单片机应用与技术21资料

1、第2章 8051单片机的结构(jigu)体系*共五十三页第1部分(b fen)第2部分第3部分*2共五十三页 第1部分(b fen)2.1 8051单片机的主要特性2.2 8051单片机内部结构2.3 8051单片机的封装和引脚2.4 8051 的微处理器*3共五十三页*微处理器(Microprocessor)Arithmetic LogicUnitRegister ArraysControl UnitGP-CPUCLKRegMPUCPUMicroprocessor-based System4共五十三页单片机（Microcontroller）*5基本(jbn)部分扩展(kuzhn)部分共五十三

2、页2.1 8051单片机的主要(zhyo)特性针对控制应用而优化的8位CPU128字节的片上数据RAM64KB的数据存储器寻址空间64KB的程序(chngx)存储器寻址空间4KB的片上程序存储器(8031无)2个16位定时器计数器32根双向和单独可寻址的I/O线* 6共五十三页1个全双工的UART2个优先级的5向量(xingling)中断结构211位可寻址空间4s乘法/除法指令片上时钟振荡器工作电压4.05.5V*7共五十三页*8型号片上程序存储器片上数据存储器定时器8031/320128B/256B2/38051/524kB/8kB ROM128B/256B2/38751/524kB/8kB

3、 EPROM128B/256B2/389C51/524kB/8kB Flash(并行编程)128B/256B2/389S51/524kB/8kB ISP Flash(串/并行编程)128B/256B2/3 表2-1 8051系列(xli)单片机的比较共五十三页2.2 8051单片机内部结构*9 图2-1 8051结构(jigu)框图共五十三页1.CPU 8051单片机中有一个8位CPU，是单片机的核心(hxn)，由运算器和控制器构成。运算器包括算术逻辑单元ALU、累加器ACC、寄存器B、程序状态字PSW、十进制调整电路等部件，实现数据的算术逻辑运算、位变量处理和数据传送等操作。控制器包括定时控

4、制逻辑(时钟电路、复位电路)、指令寄存器、指令译码器、程序计数器PC、堆栈指针SP、数据指针寄存器DPTR、以及信息传送控制等部件，其主要功能是对指令码进行译码，然后在时钟信号作用下，使单片机的内外电路能够按一定的时序协调有序的工作，执行译码后的指令。*10共五十三页2.内部数据存储器(RAM) 8051系列(xli)单片机内部有128字节(8052子系列有256个字节)RAM，用来存放程序在运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等。3.内部ROM/EPROM/Flash/ISP Flash 8031无此部件；8051系列单片机片内有4KB的掩膜ROM；8751则为4KB的

5、EPROM；89S52为ISP(In System Program)的免拔插电气可编程8KB Flash存储器，用来存放程序、原始数据或表格。如果片内只读存储器容量不够，则需扩展片外只读存储器。片外只读存储器最多可扩展至64KB。*11共五十三页4.定时器/计数器 8051系列(xli)单片机内部有2个16位定时器/计数器T0、T1，有四种工作方式。89S52不仅有定时器T0和T1，还有定时器T2、看门狗定时器。通过编程，T0、T1还可用作13位或8位定时器。*12共五十三页5.并行口 8051单片机内部共有四个输入输出口，一般称为(chn wi)并行IO口，即P0、P1、P2、P3口，每个口

6、都是8位。对于没有程序存储器的8031单片机，需用P0口作为低8位地址/数据线分时复用，即相当于计算机的AD0AD7，而P2口作为高8位地址A8A15。P3口各个管脚又有不同的第二功能，例如，读、写控制信号等。对8051单片机而言，P1口一般可作为通用I/O口使用；对于8052单片机，P1.0作为定时器T2的外部计数输入，P1.1是定时器/计数器T2捕捉/重装操作的控制信号；对于89SXX系列单片机P1.5、P1.6、P1.7还是Flash 串行编程操作的接口端。*13共五十三页6.串行口 8051系列(xli)单片机有一个全双工的串行I/O口，以完成单片机和其它计算机或通信设备之间的串行数据

7、通信，单片机只用P3口的RXD和TXD两个管脚进行串行通信。7.中断系统 8051系列单片机内部有很强的中断功能，以满足控制应用的需要。它共有5个中断源，即外部中断源2个，定时器/计数器中断源2个，串行中断源1个。*14共五十三页8.CPU内部(nib)总线和外部总线 CPU通过内部的8位总线与各个部件连接，并通过P0口和P2口形成内部16位地址总线连接到内部ROM区。从图2-2可看到外部三总线：它是由P0口组成的数据总线DB(与低8位地址总线分时复用)；由P0口和P2口组成的16位地址总线(AB)(P0口分时)；由 ， , ALE和P3口部分管脚(读信号及写信号)组成的控制总线(CB)。*1

