02单片微机的结构和原理

1、第二章MCS-51单片机的结构和原理2.1MCS-51 单片机的结构 2.1.1MCS-51 单片机的基本组成将组成计算机的基本部件CPU 、时钟电路、常用I/O、程序存储器、数据存储器集成在一块集成电路芯片上集成在一块芯片上，则俗称为单片微机。 一个8位的微处理器（CPU）片内RAM（128/256 Byte）。可外接64K RAM，共计128+64K片内ROM（4K）。可外接64K ROM。（不可复用）4个8位并行I/O。P0P32个定时/计数器。5个中断源控制系统。1个全双工串行I/O口。片内时钟振荡电路。（外接晶振）= 12M。总结 一个8位的微处理器（CPU）片内RAM（128/25

2、6 Byte）。可外接64K RAM，共计128+64K片内ROM（4K）。可外接64K ROM。（不可复用）4个8位并行I/O。P0P32个定时/计数器。5个中断源控制系统。1个全双工串行I/O口。片内时钟振荡电路。（外接晶振）1.2M 12M。 2.1.2 MCS-51单片机内部结构MCS-51单片机内部结构2.2MCS-51单片机引脚及其功能 2.3MCS-51存储器配置片内有4K ROM程序存储器，地址范围为 0000 0FFF。片外可以扩充64K ROM 。当 EA 接 5V 时，当指令地址在 0000 0FFF 时程序执行片内的ROM中的指令。当指令地址超过 0FFF 时，程序自动

3、执行片外的ROM中的指令。当 EA 接 0V 时，当指令会始终执行片外的ROM中的指令。此时片内的ROM将不起作用。 几个重要的入口地址 入口地址存储单元保留长度功能00 023复位后启动地址03 0A8外部中断 00B 128定时器 0中断13 1A8外部中断 11B 228定时器 1中断23 2A串行口中断32 Byte；分4组寄存器但是只能映射1 组片内 RAM8051片内 RAM 是最重要的存储器 片内存储器的低端 （00H 7FH）128 Byte 是真正的RAM 而且有很强的功能。 表 2 4 工作寄存器地址表 寄存器名 Psw 中RS1，RS0 映射到RAM中的地址工作寄存器 0

4、0H 1FH 32 个单元是 4 个工作寄存器区。它可以映射唯一的一组寄存器 R0 R7 八个单元。 R0 到 R7在程序中使用起来非常方便。R0与R1可以用作间址 20H 到 2FH 一共16个字节，为位寻址区 表 2 8 RAM 位寻址映射表位地址RAM中的字节地址低 128 Byte 操作注意： 可以使用直接地址操作。 可以使用间接地址寻址。 什么是字节地址、什么是位地址。 字节操作指令的地址，就是字节地址。 位操作指令的地址，就是位地址。 高128 Byte RAM 特殊功能寄存器SFR的名称和地址累加器 ACC (E0H) 用途最多的寄存器。 寄存器 B （F0H） 可以暂存操作数，

5、或乘除法用。标志寄存器PSW（D0H）最重要的寄存器。 CYACF0RS1RS0OV保留P进位位，用处最大只是一个标志工作寄存器组设置0、1、2、3溢出标志，当有符号运算。正数超过127。负数超过 128 时产生溢出。OV=C6C7；奇校验，A 中所有的位 XOR 后 P。随A（ACC）变化 P变化 半进位用于BCD调整栈指针8位 SP（81H）:SP只能在 片内 RAM。复位后，SP=07。51 出入栈以字节为单位。 51 栈的方向，PUSH SP +1，POP SP 1。与PC 机相反51 SP 是指向将要出栈的单元 16位数据指针DPTR（DPL 82H、DPH 83H）可以用于对外部

6、RAM 进行间接寻址。（MOVX）可以用于对外部 ROM进行间接寻址。（MOVC） I/O端口P0 P3（80H、90H、A0H、B0H） 高128 Byte RAM 特殊功能寄存器（SFR），的使用只能使用直接寻址，不可以间址操作。（SFR）中凡是可以被8整除的单元，可以使用“位寻址”。89HTMOD不可以位寻址87H PCON 不可以位寻址MCS-51CPU 时序 使用片内振荡器接法 不同的芯片如果使用外部振荡器应该查阅它的说明书对外部信号的占空比没有要求，高低电平持续时间应不小于 20 s 机内振荡器输出的信号经过二分频，分成两拍时钟P1、P2 P1、P2两项时钟 = 1个机器状态周期

