单片机原理与应用技术(第2版)电子课件第2章

1、单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社 2.1 2.1 总体结构总体结构 2.2 CPU2.2 CPU和时钟电路和时钟电路 2.3 2.3 存储器存储器 2.4 2.4 并行并行I/OI/O口口 小结小结第2章 MCS-51单片机的系统结构单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社2.1 MCS-512.1 MCS-51单片机的系统结构单片机的系统结构2.1.1 80512.1.1 8051内部结构内部结构单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社

2、2.1.2 2.1.2 引脚定义及功能引脚定义及功能80518051引脚排列引脚排列VCCVCC：接：接+5V+5V电源；电源；VSSVSS：接地；：接地；XTAL1XTAL1和和XTAL2XTAL2：时钟引脚，：时钟引脚，外接晶体引线端。外接晶体引线端。 P0.0P0.0P0.7P0.7：P0P0口口8 8位双向位双向I/OI/O口；口；P1.0P1.0P1.7P1.7：P1P1口口8 8位准双向位准双向I/OI/O口；口；P2.0P2.0P2.7P2.7：P2P2口口8 8位准双向位准双向I/OI/O口；口；P3.0P3.0P3.7P3.7：P3P3口口8 8位准双向位准双向I/OI/O口

3、。口。RST/VpdRST/Vpd：RSTRST是复位信号输入是复位信号输入端，端，VpdVpd是备用电源输入端；是备用电源输入端； ALE/ ALE/ ：地址锁存允许信号：地址锁存允许信号输出端；输出端； ：程序存储允许输出端；：程序存储允许输出端； /Vpp/Vpp：程序存储器地址允许：程序存储器地址允许输入端。输入端。 PROGPSENEA单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社2.1.3 2.1.3 片外总线结构片外总线结构单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社（1 1）运算器）运算器

4、 累加器累加器A A 寄存器寄存器B B 程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSWPSW （2 2）控制器）控制器 程序计数器程序计数器PC PC 指令寄存器指令寄存器IR IR 定时与控制逻辑定时与控制逻辑2.2.1 CPU2.2.1 CPU结构结构2.2 CPU2.2 CPU和时钟电路和时钟电路单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社2.2.2 2.2.2 时钟电路时钟电路XTAL2XTAL1 C1C2晶振8051内部时钟8051XTAL2XTAL1VssVcc外时钟信号内部时钟电路内部时钟电路外部时钟电路外部时钟电路单片机原理与应用技术（第

5、单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社2.2.3 CPU2.2.3 CPU时序时序1 1、节拍与状态、节拍与状态把振荡脉冲的周期定义为把振荡脉冲的周期定义为节拍节拍( (用用P P表示表示) )。振荡脉冲。振荡脉冲经过经过2 2分频后，就是单片机的时钟信号周期，其定义分频后，就是单片机的时钟信号周期，其定义为为状态状态( (用用S S表示表示) )。 2 2、机器周期、机器周期1 1个个机器周期机器周期包含包含1212个晶荡周期或个晶荡周期或6 6个时钟周期。个时钟周期。 3 3、指令周期、指令周期指令的执行时间称作指令的执行时间称作指令周期。指令周期。 各指令的微

6、操作在时间上有严格的次序，这种各指令的微操作在时间上有严格的次序，这种微微操作的时间次序操作的时间次序我们称作我们称作时序。时序。 单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社1、复位电路、复位电路复位复位目的是目的是使单片机使单片机或系统中的其它部件或系统中的其它部件处于某种确定的初始处于某种确定的初始状态。状态。 上电复位电路上电复位电路 按键与上电复位按键与上电复位 2.2.4 2.2.4 复位电路复位电路单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第

