第2章—mcs-51单片机的结构及原理

第 2章 MCS-51单片机结构及原理 2.1 MCS-51单片机结构 2.2 MCS-51的存储器结构 2.3单片机的复位、时钟与时序 2.4并行 I/O口 2.1 MCS-51单片机结构 2. 1.1 MCS-51单片机的内部结构2. 1.2 MCS-51引脚及功能2.2 MCS-51的存储器结构 2.3单片机的复位、时钟与时序 2.4并行 I/O口 第 2章 单片机结构及原理SCM 将通用微计算机基本功能部件集成在一块芯片上构成的一种专用微计算机系统SCM = CPU+RAM+ROM+I/O+T/C+INT+UART第 2章 单片机结构及原理80C51=(18)CPU+128BRAM+4KBROM+ (216)T/C + (48)I/O + 1个 UART+5个 中断源注意： 51子系列和 52子系列都采用 51内核技术，差异主要在 RAM/TC/INT型号中包含字母 C的属于 CHMOS型（互补高密度金属氧化物半导体工艺）87C52INTEL MCS-51系列单片机一览表第 2章 单片机结构及原理80C51单片机的内部资源主要包括： 8位中央处理器（ CPU）； 片内振荡器和时钟电路； 4KB片内程序存储器 (ROM)； 128字节的片内 RAM；4个 8位双向 I/O口；5中断源； 2个 16位定时器 /计数器； 1个全双工串行口；第 2章 单片机结构及原理 本节介绍 下节介绍 下节介绍 下节介绍 下节介绍 第 5章介绍 第 6章介绍 第 7章介绍控制器运算器单片机 CPU = 控制器 + 运算器第 2章 单片机结构及原理1、控制器作用： 统一指挥和控制计算机协调工作组成 ： 程序计数器 PC+指令译码器 ID+数据指针 DPTR+其它专用寄存器功能：(1)从存储器中取出下一条要执行的指令 （取指）(2)对取出的指令进行识别 （译码）(3)指挥运算器运算或控制数据传送 （指挥）第 2章 单片机结构及原理（ 1）程序计数器（ Program Counter PC） 指令地址寄存器，永远存放着下一条指令的地址， PC的变化规律决定着程序的流程0000HPC指针 0011010101110111111101001001010010011110 35H77HF4H94H9EHROM ROM0000H0001H0002H0003H0004HFFFFH0000H0001H0002H0003H0004HFFFFH第 2章 单片机结构及原理特点：具有 16位字长 可寻址范围 216（ =64KB）具有自动加 1功能（计数器） 顺序运行程序功能具有可被指令修改功能 跳转运行程序功能复位时， PC值为 0 复位后程序从 0开始运行0000HPC指针 0011010101110111111101001001010010011110 35H77HF4H94H9EHROM ROM0000H0001H0002H0003H0004HFFFFH0000H0001H0002H0003H0004HFFFFH第 2章 单片机结构及原理（ 2）数据指针寄存器 （ Data Pointer DPTR）16位字长 ，可寻址范围 216(64KB)用于表示 存储器数据地址 的指针可拆为 2个 8位的独立寄存器 DPL和 DPH 0000H0001H0002H0003H0004HFFFFH35H77HF4H94H9EHDPTR指针 xxHxxHxxHxxHxxHROM RAMDPL DPH0000H0001H0002H0003H0004HFFFFH第 2章 单片机结构及原理2、运算器作用： 对数据进行算术运算和逻辑操作组成： 算术 /逻辑部件 ALU +累加器 ACC+程序状态字寄存器 PSW+其它工作单元功能：(1)对暂存器中的数据进行运算(2)结果保存在 ACC中(3)运行状态反映在 PSW中第 2章 单片机结构及原理（ 1） 累加器 （ Accumulater A） 累加器 A是一个 8位寄存器，用来存放操作数或中间运算结果； 通过暂存器与 ALU相连；它是 CPU中使用最频繁的寄存器。第 2章 单片机结构及原理CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P位 7 位 6 位 5 位 4 位 3 位 2 位 1 位 0CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 PPSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0位 位 位 位 位 位 位 位（ 2）程序状态字寄存器 （ Program State W ord PSW） PSW是一个 8位的专用寄存器，用于存放程序运行过程中的各种状态信息。PSW中的各位信息通常是在指令执行过程中自动形成的，但也可以由传送指令加以改变。PSW各位的定义： 按位置定义的名称按功能定义的名称第 2章 单片机结构及原理CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P位 7 位 6 位 5 位 4 位 3 位 2 位 1 位 0CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 PPSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0位 位 位 位 位 位 位 位（ 2）程序状态字寄存器 （ Program State W ord PSW ） PSW是一个 8位的专用寄存器，用于存放程序运行过程中的各种状态信息。PSW中的各位信息通常是在指令执行过程中自动形成的，但也可以由传送指令加以改变。PSW各位的定义： 按位置定义的名称按功能定义的名称第 2章 单片机结构及原理CY（ PSW.7 ） 进位标志在进行 加或减运算 时，如果操作结果最高位有进位或借位时， CY由硬件置 “1”，否则清 “0”。10010011 + 11110000CY= 1 10000011进位标志位 CYCY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P位 7 位 6 位 5 位 4 位 3 位 2 位 1 位 0CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 PPSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0位 位 位 位 位 位 位 位用途 ： 1、根据 CY判断加减运算时有无进位或借位；2、在位操作中 CY可作为位累加器用。