chapt21单片机的组成原理ppt课件

1、第二章 单片机的组成原理芯片的硬件构造本章主要引见实践运用的本章主要引见实践运用的MCS-51单片机构造、组单片机构造、组成成 原理及功能。原理及功能。2.1单片机的根本构造单片机的根本构造输输入入设设备备控制器控制器输输出出设设备备 CPU 存储器存储器运算器运算器ALU诺依曼计算机的任务原理可概述为：诺依曼计算机的任务原理可概述为：“存储程序存储程序 + “程序控制程序控制要点：要点：1以二进制表示数据和指令以二进制表示数据和指令(程序程序) 2. 先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取并执行先将程序存入存储器中，再由控制器自动读取并执行单片微型计算机构造单片微型计算机构造 把中央处置器

2、把中央处置器CPU、存储器、存储器ROM/RAM、输入输出接口、输入输出接口电路以及定时器电路以及定时器/计数器等部件制造在一块集成电路芯片计数器等部件制造在一块集成电路芯片中，构成一个完好的微型计算机中，构成一个完好的微型计算机-单片机。单片机。 由于采用总线构造，由于采用总线构造， 1.1.可以减少各部件之间信息传送线的数量，从而使信可以减少各部件之间信息传送线的数量，从而使信息传送规格整齐，提高了整机的可靠性。息传送规格整齐，提高了整机的可靠性。 2. 2.存储器、输入输出等设备都经过专门的接口电路独存储器、输入输出等设备都经过专门的接口电路独立地挂在总线上，因此使得微型计算机可扩展才干

3、强，运立地挂在总线上，因此使得微型计算机可扩展才干强，运用方便灵敏。用方便灵敏。 3.可以根据不同需求添加存储器的容量或增添外部设可以根据不同需求添加存储器的容量或增添外部设备，组成专门的微型机。备，组成专门的微型机。性能特点：性能特点：1 集成度高。集成度高。在单片机中，除中央处置器在单片机中，除中央处置器CPU外，还有存储器外，还有存储器ROM / RAM，I / O输入、输出接口电路、定时器输入、输出接口电路、定时器/计数器等部件，因此，集成度高。计数器等部件，因此，集成度高。 2 构造紧凑、可靠性高。构造紧凑、可靠性高。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，采用内部单片机把各功能部件集成

4、在一块芯片上，采用内部总线构造，减少了多片机中各芯片之间的连线，大总线构造，减少了多片机中各芯片之间的连线，大大提高了单片机的抗干扰才干。另外，单片机超小大提高了单片机的抗干扰才干。另外，单片机超小型化、构造紧凑、体积小，对于强磁场环境易于采型化、构造紧凑、体积小，对于强磁场环境易于采用屏蔽措施，因此抗干扰才干强，可靠性高。用屏蔽措施，因此抗干扰才干强，可靠性高。 3 数据处置才干强、速度快。数据处置才干强、速度快。 它添加了乘除法指令及布尔二进制处置机它添加了乘除法指令及布尔二进制处置机 功能功能,提高了数据处置才干。同时，由于中央处置器提高了数据处置才干。同时，由于中央处置器CPU与存储器

5、在同一块芯片上，因此减少了多片之与存储器在同一块芯片上，因此减少了多片之间数据传送所需时间，提高了数据处置速度。间数据传送所需时间，提高了数据处置速度。4 功耗小、本钱低。功耗小、本钱低。 单片机构造紧凑，数据传送途径短，所需求功单片机构造紧凑，数据传送途径短，所需求功 耗小耗小;内部采用准静态内部采用准静态RAM，构造与动态，构造与动态RAM类类 似，但不需求刷新，可使功耗下降。似，但不需求刷新，可使功耗下降。2.2 80C51的逻辑构造及信号引脚的逻辑构造及信号引脚 一台计算机是由运算器、控制器、存储器一台计算机是由运算器、控制器、存储器 、输入输入/输出设备共五个部分经过总线而构成的。输

6、出设备共五个部分经过总线而构成的。图图2-12-1是微型计算机的根本构造是微型计算机的根本构造 输入输出设备输入输出设备MCS51MCS51总体总体构造框图构造框图如图如图2-22-2所示。所示。 在微处置器的内部，运算器、控制器及存放器组经过内部在微处置器的内部，运算器、控制器及存放器组经过内部总线相互衔接。总线相互衔接。在微处置器的外部，经过外部总线与存储器、输入输出接在微处置器的外部，经过外部总线与存储器、输入输出接口电路及必要的输入输出设备衔接，构成一台微型计算机。口电路及必要的输入输出设备衔接，构成一台微型计算机。CPU是计算机中的运算器和控制器的集成，它是计算机系是计算机中的运算器

7、和控制器的集成，它是计算机系统的中心。统的中心。1.中央处置器中央处置器(CPU) 中央处置器简称中央处置器简称CPU(Central Processing Unit)，是单片机的中心。完成运算和控制操作。是单片机的中心。完成运算和控制操作。 按其功能分：运算器和控制器两部分按其功能分：运算器和控制器两部分(1)运算器电路是单片机的运算部件，用于实现算运算器电路是单片机的运算部件，用于实现算术和逻辑运算。它包括术和逻辑运算。它包括 算术算术/逻辑部件逻辑部件ALU、累加器、累加器A、存放器、存放器B、程序、程序形状存放器形状存放器PSW和两个暂存存放器。和两个暂存存放器。 (2)控制器控制器A

