单片机原理与应用第二章MCS51的基本结构及工作原理ppt课件

1、1v根本组成内部资源根本组成内部资源v存储器的配置存储器的配置vI/O口的运用功能口的运用功能v时序及电路时序及电路v任务方式任务方式2/8KB8052/803252子系列4KB/8751/4KB8051/803151子系列MCS-51 EPROM 掩膜MOS 存储器类型单片机系列MCS-51MCS-51系列单片机是因特公司系列单片机是因特公司19801980推出的高档推出的高档8 8位机位机分为二个子系列：分为二个子系列：3单片机构造框图单片机构造框图 频率基准源 计数器 内部总线内部总线 中断 中断 控制 并行I/O口 串行输入/输出 8051振荡器及定时电路4 K /8K字节程序存储器R

2、OM128 /256字节数据存储器 RAM2 个16位定时器/计数器8051CPU64K字节总线扩展控制可编程I/O口4 8 位可编程串行口4v1、中央处置单元、中央处置单元CPU8位位v 用于数据处置、位操作位测试、置位、复位用于数据处置、位操作位测试、置位、复位v2、只读存储器、只读存储器ROM4KB或或8KBv 用于永久性存储运用程序，掩膜用于永久性存储运用程序，掩膜ROM、EPROM、v EEPROM、Flash Memory(闪存闪存)v3、随机存取存取器、随机存取存取器RAM128B/256Bv 用于程序运转中存储任务变量和数据用于程序运转中存储任务变量和数据v4、并行输入、并行输

3、入/输出口输出口 I / O32线线v 用作系统总线、扩展外存、用作系统总线、扩展外存、I / O接口芯片接口芯片v5、串行输入、串行输入/输出口输出口 UART 二线二线v 串行通讯、扩展串行通讯、扩展I / O接口芯片接口芯片5v6、定时、定时/计数器计数器 T16位增量可编程位增量可编程v 它与它与CPU之间各自独立任务，当它计数满时向之间各自独立任务，当它计数满时向v CPU中断中断v7、时钟电路、时钟电路 foscv 分为内部振荡器、外接振荡电路分为内部振荡器、外接振荡电路v8、中断系统、中断系统 v 五源中断、两级优先，可编程进展控制。五源中断、两级优先，可编程进展控制。6v引脚分

4、布如右图引脚分布如右图01p .71p .SSV1XTAL2XTALRD73p/.WR63p/.1T53p/.0T43p/.1INT33p/.0INT23p/.TXD13p/.RXD03p/.RST02p .72p .CCV00p .70p .PSENPROGALE /EAVpp /1820181917161514131211109212840393229303180517PLCC44(CHMOSPLCC44(CHMOS系列系列) )DIP(HMOSDIP(HMOS系列系列) )8v(1)电源引脚2个:Vcc+5V,VssGNDv(2)时钟和控制引脚(6个):v XTAL1,XTAL2v v

5、v v RST/Vpdv(3)端口引脚(32个)：v P0.0P0.7(P0口8个)v P1.0P1.7(P1口8个)v P2.0P2.7(P2口8个)v P3.0P3.7(P3口8个)/ /V Vp pp pE EA APSENPROG/ALE9 时钟的产生： XTAL119、XTAL18。 1、内部方式 与作为反响元件的片外晶体或陶瓷谐振器一同组成 一个自激振荡器。 2、外部方式 CMOS工艺的8031，其XTAL1接外信号；XTAL2 可悬空。HMOS工艺的8031，其XTAL2接外信号； XTAL1接地。 1011vRST / VPD 当出现两个机器周期高电平常，单当出现两个机器周期高

6、电平常，单片机复位片机复位 。v 复位后，复位后，P0 P3 输出高电平；输出高电平；SP存放器为存放器为07H；其它存放器全部清其它存放器全部清0；不影响；不影响RAM形状。形状。12vALE / PROG 地址锁存控制端地址锁存控制端v 提供提供1/6 fosc振荡频率；为其内的振荡频率；为其内的EPROM输入编输入编程脉冲程脉冲vPSEN 外部程序存储器的读选通讯号端外部程序存储器的读选通讯号端= 1 时，访问内部程序存储器时，访问内部程序存储器,即内即内ROMEAEAEA / Vpp 内外ROM选择端 = 0 时，只访问外部程序存储器时，只访问外部程序存储器,即外即外ROM对于对于87

