第二章 单片机的组成(一)

单片机接口技术及应用2/5/2023单片机接口技术及应用第二章单片机的组成（一）万旭M.T.660109）QQ：85431017415:43应用电子系3第二章目录第二章单片机的组成一、单片机外部引脚与内部结构二、单片机存储器配置三、单片机的I/O口四、单片机最小工作系统五、AT89C51与AT89C2051简介15:43应用电子系4一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的“外衣”DIP15:43应用电子系5一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的“外衣”PLCCTQFP15:43应用电子系6一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的引脚15:43应用电子系7一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的引脚

1~8脚为P1口。

9脚为复位引脚。

10~17脚为P3口。

18脚、19脚为时钟引脚。

20脚为接地引脚。

21~28脚为P2口。

29脚为外部程序存储器读选通引脚。

30脚为访问外部存储器时的低8位地址锁存信号。

31脚为内部、外部程序存储器选择控制引脚。

32~39脚为P0口。

40脚为电源引脚。15:43应用电子系8一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的引脚单片机引脚功能(1)电源引脚Vcc和GND:Vcc(40)接+5V电源。

GND（20）：接电源地。(2)时钟引脚XTAL1和XTAL2

XTAL1(19)：片内振荡电路输入端

XTAL2(18)：片内振荡电路输出端。(3)复位引脚RST

RST(9)单片机加电后，时钟电路开始工作，在RST引脚上出现2个机器周期以上的高电平时，系统即初始复位。15:43应用电子系9一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成(4)控制引脚、、

ALE/PROG(30):地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲

①

ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址

②PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。PSEN(29):外ROM读选通信号。PSEN：寻址外部程序存储器时选通外部EPROM的

控制端（OE）低有效。AT89S51单片机的引脚15:43应用电子系10一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成EA/Vpp(31):内外ROM选择/片内EPROM编程电源。①EA功能：内外ROM选择端。

8051单片机ROM寻址范围为64KB，其中4KB在片内，60KB在片外(8031芯片无内ROM，全部在片外)。

当EA保持高电平时，先访问片内ROM，当PC(程序计数器)值超过4KB(0FFFH)时，自动转向执行片外ROM中的程序。

当EA保持低电平时，则只访问片外ROM，不管芯片内有否内ROM。8031芯片，片内无ROM，因此，EA必须接地。

15:43应用电子系11一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成②Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。15:43应用电子系12一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成锁存器74LS373单片机P0.0-P0.7ALEPSENP2.0-P2.4EA8D8QGOEOEA8-A12A0-A7D0-D7CEEPROMEPROMAT89S51单片机片外存储器的连接15:43应用电子系13一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成(5)输入/输出(I/O)引脚P0口（32~39脚）：8位双向I/O口。在外接存储器时，分时提供低8位地址和8位数据。在不外接存储器时，作为通用I/O口使用。P1口（1~8脚）：8位准双向I/O口，作通用I/O口使用。P2口（21~28脚）：8位准双向I/O口。在访问外部存储器时，提供高8位地址。在不外接存储器时，作为通用I/O口使用。AT89S51单片机的引脚15:43应用电子系14一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成P3口（10~17脚）：8位准双向I/O口。此外，P3口各引脚还有第二功能。引脚第二功能P3.0RxD:串行口接收数据输入端P3.1TxD:串行口发送数据输出端P3.2INT0:外部中断申请输入端0P3.3INT1:外部中断申请输入端1P3.4T0:外部计数脉冲输入端0P3.5T1:外部计数脉冲输入端1P3.6WR:写外设控制信号输出端P3.7RD:读外设控制信号输出端15:43应用电子系15一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的引脚15:43应用电子系16一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的内部结构15:43应用电子系17一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的内部结构

