单片机应用技术第二章单片机基本结构单片机结构引脚存储器

单片机内部结构引脚MCS-51单片机40脚Vcc,GND2XTAL1,XTAL22RESET1EA/Vpp1ALE/PROG1PSEN1P0.0—P0.78P1.0—P1.78P2.0—P2.78P3.0—P3.78引脚电源端Vcc,GND:

正电源端与接地端(+5V/3.3V/2.7V)不同的单片机可以允许不同的工作电压,不同的单片机表现出的功耗也不同。引脚晶振端Vcc,GND:

正电源端与接地端(+5V/3.3V/2.7V)不同的单片机可以允许不同的工作电压,不同的单片机表现出的功耗也不同。XTAL1,XTAL2:

片内振荡电路输入/输出端引脚晶振端Vcc,GND:正电源端与接地端(+5V/3.3V/2.7V)XTAL1,XTAL2:片内振荡电路输入/输出端15～45pFx21～12MHz〔MCS-51〕0～24MHz〔Atmel-89C〕XTAL1XTAL2XTAL2XTAL1外部时钟通常外接一个晶振两个电容也可以由XTAL1端接入外部时钟，此时应将XTAL2接地：引脚晶振端CPU总是按照一定的时钟节拍与时序工作：振荡周期/时钟周期：Tc=晶振频率fosc〔或外加频率〕的倒数状态周期：Ts=2个时钟周期(Tc)〔不常见〕机器周期：Tm=6个状态周期(Ts)=12个振荡周期(Tc)指令周期:Ti:执行一条指令所需的机器周期(Tm)数

1个机器周期=12个振荡周期；

1个指令周期=1、2、4个机器周期

引脚复位端

Vcc,GND:电源端〔+5V/3.3V/2.7V〕XTAL1,XTAL2:片内振荡电路输入、输出端RESET:复位端〔正脉冲有效,宽度8ms〕引脚复位端

复位后单片机进入到初始状态:▼PC值归零(0000H);▼各个SFR被赋予初始值：

P0~P3=0FFH,Acc=0,

B=0,

TH0=0，

TL0=0,

TH1=0,

TL0=0,

SP=7,

PSW=0……▼退出处于节电工作方式的停顿状态、退出一切程序进程、退出程序的死循环，从头开始。引脚复位端

PC与SFR复位后的状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HA00HT2CON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0~P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUFXXHIE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H引脚复位端

上电复位与手动复位+5V10uF10KVccRSTGND上电复位10uF10KVccRSTGND手动&上电复位1K+5V引脚EA端

EA/Vpp:

寻址外部ROM控制端/编程电源输入端。▼低电平有效，片内无ROM时必须接地；片内有ROM时应当接高电平；▼对片内ROM编程时编程正电源加到此端。引脚ALE端

ALE/PROG:地址锁存允许/编程脉冲输入端。▼P0口寻址外部低8位地址时接外部锁存器G端；▼ALE端平时会输出周期正脉冲：ffosc/6；▼对片内ROM编程时编程脉冲由此端参加。引脚PSEN端

寻址外部程序存储器时选通外部EPROM的读控制端〔OE〕低电平有效。单片机锁存器74LS373P0.0-P0.7ALEPSEN8D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GEAOECEEPROM

存储器组织计算机的两种不同结构——冯·诺依曼型：中央处理器〔CPU〕输入/输出部件存储器逻辑部件〔ALU〕控制部件

存储器组织计算机的两种不同结构——哈佛型：中央处理器〔CPU〕输入/输出部件程序存储器逻辑部件〔ALU〕控制部件数据存储器

存储器组织为了理解存储器——我们先来看一个仓库：货架上带编号的格子仓库货架

存储器组织单片机的存储器——几个有关的概念：计算机中的存储器就是一个用来存放数据〔包括用户数据和程序〕的仓库，仓库中有很多用来存放货物〔数据〕的货架，货架上面的格子(存储器中的存储单元)，在这个仓库中存放数据可以一个字节一个字节的放、也可以一个位一个位的放，为了存取货物〔数据〕方便，每个格子都有一个编号，这个编号被称为地址，即存储单元地址，地址用一个8位或16位的二进制数来表示。

