單片機教程2第二次課課件

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MCS-51單片機的結構與工作原理★中央處理單元與時序

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存儲器配置★并行I/O端口★復位及復位電路第二章MCS-51單片機的硬件結構與原理控制引腳I/O口引腳邏輯圖時鐘引腳電源引腳第二功能1、電源引腳Vcc和Vss

★Vcc（40腳）：電源端，接＋5V電源

★Vss（20腳）：接地端2、外接晶體引腳XTAL1，XTAL2

★XTAL1（19腳）：片內反向放大器輸入端

★XTAL2（18腳）：片內反向放大器輸出端采用內部時鐘時，2個引腳各接外部晶體和微調電容的一端；采用外部時鐘時，XTAL2腳輸入外部時鐘脈沖，XTAL1腳接地。各個引腳的功能說明如下：★

EA/VPP（enableaddress/voltagepulseofprogramming，31腳）：EA外部程序存儲器選擇端；VPP編程電源輸入端。EA信號說明：1.當EA為低電平時，CPU只訪問外部ROM；2.當EA為高電平時，CPU首先訪問內部ROM并自動延至外部ROM。★

PSEN（programstoreenable，29腳)：

外部程序存儲器選通信號說明：在訪問片外程序存儲器時，此引腳定時輸出負脈沖作為讀片外存儲器的選通信號，低電平有效?！?/p>

P0.0～P0.7：P0口，8位雙向I/O端口。當CPU訪問片外存儲器時，P0口分時提供復用的低8位地址線和8位雙向數(shù)據(jù)線?！?/p>

P1.0～P1.7：P1口，內部帶上拉電阻的8位準雙向I/O端口。★

P2.0～P2.7：P2口，內部帶上拉電阻的8位準雙向I/O端口。當CPU訪問片外存儲器時，輸出高8位地址?！?/p>

P3.0～P3.7：P3口，內部帶上拉電阻的8位準雙向I/O端口。P3口作一般I/O端口使用外，每個引腳都有專門的第二功能。4、I/O端口引腳引腳連接圖1一、運算器和控制器1、運算器（1）算數(shù)邏輯單元ALU：完成基本的算術運算、邏輯運算；（2）累加器A（ACC）：專門用來存放操作數(shù)和運算結果；（3）暫存寄存器：暫存數(shù)據(jù)和狀態(tài)，便于傳送和運算；（4）B寄存器：用于乘法和除法的8位寄存器；第二節(jié)中央處理單元與時序位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0標志CYACF0RS1RS0OV-P①CY（C）：進位標志位

★存放算術運算的進位或借位標志

★在位操作中，作位累加器使用；②AC：輔助進位位加減運算中，低4位向高4位有進位或借位時，AC=1③F0：用戶標志位

（5）程序狀態(tài)字（ProgramStatusWord

PSW）：存放指令執(zhí)行后的狀態(tài)信息：RS1RS0選中的工作寄存器組R0～R7地址000組00-07H011組08-0FH102組10-17H113組18-1FH⑤OV：溢出標志位

運算結果超出了累加器A所能表示的帶符號數(shù)的范圍（-128~+127），OV=1④RS1、RS0：工作寄存器選擇位CPU選擇哪一組工作寄存器為當前工作寄存器，確定R0~R7的物理地址。（1）程序計數(shù)器PC：是一個16位專用寄存器，用來存放將要執(zhí)行的下一條指令的地址；（2）指令寄存器IR和指令譯碼器ID：存放代碼及譯碼；（3）定時控制電路：產生CPU的操作時序。2、控制器

單片機的時鐘信號是提供片內各種操作的時間基準二、時鐘電路?內部時鐘電路：石英晶體或陶瓷振蕩器（晶振）：1.2～12MHz

微調電容C01、C02起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。電容值一般為5～30PF。因片內有高增益運算放大器，外接晶振后，就構成了自激振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。?外部時鐘電路把外部振蕩信號引入XTAL2端，XTAL1端接地。這種方式適宜用于使單片機的時鐘與外部信號保持一致。由于XTAL2端的邏輯電平與TTL電平不兼容，故在此引腳外接一個上拉電阻。時鐘周期和機器周期是單片機內計算其他時間值（例如：波特率、定時器的定時時間等）的基本時序單位。例：單片機外接晶振頻率12MHz時的各種時序單位：1/frequencyoscillate

