单片微型计算机C第4讲(机械)

第4-5讲教学目的和要求【教学目标】通过讲述MCS-51单片机的硬件结构，使学生掌握单片机内部所包含的硬件资源及其功能特点和使用方法，注意几个概念：时钟周期、机器周期和指令周期的意义及它们之间的关系。【教学重点】①单片机芯片的内部组成及存储器结构；②主要寄存器名称及含义；【教学难点】存储器的地址重叠的问题。第三章MCS-51单片机的硬件结构3.1MCS51的基本结构MCS51：将作为控制应用所必需的基本功能部件都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。所包含的硬件：①处理器CPU②数据存储器RAM③程序存储器ROM/EPROM④4个8位并行IO口(P0~P3)⑤1个串行口⑥2个16位定时器/计数器⑦中断系统⑧特殊功能寄存器SFRMCS51的片内结构CPUROMRAM定时器/控制器并行接口串行接口中断系统T0T1时钟电路内部总线P0P1P2P3TXDRXDINT0INT13.2MCS51的引脚引脚分类MCS51的40个引脚，按照其功能分类，可分为三类：电源及时钟引脚：VCC、VSS；XTAL1、XTAL2控制引脚：/PSEN、ALE、/EA、RSTIO口引脚：P0~P3四个8位并行口，共32条。1.主电源引脚：VCC(40)、VSS(20)2.时钟引脚：XTAL1(19)和XTAL2(18)

XTAL1：接外部晶体的一个引脚。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚接地；对CHMOS单片机，该引脚接外部时钟输入。

XTAL2：接外部晶体的另一引脚。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚接外部时钟输入；对CHMOS单片机，该引脚应悬浮。(1)电源及时钟引脚具有复用功能的引脚。RST:复位信号输入端，高电平有效。单片机运行时，该引脚出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。单片机正常工作室，此引脚脚为低电平。VPD:VCC掉电期间，该引脚可接上备用电源，以保持内部RAM的数据。从而使单片机在复位后能继续正常运行。(2)控制引脚1.RST/VPD(9)：复位和备用电源引脚具有复用功能的引脚。复位后，该引脚持续输出正脉冲。当访问外部存储器时，在ALE输出的下降沿，用于锁存地址的低8位地址；对于EPROM型单片机，在编程期间，该引脚用于输入编程脉冲。(2)控制引脚2.ALE/#PROG(30)：地址锁存/编程脉冲在单片机访问外部程序存储器时，此引脚输出脉冲负跳沿，作为读外部程序存储器的选通信号。此脚接外部程序存储器的OE(OutPutEnable)端(2)控制引脚3.#PSEN(29)：外部程序存储器读选通信号具有复用功能的引脚。当/EA保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC值超过0FFFH（或其它内部程序存储器最高地址）时，将自动转向外部程序存储器执行程序。对于EPROM型单片机，在编程期间，Vpp用于施加编程电源(依据芯片类型+21V、+12V或+5V不等)。(2)控制引脚4.#EA/Vpp(31)：内/外程序存储器选择控制端(3)I/O引脚1.P0.0~P0.7：双向8位三态IO口P0引脚2.P1.0~P1.7：8位准双向IO口P1引脚3.P2.0~P2.7：8位准双向IO口P2引脚4.P3.0~P3.7：8位准双向IO口P4引脚四个8位并行端口的外接引脚3.3MCS-51单片机的片内结构(1)运算器运算器算术逻辑单元ALU累加器ACC

寄存器B

PSW

ALU：⊿可对8位变量进行逻辑“与”、“或”、“异或”、循环、求补和清零等逻辑运算操作；⊿进行加、减、乘、除等算术运算；⊿对位变量进行位处理，如置位、清0、求补、测试转移及逻辑与或操作。(1)运算器运算器算术逻辑单元ALU累加器ACC

寄存器B

PSW

ACC：8位累加器，是CPU中使用最频繁的一个寄存器。①是ALU的输入数据源之一，又是运算结果的存放单元；②CPU中数据的传送大都通过ACC(1)运算器运算器算术逻辑单元ALU累加器ACC

寄存器B

PSW

寄存器B：寄存器B

是一个8位寄存器，主要用于乘除运算，辅助ACC完成乘法除法运算，存放乘积的高八位和除法的余数。B寄存器也可以作为一般数据存储器使用。(1)运算器运算器算术逻辑单元ALU累加器ACC

寄存器B

PSW

PSW：程序状态字寄存器(ProgramStatusWord)，为8位的寄存器。位于单片机的特殊功能寄存器区，字节地址为D0H。包含了程序运行状态的不同信息，初始值为00H。76543210CyACF0RS1RS0OV-PPSWCy：进位标志位。在执行算术运算和逻辑运算指令时，Cy可以被硬件或软件置1或0。在位运算时，作为位累加器。AC：辅助进位标志位BCD码运算时，用作十进制调整，同DA指令结合起来使用。F0：用户自定义标志位可由软件赋值，并通过程序测试控制程序流向。76543210CyACF0RS1RS0OV-PPSWRS1、RS0：工作寄存器区选择位。用于选择4组工作寄存器区的哪一组为当前工作寄存器区。76543210CyACF0RS1RS0OV-PRS1RS0当前工作寄存器区000区(内部RAM地址00H~07H)011区(内部RAM地址08H~0FH)102区(内部RAM地址10H~17H)113区(内部RAM地址18H~1FH)PSWOV：溢出标志位。在执行算术运算时，由硬件置1或清0，用以指示运算是否产生溢出。P：奇偶标志位该标志位用来指示ACC中1的个数是奇数个还是偶数个。P=1，则ACC中1的个数为奇数；P=0，则ACC中1的个数为偶数。76543210CyACF0RS1RS0OV-P(2)控制器程序计数器PC用于存放下一条要执行指令在程序存储器中的地址，顺序执行时，程序计数器自动加1。PC中的内容决定程序的流向，PC的位数为16位，寻址空间为64K字节。指令寄存器IR译码及控制逻辑3.4MCS51的存储器组织(***)MCS51采用哈佛(Har-vard)结构，即程序存储空间与数据存储空间相互独立。其存储空间可以划分成五类：程序存储器(ROM与EPROM)：用于存放程序和常数，可分为片内和片外。内部数据存储器(RAM)：用于存放数据的存储空间。特殊功能寄存器(SFR)：状态与控制寄存器。位地址空间：MCS51有211个可寻址位，其中RAM中128个，SFR中83个。外部数据寄存器：RAM不够，提供给用户扩充的存储空间，最大支持64KB。程序存储器存储结构EA=1内部ROMEA=0外部ROM0000H1000H0FFFH0FFFFH4KB寻址空间60KB可扩展的寻址空间/EA引脚接高电平时，若PC值超出片内ROM的容量，则会自动转向片外程序存储器空间执行程序；/EA引脚接低电平时，仅能执行片外ROM的程序数据存储器存储结构内部RAM特殊功能寄存器外部RAM0000H007FH0080H00FFH0000H0FFFFH寻址空间内部RAM：128B特殊功能寄存器：128B外部RAM：64KB物理上分为：4个空间，即

片内ROM、片外ROM

片内RAM、片外RAM逻辑上分为:3个空间，访存时选择不同的指令。程序内存（片内、外）统一编址MOVC

数据存储器（片内）MOV

数据存储器（片外）MOVX存储器的访问3.4.1程序存储器作用：存放用户程序和表格常数。特殊单元0000H：复位后从0000H开始执行程序，一般在该地址存放