单片机的结构和原理

1、第 3 章 单片机的结构和原理 第第3章章 单片机的结构和原理单片机的结构和原理 教学目标及要求教学目标及要求: 1 了解单片机的组成及结构了解单片机的组成及结构 2 熟悉单片机的存贮器的分布熟悉单片机的存贮器的分布 主要内容主要内容: 1 80C51单片机的结构单片机的结构 2 单片机的工作原理单片机的工作原理 3 80C51的存贮器的存贮器 4 输入输入/输出端口结构输出端口结构 5 CPU时序及时钟电路、时序及时钟电路、复位电路复位电路 教学重点和难点：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 址的分布和应用址的分布和应用 第 3

2、 章 单片机的结构和原理 3.1 MCS - 51单片机的结构单片机的结构 MCS - 51系列单片机的分类系列单片机的分类 MCS - 51 系列单片机配置一览表 第 3 章 单片机的结构和原理 3.1.1 80C51单片机的组成及结构单片机的组成及结构 图 3-2 80C51单片机内部结构图 第 3 章 单片机的结构和原理 1. 中央处理器中央处理器(CPU) 2. 内部数据存储器（内部内部数据存储器（内部RAM） 3. 内部程序存储器（内部内部程序存储器（内部ROM） 4. 定时器定时器/计数器计数器 5. 并行并行 I/O 口口 6. 串行口串行口 7. 时钟电路时钟电路 8. 中断系

3、统中断系统 第 3 章 单片机的结构和原理 3.1.2 80C51单片机的引脚定义及功能单片机的引脚定义及功能 第 3 章 单片机的结构和原理 控制信号引脚控制信号引脚RST、ALE/_PROG、_PSEN、_EA/Vpp RST：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 第 3 章 单片机的结构和原理 表表 3-1 P3口各位的第二功能口各位的

4、第二功能 第 3 章 单片机的结构和原理 3.3 80C51的存储器的存储器 图 3-5 80C51存储空间分布图 第 3 章 单片机的结构和原理 对于8051来说, 程序存储器（ROM）的内部地址为 0000H0FFFH, 共 4 KB; 外部地址为 1000HFFFFH, 共 60 KB。 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 4 KB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 64 KB程序存储器。 3.3.1 程序存储器程序存储器 第 3 章 单

5、片机的结构和原理 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 ) 第 3 章 单片机的结构和原理 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

6、 工作寄存器区。每一个区有 8 个通用寄存器R0R7。 3.3.1 数据存储器数据存储器 第 3 章 单片机的结构和原理 表表 3-2 工作寄存器地址表工作寄存器地址表 RS1RS0寄存器组R0R1R2R3R4R5R6R7 000组00H01H02H03H04H05H06H07H 011组08H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH 102组10H11H12H13H14H15H16H17H 013组18H19H1AH1BH1CH1DH1EH1FH 参考参考 P241 指令表指令表 Rn 第 3 章 单片机的结构和原理 表表 3-3 RAM位寻址区地址表位寻址区地址表 第 3 章 单片机的结

7、构和原理 表表 2.6 SFR特殊功能寄存器地址表特殊功能寄存器地址表 第 3 章 单片机的结构和原理 表表3-4 80C51特殊功能寄存器特殊功能寄存器(FSR)地址表地址表 第 3 章 单片机的结构和原理 表表3-4 80C51特殊功能寄存器特殊功能寄存器(FSR)地址表地址表 第 3 章 单片机的结构和原理 外部数据存储器外部数据存储器 外部数据存储器最大可扩展到 64 KB RAM , 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。 注意注意: 外部RAM和扩展的I/O接口是统一编址的, 所有的

8、 外扩I/O 口都要占用 64 KB中的地址单元。 第 3 章 单片机的结构和原理 1、程序状态字、程序状态字PSW（Programe State Word） 2、累加器、累加器ACC（Accumulator） 简称 A 如： ADD A，#12H CyACF0RS1RS0OVF1P D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 第 3 章 单片机的结构和原理 3、 数据指针寄存器数据指针寄存器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

9、DPL来处理。 DPTR 主要用来存放 16 位地址, 当对 64 KB 外部数据外部数据 存储器存储器空间寻址时, 作为间址寄存器用。在访问程序存储器访问程序存储器 时, 用作基址寄存器。 第 3 章 单片机的结构和原理 4、B 寄存器寄存器 在乘法、除法运算中用B寄存器暂存数据 如： MUL AB ; A*B -BA DIV AB ; A / B 的商-A, 余数-B 注意: AB不能写为 A,B 即即 MUL A,B 错 第 3 章 单片机的结构和原理 5. 堆栈指针堆栈指针SP（Stack Pointer） “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 80C

10、51 系统复位后, SP初始化为07H。 第 3 章 单片机的结构和原理 3.4 输入输入/输出端口结构输出端口结构 图 3-8 P0 口某位结构 1. P0口口 第 3 章 单片机的结构和原理 3.4.1 P0口口 P0口作一般I/O口, 需外接上拉电阻510K P0口作低8位地址线和双向数据总线 读引脚: 先写1, 再读 MOV P1, #0FFH MOV A, P1 读端口: 读锁存器Q 端的状态 ANL P0, A 读 改 - 写 第 3 章 单片机的结构和原理 3.4.2 P1口 P1口为准双向口 第 3 章 单片机的结构和原理 图39 P1口某位结构 第 3 章 单片机的结构和原理

11、 3.4.3 P2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。 第 3 章 单片机的结构和原理 图310 P2口某位结构 第 3 章 单片机的结构和原理 3.4.4 P3口口 通用准双向I/O接口 还具有第2功能 第 3 章 单片机的结构和原理 图311 P3口某位结构 第 3 章 单片机的结构和原理 3.5 CPU 时序及时钟电路时序及时钟电路 1. CPU时序有关概念时序有关概念 （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

12、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。 第 3 章 单片机的结构和原理 3.5.2 80C51 的指令时序的指令时序 ( 图图 3-13) 第 3 章 单片机的结构和原理 执行一条指令的时间和所占的执行一条指令的时间和所占的ROM空间空间 1、 INC A 单字节单周期单字节单周期 2、 ADD A，#data 双字节单周期双字节单周期 3、 INC DPTR 单字节双周期单字节双周期 4、 MOVX A，DPTR 双字节双周期双字节双周期 考虑延时和空间的节约问题 见P241 6 MHz (2us) 12MHz (1us) 第 3 章 单片机的结构和原理 3.5.3 震荡器和时钟电路震荡器和时钟电路 1. 时钟电路时钟电路 图 3-14 单片机时钟电路 （a） 内部时钟电路； （b） 外部振荡源 第 3 章 单片机的结构和原理 3.6 复位电