7、2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社2、单片机复位后的状态、单片机复位后的状态PC=0000HPC=0000H，所以程序从，所以程序从0000H0000H地址单元开始执行；地址单元开始执行；启动后，片内启动后，片内RAMRAM为随机值，运行中的复位操作不改为随机值，运行中的复位操作不改变片内变片内RAMRAM的内容的内容 ；特殊功能寄存器复位后的状态是确定的特殊功能寄存器复位后的状态是确定的 ：P0P0P3=FFHP3=FFH，各口可用于输出，也可用于输入；，各口可用于输出，也可用于输入；SP=07HSP=07H，第，第1 1个入栈内容将写入个入栈内容将写入08H08H单元；单元；IPI

8、P、IEIE和和PCONPCON的的有效位为有效位为0 0，各中断源处于低优先级，各中断源处于低优先级且均被关断、串行通讯的波特率不加倍；且均被关断、串行通讯的波特率不加倍；PSW=00HPSW=00H，当前工作寄存器为，当前工作寄存器为0 0组。组。单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社80518051存储器可以分成两大类：存储器可以分成两大类：RAMRAM：CPUCPU在运行时能随时进行数据的写入和读在运行时能随时进行数据的写入和读出，但在关闭电源时，其所存储的信息将丢失。出，但在关闭电源时，其所存储的信息将丢失。它用来存放暂时性的输入输

9、出数据、运算的中它用来存放暂时性的输入输出数据、运算的中间结果或用作堆栈。间结果或用作堆栈。ROMROM：是是1 1种写入信息后不易改写的存储器。种写入信息后不易改写的存储器。断电后，断电后，ROMROM中的信息保留不变。用来存放固中的信息保留不变。用来存放固定的程序或数据，如系统监控程序、常数表定的程序或数据，如系统监控程序、常数表格等。格等。 2.3 2.3 存储器存储器单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社PCPC是是1616位的计数器，所以能寻址位的计数器，所以能寻址64KB64KB的的ROMROM。80518051内部有内部有4KB

10、4KB的掩膜的掩膜ROMROM，87518751在内部有在内部有4KB4KB的的EPROMEPROM，而，而80318031在在内部没有程序存储器。内部没有程序存储器。 2.3.1 2.3.1 程序存储器程序存储器单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社2.3.2 2.3.2 数据存储器数据存储器单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社1 1、片内低、片内低128B RAM128B RAM 低端低端3232个字节分成个字节分成4 4个工作寄存器组，每组个工作寄存器组，每组8 8个单元。个单元。当

11、前工作寄存当前工作寄存器组的机制器组的机制便于快速现场保护。便于快速现场保护。 PSWPSW的的RS1RS1、RS0 RS0 决定当前工作寄存器组号决定当前工作寄存器组号 寄存器寄存器0 0组组 ：地址：地址00H07H00H07H；寄存器寄存器1 1组组 ：地址：地址08H0FH08H0FH；寄存器寄存器2 2组组 ：地址：地址10H17H10H17H；寄存器寄存器3 3组组 ：地址：地址18H1FH18H1FH。1 1、工作寄存器区、工作寄存器区单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社2 2、位寻址区、位寻址区单片机原理与应用技术（第单片机

12、原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社 位寻址区之后的位寻址区之后的30H30H至至7FH7FH共共8080个字节个字节为通用为通用RAMRAM区。这些单元可以作为数据缓冲器使用。这区。这些单元可以作为数据缓冲器使用。这1 1区域的区域的操作指令非常丰富，数据处理方便灵活。操作指令非常丰富，数据处理方便灵活。 在实际应用中，常需在在实际应用中，常需在RAMRAM区设置堆栈。区设置堆栈。80C5180C51的的堆栈堆栈1 1般设在般设在30H30H7FH7FH的范围内的范围内。栈顶的位置由。栈顶的位置由SPSP寄存器指示。寄存器指示。复位时复位时SPSP的初值为的初值为07

13、H07H，在系统初始化，在系统初始化时可以重新设置。时可以重新设置。3 3、用户、用户RAMRAM区区单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社累加器累加器A A：8 8位。用于向位。用于向ALUALU提供操作数，许多运算的结提供操作数，许多运算的结果也存放在累加器中；果也存放在累加器中；寄存器寄存器B B：8 8位。主要用于乘、除法运算。也可以作为位。主要用于乘、除法运算。也可以作为RAMRAM的的1 1个单元使用；个单元使用；2.3.3 2.3.3 特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFRSFR堆栈指针堆栈指针SPSP：8 8位。它总是指向栈顶。位

