单片机原理与应用第二章课件

1、第二章 单片机的基本结构与工作原理主要内容MCS-51总体结构MCS-51时钟及CPU工作时序MCS-51存储器配置第二章 单片机的基本结构与工作原理MCS-51总体结构 MCS-51系列基本产品型号： 8051、8031、8751称为 51子系列。 不同型号MCS-51单片机CPU处理能力和指令系统完全兼容，只是存储器和I/O接口的配置有所不同。第二章 单片机的基本结构与工作原理硬件基本配置： 8位CPU片内ROM/EPROM、RAM 片内并行 I/O接口 片内16位定时器/计数器 片内中断处理系统 片内全双工串行I/O口第二章 单片机的基本结构与工作原理MCS-51单片机引脚电源引脚Vcc

2、和Vss (GND)外接晶振引脚XTAL1, XTAL2I/O引脚P0、P1、P2和P3控制和复位引脚ALE、 、 、RST 803180518751 第二章 单片机的基本结构与工作原理1I/O口线功能4个8位并行 I/O 接口引脚: P0.0P0.7（低8位地址、数据、双向三态I/O口）P1.0P1.7（准双向I/O口）P2.0P2.7（高8位地址、准双向I/O）P3.0P3.7（准双向I/O口、每条引脚都有第二功能）为多功能引脚，可自动切换用作控制总线和或I/O 接口外部引脚。803180518751 第二章 单片机的基本结构与工作原理2控制线 : 地址锁存允许信号端 : 外部程序存储器读

3、选通 信号端 : 程序存储器选择信号端 和编程电源输入端RST/VPD：复位信号端和后备电源 输入端。输入10ms以上高电平脉冲， 单片机复位（初始化）。VPD使用后备电源，可实现掉电保护。 803180518751 第二章 单片机的基本结构与工作原理MCS-51单片机内部结构(图)第二章 单片机的基本结构与工作原理中央处理器 CPU内部结构1.算术逻辑运算单元ALU (8位) +、算术运算，与、或、非、异或逻辑运算、循环移位、位处理。2.寄存器阵列 (1)工作寄存器R0R7 （8位） 暂存运算数据和中间结果。 4个工作寄存器区，工作寄存器0区3区。 每个区均含8个寄存器R0R7 。用PSW中

4、的两位PSW.4和PSW.3来切换选择四个工作寄存器区中的一个作为当前工作寄存器区进行读、写操作。 第二章 单片机的基本结构与工作原理(2)累加器ACC(8位) 需要ALU处理的数据和计算结果多数要经过A累加器。(3)寄存器B(8位) 与A累加器配合执行乘、除运算。亦可作通用寄存器。(4)程序状态字PSW(8位) 存放ALU运算过程的标志状态Cy AC F0 RS1 RS0 OV P进位/辅助进位/用户定/选工作寄/溢出标志/奇偶标志第二章 单片机的基本结构与工作原理(5)数据指针DPTR(16位) 存放片外存储器地址，作为片外存储器的指针。可分成两个8位寄存器DPH、DPL使用。(6)堆栈指

5、针SP(8位)按“先进后出、后进先出”的原则存取数据的存储区。MCS-51堆栈设在片内RAM区。数据入栈/出栈时，SP自动加1/减 1，其内容始终为栈顶地址。复位时：( SP)=07H，编程时必须在初始化程序中对SP进行初始化。第二章 单片机的基本结构与工作原理(7)程序计数器PC(16位)CPU总是按PC的指示读取程序。PC可自动加1。因此CPU执行程序一般是顺序方式。当发生转移、子程序调用、中断和复位等操作，PC被强制改写，程序执行顺序也发生改变。复位时 , (PC)=0000H。第二章 单片机的基本结构与工作原理三总线结构：1.地址总线(Address Bus) 总线宽度为16位，可访问

