MCS-51系列單片機(jī)芯片結(jié)構(gòu)介紹.ppt

1、第二章MCS51系列單籌碼結(jié)構(gòu)，2.1 MCS51系列單籌碼微機(jī)的結(jié)構(gòu)原理MCS-51單籌碼邏輯結(jié)構(gòu)MCS-51單籌碼微機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見圖2.1。圖2.1 MCS-51單籌碼微計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框，如圖2.1所示，單籌碼微電腦內(nèi)部主要有1個(gè)U 8位CPU中選擇所需的構(gòu)件。1個(gè)U時(shí)鐘電路U 4Kbyte節(jié)目?jī)?nèi)存；U128字節(jié)數(shù)據(jù)內(nèi)存；u兩個(gè)16位定時(shí)/柜臺(tái)；U 64Kbyte擴(kuò)展巴士控制電路；4個(gè)U 8位并行I/O通信端口：U可編程串行介面；5個(gè)中斷源(包括兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷)、MCS51單籌碼內(nèi)部結(jié)構(gòu)MCS51單籌碼內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖2.2中所示。圖2.2 MCS51單籌碼內(nèi)部結(jié)構(gòu)箱，1 .CPU

2、CPU是中央處理器的縮寫，是單籌碼微計(jì)算機(jī)的核心部件，它執(zhí)行多種計(jì)算和控制任務(wù)。CPU由算法和控制器電路兩部分組成。(1)運(yùn)算符電路運(yùn)算符電路包括算術(shù)邏輯單元(ALU)、累加器(ACC)、B寄存器、狀態(tài)寄存器、寄存器1、寄存器2等部件，具有執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的功能。(2)控制器電路控制器電路包括節(jié)目柜臺(tái)PC、PC 1寄存器、命令寄存器、命令解碼器、數(shù)據(jù)指針DPTR、堆棧指針SP、緩沖區(qū)、時(shí)序和控制電路。控制電路完成了指揮控制工作，調(diào)整了單籌碼微機(jī)的各個(gè)部分，正常運(yùn)行。2 .計(jì)時(shí)器/柜臺(tái)MCS51在單個(gè)籌碼中有兩個(gè)16位計(jì)時(shí)/柜臺(tái)：計(jì)時(shí)器0和計(jì)時(shí)器1牙齒?？捎糜诙〞r(shí)控制、延遲、外部事件計(jì)數(shù)和

3、檢測(cè)等。3.內(nèi)存MCS51系列單籌碼微計(jì)算機(jī)的內(nèi)存包括數(shù)據(jù)內(nèi)存和節(jié)目存儲(chǔ)，主要特征是節(jié)目?jī)?nèi)存和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的尋址空間獨(dú)立于徐璐，物理結(jié)構(gòu)不同。4.并行I/O通信端口MCS51單個(gè)磁盤總共有四個(gè)8位I/O通信端口(P0、P1、P2和P3)，每個(gè)I/O線可以獨(dú)立用作輸入或輸出。P0端口是三狀態(tài)雙向端口，具有8個(gè)TTL門電路，基于P1、P2、P3通信端口的雙向通信端口，負(fù)載容量為4個(gè)TTL門電路。5 .串行I/O通信端口MCS51單芯片具有通用異步操作的全雙工串行通信接口，可同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。6.中斷控制系統(tǒng)8051總共有5個(gè)中斷源：2個(gè)外部中斷、2個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷和1個(gè)串行中斷。7.時(shí)鐘電路MCS5

4、1籌碼內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但晶體振蕩器和微曹征電容器必須在外部。時(shí)鐘電路為單個(gè)芯片生成時(shí)鐘脈沖序列。振蕩器的頻率范圍為1.2MHz12MHz，典型值為6MHz。8.巴士上面的所有組件通過總線連接，構(gòu)成一臺(tái)完整的單籌碼微型計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)的地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)都通過總線傳遞，巴士結(jié)構(gòu)減少了單籌碼微機(jī)的連接和針腳，提高了集成和可靠性。針腳信號(hào)圖2.3是標(biāo)準(zhǔn)40針腳DIP封裝MCS51系列單籌碼針腳圖和邏輯符號(hào)。圖2.3 MCS51系列單籌碼針圖表和邏輯符號(hào)，電源針Vcc和VSSSVCC:電源端，5V。Vss:接地端子。時(shí)鐘電路針XTAL1和XTAL2 XTAL1:連接外部晶振和微曹征電容器的一端，

