單片微型計算機原理及接口技術(楊光友版)課件ch2

第二章單片機硬件結構2-1單片機的基本結構2-2MCS-51單片機引腳2-3MCS-51存儲器配置2-1-1 MCS-51單片機的基本組成2-1單片機的基本結構時鐘電路SFR和RAMROMCPU定時/計數(shù)器并行端口中斷系統(tǒng)串行端口系統(tǒng)總線時鐘源T0T1P0P1P2P3TXDRXD

INT0INT1（1） 一個8位微處理器CPU；（5） 四個８位的I/O并行端口；（2） RAM和特殊功能寄存器SFR（6） 一個串行端口；（3） 內(nèi)部程序存儲器（ROM）（7） 中斷控制系統(tǒng)；（4） 兩個定時/計數(shù)器；（8） 內(nèi)部時鐘電路。

硬件基本配置：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MCS-51系列基本產(chǎn)品型號：8051、8031、8751稱為51子系列。不同型號MCS-51單片機CPU處理能力和指令系統(tǒng)完全兼容，只是存儲器和I/O接口的配置有所不同。2-1-2MCS-51硬件結構特點

2-1-3MCS-51單片機內(nèi)部結構P2.0—P2.7P0.0—P0.7通道０驅動器通道２驅動器RAM地址鎖存器RAM通道0鎖存器通道2鎖存器ROM/EPROMB寄存器程序地址寄存器緩沖器PC遞增器程序計數(shù)器PCDPTR指針VCCGNDP1.0—P1.7堆棧指針SPACCTMP2PSW通道3鎖存器通道1鎖存器通道1驅動器通道3驅動器TMP1SCONTMODPCONTCONTL0TH1TH0TL1IESBUF(TX/RX)IP中斷、串行口和定時器邏輯振蕩器P3.0—P3.7RSTALEPSENXTAL2XTAL1ALU(+5V)指令寄存器定時和控制邏輯指令譯碼器EAMCS-51CPU

內(nèi)部結構CPU主要由運算器和控制器組成1．運算器運算器由8位算術邏輯運算單元ALU（ArithmeticLogicUnit）、8位累加器ACC（Accumulator）、8位寄存器B、程序狀態(tài)字寄存器PSW（ProgramStatusWord）、8位暫存寄存器TMP1和8位暫存寄存器TMP2等組成。2．控制器控制器主要由程序計數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令譯碼器、堆棧指針SP、數(shù)據(jù)指針DPTR、時鐘發(fā)生器及定時控制邏輯等組成。一、P0口的結構它由一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)輸入緩沖器和輸出驅動及控制電路組成。MCS-51單片機有4個雙向并行的8位I/O口P0～P3。2-1-4 輸入/輸出（I/O）端口結構VCCP0.x鎖存器讀鎖存器地址/數(shù)據(jù)控制D讀引腳寫鎖存器內(nèi)部總線QQMUXT2T1CL（1）P0口作為I/O口。（2）作為地址/數(shù)據(jù)總線。

當作輸入口時，讀脈沖將圖中下方的三態(tài)輸入緩沖器打開，這樣端口上的數(shù)據(jù)經(jīng)緩沖器送至內(nèi)部總線。圖中上方的緩沖器并不直接讀端口引角上的數(shù)據(jù)，而是讀鎖存器Q端的數(shù)據(jù)，Q端與引角上的數(shù)據(jù)是一致的。作為輸出口使用時，內(nèi)部控制端發(fā)0電平使與門輸出為0，場效應管T1截止，此時多路開關MUX與鎖存器的端接通。內(nèi)部數(shù)據(jù)加在鎖存器D端，當CL端的寫脈沖出現(xiàn)后，與內(nèi)部總線相連的D端數(shù)據(jù)取反后出現(xiàn)在端，經(jīng)場效應管T2反向出現(xiàn)在P0的引腳上。二、P1口的結構P1端口是單片機中唯一僅有單功能的I/O端口，輸出信號鎖存在端口上，故又稱為通用靜態(tài)端口。P1口是通用I/O準雙向靜態(tài)端口，輸出的信息有鎖存。P1端口與P0端口的主要區(qū)別在于，P1端口用內(nèi)部上拉電阻代替了場效應管T1，且輸出信息僅來自內(nèi)部總線。若輸出時D端的數(shù)據(jù)為1，T截止輸出為1；若D端數(shù)據(jù)為0，則T導通，引腳輸出為低電平。當作輸入使用時，必須向鎖存器寫1，使場效應管截止，才可以作輸入用。VCCP1.x鎖存器讀鎖存器D讀引腳寫鎖存器內(nèi)部總線QQT內(nèi)部上拉電阻CL三、P2口的結構和P1口比較，P2口多了轉換控制部分。當P2口作通用I/O口使用時，多路開關MUX連接鎖存器的Q端，構成一個準雙向口。當系統(tǒng)擴展片外程序存儲器時，P2端口就用來周期性地輸出從外存中取指令的高8位地址（A8-A15），此時MUX在CPU的控制下切換到與內(nèi)部地址總線相連。因地址信號是不間斷的，此時P2口就不能用作I/O端口使用了。VCCP2.x鎖存器讀鎖存器地址控制D讀引腳寫鎖存器內(nèi)部總線QQMUXT內(nèi)部上拉電阻CL四、P3口的結構當處于第二功能時，鎖存器由硬件自動置1，使與非門對第二功能信號暢通。此時，“讀引腳”信號無效，左下的三態(tài)緩沖器不通，引腳上的第二輸入功能信號經(jīng)右下的的緩沖器送入“第二功能輸入端”。和P1口比較，P3口增加了一個與非門和一個緩沖器，使其各端口線有兩種功能選擇。當處于第一功能時，第二輸出功能線為1，此時輸出與P1口相同，內(nèi)部總線信號經(jīng)鎖存器和場效應管輸出。當作輸入時，“讀引角”信號有效，下面的三態(tài)緩沖器打開（增加的一個為常開），數(shù)據(jù)通過緩沖器送到CPU內(nèi)部總線。VCCP3.x鎖存器讀鎖存器第二輸出功能D讀引腳

