第二章 單片機的組成(一)

單片機接口技術及應用2/5/2023單片機接口技術及應用第二章單片機的組成（一）萬旭M.T.660109）QQ：85431017415:43應用電子系3第二章目錄第二章單片機的組成一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構二、單片機存儲器配置三、單片機的I/O口四、單片機最小工作系統(tǒng)五、AT89C51與AT89C2051簡介15:43應用電子系4一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的“外衣”DIP15:43應用電子系5一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的“外衣”PLCCTQFP15:43應用電子系6一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的引腳15:43應用電子系7一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的引腳

1~8腳為P1口。

9腳為復位引腳。

10~17腳為P3口。

18腳、19腳為時鐘引腳。

20腳為接地引腳。

21~28腳為P2口。

29腳為外部程序存儲器讀選通引腳。

30腳為訪問外部存儲器時的低8位地址鎖存信號。

31腳為內(nèi)部、外部程序存儲器選擇控制引腳。

32~39腳為P0口。

40腳為電源引腳。15:43應用電子系8一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的引腳單片機引腳功能(1)電源引腳Vcc和GND:Vcc(40)接+5V電源。

GND（20）：接電源地。(2)時鐘引腳XTAL1和XTAL2

XTAL1(19)：片內(nèi)振蕩電路輸入端

XTAL2(18)：片內(nèi)振蕩電路輸出端。(3)復位引腳RST

RST(9)單片機加電后，時鐘電路開始工作，在RST引腳上出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，系統(tǒng)即初始復位。15:43應用電子系9一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成(4)控制引腳、、

ALE/PROG(30):地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖

①

ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址

②PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。PSEN(29):外ROM讀選通信號。PSEN：尋址外部程序存儲器時選通外部EPROM的

控制端（OE）低有效。AT89S51單片機的引腳15:43應用電子系10一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成EA/Vpp(31):內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。①EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。

8051單片機ROM尋址范圍為64KB，其中4KB在片內(nèi)，60KB在片外(8031芯片無內(nèi)ROM，全部在片外)。

當EA保持高電平時，先訪問片內(nèi)ROM，當PC(程序計數(shù)器)值超過4KB(0FFFH)時，自動轉向執(zhí)行片外ROM中的程序。

當EA保持低電平時，則只訪問片外ROM，不管芯片內(nèi)有否內(nèi)ROM。8031芯片，片內(nèi)無ROM，因此，EA必須接地。

15:43應用電子系11一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成②Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。15:43應用電子系12一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成鎖存器74LS373單片機P0.0-P0.7ALEPSENP2.0-P2.4EA8D8QGOEOEA8-A12A0-A7D0-D7CEEPROMEPROMAT89S51單片機片外存儲器的連接15:43應用電子系13一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成(5)輸入/輸出(I/O)引腳P0口（32~39腳）：8位雙向I/O口。在外接存儲器時，分時提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)。在不外接存儲器時，作為通用I/O口使用。P1口（1~8腳）：8位準雙向I/O口，作通用I/O口使用。P2口（21~28腳）：8位準雙向I/O口。在訪問外部存儲器時，提供高8位地址。在不外接存儲器時，作為通用I/O口使用。AT89S51單片機的引腳15:43應用電子系14一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成P3口（10~17腳）：8位準雙向I/O口。此外，P3口各引腳還有第二功能。引腳第二功能P3.0RxD:串行口接收數(shù)據(jù)輸入端P3.1TxD:串行口發(fā)送數(shù)據(jù)輸出端P3.2INT0:外部中斷申請輸入端0P3.3INT1:外部中斷申請輸入端1P3.4T0:外部計數(shù)脈沖輸入端0P3.5T1:外部計數(shù)脈沖輸入端1P3.6WR:寫外設控制信號輸出端P3.7RD:讀外設控制信號輸出端15:43應用電子系15一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的引腳15:43應用電子系16一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的內(nèi)部結構15:43應用電子系17一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的內(nèi)部結構