8、LU中心中心实现对操作数的算术实现对操作数的算术/逻辑运算和位操作，逻辑运算和位操作，包括程序计数器包括程序计数器PC , PC+1存放器存放器,指令存放器指令存放器,指令译码器指令译码器,定时控制电路及振荡电路等定时控制电路及振荡电路等.其功能如下：其功能如下：带进位和不带进位的加法、减法运算；比较等带进位和不带进位的加法、减法运算；比较等逻辑与、逻辑或和逻辑异或；逻辑与、逻辑或和逻辑异或；加加1、减、减1和位操作；和位操作；左移位、右移位和半字节移位左移位、右移位和半字节移位BCD码调整等。码调整等。运算和操作的结果的形状由形状存放器运算和操作的结果的形状由形状存放器PSW来保管。来保管。

9、2.内部数据存储器内部内部数据存储器内部RAM 包括包括RAM1288和和RAM地址存放器。地址存放器。8051共有共有256个个RAM单元，单元， 后后128个被公用存放器占用，个被公用存放器占用， 供用户运用的只是前供用户运用的只是前128个单元，个单元， 用于存放可读写的数据。用于存放可读写的数据。 只能读出而不能写入，断电后只能读出而不能写入，断电后ROMROM中的信息不会丧失。中的信息不会丧失。 普通用来存放一些固定程序，如监控程序、子程序、字库及普通用来存放一些固定程序，如监控程序、子程序、字库及数据表等。数据表等。ROMROM按存储信息的方法又可分为以下几种按存储信息的方法又可分

10、为以下几种: : 3.内部程序存储器只读存储器内部程序存储器只读存储器ROM：包括包括ROM4K8和程序地址存放器。和程序地址存放器。用于存放程序和原始数据。用于存放程序和原始数据。掩膜掩膜ROM可编可编程程ROMEPROMEEPROM快擦写快擦写flashROM不可不可改写改写用户写用户写入后不入后不可改写可改写电写入电写入用紫外用紫外线擦除线擦除（可反（可反复使用）复使用）电写入电写入用电擦用电擦除（可除（可反复使反复使用用读写速读写速度很快度很快 4.定时器定时器/计数器计数器 有两个有两个16位的定时位的定时/计数器，以实现定时或计数功能，计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数

11、结果对单片机进展控制。并以其定时或计数结果对单片机进展控制。 5.并行并行I/O口口 有四个有四个8位位I/O口口P0、P1、P2、P3，以实现数据的并行输入输出功能。以实现数据的并行输入输出功能。 6.串行口串行口 有一个全双工的串行口，以实现单片机和其他有一个全双工的串行口，以实现单片机和其他数据设备的之间的串行数据传送。该串行口功能较数据设备的之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通讯收发器运用，也可作强，既可作为全双工异步通讯收发器运用，也可作为同步移位器运用。为同步移位器运用。 7.中断控制系统中断控制系统有五个中断源，即外中断有五个中断源，即外中断2个，定时个，定

12、时/计数中断计数中断2个，个，串行中断串行中断1个。全部中断分高级和低级个。全部中断分高级和低级2种优先级别。种优先级别。 8.时钟电路时钟电路时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，典型的晶振时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，典型的晶振频率为频率为12MHz。 9.位处置器位处置器 位处置器以形状存放器中的进位标志位位处置器以形状存放器中的进位标志位C为累为累加位，可进展置位、复位、取反、等于加位，可进展置位、复位、取反、等于“0转移、转移、等于等于“1转移且清转移且清“0以及以及C与可寻址位之间的传送、与可寻址位之间的传送、逻辑与、逻辑或等位操作。位处置操作也是经过逻辑与、逻辑或等位操作。位处置

13、操作也是经过运算器实现的。运算器实现的。 10.总线总线 系统分地址总线、数据总线和控制总线，将单系统分地址总线、数据总线和控制总线，将单片机联络在一同，并传送信号。片机联络在一同，并传送信号。 2.2.2 MCS-51单片机的引脚及其功能单片机的引脚及其功能 MCS-51单片单片机采用机采用40引脚的引脚的双列式直插式双列式直插式封装方式。封装方式。如图如图2-4所示所示1.引脚引脚 逻辑符号逻辑符号如图如图2-6所示。所示。 输入输入/输出口线输出口线 P0.0 P0.7 P0 8位双向口线位双向口线 P1.0 P1.7 P1 8位准双向口线位准双向口线 P2.0 P2.7 P2 8位准双

