单片机课件第2章教材

第2章MCS-51单片机结构原理2.1MCS-51单片机内部结构2.2MCS-51单片机存储器结构2.3MCS-51单片机的引脚信号2.4MCS-51单片机工作方式2.5MCS-51单片机时钟电路与时序2.6MCS-51单片机的应用系统微型计算机的结构运算器控制器MPUROMRAMI/O外设接口CBABDB系统时钟

ROM并行I/O

RAMCPU串行I/O定时器/计数器外部定时器件复位中断电源图1-2单片机的内部结构TXDRXDTROMRAMI/O外设接口DBABCB单片微型计算机单片微型计算机应用系统扩展结构2.1MCS-51单片机内部结构MCS-51家族包括51和52两个子系列。51子系列机包括8031、8051、8751、89C51等，主要差别在于片内集成不同类型的程序存储器。52子系列的产品主要有8032、8052、8752。与51子系列的差别主要在于：1.片内数据存储器增至256B2.片内程序存储器增至8KB（8032/80C32无）3.I/O口功能增强（3个16位定时器/计数器，有6个中断源）。其他性能均与5l子系列相同。其对应的低功耗CHMOS工艺器件分别为80C32、80C52和87C52。

51兼容机有NXP、Maxim、Atmel、Infineon（英飞凌）等公司的产品INT0INT1TXDRXDT0P3P2P1P0T1CPUROMRAM定时器/计数器并行接口串行接口中断系统时钟电路8051MCS-51单片机的基本结构2.1.1MCS-51单片机的内部结构框图片内有哪些功能单元？+1

中央处理器（CPU）；

数据存储器（RAM）；

程序存储器（ROM）；

2个16位的定时器/计数器；并行I/O口（32根I/O线，4个P口）；

外部存贮器寻址范围ROM、RAM各64K；

全双工串行口；

中断系统（5个中断源，2个中断优先级）时钟电路。2.1.2中央处理器（CPU）结构2.1.3存储器结构特点2.1.4并行I/O接口2.1.5中断系统2.1.6定时器/计数器2.1.5串行I/O接口MCS-51共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入/输出。MCS-51单片机有一个全双工的串行口，可以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。2.1.2中央处理器（CPU）结构1．运算器运算器主要由算术逻辑单元（ALU）、累加器（A）、通用寄存器（B）、程序状态字（PSW）及两个暂存寄存器（TMP）组成。运算器的核心是算术逻辑单元，MCS-51单片机能够实现的各种运算操作都由其完成。MCS-51单片机的运算操作主要包括：加、减、乘、除运算。加1、减1的运算。十进制调整。左右移位、半字节交换。与、或、异或等逻辑运算。位操作中的置位、清零和取反等。2．控制器

控制器的主要组成部分包括指令寄存器、指令译码器、程序计数器（PC）、PC增量（加1）器、定时与控制逻辑电路等微处理器的基本结构PCARFRALUACCDR寄存器组控制部件指令译码器指令寄存器内部总线……控制信号2.2存储器结构图2-48051的存储器配置图专用寄存器内部RAM00H7FH80HFFH0000HFFFFH内部数据存储器外部数据存储器数据存储器必须熟练掌握外部内部0000H0FFFH1000HFFFFH程序存储器EA=1外部EA=01.ROM存储器空间(1)片内RAM存储器2.RAM存储器空间(4)片外RAM存储器(2)特殊功能寄存器SFR(SpecialFunctionRegister)(3)特殊功能寄存器SFR中的位寻址寄存器3.程序计数器PC(ProgramCounter)(1)片内RAM存储器图2-48051内部RAM分区(2)特殊功能寄存器SFR(SpecialFunctionRegister)(4)片外RAM存储器(3)特殊功能寄存器SFR中的位寻址寄存器3.程序计数器PC(ProgramCounter)

程序计数器PC(programcounter)是一个二进制16位的程序存储器地址寄存器，专门用来存放下一条需要执行指令的地址，能自动加1。工作过程：

CPU执行指令时，先是根据程序计数器PC中的地址从存储器中取出当前需要执行的指令码，并把它送给控制器分析执行，随后程序计数器PC中的地址自动加1，以便为CPU取下一个需要执行的指令码作准备。8051的程序计数器PC是16位的，故它的编码范围为0000H~FFFFH，共64K。也就是说，8051对程序存储器的寻址范围为64KB。需要执行程序的机器码必须在程序执行前预先一个一个字节地按顺序存放到程序存储器的单元中，并将程序计数器PC设置成程序的第一条指令的内存地址：