5、外部晶振是使用外部TTL時(shí)鐘時(shí)必須接地的振蕩器逆相放大器的輸入。XTAL2:使用外部TTL時(shí)鐘時(shí)，連接外部晶振和微曹征電容器的另一端，后者是外部時(shí)鐘的輸入，即振蕩器逆相放大器的輸出。如果通過地址鎖定可以擴(kuò)展ALE系統(tǒng)，則ALE控制地址鎖定內(nèi)存鎖定P0通信端口輸出的低8位地址，以重復(fù)使用數(shù)據(jù)和低地址。外部節(jié)目存儲(chǔ)讀取選擇通信號(hào)是讀取外部節(jié)目存儲(chǔ)的選擇通信號(hào)，低電平是有效的。節(jié)目?jī)?nèi)存地址允許輸入/VPP在高工作日時(shí)發(fā)出片內(nèi)節(jié)目?jī)?nèi)存命令，但如果PC的值超過0FFFH，則自動(dòng)發(fā)出片外節(jié)目?jī)?nèi)存命令。如果是低級(jí)別，則CPU僅執(zhí)行籌碼外部節(jié)目?jī)?nèi)存命令。復(fù)位信號(hào)RST牙齒信號(hào)的高平有效，輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周期

6、的高平，然后可以完成復(fù)位操作。1。輸入/輸出針P0、P1、P2和P3 P0通信端口(P0.0P0.7):牙齒端口是8位準(zhǔn)雙向通信端口(8位地址線和8位數(shù)據(jù)線上的多路復(fù)用端口)、負(fù)載容量位8高LSTTL負(fù)載。P1通信端口(P1.0P1.7):具有內(nèi)部皮帶拉伸電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，P1端口的驅(qū)動(dòng)力是4個(gè)LSTTL負(fù)載。P2通信端口(P2.0P2.7):具有內(nèi)部皮帶拉伸電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，P2端口的驅(qū)動(dòng)能力也是4個(gè)LSTTL負(fù)載。訪問外部節(jié)目存儲(chǔ)時(shí)，用作存儲(chǔ)的8位高地址線。P3通信端口(P3.0P3.7): P3通信端口也是內(nèi)部皮帶電阻器的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，除了用作常規(guī)I/O端口外

7、，P3端口還具有特殊功能。2.2 MCS51單籌碼內(nèi)存MCS51的內(nèi)存結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。牙齒部分介紹單籌碼微型計(jì)算機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)內(nèi)存、內(nèi)部節(jié)目?jī)?nèi)存和外部存儲(chǔ)。圖2.4 MCS51的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)示例：內(nèi)部數(shù)據(jù)內(nèi)存，1 .內(nèi)部數(shù)據(jù)內(nèi)存低128個(gè)單位低128個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)設(shè)備，前32個(gè)單位(00H1FH)用作操作寄存器，牙齒32個(gè)寄存器劃分為4個(gè)組，每個(gè)組包含8個(gè)通用寄存器(R0R7)，在節(jié)目狀態(tài)字中，RS1和RS0設(shè)置可以確定要選擇的操作寄存器集，通常未選擇的單位也可以用作常規(guī)數(shù)據(jù)緩存。系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，默認(rèn)選擇組0寄存器。操作寄存器后面的16個(gè)數(shù)據(jù)單元(20H2FH)可用作常規(guī)數(shù)據(jù)單元，每個(gè)單元可按位操作，因