8、5共五十三页9.布尔处理器 由片内RAM的20H2FH共16个单元的128位，11个SFR中的83位组成的211位布尔处理器，可完成(wn chng)位运算等任务。8052增加可寻址位SFR 1个，可寻址位增加8位。*16共五十三页2.3 8051单片机的封装和引脚2.3.1 封装*17PDIPPLCCTQFP共五十三页PDIP: Plastic Dual Inline PackagePLCC: Plastic Leaded Chip CarrierTQFP: Thin Quad Flat Package*18共五十三页*19共五十三页*20共五十三页*21共五十三页2.3.2 引脚定义(dn

9、gy)(非常重要!)VCC: PIN 40-电源(dinyun)正端, 为+5V。VSS: PIN 20 -电源地端。*22共五十三页RESET: PIN9-复位引脚。当晶体振荡器运行时，只要在这个引脚出现两个机器周期的高电平， 就可以(ky)使单片机复位 。PIN9引脚内部有下拉电阻，用户只要在VCC和该引脚之间接电容，就可实现上电复位。*23上电复位(f wi)电路上电和手动复位电路共五十三页XTAL1(PIN19)、XTAL2(PIN18): 外接晶振引脚 XTAL1: 内部振荡电路反相放大器的输入端。当采用外部(wib)振荡器时，此引脚应接地。XTAL2: 内部振荡电路反相放大器的输出

10、端，采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。*24共五十三页*25片内时钟(shzhng)方式 Using the On-Chip Oscillator外部(wib)时钟方式External Clock DriveC1=C2=30pF共五十三页*26PSEN(PIN29): 外部程序存储器选通使能,低电平有效。 在由外部程序存贮器取指令（或常数(chngsh)）期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在此期间内，每当访问外部数据存贮器时，这两次有效的PSEN 信号将不出现。共五十三页ALE/PROG(PIN30),当访问外部存贮器时，ALE(允许地址锁

11、存)的输出用于锁存地址的低位字节。即使(jsh)不访问外部存贮器，ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是：每当访问外部数据存贮器时，将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个LSTTL。*27共五十三页EA/VPP(PIN31): 当EA=1时，访问内部程序存贮器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH(对8051/8751/80C51)或1FFFH(对8052)时，将自动转向外部程序存贮器。当 EA=0时，则只访问外部程序存贮器，不管是否有内部程序存贮器。对于8031来说，因其无

12、内部程序存储器，所以该脚必须(bx)接地，这样只能选择外部程序存储器。VPP为本引脚的第二功能。在对EPROM型单片机8751片内EPROM固化编程时，用于施加较高编程电压（例如21V或12V）的输入端，对于89X51则VPP编程电压为12V或5V。*28共五十三页8751/8051 最小系统(xtng)*29共五十三页*3089S52 最小系统(xtng)共五十三页P0.0(AD0)P0.7(AD7):PIN3932 P0口为双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时复用口，可驱动8个LSTTL负载。如果不用作地址(dzh)/数据总线使用， P0口可作为普通I/O口使用，此

13、时，需要外接上拉电阻。*31共五十三页P2.0(A8)-P2.7(A15)-(PIN21-PIN28)8位准双向I/O口，要么(yo me)作为高8位地址总线，要么作为普通I/O口。可驱动4个LSTTL型负载。*32共五十三页P1.0-P1.7(PIN1-PIN8)：普通(ptng)的I/O口89S52 第2功能*33共五十三页*34P3口第二(d r)功能（Alternate Function）P3.0RXD(Serial Input Line) P3.1TXD(Serial Output Line) P3.2/INT0(External Interrupt 0) P3.3/INT1(Ext

14、ernal Interrupt 1)P3.4T0(Timer 0 External Input ) P3.5T1(Timer 1 External Input ) P3.6/WR(External Data Memory Write Strobe) P3.7/RD(External Data Memory READ Strobe)共五十三页2.4 8051 的微处理器8051的微处理器由运算器和控制器构成(guchng)。运算器：主要用来对操作数进行算术、逻辑运算和位操作。主要包括算术逻辑运算单元ALU、累加器A、寄存器B、位处理器、程序状态字寄存器PSW以及BCD码修正电路等。*35共五十三

15、页2.4.1 运算器1.算术逻辑运算单元ALU ALU的功能十分强，它不仅可对8位变量进行逻辑与、或、异或、循环、求补和清零等基本操作，还可以进行加、减、乘、除等基本算术运算。ALU还具有一般微计算机ALU所不具备的功能，即位处理操作(cozu)，它可对位变量进行处理，如置位、清零、求补、测试转移及逻辑与、或等操作(cozu)。*36共五十三页2.累加器A 8位累加器，是CPU中使用最频繁的一个寄存器，也可写为ACC。 累加器的作用是： 累加器A是ALU单元的输入之一，因而是数据处理源之一。但它又是ALU运算结果的存放单元；CPU中的数据传送大多都通过累加器A，故累加器A又相当于数据的中转站。