存储器组织单片机的存储器——几个有关的概念：随机存储器——RAM〔RandomAccessMemory〕只读存储器——ROM〔ReadOnlyMemory〕闪速存储器——FlashMemoryEPROM——〔UV〕ErazibleProgrammableROMEEPROM/E2PROM——ElectricalErasableProgrammableROM静态存储器SRAM——StaticRAM〔动态存储器DRAM——DynamicRAM〕按字节寻址：每个字节(8个位)占一个地址按位寻址：有的存储器每一个位就有一个地址

存储器组织MCS51单片机存储器配置片内RAM128字节〔00H~7FH〕；片内RAM前32个单元是工作存放器区(00H~1FH)片内RAM有128个可按位寻址的位，占16个单元。位地址编号为：00H~7FH，分布在20H~2FH单元片内21个特殊功能存放器(SFR)中：地址号能被8整除的SFR中的各位也可按位寻址可寻址片外RAM64K字节 〔0000H~FFFFH〕可寻址片外ROM64K字节 〔0000H~FFFFH〕片内FlashROM4K字节 〔000H~FFFH〕存储器组织存储器配置(片内RAM)：片内RAM

128字节(00H~7FH)00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM区普通RAM区位寻址区工作存放器区SFR分布在80H~FFH其中92个位可位寻址80HFFH所有的RAM区(包括位寻址区、工作存放器区〕都可以用于存放数据，故也称为数据缓存存放器89C51

128字节

存储器组织存储器配置(片内RAM)：片内RAM前32个单元是工作存放器区(00H~1FH)00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM区普通RAM区位寻址区工作存放器区R0R2R1R3R4R5R6R707H02H01H00H06H04H05H03H08H1FH工作寄存器区3工作寄存器区2工作寄存器区1工作寄存器区00FH10H17H18H

存储器组织存储器配置(片内RAM)片内RAM中有128位可按位寻址它们的地址为:00H~7FH分布在字节地址为20H~2FH的单元内00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM区普通RAM区位寻址区工作存放器区7F7E7D7C7B7A797827H22H21H20H26H24H25H23H28H2FH单元字节地址07060504030201000F0E0D0C0B0A090817161514131211101F1E1D1C1B1A191827262524232221202F2E2D2C2B2A292837363534333231303F3E3D3C3B3A39384746454443424140位地址

存储器组织存储器配置(片内RAM)：片外RAM64K字节(0000H~FFFFH)；片外ROM64K字节(0000H~FFFFH)；片内FlashROM4K字节(0000H~0FFFH)；FFFFH0000H片外RAM64K字节FFFFH0000H片外ROM64K字节0FFFH0000H片内FlashROM4K字节89C517FH00H片内RAM128字节FFH80H

存储器组织MCS-51单片机的堆栈：什么是堆栈？在片内RAM中,常常要指定一个专门的区域来存放某些特别的数据,它遵循顺序存取和后进先出(LIFO/FILO)的原那么,这个RAM区叫堆栈。。堆栈的作用是什么？1〕子程序调用和中断效劳时CPU自动将当前PC值压栈保存,返回时自动将PC值弹栈。2〕保护现场/恢复现场3〕数据传输

