 8位CPU；2.1 總體結(jié)構(gòu)一、8051的總體結(jié)構(gòu)1、第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2、8051的結(jié)構(gòu)框圖 VCCVSSXTAL1XTAL2 微處理器(運算部件) CPU 控制部件數(shù)據(jù)存貯器RAM 128BP0口P2口P3口程序存貯器 4KB特殊功能寄存器(SFR)中斷系統(tǒng)定時器0定時器1串行口P1口ROM/EPROM外部中斷8888PSENEAALERESETB圖2-1 8031、8051及8751結(jié)構(gòu)框圖第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2、8051的結(jié)構(gòu)框第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)

3、結(jié)構(gòu) MCS51系列單片機(jī)的所有產(chǎn)品都含有8051除程序存貯器外的基本硬件，都是在8051的基礎(chǔ)上增減部分資源（程序存貯器、數(shù)據(jù)存貯器、I/O口、定時/計數(shù)器及一些其它特殊部件）。 微處理器(運算部件) CPU 控制部件數(shù)據(jù)存貯器128B RAM P0口P2口P3口程序存貯器 4KB特殊功能寄存器（SFR）中斷系統(tǒng)定時器0定時器1串行口P1口ROM/EPROM外部中斷888PSENEAALERESETBXTAL1XTAL2VCCVSS圖2-2 MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖定時器2特殊I/O特殊部件128B RAMnKB8二、MCS-51系列單片機(jī)的一般結(jié)構(gòu)第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)

4、構(gòu) MCS51第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2.2 MCS51單片機(jī)的外部引腳制造工藝為HMOS的系列單片機(jī)大都采用40條引腳的雙列直插式封裝（DIP）. P0 I/OP2 I/OI/O P1I/O P3VccALEPSENEARSTXTAL1XTAL2Vss圖23b 邏輯符號803180518751圖23a MCS-51引腳圖P1.1 2P1.2 3P1.3 4P1.4 5P1.5 6P1.6 7P1.7 8RST/VPD 9RxD P3.0 10TxD P3.1 11INT0 P3.2 12T0 P3.4 14WR P3.6 16RD P3.7 17XTAL2 18XTAL1 1

5、9Vss 2039 P0.038 P0.137 P0.236 P0.335 P0.434 P0.533 P0.632 P0.731 EA/Vpp29 PSEN28 P2.727 P2.626 P2.525 P2.424 P2.340 Vcc803180518751P1.0 1T1 P3.5 15INT1 P3.3 1322 P2.121 P2.023 P2.230 ALE/PROG第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2.2 MCS5第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 一、電源及時鐘引腳 Vcc(40腳)：接+5V電源； Vss(20腳)：接地 ; XTAL1(19腳)：接外部晶體的一個

6、引腳; XTAL2(18腳)：接外部晶體的另一端; 時鐘引腳(18、19腳)外接晶體時與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成一個振蕩器，它提供單片機(jī)的時鐘控制信號。時鐘引腳也可外接晶體振蕩器。 圖23a MCS-51引腳圖P1.1 2P1.2 3P1.3 4P1.4 5P1.5 6P1.6 7P1.7 8RST/VPD 9RxD P3.0 10TxD P3.1 11INT0 P3.2 12T0 P3.4 14WR P3.6 16RD P3.7 17XTAL2 18XTAL1 19Vss 2039 P0.038 P0.137 P0.236 P0.335 P0.434 P0.533 P0.632 P0.731 E

7、A/Vpp29 PSEN28 P2.727 P2.626 P2.525 P2.424 P2.340 Vcc803180518751P1.0 1T1 P3.5 15INT1 P3.3 1321 P2.022 P2.123 P2.230 ALE/PROG第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 一、電源及時鐘引腳 第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 二、控制引腳 RSTVPD(9腳) 當(dāng)振蕩器運行時，在此引腳加上兩個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位(RST) ； ALEPROG(30腳) 當(dāng)單片機(jī)訪問外部存貯器時，ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖的下降沿用于鎖存16位地址的低8位。即使不訪問外部存貯

8、器，ALE端仍有周期性正脈沖輸出，其頻率為振蕩器頻率的16； PSEN(29腳) 此輸出為訪問外部程序存貯器的讀選通信號； 30 ALE/PROG23 P2.222 P2.121 P2.0圖23a MCS-51引腳圖P1.1 2P1.2 3P1.3 4P1.4 5P1.5 6P1.6 7P1.7 8RST/VPD 9RxD P3.0 10TxD P3.1 11INT0 P3.2 12T0 P3.4 14WR P3.6 16RD P3.7 17XTAL2 18XTAL1 19Vss 2039 P0.038 P0.137 P0.236 P0.335 P0.434 P0.533 P0.632 P0.

