单片机的结构和原理.ppt

第3章单片机的结构和原理,教学目标及要求:1了解单片机的组成及结构2熟悉单片机的存贮器的分布主要内容:180C51单片机的结构2单片机的工作原理380C51的存贮器4输入/输出端口结构5CPU时序及时钟电路、复位电路教学重点和难点：熟悉输入输出端口特点，掌握单片机存贮器地址的分布和应用,3.1MCS-51单片机的结构,MCS-51系列单片机的分类,MCS-51系列单片机配置一览表,3.1.180C51单片机的组成及结构,图3-280C51单片机内部结构图,中央处理器(CPU)2.内部数据存储器（内部RAM）3.内部程序存储器（内部ROM）定时器/计数器并行I/O口串行口时钟电路中断系统,3.1.280C51单片机的引脚定义及功能,控制信号引脚RST、ALE/_PROG、_PSEN、_EA/VppRST：在该引脚输入24个时钟周期宽度以上的高电平将使单片机复位。ALE/_PROG：访问片外RAM时，ALE低8位地址；平时也输出1/6的时钟振荡频率。_PSEN：访问片外程序存储器，作读选通信号.(区别_RD)_EA/Vpp:低电平仅访问片外程序高电平前4K片内,之后为片外,表3-1P3口各位的第二功能,3.380C51的存储器,图3-580C51存储空间分布图,对于8051来说,程序存储器（ROM）的内部地址为0000H0FFFH,共4KB;外部地址为1000HFFFFH,共60KB。当程序计数器由内部0FFFH执行到外部1000H时,会自动跳转。对于8751来说,内部有4KB的EPROM,将它作为内部程序存储器;8031内部无程序存储器,必须外接程序存储器。8031最多可外扩64KB程序存储器。,3.3.1程序存储器,在程序存储器中,以下6个单元具有特殊功能:0000H:80C51复位的入口地址0003H:外中断0入口000BH:定时器0溢出中断入口0013H:外中断1入口001BH:定时器1溢出中断入口0023H:串行口中断0入口(LJMP),MCS-51单片机片内RAM为256字节,地址范围为00HFFH,分为两大部分:低128字节（00H7FH）为真正的RAM区;高128字节（80HFFH）为特殊功能寄存器区SFR。在低128字节RAM中,00H1FH共32单元是4个通用工作寄存器区。每一个区有8个通用寄存器R0R7。,3.3.1数据存储器,表3-2工作寄存器地址表,参考P241指令表Rn,表3-3RAM位寻址区地址表,表2.6SFR特殊功能寄存器地址表,表3-480C51特殊功能寄存器(FSR)地址表,表3-480C51特殊功能寄存器(FSR)地址表,外部数据存储器外部数据存储器最大可扩展到64KBRAM,地址是0000H0FFFFH。CPU通过MOVX指令访问外部数据存储器,用间接寻址方式,R0、R1和DPTR都可作间接寄存器。注意:外部RAM和扩展的I/O接口是统一编址的,所有的外扩I/O口都要占用64KB中的地址单元。,1、程序状态字PSW（ProgrameStateWord）2、累加器ACC（Accumulator）简称A如：ADDA，#12H,D7D6D5D4D3D2D1D0,3、数据指针寄存器DPTR数据指针DPTR是一个16位的专用寄存器高位字节寄存器用DPH表示低位字节寄存器用DPL表示既可作为一个16位寄存器DPTR来处理,也可作为两个独立的8位寄存器DPH和DPL来处理。DPTR主要用来存放16位地址,当对64KB外部数据存储器空间寻址时,作为间址寄存器用。在访问程序存储器时,用作基址寄存器。,4、B寄存器在乘法、除法运算中用B寄存器暂存数据如：MULAB;A*B-BADIVAB;A/B的商-A,余数-B注意:AB不能写为A,B即MULA,B错,5.堆栈指针SP（StackPointer）“先进后出”主要用于:子程序调用及返回和中断处理断点的保护及返回80C51系统复位后,SP初始化为07H。,3.4输入/输出端口结构,图3-8P0口某位结构,1.P0口,3.4.1P0口,P0口作一般I/O口,需外接上拉电阻510KP0口作低8位地址线和双向数据总线读引脚:先写1,再读MOVP1,#0FFHMOVA,P1读端口:读锁存器Q端的状态ANLP0,A读改-写,3.4.2P1口P1口为准双向口,图39P1口某位结构,3.4.3P2口P2口是8位准双向I/O口扩展系统的高8位地址总线,与P0口一起组成16位地址总线。,图310P2口某位结构,3.4.4P3口通用准双向I/O接口还具有第2功能,图311P3口某位结构,3.5CPU时序及时钟电路,1.CPU时序有关概念（1）时钟周期(P):也称振荡周期,是指为单片机提供时钟脉冲信号振荡源的周期,即晶振频率的倒数。（2）机器周期:一个机器周期包含6个状态周期S1S6,也就是12个时钟周期。在一个机器周期内,CPU可以完成一个独立的操作。（4）指令周期:它是指CPU完成一条操作所需的全部时间.每条指令执行时间都是有一个或几个机器周期组成.有单周期指令、双周期指令和四周期指令。,3.5.280C51的指令时序(图3-13),执行一条指令的时间和所占的ROM空间1、INCA单字节单周期2、ADDA，#data双字节单周期3、INCDPTR单字节双周期4、MOVXA，DPTR双字节双周期考虑延时和空间的节约问题见P2416MHz(2us)12MHz(1us),3.5.3震荡器和时钟电路,1.时钟电路,图3-14单片机时钟电路（a）内部时钟电路；（b）外部振荡源,3.6复位电路,图3-18单片机复