存储器组织MCS-51单片机的堆栈：堆栈区通过特殊功能存放器SP(堆栈指针)进行管理。堆栈区可以安排在RAM区任意位置,但为了防止数据区的冲突,所以一般不安排在工作存放器区和可按位寻址的RAM区,通常放在RAM区的靠后的位置。存储器组织MCS-51单片机的堆栈：00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM区普通RAM区位寻址区工作存放器区初始SPSP栈顶已经存入堆栈的数据将要进入堆栈的数据存放于此数据进栈复位后SP=07H,数据进栈时：首先SP+1指向08H单元,第一个放进堆栈的数据将放进08H单元,然后依此类推,SP始终指着栈顶……实栈顶存储器组织MCS-51单片机的堆栈：00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM区普通RAM区位寻址区工作存放器区初始SPSP栈顶当前要出栈的数据数据出栈从堆栈取出数据时：取出的数据是最近放进去的一个数据,也就是当前栈顶的数据。然后SP再自动减1,仍指着栈顶……SP-1指向下一个要出栈的数据存储器组织MCS-51单片机的堆栈：00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM区普通RAM区位寻址区工作存放器区初始SPSP栈顶数据出栈从堆栈取出数据时：取出的数据是最近放进去的一个数据,也就是当前栈顶的数据。然后SP再自动减1,仍指着栈顶……SP-1指向新的栈顶，也就是下一个要出栈的数据存储器组织MCS-51单片机的特殊功能存放器(SFR)：特殊功能存放器SFR〔专用存放器〕是一类专门用于控制、选择、管理、存放单片机内部各局部的工作方式、条件、状态、结果的存放器。不同的SFR管理不同的硬件模块，负责不同的功能，各司其职。换而言之：要让单片机实现预定的功能，必须有相应的硬件和编写相应的软件，而编写软件中最重要的一项工作就是对SFR进行设置。存储器组织特殊功能存放器(P0~P3、SP、A、B)：89C51有21个SFR(89C52有26个)

其中P0、P1、P2、P3等四个8位I/O口分别由名为P0、P1、P2、P3四个SFR代表。堆栈指针存放器SP(StackPointer):总是指向栈顶，压栈时先SP+1然后数据进栈；弹栈时数据先出栈然后SP-1。累加器ACC:用于数据传送中存放中间数据、数学逻辑运算中存放运算数据等功能的重要SFR。副累加器B:经常与ACC配合在一起使用的特殊功能存放器(乘法、除法中存放另一个运算数据)，此外，它也经常当作普通存放器使用。存储器组织程序状态字存储器(PSW)：程序状态字存储器PSW:用于存放在程序执行过程中产生的一些特殊状态(进位、溢出、借位等)。CYACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0PSW.6PSW.5CY(PSW.7)进位/借位标志位。假设ACC在运算过程中发生了进位或借位，那么CY=1；否那么=0。同时它也是布尔处理器的位累加器，可用于布尔操作。AC(PSW.6)半进位/借位标志位。假设ACC在运算过程中，D3位向D4位发生了进位或借位，那么AC=1,否那么=0。机器在执行“DAA〞指令时自动要判断这一位，我们可以暂时不关心它。F0

