mcs51系列单片机基本结构与工作原理备课讲稿.ppt

MCS 51系列单片机基本结构与工作原理 概述 MCS 51单片机内部结构 MCS 51单片机外部引脚及功能 I O接口电路 MCS 51的指令系统 MCS 51的扩展应用 概述 单片机 把中央处理器CPU 存储器 输入输出 I O 接口电路以及定时器 计数器等部件制作在一块集成电路芯片中 构成一个完整的微型计算机 单片微型计算机 总线 各个器件共同享用连线 器件的数据线称为数据总线 器件所有的控制线被称为控制总线 用于抵制分配的线称为地址总线 数据 地址 指令 三者的本质都是数字 0和1组成的序列 指令即由单片机芯片的设计者规定的一种数字 地址即是寻找单片机内部 外部的存储单元 输入输出口的依据 数据即由微处理机处理的对象 堆栈 用来存放数据的一个区域 是内部RAM的一部分 先进后出 后进先出 有其特殊的数据传输指令 即PUSH和POP 有一个特殊的服务单元 堆栈指针SP 每执行一次PUSH SP 1 每执行一次POP SP 1 MCS 51单片机内部结构一 MCS 51内部资源及特点1 内部资源MCS 51系列单片机包括8031 8051 8751等很多型号 其代表型号是以8051 以此为例介绍单片机内部结构 8051内包括 适于控制应用的8位CPU 4KB程序存储器 ROM 128B数据存储器 RAM 32根双向并可以按位寻址的I O线1个全双工串行口I O线 2个16位定时计数器器 5各中断源2个优先级的嵌套结构 片内时钟振荡器 二 MCS 51单片机基本结构内部结构简图如图2 1所示 包括 CPU 存储器 ROM RAM I O接口等计算机的基本组成 MCS 51外部引脚及功能 I O接口电路一 外部引脚返回MCS 51共40个引脚 大致可分为四类 其管脚分布如下图所示 1 电源引脚VCC和VSSVCC 40脚 电源端 5VVSS 20脚 接地端 GND 2 时钟电路引脚XTAL1 19脚 外接晶振输入引脚 XTAL2 18脚 外接晶振输出引脚 3 控制线引脚共4根 其中3根为双功能 RST VPD 9脚 复位 备用电源 RST 通过外接复位电路实现上电复位或按键复位 VPD 可外接备用电源 在VCC掉电时向RAM供电 二 专用寄存器组1 程序计数器PC16位计数器 指向程序存储器中被执行的指令所在的地址 本身没有地址 在物理上独立 寻址范围0000 FFFFH的64KB空间 2 数据指针DPTR16位地址指针 可寻址范围0000 FFFFH的64KB空间 可指向程序 数据存储器 3 堆栈指针SP8位地址寄存器 SP用来管理堆栈 它指向内部RAM的一个存储单元 且总是指向栈顶单元 MCS 51的堆栈是内部RAM中的一个部分 符合 先进后出 后进先出 原则 4 累加器ACCACC是一个具有特殊用途的8位寄存器 主要用于存放操作数或运算结果 8051指令系统中多数指令的执行都要通过累加器ACC进行 因此 在CPU中 累加器的使用频率是很高的 也可简写累加器A 5 寄存器BB也是一个8位的寄存器 通常用来和累加器配合 进行乘 除法的运算 对于其它指令 B可作为一个工作寄存器使 6 程序状态字PSWPSW是一个可编程的8位寄存器 用来寄存当前指令执行结果的有关状态 8051有些指令的执行会自动影响PSW的有关位的状态 在编程时要加以注意 同时 PSW中各位的状态也可通过指令设置 PSW各标志位的定义如下 CY PSW 7 进位标志位 累加器A的最高位有进行位 加法 或借位 减法 时 CY 1 否则CY 0 在布尔操作时 它是各种位操作的 累加器 CY亦可简记为C AC PSW 6 辅助进位标志位 当累加器A的D3位向D4位进位或借位标志时 AC 1 否则为0 有时AC也被称为半进位标志 F0 PSW 5 用户通用标志位 可以根据需要用程序将其置位或清零 