第2章 MCS-51单片机的结构和原理1.ppt

1 第2章MCS 51单片机的结构和原理 2 本章内容 2 1MCS 51单片机的基本结构2 2中央处理器CPU2 3MCS 51单片机外部特性2 4MCS 51单片机时序2 5MCS 51单片机存储器分类及配置2 6布尔处理器2 7并行I O口2 8复位及复位电路作业 3 本章重点 掌握8051中有4个并口 1个串口 2个定时器 5个中断源4个并行接口用法 总线的形成PSW中常用状态位的含义累加器ACC DPTR和SP存储器 RAM ROM 的结构复位电路的连接方法 4 回顾同学们设计过的几个电路 3人抢答器如果将3人抢答器改造成表决器有难度吗 有没有简易灵活的方法 5 一个典型的单片机最小系统 6 8个按键 8个LED构成的小系统 7 2 1MCS 51单片机的基本结构 表2 1MCS 51单片机存储器容量 MCS 51单片机的基本组成 图2 1MCS 51单片机基本结构示意图 P3还可以提供 WR和 RD 10 参阅8051datasheet 图2 280C51内部结构图 11 MCS 51单片机内部模块 1 一个8位微处理器CPU 2 数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR 3 内部程序存储器ROM 4 两个定时 计数器 用以对外部事件进行计数 也可用作定时器 5 四个8位可编程的I O 输入 输出 并行端口 每个端口既可做输入 也可做输出 6 一个串行端口 用于数据的串行通信 7 中断控制系统 8 内部时钟电路 12 2 2中央处理器CPU 2 2 1 运算器2 2 2 控制器 13 2 2 1运算器 功能 运算部件构成 1 算术逻辑单元 ALU 2 累加器 ACC 8位 2 寄存器B 8位 用于乘除法 4 程序状态字 PSW 8位 有进位位Cy等 5 布尔处理器1位它以进位标志 CY 作为累加位进行位操作 14 CY PSW 7 进位标志位AC PSW 6 辅助进位 或称半进位 标志F0 PSW 5 用户标志位RS1和RS0 PSW 4 PSW 3 工作寄存器组选择位OV PSW 2 溢出标志位P PSW 0 奇偶标志位 偶校验 程序状态字PSW各位标志的含义 PSW 7PSW 6PSW 5PSW 4PSW 3PSW 2PSW 1PSW 0 15 R1 R0切换工作寄存器组 16 2 2 2控制器 程序计数器 PC 16位计数器 完全由CPU根据指令自动控制 PC可通过转移 调用 返回等指令改变其内容 以实现程序的转移 DPTR 外部RAM指针寄存器 16位 如MOVXA DPTRSP 堆栈指针 8位 指向片内128字节RAM区 复位后值为0 x7 8051堆栈为递增满堆栈 17 2 3MCS 51单片机外部特性 19 MCS 51单片机芯片引脚描述 图2 7为MCS 51单片机的引脚配置图 1 主电源引脚VCC和GND 2 外接晶振引脚XTAL1和XTAL 2 控制或其他电源复用引脚RST ALE EA 和PSEN 等 4 输入 输出引脚P0 P1 P2 P3 共32根 MCS 51单片机的片外总线结构 21 2 4MCS 51单片机时序 22 2 4 1时钟电路 图2 1常用振荡电路 单片机时钟电路 振荡电路 MCS 51单片机引脚XTAL1和XTAL与晶体振荡器连接 就构成了内部自激振荡器并产生振荡时钟脉冲 如下图所示 23 P1 P2 S1 P2 振荡周期 机器周期 机器周期 指令周期 1 4机器周期 XTAL2 OSC S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2 S4 S5 S3 S6 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P2 P2 P2 P2 P2 P2 P2 P2 P2 P2 图2 2MCS 51单片机各种周期的相互关系 2 4 2CPU工作时序 24 1 振荡周期 为单片机提供时钟信号的振荡源的周期 2 机器周期 通常将完成一个基本操作所需的时间称为机器周期 由12个振荡周期组成 2 指令周期 是指CPU执行一条指令所需要的时间 一个指令周期通常含有1 4个机器周期 25 若MCS 51单片机外接晶振为12MHz时 则单片机的四个周期的具体值为 振荡周期 1 12MHz 1 12 s 0 0833 s机器周期 1 s指令周期 1 4 s 26 MCS 51单片机指令的取指和执行时序 图2 3MCS 51单片机典型指令的取指和执行时序 27 2 5MCS 51单片机存储器分类及配置 28 2 5 1程序存储器 程序存储器的结构如图2 4 c 所示 包括片内和片外程序存储器两个部分 最大空间为64KB 29 2 5 2片内数据存储器 片内数据存储器结构如图2 4 a 所示 主要用于保存字节变量 位变量 30 2 5 3片外数据存储器 外部数据存储器又称外部RAM 可通过总线端口扩展外部数据RAM 其最大容量可达64K字节 其结构如图2 4 b 所示 用于保存字节变量 注意 外设与片外RAM统一编址 必须合理地进行外部RAM和I O端口的地址分配 并保证译码的唯一性 外部ROM 内部ROM EA 1 外部ROM EA 0 0000H 0000H 0FFFH 0FFFH 1000H FFFFH 外部RAM I O口地址 0000H FFFFH 内部数据存储器 a 外部数据存储器 b 程序存储器 c 图2 4MCS 51单片机存储器结构 表2 1内部数据存储器中的位地址 表2 2特殊功能寄存器地址及功能表 34 2 6布尔处理器 2 6 1布尔处理器内含1位二进制数处理器2 6 2布尔处理器资源累加器Cy20H 2FHRAM单元SFR中的可寻址位 35 2 7并行I O口 4个并行口P0 P1 P2 P3 36 2 7 1输入 输出端口 P0 P3带载能力P0口为三态双向口 作为输入时 先向P0写0 xFF 可驱动8个TTL电路 P1 P2 P3口为准双向口 作为输入时 先向P1 3写0 xFF 其负载能力为4个TTL电路 P0 P3特殊用法P0 P2可作为数据和地址总线 P3口具有第二功能 表2 3P3口的第二功能表 P2 2 P2 3 P2 7 P2 6 P3口第二功能 38 2 8复位及复位电路 1 复位电路高电平复位 复位电路需维持两个机器周期时间 常见复位电路如图2 14所示 2 单片机复位后的状态单片机21个SFR 特殊功能寄存器 复位后的状态为确定值 如表2 6所示 图2 14手动按键电平复位电路 表2 4单片机复位后特殊功能寄存器的状态 4