8、此16個(gè)數(shù)據(jù)單元也稱為位尋址區(qū)域。位尋址區(qū)域總計(jì)為128位，位地址為00H0FH。30H7FH是內(nèi)部RAM的低128個(gè)單元中剩馀的80個(gè)數(shù)據(jù)單元，是用戶只能用作存儲(chǔ)單元的實(shí)際用戶RAM區(qū)域。通常，應(yīng)用程序也會(huì)將堆棧開拓到牙齒區(qū)域。2 .內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)高度128個(gè)單位內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的高度128個(gè)單位為專用寄存器提供，因此也稱為特殊功能寄存器區(qū)域(SFR)，主要用于存儲(chǔ)控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)。除了節(jié)目柜臺(tái)PC外，還有21個(gè)地址空間為80HFFH的特殊功能寄存器。在牙齒21個(gè)寄存器中，11個(gè)特殊功能寄存器具有位尋址功能，字節(jié)地址可以精確地被8整除。以下是一些專用寄存器的簡(jiǎn)要介紹。累加器ACC累加器是8位寄

9、存器，是程序中最常用的專用寄存器，在命令系統(tǒng)中，累加器的助記符為A。大多數(shù)單個(gè)操作數(shù)命令來自累加器，許多雙操作數(shù)命令的一個(gè)操作數(shù)來自累加器。加法、減法、除法等算術(shù)運(yùn)算命令的運(yùn)算結(jié)果都存儲(chǔ)在累加器A或AB寄存器中，在尋址方式中累加器作為地址寄存器。在MCS51中，累加器只有一個(gè)，而在單籌碼微型計(jì)算機(jī)中，多數(shù)數(shù)據(jù)操作都通過累加器執(zhí)行，因此累加器的使用非常頻繁。B寄存器B寄存器是8位寄存器，主要用于乘法和除法命令。乘法命令的兩個(gè)操作數(shù)分別從累加器A和寄存器B中獲取。其中B是乘數(shù)，乘法結(jié)果的高度8位存儲(chǔ)在寄存器B中。在除法命令中，被除數(shù)存儲(chǔ)在A中，除數(shù)存儲(chǔ)在B中，除法的結(jié)果份額存儲(chǔ)在A中，剩下的存儲(chǔ)在

10、B中。其他指令還可以將B寄存器用作常規(guī)數(shù)據(jù)單元。節(jié)目狀態(tài)字PSW節(jié)目狀態(tài)字是包含程序狀態(tài)信息的8位寄存器。在狀態(tài)字中，根據(jù)命令執(zhí)行的結(jié)果，某些位狀態(tài)由硬件自動(dòng)設(shè)置，某些狀態(tài)位必須通過軟件方法設(shè)置。PSW的每個(gè)狀態(tài)位可由軟件讀取，PSW的定義如表2.1所示。表2.1 PSW中每個(gè)狀態(tài)位的定義，(1)CY:舍入標(biāo)志可以是執(zhí)行特定算術(shù)和邏輯命令時(shí)的硬件或軟件位置，也可以是零牙齒。算術(shù)運(yùn)算中可用作舍入標(biāo)志，位運(yùn)算中用作累加器，對(duì)內(nèi)部傳輸、位和位或等位操作使用舍入標(biāo)志位。(2) AC:當(dāng)執(zhí)行加法或減法時(shí)，如果遇到低4位高4位舍入或借項(xiàng)，則會(huì)將AC設(shè)置為硬件位置，否則，AC位置將設(shè)置為“0”。在執(zhí)行十進(jìn)制

