第二章 單片機(jī)芯片的硬件結(jié)構(gòu)

1、2單片機(jī)芯片的硬件結(jié)構(gòu)2.1 MCS-51單片機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)及信號(hào)引腳2.1.1 MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖2.1.2 MCS-51單片機(jī)芯片內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)1.中央處理器(CPU)運(yùn)算器 ：ALU(算術(shù)邏輯單元) 、ACC(累加器)、B寄存器、程序狀態(tài)字、暫存寄存器控制器：PC(程序計(jì)數(shù)器) 、PC加1寄存器、指令寄存器 、指令譯碼器、定時(shí)與控制電路2.1.2 MCS-51單片機(jī)芯片內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)1.中央處理器(CPU)2. 內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器RAM(128*8)、RAM地址寄存器3. 內(nèi)部程序寄存器ROM(4K*8)、程序地址寄存器4. 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5. 并行I/O口4個(gè)8

2、位的I/O口（P0、P1、P2、P3)2.1.2 MCS-51單片機(jī)芯片內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)6.串行口7. 中斷控制系統(tǒng)5個(gè)中斷源：外中斷2個(gè)、定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷2個(gè)、串行中斷1個(gè)。8. 時(shí)鐘電路9. 位處理器10. 總線2.1 MCS-51單片機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)及信號(hào)引腳2.1.1 MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖2.1.2 MCS-51單片機(jī)芯片內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)2.1.3 MCS-51的信號(hào)引腳40引腳雙列直插式2.1 MCS-51單片機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)及信號(hào)引腳2.1.1 MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖2.1.2 MCS-51單片機(jī)芯片內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)2.1.3 MCS-51的信號(hào)引腳40引腳雙列直插式1. 信號(hào)引腳介紹 輸入/

3、輸出口線P0.0P0.7P1.0P1.7P2.0P2.7P3.0P3.7P0口8位雙向口線P1口8位雙向口線P2口8位雙向口線P3口8位雙向口線 ALE地址鎖存控制信號(hào)(1) P0口輸出的低8位地址鎖存控制信號(hào)(2) 作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖2.1.3 MCS-51的信號(hào)引腳1. 信號(hào)引腳介紹 PSEN外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) EA訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)0：僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器1：從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開(kāi)始訪問(wèn)，并可延續(xù)至外部程序存儲(chǔ)器。復(fù)位信號(hào)：連續(xù)2個(gè)周期以上的高電平。 RST XTAL1、XTAL2外接晶體引線端 VSS VCC地線+5V電源2.1.3 MCS-51的信號(hào)引腳1. 信號(hào)引腳介

4、紹2. 信號(hào)引腳的第二功能 P3口線的第二功能口線第二功能信號(hào)名稱P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接受P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送P3.2INT0外部中斷0申請(qǐng)P3.3INT1外部中斷1申請(qǐng)P3.4T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入P3.5T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入P3.6WR外部RAM寫(xiě)選通P3.7RD外部RAM讀選通2.1.3 MCS-51的信號(hào)引腳1. 信號(hào)引腳介紹2. 信號(hào)引腳的第二功能 P3口線的第二功能 EPROM存儲(chǔ)器程序固化所需要的信號(hào)(1) 編程脈沖：30引腳(ALE/PROG)(2) 編程電壓：31引腳(EA/VPP) 備用電源引入9 引腳(RST/VPD)2單片機(jī)芯片的硬件結(jié)構(gòu)2.1 M

5、CS-51單片機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)及信號(hào)引腳2.2 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器以80C51為例數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128單元(單元地址00H-7FH)高128單元(單元地址80H-FFH)程序存儲(chǔ)器2.2.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128單元1. 通用寄存器區(qū) (00H-1FH)(1) 分成四組0,1,2,3，每組8個(gè)寄存器(R7-R0),每個(gè)寄存器為8位。(2) 任意時(shí)刻，CPU只能使用其中的一組寄存器。(3) 運(yùn)用通用寄存器，可以簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)，提高運(yùn)行速度。2.2 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器2.2.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128單元1. 通用寄存器區(qū) (00H-1FH)2. 位尋址區(qū)(20H-2FH)3.