7、51单片机编程时，该端施加编程电压单片机编程时，该端施加编程电压13四个四个8位的位的I / O口，还兼作地址口，还兼作地址/数据线。数据线。14地址总线地址总线 AB AB，P0P0口提供口提供A7 A0A7 A0； P2 P2口提供口提供A15 A15 A8A8，共，共1616位。位。数据总线数据总线 DB DB，P0P0口提供口提供D7 D0D7 D0，共，共8 8位。位。控制总线控制总线 CB CB，ALE ALE 、 、 、 、 等。等。EAPSENWRRD15165个独立的存储空间个独立的存储空间片内片内/片外程序存储器片外程序存储器64KB00000FFFFH128B的片内数据存

8、储器的片内数据存储器007FH128B特殊功能存放器特殊功能存放器SFR800FFH离散分布离散分布位寻址空间位寻址空间256位位地址位位地址00H0FFH片外数据存储器片外数据存储器64KB00000FFFFH170 0F FF FF FF FH H0 0F FF FF FH H1EAROM 外外部部0EAROM 内内部部H0000 程序存储器1 10 00 00 0H HH00000 00 08 80 0H HRAM内内部部0 00 0F FF FH H能寄存器特殊功0 0F FF FF FF FH H外部外部K64RAM 数据存储器数据存储器H00000 00 07 7F FH H18寻

9、址范围：寻址范围：0000H - FFFFH 0000H - FFFFH 容量容量64KB64KB，即地址长度：，即地址长度：1616位位 1EA ，寻址内部，寻址内部ROMROM；0EA ，寻址外部ROM。 当当PCPC值超越片内值超越片内ROMROM容量时会自动转向外部存容量时会自动转向外部存储器空间。储器空间。EA80318031单片机单片机接低电平。接低电平。作作 用：用： 存放程序及程序运转时所需的常数。存放程序及程序运转时所需的常数。19 0000H 系统复位，PC指向此处； 0003H 外部中断0入口 000BH T0溢出中断入口 0013H 外中断1入口 001BH T1溢出中

10、断入口 0023H 串口中断入口 002BH T2溢出中断入口 20物理上分为两大区域：物理上分为两大区域：00H 7FH即即128B内内RAM区区 80H FFH即即SFR区。区。组组通通用用寄寄存存器器区区第第0组组通通用用寄寄存存器器区区第第1组组通通用用寄寄存存器器区区第第2组组通通用用寄寄存存器器区区第第3）（位位地地址址位位寻寻址址区区FH7H00区区用用户户 RAMH00H08/H07H10/FH0H18/H17H20/FH1H30/FH2FH7R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7即可位寻址，又可字节寻址即可位寻址，又可字节寻址数据缓冲区、堆栈区、任务数据缓冲区、堆栈区

11、、任务单元单元21v位寻址区位寻址区20H2FH16个字节。个字节。16*8=128位，每位，每一位都有一个位地址，范围为：一位都有一个位地址，范围为：00H7FH，位地址区，位地址区也可作为普通也可作为普通RAM运用。运用。单单元元地地址址位位地地址址EH2FH2H20H21H77FH7H76EH7H75DH7H74CH7H73BH7H72AH7H71H79H70H78H07FH0H06EH0H05DH0H04CH0H03BH0H02AH0H01H09H00H0822vMCS-51单片机内共有单片机内共有22个特殊功能存放器，包括个特殊功能存放器，包括PC等。等。vPC为程序计数器。它是一个

12、双字节存放器为程序计数器。它是一个双字节存放器,寻址范围寻址范围为为:v 0000H FFFFH，即，即0 64KB。v特殊功能存放器。其寻址空间：特殊功能存放器。其寻址空间：80H FFH v其中，其中，51子系列有子系列有18个存放器，占有个存放器，占有21个字节；个字节；v 52子系列有子系列有21个存放器，占有个存放器，占有26个字节。个字节。23 存放器存放器 位地址位地址 / /位定义位定义 地址地址 F7F7 F6F6 F5F5 F4F4 F3F3 F2F2 F1F1 F0F0 B B F0HF0H E7E7 E6E6 E5E5 E4E4 E3E3 E2E2 E1E1 E0E0