9、731 EA/Vpp29 PSEN28 P2.727 P2.626 P2.525 P2.424 P2.340 Vcc803180518751P1.0 1T1 P3.5 15INT1 P3.3 13第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 二、控制引腳30 第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 30 ALE/PROG23 P2.222 P2.121 P2.0圖23a MCS-51引腳圖P1.1 2P1.2 3P1.3 4P1.4 5P1.5 6P1.6 7P1.7 8RST/VPD 9RxD P3.0 10TxD P3.1 11INT0 P3.2 12T0 P3.4 14WR P3.6 16RD

10、 P3.7 17XTAL2 18XTAL1 19Vss 2039 P0.038 P0.137 P0.236 P0.335 P0.434 P0.533 P0.632 P0.731 EA/Vpp29 PSEN28 P2.727 P2.626 P2.525 P2.424 P2.340 Vcc803180518751P1.0 1T1 P3.5 15INT1 P3.3 13 EAVpp(31腳) 當(dāng)EA端保持高電平時，單片機(jī)訪問的是內(nèi)部程序存貯器(對8051、8751來說)，但當(dāng)PC(程序計數(shù)器)值超過某值（如8751內(nèi)部含有4KB EPROM，值為0FFFH）時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存貯器內(nèi)的程序。

11、當(dāng)EA端保持低電平時，則不管是否有內(nèi)部程序存貯器而只訪問外部程序存貯器 。第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 30 第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 三、輸入輸出引腳 P0口(P0.0P0.7) 為雙向8位三態(tài)IO口，當(dāng)作為I/O口時，可直接連接外部I/O設(shè)備。它是地址總線低8位及數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用口，可驅(qū)動8個TTL負(fù)載。一般作為擴(kuò)展時地址/數(shù)據(jù)總線； P1口(P1.0P1.7) 為8位準(zhǔn)雙向IO口，可定義為輸入線或輸出線(作為輸入時，口鎖存器必須置1)，可驅(qū)動4個TTL負(fù)載；30 ALE/PROG23 P2.222 P2.121 P2.0圖23a MCS-51引腳圖P1.1 2P1

12、.2 3P1.3 4P1.4 5P1.5 6P1.6 7P1.7 8RST/VPD 9RxD P3.0 10TxD P3.1 11INT0 P3.2 12T0 P3.4 14WR P3.6 16RD P3.7 17XTAL2 18XTAL1 19Vss 2039 P0.038 P0.137 P0.236 P0.335 P0.434 P0.533 P0.632 P0.731 EA/Vpp29 PSEN28 P2.727 P2.626 P2.525 P2.424 P2.340 Vcc803180518751P1.0 1T1 P3.5 15INT1 P3.3 13第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)

13、構(gòu) 三、輸入輸出引腳 第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) P2口(P2.0P2.7) 為8位準(zhǔn)雙向IO口，當(dāng)作為I/O口時，可直接連接外部I/O設(shè)備。它是與地址總線高8位復(fù)用，可驅(qū)動4個TTL負(fù)載。一般作為擴(kuò)展時地址總線的高8位 ，可驅(qū)動4個TTL負(fù)載。 P3口(P3.0P3.7) 為8位準(zhǔn)雙向IO口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動4個TTL負(fù)載。 30 ALE/PROG23 P2.222 P2.121 P2.0圖23a MCS-51引腳圖P1.1 2P1.2 3P1.3 4P1.4 5P1.5 6P1.6 7P1.7 8RST/VPD 9RxD P3.0 10TxD P3.1 11INT0 P3

14、.2 12T0 P3.4 14WR P3.6 16RD P3.7 17XTAL2 18XTAL1 19Vss 2039 P0.038 P0.137 P0.236 P0.335 P0.434 P0.533 P0.632 P0.731 EA/Vpp29 PSEN28 P2.727 P2.626 P2.525 P2.424 P2.340 Vcc803180518751P1.0 1T1 P3.5 15INT1 P3.3 13第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) P2口(P2.0第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2.3 MCS51單片機(jī)的時鐘和時鐘電路單片機(jī)的時鐘產(chǎn)生方法有內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘

