第二章MCS-51系统结构.

1、第二章MCS51系统结构第一节总体结构一、结构电路夕卜时钟遞外部李件计数INTO INTI控制并行口 串行通讯PO口I< ft-Hon«nr»TMP1PO. O-Pa 7”oPX7:I IP3C1««SP1U«4)B二i吋匕TVOMTH1 RCAP2HAFP3 口 MffSP2H仔总代増鬲QXTAI.1 <0 XTAL2 P】1*1- 7 ttftSO52/eoi2 中才荷P3.O-P17系统资源: 8位屮央处理器CPU： 128B内部数据存储器RAM； 4个8位双向输入/输出线； 1个全双工的井步串行口： 2个16位定时器/计数器

2、; 5个中断源，2个中断优先级； 1个片内振荡器和时钟电路；可寻址64KB的外部程序存储器空间和64KB的夕卜 部数据存储器空间；二、中央处理器CPU(-)运算器运算器匸要包括算术逻辑运算部件(ALU)、累 加器ACC、B寄存器、暂存器、程序状态字寄存 器PSW、十进制调整电路以及如尔处理器等。运并器主要用来实现数据的传送、数据的算术 逻辑运算和位变量处理。累加器ACC (最常用专用寄存器)暂存寄存器，用于提供操作数和存放运算 结果。直接与内部总线相连。一般信息传 递和交换都要通过ACCo寄存器B乘法指令两个操作数分别取HA、B,其结 果放在A、B寄存器队中；除法指令，被除 数取自A,除数取自

3、B,商放A,余数放B。在其他指令中，B寄存器可作为通用寄存器 或RAM的一个单元使用。程序状态字寄存器PSWCYACroRSIRSOov*pCY：进位/借位标憑：又是布尔处理器的累加器C。AC：辅助进位/借位标志：上要用丁二一十进制数加法的十 进制调整。F0：用户定义标志位。供用户使用的软件标志。RS1, RSO：工作寄存器区选择控制位；0V：溢出标占位：用于带符号数运算的溢出。P：奇偶校验标卷位；表示累加器A的8位屮值为1的个数的奇 偶性。（二）控制器控制器是控制计算机系统齐种操作的部件, 它包括时钟发生器、定时控制逻辑、复位 电路、指令寄存器IR、指令译码器、程序 计数器PC、程序地址寄存

4、器、数据指针 DPTR、堆栈指针SP等。1 时钟电路两种时钟生成电路：内部方式，外部方式。C2亠XTALI8051XTAL28051XTAL2£XTAL1(M2 复位电路 RST/Vpd引脚至少保持2个机器周期的高电 平，复位。复位操作令上电n动复位和按键手动复位 两种工作方式Vccbst/vpdVss805RESET200 Q22uFVccRST/VpDVss 8051复位后内部寄存器的初始状态。初姑状杏ACCOOHTMODOOHPC'OOOCHTCONOOHPSWOOHTLOOOH8P07HTHOOOHDPTR0000TLlOOHP0P3OFFHTH1OOHIPxiOOO

5、OOOBSCONOOHIEOxOOOOOCBSBUF不*PCONOxnOOOCB3 指针程序计数器PCpc中存放即将执行的卜一条指令的地址， 并有自动加1的功能。数据指针DPTR16位地址指针，可寻址范围0000FFFFH 的64KB空间，可指向程序、数据存储器。堆栈指针SP8位的专用寄存器，它川于指明堆栈顶部在 内部RAM中的位置，可山软件设置初始值。 系统复位后，SP初始化为07H。遵循“先进后出，后进先出”的原则，数 据进入堆栈前SP加1,数据退岀堆栈后SP 减1。4. CPU时序CPU时序通常是指CPU在执行各类指令时所需的 控制信号在时间上的先后次序。指令周期：CPU取出一条指令金该

6、指令执行完所 需的时间，它以机器周期为单位。机器周期：CPU完成一个基本操作所需耍的时间, 一个机器周期包含6个状态周期。状态周期：振荡信号经2分频后获得的信号周期S,S为时钟周期的2倍。时钟周期：振荡器输出的时钟脉冲频率的倒数。 ALE时序：地址锁存信号,每个机器周期2次有效,分 别在S1、S4状态。每次出现，CPU进行一次取指操 作。81J M S5 $681 I S2 S3 S4 S581M pi|n ri|n Fi|n nln fiImhiIk fi|fi piln niln Fi|nSJ52 I S3 ：| Pl F inwininrmrumnnjmnnjuinnjuiwmji n

