MCS单片机单片机的硬件结构与工作原理学习教案

1、会计学1MCS单片机单片机的硬件结构单片机单片机的硬件结构(jigu)与工与工作原理作原理第一页，共42页。第第 2 章章 MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构(jigu)与工作原理与工作原理第1页/共42页第二页，共42页。第第2章章 MCS-51单片机的硬件单片机的硬件(yn jin)结构与工作原理结构与工作原理 2.1 MCS-51 2.1 MCS-51单片机的片内结构单片机的片内结构(jigu)(jigu) 2.2 MCS-51 2.2 MCS-51单片机的封装与引脚单片机的封装与引脚 2.3 MCS-51 2.3 MCS-51单片机的单片机的CPU CPU 2.4 MCS-5

2、1 2.4 MCS-51单片机最小系统单片机最小系统 2.5 MCS-51 2.5 MCS-51单片机的存储器结构单片机的存储器结构(jigu)(jigu)第2页/共42页第三页，共42页。2.1 MCS-512.1 MCS-51单片机的片内结构单片机的片内结构(jigu)(jigu) 片内结构片内结构(jigu)(jigu)如下图如下图2-12-1所示所示: :第3页/共42页第四页，共42页。第4页/共42页第五页，共42页。第5页/共42页第六页，共42页。2.2 MCS-51单片机的封装与引脚单片机的封装与引脚 2.2.1 封装形式封装形式(xngsh) 40只引脚双列直插封装（只引脚

3、双列直插封装（DIP）。）。 第6页/共42页第七页，共42页。2.2.2 MCS-512.2.2 MCS-51单片机的引脚功能单片机的引脚功能(gngnng)(gngnng) 40 40只引脚按功能分为只引脚按功能分为3 3类：类： （1 1）电源及时钟引脚）电源及时钟引脚: Vcc: Vcc、VssVss；XTAL1XTAL1、XTAL2XTAL2。 （2 2）控制）控制(kngzh)(kngzh)引脚：引脚： PSEN PSEN 、EA EA 、ALEALE、RESET RESET （即（即RSTRST）。）。 （3 3）I/OI/O口引脚：口引脚：P0P0、P1P1、P2P2、P3P3

4、，为，为4 4个个8 8位位I/OI/O口的外部引脚。口的外部引脚。第7页/共42页第八页，共42页。 VPP VPP：本引脚的第二功能：本引脚的第二功能(gngnng)(gngnng)。用于施加编程电压（例如。用于施加编程电压（例如+21V+21V或或 +12V +12V）。对）。对89C5189C51，加在，加在VPPVPP脚的编程电压为脚的编程电压为+12V+12V或或+5V+5V。第8页/共42页第九页，共42页。第9页/共42页第十页，共42页。第10页/共42页第十一页，共42页。 2 2累加器累加器A A 使用最频繁使用最频繁(pnfn)(pnfn)的、特殊用途的的、特殊用途的8

5、 8位寄存器。可写为位寄存器。可写为Acc Acc 4. 4.程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSWPSW 8 8位标志寄存器，存放指令执行后的有关位标志寄存器，存放指令执行后的有关(yugun)(yugun)状态状态 3 3寄存器寄存器B B 为乘法、除法设置的为乘法、除法设置的8 8位寄存器位寄存器第11页/共42页第十二页，共42页。 2 2指令寄存器指令寄存器IRIR、指令译码器、指令译码器IDID及控制及控制(kngzh)(kngzh)逻辑电路逻辑电路第12页/共42页第十三页，共42页。第13页/共42页第十四页，共42页。 C1 C1和和C2C2典型值通常选择为典型值通常选择为3

6、0pF30pF10pF10pF左右左右(zuyu)(zuyu)。 晶体的振荡频率在晶体的振荡频率在1.2MHz1.2MHz12MHz12MHz之间。某些高速单片机芯片的时钟频率已达之间。某些高速单片机芯片的时钟频率已达40MHz40MHz（如（如89S5289S52） 。 PD PD为掉电控制位为掉电控制位第14页/共42页第十五页，共42页。第15页/共42页第十六页，共42页。第16页/共42页第十七页，共42页。第17页/共42页第十八页，共42页。机器机器(j q)周期周期第18页/共42页第十九页，共42页。第19页/共42页第二十页，共42页。第20页/共42页第二十一页，共42页

7、。第21页/共42页第二十二页，共42页。 上电自动复位上电自动复位 接通接通(ji tn)电源后使单片机自动复位电源后使单片机自动复位 最简单的上电自动复位电路最简单的上电自动复位电路:第22页/共42页第二十三页，共42页。其中其中(qzhng) ，RS RK第23页/共42页第二十四页，共42页。 兼有上电复位兼有上电复位(f wi)(f wi)和手动按键复位和手动按键复位(f wi)(f wi)功能的电路功能的电路第24页/共42页第二十五页，共42页。第25页/共42页第二十六页，共42页。 2.4.3 MCS-51 2.4.3 MCS-51单片机最小系统硬件单片机最小系统硬件(yn

8、 jin)(yn jin)电路电路第26页/共42页第二十七页，共42页。 3. 3. 外部数据存储器空间外部数据存储器空间 64KB 64KB64KB第27页/共42页第二十八页，共42页。第28页/共42页第二十九页，共42页。 存储单元存储单元(cn ch dn yun)：存储器中存储信息的最小的单位，每个存储单元：存储器中存储信息的最小的单位，每个存储单元(cn ch dn yun)能存放若干位二进制数据，能存放若干位二进制数据，51单片机中指存放单片机中指存放8位位(即一个字节即一个字节)二进制数据。二进制数据。 存储存储(cn ch)器容量器容量 指存储指存储(cn ch)器能存储

