单片机原理及应用PPT电子教案-第二章 MCS-51的硬件结构.ppt

2019/2/5,email:,1,单片机原理及应用,主讲：覃业梅 中南林业科技大学涉外学院,第二章 mcs-51的硬件结构,2019/2/5,2,mcs-51单片机的基本组成,结构框图如下图所示，可以看出，在一块芯片上集成了一个微型计算机的主要部件，它包括以下几部分： 1个8位微处理器(cpu)。 1个时钟电路。 4kb程序存储器。 256b数据存储器。 2个16位定时/计数器。 64kb扩展总线控制电路。 4个8位并行i/o接口p0p3。 1个全双工串行i/o接口。 5个中断源，其中包括2个优先级嵌套中断。,2019/2/5,3,mcs-51单片机的硬件结构,cpu,2019/2/5,4,2019/2/5,5,单片机实验仿真系统,2019/2/5,6,mcs-51的引脚,p1.0 p1.7,p3.0 p3.7,p0.0 p0.7,p2.7 p2.0,rst,gnd,vcc,xtal2,xtal1,ea,ale,psen,p3的第二功能,ea=1时 片内,输出fosc/6 访问外部时锁存,psen 时 选通外部存储器,2019/2/5,7,cpu,2019/2/5,8,cpu运算器,算术逻辑运算alu 累加器a psw是一个8位的特殊功能寄存器，它用于存放程序运行的状态信息。,2019/2/5,9,2019/2/5,10,cpu控制器,程序计数器pc是一个16位的计数器，它存放的内容是下一条要执行的指令的地址。它的寻址范围为64k（即0000hffffh）。 指令寄存器ir和指令译码器id ir存放指令操作码,pc只是cpu内部的一个跟踪指令地址的电路，所以pc是没有地址的，即不能对pc进行寻址。,2019/2/5,11,时钟电路与时序,2019/2/5,12,（1）时钟周期 振荡频率 （2）机器周期 完成一个基本操作所需要的时间。 mcs-51每12个时钟周期为一个机器周期。 一个机器周期由6个状态，即s1s6，每个状态分2拍：p1、p2。 （3）指令周期 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。,2019/2/5,13,cpu时序,思考计算,当振荡频率为12m时，一个机器周期是多少时间？,因为：频率1周期，周期1频率 所以：振荡周期112（微秒） 又，1个机器周期是12个振荡周期， 所以，1个机器周期112121（微秒）。,当振荡频率为6m时，一个机器周期是多少时间？,2019/2/5,14,2019/2/5,15,s1 p1 p2,s2 p1 p2,s3 p1 p2,s4 p1 p2,s5 p1 p2,s6 p1 p2,s1 p1 p2,ale,振荡器,ale每有效1次，对应1次读指令的操作,2019/2/5,16,2019/2/5,17,复位操作与复位电路,rst引脚加大于2个机器周期的高电平 单片机复位后的工作状态,2-6,2019/2/5,18,程器序计数,累加器,寄存器b,程序状态字,堆栈指针,数据指针,数据锁存器,中断优先控制寄存器,中断允许控制寄存器,2019/2/5,19,定时器方式选择寄存器,定时器控制寄存器,定时器0低8位,定时器0高8位,定时器1低8位,定时器1高8位,串行口控制寄存器,串行口数据缓冲寄存器,波特率选择寄存器,2019/2/5,20,复位电路,2019/2/5,21,存储器,1 程序存储器 程序存储器rom用来存放程序、常数或表格等。 在8051中，片内外rom统一编址,其存储空间分布如下： 片内有4kb的rom存储单元，地址为0000h0fffh。 片外最多可扩至64kb的rom，地址为0000hffffh。 /ea=1时读片内，/ea=0时读片外。 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。 某些单元被固定用于各中断源的入口地址。,/int0 0003h t0 000bh /int1 0013h t1 001bh 串口 0023h,2019/2/5,22,2 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ram）、外部数据存储器（即片外ram）和特殊功能寄存器（sfr）。,2019/2/5,23,2-5,a、内部数据存储器,由psw的rs0、rs1决定,16个单元128个位,2019/2/5,24,b、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。 堆栈及堆栈指针sp （1）堆栈的概念 堆栈遵循“先进后出”的原则 堆栈就是在数据存储器中开辟一块区域（堆栈区），这块开辟的区域中一端是固定的，一端是活动的，数据进入堆栈区时只能从活动的一端进入，并且从活动的一端出来。我们把堆栈区活动端叫做栈顶，固定端叫栈底。,注意：p0-p3寄存器是接口p0-p3的锁存器,堆栈有保护断电及现场的作用,2019/2/5,25,（2）堆栈指针sp sp是一个8位的特殊功能寄存器，它里面存放的是栈顶的地址。 将一个字节压入堆栈成为进栈，进栈前sp自动加1，使堆栈指针指向当前的栈顶位置，而进栈的字节就存放在栈顶的位置。 将一个字节从栈顶弹出称为出栈，出栈后sp自动减1。 c、位寻址空间 内ram中的20h2fh单元中128个位 sfr中可位寻址的有11个的88个位 见表2-3、2-4 d、外部数据存储器 外部数据存储器最多可扩至64kb。,2019/2/5,26,2019/2/5,27,存储器结构,2019/2/5,28,物理上分为两大区域： 00h-7fh即低128单元内ram;80h-ffh即sfr区。,2019/2/5,29,并行i/o端口,p0并行数据输入/出；数据总线，低