微机原理及应用 02 引脚及内部组成 2015

1、第 二 讲 MCS-51单片机的引脚和内部结构(教材2.12.3节)1微机原理及应用Principle and Applications of Micro-Computers教学目的: 了解MCS-51单片机的基本结构要求: 掌握MCS-51单片机的各引脚功能, 内部结构和主要功能单 元的作用难点: 主要功能单元的作用外观外观MCS-51单片机的封装单片机的封装MCS-51单片机的引脚功能单片机的引脚功能内部内部MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构MCS-51单片机内部功能部件的作用单片机内部功能部件的作用MCS-51单片机单片机I/O端口的结构和操作方法端口的结构和操作方法内容202

2、2-5-73MCS-51 单片机主要功能特点单片机主要功能特点8 位的 CPU， 片内有振荡器和时钟电路,工作频率为 112MHz（Atmel 89Cxx为024MHz）片内有 128/256字节 RAM片内有 0K/4K/8K字节 程序存储器ROM可寻址片外 64K字节 数据存储器RAM可寻址片外 64K字节 程序存储器ROM片内 21/26个 特殊功能寄存器（SFR）4个8位 的并行I/O口（PIO）1个 全双工串行口（SIO/UART）2/3个16位 定时器/计数器（TIMER/COUNTER）可处理 5/6个中断源，两级中断优先级内置1个布尔处理器和1个布尔累加器（Cy）MCS-51指

3、令集含 111条指令2022-5-74MCS-51 系列单片机配置一览表系列片内存储器（字节）定时器计数器并行I/OI/O串行I/OI/O中断源片内ROMROM片内RAMRAM无有ROMROM有EPROMEPROMIntelIntelMCS-51MCS-51子系列8031803180C3180C318051805180C5180C51(4K(4K字节) )8751875187C5187C51(4K(4K字节) )128128字节2x162x164x84x8位1 15 5IntelIntelMCS-52MCS-52子系列8032803280C3280C328052805280C5280C52(8

4、K(8K字节) )8752875287C5287C52(8K(8K字节) )256256字节3x163x164x84x8位1 16 6ATEMLATEML89C89C系列( (常用型) )10511051(1K)(1K)/ / 20512051(2K)(2K)/ / 40514051(4K)(4K)（2020条引脚DIPDIP封装）1281282 215151 15 589C5189C51(4K)(4K)/ / 89C5289C52(8K)(8K)（4040条引脚DIPDIP封装）128128/256/2562/32/332321 15/65/62022-5-75MCS-51单片机的封装(常见

5、的形式)DIP40(40-pins Dual In-line Package, 脚距2.54mm)PLCC44 (44-lead Plastic Leaded Chip Carrier, 脚距1.27mm)PQFP44 (Plastic Quad Flat Package 脚距0.8mm)1标记标记202140DIP40实物和引脚排列实物和引脚排列1标记标记71718282939PLCC44实物和引脚排列实物和引脚排列1标记标记111222233334PQFP44实物和引脚排列实物和引脚排列2022-5-76DIP40封装规格脚距脚距(见教材refs.9, p.25)2022-5-77PLCC

6、44封装的规格脚距脚距(见教材refs.9, p.25)2022-5-78PQFP44封装的规格脚距脚距(见教材refs.9, p.26)2022-5-79MCS-51单片机引脚及名称 三种封装形式的引脚布局不同三种封装形式的引脚布局不同, 但对应功能完全相同但对应功能完全相同!123 P1.0 P1.1P1.2P0.0 (AD0)4039Vcc4P1.35P1.46P1.57P1.68P1.79RST1011(RXD) P3.0(TXD) P3.11213(INT0) P3.2(INT1) P3.31415(T0) P3.4(T1) P3.51617(WR) P3.6(RD) P3.7181

7、9XTAL2XTAL120GNDP0.1 (AD1)38P0.2 (AD2)37P0.3 (AD3)36P0.4 (AD4)35P0.5 (AD5)34P0.6 (AD6)33P0.7 (AD7)32P2.7 (A15)28P2.6 (A14)27P2.5 (A13)26P2.4 (A12)25P2.3 (A11)24P2.2 (A10)23P2.1 (A9)22P2.0 (A8)21EA/Vpp31ALE/PROG30PSEN29PDIP40Port 0Port 2Port 3Port 1电源引脚 (2个)Vcc (电源正极电源正极)GND/Vss (电源地电源地)可编程I/O引脚 (32个

8、) P0(P0.07), P1(P1.07), P2(P2.07), P3(P3.07)控制和时钟引脚 (6个)时钟引脚时钟引脚: XTAL1(输输入入), XTAL2控制引脚控制引脚: RST, EA/VP, ALE/PROG, PSEN2022-5-710四个控制引脚的功能描述RST 高电平有效高电平有效; 有效宽度大于有效宽度大于2个机器周期个机器周期 决定决定MCS-51单片机处于两个状态单片机处于两个状态: 复位复位状态和运行状态状态和运行状态EA/VP (VP仅在写入/编程片内ROM时有用) 当当MCS-51单片机位于复位状态时单片机位于复位状态时, EA的的电平决定进入运行状态时