11、曹征命令時(shí)，使用交流狀態(tài)進(jìn)行判斷。(3)用戶標(biāo)志位是用戶定義的狀態(tài)標(biāo)志，可以根據(jù)需要使用軟件清除位置或0，或者使用軟件測(cè)試F0控制節(jié)目跳躍。(4)RS1和RS0:寄存器區(qū)域選擇控制位牙齒兩人通過軟件設(shè)置“0”或“1”，以選擇當(dāng)前工作寄存器區(qū)域。(5)OV:執(zhí)行溢出標(biāo)志位算術(shù)命令時(shí)，溢出狀態(tài)為硬件位置或0。在有符號(hào)的加法和減法運(yùn)算中，OV1表示加法和減法結(jié)果超過累加器A可以表示的符號(hào)數(shù)的有效范圍(128127)。也就是說，計(jì)算結(jié)果無效。相反，OV0表示運(yùn)算正確。也就是說，不會(huì)發(fā)生溢出。無符號(hào)數(shù)字乘法命令MUL的執(zhí)行結(jié)果也影響溢出標(biāo)志，如果累加器A和寄存器B的兩個(gè)數(shù)字的乘積超過255，則OV1牙齒

12、，相反地，OV0牙齒。乘積的高度8位存儲(chǔ)在B中，低8位存儲(chǔ)在A中，因此OV0只需要從A中得到乘積。否則，將從BA寄存器對(duì)中獲得乘積結(jié)果。在除法運(yùn)算中，DIV命令還會(huì)影響溢出標(biāo)志。除數(shù)為零的話，則為OV1，否則為OV0。(6) P:奇偶標(biāo)志位每個(gè)命令周期為P1(表示硬件中的位置或0)，表示累加器A的1個(gè)數(shù)量，如果累加器的1個(gè)數(shù)量為奇數(shù)，則為P1，否則為P0。l數(shù)據(jù)指針DPTR數(shù)據(jù)指針DPTR是16位專用寄存器，高級(jí)別用DPH表示，低級(jí)別用DPL表示。也就是說，它可以用作16位寄存器，或用作兩個(gè)8位寄存器DPH和DPL。訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，DPTR可以用作16位地址和地址指針。MOVX DPTR，

13、a等。L I/O通信端口P0P3、P0P3是4個(gè)8位特殊功能寄存器，每個(gè)是4個(gè)并行I/O端口的鎖，當(dāng)其中一個(gè)I/O通信端口用作輸入時(shí)，該鎖必須首先設(shè)置為“1”。l計(jì)時(shí)器/柜臺(tái)MCS51只有兩個(gè)16位計(jì)時(shí)器/柜臺(tái)T0和T1(8032/8052除外)，徐璐其他兩個(gè)8位寄存器組成的TH和TL共包括四個(gè)單獨(dú)的寄存器TH0、TL0、TH1和TL1，只有四個(gè)寄存器可以獨(dú)立尋址。l串行數(shù)據(jù)緩沖區(qū)寄存器串行數(shù)據(jù)緩沖區(qū)SBUF由發(fā)送緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)組成，要發(fā)送的數(shù)據(jù)在發(fā)送到SBUF時(shí)進(jìn)入發(fā)送緩沖區(qū)，反之亦然。外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在MCS51上，片外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和I/O端口與片內(nèi)數(shù)據(jù)內(nèi)存空間0000FHFFFFH重疊。8

14、051單籌碼微計(jì)算機(jī)的MOV和MOVX命令用于區(qū)分籌碼內(nèi)部和外部RAM空間。其中籌碼內(nèi)部RAM使用MOV命令，籌碼外部RAM和I/O端口使用MOVX命令。在節(jié)目?jī)?nèi)存MCS51系列中，節(jié)目?jī)?nèi)存用于存儲(chǔ)節(jié)目、常量或表等。在8051中，磁碟片段具有名為000H0FFFH的4K位元組ROM儲(chǔ)存裝置。8751具有4K字節(jié)的EPROM牙齒，8052和8752具有8K字節(jié)的片上內(nèi)存。因?yàn)檫@是8031和8032無芯片節(jié)目?jī)?nèi)存，籌碼內(nèi)節(jié)目?jī)?nèi)存的有無是區(qū)分芯片的主要標(biāo)志。(阿爾伯特愛因斯坦，Northern Exposure(美國(guó)電視電視劇)，計(jì)算機(jī))節(jié)目存儲(chǔ)中，以下6個(gè)單元具有特殊意義：0000H:重置單個(gè)籌碼