硬件配置基本配置：1.8位CPU2.片內(nèi)ROM/EPROM、RAM3.片內(nèi)并行

I/O接口4.片內(nèi)16位定時器/計數(shù)器5.片內(nèi)中斷處理系統(tǒng)6.片內(nèi)全雙工串行I/O口15:43應用電子系18一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的內(nèi)部結構15:43應用電子系19一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的內(nèi)部結構中央處理器CPU主要指運算器、控制器決定單片機的主要性能指標：字長、運行速度、數(shù)據(jù)處理能力，中斷和實時控制能力。15:43應用電子系20一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的內(nèi)部結構1、運算器功能：算術和邏輯運算，8位主要部件：算術邏輯單元ALU、累加器ACC、暫存器、程序狀態(tài)字PSW、B寄存器主要任務：算術運算、邏輯運算、位操作、數(shù)據(jù)處理標識：程序狀態(tài)寄存器PSW—當前運行狀態(tài)15:43應用電子系21一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的內(nèi)部結構1）算術邏輯單元ALU即加法器，是核心部件，進行算術邏輯運算，其中MUL、DIV是執(zhí)行時間最長的指令。2）累加器ACC累加器ACC是最常用的專用寄存器。進入ALU作算術操作和邏輯操作的操作數(shù)很多來自ACC，操作的結果也常送回ACC。3）B寄存器是ACC的輔助寄存器，在乘除時，ACC不夠用便使用B寄存器。15:43應用電子系22一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的內(nèi)部結構2、控制器功能：控制器是CPU的大腦中樞，控制計算機各個部件的工作，如運算、存儲等。部件：指令寄存器IR、指令譯碼器ID、數(shù)據(jù)指針DPTR、程序計數(shù)器（指針）PC、堆棧指針SP、以及控制電路（時序電路、中斷控制部件、微操作控制部件）。

15:43應用電子系23一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的內(nèi)部結構1）程序計數(shù)器PC（程序指針）16位地址指針，控制指令執(zhí)行順序，指向下一條要執(zhí)行的指令地址。對64K字節(jié)的程序存儲器直接尋址。復位時，PC=0000H，程序從0單元開始執(zhí)行。通常單片機每取一個字節(jié)機器碼，PC就自動加1，從而保證了指令的順序執(zhí)行。轉移指令可強行改變PC的內(nèi)容。15:43應用電子系24一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的內(nèi)部結構2）時序指按照指令功能發(fā)出一系列在時間上有一定次序的信號，控制和啟動一部分邏輯電路完成某種操作。CPU需要一個時鐘，在XTAL1和XTAL2上接石英晶體和微調(diào)電容構成振蕩器。頻率為4～12MHz15:43應用電子系25一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的內(nèi)部結構3）指令寄存器IRIR是8位寄存器，用于存放從ROM中取出的指令碼。指令的第一個字節(jié)是操作碼，其后的指令碼可以是操作數(shù)或操作碼。指令譯碼器IDID可以對指令碼進行譯碼，即判斷出存放的是操作命令（操作碼）還是操作數(shù)（操作數(shù)可以是操作地址或立即操作數(shù)），以進行下面的工作。15:43應用電子系26一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的內(nèi)部結構4）微操作控制部件邏輯門電路，將ID信號和時序向片內(nèi)各部件送高低電平。中斷控制部件自動完成“中斷申請”、“中斷相應”、“恢復斷點”等工作。15:43應用電子系27一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的內(nèi)部結構內(nèi)部RAM單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM共256字節(jié)。分為低128B和高128B地址空間。低128B地址空間的RAM常稱為片內(nèi)RAM；高128B地址空間的RAM稱為特殊功能寄存器SFR。18個SFR只占用了21B供用戶使用。其他的107B系統(tǒng)保留。15:43應用電子系28一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的內(nèi)部結構15:43應用電子系29一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的內(nèi)部結構1)片內(nèi)RAM（00～7FH）工作寄存器區(qū)：（32B）字節(jié)地址：00H～1FH位尋址區(qū)：（16B）字節(jié)地址：20H～2FH位地址為：00H～7FH數(shù)據(jù)緩沖區(qū)：（80B）字節(jié)地址：00H～7FH一般使用30H～7FH15:43應用電子系30一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的內(nèi)部結構片內(nèi)ROM