13、ACCACC E0E0 D7D7 D6D6 D5D5 D4D4 D3D3 D2D2 D1D1 D0D0 PSWPSW CYCY ACAC F0F0 RS1RS1 RS0RS0 OVOV / / P P D0HD0H BFBF BEBE BDBD BCBC BBBB BABA B9B9 B8B8 IPIP B8HB8H B7B7 B6B6 B5B5 B4B4 B3B3 B2B2 B1B1 B0B0 P3P3 P3.7P3.7 P3.6P3.6 P3.5P3.5 P3.P3.4 4 P3.3P3.3 P3.2P3.2 P3.1P3.1 P3.0P3.0 B0HB0H IEIE A8HA8H A7A

14、7 A6A6 A5A5 A4A4 A3A3 A2A2 A1A1 A0A0 P2P2 P2.7P2.7 P2.6P2.6 P2.5P2.5 P2.4P2.4 P2.3P2.3 P2.2P2.2 P2.1P2.1 P2.0P2.0 A0HA0H SBUFSBUF 99H99H 24+ SCON 98H 97 96 95 94 93 92 91 90 P1 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 90H TH1 8DH TH0 8CH TL1 8BH TL0 8AH TMOD GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 89H 8F 8E 8D

15、 8C 8B 8A 89 88 TCON TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 88H PCON SMOD / / / GF1 GF0 PD IDL 87H DPH 83H DPL 82H SP 81H 87 86 85 84 83 82 81 80 P0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 80H 25留意：留意：1、表中共有、表中共有5个双字节存放器。个双字节存放器。2、PC也为双字节存放器，但是不在也为双字节存放器，但是不在80H FFH 范围内。范围内。 3、表中，凡地址能被、表中，凡地址能被8整除的存放器都是可位整

16、除的存放器都是可位 寻址的存放器。寻址的存放器。261、算术运算存放器、算术运算存放器1A累加器。累加器。2BB存放器，乘、除法运算用。存放器，乘、除法运算用。3PSW程序形状字存放器：包含程序运程序形状字存放器：包含程序运 行形状、信息。行形状、信息。27CY CY 进位进位/ /借位标志；位累加器。借位标志；位累加器。AC AC 辅助进辅助进/ /借位标志；用于十进制调整。借位标志；用于十进制调整。F0 F0 用户定义标志位；软件置位用户定义标志位；软件置位/ /清零。清零。OV OV 溢出标志；溢出标志； 硬件置位硬件置位/ /清零。清零。P P 奇偶标志；奇偶标志；A A中中1 1的个

17、数为奇数的个数为奇数 P = 1 P = 1；否那么；否那么 P = P = 0 0。RS1RS1、RS0 RS0 存放器区选择控制位。存放器区选择控制位。 0 0 0 0 ： 0 0区区 R0-R7 R0-R7 0 1 0 1 ： 1 1区区 R0-R7 R0-R7 1 0 1 0 ： 2 2区区 R0-R7 R0-R7 1 1 1 1 ： 3 3区区 R0-R7 R0-R7 P RS0RS1OV F0 AC CY PSW28v程序计数器程序计数器PCv 指明即将执行的下一条指令的地址指明即将执行的下一条指令的地址(程序存储器地程序存储器地址址)，在物理上独立，复位时，在物理上独立，复位时P

18、C = 0000H。v堆栈指针堆栈指针SPv 指明栈顶元素的地址，指明栈顶元素的地址，8位，可软件设置初值，复位，可软件设置初值，复位时位时SP = 07H。v数据指针数据指针DPTRv DPTR；指明访问的数据存储器的单元地址，；指明访问的数据存储器的单元地址，16位，寻址范围位，寻址范围64KB。 DPTR = DPH + DPL，也可单，也可单独运用。独运用。 29并行输入并行输入/输出端口输出端口 存放器存放器P0、P1、P2、P3实为相应端口锁存器。实为相应端口锁存器。串行输入串行输入/输出端口输出端口1串行数据缓冲器串行数据缓冲器 SBUF 是物理上独立的两个存放器，共同运用一个地