16、由于数据传送大多都通过累加器A，故累加器容易产生“堵塞”现象，也即累加器结构具有(jyu)的“瓶颈”现象。*37共五十三页8051单片机增加了一部分可以不经过累加器的传送指令，这样，即可加快数据的传送速度，又减少了累加器的“瓶颈(pn jn)堵塞”现象。累加器A的进位标志 Cy 是特殊的标志位，因为它同时又是位处理机的位累加器。*38共五十三页3.寄存器B 寄存器B是为执行乘法和除法操作设置的。乘法中，ALU的两个输入分别为A、B，运算结果存放在BA寄存器对中。B中放乘积的高8位，A中放乘积的低8位。 除法中，被除数取自A，除数取自B，商存放在A中，余数(ysh)存放于B。 在不执行乘、除法操

17、作的情况下，可把寄存器B当作普通寄存器使用。*39共五十三页4.程序状态字寄存器PSW 8051单片机的程序状态字寄存器PSW(Program Status Word)，是一个8位可读写的寄存器，位于单片机片内的特殊功能(gngnng)寄存区，字节地址0D0H。*40 图2-3 程序(chngx)状态字寄存器PSW位功能共五十三页CY(PSW7)进位标志位 在执行算术和逻辑指令时，CY可以被硬件或软件置位或清除，在位处理器中，它是位累加器。CY也写为C。AC(PSW6)辅助进位标志位 当进行BCD码的加法或减法(jinf)操作而产生的由低4位数(代表一个BCD码)向高4位进位或借位时，AC将被

18、硬件置1，否则被清0。AC被用于十进位调整，同DA指令结合起来用。*41共五十三页F0(PSW.5)标志位 它是由用户使用的一个状态标志位，可用软件置1或清0，也可由软件来测试标志F0以控制程序的流向。编程时，该标志位特别有用。RS1、RS0(PSW.4、PSW.3)4组工作寄存器区选择控制位1和位0 这两位用来选择4组工作寄存器区中的哪一组为当前工作寄存区(4组寄存器在单片机内的RAM区中，将在本章(bn zhn)稍后介绍)，它们与4组工作寄存器区的对应关系如表2-2所示。*42共五十三页*43RS1RS0工作寄存器区000011102113表2-2 工作寄存器区选择控制(kngzh)位1和

19、位0定义共五十三页OV(PSW.2)溢出标志(biozh)位，当执行算术指令时，由硬件置1或清0，以指示运算是否产生溢出。PSW.1位，该位是保留位，未用。P(PSW.0)奇偶标志位，该标志位用来表示累加器A中为1的位数的奇偶数。 P=1，则累加器A中“1”的位数为奇数。P=0，则累加器A中“1”的位数为偶数。 奇偶标志位对串行口通讯中的数据传输有重要的意义，常用奇偶检验的方法来检验数据传输的可靠性。*44共五十三页*45控制器：单片机的指挥控制部件，控制器的主要任务是识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件，从而保证单片机各部分能自动而协调地工作。对单片机用户(yngh)来说，必须了解

20、MCS-51指令执行顺序：取指译码执行程序计数器（Program Counter）2.4.2 控制器共五十三页*461. 程序计数器PC（Program Counter） 16位计数器,存放(cnfng)着下一条将要从程序存储器中取出的指令的地址。读指令时，程序计数器将其中的数作为所取指令的地址输出给程序存储器，然后程序存储器按此地址输出指令字节，同时程序计数器本身自动加1，读完本条指令，PC指向下一条指令在程序存储器中的地址。共五十三页程序(chngx)计数器PC中内容的变化决定程序的流程。程序计数器的宽度决定了单片机对程序存储器可以直接寻址的范围。在8051单片机中，程序计数器PC是一个1

21、6位的计数器，故可对64KB(216=65536=64K)的程序存储器进行寻址。*47共五十三页程序计数器的基本工作方式有以下几种： (l)程序计数器自动加1，这是最基本的工作方式，这也是为何(wih)该寄存器被称为计数器的原因。 (2)执行有条件或无条件转移指令时，程序计数器将被置入新的数值，从而使程序的流向发生变化。*48共五十三页(3)在执行调用子程序指令或响应中断时，单片机自动完成(wn chng)如下的操作： 1)PC的现行值，即下一条将要执行的指令的地址，即断点值，自动送入堆栈。 2)将子程序的入口地址或中断向量的地址送入PC，程序流向发生变化，执行子程序或中断子程序。子程序或中断子程序执行完毕，遇到返回指令RET或RETI时，将栈顶的断点值弹到程序计数器PC中，程序的流程又返回到原来的地方，继续执行。*49共五十三页2.