片机原理及接口技术第二章

1、第2章 MCS-51 单片机组成原理,2.1 MCS-51单片机的内部结构 2.2 CPU的结构 2.3 MCS-51单片机存储器 2.4 时钟电路及时序 2.5 输入/输出端口 2.6 MCS-51单片机的引脚功能 2.7 MCS-51单片机的工作方式,退出,2.1 MCS-51单片机的内部结构,MCS-51单片机的内部结构框图如图2.1所示,2.2 CPU的结构,CPU包括运算器和控制器二大部分。 2.2.1 运算器 运算器包括算术逻辑部件(ALU)、累加器A、暂存寄存器、寄存器B、程序状态寄存器（PSW），十进制调整电路等。运算器主要用于实现算术/逻辑运算及位操作运算。下面介绍运算器的各

2、组成部分。 1、算术逻辑部件ALU 2、累加器A 3、寄存器B 4、程序状态字寄存器PSW,CY（PSW.7）：进位标志位。在进行加法（或减法）运算时，若运算结果最高位有进位或借位，则CY自动置“1”，否则CY置“0”，在进行布尔操作运算时，CY（简称C）作为布尔处理器。 AC：辅助进位标志位。当进行加法或减法时，若低4位向高4位有进位（或借位）时，AC被置“1”，否则AC被置“0”。在十进制调整指令中AC还作为十进制调整的判别位。 F0：用户标志位。用户可用软件对F0位置“1”或清“0”以决定程序的流向。,OV：溢出标志位，当运算结果溢出时OV为“1”，否则为“0”，此标志位反映了运算结果是

3、否溢出。 PSW.1：未定义位。 P（PSW.0）：奇偶标志位。MCS-51单片机采用的是偶校验。当累加器A中“1”的个数为奇数时，P置“1”，否则P置“0”。此位反映累加器A中内容“1”的奇偶性，它常常用于机间通信。 RS1、RS0：工作寄存器区选择位。用来选择当前工作的寄存器区。用户通过改变RS1 、RS0的内容来选择当前工作寄存器区。RS1、RS0的内容与工作寄存器区的对应关系如表2-1所示。,2.2.2 控制器 1、指令寄存器IR和指令译码器ID。 指令寄存器是存放指令代码的地方。当执行指令时，CPU把从程序存储器中读取的指令代码送入指令寄存器，然后指令译码器译码后由定时控制电路发生相

4、应的控制信号，最终完成指令所规定的操作。,2、程序计数器PC 程序计数器PC的功能与普通微机相同，它用来存放CPU执行的下一条指令的地址。当一条指令按照PC所指的地址从程序存储器中取出后，PC会自动加1，指向下一条指令。程序计数器PC是一个16位的寄存器，可寻址64KB的程序存储器空间。 3、堆栈指针SP 4、数据指针寄存器DPTR,2.2.3 工作寄存器和特殊功能寄存器 1、工作寄存器 MCS-51有32个工作寄存器，分为四个区（或组）每个区为8个寄存器R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，每一时刻只有一个区工作。由PSW寄存器中的RS1、RS0的值来决定当前的工作区： 当 RS1

5、 RS000时，0区为工作区， RS1RS001时，1区为工作区 RS1RS010时，2区为工作区 RS1RS011时，3区为工作区,这32个工作寄存器不但有它们的名称和区号，而且还有地址。00H-1FH共32个单元。 00H07H为0区，分别对应R0R7 08H0FH为1区，分别对应R0R7 10H17H为2区，分别对应R0R7 18H1FH为3区，分别对应R0R7,这32个单元为内部数据存储器（即片内RAM）的00H1FH存贮空间，这与普通微机中的通用寄存器基本相同，所不同的是，普通微机的通用寄存器只有名称，不占有RAM空间，因此只有名字，没有对应的地址；而MCS-51单片机的工作寄存器R

