c51单片机基本结构与工作原理.ppt

单片机原理及应用 第二章 单片机的基本结构与工作原理 2.1 单片机的基本组成 主要功能部件 8位CPU 片内4KB程序存储器 片内128B数据存储器 二十多个SFR 四个可编程并行I/O口 全双工串行I/O口 2个16位定时/计数器 5个中断源，2个优先级 2.2 80C51单片机的引脚功能 1、主电源引脚 VCC （40脚）：电源，+5V VSS （20脚）：电路地电平 2、外接晶振或外部振荡器引脚 XTAL2 （18脚）：接内部反向放大器输出端 ，输入到内部时钟发生器。采用外部振荡器时， CHMOS 悬悬空 80C51 HMOS 外部振荡信号输入 XTAL1（19脚）：接内部反向放大器输入端 。采用外部振荡器时， CHMOS 外部振荡信号输入 80C51 HMOS 接地。 3、控制、选通引脚 RST（9脚）： RST为Reset（复位）信号输入端。 ALE/PROG（30脚）： ALE，允许地址锁存信号，输出。 PROG，编程脉冲输入端。 2个机器周期以上 高电平 负跳变锁存P0口 低8位地址 1/6振荡频率 PSEN（29脚）： 访问外部程序存储器选通信号，低电平有效。 EA/VPP（31脚）： EA，访问内部或外部程序存储器选择信号。 高电平，访问内部程序存储器。 低电平，访问外部程序存储器。 VPP，片内EPROM（8751）编程电压输入端。 4、多功能I/O口引脚 P0口（3239脚）： 8位双向并行I/O端口。 低8位地址总线和数据总线复用。 可带8个LSTTL负载 P1口 （18脚）： 8位准双向并行I/O端口 可带4个LSTTL负载 P2口（2128脚）： 8位准双向并行I/O端口 高8位地址总线 可带4个LSTTL负载 P3口（1017脚）： 8位准双向并行I/O端口 特殊第二功能 P3.0-RXD：串行数据接收端 P3.1-TXD：串行数据发送端 P3.2-INT0：外部中断0请求端 P3.3-INT1：外部中断1请求端 P3.4-T0：定时/计数器0外部事件计数输入端 P3.5-T1：定时/计数器1外部事件计数输入端 P3.6-WR：外部数据存储器写选通 P3.7-RD：外部数据存储器读选通 2.3 中央处理器CPU 包括控制器、运算器和工作寄存器及时序电路。 作用是读入及分析指令，控制各个部件进行指定的操 作 主要部件： 算术/逻辑运算部件ALU 布尔处理器 定时/控制部件 寄存器 一、算术/逻辑运算部件ALU 功能：实现数据的算术/逻辑运算、位变量 处理和数据传送等操作 二、专用寄存器 累加器A：运算时的暂存寄存器 寄存器B：一般用于乘、除指令，与A配合使用，存放 第二操作数 程序状态字寄存器PSW：8位寄存器，相当于8086的 FLAGS。用于寄存当前指令执行后的状态。 格式： 76543210 CyACF0RS1RS0OVP PSW各位的定义 Cy：高位进位标志位 有进位或借位时，Cy=1；否则，Cy=0 用作位累加器，用“C”表示 AC：辅助进位标志 低4位向高4位有进位或借位时，AC=1；否则，AC=0 常用于BCD码调整 F0：用户标志位 RS1、RS0：选择工作寄存器组位 用于选择内部数据存储器区内4组工作寄存器中的某一组 OV：溢出标志位 P：奇偶校验标志位 根据累加器A中1的个数由硬件置位或清除 奇数个1，P=1；否则，P=0 PSW1：保留位，无定义 三、时钟电路及时序脉冲 时钟电路 作用：产生时序电位和时序脉冲 产生方式： 内部方式，利用片内的振荡器电路 外部方式 1）内部时钟方式 片内振荡器 等效电路 外部谐振电路 晶体或陶瓷谐振器 1.2M12MHZ 补偿电容 30PF或47PF 2）外部时钟方式 XTAL2 悬空 3）CPU的时序 振荡周期 即时钟周期，由晶振主频率决定，为其倒数 机器周期 单片机完成一个基本操作的时间 一个机器周期包括12个振荡周期，分为6个状态， S1S6；每个状态包含两个振荡周期，P1和P2。 