15、方式兩種，大多數(shù)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式。 它控制著計算機(jī)的節(jié)奏。MCS-51單片機(jī)內(nèi)有一個反相放大器組成的振蕩器，振蕩頻率主要由外接的石英晶振確定。一般石英晶振的振蕩頻率為12MHz 或 11.059MHz；1.2MHz12MHz。一般:C01、C02 均為30pF (20 80pF)；fosc：12，11.059MHzNMOS、CMOS型單片機(jī)CMOS型單片機(jī)外部時鐘電路輸入接線圖NMOS型單片機(jī)外部時鐘電路輸入接線圖第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2.3 MCS5第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2.4 MCS51 CPU時序 CPU的工作是不斷地取指令和執(zhí)行指令，以

16、完成數(shù)據(jù)的處理、傳送和輸入/輸出操作。CPU取出一條指令至該指令執(zhí)行完所需的時間稱為指令周期。 指令周期是以機(jī)器周期為基本單位的，是機(jī)器周期的整數(shù)倍。 一個機(jī)器周期包含12個時鐘周期（S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、S6P1、S6P2）。時鐘周期: 時鐘脈沖的間隔。 一般情況下算術(shù)邏輯操作發(fā)生在時相P1期間，而寄存器至寄存器之間的數(shù)據(jù)傳送發(fā)生在時相P2期間。 引腳ALE輸出信號為MCS51擴(kuò)展系統(tǒng)的外部存貯器地址低8位的鎖存信號，在訪問外部程序存貯器的周期內(nèi)，ALE信號有效兩次 (S1P2至S2P1和S4P2至S5P1輸出兩個正脈沖)；而在訪問外部數(shù)據(jù)存貯器的機(jī)器周期內(nèi)，ALE信號有效

17、一次(只在S1P2和S2P1期間產(chǎn)生一個正脈沖)。 第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2.4 MCS5第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （a）第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2.5 MCS51單片機(jī)的復(fù)位和復(fù)位電路復(fù)位電路：使CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個初始狀態(tài)開始工作。上電復(fù)位電路上電復(fù)位和開關(guān)電路系統(tǒng)復(fù)位電路（b）復(fù)位原理：使RST引腳為足夠長的高電平時間。（a）第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2.5 MC第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 表21 復(fù)位后的內(nèi)部寄存器狀態(tài)寄存器 復(fù)位狀態(tài)寄

18、存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPTR 0000H P0P3 0FFH IP （00000） IE （000000） TMOD 00H TCON 00H TH0 00H TL0 00H TH1 00H TL1 00H SCON 00H SBUF （） PCON （00000） RST變?yōu)榈碗娖胶?，退出?fù)位狀態(tài)，CPU從初始狀態(tài)開始工作。CPU復(fù)位操作不影響片內(nèi)RAM的內(nèi)容。第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 表21 復(fù)位后的第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2.6 MCS51單片機(jī)的存貯器MCS51系列單片機(jī)有五個獨立的存

19、貯空間： 64KB 程序存貯器空間（0 0FFFFH） 64KB 外部數(shù)據(jù)存貯空間（0 0FFFFH） 256B 內(nèi)部RAM（0 0FFH）; 128B內(nèi)部特殊功能寄存器（80 0FFH） 位尋址空間（0 0FFH）包含位尋址地址一、程序存貯器地址指針為16位的程序計數(shù)器PC，64KB地址空間，包含內(nèi)部程序存貯器和外部程序存貯器兩部分。 特殊功能寄存器只能用直接尋址方式，內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯器區(qū)80H0FFH單元只能用寄存器間接尋址方式。地址重疊問題MOV，MOVX第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2.6 MCS5第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) EA=1（VCC 5V），PC值大于某值（

20、由容量決定）為訪問外部程序存貯器；PC值小于某值為訪問內(nèi)部程序存貯器。EA=0（VSS 地），內(nèi)部程序存貯器被忽略。第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) EA=1（VCC 第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 二、外部RAM和I / O MCS51的外部數(shù)據(jù)存貯器(RAMIO)空間為64KB字節(jié)（地址為 0000H0FFFFH），一般通過16位的數(shù)據(jù)指針DPTR來訪問，且外部RAM和外部I/O的地址安排是統(tǒng)一編址的，CPU對其有相同的操作功能。 00H7FH80HFFH0000HFFFFH內(nèi)部WRRDSFR外部第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 二、外部RAM和I 第二章 MCS-51

