某系统单片机全书课件

第二章MCS-51系统结构

第一节总体结构一、结构电路

系统资源：8位中央处理器CPU；128B内部数据存储器RAM；4个8位双向输入／输出线；1个全双工的异步串行口；2个16位定时器／计数器；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的外部数据存储器空间；二、中央处理器CPU

（一）运算器运算器主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布尔处理器等。运算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ACC。寄存器B乘法指令两个操作数分别取自A、B，其结果放在A、B(高八位）寄存器中；除法指令，被除数取自A，除数取自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PSW

CY：进位/借位标志；又是布尔处理器的累加器C。AC：辅助进位/借位标志；主要用于二—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，RS0：工作寄存器区选择控制位；OV：溢出标志位；用于带符号数运算的溢出。P： 奇偶校验标志位；表示累加器A的8位中值为1 的个数的奇偶性。（若1的个数为偶数，则 P=0；若1的个数为奇数，则P=1。）(二）控制器

控制器是控制计算机系统各种操作的部件，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。2.复复位位电电路路RST/VPD引脚脚至至少少保保持持2个个机机器器周周期期的的高高电电平平，，复复位位。。复位位操操作作有有上上电电自自动动复复位位和和按按键键手手动动复复位位两两种种工工作作方方式式复位位后后内内部部寄寄存存器器的的初初始始状状态态。。3.指指针针程序序计计数数器器PCPC中中存存放放即即将将执执行行的的下下一一条条指指令令的的地地址址，，并并有有自自动动加加1的的功功能能。。数据据指指针针DPTR16位位地地址址指指针针，，可可寻寻址址范范围围0000～～FFFFH的的64KB空空间间，，可可指指向向程程序序、、数数据据存存储储器器。。堆栈栈指指针针SP8位位的的专专用用寄寄存存器器，，它它用用于于指指明明堆堆栈栈顶顶部部在在内内部部RAM中中的的位位置置，，可可由由软软件件设设置置初初始始值值。。系统统复复位位后后，，SP初初始始化化为为07H。。遵循循““先先进进后后出出，，后后进进先先出出””的的原原则则，，数数据据进进入入堆堆栈栈前前SP加加1，，数数据据退退出出堆堆栈栈后后SP减减1。。4.CPU时时序序CPU时时序序通通常常是是指指CPU在在执执行行各各类类指指令令时时所所需需的的控控制制信信号号在在时时间间上上的的先先后后次次序序。。指令令周周期期：：CPU取取出出一一条条指指令令至至该该指指令令执执行行完完所所需需的的时时间间，，它它以以机机器器周周期期为为单单位位。。机器器周周期期：：CPU完完成成一一个个基基本本操操作作所所需需要要的的时时间间，，一一个个机机器器周周期期包包含含6个个状状态态周周期期。。状态态周周期期：：振荡荡信信号号经经2分分频频后后获获得得的的信信号号周周期期S，S为为时时钟钟周周期期的的2倍倍。。时钟钟周周期期：：振振荡荡器器输输出出的的时钟钟脉脉冲冲频频率率的的倒倒数数。ALE时时序序：：地地址址锁锁存存信信号号，，每每个个机机器器周周期期2次次有有效效，，分分别别在在S1、、S4状状态态。。每每次次出出现现，，CPU进进行行一一次次取取指指操操作作。。三、、引引脚脚功功能能说说明明1.电源源引引脚脚VCC：：芯芯片片主主电电源源，，VSS：：电电源源地地线线。。2.时钟钟引引脚脚XTALl与与XTAL2为为内内部部振振荡荡器器的的两两条条引引出出线线。。3.控控制制引引脚脚ALE／／：：地地址址锁锁存存控控制制信信号号／／编编程程脉脉冲冲输输入入端端。。ALE：地地址锁锁存控控制信信号。。访问外外ROM或或RAM时时，用来来驱动动地址址锁存存器锁锁存P0口口分时时送出出的低低8位位地址址（下下降沿沿有效效）。。不访问问外存存储器器时，该端端以1/6时钟钟频率率输出出正脉脉冲，，可用用作为为外部部时钟钟。：编程脉脉冲输输入端端。对片内内程序序存储储器进进行编编程时时，此此脚输输入编编程脉脉冲。。：片外程程序存存储器器读选选通信信号访问外外部程程序存存储器器选通通信号号，低低电平平有效效。／VPP：：访问问程序序存储储器控控制信信号／／编程程电源源输入入端：访问程程序存存储器器控制制信号号。当该引引脚信信号为为低电电平时时，只只访问问片外外程序序存储储器，，不管管片内内是否否有程程序存存储器器；当当该引引脚为为高电电平时时，单单片机机访问问片内内的程程序存存储器器。