ROM用于存放程序、原始數(shù)據(jù)及表格。8051：片內(nèi)4K掩膜ROM8031：片內(nèi)無ROM8751：片內(nèi)4KEPROM15:43應用電子系31一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的內(nèi)部結構定時器/計數(shù)器MCS-51系列單片機典型產(chǎn)品8051等單片機內(nèi)部有2個可編程的16位定時器/計數(shù)器T0、T1最大計數(shù)脈沖個數(shù)：1～6553615:43應用電子系32一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的內(nèi)部結構并行I/O口

MCS－51系列單片機有4個8位并行I/O口：P0、P1、P2、P3共占了32根I/O引腳單片機擴展時，這些I/O引腳又作為擴展總線用。P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線，分時輸出低8位地址和傳送8位數(shù)據(jù)；P2口作為高8位地址總線；P3口也具有第二功能。由接口的特殊結構所決定的。15:43應用電子系33一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的內(nèi)部結構串行口

完成單片機和其他計算機或通訊設備之間的串行數(shù)據(jù)通訊。MCS－51系列P3口的RXD(P3.0)和TXD(P3.1)構成15:43應用電子系34一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)是計算機的重要指標之一。單片機的組成AT89S51單片機的內(nèi)部結構日常生活中的中斷與計算機中斷的比較

某人看書 執(zhí)行主程序 日常事務電話鈴響 中斷信號如INT=0 中斷請求暫?？磿?/p>

暫停執(zhí)行主程序中斷響應書中作記號當前PC入棧 保護斷點電話談話 執(zhí)行中斷程序 中斷服務繼續(xù)看書 返回主程序 中斷返回15:43應用電子系35一、單片機外部引腳與內(nèi)部結構單片機的組成AT89S51單片機的內(nèi)部結構布爾處理器15:43應用電子系36二、單片機存儲器配置單片機的組成存儲器空間分類根據(jù)作用分類：

程序存儲器ROM

數(shù)據(jù)存儲器RAM根據(jù)位置分類：片內(nèi)存儲器片外存儲器構成了4個結構獨立的存儲器空間15:43應用電子系37二、單片機存儲器配置單片機的組成

8051、8751有4KB的片內(nèi)ROM（0000H~0FFFH）共有256B00～7FH：128B片內(nèi)RAM80H～FFH：18個特殊功能寄存器（占21B）最多64K片外ROM，地址為0000H～FFFFH或者1000H～FFFFH地址：0000H～FFFFH注：8051、8751芯片根據(jù)EA狀態(tài)存儲器空間分類15:43應用電子系38二、單片機存儲器配置單片機的組成15:43應用電子系39二、單片機存儲器配置單片機的組成15:43應用電子系40二、單片機存儲器配置單片機的組成從用戶使用的角度，即從邏輯上劃分3個存儲器地址空間：片內(nèi)外統(tǒng)一編址的64KB的程序存儲器地址空間片內(nèi)片外的程序存貯器在同一邏輯空間中，地址從0000H～FFFFH，共有64K字節(jié)范圍片內(nèi)256B數(shù)據(jù)存儲地址空間片內(nèi)數(shù)據(jù)存貯器為00H～FFH片外64KB的數(shù)據(jù)存儲器地址空間片外為0000H～FFFFH15:43應用電子系41二、單片機存儲器配置單片機的組成0000HFFFFHROM0000HFFFFH外RAM內(nèi)RAM00HFFH寄存器區(qū)位尋址區(qū)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)SFR20H30H80HE0HA15:43應用電子系42二、單片機存儲器配置單片機的組成區(qū)分四個獨立空間的方法1、指令：使用MOV、MOVX、MOVC三個不同的指令分別區(qū)分片內(nèi)RAM、片外RAM和ROM2、信號：片外ROM使用控制信號PSEN