15、后，PC0000H，程序從0000H開始執(zhí)行命令。0003H:外部中斷0門戶地址。000BH:計(jì)時(shí)器0中斷入口地址。0013H:外部中斷1門戶地址。001BH:計(jì)時(shí)器1中斷入口地址。0023H:串行端口中斷門戶地址。系統(tǒng)中斷時(shí)，將自動(dòng)發(fā)送到每個(gè)中斷門戶地址，中斷服務(wù)進(jìn)程通常不能存儲(chǔ)在多個(gè)單元內(nèi)，因此，可以將無條件發(fā)送命令存儲(chǔ)在中斷門戶地址中，以運(yùn)行中斷的服務(wù)進(jìn)程。，2.3MCS51單籌碼輸入/輸出(I/O)通信端口P0通信端口圖2.6提供了P0端口的邏輯結(jié)構(gòu)，該端口由一個(gè)鎖定內(nèi)存、兩個(gè)三狀態(tài)輸入緩沖、一個(gè)多路復(fù)用開關(guān)、控制電路和驅(qū)動(dòng)電路組成。圖2.6 P0端口的邏輯結(jié)構(gòu)，P0端口可用作輸入/輸

16、出端口，在實(shí)際應(yīng)用中通常用作地址/數(shù)據(jù)重用總線。訪問外部存儲(chǔ)時(shí)，P0端口是真正的雙向端口。P1通信端口P1端口是準(zhǔn)雙向端口，通常用作I/O端口，位圖映射如圖2.7所示。輸出端連接了抗拉電阻，因此無需連接外部抗拉電阻即可直接輸出。圖2.7位結(jié)構(gòu)圖，P2通信端口P2位結(jié)構(gòu)圖圖2.8。P2通用是與P0端口具有相似位結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)雙向端口。對(duì)于8031單籌碼微計(jì)算機(jī)，P2端口通常用作地址信號(hào)輸出。圖2.8 P2位結(jié)構(gòu)圖，P3通信端口P3通信端口位圖圖2.9。P3端口是雙功能端口；P3端口用作通用I/O端口時(shí)是半雙向端口；每個(gè)端口可以定義為輸入或輸出端口，其工作方式類似于P1端口。圖2.9 P3端口的位圖，P

17、3端口還具有針腳說明的第二個(gè)功能，如表2-5所示。表2-5 P3通信端口特殊功能，、RST針為復(fù)位信號(hào)輸入端，復(fù)位信號(hào)為高平有效，復(fù)位必須持續(xù)24次以上，如果使用6MHz晶振，則必須持續(xù)4S以上才能完成復(fù)位操作。在圖2.10中，通電瞬間RC充電過程在RST端產(chǎn)生一定寬度的正脈沖，只要牙齒脈沖大于10毫秒，就可以自動(dòng)復(fù)位單籌碼微型計(jì)算機(jī)。在6MHz時(shí)鐘上，通常CR牙齒22F、R1牙齒200、R2取1K時(shí)，與可靠的電源重置孫怡。和CPU在第二個(gè)機(jī)器周期內(nèi)執(zhí)行內(nèi)部重置操作，并重復(fù)每個(gè)機(jī)器周期一次，直到RST側(cè)扁平降低。重置單個(gè)籌碼時(shí)不生成AlE和信號(hào)。重置操作會(huì)影響某些專用寄存器。圖2.10電源復(fù)位電路、時(shí)鐘電路和定時(shí)1。根據(jù)時(shí)鐘電路硬件電路，單籌碼微型計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘連接方式可以分為內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式，如圖2.11所示。(a)內(nèi)部方式時(shí)鐘電路(b)外部時(shí)鐘電路圖2.11時(shí)鐘電路，2。指令定時(shí)(1)振動(dòng)周期振動(dòng)周期是指在單個(gè)芯片上提供時(shí)序信號(hào)的振動(dòng)源的周期或外部輸入時(shí)鐘的周期。(2)時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期也稱為狀態(tài)周期或狀態(tài)時(shí)間S，是振動(dòng)