6、用戶RAM區(qū)(30H-7FH)2.2.2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器高128單元專用寄存器(SFR)、特殊功能寄存器1. 專用寄存器簡(jiǎn)介：22個(gè)，可尋址21個(gè)。(1) 程序計(jì)數(shù)器(PC）：16位，不可尋址。(2) 累加器A(或ACC）：8位，尋址地址0E0H。(3) B寄存器：8位，尋址地址0F0H。(4) 程序狀態(tài)字(PSW）：8位，尋址地址0D0H。2.2.2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器高128單元1. 專用寄存器簡(jiǎn)介(4) 程序狀態(tài)字(PSW）：8位，尋址地址0D0H。CY: 進(jìn)位標(biāo)志位。F0: 用戶標(biāo)志位。AC: 輔助進(jìn)位標(biāo)志位。RS1和RS0 : 寄存器組選擇位。OV: 溢出標(biāo)志位。P: 奇偶標(biāo)志位。(5)

7、 數(shù)據(jù)指針(DPTR）：16位，尋址地址82H(DPL)，83H(DPH)。位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位標(biāo)志CYACF0RS1RS0OV/P2.2.2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器高128單元1. 專用寄存器簡(jiǎn)介2. 專用寄存器的字節(jié)尋址（21個(gè)）(1) 21個(gè)專用寄存器不連續(xù)分布在內(nèi)部RAM的高128個(gè)單元， 空余單元不能使用。(2) 程序計(jì)數(shù)器(PC)不可尋址。(3) 對(duì)專用寄存器采用直接尋址方式，指令中使用寄存器符號(hào)或寄存器地址。3. 專用寄存器的位尋址(1) 11個(gè)專用寄存器可位尋址（83個(gè)尋址位）。(2) 與內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128單元中的位

8、尋址區(qū)(20H-2FH), 共同組成數(shù)據(jù)位存儲(chǔ)區(qū)。2.2 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器2.2.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128單元2.2.2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器高128單元2.2.3 MCS-51的堆棧操作術(shù)語(yǔ)：出棧、入棧、棧底、棧頂、1、堆棧的功能：保護(hù)斷點(diǎn)、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)2、堆棧的開(kāi)辟：內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器先出3、堆棧指示器：SP（復(fù)位后為07H, 初始化為30H）4、堆棧類(lèi)型：向上生長(zhǎng)型入棧(1)SPSP+130H或4AH或78HSP2.2 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器2.2.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128單元2.2.2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器高128單元2.2.3 MCS-51的堆棧操作術(shù)語(yǔ)：出棧、入棧、棧底、棧頂

9、、1、堆棧的功能：保護(hù)斷點(diǎn)、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)2、堆棧的開(kāi)辟：內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器先出3、堆棧指示器：SP（復(fù)位后為07H, 初始化為30H）4、堆棧類(lèi)型：向上生長(zhǎng)型出棧(1) 讀出數(shù)據(jù)(2) SPSP-130H或4AH或78H入棧(1) SPSP+1(2) 寫(xiě)入數(shù)據(jù)SP2.2 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器2.2.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128單元2.2.2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器高128單元2.2.3 MCS-51的堆棧操作術(shù)語(yǔ)：出棧、入棧、棧底、棧頂、1、堆棧的功能：保護(hù)斷點(diǎn)、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)2、堆棧的開(kāi)辟：內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器先出3、堆棧指示器：SP（復(fù)位后為07H, 初始化為30H）4、堆棧類(lèi)型：向上生長(zhǎng)型、向下生長(zhǎng)型 （8