寫鎖存器內(nèi)部總線QT內(nèi)部上拉電阻第二輸入功能CLP3口的第二功能表2-2MCS-51單片機引腳2-2-1MCS-51單片機引腳描述1．I/O口線功能4個8位并行I/O接口引腳P0.0～P0.7、P1.0～P1.7

、P2.0～P2.7和

P3.0～P3.72．控制線ALE：地址鎖存允許信號端PSEN：外部程序存儲器讀選通信號端EA/VPP：程序存儲器選擇信號端和編程電源輸入端RST/VPD：復位信號端和后備電源輸入端。2-2-2MCS-51單片機的片外總線結構

和所有微機一樣，MCS-51單片機是通過總線來傳輸各種信息的。所謂總線，是微機中的一組公用導線，是傳輸信息的公共通道。各種器件都須通過三態(tài)門隔離再連接到總線上。

微型計算機中的總線通常分為地址總線（AB）、數(shù)據(jù)總線（DB）和控制總線（CB）。MCS-51單片機按引腳功能分類的片外總線結構示意圖如右。2-3MCS-51存儲器配置物理上4個存儲器地址空間：片內(nèi)/片外程序存儲器空間片內(nèi)/片外數(shù)據(jù)存儲器空間邏輯上3個存儲器地址空間：64KB程序存儲器256B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器64KB片外數(shù)據(jù)存儲器

2-3MCS-51存儲器配置

一、程序存儲器64KB程序存儲器空間EA不同電平，選擇片內(nèi)或片外低位存儲單元特殊存儲單元：復位入口:0000H中斷入口:0003H～0023H0003H:外部中斷INT0入口000BH:定時器T0中斷入口0013H:外部中斷INT1入口001BH:定時器T1中斷入口0023H:串行口中斷入口

二、數(shù)據(jù)存儲器1．64KB片外數(shù)據(jù)存儲器空間(與擴展I/O接口共用)2.256B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器:

1)

片內(nèi)RAM

2)

特殊功能寄存器SFR1)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～7FH2)特殊功能寄存器SFR占用字節(jié)地址：80H～FFH位尋址寄存器：其字節(jié)地址可被8整除。專用寄存器：A、B、PSW、DPTR、SPI/O接口寄存器：

P0、P1、P2、P3、…幾個常用的SFR

A累加器。是一個最常用的專用寄存器，其自身帶有全零標志Z，若A=0則Z=1；若A≠0則Z＝0。PSW程序狀態(tài)字寄存器。其格式如下：SP堆棧指針。

DPTR數(shù)據(jù)地址指針寄存器。它由DPL（低8位）和DPH（高8位）兩個寄存器組成，字節(jié)地址分別為82H、83H，用來存放16位地址值，以便對外部RAM進行讀寫操作，它們既可整體賦值，也可分開賦值。CY：進借位標志。在運算時有進、借位時，CY=1；否則CY=0。AC：輔助進借位標志。當D3向D4有進、借時，AC=1；否則AC=0。F0：用戶標志?？捎捎脩舾鶕?jù)需要自行設定其含義。

RS1、RS0：工作寄存器組選擇。OV：溢出標志。當運算結果超出-128－+127的范圍時為1；否則為=0。P：奇偶校驗標志。每條指令執(zhí)行完后，根據(jù)累加器A中１的個數(shù)來決定，當有奇數(shù)個１時P=1，否則P=0。2.4MCS-51的時序及輔助電路2-4-1單片機的時鐘電路。1．內(nèi)部時鐘方式：內(nèi)部一個高增益反相放大器與片外石英晶體或陶瓷諧振器構成了一個自激振蕩器。晶體振蕩器的振蕩頻率決定單片機的時鐘頻率。2．外部時鐘方式：外部振蕩器輸入時鐘信號。2-4-2振蕩周期、狀態(tài)周期、機器周期和指令周期1.振蕩周期：是指為單片機提供時鐘信號的振蕩源的周期。思考題：設應用單片機晶振頻率為6MHz，問機器周期為多少？指令周期分別為多少？3.機器周期：完成一個基本操作所需要的時間。一個機器周期由6個時鐘周期組成。4.指令周期：一條指令的執(zhí)行時間。以機器周期為單位：指令可分為單周期、雙周期和四周期指令。2.時鐘周期：是振蕩源信號經(jīng)二分頻后形成的時鐘脈沖信號。2-4-3 單片機復位電路及復位狀態(tài)

單片機常采用上電復位和按鍵復位兩種方式。

按鍵復位又分為按鍵電平復位和按鍵脈沖復位，按鍵電平復位是將復位端通過電阻與VC