单片机教程2第二次课课件

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MCS-51单片机的结构与工作原理★中央处理单元与时序

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存储器配置★并行I/O端口★复位及复位电路第二章MCS-51单片机的硬件结构与原理控制引脚I/O口引脚逻辑图时钟引脚电源引脚第二功能1、电源引脚Vcc和Vss

★Vcc（40脚）：电源端，接＋5V电源

★Vss（20脚）：接地端2、外接晶体引脚XTAL1，XTAL2

★XTAL1（19脚）：片内反向放大器输入端

★XTAL2（18脚）：片内反向放大器输出端采用内部时钟时，2个引脚各接外部晶体和微调电容的一端；采用外部时钟时，XTAL2脚输入外部时钟脉冲，XTAL1脚接地。各个引脚的功能说明如下：★

EA/VPP（enableaddress/voltagepulseofprogramming，31脚）：EA外部程序存储器选择端；VPP编程电源输入端。EA信号说明：1.当EA为低电平时，CPU只访问外部ROM；2.当EA为高电平时，CPU首先访问内部ROM并自动延至外部ROM。★

PSEN（programstoreenable，29脚)：

外部程序存储器选通信号说明：在访问片外程序存储器时，此引脚定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号，低电平有效。★

P0.0～P0.7：P0口，8位双向I/O端口。当CPU访问片外存储器时，P0口分时提供复用的低8位地址线和8位双向数据线。★

P1.0～P1.7：P1口，内部带上拉电阻的8位准双向I/O端口。★

P2.0～P2.7：P2口，内部带上拉电阻的8位准双向I/O端口。当CPU访问片外存储器时，输出高8位地址。★

P3.0～P3.7：P3口，内部带上拉电阻的8位准双向I/O端口。P3口作一般I/O端口使用外，每个引脚都有专门的第二功能。4、I/O端口引脚引脚连接图1一、运算器和控制器1、运算器（1）算数逻辑单元ALU：完成基本的算术运算、逻辑运算；（2）累加器A（ACC）：专门用来存放操作数和运算结果；（3）暂存寄存器：暂存数据和状态，便于传送和运算；（4）B寄存器：用于乘法和除法的8位寄存器；第二节中央处理单元与时序位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0标志CYACF0RS1RS0OV-P①CY（C）：进位标志位

★存放算术运算的进位或借位标志

★在位操作中，作位累加器使用；②AC：辅助进位位加减运算中，低4位向高4位有进位或借位时，AC=1③F0：用户标志位

（5）程序状态字（ProgramStatusWord

PSW）：存放指令执行后的状态信息：RS1RS0选中的工作寄存器组R0～R7地址000组00-07H011组08-0FH102组10-17H113组18-1FH⑤OV：溢出标志位

运算结果超出了累加器A所能表示的带符号数的范围（-128~+127），OV=1④RS1、RS0：工作寄存器选择位CPU选择哪一组工作寄存器为当前工作寄存器，确定R0~R7的物理地址。（1）程序计数器PC：是一个16位专用寄存器，用来存放将要执行的下一条指令的地址；（2）指令寄存器IR和指令译码器ID：存放代码及译码；（3）定时控制电路：产生CPU的操作时序。2、控制器

单片机的时钟信号是提供片内各种操作的时间基准二、时钟电路►内部时钟电路：石英晶体或陶瓷振荡器（晶振）：1.2～12MHz

微调电容C01、C02起稳定振荡频率、快速起振的作用。电容值一般为5～30PF。因片内有高增益运算放大器，外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。►外部时钟电路把外部振荡信号引入XTAL2端，XTAL1端接地。这种方式适宜用于使单片机的时钟与外部信号保持一致。由于XTAL2端的逻辑电平与TTL电平不兼容，故在此引脚外接一个上拉电阻。时钟周期和机器周期是单片机内计算其他时间值（例如：波特率、定时器的定时时间等）的基本时序单位。例：单片机外接晶振频率12MHz时的各种时序单位：1/frequencyoscillate

