STC89C51系列单片机的结构和原理资料全

第二章STC89C51系列单片机的结构和原理，2.2单片机内部结构，2.3单片机主要部件，2.1单片机如何控制自来水灯，2.4单片机复位电路，2.5单片机最小系统，2.1单片机如何控制自来水灯，任务：用单片机控制发光管按一定顺序发光，1。使用Proteus7连接电路图，2。使用keilc软件编写程序，# INCLUDE # INCLUDEUSIGNTEMP 1；void delay(unsigned nettmp)/延迟程序 while(-temp)；，void main() P2=0XFF；/ledisofwhile(1) P2=0XFE；temp1=35000延迟(temp 1)；P2=0XFD；temp1=35000延迟(temp 1)；P2=0XFB；temp1=35000延迟(temp 1)；P2=0XF 7；temp1=35000延迟(temp 1)；P2=0XEF；temp1=35000延迟(temp 1)；P2=0XDF；temp1=35000延迟(temp 1)；P2=0XBF；temp1=35000延迟(temp 1)；P2=0X7F；temp1=35000延迟(temp 1)；3.使用keilc软件将C语言转换成十六进制文件，4。在Proteus7软件中添加十六进制文件来模拟和思考：如何使用单片机？2.2STC89C51系列单片机内部结构，51系列单片机结构框图，1。电源引脚VSS(20引脚):接地，0V参考点。VCC(引脚40):电源，提供掉电、空闲和正常操作2。外部晶体引脚XTAL1(19引脚19):连接到外部晶体的一端、振荡反向放大器的输入端和内部时钟电路的输入端。XTAL 2(引脚18):连接到外部晶体的另一端和振荡反向放大器的输出端。3。与其他电源引脚复用或与其他电源引脚复用的控制信号或控制信号有RST/VPD、和其他四种形式。RST(引脚9):复位端子。当晶振工作时，只要该引脚上有2个机器周期高电平，就可以复位，内部扩散电阻连接至Vss，并且只需将一个外部电容连接至Vcc即可实现上电复位。ALE(30英尺):启用数据锁存。当访问外部存储器时，输出脉冲锁存地址的低位字节。在正常情况下，ALE输出信号在1/6振荡频率下保持不变。它也可以用作外部时钟或定时。请注意，每次访问外部数据时，都会忽略一个ALE脉冲。PSEN(引脚29):启用程序存储。读取外部程序存储。当从外部读取程序时，PSEN在每个机器周期被激活两次，当访问外部数据存储器时无效，当访问内部程序存储器时无效。Ea/VPP(引脚31):外部地址使能/编程电压。当访问整个外部程序存储器时，外部环境必须设置为低电平。如果EA为高，将执行内部程序。当在RST被释放后，电子分析引脚值被锁存时，任何时序变化都将无效。该引脚用于在编程FLASH时输入编程电压(Vpp)。输入/输出引脚，端口P0 (P0.0-P0.7，引脚32-39):双向8位三态输入/输出端口。它可以写入1来挂起其状态，并用作高电阻输入。当访问外部程序存储器时，P0端口也可以用作地址的低位字节，当访问外部数据存储器时，P0端口也可以用作数据总线。此时，1是通过内部强上拉转移的。P1端口(1.0-1.7英尺1-8英尺):它是一个双向输入/输出端口，具有内部上拉功能。当向P1端口写入1时，P1端口被内部拉高到一个高电平，并且可以用作输入端口；当用作输入引脚时，由于内部上拉，被外部下拉的P1端口将输出电流。P2端口(P2.0-P2.7，脚21-28):它是一个双向输入/输出端口，具有内部上拉功能。当向P2端口写入1时，P2端口被内部拉高到一个高电平，并可用作输入端口。当用作输入引脚时，由于内部上拉，被外部下拉的P2端口将输出电流。当访问外部程序存储器和外部数据时，它们分别用作地址高位字节和16位地址。此时，1是通过内部强上拉转移的。当使用8位寻址模式访问外部数据存储器时，P2端口发送P2特殊功能寄存器的内容。端口P3(3.0-3.7，英尺10-17):这是一个带有内部上拉的双向输入/输出端口。当向P3端口写入1时，P3端口被内部拉高到一个高电平，并可用作输入端口。当用作输入引脚时，由于内部上拉，被外部下拉的P3端口将输出电流。P3腿有第二个功能。表2-2介绍了P3的第二个功能。2.3STC89C51系列单片机的主要部件是中央2.3.1算术单元对操作数执行算术、逻辑和位运算。它主要包括运算器、累加器A、位处理器、PSW和两个寄存器。