硬件配置基本配置：1.8位CPU2.片内ROM/EPROM、RAM3.片内并行

I/O接口4.片内16位定时器/计数器5.片内中断处理系统6.片内全双工串行I/O口15:43应用电子系18一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的内部结构15:43应用电子系19一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的内部结构中央处理器CPU主要指运算器、控制器决定单片机的主要性能指标：字长、运行速度、数据处理能力，中断和实时控制能力。15:43应用电子系20一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的内部结构1、运算器功能：算术和逻辑运算，8位主要部件：算术逻辑单元ALU、累加器ACC、暂存器、程序状态字PSW、B寄存器主要任务：算术运算、逻辑运算、位操作、数据处理标识：程序状态寄存器PSW—当前运行状态15:43应用电子系21一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的内部结构1）算术逻辑单元ALU即加法器，是核心部件，进行算术逻辑运算，其中MUL、DIV是执行时间最长的指令。2）累加器ACC累加器ACC是最常用的专用寄存器。进入ALU作算术操作和逻辑操作的操作数很多来自ACC，操作的结果也常送回ACC。3）B寄存器是ACC的辅助寄存器，在乘除时，ACC不够用便使用B寄存器。15:43应用电子系22一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的内部结构2、控制器功能：控制器是CPU的大脑中枢，控制计算机各个部件的工作，如运算、存储等。部件：指令寄存器IR、指令译码器ID、数据指针DPTR、程序计数器（指针）PC、堆栈指针SP、以及控制电路（时序电路、中断控制部件、微操作控制部件）。

15:43应用电子系23一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的内部结构1）程序计数器PC（程序指针）16位地址指针，控制指令执行顺序，指向下一条要执行的指令地址。对64K字节的程序存储器直接寻址。复位时，PC=0000H，程序从0单元开始执行。通常单片机每取一个字节机器码，PC就自动加1，从而保证了指令的顺序执行。转移指令可强行改变PC的内容。15:43应用电子系24一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的内部结构2）时序指按照指令功能发出一系列在时间上有一定次序的信号，控制和启动一部分逻辑电路完成某种操作。CPU需要一个时钟，在XTAL1和XTAL2上接石英晶体和微调电容构成振荡器。频率为4～12MHz15:43应用电子系25一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的内部结构3）指令寄存器IRIR是8位寄存器，用于存放从ROM中取出的指令码。指令的第一个字节是操作码，其后的指令码可以是操作数或操作码。指令译码器IDID可以对指令码进行译码，即判断出存放的是操作命令（操作码）还是操作数（操作数可以是操作地址或立即操作数），以进行下面的工作。15:43应用电子系26一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的内部结构4）微操作控制部件逻辑门电路，将ID信号和时序向片内各部件送高低电平。中断控制部件自动完成“中断申请”、“中断相应”、“恢复断点”等工作。15:43应用电子系27一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的内部结构内部RAM单片机内部数据RAM共256字节。分为低128B和高128B地址空间。低128B地址空间的RAM常称为片内RAM；高128B地址空间的RAM称为特殊功能寄存器SFR。18个SFR只占用了21B供用户使用。其他的107B系统保留。15:43应用电子系28一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的内部结构15:43应用电子系29一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的内部结构1)片内RAM（00～7FH）工作寄存器区：（32B）字节地址：00H～1FH位寻址区：（16B）字节地址：20H～2FH位地址为：00H～7FH数据缓冲区：（80B）字节地址：00H～7FH一般使用30H～7FH15:43应用电子系30一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的内部结构片内ROM

ROM用于存放程序、原始数据及表格。8051：片内4K掩膜ROM8031：片内无ROM8751：片内4KEPROM15:43应用电子系31一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的内部结构定时器/计数器MCS-51系列单片机典型产品8051等单片机内部有2个可编程的16位定时器/计数器T0、T1最大计数脉冲个数：1～6553615:43应用电子系32一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的内部结构并行I/O口

MCS－51系列单片机有4个8位并行I/O口：P0、P1、P2、P3共占了32根I/O引脚单片机扩展时，这些I/O引脚又作为扩展总线用。P0口作为地址/数据总线，分时输出低8位地址和传送8位数据；P2口作为高8位地址总线；P3口也具有第二功能。由接口的特殊结构所决定的。15:43应用电子系33一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的内部结构串行口

完成单片机和其他计算机或通讯设备之间的串行数据通讯。MCS－51系列P3口的RXD(P3.0)和TXD(P3.1)构成15:43应用电子系34一、单片机外部引脚与内部结构中断系统中断系统是计算机的重要指标之一。单片机的组成AT89S51单片机的内部结构日常生活中的中断与计算机中断的比较

某人看书 执行主程序 日常事务电话铃响 中断信号如INT=0 中断请求暂停看书

暂停执行主程序中断响应书中作记号当前PC入栈 保护断点电话谈话 执行中断程序 中断服务继续看书 返回主程序 中断返回15:43应用电子系35一、单片机外部引脚与内部结构单片机的组成AT89S51单片机的内部结构布尔处理器15:43应用电子系36二、单片机存储器配置单片机的组成存储器空间分类根据作用分类：