7、； rn ri 1 rn rn ； _91 pi|f2 Fi|n三、引脚功能说明1 电源引脚VCC：芯片主电源,VSS：电源地线。2 时钟引脚XTALI 与 XTAL2 为内部振荡器的两条引出 线。ru PI.6 n.7 UT/VPD P3.WRXD tJJ/TXD FJ 2IKT0 PJ.JAwfr P5 VTO n 5m F3 6HHT ”"而一KTAL1 XTAII 2W3SI4JI$M63S7>4S3J3210W>13)1751nWil R1213n1417ISItU1724II»l»122021N.2P1.4 F1J一山 Pta3 控制引脚

8、ALE / prog ：地址锁存控制信号/编程脉冲输入 端。ALE：地址锁存控制信号。访问外ROM或RAM时，用來驱动地址锁存器锁存P0口分 时送出的低8位地址（下降沿有效）。不访问外存储器时,该端以1/6时钟频率输出正脉冲，可川 作为外部时钟。PROG：编程脉冲输入端。对片内程序存储器进行编程时,此脚输入编程脉冲。 PSEN :片外程序存储器读选通信号访问外部稈序存储器选通信号，低电平仃效。貢/VPP：访问程序存储2常控制信号/编程电源 输入端EA :访问程序存储器控制信号。当该引脚信号为低电平时,只访问片外程序存储器,不管 片内是否有程用存储器：当该引脚为高电平时,单片机访 问片内的程序存

9、储器。VPP：编程电源输入增EEPRO M型单片机(89C51)或EPRO M型单片机(8751),为12V或21V编程电源输入端。 RST/VPD：复位/掉电保护信号输入端RST：通过外接复位电路实现上电复位或按键父位。VPD： nJ外接备用电源，在Vs掉电时向RAM供电。4. I/O引脚P0I1：外接存储器时作地址/数据分时使用口线;不接外 部存储器时，可川作为8位准双向I/O口 oP1U： 8位准双向I/O UpP2I1： 8位准双向I/OII：外接存储器时作为高8位地址总 线。P3H： 8位准双向I/0I1,出于芯片引脚数的限制,P3口 具有第二输出、输入功能。第二节存储器结构程序存储

10、器（ROM）:用來存放程序和始 终要保留的数据。数据存储器（RAM）:用來存放程序运行 中所需要的常数和变量。特点：程序存储器（ROM）、数据存储器 （RAM）分开，各有各的寻址系统、控制 信号和功能。MCS-51单片机的存储器结构FFFFH外RAM<8W2>(M32>WK功tvffs中位 ytt#殊功傅*#hhhhhhhhhh fembibcaiia(i$1w 胛U程序“Hit内疗WOOHRAM口 4一、程序存储器1. 程序存储器作用及寻址范围作用：存放指令（程序）的存储器，用PC作地址指针。 寻址范围:0000FFFFH,共64KB；片内、片外统编 址。片内：PC=000

11、00FFFH：片夕卜：PCT000FFFFH；2. RO M低端的儿个特殊入口地址0000H： CPU开始执行指令时的第一个取指单元，每次执 行时PC的内容总是0000H：0003H-002B：断专用固定入口地址（系统规定）:-般：我们总是从ROM的0030H单元开始存放用户指令。3. EA作用EA=1:程序从片内ROM开始执行，当PC值超过片内ROM容量时会口动转向外部存储器空eX=0：程疗;从外部存储器开始执行。二、内部数据存储器RAM字节地址:007FH：有128个8位锻元字节。按功能划分 为三个部分:工作寄存器区、位寻址区、堆栈和数据缓冲 器区。四组匸作寄存器区：001FH四组I：作寄

12、存器和RAM单元地址对应关系A址0区1区小3区ROOOHO8H1OH18HR1O1HO»H11HR2OAH12HIAHR3OSHOBH13H1BHR4O4HOCHUH1CHR5OSHODH15H1DHO6HOEH1SHEHR7O7HOFH17H1FH丁作寄存器区选择PSW.4(RS1)PSW. 3(RS0)比前使用的工作寄存器组 R0-R7000(00 H 07H)011 组(08H OFH)I02组(10H 17H)113组仃8H1FH)位寻址区：20H-2FH16个字节。16少8=128位，侮一位都有一个位地址, 范围为:00H7FH。数据缓冲区：30H-7FH作为通用的按字节操

