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1、单片机原理与应用技术教学课件、 第二章MCS-51单片机的基本构造和工作原理MCS-51单片机的基本构造和工作原理2-1 MCS51单片机的基本构造2-2 MCS51的存储器构造2-3专用功能寄存器的SFR 2-4单片机小应用系统主要内容MCS-51系列单片机的内部结构、内存结构、工作原理、引脚功能、工作方式本章要点： MCS-51单片机的内部结构、内存结构、PSW特殊功能寄存器的使用、引脚功能、最小应用系统的设定知道工作时间和工作方法。 第一节MCS-51单片机的基本结构，教学内容： 1、MCS-51单片机内部结构2、CPU、输入输出端口结构4、端口负载能力和接口要求5、MCS-5l引脚和功

2、能、单片机原理和MCS-5l图2-1 8051的功能部件图、外部中断、二、CPU、主要功能：产生各种控制信号，控制存储器、输入输出端口的数据传输、数据的算术运算、逻辑运算以及位操作处理等。 (1)运算器构成：运算器由算术逻辑运算单元ALU、累加器Acc、寄存器、程序状态字寄存器PSW、BCD码运算调整电路等构成。 对数数据可以完成算术运算、逻辑运算、循环移位和位处理。 (2)控制器构成：由程序计数器PC、指令寄存器、指令译码器、时序控制和条件转移逻辑电路等构成。 功能：对存储器发出的指令进行解码，通过时序控制电路，在规定的时间发送各种操作所需的全部内部和外部控制信号，协调各功能部件的动作，完成

3、由指令规定的功能。 特征：每16位机器周期自动加1计数器，所有分支/跳跃/调用/中断/复位等操作的本质是：变更PC值，总是有下一个指令的起始地址(当前的PC值)，1程序计数器PC (proprogram counter ) 2指令寄存器是8位寄存器，暂时保存要执行的指令，等待解码。 3指令解码器对指令寄存器内的指令进行解码，分析其功能，根据功能生成相应的电信号。 4数据指针DPTR是16位的地址指针寄存器。 主要存储16位地址，作为间隔剔除寄存器使用。 可以访问64K外部数据存储和I/O端口。 DPTR也可分割为DPH (高8位字节)和DPL (低8位字节)两个独立的8位寄存器，分别占据83H

4、和82H两个地址。 5 .定时控制单元和定时、功能：在规定的定时发送各种操作所需的全部内部和外部的控制信号，协调各功能元件的动作，完成由指令规定的功能。 主要任务：生成时钟电路需要提供工作频率的工作时序。 (1)连接时钟电路设定修正、XTAL1、XTAL2:外部水晶振动的2个端子。 另外，在MCS-51内部具有用于构成振荡器的高增益反转放大器，该放大器的输入输出端分别是引脚XTAL1和XTAL2，通过将时钟源外接在XTAL1和XTAL2上，能够构成时钟电路。 (1)连接时钟电路设定修正、XTAL1、XTAL2:外部水晶振动的2个端子。单片机的石英振动所提供的时钟频率越高，单片机的工作速度越快，

5、单片机的石英振动所提供的时钟频率就越确立。 有内部和外部两种时钟发生方式。 单片机的生产技术不同，接合法也不同。 在XTALl和XTAL2两端结合晶体或陶瓷谐振器，构成内部反相器和稳定的自激振荡器。 选择残奥表： C1、C2具有稳定振荡频率、快速振荡的作用。 外接水晶振动时： Cl和C2选择1030pF的外接陶瓷谐振器时： Cl和C2的代表值约为4010pF。 振荡频率范围通常也可以达到1.2MHz12MHz、40MHz。在修订印刷电路板时，晶体和电容应尽可能靠近单片机芯片安装，减少寄生电容，保证振荡器的稳定和可靠工作。 (2)CPU的定时、80C51的片上振荡器和时钟发生器、振荡信号经由一个

6、2分频触发向芯片供给了一个2触发(tact )的状态信号。 状态周期是振荡周期(时钟周期)的2倍。 每个状态周期有2个节拍P1和P2。 拍子P1在每个状态的前半周期中有效，并且拍子P2在每个状态的后半周期中有效。 CPU以两相时钟P1和P2为基本节拍，指挥51单片机的各部分协调动作。单片机原理和应用技术教学课件，CPU始终以一定的时钟节拍和定时工作：振荡周期(时钟周期):晶体振荡频率fosc (或施加频率)的倒数状态周期：两个振荡周期机械周期：完成一个规定操作所需的时间。 例如，取得指令、存储器读取、存储器写入等的1机器周期=6个状态周期=12个振荡周期指令周期：执行1个指令所需的机器周期数、

7、1机器周期=12个振荡周期、1个指令周期=1、2或4个设备周期ALE通常在每个机器周期中启用两次，第一次出现在S1P2和S2P1之间，第二次出现在S4P2和S5P1之间。 另外，CPU取得指令并取得执行定时，各指令的执行可以包括指令取得和执行的两个阶段。 在提取阶段，根据程序计数器PC的内容，CPU从内部或外部ROM获取指令操作码和操作数并执行该指令。 按指令执行时间分类：单周期、双周期、4周期指令所占的字节数分类：单字节、双字节、3字节、各指令的微操作在时间上有严格的顺序，这种微操作的时间序列我们称为时间序列。单字节命令示例： INC A、(1)单周期命令序列、双字节命令示例： ADD A、

