MCS-51系列單片機系統(tǒng)結構

MCS-51系列單片機系統(tǒng)結構第一頁，共31頁。2.1MCS-51單片機的邏輯結構及信號引腳MCS-51是Intel公司于1980年推出的高檔系列8位單片機，主要有8051、8031、8751、80C51BH等。在本課程中，為了敘述方便，以8051為例進行討論。第二頁，共31頁。8051單片機基本結構框圖微處理器(運算部件)CPU控制部件數(shù)據(jù)存儲器RAM128BP0口P2口程序存儲器ROM4KBP3口P1口中斷系統(tǒng)特殊功能寄存器(SFR)串行口定時器0定時器1PSENEAALERESET8888XTAL1XTAL2VCCVSS外部中斷第三頁，共31頁。第四頁，共31頁。運算器B寄存器ACC暫存寄存器1暫存寄存器2ALUPSW乘法指令時存儲一操作數(shù)保存運算和操作結果的狀態(tài)第五頁，共31頁。控制器16位地址指針PC加1PCDPTR指令寄存器指令譯碼器定時與控制RSTEAALEPSEN第六頁，共31頁。內部數(shù)據(jù)存儲器RAM地址寄存器RAM(126×8)內部程序存儲器ROM(4K×8)程序地址寄存器第七頁，共31頁。定時器/計數(shù)器、串行口、中斷控制系統(tǒng)PCOTCOTH0SBUIEIP中斷、串行口、定時器/計數(shù)器TL0第八頁，共31頁。并行I/O口P0口驅動器P0口寄存器P0.0~P0.7P2口驅動器P2口寄存器P2.0~P2.7P1口驅動器P1口寄存器P1.0~P1.7P3口驅動器P3口寄存器P3.0~P3.7第九頁，共31頁。時鐘電路振蕩器XTAL2XTAL1總線第十頁，共31頁。第十一頁，共31頁。MCS-51單片機的外部引腳與邏輯符號I/OI/OI/OI/O復位輸入線，高電平有效地址鎖存控制輸入線外部程序存儲器讀選通信號輸出線訪問程序存儲器控制信號輸入線雙向8位三態(tài)I/O口8位準雙向I/O口8位準雙向I/O口8位準雙向I/O口第十二頁，共31頁。2.2時鐘和時鐘電路內部時鐘方式的時鐘電路MCS-51XTAL1XTAL2Vss第十三頁，共31頁。一、HMOS型單片機外部時鐘輸入接線圖8051VCCXTAL2XTAL1外部振蕩器信號源TTL門Vss10K外部時鐘方式第十四頁，共31頁。二、CHMOS型單片機的外部脈沖源接入方法XTAL2XTAL1浮空NCCMOS門電路外部振蕩器信號源Vss第十五頁，共31頁。指令周期

CPU取出一條指令至該指令執(zhí)行完所需的時間機器周期

即一個最小的指令周期節(jié)拍

時鐘電路振蕩脈沖的周期狀態(tài)

振蕩脈沖經過二分頻后的時鐘信號的周期。，用于衡量指令或程序執(zhí)行速度的最小單位第十六頁，共31頁。典型指令的時序單字節(jié)單機器周期指令單字節(jié)雙機器周期指令雙字節(jié)單機器周期指令雙字節(jié)雙機器周期指令三字節(jié)雙機器周期指令單字節(jié)四機器周期指令第十七頁，共31頁。1.復位和復位電路計算機在啟動運行時都需要復位，使CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。復位引腳：RST復位電平：高電平。振蕩器起振后，該引腳上出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平，使器件復位。RST變?yōu)榈碗娖胶?，退出復位?/p>