(PSW.5)可由用户定义的标志位。存储器组织程序状态字存储器(PSW)：RS1和RS0:RS1和RS0的组合用于对工作存放器区进行选择。CYACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0PSW.4PSW.3RS1，RS0=00那么选择了工作存放器组0区R0～R7分别代表00H～07H单元。RS1，RS0=01那么选择了工作存放器组1区R0～R7分别代表08H～0FH单元。RS1，RS0=10那么选择了工作存放器组2区R0～R7分别代表10H～17H单元。RS1，RS0=11那么选择了工作存放器组3区R0～R7分别代表18H～1FH单元。存储器组织程序状态字存储器(PSW)：OV(PSW.2)溢出标志位。OV=1时特指累加器在进行带符号数(-128~+127)运算时出错〔超出范围〕；OV=0时未出错。P(PSW.0)奇偶标志位。P=1表示累加器中“1〞的个数为奇数P=0表示累加器中“1〞的个数为偶数CPU随时监视着ACC中的“1〞的个数,并反映在PSW中CYACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0PSW.2PSW.1存储器组织一个重要的存放器(PC)：程序计数器PC(ProgramCounter)PC不是一个特殊功能存放器SFR，但其作用又十分重要和特殊!!!PC在计算机中用于对程序的执行进行控制。特点：▼它是16位的按机器周期自动增1计数器▼总指向下一条指令所在首地址(当前PC值)▼一切分支/跳转/调用/中断/复位等操作的本质就是:改变PC值I/O口结构单片机的引脚(P0口)：P0.0~P0.7:双向I/O口〔内置场效应管上拉〕寻址外部程序存储器时分时作为双向8位数据口和输出低8位地址复用口；不接外部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使用。21DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线地址/数据控制引脚P0.X34VccI/O口结构单片机的引脚(P0口)：P0.0~P0.7:双向I/O口〔内置场效应管上拉〕寻址外部程序存储器时分时作为双向8位数据口和输出低8位地址复用口；不接外部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使用。21DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线地址/数据控制=0引脚P0.X34Vcc=1100截止截止00控制=0时，此脚作输入口〔事先必须对它写“1〞〕I/O口结构单片机的引脚(P0口)：P0.0~P0.7:双向I/O口〔内置场效应管上拉〕寻址外部程序存储器时分时作为双向8位数据口和输出低8位地址复用口；不接外部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使用。21DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线地址/数据控制=1引脚P0.X34Vcc=01=01导通截止10控制=1时，此脚作地址/数据复用口:〔1〕输出地址数据=0时=0I/O口结构单片机的引脚(P0口)：P0.0~P0.7:双向I/O口〔内置场效应管上拉〕寻址外部程序存储器时分时作为双向8位数据口和输出低8位地址复用口；不接外部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使用。21DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线地址/数据控制=1引脚P0.X34Vcc=00=10截止导通11控制=1时，此脚作地址/数据复用口:〔2〕输出地址数据=1时=1I/O口结构单片机的引脚(P0口)：P0.0~P0.7:双向I/O口〔内置场效应管上拉〕寻址外部程序存储器时分时作为双向8位数据口和输出低8位地址复用口；不接外部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使用。21DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线地址/数据控制=1引脚P0.X34Vcc=10控制=1时，此脚作地址/数据复用口:〔3〕输入数据时,输入指令将引脚与内部总线直通I/O口结构单片机的引脚(P1口)：P1.0~P1.7:准双向I/O口〔内置了上拉电阻〕输出时与其他口一致，仅在作输入口用时要先对其写“1〞。21DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线Vcc引脚P1.X内部上拉电阻I/O口结构单片机的引脚(P1口)：P1.0~P1.7:准双向I/O口〔内置了上拉电阻〕输出时与其他口一致，仅在作输入口用时要先对其写“1〞。21DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线Vcc引脚P1.X内部上拉电阻输出数据=1时110截止=1I/O口结构单片机的引脚(P1口)：P1.0~P1.7:准双向I/O口〔内置了上拉电阻〕输出时与其他口一致，仅在作输入口用时要先对其写“1〞。21DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线Vcc引脚P1.X内部上拉电阻输出数据=0时001导通=0I/O口结构单片机的引脚(P2口)：P2.0~P2.7:双向I/O口〔内置了上拉电阻〕寻址外部程序存储器时输出高8位地址；不接外部程序存储器时可作为8位准双向I/O口使用。21DQCK/Q读引脚读锁存器写锁存器内部总线地址高8位控制引脚P2.X3内部上拉电阻VccI/O口结构单片机的引脚(P2口)：21DQCK/Q读引脚=0读锁存器写锁存器内部总线地址高8位控制=0引脚P2.X3内部上拉电阻Vcc控制=0时,此脚作为通用输出口(输出=1)11101=1截止I/O口结构单片机的引脚(P2口)：21DQCK/Q读引脚=0读锁存器写锁存器内部总线地址高8位控制=0引脚P2.X3内部上拉电阻Vcc控制=