21、系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 三、內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)存貯器內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)存貯器可劃分為三個區(qū)域：工作寄存區(qū) 00H1FH(R0R7) 位尋址區(qū) 20H2FH 堆棧和數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 30H7FH PSW.3 PSW.4 0 0 0區(qū) 00H07H 0 1 1區(qū) 08H0FH 1 0 2區(qū) 10H17H 1 1 3區(qū) 18H1FH CPU當(dāng)前使用的工作寄存器區(qū)由程序狀態(tài)字PSW的 3、4位決定。位尋址區(qū)16個單元的每一位都有一個位地址(16*8)。在實際應(yīng)用中，往往需要一個后進(jìn)先出(LIFO)的RAM緩沖器用于保護(hù)CPU的現(xiàn)場，這種后進(jìn)先出的緩沖器稱之為堆棧。堆棧的棧頂位置由堆棧指針SP確定。第二章 MCS-51系

22、列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 三、內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)存第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 五、特殊功能寄存器MCS51內(nèi)部的I / O口鎖存器以及定時器、串行口、中斷等各種控制寄存器和狀態(tài)寄存器都稱為特殊功能寄存器。 地址 80H0FFH 見特殊功能寄存器地址表。第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 五、特殊功能寄存器M第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 表25 特殊功能寄存器列表標(biāo) 示 符名 稱地 址ACCBPSWSPDPTRP0P1P2P3IPIETMODTCON*T2CONTH0TL0TH1TL1*TH2*TL2*RLDH*RLDLSCONSBUFPCON累加器B寄存器程序狀態(tài)字堆棧指針數(shù)據(jù)指

23、針（包括DPH和DPL）I/O口0I/O口1I/O口2I/O口3中斷優(yōu)先級控制中斷允許控制定時器/計數(shù)器工作方式控制定時器/計數(shù)器控制定時器/計數(shù)器2控制定時器/計數(shù)器0定時常數(shù)（高位字節(jié)）定時器/計數(shù)器0定時常數(shù)（低位字節(jié)）定時器/計數(shù)器1定時常數(shù)（高位字節(jié)）定時器/計數(shù)器1定時常數(shù)（低位字節(jié)）定時器/計數(shù)器2定時常數(shù)（高位字節(jié)）定時器/計數(shù)器2定時常數(shù)（低位字節(jié)）定時器/計數(shù)器2自動再裝載（高位字節(jié)）定時器/計數(shù)器2自動再裝載（低位字節(jié)）串行口控制串行數(shù)據(jù)接收、發(fā)送緩沖器電源控制0E0H0F0H0D0H81H83H和82H80H90H0A0H0B0H0B8H0A8H89H88H0C8H8C

24、H8AH8DH8BH0CDH0CCH0CBH0CAH98H99H87H第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 表25 特殊功能寄第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OVF1PPSW Cy（PSW.7）：進(jìn)位標(biāo)志，又是布爾處理機(jī)的累加器C。在執(zhí)行某些算術(shù)和邏輯指令時，數(shù)據(jù)操作結(jié)果最高位有進(jìn)位輸出(加法時)或借位輸入(減法時)，則置位Cy ，否則清Cy 。 AC(PSW.6)：輔助進(jìn)位標(biāo)志，又稱半進(jìn)位標(biāo)志。當(dāng)進(jìn)行加減法操作而產(chǎn)生由低4位向高4位進(jìn)位(加法)或借位(減法)時，則置位AC，否則清AC。 F0、F1（PSW.5、PSW.1）：用

25、戶標(biāo)志。第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) D7D6D5D4D3第二章 MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) OV（PSW.2）：溢出標(biāo)志。溢出標(biāo)志位常用于補(bǔ)碼運算，當(dāng)有符號的兩個數(shù)運算結(jié)果超出了目的寄存器所能表示的帶符號數(shù)的范圍（128+127）時置位OV。即當(dāng)操作結(jié)果有進(jìn)位進(jìn)入最高位但最高位沒有產(chǎn)生進(jìn)位，或者最高位產(chǎn)生進(jìn)位而低位沒有向最高位進(jìn)位，則置位OV，否則清OV。D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OVF1PPSW 01111111+ 0111111111111110 01111000+ 0110010011011100 10000000+ 10000000100000000 10001000+ 10011100