2.3MCS-51單片機的工作方式第十八頁，共31頁。寄存器復位狀態(tài)寄存器復位狀態(tài)PC 0000H TMOD 00HACC 00H TCON 00HB 00H TH0 00HPSW 00H TL0 00HSP 07H TH1 00HDPTR 0000H TL1 00HP0~P3 0FFH SCON 00HIP XXX00000B SBUF 不定IE 0XX00000B PCON 0XXXXXXXB復位后內部寄存器的初始狀態(tài)：第十九頁，共31頁。一、上電復位與上電按鈕復位RSTMCS-51VccRSTVCCMCS-51Vss第二十頁，共31頁。二、系統(tǒng)復位RSTCPU至其它I/O電路復位端+5V第二十一頁，共31頁。程序執(zhí)行方式從地址0000H開始掉電保護方式數(shù)據(jù)轉存接通備用電源CHMOS工藝的MCS-51單片記得低功耗方式待機方式掉電保護方式第二十二頁，共31頁。存貯器組織MCS-51系列單片機有5個獨立的存貯器空間64K字節(jié)的程序存貯器空間(0~0FFFFH);256字節(jié)的內部RAM空間(0~0FFH);128字節(jié)的特殊功能寄存器空間(80~0FFH);位尋址空間(0~0FFH);64K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存貯器空間(I/O)(0~0FFFFH)；第二十三頁，共31頁。程序存貯器與數(shù)據(jù)存貯器007F80FF0000FFFFH外部WRRD或I/O數(shù)據(jù)存貯器或I/O(讀寫)EA=0EA=1外部內部0000HFFFFH外部程序存貯器(只讀)PSEN0FFFH1000H第二十四頁，共31頁。工作寄存器區(qū)000H07H工作寄存器區(qū)108H0FH工作寄存器區(qū)210H17H工作寄存器區(qū)318H1FH位尋址區(qū)20H2FH堆?；驍?shù)據(jù)緩沖區(qū)30H7FH堆?；驍?shù)據(jù)緩沖區(qū)80HFFH工作寄存器區(qū)每區(qū)有R0~R7位尋址區(qū)0~7F(計128位)實際需要的工作寄存器區(qū)數(shù)目和位標志數(shù)目外,其它作為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)或堆棧特殊功能寄存器區(qū)MCS-51單片機內部RAM功能劃分第二十五頁，共31頁。一、工作寄存器PSW.4（RS1）PSW.3(RS0）當前使用的工件寄存器R0~R7000區(qū)（00～07H）011區(qū)（08～0FH）102區(qū)（10～17H）113區(qū)（18～1F）第二十六頁，共31頁。二、位尋址區(qū)內部RAM的20H~2FH為位尋址區(qū)域，共128位，（0~7FH）用于存放各種程序標志、位控制變量。此尋址區(qū)也可存放數(shù)據(jù)CPU可按字節(jié)操作，也可按位操作。 字節(jié)位 字節(jié) 位地址 地址 地址 地址20H 00~07H 21H 08~0FH22H 10~17H 23H 18~1FH24H 20~27H 25H 28~2FH26H 30~37H 27H 38~3FH28H 40~47H 29H 48~4FH2AH 50~57H 2BH 58~5FH2CH 60~67H 2DH 68~6FH2EH 70~77H 2FH 78~7FH例：SETB0H；20H.0第二十七頁，共31頁。三、堆棧和數(shù)據(jù)緩沖器在實際應用中，執(zhí)行子程序調用、中斷程序時要先保護CPU的現(xiàn)場（斷點處PC值、ACC值等），需要一個采用后進先出方式的RAM緩沖器，此RAM稱堆棧。堆棧指針SP復位后的初值為07H，但0~1FH為工作寄存器，而20H~2FH為位標志區(qū)，故CPU上電后SP的初值初始化為30H之后。堆棧操作：進棧時堆棧指針先加1（SP）+1→SP然后數(shù)據(jù)進棧，出棧時先出數(shù)據(jù)，后（SP）-1→SP。內部RAM中除了作工作寄存器、位標志區(qū)和堆棧以外的單元，都可作為數(shù)據(jù)緩沖器使用，存放輸入的數(shù)據(jù)和運算結果。第二十八頁，共31頁。特殊功能寄存器

MCS-51內部的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)寄存器作為特殊功能寄存器（SFR），它們離散分在80H~0FFH之間。ACC：累加器，它是運算器中最重要的工作寄存器，用于存放參加運算的操作數(shù)和運算結果。在指令中用A表示累加器。B：在乘法和除法中存放操作數(shù)和結果，在其它運算中也可存放中間結果。SP：堆棧指針DPTR：唯一一個16位數(shù)據(jù)指針，由DPH、DPL組成，在訪問外部數(shù)據(jù)存貯器或I/O時使用。第二十九頁，共31頁。特殊功能寄存器地址映射特殊功能寄存器字節(jié)地址特殊功能寄存器字節(jié)地址*P080H*P190HSP81H*SCON98HDPL82HSBUF99HDPH83H*P2A0HPCON87H*IEA8H*TCON88H*P3B0HTMOD89H*IPB8HTL08