=1/12MHz=0.0833us12/fosc=12/12MHz=1us（1～4）機器周期=1～4us說明：時鐘周期=機器周期=指令周期=四、指令取指/執(zhí)行時序單片機的工作工程是：取指令、譯碼、執(zhí)行指令……，一步步地完成各種指令規(guī)定的功能。各指令的操作順序在時間上有嚴格的次序，這種操作的時間順序稱為時序。單片機的時鐘信號用來為單片機芯片內部各種操作提供時間基準。單字節(jié)指令、雙字節(jié)指令是單周期或雙周期的；三字節(jié)指令是雙周期的；乘除指令是四周期的。MCS-51單片機指令的取指/執(zhí)行的時序程序存儲器內部數(shù)據(jù)存儲器外部數(shù)據(jù)存儲器程序存儲器ROM存放編制好的固定程序和表格，以16位的程序計數(shù)器做地址指針，可尋址64KB空間。一、程序存儲器特殊功能地址單元（1）0000H-0002H：存放復位后初始化引導程序例程序放在內部1000H開始的單元 ORG0000H AJMPMAIN ORG1000HMAIN:MOVA，#0AFH0000H0001H0002H(PC)中斷5中斷4中斷3中斷2中斷10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中斷0定時器0中斷外部中斷1定時器1中斷串行口中斷8位．．．0FFFH0FFEH程序存儲器資源分布中斷地址區(qū)初始化引導程序（2）0003H-002AH：中斷地址區(qū)CPU響應中斷后，根據(jù)中斷類型，自動轉入各中斷區(qū)首地址去執(zhí)行中斷服務程序。8各單元不能放下中斷服務程序，因此在中斷入口地址放一條無條件跳轉指令。 0003H～002AH共40個單元是中斷服務程序地址區(qū)，它被分為五段，每段8個單元，分別分配給5個中斷源：0003H～000AH外部中斷0中斷地址區(qū)；000BH～0012H定時器/計數(shù)器0中斷地址區(qū)；0013H～001AH外部中斷1中斷地址區(qū)；001BH～0022H定時器/計數(shù)器1中斷地址區(qū)；0023H～002AH串行中斷地址區(qū)。二、數(shù)據(jù)存儲器內部RAM（00H-FFH）外部RAM（0000H-FFFFH）數(shù)據(jù)存儲器00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH特殊功能寄存器區(qū)

用戶RAM區(qū)位尋址區(qū)

工作寄存器區(qū)內部RAM（00H-FFH）（1）工作寄存器區(qū)（00H~1FH）地址范圍在00H～1FH的32個單元，可分成4個工作寄存器組，每組占8個字節(jié)。第0組工作寄存器：地址范圍為00H～07H

第1組工作寄存器：地址范圍為08H～0FH

第2組工作寄存器：地址范圍為10H～17H

第3組工作寄存器：地址范圍為18H～1FH1、真正RAM區(qū)每個工作寄存器組都有8個寄存器，分別稱為R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7。但在程序運行時，只允許有一個工作寄存器組工作，這組工作寄存器稱為當前工作寄存器組，所以每組之間不會因為名稱相同而混淆出錯?？赏ㄟ^對特殊功能寄存器中的程序狀態(tài)字PSW的RS1、RS0的狀態(tài)設置，選擇哪組工作寄存器作當前工作寄存器組。

單片機復位時，當前工作寄存器默認為0組。說明30H-7FH共80個RAM單元，用來存放用戶數(shù)據(jù)和堆棧操作使用，稱為用戶RAM區(qū)，該區(qū)是按字節(jié)存取的。堆棧的概念堆棧是在單片機內部RAM中從某個選定的存儲單元開始劃定的一個地址連續(xù)的區(qū)域，在這個區(qū)域選定某個存儲單元作為棧底，只允許向一個方向寫入數(shù)據(jù)，最后一個寫入數(shù)據(jù)的存儲單元稱為棧頂。堆棧的生成有兩種情況，向高地址方向寫入數(shù)據(jù)生成的堆棧稱為向上生長型堆棧，反之稱為向下生長型堆棧，MCS-51單片機屬于向上生長型堆棧（即向高地址方向生成）。（3）堆棧和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)堆棧指針寄存器SP：一個8位寄存器，用于指明堆棧頂部在RAM中的位置，可由軟件設置初始值；系統(tǒng)復位后，SP初始化為07H；實際中，一般將SP設置在30-7FH范圍內。堆棧的原則：先進后出，后進先出。每存（?。┮粋€字節(jié)，SP自動加（減）1，SP始終指向新的棧頂。堆棧操作方式：指令方式：PUSH、POP自動方式：調用子程序或中斷時，將返回地址自動進棧；程序返回時，斷點地址自動彈回PC。棧底AB進棧SPSPSP＋162H61H60H棧底AB出棧SPSPSP－162H61H60HA先進棧B再進棧B先出棧A再出棧堆棧示意圖2、特殊功能寄存器（SFRSpecialFunctionRegisters

）◆8051單片機中設置了21個特殊功能寄存器，它們不連續(xù)地分布在地址為80H-FFH的128個字節(jié)的存儲空間中。◆21個SFR只能采用直接尋址方式，但是字節(jié)地址能被8整除（16進制的地址碼尾數(shù)為0或8）的11個單元均具有位尋址能力。可位尋址（1）堆棧指針寄存器SP：（2）數(shù)據(jù)存儲器地址指針DPTR：16位專用寄存器，由DPH、DPL組成。對64KB外部數(shù)據(jù)存儲器尋址，做間址寄存器；訪問程序存儲器，做基址寄存器。（3）端口寄存器P0～P3：用于控制4個8位并行I/O口。（4）串口數(shù)據(jù)緩沖器SBUF：由發(fā)送緩沖器和接收緩沖器組成，通過讀寫指令來區(qū)別對哪一個緩沖器進行操作。（5）串行口控制與狀態(tài)寄存器SCON：控制串行通信工作方式、接收或