举例第 2章 单片机结构及原理AC（ PSW.6 ） 辅助进位标志在进行 加或减运算 时，如果操作结果的低四位数向高四位产生进位或借位时，将由硬件置 “1”，否则清 “0”。01001111+ 10100001AC=1 11110000半进位CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P位 7 位 6 位 5 位 4 位 3 位 2 位 1 位 0CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 PPSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0位 位 位 位 位 位 位 位举例 用途 ： 1、根据 AC判断加减运算时有无半进位或半借位；2、在 BCD码调整运算中要用到 AC标志第 2章 单片机结构及原理F0（ PSW.5 ） 和 F1（ PSW.1 ） 用户标志位可作为用户自行定义的一个状态标记 CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P位 7 位 6 位 5 位 4 位 3 位 2 位 1 位 0CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 PPSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0位 位 位 位 位 位 位 位第 2章 单片机结构及原理RS1和 RS0（ PSW.4 和 PSW.3 ） 工作寄存器组指针用于选择 CPU当前工作寄存器组CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P位 7 位 6 位 5 位 4 位 3 位 2 位 1 位 0CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 PPSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0位 位 位 位 位 位 位 位第 2章 单片机结构及原理OV（ PSW.2 ） 溢出标志在有符号数运算或乘除运算中若有异常结果， OV置 1，否则清 0。根据运算过程中的 D6和 D7位的变化由硬件自动形成 OV值CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P位 7 位 6 位 5 位 4 位 3 位 2 位 1 位 0CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 PPSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0位 位 位 位 位 位 位 位用途 ：判断有符号数运算或乘除运算的结果是否正常。第 2章 单片机结构及原理OV=C6Y C7Y=1 0=101010100 （ +84）+ 01101001 （ +105）CY=0 10111101 （ -67）D6有进位D7无进位10111101 11000010 11000011正数的补码是它本身，负数的补码是除符号位外每位求反，然后末尾加 111111011 （ -5）+ 11110000 （ -16）CY= 1 11101011 （ -21）D7有进位D6有进位 OV=C6Y C7Y=1 1=011101011 10010100 10010101 运算出错 运算正确举例举例第 2章 单片机结构及原理P（ PSW.0 ） 奇偶标志位该位始终跟踪累加器 A中含 “1”个数的奇偶性如果 A中有奇数个 “1”，则 P置 “1”，否则置 “0”举例 若 A=10011111，则 P=0若 A=11000001，则 P=1CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P位 7 位 6 位 5 位 4 位 3 位 2 位 1 位 0CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 PPSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0位 位 位 位 位 位 位 位用途 ：用于 串行通讯中的数据校验，判断是否存在传输错误。第 2章 单片机结构及原理第 2章 单片机结构及原理2.1 MCS-51单片机结构 2. 1.1 MCS-51单片机的内部结构2. 1.2 MCS-51引脚及功能2.2 MCS-51的存储器结构 2.3单片机的复位、时钟与时序 2.4并行 I/O口 MCS-51系列单片机的封装方式与制造工艺有关，采用HMOS制造工艺的 51单片机一般采用 40只引脚的双列直插封装（ DIP dual in-line package） 第 2章 单片机结构及原理MCS-51单片机除了采用 DIP封装方式外，还采用 44只引脚方形扁平封装（ QFP quad flat package ） 方式，其中 4只是无用的。 第 2章 单片机结构及原理DIP引脚分布 电源及晶振引脚（共 4只）控制引脚（共 4只）输入 /输出引脚 （共 32只） 第 2章 单片机结构及原理（ 1）电源及晶振引脚VCC(40脚 )： +5V电源引脚VSS(20脚 )： 接地引脚XTAL1(19脚 )；外接晶振引脚（内置放大器输入端）XTAL2(18脚 )：外接晶振引脚（内置放大器输出端）Vcc80C512040第 2章 单片机结构及原理（ 2）控制引脚 ALE/PROG(30)为地址锁存使能输出 / 编程脉冲输入 RST/VPD(9)为复位 / 备用电源引脚 PSEN(29)：输出访问片外程序存储器读选通信号 EA/ VPP (31)：外部 ROM允许访问 / 编程电源输入 10F8.2K1080C51第 2章 单片机结构及原理（ 3） 并行 I/O口引脚 共计 48 = 32 个引脚，其中：P0.0 P0.7（ 39 32脚） P0 口；P1.0 P1.7（ 1