14、。它总是指向栈顶。 堆栈操作遵循堆栈操作遵循“后进先出后进先出”的原则，入栈操作时，的原则，入栈操作时，SPSP先加先加1 1，数据再压入，数据再压入SPSP指向的单元。出栈操作时，指向的单元。出栈操作时， 先先将将SPSP指向的单元的数据弹出，然后，指向的单元的数据弹出，然后，SPSP再减再减1 1，这时，这时SPSP指指向的单元是新的栈顶。可见，向的单元是新的栈顶。可见，80C5180C51单片机的堆栈区是向单片机的堆栈区是向地址增大的方向生成的。地址增大的方向生成的。单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社程序状态字寄存器程序状态字寄存器

15、PSWPSW：8 8位。其各位含义为：位。其各位含义为： CYCY：进位、借位标志。有进位、借位时：进位、借位标志。有进位、借位时 CY=1CY=1，否则，否则CY=0CY=0； ACAC：辅助进位、借位标志；：辅助进位、借位标志； F0F0：用户标志位，由用户自己定义；：用户标志位，由用户自己定义； RS1RS1、RS0RS0：当前工作寄存器组选择位；：当前工作寄存器组选择位； OVOV：溢出标志位。有溢出时：溢出标志位。有溢出时OV=1OV=1，否则，否则OV=0OV=0； P P：奇偶标志位。：奇偶标志位。ACCACC中结果有奇数个中结果有奇数个1 1时时P=1P=1，否则，否则 P=0

16、P=0。数据指针数据指针DPTRDPTR：1616位。用来存放位。用来存放1616位的地址。位的地址。 它由两个它由两个8 8位的寄存器位的寄存器DPHDPH和和DPLDPL组成。间接寻址或变址组成。间接寻址或变址寻址可访问片外的寻址可访问片外的64KB64KB范围的范围的RAMRAM或或ROMROM数据。数据。 单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社2.4.1 P02.4.1 P0口口DCLQQP0.X锁存器内部总线写锁存器读锁存器读引脚VccT1T2MUX控制地址/数据&P0.X引脚1 1、P0P0口的结构口的结构2.4 2.4

17、并行并行I/OI/O口口单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社P0P0口既可作地址口既可作地址/ /数据总线使用，又可作通用数据总线使用，又可作通用I/OI/O口用。口用。当当P0P0口作地址数据总线使用时，就不能再把它当通用口作地址数据总线使用时，就不能再把它当通用I/OI/O口使用了。口使用了。作通用输出口时，输出级属漏极开路，在驱动作通用输出口时，输出级属漏极开路，在驱动NMOSNMOS电路电路时应外接上拉电阻。时应外接上拉电阻。作通用输入口使用时，应区分读引脚和读锁存器。读引作通用输入口使用时，应区分读引脚和读锁存器。读引脚时，应先向

18、锁存器写脚时，应先向锁存器写“”，这时输出级个，这时输出级个 FETFET截截止，可用作高阻抗输入。止，可用作高阻抗输入。 2 2、P0P0口的功能口的功能单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社2.4.2 P12.4.2 P1口口单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社2.4.3 P22.4.3 P2口口P2P2口是口是1 1个个8 8位准双向位准双向I/OI/O口，具有两种功能。口，具有两种功能。1 1是作通用是作通用I/OI/O口用，口用，与与P1P1口相同。口相同。2 2是作扩展系统的高是作扩展系统的高8 8位地址总线。输出高位地址总线。输出高8 8位地址，位地址，与与P0P0口口1 1起组成起组成1616位地址总线。它的位结构如图位地址总线。它的位结构如图2.92.9所示。所示。单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社2.4.4 P32.4.4 P3口口单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社小小 结结 8051 8051单片机内部结构包括单片机内部结构包括CPUCPU、程序存储器、数据存储器、并行、程序存