6、0R7既可以用名字也可以用它的地址来表示。其中R0、R1寄存器除做工作寄存器外还常做间址寻址的地址指针。 2、特殊功能寄存器SFR（又称专用寄存器） 这21个特殊功能寄存器详情见表2-2。,这21个特殊功能寄存器中，有11个寄存器具有位寻址功能，即寄存器中的每位都具有位地址，可以按位寻址。11个寄存器的位地址如图2-3所示。,2.3 MCS-51单片机存储器,2.3.1 程序存储器 8051单片机内部有4KB的掩膜ROM、8751单片机内部有4KB的EPROM，而8031内部没有程序存储器，必须外接程序存储器。 2.3.2 数据存储器 MCS-51系列单片机数据存储器分内部数据存储器（即片内R

7、AM）和外部数据存储器（即片外RAM）。 1、内部数据存储器,2、外部数据存储器 由于MCS-51子系列单片机内部数据存储器只有128个字节，往往不够用，这就需要扩展外部数据存储器，外部数据存储器最多可扩至64KB。,2.4 时钟电路及时序,2.4.1 时钟电路 1、内部方式时钟电路,2、外部方式时钟电路 2.4.2 时序 1、基本概念 （1）振荡周期 振荡周期指为单片机提供定时信号的振荡源的周期，即晶体振荡器直接产生的振荡信号的振荡周期。,（2）时钟周期 时钟周期是振荡周期的两倍。是对振荡器2分频的信号。时钟周期又称状态周期，用S来表示，一个时钟周期，分为两个节拍，P1和P2节拍。P1节拍通

8、常完成算术逻辑操作，P2节拍通常完成内部寄存器间数据的传递。 （3）机器周期 一个机器周期由6个时钟周期组成，即S1S6，如果把一条指令的执行过程划分为几个基本操作，则完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。 （4）指令周期 指令周期是执行一条指令所需的全部时间。MCS-51单片机的指令周期通常由14个机器周期组成。 2、几种典型的取指和执行时序,（1）单字节单周期指令 （2）双字节单周期指令 （3）单字节双周期指令 （4）访问外部数据存储器指令MOVX时序,2.5 输入/输出端口,2.5.1 P0口 P0口有位，每一位由一个锁存器、两个三态输入缓冲器以及控制电路和驱动电路组成，其位结构如图2

9、-7（a）所示。,1、P0口作通用I/O口 2、作分时复用的地址/数据总线 2.5.2 P1口 P1口是一个专用的8位准双向I/O口，只具有通用输入/输出口功能，每一位都能设定为输入或输出，它的位结构如图2-7（b）所示。,2.5.3 P2口 P2口是一个8位准双向I/O口，具有两种功能。一是作通用I/O口用，与P1口相同。二是作扩展系统的高8位地址总线。输出高8位地址，与P0口一起组成16位地址总线。它的位结构如图2-7（c）所示。,2.5.4 P3口 P3口也是一个8位准双向I/O口，除具有与P1口同样的功能（即可以作通用I/O口使用）外，还具有第二功能。当工作在第二功能时，每位都具有新的

10、功能，各位的定义如表2-4。,P3口的位结构如图2-7（d）所示，当P3口作通用I/O口时，与P1口相同。,2.5.5 P0P3口的负载能力及接口要求 P0口的输出级的每一位可驱动8个LSTTL门。P0口作通用I/O口时，由于输出级是开漏电路，故用它驱动NMOS电路时需外加上拉电阻；而作地址/数据总线时，无需外接上拉电阻。 P1口P3口的输出级的每一位可驱动4个LSTTL门。由于它们的输出级内部有上拉电阻，因此组成系统时无需外加上拉电阻。,2.6 MCS-51单片机的引脚功能,MCS-51单片机共有40个引脚。,2.7 MCS-51单片机的工作方式,MCS-51单片机有三种工作方式，复位方式、程序执行方式以及节电工作方式。 2.7.1 复位方式 1、单片机复位后的工作状