19、址是物理上独立的两个存放器，共同运用一个地址 99H。2串行控制串行控制/形状存放器形状存放器SCON 控制监视串行口的任务形状控制监视串行口的任务形状3电源控制存放器电源控制存放器PCON 控制单片机的低功耗任务方式及波特率选择。控制单片机的低功耗任务方式及波特率选择。30v中断系统中断系统v1中断优先级存放器中断优先级存放器IP：2级优先，可软件设定级优先，可软件设定v2中断允许存放器中断允许存放器IEv定时定时/计数器计数器v1定时器方式存放器：定时器方式存放器：TMODv2定时器控制存放器：定时器控制存放器：TCONv3计数存放器：计数存放器：TH0、TL0；TH1、TL1。可用于。可

20、用于设定计数初值。设定计数初值。311 1内部内部RAM 20H-2FHRAM 20H-2FH共共1616个单元可按位寻个单元可按位寻 址址128128位。位。2 2SFR 80H-FFH 51SFR 80H-FFH 51子系列，有子系列，有1111个存放个存放 器，器，8383位；位；5252子系列，有子系列，有1212个存放器，个存放器，9393位。位。 32v 1容量最大扩展到容量最大扩展到64KBv 2寻址范围：寻址范围：0000H-FFFFHv 3寻址方式：间接寻址可用寻址方式：间接寻址可用R0，R1,DPTR33 时钟的根本概念 启动单片机后，指令执行顺序： 取指令 分析 执行 3

21、4ALE2S6S2S6S3S4S5S3S4S5S1S1S一个机器周期一个机器周期P1 P2P1 P22S1S6S1S单字节单周期指令例：INC A读操作码读操作码）读下一个操作码（丢弃读下一个操作码（丢弃3S4S5S35 以上是单周期单字节指令在执行过程中以上是单周期单字节指令在执行过程中ALEALE脉冲、取指脉冲、取指 操操作、执行操作等在时间上的先后关系。作、执行操作等在时间上的先后关系。时序的定义：时序的定义： 单片机内的各种操作都是在一系列脉冲控制下进展的，而各单片机内的各种操作都是在一系列脉冲控制下进展的，而各脉冲在时间上是有先后顺序的，这种顺序就称为时序。脉冲在时间上是有先后顺序的

22、，这种顺序就称为时序。 执令周期：即从取指到执行完，所需时间。执令周期：即从取指到执行完，所需时间。 不同机器指令周期不一样；即使一样机器，不同的不同机器指令周期不一样；即使一样机器，不同的 指令其指令周期也不一样。指令其指令周期也不一样。 机器周期：机器的根本操作周期。一个指令周期含假设干机器机器周期：机器的根本操作周期。一个指令周期含假设干机器周周 期单、双、周围期期单、双、周围期36 每个形状周期含两个振荡周期，即相位每个形状周期含两个振荡周期，即相位P1P1、P2P2。 振荡周期：由振荡时钟产生。振荡周期：由振荡时钟产生。 振荡周期振荡周期Tosc = 1/foscTosc = 1/f

23、osc 一个机器周期一个机器周期 = 12 = 12个振荡周期个振荡周期 = 12 = 121/fosc 1/fosc 。 例如，假设例如，假设fosc = 12MHzfosc = 12MHz，那么一个机器周期，那么一个机器周期 = 1s = 1s。形状周期：一个机器周期分形状周期：一个机器周期分6 6个形状周期个形状周期SiSi37ALE2S1S6S1S单字节单周期指令例：INC A读操作码读操作码）读下一个操作码（丢弃读下一个操作码（丢弃3S4S5S2S1S6S1S3S4S5S读操作码读操作码读第二个字节读第二个字节双字节单周期指令例：ADD A，DATA2S1S6S3S4S5S2S1S6