1.算术逻辑运算单元ALU可以对8位变量执行逻辑运算(与、或、异或、循环、补码和清零)，以及算术运算(加、减、乘和除)。12、ALU还具有位操作功能，对位变量进行位处理，如设置“1”、清零“0”、补码、测试传输和逻辑“与”和“或”。2.累加器A使用寄存器最频繁，可以写成Acc。“a”和“Acc”的功能如下：(1)ALU单元的输入数据源之一也是ALU运算结果存储单元。(2)数据传输主要通过累加器A，相当于数据传输站。13、13和a的进位标志Cy是特殊的，因为它也是位处理器的位累加器。3.程序状态字寄存器PSWPSW(ProgramStatusWidth)位于片内特殊功能寄存器区，字节地址为D0H。它包含程序运行状态的信息，其中4位存储当前指令执行后的状态，供程序查询和判断。格式如图2-3所示。图2-3 psw的格式，14，PSW中每个位的函数：(1)Cy(PSW.7)进位标志位可以写成c。如果在算术和逻辑运算中有进位/借位，Cy=1；否则，cy=0。在位处理器中，它是一个位累加器。(2)在BCD编码操作期间，Ac(PSW.6)辅助进位标志位用于十进制调整。也就是说，当D3位产生D4位的进位或借用位时，交流=1；否则，ac=0。(3)F0(PSW.5)由用户设置并由用户使用的状态标志位，可设置为1或由控制程序流向的指令清除。用户应该充分利用它。(4) RS1，RS0(PSW.4，PSW.3)选择片内随机存取存储器区域中四个工作寄存器区域之一作为当前工作寄存器区域。(5)OV(PSW.2)溢出标志位当执行算术指令时，它用于指示操作结果中是否发生溢出。如果结果溢出，OV=1；否则，OV=0。(6)执行PSW.1位保留位(7)P(PSW.0)奇偶校验标志位指令，累加器A中的数字“1”为奇数或偶数。16，p=1，这意味着a中的数字“1”是奇数。P=0，表示A中的数字“1”是偶数。该标志位对于串行通信具有重要意义。奇偶校验通常用于检查数据串行传输的可靠性。控制器的任务是识别指令，并根据指令的性质控制单片机的功能部件，以保证单片机各部分自动协调工作。控制器包括：程序计数器、指令寄存器、指令译码器、定时和控制逻辑电路等。功能是控制指令的读取、解码和执行，从而控制每个功能组件的时序和逻辑。程序计数器电脑是一个独立的16位计数器，不可访问。当单片机复位时，PC机中的内容为0000小时，从程序存储器的0000小时单元中取出指令开始执行程序。PC机的工作过程如下：当CPU读取指令时，PC机的内容作为指令的地址，程序存储器根据这个地址输出指令字节，PC机自动加1。电脑中的内容变化轨迹决定了程序的流程。当程序按顺序执行时，会自动添加一个；当传输程序或子程序被执行或子程序调用被中断时，其内容会自动更改为要传输的目的地址。PC机的计数宽度决定了程序存储器的地址范围。个人计算机是16位的，所以可以寻址64KB(=216B)。程序存储器(闪存，下载到4KB)，2.3，存储器，1。根据预先编程的程序命令序列，逐个执行对计算机的寻址和访问。程序存储器用于存储这些已编程的程序和表常数，由只读存储器或可编程只读存储器组成。为了有序地工作，计算机设置了一个特殊的寄存器程序计数器，用来存储要执行的指令的地址。在指令的每个字节被取出后，其内容自动增加1，指向下一个字节的地址，这样计算机可以依次从程序存储器中取出指令来执行它们并完成某些程序操作。由于MCS-51单片机的程序计数器是16位，可寻址地址空间是64KB。表1MCS-51单片机复位和中断入口地址和数据存储器1。寻址和访问MCS-51单片机片上和片外数据存储器是两个独立的地址空间，应该分别寻址。片内数据存储器除了随机存取存储器块之外，还有一个特殊的功能寄存器块。对于子系列51，前者有128字节，其寻址是00H 7FH；后者有128字节，其寻址是80H FFH；两者是连续的，不重叠。因为用于访问它们的指令不同，所以不会有混淆。片外数据存储通常是16位寻址的。2。内部数据存储器MCS-51有256字节的片内RAM，地址范围00HFFH，分为两部分：低128字节(00H7FH)作为实际RAM区；高128字节(80HFFH)是特殊功能寄存器区SFR。在低128字节的随机存取存储器中，从00h到1fh总共有32个单元是4个通用工作寄存器区。每个区域有8个通用寄存器R0至R7。低128字节(00H7FH)，其中只有20H7FH可供实际用户使用，总计96字节；因此，通常有必要扩展片外存储器。