单片机基础(第3版)——第2章ppt课件

.,单片机基础（第3版）,李广弟等编著北京航空航天大学出版社2007年6月,.,第2章80C51单片机的硬件结构,2.1单片机的概念2.280C51单片机的逻辑结构及信号引脚2.380C51单片机的内部存储器2.480C51单片机的并行I/O口2.580C51单片机的时钟与定时2.680C51单片机的系统复位2.7单片机低功耗工作模式,.,2.1单片机的概念,单片微型计算机SCMC(SingleChipMicro-Computer)，是计算机、自动控制和大规模集成电路相结合的产物。还有其他的称呼，如：微控制器（MCU），嵌入式微控制器（EMCU），嵌入式微处理器（EMP）等。目前使用最多的仍是8位单片机。在8位单片机中80c51的使用更为广泛。本教材也是以80c51为基础。,.,2.280C51单片机的逻辑结构及信号引脚,2.2.180C51单片机的内部逻辑结构1.中央处理器CPU（1）运算电路（2）控制电路2.内部数据存储器3.内部程序存储器4.定时器/计数器5.并行I/O口6.串行口7.中断控制电路8.时钟电路9.位处理器10.内部总线,.,80C51芯片逻辑结构图,.,2.2.280C51单片机的封装与信号引脚1.芯片封装形式,.,2.芯片引脚介绍输入/输出口线:P0.0P0.7,P1.0P1.7,P2.0P2.7,P3.0P3.7.地址锁存信号控制：ALE外部程序存储器读写信号：/PSEN访问程序存储器控制信号：/EA复位信号：RST外接晶体引线端：XTAL1和XTAL2地线：VSS+5V电源：VCC3.芯片引脚的第二功能（1）80C51的引脚复用P3口的8条口线都定义有第二功能。有的芯片还有与编程相关的第二功能。（2）引脚复用不会引起混乱第一功能与第二功能是不同工作方式下的信号，不会发生使用上的矛盾。,.,2.380C51单片机的内部存储器单片机的内部存储器包括数据存储器和程序存储器。80C51的数据存储区共有256个单元，按功能又划分为:低128单元区和高128单元区。,.,2.3.1内部数据存储器低128单元区,1.寄存器区内部RAM的前32个单元作为通用寄存器使用，地址为00H1FH。分为4组，组号依次为0、1、2、3。每组有8个寄存器：R7R0。任一时刻，cpu只能使用其中的一组寄存器，称为当前寄存器组，又程序状态字寄存器PSW中的RS1，RS0位的组合来决定。2.位寻址区内部RAM的20H2FH单元。既可作为一般RAM单元使用进行字节操作，也可对单元中的每一位进行位操作。这16个RAM单元总计有128个可直接寻址位，位地址为00H-7FH。3.用户RAM区剩余的80个单元为供用户使用的一般RAM区，单元地址为30H7FH。在一般应用中常把堆栈开辟在此区。,.,2.3.2内部数据存储器高128单元区,1.专用寄存器简介（1）累加器A（或ACC-ACCumulator）累加器是最常用的专用寄存器（2）B寄存器（Bregister）在乘除指令中用到B寄存器乘MULAB；A与B相乘，高字节放在B中，低字节放在A中。除DIVAB；A除以B，商放在A中，余数放在B中。其他指令中，B同一般的RAM。,.,（3）程序状态字（PSW-ProgramStatusWord）是8位寄存器，它包含了程序状态信息。CY：进位标志。在执行某些算术和逻辑运算时，可被硬件或软件置位或清除。AC：辅助进位标志。当低4位数向高4位数进位或借位时，AC将被硬件置1，否则就被清除。RS0，RS1：用软件置位或清除来确定工作寄存器区。（0，0）区0（00H07H）（0，1）区1（08H0FH）（1，0）区2（10H17H）（1，1）区3（18H1FH）OV：溢出标志。执行算术运算时，由硬件置位或清除。加减法时OV=C6异或C7乘除也会影响OV，积大于255或除数为0，OV置位否则清零。P：奇偶标志。每个指令周期都由硬件来置位或清零。A中值为1的位数为奇数，则P置位，否则清零。,.,（4）数据指针DPTRDPTR数据指针:是一个16位专用寄存器，高8位为DPH，低8位为DPL。可作16位来处理，也可分别作8位来处理。2.专用寄存器的单元寻址80C51中有21个专用寄存器：A，B，PSW，SP，DPL，DPH，IE，IP，P0，P1，P2，P3，PCON，SCON，SBUF，TCON，TMOD，TL0，TL1，TH0，TH1。3.专用寄存器的位寻址这些专用寄存器，有11个寄存器是可以位寻址的。包括：B，A，PSW，IP，P3，IE，P2，SCON，P1，TCON，P0。4.程序计数器PC（ProgramCounter）PC寄存器在物理上是独立的，不属于内部数据专用寄存器区。,.,2.3.3堆栈操作,1.堆栈的功用堆栈主要是为子程序调用和中断操作而设立的，对应有两项功能：保护断点和保护现场。2.堆栈的开辟只能开辟在芯片的内部数据存储中。3.堆栈指针堆栈的两种操作：进栈和出栈。都是对栈顶单元进行的。堆栈指针SP用来指示栈顶。