第章单片机的基本结构与工作原理ppt课件

1、第二章 单片机的根本构造与任务原理学时：学时：4要点：单片机的根本组成、引脚功能、构要点：单片机的根本组成、引脚功能、构造及特点、存储器构造、任务方式。造及特点、存储器构造、任务方式。重点：重点：MCS-51单片机的构造及特点、存单片机的构造及特点、存储器构造。储器构造。内 容n学时：2n 2.1 单片机的根本组成n 2.2 80C51单片机的引脚功能和构造框图n 2.3 80C51 CPU构造和特点n学时：2n2.4 存储器构造和地址空间n2.5 布尔位处置器n2.6 80C51单片机的任务方式n仿真软件引见 2.1 单片机的根本组成特征：将组成计算机的根本部件集成在一块芯片上，如特征：将组

2、成计算机的根本部件集成在一块芯片上，如CPU、I/O口、口、UART、C/T、RAMROM等。等。2.2 80C51单片机的引脚功能和构造框图图2-2 80C51/80C52的封装及逻辑图2.2.1 引脚功能n管脚图P16,图2-2P15，对照书，对照书看管脚引见。看管脚引见。留意：T2为80C52的定时器/计数器2的计数输入端，T2EX为80C52的定时器/计数器2的定时输入端。2.2.2 内部构造框图和组成 图图2-3 80C512-3 80C51的内部构造框图的内部构造框图ALUACCAROMRAM指令存放器指令存放器IR地址存放器地址存放器PCDPTRT/CI/OPSW定时控制逻辑定时

3、控制逻辑2.3 80C51 CPU的构造和特点2.3.1 中央控制器n组成：程序计数器PC、程序地址存放器、指令存放器IR、指令译码器、条件转移逻辑电路及定时控制逻辑电路。n功能：控制指令的读出、译码和执行，对指令的执行过程进展定时控制，并根据执行结果断定能否分支转移。n与运算器一同构成中央处置器。1. PC和DPTRn1PCn由由PCPCH、PCL、指令存放器、指令存放器IR、指令译码器、指令译码器ID等组等组成。成。n寻址范围寻址范围64K，16根地址线。根地址线。n任务方式：任务方式： PC+1、条件或无条件转移、调用或中断，、条件或无条件转移、调用或中断，3种。种。0000HFFFFH

4、PC+10000HFFFFH转移0000HFFFFH中断0000HFFFFH调用CALLSPPC任务方式图2-4程序计数器PC的输出与P0、P2口之间的关系PC A + DPTR2数据指针DPTR 16位DPL、DPHn访问片外数据存储器：n MOVX A，DPTR 读n MOVX DPTR，A 写n访问程序存储器：n MOVC A，A+DPTRn 变址 基址n JMP A+DPTRn 变址 基址图2-5 DPTR的输出与P0、P2口之间的关系DPTR可作为存放器运用n作为16位存放器运用：n MOV DPTR，#16位地址n INC DPTRn作为8位存放器运用：n CJNE A，DPL，$

5、n CJNE A，DPH，$n指令存放器IR、指令译码器ID及控制逻辑参照P21，简单引见。2.3.2 运算器n组成：算术和逻辑运算单元ALU、 累加器ACC、 暂存器TMP1和TMP2、存放器B以及程序形状字PSW等。nACC8位位置特殊，很多运算都要经过其完成。n以后在学习指令时，常用A来表示累加器。但有一些地方例外，比如在PUSH指令中，就必需用ACC表示。图2-7 算术逻辑运算单元ALUALU功能：加减乘除；功能：加减乘除；AND、OR、XOR；位操作；左、右移；位操作；左、右移； 半字节交换；半字节交换；BCD运算运算ACC最频繁运用的存放器n1是ALU的输入，又是ALU运算结果的存

6、放单元。n2中转站。n3有一部分传送指令不经过ACC，减少堵塞景象， 如MOV DPTR，#16位地址。nB存放器n普通情况下，可做为通用存放器运用，但在执行乘法和除法运算结时，B存放运算的一个操作数和运算后的一个结果。程序形状字PSW 仿真程序证明可用nMUL A，B时，假设积255，那么OV=1，阐明B中有高8位积。nDIV A，B时，假设除数为0，那么OV=1。3存放器区选择控制位RS1，RS0，在下节讲解。4F0，用户可运用的通用标志位。可实现分支转移。2.3.3 时钟电路及CPU的任务时序n时钟电路用于产生单片机任务所需求的时钟信号，而时序所研讨的是指令执行中各信号之间的相互关系。