片外RAM使用控制信號RD、WR3、信號：

EA引腳接地，從片外ROM開始

0000H～0FFFH位于片外ROM

EA引腳接高電平，從片內(nèi)ROM開始

0000H～0FFFH位于片內(nèi)ROM4、總線：ROM和片外RAM一定要用16位地址片內(nèi)RAM和SFR，只能使用8位地址15:43應用電子系43二、單片機存儲器配置單片機的組成最多為64K，用于存放程序和表格使用PC作為程序地址指針編址方式：片內(nèi)、片外ROM統(tǒng)一編址（0000H～FFFFH）片內(nèi)（0K、4K、8K）為低地址（0000H～0FFFH），片外為高地址加電復位后，PC＝0000H，當PC超出片內(nèi)，則會自動轉向片外ROMEA引腳控制PC值（8031和8051不同）MOVC用來讀取ROM中存放的表格常數(shù)程序存儲器ROM15:43應用電子系44二、單片機存儲器配置單片機的組成程序存儲器ROM分為兩個部分：1、系統(tǒng)使用區(qū)：其中0000H～0002H為系統(tǒng)復位入口，其中必有一條存放PC的跳轉指令（轉至主程序）;0003H～002AH為各個中斷源處理程序使用2、用戶使用區(qū)：其余地址空間15:43應用電子系45二、單片機存儲器配置單片機的組成片內(nèi)RAM單片機的數(shù)據(jù)存儲器分為片內(nèi)RAM和片外RAM，兩者單獨編址（片內(nèi)為00～FFH，片外為0000～FFFFH）。通常將單片機256B的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM分為兩個部分，一個是片內(nèi)RAM（占128B），一個是特殊功能寄存器SFR（占另外128B的21B）。片內(nèi)RAM的128B地址為00～7FH，可分為四個大區(qū)：工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、堆棧區(qū)15:43應用電子系46二、單片機存儲器配置單片機的組成片內(nèi)RAM15:43應用電子系47二、單片機存儲器配置單片機的組成片內(nèi)RAM工作寄存器區(qū)：字節(jié)地址：00H～1FH位尋址區(qū)：字節(jié)地址：20H～2FH位地址為：00H～7FH數(shù)據(jù)緩沖區(qū)/堆棧區(qū)：字節(jié)地址：00H～7FH一般使用30H～7FH15:43應用電子系48單片機的組成片內(nèi)RAM二、單片機存儲器配置15:43應用電子系49單片機的組成片內(nèi)RAM1、工作寄存器區(qū)范圍：00~1FH單元，共32B，來存放操作數(shù)和中間結果，使用有工作寄存器的專用指令，多為單字節(jié)指令，執(zhí)行速度快，方便。劃分：分為4個寄存器區(qū)：0區(qū)：00～07H1區(qū)：08～0FH2區(qū)：10H～17H3區(qū)：18～1FH用戶使用：每個區(qū)8個單元，用R0～R7編號。二、單片機存儲器配置15:43應用電子系50單片機的組成須知：在任何時刻CPU只能使用其中一個區(qū)（當前寄存器組），即將這個區(qū)的8個單元作為工作寄存器，其他區(qū)仍是一般的RAM。具體使用哪個區(qū)，由程序狀態(tài)寄存器PSW中的RS1、RS0兩位的狀態(tài)來決定。片內(nèi)RAM1、工作寄存器區(qū)二、單片機存儲器配置15:43應用電子系51單片機的組成二、單片機存儲器配置位尋址區(qū)20H～2FH，共16個單元，128位。為布爾處理區(qū)各有自己的位地址，統(tǒng)一編址為00H～7FH（1個地址代表1位）既可以字節(jié)尋址，也可以位尋址。有17條位操作指令，常進行置位（SETB）、清零（CLR）、取反（CPL）15:43應用電子系52單片機的組成二、單片機存儲器配置數(shù)據(jù)緩沖區(qū)30H～7FH用戶RAM區(qū)，用于存放運算數(shù)據(jù)和結果。15:43應用電子系53單片機的組成二、單片機存儲器配置堆棧區(qū)用戶可以指定內(nèi)部RAM的最高若干字節(jié)作為堆棧區(qū)（至7FH），指針為SP例：MOVSP，#5FH則從60～7FH單元為堆棧區(qū)15:43應用電子系54單片機的組成二、單片機存儲器配置堆棧本質(zhì)：堆棧是在片內(nèi)RAM中臨時開辟的暫存區(qū)；作用：保護現(xiàn)場、保護斷點針對：子程序調(diào)用、中斷操作在響應中斷或子程序調(diào)用時，發(fā)生入棧操作，入棧的是16位的PC值，PSW值并不自動入棧。特點：先進后出，后進先出指令：入棧PUSH，出棧POP15:43應用電子系55單片機的組成二、單片機存儲器配置堆棧堆棧區(qū)每個單元不能按字節(jié)任意訪問，PUSH和POP都是對堆棧的棧頂單元進行的。為了指示棧頂?shù)牡刂?，必須使用堆棧指針SP。SP始終指向堆棧最后壓入或即將彈出的數(shù)據(jù)單元，即指向棧頂。SP實際為一個8位寄存器，它的內(nèi)容是棧頂存儲單元的地址。15:43應用電子系56單片機的組成二、單片機存儲器配置關于進棧與出棧進棧PUSH：先SP+1再寫入數(shù)據(jù)例：PUSHACC初始SP=2FHSP+1即現(xiàn)在SP＝30H，然后將ACC的內(nèi)容寫入30H單元出棧POP：先讀數(shù)據(jù)再SP－1進棧、出棧有兩種方式：1、自動方式：執(zhí)行子程序、中斷響應時。2、指令方式：PUSH、POP15:43應用電子系57單片機的組成二、單片機存儲器配置關于堆棧區(qū)的劃定容量原則：片內(nèi)RAM任意區(qū)域，SP賦予初值，則堆棧區(qū)為SP～7FH。應用：棧區(qū)應和RAM的分配統(tǒng)一考慮，工作寄存器和位尋址區(qū)域分配好后再指定堆棧區(qū)域。系統(tǒng)復位后，SP＝07H，則實際堆棧從08H開始。通常做法：SP設在30H以后，即在用戶RAM（30H～7FH）之間開辟。例：