6、 64K外部存储器。 A0A7P0口(经锁存器) A8A15P2口2.数据总线(Data Bus) 总线宽度为8位(P0)3.控制总线(Control Bus) 由P3口和4根独立控制线组成第二章 单片机的基本结构与工作原理MCS-51时钟时钟频率范围要求在1.2MHz12MHz之间。1内部时钟方式：内部一个高增益反相放大器与片外石英晶体或陶瓷谐振器构成了一个自激振荡器。晶体振荡器的振荡频率决定单片机的时钟频率。2外部时钟方式：外部振荡器输入时钟信号。XTAL1 单片机 XTAL2 第二章 单片机的基本结构与工作原理振荡周期：为单片机提供定时信号的振荡源周期。时钟周期：又称状态周期或S周期。时

7、钟周期是振 荡周期的两倍 。机器周期：完成一个基本操作所需要的时间。 一个机器周期由12个时钟周期组成。指令周期：一条指令的执行时间。 以机器周期为单位可分为：单周期、双 周期和四周期指令。若外接晶振为12MHz时，MCS-51单片机的四个周期的具体值为： 振荡周期112 us； 时钟周期16 us； 机器周期1 us； 指令周期14 us；第二章 单片机的基本结构与工作原理单周期指令的时序 对于单字节单周期指令，在S1P2把指令码读入指令寄存器，并开始执行指令，在S4P2仍旧读下一指令的操作码，但被读进来的字节不予考虑（要丢弃），且PC不加1。对于双字节单周期指令，在S1P2把指令码读入指令

8、寄存器，并开始执行指令，在S4P2读入指令的第二字节。无论是单字节还是双字节均在S6P2结束该指令的操作。(a) 单字节指令(b) 双字节指令第二章 单片机的基本结构与工作原理单字节双周期指令的时序对于单字节双周期指令，在两个机器周期之内要进行4次读操作。只是后3次读操作无效。 在片外存储器不作存取时，每一个机器周期中ALE信号有效两次，具有稳定的频率。所以，ALE信号是时钟振荡频率的1/6，可以用作外部设备的时钟信号。第二章 单片机的基本结构与工作原理访问片外RAM的双周期指令的时序 在对片外RAM进行读写时，ALE信号会出现非周期现象。访问片外RAM的单字节双周期指令的时序如下图所示，在第

9、二个机器周期内没有读操作码的操作，而是进行外部数据存储器的寻址和数据选通，所以在S1P2S2P1间无ALE信号。第二章 单片机的基本结构与工作原理MCS-51单片机存储器空间结构图图（a）是程序存储器，图（b）是内部数据存储器，图（c）是外部数据存储器 第二章 单片机的基本结构与工作原理一、五个独立的存储空间164KB程序存储器空间(00FFFFH)2. 256B片内数据存储器空间(00FFH)3. 128B片内特殊功能寄存器空间(800FFH)4. 位寻址空间(00H0FF)5. 64KB外部数据存储器空间(00FFFFH)第二章 单片机的基本结构与工作原理MCS-51存储器配置程序存储器6

10、4KB 程序存储器空间 不同电平，选择片内或片外低位存储单元 特殊存储单元： 复位入口: 0000H 中断入口: 0003HINT0 000BHT0 0013H INT1 001BHT1 0023HSISO第二章 单片机的基本结构与工作原理数据存储器2)特殊功能寄存器 SFR占用字节地址：80HFFH位寻址寄存器： 其字节地址可被8整除。 专用寄存器：A、B、PSW、DPTR、SP I/O接口寄存器： P0、P1、P2、P3、SBUF、TMOD、TCON、SCON 第二章 单片机的基本结构与工作原理表2-5 特殊功能寄存器地址映象 第二章 单片机的基本结构与工作原理存储器结构注意点：1ROM（

11、8051） 引脚 片内：4KB；片外：64KB中的60KB（“MOVC”）；2RAM 片内：256B(00H-0FFH)， 片外：64KB(0000H-0FFFFH)， 片内外RAM总和超过64KB，系统用两种操作码助记符区分片内、片外RAM： “MOV” 对片内RAM寻址， “MOVX”对片外RAM寻址，第二章 单片机的基本结构与工作原理片内RAM由以下几部分组成：（1）工作寄存器区（00H-1FH） 分为四个区 PSW.4和PSW.3；（2）位寻址区（20H-2FH） 例：位置位指令： SETB 7FH； 其中7FH表示20H-2FH中物理地址为2FH的RAM单元的第七位！也可将物理地址和位地址结合起来表示,如