7、n1. 时钟电路n1时钟电路见图2-8。 n2振荡器电路：C1=C2=1030pF，CYS=1.212MHz图2-8 80C51单片机的时钟电路2. 时序定时单位n1振荡周期：为单片机提供时钟信号的振荡源的周期。n2时钟周期：是振荡源信号经二分频后构成的时钟脉冲信号。 n3机器周期：将完成一个根本操作所需的时间称为机器周期。n4指令周期：CPU执行一条指令所需求的时间。一个指令周期通常含有14个机器周期。3. 指令时序指令时序后面演示后面演示图图2-10 80C51的取指的取指/执行时序执行时序共111条指令，按长度分为单字节、双字节和三字节指令。执行这些指令所需求的机器周期数目是不同的：单周

8、期、双周期和多周期。2.4 存储器构造和地址空间n单片机普遍采用哈佛构造。图2-11 80C51存储器映象图 在物理上在物理上设有设有4个存储个存储器空间器空间在访问这在访问这3个不同的逻辑空间时，应选用个不同的逻辑空间时，应选用不同方式的指令：不同方式的指令： MOVC、MOV、MOVX 在逻辑上在逻辑上设有设有3个存储个存储器地址空间器地址空间从片外开从片外开场执行场执行0000H从片内开从片内开场执行场执行52系列单片机系列单片机80H FFH是数据存储器和特殊功能是数据存储器和特殊功能存放器地址重叠空间存放器地址重叠空间2.4.1 程序存储器n80C31无片内ROM，80C51有4K一

9、次性的淹膜ROM，87C51有4K EPROM， 89C51有4K E2PROM。 P29几种ROM的区别nROM：1次性只读存储器。nEPROM：可擦除可编程只读存储器，只能用强紫外线照射来擦除。nEEPROM(E2PROM)：电可擦除可编程只读存储器。程序存储器的某些单元被保管用于特程序存储器的某些单元被保管用于特定的程序入口地址定的程序入口地址n程序存储器的某些单程序存储器的某些单元被保管用于特定的元被保管用于特定的程序入口地址。程序入口地址。n系统复位后的系统复位后的PCPC地地址为址为0000H0000H。n 0003H002BH0003H002BH为中为中断效力程序入口地址，断效力

10、程序入口地址，制止主程序运用。制止主程序运用。2.4.2 数据存储器nRAM：随机存取记忆体。nRAM和ROM相比，两者的最大区别是RAM在断电以后保管在上面的数据会自动消逝，而ROM就不会。 1 片内数据存储器1234P321片内数据RAM区。 n根据寻址方式不同可分为以下4个区域。n 一任务存放器00H1FHn特点：执行速度最快。其用法见下述程序：nCLR PSW.3nCLR PSW.4nMOV R0，#01H；00H=01HnSETB PSW.3nMOV R0，#01H；08H=01HnCLR PSW.3nSETB PSW.4nMOV R0，#01H；10H=01HnSETB PSW.3

11、nMOV R0，#01H；18H=01H 二位寻址区 n20H2FH共16个字节分别对应00H7FH共128位。见P33表2-2。 SP=07Hn特点：既可字节寻址，也可位寻址。与SFR构成布尔位处置器。n例：下面程序执行结果是一样的。n CPL 0CH；将21H中的第4位取反n MOV A，21Hn ANL A，#00010000Bn JZ LB1n ANL 21H，#11101111Bn SJMP LB2nLB1：ORL 21H，#00010000BnLB2：SJMP $三字节寻址区30H7FHn留意：对于MCS-52系列单片机，80HFFH RAM区只能采用间接寻址方式访问。讲完SFR后