程序存储器ROM

数据存储器RAM根据位置分类：片内存储器片外存储器构成了4个结构独立的存储器空间15:43应用电子系37二、单片机存储器配置单片机的组成

8051、8751有4KB的片内ROM（0000H~0FFFH）共有256B00～7FH：128B片内RAM80H～FFH：18个特殊功能寄存器（占21B）最多64K片外ROM，地址为0000H～FFFFH或者1000H～FFFFH地址：0000H～FFFFH注：8051、8751芯片根据EA状态存储器空间分类15:43应用电子系38二、单片机存储器配置单片机的组成15:43应用电子系39二、单片机存储器配置单片机的组成15:43应用电子系40二、单片机存储器配置单片机的组成从用户使用的角度，即从逻辑上划分3个存储器地址空间：片内外统一编址的64KB的程序存储器地址空间片内片外的程序存贮器在同一逻辑空间中，地址从0000H～FFFFH，共有64K字节范围片内256B数据存储地址空间片内数据存贮器为00H～FFH片外64KB的数据存储器地址空间片外为0000H～FFFFH15:43应用电子系41二、单片机存储器配置单片机的组成0000HFFFFHROM0000HFFFFH外RAM内RAM00HFFH寄存器区位寻址区数据缓冲区SFR20H30H80HE0HA15:43应用电子系42二、单片机存储器配置单片机的组成区分四个独立空间的方法1、指令：使用MOV、MOVX、MOVC三个不同的指令分别区分片内RAM、片外RAM和ROM2、信号：片外ROM使用控制信号PSEN

片外RAM使用控制信号RD、WR3、信号：

EA引脚接地，从片外ROM开始

0000H～0FFFH位于片外ROM

EA引脚接高电平，从片内ROM开始

0000H～0FFFH位于片内ROM4、总线：ROM和片外RAM一定要用16位地址片内RAM和SFR，只能使用8位地址15:43应用电子系43二、单片机存储器配置单片机的组成最多为64K，用于存放程序和表格使用PC作为程序地址指针编址方式：片内、片外ROM统一编址（0000H～FFFFH）片内（0K、4K、8K）为低地址（0000H～0FFFH），片外为高地址加电复位后，PC＝0000H，当PC超出片内，则会自动转向片外ROMEA引脚控制PC值（8031和8051不同）MOVC用来读取ROM中存放的表格常数程序存储器ROM15:43应用电子系44二、单片机存储器配置单片机的组成程序存储器ROM分为两个部分：1、系统使用区：其中0000H～0002H为系统复位入口，其中必有一条存放PC的跳转指令（转至主程序）;0003H～002AH为各个中断源处理程序使用2、用户使用区：其余地址空间15:43应用电子系45二、单片机存储器配置单片机的组成片内RAM单片机的数据存储器分为片内RAM和片外RAM，两者单独编址（片内为00～FFH，片外为0000～FFFFH）。通常将单片机256B的内部数据存储器RAM分为两个部分，一个是片内RAM（占128B），一个是特殊功能寄存器SFR（占另外128B的21B）。片内RAM的128B地址为00～7FH，可分为四个大区：工作寄存器区、位寻址区、数据缓冲区、堆栈区15:43应用电子系46二、单片机存储器配置单片机的组成片内RAM15:43应用电子系47二、单片机存储器配置单片机的组成片内RAM工作寄存器区：字节地址：00H～1FH位寻址区：字节地址：20H～2FH位地址为：00H～7FH数据缓冲区/堆栈区：字节地址：00H～7FH一般使用30H～7FH15:43应用电子系48单片机的组成片内RAM二、单片机存储器配置15:43应用电子系49单片机的组成片内RAM1、工作寄存器区范围：00~1FH单元，共32B，来存放操作数和中间结果，使用有工作寄存器的专用指令，多为单字节指令，执行速度快，方便。划分：分为4个寄存器区：0区：00～07H1区：08～0FH2区：10H～17H3区：18～1FH用户使用：每个区8个单元，用R0～R7编号。二、单片机存储器配置15:43应用电子系50单片机的组成须知：在任何时刻CPU只能使用其中一个区（当前寄存器组），即将这个区的8个单元作为工作寄存器，其他区仍是一般的RAM。具体使用哪个区，由程序状态寄存器PSW中的RS1、RS0两位的状态来决定。片内RAM1、工作寄存器区二、单片机存储器配置15:43应用电子系51单片机的组成二、单片机存储器配置位寻址区20H～2FH，共16个单元，128位。为布尔处理区各有自己的位地址，统一编址为00H～7FH（1个地址代表1位）既可以字节寻址，也可以位寻址。有17条位操作指令，常进行置位（SETB）、清零（CLR）、取反（CPL）15:43应用电子系52单片机的组成二、单片机存储器配置数据缓冲区30H～7FH用户RAM区，用于存放运算数据和结果。15:43应用电子系53单片机的组成二、单片机存储器配置堆栈区用户可以指定内部RAM的最高若干字节作为堆栈区（至7FH），指针为SP例：MOVSP，#5FH则从60～7FH单元为堆栈区15:43应用电子系54单片机的组成二、单片机存储器配置堆栈本质：堆栈是在片内RAM中临时开辟的暂存区；作用：保护现场、保护断点针对：子程序调用、中断操作在响应中断或子程序调用时，发生入栈操作，入栈的是16位的PC值，PSW值并不自动入栈。特点：先进后出，后进先出指令：入栈PUSH，出栈POP15:43应用电子系55单片机的组成二、单片机存储器配置堆栈堆栈区每个单元不能按字节任意访问，PUSH和POP都是对堆栈的栈顶单元进行的。为了指示栈顶的地址，必须使用堆栈指针SP。SP始终指向堆栈最后压入或即将弹出的数据单元，即指向栈顶。SP实际为一个8位寄存器，它的内容是栈顶存储单元的地址。15:43应用电子系56单片机的组成二、单片机存储器配置关于进栈与出栈进栈PUSH：先SP+1再写入数据例：PUSHACC初始SP=2FHSP+1即现在SP＝30H，然后将ACC的内容写入30H单元出栈POP：先读数据再SP－1进栈、出栈有两种方式：1、自动方式：执行子程序、中断响应时。2、指令方式：PUSH、POP15:43应用电子系57单片机的组成二、单片机存储器配置关于堆栈区的划定容量原则：片内RAM任意区域，SP赋予初值，则堆栈区为SP～7FH。应用：栈区应和RAM的分配统一考虑，工作寄存器和位寻址区域分配好后再指定堆栈区域。系统复位后，SP＝07H，则实际堆栈从08H开始。通常做法：SP设在30H以后，即在用户RAM（30H～7FH）之间开辟。例：