9、从电平决定进入运行状态时从片内片内的的0000H (EA=“1”)或或片外片外扩展的扩展的0000H (EA=“0”) 开始开始执行程序执行程序ALE/PROG (PROG仅在写入/编程片内ROM时有用) 低低8位地址锁存使能信号位地址锁存使能信号; 高电平有效高电平有效 (使使用方法见下例用方法见下例)PSEN 扩展的程序存储器读扩展的程序存储器读/输出使能信号输出使能信号; 低电低电平有效平有效 (使用方法见下例使用方法见下例)123 P1.0 P1.1P1.2P0.0 (AD0)4039Vcc4P1.35P1.46P1.57P1.68P1.79RST1011(RXD) P3.0(TXD)

10、 P3.11213(INT0) P3.2(INT1) P3.31415(T0) P3.4(T1) P3.51617(WR) P3.6(RD) P3.71819XTAL2XTAL120GNDP0.1 (AD1)38P0.2 (AD2)37P0.3 (AD3)36P0.4 (AD4)35P0.5 (AD5)34P0.6 (AD6)33P0.7 (AD7)32P2.7 (A15)28P2.6 (A14)27P2.5 (A13)26P2.4 (A12)25P2.3 (A11)24P2.2 (A10)23P2.1 (A9)22P2.0 (A8)21EA/Vpp31ALE/PROG30PSEN29PDIP

11、402022-5-711四组8位I/O端口的功能描述 四个端口均支持： 8位双向可编程I/O; 支持字节操作(P0); 支持单个位操作 (Pi.j) P0端口 第二功能: 分时复用作为低8位地址总线和8位数据总线 (见下例见下例) P1端口 部分衍生的MCS-51单片机中, P1.i具有第二功能, 如8052, W77E58 P2端口 第二功能: 高8位地址总线 (见下例见下例) P3端口 第二功能: 每个引脚有不同第二功能, 见教材p.12的表2-2 (见下例见下例)123 P1.0 P1.1P1.2P0.0 (AD0)4039Vcc4P1.35P1.46P1.57P1.68P1.79RST

12、1011(RXD) P3.0(TXD) P3.11213(INT0) P3.2(INT1) P3.31415(T0) P3.4(T1) P3.51617(WR) P3.6(RD) P3.71819XTAL2XTAL120GNDP0.1 (AD1)38P0.2 (AD2)37P0.3 (AD3)36P0.4 (AD4)35P0.5 (AD5)34P0.6 (AD6)33P0.7 (AD7)32P2.7 (A15)28P2.6 (A14)27P2.5 (A13)26P2.4 (A12)25P2.3 (A11)24P2.2 (A10)23P2.1 (A9)22P2.0 (A8)21EA/Vpp31A

13、LE/PROG30PSEN29PDIP402022-5-712扩展工作模式下各引脚功能 (示例)片内无程序存储器片内无程序存储器地址锁存器地址锁存器程序存储器程序存储器数据存储器数据存储器地址总线地址总线数据总线数据总线控制信号控制信号8031的片内无程序存储器的片内无程序存储器. 问问:可以把图中的可以把图中的EA/VP引脚接引脚接Vcc吗吗? 为什么为什么?外观外观MCS-51单片机的封装单片机的封装MCS-51单片机的引脚功能单片机的引脚功能内部内部MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构MCS-51单片机内部功能部件的作用单片机内部功能部件的作用MCS-51单片机单片机I/O端口的

14、结构和操作方法端口的结构和操作方法内容2022-5-714MCS-51单片机的内部结构MCS-51单片机的基本内核包括控制、运算单元和基本寄存器控制、运算单元和基本寄存器ALU, PC, 布尔(位)处理器; SP, ACC, PSW, DPTR存储器存储器程序存储器数据存储器和特殊功能寄存器(SFR)I/O部件部件I/O端口锁存器和I/O接口单元特殊功能单元: 定时/计数器, 串行收发器, 中断逻辑2022-5-715MCS-51 单片机功能框图单片机功能框图内部结构控制逻辑I/OACCRAMROM2022-5-717ALU, PC的作用ALU的作用算术运算算术运算 (字节型四则运算字节型四则

15、运算)逻辑运算逻辑运算 (基本逻辑运算和移位操作基本逻辑运算和移位操作)PC的作用程序执行过程的调度程序执行过程的调度始终保存着将要执行的指令在程序存储器中地址始终保存着将要执行的指令在程序存储器中地址一点说明一点说明: PC是一个是一个16位的控制寄存器位的控制寄存器, 为了便于说明，其为了便于说明，其高、低字节分别记为高、低字节分别记为PC.h、PC.l2022-5-718nMCS-51堆栈设在内部RAM中，是一个按“先进后出”顺序、受SP管理的存储区域；n在程序中断、子程序调用等情况下，会用到堆栈来保存断点和现场（亦可作数据传送的中转站）；nMCS-51堆栈深度为128个字节，系统复位时