从而可通过测试FO的状态来控制程序的转向 RS1 PSW 4 寄存器区选择位1 RS0 PSW 3 寄存器区选择位0 RS1 RS0可由指令置位或清零 用来选择8051的工作寄存器区 其选择方法见表2 1 OV PSW 2 溢出标志位 当带符号数运算 加法或减法 结果超出范围 127 127 时 有溢出 OV 1 否则OV 0 PSW 1 用户定义标志位 P PSW 0 奇偶校验位 在每个指令周期由硬件按累加器A中 1 的个数为奇数或偶数而为 1 或 0 因此 P可用指示操作结果 累加器A中 的1的个数的奇偶性 四 MCS 51存储器可分为五类 程序存储器 内部数据存储器 特殊功能存储器 位寻址区 外部扩展的数据存储器和扩展I O口 指令的描述中经常用到一些特殊符号 MCS 51的指令系统 1 寄存器寻址 寄存器寻址是指令中指定寄存器的内容作为操作数的寻址方式 2 直接寻址 直接寻址是指令直接给出操作数所在单元的地址的寻址方式 指令中操作数部分给出直接地址 用direct表示 3 寄存器间接寻址 指令操作数的地址事先存放在某个寄存器中 由该寄存器的内容指定操作数地址的寻址方式 称为寄存器间接寻址 为间接寻址指示符 4 立即数寻址 立即数寻址是由指令直接给出操作数的寻址方式 为立即数的标识符 每一种寻址方式可涉及的存储器空间 1 MOVA 65H 2 MOV R1 65H 3 MOV30H R2 4 MOV60H R1 寄存器寻址立即数寻址 寄存器间接寻址直接寻址 直接寻址寄存器寻址 直接寻址寄存器间接寻址 Example判断下列指令各操作数的寻址方式 表2 2特殊功能寄存器SFR的名称及地址 一 一 单片机扩展的基本概念1 单片机最小系统 使单片机运行的最少器件构成的系统 就是最小系统 无ROM芯片 8031必须扩展ROM 复位 晶振电路有ROM芯片 89C51等 不必扩展ROM 只要有复位 晶振电路2 扩展使用的三总线 地址总线 由外部程序存储器取指 P0 低8位 P2 高8位数据总线 指令输入 P0控制总线 RD WR ALE PSEN 读 写 地址锁存允许 外程序存储器读选通 MCS 51的扩展应用 图2 58051特殊功能寄存器地址分布图 二 存储器的扩展1 随机读写存储器RAM的扩展 数据存储器一般采用RAM芯片 这种存储器在电源关断后 存储的数据将全部丢失 有两大类 动态RAM DRAM 一般容量较大 易受干扰 使用略复杂 例2116 2186静态RAM SRAM 在工业现场常使用SRAM 例 6264 6116 存储器与微型机三总线的连接 1 数据线D0 n连接数据总线DB0 n2 地址线A0 N连接地址总线低位AB0 N 3 片选线CS连接地址总线高位ABN x 4 读写线OE WE R W 连接读写控制线RD WR 2 只读存储器ROM的扩展工作时 ROM中的信息只能读出 要用特殊方式写入 固化信息 失电后可保持信息不丢失 掩膜ROM 不可改写ROM由生产芯片的厂家固化信息 在最后一道工序用掩膜工艺写入信息 用户只可读 PROM 可编程ROM用户可进行一次编程 存储单元电路由熔丝相连 当加入写脉冲 某些存储单元熔丝熔断 信息永久写入 不可再次改写 EPROM 可光擦除PROM用户可以多次编程 编程加写脉冲后 某些存储单元的PN结表面形成浮动栅 阻挡通路 实现信息写入 用紫外线照射可驱散浮动栅 原有信息全部擦除 便可再次改写 EEPROM 可电擦除PROM既可全片擦除也可字节擦除 可在线擦除信息 又能失电保存信息 具备RAM ROM的优点 但写入时间较长 ROM常用芯片如 2864A 2816 2816A 2817 2817A 三 I O接口扩展电路设计1 8255简单I O接口扩展 利用TTL芯片 COMS锁存器 三态门等接口芯片把P0接口扩展 常选用74LS273 74LS373 74LS244等芯片 2 8155可编程