10、086）出棧(1) 讀出數(shù)據(jù)(2) SPSP-130H或4AH或78H入棧(1) SPSP+1(2) 寫(xiě)入數(shù)據(jù)SP2.2 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器2.2.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128單元2.2.2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器高128單元2.2.3 MCS-51的堆棧操作術(shù)語(yǔ)：出棧、入棧、棧底、棧頂、1、堆棧的功能：保護(hù)斷點(diǎn)、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)2、堆棧的開(kāi)辟：內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器先出3、堆棧指示器：SP（復(fù)位后為07H, 初始化為30H）4、堆棧類(lèi)型：向上生長(zhǎng)型5、堆棧使用方式：自動(dòng)方式指令方式、向下生長(zhǎng)型 （8086）2.2 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器2.2.4內(nèi)部程序存儲(chǔ)器80C51：4K ROM程序存儲(chǔ)器，地

11、址0000H-08F0FCF5H2：8K ROM程序存儲(chǔ)器，地址00010FHFF-H啟動(dòng)單元：0000H-0002H中斷地址區(qū)：0003H-002AH2.2.5MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器分開(kāi)內(nèi)部存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器分開(kāi)存儲(chǔ)器擴(kuò)展16位地址線-尋址范圍 64KB地址 0000H-FFFFH1.2.3.2單片機(jī)芯片的硬件結(jié)構(gòu)2.1 MCS-51單片機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)及信號(hào)引腳2.2 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器2.3 MCS-51單片機(jī)并行輸入/輸出口電路P0.0P0.7P1.0P1.7P2.0P2.7P3.0P3.7P0口8位雙向口線P1口8位雙向口線P2口8位雙向

12、口線P3口8位雙向口線2.3.1P0口字節(jié)地址：80H;1.雙向I/0接口位地址：80H-87H.低8位地址接口雙向數(shù)據(jù)接口2.輸出(寫(xiě))：加上拉電阻輸入(讀)傳送指令都是讀引腳I/O輸出，控制外接上拉電阻V1V2地址/數(shù)據(jù)推拉式輸出2.3 MCS-51單片機(jī)并行輸入/輸出口電路2.3.1 P0口MUX選擇端：90H-97H.地址：0A0H-0A7H.2.3 MCS-51單片機(jī)并行輸入/輸出口電路2.3.1P0口2.3.2P1口字節(jié)地址：90H;位地址準(zhǔn)雙向I/0接口（無(wú)三態(tài)） 輸出時(shí)不需上拉電阻輸入時(shí)先寫(xiě)“1”1.2.3.2.3.3P2口字節(jié)地址：0A0H;高8位地址接口準(zhǔn)雙向I/O接口位1

13、.2.1口電路小結(jié)口為地址和數(shù)據(jù)總線址總線P1、P2、P3口準(zhǔn)雙向口。二功能2.3 MCS-51單片機(jī)并行輸入/輸出口電路2.3.1P0口2.3.2P1口2.3.3P2口2.3.4P3口字節(jié)地址：0B0H; 準(zhǔn)雙向I/0接口第二功能信號(hào)位地址：0B0H-0B7H.1.2.2.3.5 MCS-51.都是雙向I/0接P0口可同時(shí)用P2口可用為地P0口三態(tài)門(mén)， P3口具有第2.3.2單片機(jī)芯片的硬件結(jié)構(gòu)2.1 MCS-51單片機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)及信號(hào)引腳2.2 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器2.3 MCS-51單片機(jī)并行輸入/輸出口電路2.4 MCS-51單片機(jī)時(shí)鐘電路與時(shí)序2.4.1時(shí)鐘信號(hào)1. 時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生組成：晶體振蕩器、電容（2個(gè)）XTAL1C1C21.2MHz-12MHz取6MXTAL取30pF2內(nèi)部時(shí)鐘電路2. 引入外部脈沖信號(hào)2.4 MCS-51單片機(jī)時(shí)鐘電路與時(shí)序2.4.1時(shí)鐘信號(hào)2.4.2時(shí)序定時(shí)單位振蕩脈沖例:12M、6M時(shí)鐘脈沖2分頻3分頻ALE6M、3M機(jī)器周期1M、0.5M6分頻1.拍節(jié)與狀態(tài)一個(gè)時(shí)鐘脈沖一個(gè)拍節(jié)(S)