VPP：编编程电电源输输入端端。EEPROM型型单片片机(89C51)或EPROM型单单片机机(8751)，为12V或或21V编编程电电源输输入端端。RST／VPD：复复位／／掉电电保护护信号号输入入端RST：通通过外外接复复位电电路实实现上上电复复位或或按键键复位位。VPD：可外外接备备用电电源，，在VCC掉电时时向RAM供电电。4.I／O引脚脚P0口口：外接存存储器器时作作地址址/数数据分分时使使用口口线；；不接接外部部存储储器时时，可可用作作为8位准准双向向I/O口口。P1口口：8位准准双向向I/O口口。P2口口：8位准准双向向I/O口口；外外接存存储器器时作作为高高8位位地址址总线线。P3口口：8位准准双向向I/O口口，出出于芯芯片引引脚数数的限限制，，P3口具具有第第二输输出、、输入入功能能。第二节节存存储储器结结构程序存存储器器（ROM）：用来来存放放程序序和始始终要要保留留的数数据。。数据存存储器器（RAM）：用来来存放放程序序运行行中所所需要要的常常数和和变量量。特点：程序序存储储器（（ROM））、数数据存存储器器（RAM）分分开，，各有有各的的寻址址系统统、控控制信信号和和功能能。MCS-51单单片机机的存存储器器结构构一、程序存存储器器1.程程序存存储器器作用用及寻寻址范范围作用：：存放放指令令（程程序））的存存储器器，用用PC作地地址指指针。。寻址范范围：：0000～FFFFH，共共64KB；片片内、、片外外统一一编址址。片内：：PC=0000～～0FFFH；；片外：：PC=1000～～FFFFH；；2.ROM低端端的几几个特特殊入入口地地址0000H：CPU开始始执行行指令令时的的第一一个取取指单单元，，每次次执行行时PC的的内容容总是是0000H；；0003H~002BH：中中断专专用固固定入入口地地址（（系统统规定定）；；一般：：我们们总是是从ROM的0030H单元元开始始存放放用户户指令令。3.作作用用=1：：程序序从片片内ROM开始始执行行，当当PC值超超过片片内ROM容量量时会会自动动转向向外部部存储储器空空间。。=0：：程序序从外外部存存储器器开始始执行行。二、内内部数数据存存储器器RAM字节地地址：：00～7FH；有有128个个8位位单元元字节节。按按功功能能划分分为三三个部部分：：工作作寄存存器区区、位位寻址址区、、堆栈栈和数数据缓缓冲器器区。。四组工工作寄寄存器器区：：00～1FH四组工工作寄寄存器器和RAM单元元地址址对应应关系系工作寄寄存器器区选选择PSW.4(RS1)PSW.3(RS0)当前使用的工作寄存器组R0-R7000组(00H～07H)011组(08H～0FH)102组(10H～17H)113组(18H～1FH)位寻址址区：：20H～2FH16个个字节节。16*8=128位位，每每一位位都有有一个个位地地址，，范围围为：：00H～7FH。数据缓缓冲区区：30H～～7FH作为通通用的的按字字节操操作的的数据据缓冲冲区。。常开辟辟为堆堆栈区区。字节地址位地址字节地址三、特特殊功功能寄寄存器器SFRI/O锁存存器、、定时时器、、串行行口、、中断断、状状态、、控制制寄存存器等等共21个个。离散地地分布布在80～～FFH中中。特殊功功能寄寄存器器地址址映象象特殊功能寄存器字节地址特殊功能寄存器字节地址P080HSBUF99HSP81HP2A0HDPL82HIEA8HDPH83HP3B0HPCON87HIPB8HTCON88HT2CON*C8HTMOD89HRCAP2L*CAHTL08AHRCAP2H*CBHTL18BHTL2*CCHTH08CHTH2*CDHTH18DHPSWD0HP190HACCE0HSCON98HBF0H四、位位存储储器内部RAM中字字节地地址为为20H～～2FH的的128个个位。。特殊功功能寄寄存器器中地地址码码能被被8整整除的的特殊殊功能能寄存存器，，可以以按位位寻址址。五、外外部数数据存存储器器和I/O口外部RAM存储储器和和输入入/输输出端端口是是统一一编址址的，，都在在同一一个64KB外外部数数据存存储器器空间间内。。第三节节I/O口口四个8位的的I/O口口，分分别记记作P0、、P1、P2、、P3。每个口口都包包含一一个锁锁存器器、一一个输输出驱驱动器器和两两个输输入缓缓冲器器。一、P0口口I/O口数据输输出时时（写写P0口））：内内部写写脉冲冲加在在D触触发器器CP端，，数据据写入入锁存存器，，由端端口引引脚输输出。。数据输输入时时（读读P0口）），有有两种种情况况：读引脚脚：读读芯片片引脚脚上的的数据据，““读引引脚””缓冲冲器打打开，，通过过内部部数据据总线线读入入；MOV指令令的读读口操操作。。读端口口：通通过打打开读读锁存存器缓缓冲器器读锁锁存器器Q端端的状状态，，例如如语句句：ANLP0，A。。地址/数据据复用用口控制端端高电电平二、