ORG0000H

累加器(ACC)是一个具有特殊用途的二进制8位寄存器，专门用来存放操作数或运算结果。在CPU执行某种运算前，两个操作数中的一个通常应放在累加器A中，运算完成后累加器A中便可得到运算结果。

MOVA,#03H; 74H03H ADDA,#05H; 24H05HORG0000H汇编语言机器语言0000H0002H0003H0004H0001H74H03H24H05H程序存储器INT0INT1TXDRXDT0P3P2P1P0T1CPUROMRAM定时器/计数器并行接口串行接口中断系统时钟电路80510000H0002H0003H0004H0001H74H03H24H05H程序存放在片内ROMRAMI/O外设接口DBABCB单片微型计算机单片微型计算机应用系统扩展结构0000H0002H0003H0004H0001H74H03H24H05H程序存放在片外2.3-2.4-2.5MCS-51单片机的引脚信号/工作方式/时钟电路与时序PSOP封装（塑料小型封装）TSSOP（薄的缩小型SOP）PLCC(PlasticLeadedChipCarrier)2.3.2MCS-51的引脚的逻辑功能电源线VCC、VSS端口线P0.0～P0.7：P0口输入/输出口线。P1.0～P1.7：P1口输入/输出口线。P2.0～P2.7：P2口输入/输出口线。P3.0～P3.7：P3口输入/输出口线。ALE

RST

XTAL1和XTAL2

控制线RST复位信号MCS-51复位电路MCS-51单片机系列采用高电平复位，信号持续时间在24个时钟周期以上。复位线RST/VPD复位后单片机的初始状态复位电路图2-9微机集成复位监督电路复位方式要掌握的关键问题MCS-51机复位信号复位电路的设计复位后主要SFR的初值及含义XTAL2XTAL1振荡电路内部时钟电路MCS-51时钟引脚XTAL1、XTAL2时钟电路MCS-51内部时钟的连接方式内部时钟方式外部时钟方式（a）HMOS单片机外部时钟源电路连接图（b）CHMOS单片机外部时钟源电路连接图图2-14MCS-51外部时钟的连接方式80C51实用复位电路时钟电路实际系统中的时钟电路和复位电路单片机最小应用系统1.振荡周期/时钟周期是时序中最小的时间单位，由单片机振荡电路OSC产生，为时钟脉冲频率的倒数。XTAL2XTAL1振荡电路内部时钟电路MCS-511个振荡周期关于周期的三个概念2.机器周期1个机器周期=12个振荡周期3.指令周期执行一条指令所需的时间.典型指令的时序（如E0H）（如E0H）（A3H）（04H）（24H#data）ALE读片外ROM指令时序ALEPSENXTAL2XTAL1RST8031时钟电路复位电路0VP3P2P1EA地址锁存EPROMPSENRAMRDWRP0ALE00H00H20H74H74H74H74H2000H读片外指令代码时序读片外RAM指令时序2.5MCS-51应用系统的设计

MCS-51单片机片外总线构成及系统扩展原理框图2.5MCS-51应用系统的设计1.8051/8751/89C51最小应用系统XTAL2XTAL1RST8051/8751/89C51时钟电路复位电路+5VP3P2P1P0EAAT89C51最小应用系统设计实例洗衣机控制器框图+5V89c51进水电磁阀排水电磁阀进水排水反转正转洗涤漂洗脱水反转控制电路正转控制电路电机开始/暂停洗衣选择1洗衣选择2洗衣选择3水位开关蜂鸣器电路蜂鸣器+5V…MCS-51单片机的外部三总线结构：锁存器8031EAPSENRDWRP2ALEP0数据线D7~D0低8位地址线A7~A0高8位地址线A15~A8控制线MCS-51外部总线结构2.8031最小应用系统XTAL2XTAL1RST8031时钟电路复位电路0VP3P2P1P0EA地址锁存EPROMPSENALE2.8031最小应用系统8031应用系统1XTAL2XTAL1RST8031时钟电路复位电路0VP3P2P1P0EA地址锁存EPROMPSEN8031应用系统2RAMRDWRI