9、器能存储(cn ch)的二进制信息的二进制信息 存储单元地址：存储单元按照顺序的线性方式组织编号。排在前面的单元是存储单元地址：存储单元按照顺序的线性方式组织编号。排在前面的单元是0号单元，其地址号单元，其地址(单元编号单元编号)为为0，往下依次是，往下依次是1号单元、号单元、2号单元号单元 。地址具有。地址具有(jyu)唯一性，对存储单元的访问就可以通过地址进行。唯一性，对存储单元的访问就可以通过地址进行。 存储容量单位：存储容量单位：1 1字节字节=8 bit=8 bit； 1KB=21KB=21010字节字节=1024=1024字节；字节； 1MB=21MB=21010KB=1024KB

10、KB=1024KB； 1GB=21GB=21010MB=1024MBMB=1024MB； 1TB=21TB=21010GB=1024GBGB=1024GB第29页/共42页第三十页，共42页。 EA EA引脚应接低电平或高电平引脚应接低电平或高电平第30页/共42页第三十一页，共42页。EA=0EA=1 程序存储器中的程序存储器中的0000H0000H地址是系统程序的启动地址地址是系统程序的启动地址 5 5个单元具有特殊用途，为个单元具有特殊用途，为5 5个中断个中断(zhngdun)(zhngdun)源的中断源的中断(zhngdun)(zhngdun)入口地址：入口地址： 外部中断外部中断(

11、zhngdun)0 0003H (zhngdun)0 0003H 定时器定时器T0 000BHT0 000BH 外部中断外部中断(zhngdun)1 0013H (zhngdun)1 0013H 定时器定时器T1 001BH T1 001BH 串行口串行口 0023H 0023H第31页/共42页第三十二页，共42页。 1、RAM单元单元 字节地址为字节地址为00H7FH 分为分为(fn wi)3个区：个区： 工作寄存器区工作寄存器区 00H1FH：32个单元，个单元，4组通用工组通用工 作寄存器作寄存器,每组包含每组包含8个寄存器个寄存器R0-R7 位寻址区位寻址区 20H2FH：16个单元

12、，可进行个单元，可进行128位位 的寻址。的寻址。 位地址和字节地址如下表。位地址和字节地址如下表。第32页/共42页第三十三页，共42页。第33页/共42页第三十四页，共42页。第34页/共42页第三十五页，共42页。第35页/共42页第三十六页，共42页。 （2） SFR中的位地址中的位地址(dzh)分布分布 有有11个个SFR可进行位寻址。其字节地址可进行位寻址。其字节地址(dzh)的末位是的末位是0H或或8H的可位寻址。的可位寻址。第36页/共42页第三十七页，共42页。 （3 3）SFRSFR中的重要寄存器。中的重要寄存器。 累加器累加器A A 8 8位寄存器，使用最频繁的寄存器，可

13、写为位寄存器，使用最频繁的寄存器，可写为AccAcc。 ALU ALU的输入之一，又是运算结果的存放单元。的输入之一，又是运算结果的存放单元。 数据传送数据传送(chun sn)(chun sn)大多都通过累加器大多都通过累加器A A。 字节地址为字节地址为 E0H E0H 寄存器寄存器B 8位寄存器，字节位寄存器，字节(z ji)地址为地址为 F0H 执行乘法和除法操作设置的。在不执行乘、除的情况下，执行乘法和除法操作设置的。在不执行乘、除的情况下， 可当作一个普通寄存器来使用可当作一个普通寄存器来使用 程序程序(chngx)(chngx)状态字寄存器状态字寄存器PSWPSW 8 8位寄存器

14、，字节地址为位寄存器，字节地址为 D0H D0H 包括包括4 4位状态位和位状态位和2 2位控制位位控制位第37页/共42页第三十八页，共42页。 RS1 RS0 RS1 RS0 所选的所选的4 4组寄存器组寄存器 0 0 0 0 0 0区（内部区（内部(nib)RAM(nib)RAM地址地址00H00H07H07H） 0 1 1 0 1 1区（内部区（内部(nib)RAM(nib)RAM地址地址08H08H0FH0FH） 1 0 2 1 0 2区（内部区（内部(nib)RAM(nib)RAM地址地址10H10H17H17H） 1 1 3 1 1 3区（内部区（内部(nib)RAM(nib)R

15、AM地址地址18H18H1FH1FH）第38页/共42页第三十九页，共42页。 数据指针数据指针DPTR DPTR 16 16位寄存器位寄存器 ，用于访问外部数据存储器寻址，用于访问外部数据存储器寻址 分为两个分为两个8 8位寄存器，高位字节寄存器用位寄存器，高位字节寄存器用DPHDPH表示表示(biosh)(biosh)，低位字，低位字 寄存器用寄存器用DPLDPL表示表示(biosh)(biosh)，地址分别为，地址分别为83H83H、82H82H。 堆栈指针堆栈指针SP 、 堆栈堆栈 堆栈是内存中的一个特殊存储区（堆栈是内存中的一个特殊存储区（RAM区）区）,用于数据的保存用于数据的保存(bocn); MCS-51单片机的堆栈设置于片内单片机的堆栈设置于片内RAM区。区。 第39