MOVSP，＃3FH即40H～7FH為堆棧區(qū)15:43應用電子系58單片機的組成二、單片機存儲器配置特殊功能寄存器SFR反映單片機的狀態(tài)，存儲對定時器、中斷、串行口、I/O口等的控制設定，使這些控制具有可編程性。共18個，其中3個16位的寄存器，故占用21B，分布于80H～FFH，可讀可寫，可視為專用RAM。其中有11個可以位尋址（字節(jié)地址能被8整除）15:43應用電子系59單片機的組成二、單片機存儲器配置15:43應用電子系60單片機的組成二、單片機存儲器配置1、ACC——地址為0E0H，8位累加器，在指令中用A表示，可以位尋址2、B寄存器——地址為0F0H，8位，可位尋址，主要用于乘除法，也可以作為通用數(shù)據(jù)緩沖單元。3、SP——地址為81H，8位堆棧指針，只能字節(jié)尋址，復位值為07H。特殊功能寄存器SFR15:43應用電子系61單片機的組成二、單片機存儲器配置4、數(shù)據(jù)指針DPTR——16位寄存器，包括兩個8位寄存器DPL和DPH，地址分別為82H和83H。只能字節(jié)尋址。可作為兩個8位寄存器使用。用于訪問外部RAM時作為地址指針，也可訪問ROM中的表格常數(shù)。5、I/O端口P0～P3為引腳P0～P3引腳的鎖存器?？晌粚ぶ?。特殊功能寄存器SFR15:43應用電子系62單片機的組成二、單片機存儲器配置6、其他：串行口數(shù)據(jù)緩沖器SBUF；串行口控制寄存器SCON；定時/計數(shù)器T0、T1；定時/計數(shù)器方式控制TMOD；中斷允許寄存器IE；定時器控制TCON；電源方式控制PCON。7、程序狀態(tài)寄存器PSW15:43應用電子系63單片機的組成二、單片機存儲器配置地址0D0H，PSW是一個8位寄存器，可位尋址，它包含了許多程序狀態(tài)信息。其各位的含義如圖所示：其中PSW.1位系統(tǒng)保留，用戶不能使用。程序狀態(tài)寄存器PSWCyACFORS1RS0OV

PPSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.015:43應用電子系64單片機的組成二、單片機存儲器配置程序狀態(tài)寄存器PSWCyACFORS1RS0OV

P進位標