=1/12MHz=0.0833us12/fosc=12/12MHz=1us（1～4）机器周期=1～4us说明：时钟周期=机器周期=指令周期=四、指令取指/执行时序单片机的工作工程是：取指令、译码、执行指令……，一步步地完成各种指令规定的功能。各指令的操作顺序在时间上有严格的次序，这种操作的时间顺序称为时序。单片机的时钟信号用来为单片机芯片内部各种操作提供时间基准。单字节指令、双字节指令是单周期或双周期的；三字节指令是双周期的；乘除指令是四周期的。MCS-51单片机指令的取指/执行的时序程序存储器内部数据存储器外部数据存储器程序存储器ROM存放编制好的固定程序和表格，以16位的程序计数器做地址指针，可寻址64KB空间。一、程序存储器特殊功能地址单元（1）0000H-0002H：存放复位后初始化引导程序例程序放在内部1000H开始的单元 ORG0000H AJMPMAIN ORG1000HMAIN:MOVA，#0AFH0000H0001H0002H(PC)中断5中断4中断3中断2中断10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中断0定时器0中断外部中断1定时器1中断串行口中断8位．．．0FFFH0FFEH程序存储器资源分布中断地址区初始化引导程序（2）0003H-002AH：中断地址区CPU响应中断后，根据中断类型，自动转入各中断区首地址去执行中断服务程序。8各单元不能放下中断服务程序，因此在中断入口地址放一条无条件跳转指令。 0003H～002AH共40个单元是中断服务程序地址区，它被分为五段，每段8个单元，分别分配给5个中断源：0003H～000AH外部中断0中断地址区；000BH～0012H定时器/计数器0中断地址区；0013H～001AH外部中断1中断地址区；001BH～0022H定时器/计数器1中断地址区；0023H～002AH串行中断地址区。二、数据存储器内部RAM（00H-FFH）外部RAM（0000H-FFFFH）数据存储器00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH特殊功能寄存器区

用户RAM区位寻址区

工作寄存器区内部RAM（00H-FFH）（1）工作寄存器区（00H~1FH）地址范围在00H～1FH的32个单元，可分成4个工作寄存器组，每组占8个字节。第0组工作寄存器：地址范围为00H～07H

第1组工作寄存器：地址范围为08H～0FH

第2组工作寄存器：地址范围为10H～17H

第3组工作寄存器：地址范围为18H～1FH1、真正RAM区每个工作寄存器组都有8个寄存器，分别称为R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7。但在程序运行时，只允许有一个工作寄存器组工作，这组工作寄存器称为当前工作寄存器组，所以每组之间不会因为名称相同而混淆出错。可通过对特殊功能寄存器中的程序状态字PSW的RS1、RS0的状态设置，选择哪组工作寄存器作当前工作寄存器组。

单片机复位时，当前工作寄存器默认为0组。说明30H-7FH共80个RAM单元，用来存放用户数据和堆栈操作使用，称为用户RAM区，该区是按字节存取的。堆栈的概念堆栈是在单片机内部RAM中从某个选定的存储单元开始划定的一个地址连续的区域，在这个区域选定某个存储单元作为栈底，只允许向一个方向写入数据，最后一个写入数据的存储单元称为栈顶。堆栈的生成有两种情况，向高地址方向写入数据生成的堆栈称为向上生长型堆栈，反之称为向下生长型堆栈，MCS-51单片机属于向上生长型堆栈（即向高地址方向生成）。（3）堆栈和数据缓冲区堆栈指针寄存器SP：一个8位寄存器，用于指明堆栈顶部在RAM中的位置，可由软件设置初始值；系统复位后，SP初始化为07H；实际中，一般将SP设置在30-7FH范围内。堆栈的原则：先进后出，后进先出。每存（取）一个字节，SP自动加（减）1，SP始终指向新的栈顶。堆栈操作方式：指令方式：PUSH、POP自动方式：调用子程序或中断时，将返回地址自动进栈；程序返回时，断点地址自动弹回PC。栈底AB进栈SPSPSP＋162H61H60H栈底AB出栈SPSPSP－162H61H60HA先进栈B再进栈B先出栈A再出栈堆栈示意图2、特殊功能寄存器（SFRSpecialFunctionRegisters

）◆8051单片机中设置了21个特殊功能寄存器，它们不连续地分布在地址为80H-FFH的128个字节的存储空间中。◆21个SFR只能采用直接寻址方式，但是字节地址能被8整除（16进制的地址码尾数为0或8）的11个单元均具有位寻址能力。可位寻址（1）堆栈指针寄存器SP：（2）数据存储器地址指针DPTR：16位专用寄存器，由DPH、DPL组成。对64KB外部数据存储器寻址，做间址寄存器；访问程序存储器，做基址寄存器。（3）端口寄存器P0～P3：用于控制4个8位并行I/O口。（4）串口数据缓冲器SBUF：由发送缓冲器和接收缓冲器组成，通过读写指令来区别对哪一个缓冲器进行操作。（5）串行口控制与状态寄存器SCON：控制串行通信工作方式、接收或