16、硬件使SP=07H。用户可以修改SP来改变堆栈区位置。 堆栈与堆栈指示器堆栈与堆栈指示器SP（Stack Pointer）2022-5-719特殊功能寄存器特殊功能寄存器(PSW)nP (PSW.0)奇偶标志位。nP=1表示累加器中“1”的个数为奇数nP=0表示累加器中“1”的个数为偶数nCPU随时监视着ACC中的“1”的个数,并反映在PSW中nPSW.1 未定义。CyACF0RS1RS0OV-PPSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0ACC的奇标志位算术运算结果是否溢出的标志位(按符号数即有符号位运算规则)通用寄存器组选择控制位(见教材p.15表2-3

17、)标志位低半字节进/借位字节进/借位2022-5-720特殊功能寄存器特殊功能寄存器(PSW)nOV (PSW.2)溢出标志位。nOV=1时特指累加器在进行带符号数(-128+127)运算时出错（超出范围）；OV=0时未出错。CyACF0RS1RS0OV-PPSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0ACC的奇标志位算术运算结果是否溢出的标志位(按符号数即有符号位运算规则)通用寄存器组选择控制位(见教材p.15表2-3)标志位低半字节进/借位字节进/借位2022-5-721 在有符号数的二进制算术运算中，如果其运算结果超过了机器数所能表示的范围，并改变了运算

18、结果的符号位，则称之为溢出，因而OV标志仅对有符号数才有意义。 溢出标志溢出标志OVOV（OverflowOverflow）详解）详解2022-5-7220000010100001010 00001111CY0OV00000100011111011 000000110000100001111100 10000100CY1OV0CY0OV11CY1OV11000011111110101 011111001（a）（b）（c）（d）CY为1表示无符号数运算产生溢出，但并不是运算出错。OV为1表示有符号数运算产生溢出，表示运算出错。溢出标志溢出标志OV和进位标志和进位标志CY举例举例2022-5-72

19、3存储器存储器 程序存储器 分引导程序存储器和分引导程序存储器和应用程序存储器应用程序存储器存储容量存储容量: 064K+引导程序空间引导程序空间(18K)类型类型: FlsahROM, EPROM, OTP ROM, Mask ROM数据存储器至少具有至少具有128字节字节, 8032, 8052等具有等具有256字节字节部分衍生类型具有更多的片内部分衍生类型具有更多的片内RAM(2568192字节字节) 有关有关MCS-51单片机存储器和特殊功能寄存器的内容在下一讲专门介绍单片机存储器和特殊功能寄存器的内容在下一讲专门介绍2022-5-724P0P0端口的结构端口的结构有有I/O功能和第二

20、功能的切换控制功能和第二功能的切换控制I/O功能时输出用功能时输出用OC结构结构, 第二功能时用推拉结构第二功能时用推拉结构I/O功能操作与功能操作与P1端口相同端口相同 1 0 D CL Q Q P0.x 内部总线 写锁存器 读引脚 Vcc 读锁存器 地址/数据 控制 & P2和和P3端口与端口与P0端口的结构相似端口的结构相似, 不再赘述不再赘述2022-5-725P0P0口口P0.0P0.7: 双向I/O （内置场效应管上拉） 控制=0，作8位输入口使用。21DQCK/Q读引脚读引脚 =1读锁存器读锁存器写锁写锁存器存器内部内部总线总线地址地址/数据数据 控制控制引脚引脚P0.X

21、3400100截截止止截截止止=0Vcc2022-5-726P0P0口口P0.0P0.7: 双向I/O （内置场效应管上拉） 控制=0，作8位输出口。数据经由内部总线被存于锁存器，并向引脚输出。由于此时T0T0截止，需外接上拉电阻接上拉电阻。21DQCK/Q读引脚读引脚读锁存器读锁存器写锁写锁存器存器内部内部总线总线地址地址/数据数据 控制控制引脚引脚P0.X3400截截止止=0VccVCC2022-5-727P0P0口口P0.0P0.7: 双向I/O （内置场效应管上拉） 控制=1，作双向8位数据口和输出低8位地址复用口。21DQCK/Q读引脚读引脚读锁存器读锁存器写锁写锁存器存器内部内部总线总线地址地址/数据数据 控制控制=1引脚引脚P0.X341011=0导导通通截截止止=0Vcc2022-5-728P0口口P0.0P0.7: 双向I/O （内置场效应管上拉） 控制=1，作双向8位数据口和输出低8位地址复用口。21DQCK/Q读引脚读引脚读锁存器读锁存器写锁写锁存器存器内部内部总线总线地址地址/数据数据 控制控制=1引脚引脚P0.X341100=1截截止止导导通通=1Vcc2022-5-729P1P1端口的结构端口的结构每个位都具有内部上拉电阻每个位都具有内部上拉