MOVSP，＃3FH即40H～7FH为堆栈区15:43应用电子系58单片机的组成二、单片机存储器配置特殊功能寄存器SFR反映单片机的状态，存储对定时器、中断、串行口、I/O口等的控制设定，使这些控制具有可编程性。共18个，其中3个16位的寄存器，故占用21B，分布于80H～FFH，可读可写，可视为专用RAM。其中有11个可以位寻址（字节地址能被8整除）15:43应用电子系59单片机的组成二、单片机存储器配置15:43应用电子系60单片机的组成二、单片机存储器配置1、ACC——地址为0E0H，8位累加器，在指令中用A表示，可以位寻址2、B寄存器——地址为0F0H，8位，可位寻址，主要用于乘除法，也可以作为通用数据缓冲单元。3、SP——地址为81H，8位堆栈指针，只能字节寻址，复位值为07H。特殊功能寄存器SFR15:43应用电子系61单片机的组成二、单片机存储器配置4、数据指针DPTR——16位寄存器，包括两个8位寄存器DPL和DPH，地址分别为82H和83H。只能字节寻址。可作为两个8位寄存器使用。用于访问外部RAM时作为地址指针，也可访问ROM中的表格常数。5、I/O端口P0～P3为引脚P0～P3引脚的锁存器。可位寻址。特殊功能寄存器SFR15:43应用电子系62单片机的组成二、单片机存储器配置6、其他：串行口数据缓冲器SBUF；串行口控制寄存器SCON；定时/计数器T0、T1；定时/计数器方式控制TMOD；中断允许寄存器IE；定时器控制TCON；电源方式控制PCON。7、程序状态寄存器PSW15:43应用电子系63单片机的组成二、单片机存储器配置地址0D0H，PSW是一个8位寄存器，可位寻址，它包含了许多程序状态信息。其各位的含义如图所示：其中PSW.1位系统保留，用户不能使用。程序状态寄存器PSWCyACFORS1RS0OV

PPSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.015:43应用电子系64单片机的组成二、单片机存储器配置程序状态寄存器PSWCyACFORS1RS0OV

P进位标