24、S3S4S5S读操作码读操作码读操作码（丢弃）读操作码（丢弃）单字节双周期指令例：INC DPTR2P1P1S2S6S2P1P1S2S6S3S4S5S3S4S5S38当当ALEALEALEALE信号为振荡频率信号为振荡频率6 6分频正跳变时，对应单片分频正跳变时，对应单片机进展一次读指令操作。一个机器周期二次出现，在机进展一次读指令操作。一个机器周期二次出现，在S1P2S1P2和和S2P1S2P1及及S4P2S4P2和和S5P1S5P1期间。期间。有效宽度为一个形状。有效宽度为一个形状。1 1单字节单周期指令：单字节单周期指令：INC AINC A只需进展一次读指令操作指令只需一个字节，当第只

25、需进展一次读指令操作指令只需一个字节，当第二个二个ALEALE有效时，由于有效时，由于PCPC没有加没有加1 1，读出的还是原指令。，读出的还是原指令。属于一次无效操作。属于一次无效操作。392 2双字节单周期指令：双字节单周期指令：ADD AADD A，#data#dataALEALE两次读操作都有效，第一次读操作码指令第两次读操作都有效，第一次读操作码指令第一字节，第二次读立刻数指令第二字节。一字节，第二次读立刻数指令第二字节。3 3单字节双周期指令：单字节双周期指令：INC DPTRINC DPTR两个机器周期共进展四次读指令操作，但其后三两个机器周期共进展四次读指令操作，但其后三次的读

26、操作都是无效的。次的读操作都是无效的。40 CHMOS型单片机提供两种省电任务方式：空闲方型单片机提供两种省电任务方式：空闲方式式(等待方式等待方式)和掉电方式和掉电方式(停机方式停机方式),由由PCON控制。控制。41v特点特点:vCPU不任务，中断、串行口、定时器继续任务不任务，中断、串行口、定时器继续任务,v 耗电耗电1.75mA;v(2) CPU现场现场(SP,PC,PSW,ACC)、RAM和其他和其他SFR坚持不坚持不变，引脚坚持进入空闲方式时形状，变，引脚坚持进入空闲方式时形状，ALE和和PSEN*坚持高电坚持高电平。平。v进入方法：进入方法：CPU执行置执行置“1PCON.0(I

27、DL)指令指令v 如：如：MOV PCON,#01H; IDL1v退出方法：退出方法：v(1) 发生被允许的中断发生被允许的中断:内部硬件去除内部硬件去除IDL,呼应中断执行效力呼应中断执行效力程序。程序。v(2) 硬件复位。硬件复位。RST引脚引脚42v特点：特点：v (1) 内部一切功能部件停顿任务内部一切功能部件停顿任务,内部内部RAM和存放和存放器维持不变器维持不变,耗电在耗电在550uA,Vcc可以降至可以降至2V;v (2) IO引脚形状和相关的引脚形状和相关的SFR内容对应内容对应,ALE和和PSEN*为低电平。为低电平。v进入方法进入方法:CPU执行置执行置“1PCON.1(P

28、D)指令指令v 如：如：MOV PCON,#02H; PD1v退出方法退出方法:硬件复位硬件复位,复位后复位后SFR内容被初始化内容被初始化,RAM内容坚持不变。内容坚持不变。43v假设有一个80C31数据采集系统在交流供电正常时完成所规定的全部功能，停电时只需80C31和外部RAM依托备用电池供电，要求系统的实时时钟继续任务，外部RAM中的数据维持不变。 v该系统的实时时钟由软件计时，T0产生1ms的定时中断，T0中断效力程序完成实时时钟计数及其它的定时操作，同时检测P10上的输入形状，假设P10为低电平，那么交流供电正常；假设P10为高电平，那么交流电将要停电或曾经停电，这时置位GF0后前往。通常主程序是一个无限循环的程序，当查询到GF0为“1 时激活空闲方式，该指令下面的程序为循环查询GF0的形状，以确定能否需求再次激活空闲方式。 交交流流停停电电检检测测电电路路80C31外外部部R RA AM M其其它它电电路路P P1 1. .0 0V VC