14、向口线位准双向口线 P3.0 P3.7 P3 8位准双向口线位准双向口线 PORG为编程脉冲的输入端：为编程脉冲的输入端： 51单片机内部有一个单片机内部有一个4KB的程序存储器的程序存储器ROM，存放用户需，存放用户需求执行的程序，编程脉冲输入端口求执行的程序，编程脉冲输入端口PROG。 地址锁存控制信号地址锁存控制信号 用于把用于把P0口输出的低口输出的低8位地址送入锁存器存位地址送入锁存器存起来，以实现低位地址和数据的分时传送。起来，以实现低位地址和数据的分时传送。 ALE是以是以1/6晶振频率的固定频率输出的正脉冲，晶振频率的固定频率输出的正脉冲，因此可作为外部时钟或外部定时脉冲运用。

15、因此可作为外部时钟或外部定时脉冲运用。PROGALE / 外部程序存储器读选通讯号外部程序存储器读选通讯号读外部读外部ROM时有效，以实现外部时有效，以实现外部ROM单元的读操作。单元的读操作。 PSEN1、内部、内部ROM读取时，读取时，PSEN不动作；不动作； 2、外部、外部ROM读取时，在每个机器周期会动作两次；读取时，在每个机器周期会动作两次； 3、外部、外部RAM读取时，两个读取时，两个PSEN脉冲被跳过不会输出；脉冲被跳过不会输出； 4、外接、外接ROM时，与时，与ROM的的OE脚相接。脚相接。 当单片机外部扩展多片当单片机外部扩展多片ROM 时，由该信号来控制其时，由该信号来控制

16、其中某片的选通的任务形状。中某片的选通的任务形状。ppVEA/ 访问程序存储器控制信号访问程序存储器控制信号 低电平常，对低电平常，对ROM的读操作限定在外部程序存储器，的读操作限定在外部程序存储器， 高电平常，那么对高电平常，那么对ROM的读操作是从内部程序存储器的读操作是从内部程序存储器 0000H0FFFH开场，并可延续至外部程序存储器开场，并可延续至外部程序存储器 1000HFFFFH。EA/VPP 访问和序存储器控制信号访问和序存储器控制信号 1、接高电平常：、接高电平常： CPU读取内部程序存储器读取内部程序存储器ROM 扩展外部扩展外部ROM：当读取内部程序存储器超越：当读取内部

17、程序存储器超越0FFFH时自时自动读取外部动读取外部ROM。 2、接低电平常：、接低电平常：CPU读取外部程序存储器读取外部程序存储器ROM。 3、8751烧写内部烧写内部EPROM时，利用此脚输入时，利用此脚输入25V的烧写电的烧写电压。压。 RST 复位信号复位信号 完成单片机的复位信号。输入的复位信号延续完成单片机的复位信号。输入的复位信号延续2个机器以上高电平即为有效个机器以上高电平即为有效,用以完成单片机的用以完成单片机的复位初始化操作复位初始化操作.当复位后程序计数器当复位后程序计数器PC=0000H，即复位后将从，即复位后将从程序存储器的程序存储器的0000H单元读取第一条指令码

18、。单元读取第一条指令码。 XTAL1和和XTAL2 外接晶体引线端外接晶体引线端 当运用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接当运用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容石英晶体和微调电容30PF；当运用外部时钟时，用于；当运用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。接外部时钟脉冲信号。 Vss GND地线地线 Vcc +5V 电电源源3.引脚的第二功能引脚的第二功能 使使P3P3端口各线处于第二功能的条件是端口各线处于第二功能的条件是: :1 1、串行、串行I/OI/O处于运转形状处于运转形状(RXD,TXD);(RXD,TXD);2 2、翻开了外部中断、翻开了外部中断(INT0,IN

19、T1);(INT0,INT1);3 3、定时器、定时器/ /计数器处于外部计数形状计数器处于外部计数形状(T0,T1)(T0,T1)4 4、执行读写外部、执行读写外部RAMRAM的指令的指令(RD,WR)(RD,WR) 在运用中在运用中, ,如不设定如不设定P3P3端口各位的第二功能端口各位的第二功能(WR,RD(WR,RD信号的产生不用设置信号的产生不用设置),),那么那么P3P3端口线自动处于第一功能端口线自动处于第一功能形状，也就是静态形状，也就是静态I IO O端口的任务形状。在更多的端口的任务形状。在更多的场所是根据运用的需求，把几条端口线设置为第二场所是根据运用的需求，把几条端口线

20、设置为第二功能，而另外几条端口线处于第一功能运转形状。功能，而另外几条端口线处于第一功能运转形状。在这种情况下，不宜对在这种情况下，不宜对P3P3端口作字节操作，需采用端口作字节操作，需采用位操作的方式。位操作的方式。口线口线 第二功能第二功能信号称号信号称号 P3.0 P3.0 RXD RXD 串行数据接纳串行数据接纳 P3.1P3.1TXD TXD 串行数据发送串行数据发送P3.2P3.2INT0INT0外部中断外部中断0 0恳求恳求 P3.3P3.3INT1 INT1 外部中断外部中断1 1恳求恳求P3.4P3.4T0 T0 定时器定时器/ /计数器计数器0 0计数输计数输入入 P3.5P3.5T1 T1 定时器定时器/ /计数器计数器1 1计数输