7、S 6个S （S1 S6）周期 = 1个机器周期 T 机器周期 = 6 S 周期 = 12个震荡周期 如果 振荡器 = 6 MHZ 机器周期 = 2 s 一条指令需要 1 4 个机器周期。 复位操作其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片微机从0000H单元开始执行程序。当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，可以按复位键以重新启动，也可以通过监视定时器来强迫复位。 除PC之外，复位操作还对其它一些特殊功能寄存器有影响，它们的复位状态见。复位操作还对单片微机的个别引脚信号有影响。例如在复位期间，ALE和PSEN信号变为无效状态，即 ALE=l， PSEN =l。复位高

8、电平有效。 复位应该保持 2 T 的机器周期，24个震荡周期（因为它是在S5P2采样）。 上电复位要求电源上升小与 1ms 特殊功能寄存器SFR的复位状态 80C51有两种低功耗方式，即待机方式和掉电保护方式。待机方式和掉电保护方式时涉及的硬件图所示。待机方式和掉电保护方式都是由电源控制寄存器（PCON）的有关位来控制的。低功耗工作方式 其中：SMOD：波特率倍增位，在串行通讯时使用。 GF1、GF0：通信标志位1、0。 PD：掉电方位式，PD1，则进入掉电方式。IDL：待机方式位，IDL1，则进入待机方式。若PD和IDL同时为1，则先激活掉电方式。 SMOD GF1 GF0 PD IDL电源

9、控制寄存器格式如下： 待机方式 使用指令使PCON寄存器IDL位置1，则80C51进入待机方式这时振荡器仍然运行，并向中断逻辑、串行口和定时器/计数器电路提供时钟，中断功能继续存在。 向CPU提供时钟的电路被阻断，因此CPU不能工作，与CPU有关的如SP、PC、PSW、ACC以及全部通用寄存器都被冻结在原状态。 可以采用中断方式或硬件复位来退出待机方式。在待机方式下，若产生一个外部中断请求信号，在单片微机响应中断的同时，PCON.0位（IDL位）被硬件自动清0， 单片微机就退出待机方式而进入正常工作方式。在中断服务程序中安排一条RETI指令，就可以使单片微机恢复正常工作，从设置待机方式指令的下

10、一条指令开始继续执行程序。 掉 电保护方式PCON寄存器的PD位控制单片微机进入掉电保护方式。当80C51检测到电源故障时，除进行信息保护外，还应把PCON.1位置1，使之进入掉电保护方式。此时单片微机一切工作都停止，只有内部RAM单元的内容被保护。 只能依靠复位退出掉电保护方式。80C51备用电源由Vcc端引入。当Vcc恢复正常后，只要硬件复位信号维持10ms，就能使单片微机退出掉电保护方式，CPU则从进入待机方式的下一条指令开始重新执行程序。输入输出口结构 P0口位结构原理图P0 口在做地址/数据总线时不需要外接上拉电阻。 P0 口在作为输出时，是开漏输出的所以必须外接上拉电阻。 在作为输

11、入时，必须P0 写 1。才能得到真正的输入信号。在输入时没有锁存。当使用读修改写的时候，读的不是引脚而是读的是输出锁存器的信号。（这一点很重要）。P0 口有 8 个LS TTL 电路的带负载能力。（只有P0 口）。 P1口P1口P1 口只能作为输入/输出来用。 P1 口内部已经内接了上拉电阻。因此作为输出时不需要外接上拉电阻。在作为输入时，必须P1 写 1(P0、1、2、3都一样)。P1 口有 4 个LS 电路的带负载能力。（P1、P2、P3一样）。 P2口P2口P2 口可以作为输入/输出来用。 P2 口还可以作为外接地址的高 8 位。 当程序对外 RAM、ROM，进行访问时；P2自动切换到输出地址状态，并保存原来的所存器的数值。 当访问周期结束之后；P2自动返回原来的状态继续原来的输入或输出。 P3口P3口P3 口可以作为一般输入/输出来用。用法与P1、P2相同。 当使用它的I/O功能时应访问 SFR 的 P3（B0H）。 P3 口有很强的第二功能。 当使用它的第二功能时应访问SFR的SBUF（99H），TMOD（89H）。 P3.010入RXD串行口P3.111出TXD串行口P3.212入-INT0外部中断P3.313入-INT1外部中断P3.414入T0定时器外部输入P3.515入T1定时器外部输入P3.616出-WR片外存储控制P3.717出-