因此，80C51的时序可表示为S1P1，S1P2， ，S6P1，S6P2 指令周期 一条指令的执行时间 一般为12个机器周期，乘除指令为4个机器周期 设晶振主频率为12MHZ 振荡周期为1/12s，机器周期为1s， 指令周期为1s、2s、4s 2.4 复位电路 一、复位操作 引脚9 RST/VPD ：复位引脚 复位电路 RST 斯密特 触发器 片内 复位 电阻 两个机器周期 以上高电平 二、复位电路 1、上电复位电路 复位引脚电压曲线 2、开关自动复位电路 2.5 80C51存储器 一、概述 80C51存储器为哈佛结构，即程序存储器与数据存储器 分开编址 4个物理空间：内、外程序存储器，内、外数据存储器 3个逻辑空间： 64KB程序存储器，编址为0000HFFFFH 64KB外部数据存储器，编址为0000FFFFH 256B内部数据存储器，编址为00HFFH 二、存储器结构 1、程序存储器 保留单元，用于特定程序段 0000H0002H：程序的起始，一般存放一条绝对跳转 指令 例：LJMP 0050H 0003H002AH：5个中断服务程序 0003H 外部中断0 000BH 定时器0溢出中断 0013H 外部中断1 001BH 定时器1溢出中断 0023H 串行口中断 2、内部数据存储器 256字节，编址为00HFFH 分为两部分 00H7FH：内部数据RAM 80HFFH：特殊功能寄存器区 80C52 内部RAM为256字节 80H FFH： RAM区和SFR区重合 片内数据存储器地址空间 80C52 片内数据RAM 位寻址区 R7R0 3组 R7R0 2组 R7R0 1组 R7R0 0组 20H 18H 10H 08H 00H 寄 存 器 30H 7FH 80H FFH 特殊 功能 寄存 器 （SFR） 字节寻址 07 120127 片内数据RAM地址空间 片内数据RAM 位寻址区 R7R0 3组 R7R0 2组 R7R0 1组 R7R0 0组 20H 18H 10H 08H 00H 寄 存 器 30H 7FH 2FH 00H 7FH70H 0FH 字节寻址 构成布尔处理器的存储器空间 位地址为 00H7FH（0127） 例：MOV A，40H ； 将字节地址为40H的 8位数据送入累加器A MOV C，40H ； 位地址为40H （字节地址为28H的第0位） 的一位数据送入位累加器C 2）20H2FH 可位寻址RAM区 通过寻址方式与字节存储单元的访问区分 3）30H7FH 内部RAM区 只可字节寻址 80C52 80H FFH 数据RAM 仅可间接寻址 3、特殊功能寄存器区（SFR） 地址范围 80HFFH 21个特殊功能寄存器 占用26个字节，其余单元无定义 80C52：内部RAM与特殊功能寄存器地址重 叠空间，依靠不同寻址方式实现区别访问 RAM：间接寻址 SFR：直接寻址 1）程序计数器PC 用于存放下一条要执行指令的地址 可寻址范围为065535（64K） 2）累加器A（E0H） 可位寻址 3）寄存器B（F0H） 可位寻址 4）程序状态字寄存器PSW（D0H） 可位寻址 5）I/O端口P0P3 P0：80HP1：90H P2：A0HP3：B0H 均可位寻址 6）、堆栈指针SP（81H） 8位专用寄存器，指示堆栈顶部在内部 RAM中的位置，不可位寻址 MCS-51堆栈为向上生长型 如执行 PUSH A 操作 复位后， SP=07H 7）、数据指针DPTR DPH：83H DPL：82H 不可位寻址 特点：既可做16位，也可做两个8 位寄存器使用 例： MOV DPTR，#2000H MOV DPH，#20H MOV DPL，#00H 8）、其它SFR 略，见课本35页 地址能被8整除的SFR，可位寻址 可位寻址的地址单元X 最高有效位用X7表示 最低有效位用X0表示 例： P37 、P30 4、外部数据存储器 最大扩展范围：64KB 编址为：0000HFFFFH 访问指令：MOVX 访问地址： 由DPTR或R0、R1提供 16位数据指针， 寻址范围64K 8位寄存器，提供 低8位地址，高8 位由P2口提供 2.6 布尔（位）处理器 组成 ： 位累加器Cy（PSW7） 位寻址寄存器（SFR可寻址位） 位寻