8、#data、单字节单周期命令、命令特性：在程序存储器ROM中只占用了一个存储单元。 在ale第1次有效(S2P1 )时，从ROM读出指令的操作码，发送到指令寄存器IR，PC增加1并进行解码执行，在ale第2次有效时，PC阻止增加1并进行第2次读出、单片机的工作过程、取指过程，例如： MOV A、#09H 74H 09H； 将09H发送到累加器a，执行进程，PC=，0000H，0110，000100001，(PC )，(PC )，0001H，0002H，0000H， 执行，五、MCS-51单片机管脚及其功能，AT89S52 DIP 40封装，单片机原理及应用技术教育课件，识别单片机管脚，MCS-

9、51单片机管脚GND 2 XTAL1、xtal2reset1ea/VPP0.0p0.7p1.0p1.7p2.7p2.7p3.0p3. 78、(1)Vcc(40个脚)、GND(20个脚)的正电源端和接地端不同单片机在不同的工作电压(5v/v ) XTAL1(19脚)、XTAL2(18脚)片上振荡电路的输入输出端，单片机的原理和应用技术教育课件，对于AT89S51/S52单片机，通常需要一个水晶振动2个20或30pf电容，一个VPD :复位(正脉冲有效) /备用电源端子复位，使单片机成为某个决定的初始状态，退出处于节电工作模式的休眠状态，退出所有的程序进程，退出程序的死周期，从最初开始。 在Vcc

10、断电期间，该管脚可以连接到备用电源，以保护芯片上RAM的内容不丢失。 无论是HMOS型、CHMOS型还是单片机，在振荡器工作的情况下，通过对RST引脚施加连续2个机器周期的高电平来实现复位。 MCS-51单片机中通常采用的简单复位电路有上电自动复位、外部脉冲复位、上电按钮电平复位、程序运行监视复位等方式。、单片机原理和应用技术教育课件、简单复位电路、5V、10uF、10k、Vcc、RST、GND、上电复位WDT，程序运行不正常(例如，程序“飞越”) “看门狗”的工作原理：在规定时间内至少要“喂狗”，即必须复位“看门狗”。 否则，“看门狗”电路将重置单片机。 实现：在软件的适当位置添加“喂狗”的

11、命令，使看门狗的时间永远达不到预设。 1 )在单片机内部的WDT功能单元(例如s 51 )2) p (微处理器)监控装置；以及其中许多装置选择具有Max705芯片的外围设备、p监视控制设备、MAX705/706、DS1232等DS1232 (看门狗)是DALLAS公司生产的微机监视电路芯片。 主要功能：发生上电复位和手动复位，监视电源水平，监视软件运行状态，程序运行发生飞车时发出复位信号。看门狗定时设定、Tol :电源检测选择端子Tol接地，电源电压降低到4.75V以下，复位信号Tol产生VCC，电源电压降低到4.5V以下，产生复位信号，注意：在看门狗定时计数溢出之前关于89S51看门狗功能的

12、使用方法，ATMEL的89S51系列的89s 89S51比89C51增加了看门狗功能。 此外，为了使AT89S51/52的监视功能有效，仅需要在WDTRST寄存器(SFR地址0A6H )单元中依次发送#01EH和#0E1H，就可以使监视定时计数器动作。AJMP MAIN； 启动番犬MAIN: MOV 0A6H、#01EH； 先发送1E MOV0A6H、#0E1H。 后送E1； 主程序start :a呼叫wdt； 调用重置监视程序子例程. AJMP START； 主程序*； 复位监视子程序WDT: MOV 0A6H，#01EH； 先发送1E MOV 0A6H、#0E1H。 之后发送E1RET E

13、ND。 注意事项：1 89S51的监视程序必须在程序启动后开始动作。 因此，必须保证CPU有可靠的上电复位。 看门狗也不起作用。 二号狗使用CPU的水晶振动。 水晶振动停止的时候看门狗也无效。 3 89S51只有14位计数器。 必须在16383机器周期内至少喂一次狗。 而且这个时间是固定的，不能变更。 水晶振动为12M时，必须每隔16毫秒给狗喂食。ALE/PROG(30针) :地址锁存许可/编程脉冲输入端子。 在P0端口地址外部低8位地址时，连接外部锁存器74ls373的g端子的ALE侧总是输出周期正脉冲： f fosc/6； 从此端施加片上ROM编程时的编程脉冲。 (指残奥电平编程模式)、EA/Vpp(31引脚) :地址外部ROM控制端子/编程电源输入端子。 在低电平有效、芯片内没有ROM的情况下，必须接地在芯片内有ROM的情况下，可以连接高电平，也可以连接低电平，在低电平时，仅访问芯片上