12、举例。四堆栈区特点：先进后出，进栈时SP加1，出栈时SP减1。功能：调用子程序和中断时维护现场。系统复位时，SP=07H。运用时要特别小心。2特殊功能存放器SFR n高128字节中，51系列占用了21个，52系列占用了26个，其他访问无效，概略见P34表2-3。 nSFR中低位地址为0H和8H的特殊功能存放器，共12个可位寻址，概略见P34表2-3。nSFR的空间分布见P35表2-4及右图。 2 片外数据存储器n64K字节。采用MOVX指令和DPTR、R0或R1存放器以间接寻址方式访问。nMOV DPTR，#1000HnMOVX DPTR，AnMOV DPTR，#0029HnMOVX A，DP

13、TRnMOV R0，#30HnMOVX R0，A ；该指令不能超越256B 2.5 布尔(位)处置器n布尔处置功能是MCS-51系列单片机的一个重要特征。布尔变量也即开关变量，它是以位bit为单位进展操作的。n它以进位标志C做为累加位，以内部RAM可寻址的128个为存储位。 n布尔操作指令集：n 位传送指令2条n 位置位复位指令4条n 位运算指令6条n 位控制转移指令5条2.6 80C51单片机的任务方式n四种：复位、程序执行、低功耗以及编程和校验。n2.6.1 复位n功能：PC=0000H，跳出死机。n复位的影响：n1SFR的形状见P37表2-6；n2复位期间，ALE=1，PSEN=1。特殊

14、存放器的复位形状见P37表2-6复位电路P38图2-14 要求：高电平继续时间2个机器周期。fosc=12MHz时2us， fosc=6MHz时4us。2.6.2 程序执行方式n ORG 0000Hn0000H AJMP MAINn ORG 000BHn0003H AJMP INT0n ORG 0030Hn0030H MAIN：MOV R3，#00Hn .n ORG 0100Hn0100H INT0: CLR Cn . 2.6.3 低功耗任务方式n对于MCS51系列机型来说，它们有待机方式和掉电维护方式两种低功耗方式。经过设置电源控制存放器PCON的相关位可以确定当前的低功耗方式。PCON存放

15、器格式如下：PCONnSMOD：波特率倍增位。当SMOD=1时，串行口方式1、2、3的波特率提高一倍。nGF0，GF1：通用标志位。供用户运用。nPD：掉电方式位，PD1为掉电方式 nIDL：待机方式位，IDL1为待机方式SMODGF1GF0PDIDL1待机方式待机方式n使IDL=1，那么CPU进入待机方式。n 由图2-15中可看出这时振荡器依然运转，并向中断逻辑、串行口和定时器/计数器电路提供时钟，中断功能继续存在 。 n向CPU提供时钟的电路被阻断，因此CPU不能任务，与CPU有关的如SP、PC、PSW、ACC以及全部通用存放器都被冻结在原形状。图2-15手机：锁定方式手机：锁定方式计算机

16、：待机、休眠方式计算机：待机、休眠方式待机方式的退出待机方式的退出n可采用中断方式或硬件复位来退出式。可采用中断方式或硬件复位来退出式。n在待机方式下，假设产生一个外部中断在待机方式下，假设产生一个外部中断恳求信号，在单片微机呼应中断的同时，恳求信号，在单片微机呼应中断的同时，PCON.0位位IDL位被硬件自动清位被硬件自动清0， 单片微机就退出待机方式而进入正常任单片微机就退出待机方式而进入正常任务方式。在中断效力程序中安排一条务方式。在中断效力程序中安排一条RETI指令，就可以使单片微机恢复正常指令，就可以使单片微机恢复正常任务，从设置待机方式指令的下一条指任务，从设置待机方式指令的下一条

17、指令开场继续执行程序。令开场继续执行程序。2掉电维护方式nPD=1，单片机进入掉电维护方式。，单片机进入掉电维护方式。n当当80C51检测到电源缺点时，除进展信息维护检测到电源缺点时，除进展信息维护外，还应把外，还应把PCON.1位置位置1，使之进入掉电维，使之进入掉电维护方式。此时单片微机一切任务都停顿，只需护方式。此时单片微机一切任务都停顿，只需内部内部RAM单元的内容被维护。单元的内容被维护。n 只能依托复位退出掉电维护方式。只能依托复位退出掉电维护方式。n80C51备用电源由备用电源由Vcc端引入。当端引入。当Vcc恢复正恢复正常后，只需硬件复位信号维持常后，只需硬件复位信号维持10ms，就能使，就能使单片微机退出掉电维护方式，单片微机退出掉电维护方式，C