13、作的数据缓冲区。常开辟为堆栈区。三、特殊功能奇存器SFRI/O锁存器、定时器、出行口、中断、状态、控制寄存器等共21个。 离散地分布在80-FFH中.特殊功能寄存器地址映彖特殊功能离存器字节地址特殊功能寄存器字节地址P0SOUSBUFWHSP81HP2AOHDPL82HIEA8HDPH83HP3BOHPCON87HIPB8HTCON88HT2CON*C8HTMOD89HRCAP2LaCAHTLO8AHRCAP2H*CBHTIJXBHTL2*CCHTHO8CHTH2CDHTH1RDHPSWDOHPI90HACCEOHSCON98HBFOH四、位存储器 内部RAM中字节地址为20H2F H的128

14、个位。 特殊功能寄存器中地址码能被8整除的特殊功 能寄存器，可以按位寻址。五、外部数据存储器和I/O 口外部RAM存储器和输入/输出端口是统一编 址的，都在同一个64KB外部数据存储器空 间内。第三节I/O 口四个8位的I/O口，分别记作PO、P1> P2、P3o每个口都包含一个锁存器、一个输出驱动 器和两个输入缓冲器。轻制Vcc地址/数据D锁存器CLK一、P0 口内部总钱 写锁存話读锁存器读引脚 I/O 口数据输出时（写P0口）：内部写脉冲加在D触发 器CP端,数据写入锁存器,由端口引脚输出。数据输入时（读P0M）,有两种情况：读引脚：读芯片引脚上的数据，“读引脚”缓冲 益打开，通过内

15、部数据总线读入；MOV指令的读 口操作。读端I I：通过打开读锁存器缓冲器读锁存器Q端 的状态，例如语句：ANL PO, A o地址/数据复用口控制端高电平数据线（D卜D7）低8位地址线（A卜A7） 談位地址线（AM二、P1 口通用I/OIJ,每一位都能作为可编程的输入或输出线。作为I/O输入时，口锁存器必须置“1”，使T2截止，输入 信号通过“读引脚”三态缓冲器进入内部总线。Vcc读锁存器内部上拉电阴内部总色斗了 右锁存"1 X |引脚读引脚三、P2 口 I/O 口高8位地址输出口读引脚>四、P3口第二功能输入第一功能使用同P1 口第二功能输入/输出定义PJ 口引酗号類二功岭

16、记P3.0P3.1宙行口林发送输出第P3.2曲中斷0赵输小P3.3和中断1縣入場P3.4定时/计” oP3.5定时/计脯1外餌入HP3.6片桶嫩利耳逡通端P3.7mxffiism*小结：系统总线地址总线（16位）：P0 （地址低8位）、P2 口（地址高8位）。数据总线（8位）：POI（地址/数据分时用）： 控制总线（6根）:P3口的第二功能、和9、29、 30. 31 脚：供用户使用的端口P1 口、部分未作第二功能的P3口； P0口作地址/数据时，是宜正的双向口，三态，负 载能力为8个LSTTL电路:P1P3是准双向口, 负载能力为4个LSTTL电路。 P0P3在用作输入Z前必须先写“1”。第

17、四节定时器/计数器定时方法：软件定时：执行一个循环程序进彳r时间延迟。定时准确， 不需要外加硬件电路,但増加CPU开销。硬件定时：通过硬件电路实现定时，不占用CPU时间，但 使用不够方便。町编程定时：通过对系统时钟脉冲的计数实现定时。计数 值通过程序设定，定时准确，使用方便灵活。MCS-51系列单片机有两个可编程定时器/计数器：TO、 T1OMCS-52系列单片机竹三个可编程左时器/讣数器：T0、 I、 T2o一、定时器/计数器TO和T1特殊功能寄存器 THO、TLO： TO的16位计数器的高8位和低8位 TH1、TL1： T1的16位计数器的高8位和低8位 TMOD： TO、巧的方式寄存器

18、TCON： TO、T1的状态和控制寄存器MCS-51单片机定时器结构示意图fosc/12 fosc212 时钟定时器中斷J TFxTHxTbc 十 戸孑 (P34/P3.5) 丄计数器° '控制1.方式寄存器TMOD76343210GATEC/TMlM0GATEC/TMlMO定时/计数器 定时/计数器1 MlM0：工作方式选择位M1M0操作方式功能说明00方式013位计数器01方式116位计数器10方式2自动再装N位计数器11方式3TO分成两个位计数器，T1无效C/T：定时和外部事件计数方式选择位0：定时方式。以振荡器输出时钟脉冲的十:分 频信号作为汁数信号，定时器从初值开始加“广 计数直至定时器溢出所需的时间是固定的。1：外部事件计数方式。外部引脚仃0为P3.4, T1为P3.5）上的输入脉冲作为计数脉冲。GATE：门