SP的内容就是堆栈栈顶的存储单元地址。,.,4.堆栈类型两种不同类型的堆栈结构两种类型：向上生长型和向下生长型。80c51使用向上生长型堆栈，操作规则如下：进栈操作：先SP加1，后写入数据。出栈操作：先读出数据v，后SP减1。,.,5.堆栈使用方式两种：自动方式和指令方式。自动方式：在调用子程序或中断时，返回地址自动进栈。程序返回时，断点再自动弹回PC。指令方式：使用专用的堆栈操作指令，进行进出栈操作。进栈指令为PUSH，出栈指令为POP。,.,2.3.4内部程序存储器,功能：用于存放编好的程序和表格常数。如何工作：程序计数器（PC），也叫PC指针，是取指地址。上电复位后内容为0000H，即从0000H地址的指令顺序执行，最大为FFFFH，所以程序空间为64K。64K空间分为片内ROM和片外ROM，但统一编址。,.,在64K的程序存储器中，有5个特殊的单元，存放5种中断源的中断入口：外部中断00003H定时器0溢出000BH外部中断10013H定时器1溢出001BH串行口0023H,.,2.480C51单片机的并行I/O口80C51共有4个8位的并行双向I/O口：P0，P1，P2，P3。可以按字节寻址外，还可以按位寻址。,.,2.4.1P0口逻辑结构P0口地址为80H，位地址为80H-87H。既可做一般I/O口，又可作地址/数据总线，某一位的内部结构如下图,.,2.4.2P1口逻辑结构P1口地址为90H，位地址为90H-97H。只能作为通用数据I/O口使用，电路逻辑如下图：,.,2.4.3P2口逻辑结构P2口地址为A0H，位地址为A0H-A7H。既可做通用I/O口，又可作系统高位地址线，某一位的内部结构如下图,.,2.4.4P3口逻辑结构P3口地址为B0H，位地址为B0H-B7H。虽然可做通用I/O口，但在实际应用中，它的第二功能信号更为重要，某一位的内部结构如下图,.,2.580C51单片机的时钟与定时,单片机本身是一个复杂的同步时序系统，为保证同步工作方式的实现，单片机必须有时钟信号，以使其系统在时钟信号的控制下按时序协调工作。,.,2.5.1时钟电路,1.振荡电路石英晶体作为感性元件，与电容构成振荡回路，为片内放大器提供正反馈和振荡所需的相移条件，从而构成一个稳定的自激振荡器，如下图。,.,2.分频电路振荡电路产生的振荡信号并不直接为单片机所用，而要进行分频，以得到单片机各种相关的时钟信号。,.,3.晶振频率1.233MHz.4.从外部引入脉冲信号驱动时钟电路除了由振荡电路产生高频振荡信号外，还可从外部脉冲源直接引入。,.,2.5.2定时单位,1.拍节与状态即振荡周期，时钟脉冲频率的倒数，定义为拍节（P）。时钟信号的周期定义为状态（S）。1S=2P2.机器周期规定一个机器周期的宽度为6个状态，S1S6。3.指令周期执行一条指令所需要的时间，可包含1个、2个或4个机器周期。,.,2.680C51单片机的系统复位,复位是单片机的硬件初始化操作。复位后，单片机才能开始正常工作。2.6.1复位方式与初始化状态1.复位方式（1）加电复位：通过专用的复位电路产生复位信号。（2）手动复位：在实际应用中，总是把加电复位和手动复位结合在一起，形成一个综合的复位电路。,.,2.初始化状态复位后的片内状态为,PC0000HACC00HB00HPSW00HSP07HDPTR0000HP0P30FFHIPxxx00000B完成复位操作需24个状态周期,IE0 x000000BTMOD00HTCON00HTH0,TL0,TH1,TL100HSCON00HSBUF不定PCON0 xxxxxxxB,.,2.6.2复位电路,1.复位电路概述使用过的复位电路：积分电路型、微分电路型、比较型和看门狗型。常用前两种。（1）积分电路型用于产生低电平复位信号，见下图。,.,（2）微分电路型用于产生高电平复位信号，见下图。,.,2.80C51基本复位电路,.,3.80C51芯片内复位电路,.,2.7单片机低功耗工作模式,2.7.1单片机低功耗的意义从便携等方面考虑从芯片排列方面考虑从可靠性方面考虑从发展趋势方面考虑,.,2.7.2两种低功耗工作模式,1.待机模式（IdleMode）：一条把IDL置1的指令执行后，单片机进入待机工作状态。（1）待机模式概述提供给CPU的内部时钟信号被切断，但时钟信号仍提供给中断逻辑，定时器和串行口。CPU的全部状态在待机期间都保留起来，包括：堆栈指针SP、程序计数器PC、程序状态字PSW、累加器ACC以及所有的工作寄存器。可以通过被允许的中断或复位来终止待机方式。中断结束待机，IDL自动被硬件清除；复位信号使RST保持两个机器周期，“复位”也自动清除IDL,.,（2）待机模式的控制两种节电运行方式（待机方式和掉电方式），由PCON的有关位来控制。SMOD波特率倍增位，1时，串口1，2，3方式，波特率加倍。GF1，GF0通用标志位。PD掉电方式位，1时，触发掉电工作方式。IDL待机方式位，1时，触发待机方式。PD和IDL同为1时