其中20H2FH是位寻址(强调)，因此可以设置位变量。sbitp20=p20；sbitp21=p21；Ifp20=1thenp21=0，表2寄存器和随机存取存储器地址对照表，表3SFR特殊功能寄存器地址表、28，表4SFR中的位地址分布，特殊功能寄存器(SFR)，特殊功能寄存器(SFR)也称为特殊寄存器，专门用于控制和管理片内算术逻辑元件、并行输入输出端口、串行端口、定时/计数器、中断系统等功能模块的工作。用户可以在编程期间为它们设置值，但不能将其用于其他目的。SFR离散地分布在片上随机存取存储器的80HFFH地址空间中，并用片上数据存储器统一寻址。51个子系列有18个特殊功能寄存器，其中3个是双字节(DPTR、T0、T1)，共21个字节；其中11个是可寻址的(只有83位有效)。对于每一位可寻址的SFR，字节地址的最后一位只能是0H或8h。52个子系列有21个特殊寄存器，其中5个是双字节，总共占26个字节。注：(1)21字节可寻址特殊寄存器不连续地分布在内部随机存取存储器的128个单元中，总共83个可寻址位。虽然还有许多备用设备，但用户不能使用它们。(2)在22个特殊寄存器中，只有一台计算机不可寻址。个人电脑不占用内存单元；它在物理上是独立的(在控制器中),因此是一个无地址寄存器。(3)特殊寄存器只能使用直接寻址。寄存器符号和寄存器单元地址可用于写入。(因为寄存器名和地址单元的地址已经一一对应)，位地址空间，211个地址位地址，其中：00H7FH 128位在片内随机存取存储器字节地址20H2FH单元中。其余83个可寻址位分布在特殊功能寄存器SFR中。有11个特殊寄存器可以进行位寻址，总共有88位地址，5位未使用，其余83位地址离散分布在片内数据存储区的80HFFH字节地址范围内，最低位地址等于其字节地址，字节地址的最后一位为0H或8H.AT89C51的片内随机存储器的可寻址位及其位地址、SFR中的位地址分布以及P1-P3端口驱动发光二极管。例如，单片机的并行端口P1-P3被用来直接驱动发光二极管。电路如下图所示。因为P1到P3内部有大约30k的上拉电阻。如果输出为高电平，从P1、P2和P3端口输出的强制电流会损坏单片机的端口。如果端口引脚处于低电平，允许电流从微控制器外部流入内部，流经的电流将大大增加。因此，当P1港至P3港驱动发光二极管时，应采用低电平驱动。(a)不正确的连接：高级驱动器(b)正确的连接：低级驱动器直接连接到AT89C51的并行端口，时序概念，当计算机执行一个指令时，一个指令被解码产生几个基本的微操作，这些微操作在时间上有严格的顺序，这个顺序称为计算机的时序。几个CPU时间序列的基本概念1。振荡周期：指振荡源向单片机提供定时信号的周期，是时间序列中最小的时间单位。如果是内部产生的，那就是应时晶体的振荡周期。(通常为12兆赫、6兆赫等。)。振荡脉冲不直接使用，从XTAL2或XTAL1端发送到内部时钟电路(fosc):分频2后，两相时钟信号P1和P2(f拍=1/2秒)提供给中央处理器，然后进行分频3和分频6产生ALE时序(FALE=1/6 FOSC)；经过12分频后，它成为一个机器周期信号(MC=12/fosc)，如下图所示。应该指出的是，中央处理器在P1期间运行，数据在P2期间传输。时钟周期是通过将振荡源信号的频率除以2而形成的时钟脉冲信号，即一个时钟周期是振荡周期的两倍。时钟信号向单片机提供一个双拍时钟信号。在每个时钟的前半周期，拍1信号P1有效，拍P2在后半周期有效，并且每个拍持续一个振荡周期。3.机器周期：中央处理器完成基本操作所需的时间就是机器周期。一个机器周期包含6个时钟周期，相当于12个振荡周期。当应时晶体的振荡频率为12兆赫和6兆赫时，时钟周期分别为1/12s和1/6s，机器周期分别为1s和2s。指令周期是指中央处理器执行一条指令所需的时间，它是序列中的最大时间单位。由于微控制器执行不同指令所需的时间不同，不同指令中包含的机器周期数也不同，并且指令执行速度随着机器周期的减少而加快。单片机中大多数指令的指令周期由一个或两个机器周期组成，只有乘法和除法指令需要四个机器周期。中央处理器计时机器周期：每个机器周期包括S1、S2、S3、S4、S5、S6状态，每个状态包括2拍P1和P2，每个拍持续1个振荡周期。因此，每12个振荡周期是一个机器周期。它可以表示为S1P1，S1P2，S2P1，S2P2，S6P1、S6P2。时钟电路(什么功能？)单片机时钟内部连接；图1-自身产生的时钟信号被用作单片机