单片机第二张课件

第2章MCS-51单片机结构 2.1MCS-51单片机的外特性2.2MCS-51单片机的内部结构2.1

单片机的外特性

一、电源引脚Vss和VccVcc（40）：正常工作电压+5VVss（20）：电源地GND注意：把220V电源转换为5V的问题二、时钟电路引脚XTAL1（19）XTAL2（18）8051芯片内部有一个高增益的反相放大器，用于构成振荡器。

XTAL1是反向放大器的输入端

XTAL2是输出端1、两种方式XTAL1XTAL2MCS-51C1C2CYSXTAL2XTAL1MCS-51+5VVSS外部时钟源图1内部振荡方式图2外部振荡方式时钟电路引脚连接两种方式P1P2S1P2振荡周期状态周期机器周期机器周期指令周期XTAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P22、四个周期1．振荡周期：为单片机提供时钟信号的振荡源的周期。2．状态周期：是振荡源信号经二分频后形成的时钟脉冲信号。3．机器周期：通常将完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。6个状态周期4．指令周期：是指CPU执行一条指令所需要的时间。一个指令周期通常含有1～4个机器周期。思考：若MCS-51单片机外接晶振为12MHz时，则单片机的四个周期的具体值为多少？

三、I/O引脚：32个1、P0口可做输入输出口使用，也可做地址/数据总线使用；2、P1口可做输入输出口；3、P2口可做输入输出口使用，也可做地址总线高8位使用；4、P3口可做输入输出口使用,且具有第2功能。引脚第二功能信号名称P3.0RXD串行数据接收P3.1TXD

串行数据发送P3.2

外部中断0申请P3.3

外部中断1申请P3.4T0定时/计数器0的外部输入P3.5T1定时/计数器1的外部输入P3.6

外部RAM写选通P3.7

外部RAM读选通四、控制信号引脚

1、RST/VPD（9）：复位/备用电源输入端

22μF

C1

RSTR11KΩ+5V803180518751（a）上电复位电路22μFC1

RST+5VR2200Ω803180518751（b）按键加上电复位电路R11KΩ单片机复位后特殊功能寄存器的状态特殊功能寄存器初始状态特殊功能寄存器初始状态A00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0～P3FFHSBUF××××××××BIP×××00000BSCON00HIE0××00000BPCON0×××××××B2、ALE/PROG（30）：（1）第一功能：地址锁存容许信号端（2）第二功能：编程脉冲输入端

当8051上电正常工作后，ALE引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡频率的1/6。3、PSEN：片外程序存储器读选通信号端4、EA/VPP：（1）第一功能:内外程序存储器选择输出（2）第二功能：编程电压输入端实例：片外程序存储器扩展单片机P0

ALEPSEN指令A0～7OE程序存储器Di

QiG地址锁存器

P2

A8～nEA实例：片外数据存储器扩展单片机P0ALEP3.6（WR）D0～7A0～7OE数据存储器Di

QiG地址锁存器

P2

A8～nWEP3.7（RD）8051/8751最小应用系统+5V+5V五、单片机最小系统+5V+5V实例：用8051最小系统点亮发光二极管LED+5V8051/8751最小应用系统+5V+5V

+5V

ORG0000HD1:JBP1.6,LOOPCLRP1.3SJMPLOOP1LOOP:SETBP1.0LOOP1:SJMPD1END

8031单片机最小系统+5V

+5V实例：用8031最小系统点亮发光二极管LEDP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0P3.7P3.6P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0PSENEAALERESET803180518751P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0ALEA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0G锁存器

数据总线(DB)

地址总线(AB)

控制总线(CB)

频率基准源

计数脉冲

内部总线

中断

中断

控制

并行I/O口

串行输入输出

2.2

单片机的内部结构振荡器及定时电路4K程序存储器128B数据存储器8051CPU64K字节总线扩展控制可编程I/O口可编程串行口2个16位定时器/计数器1.一个8位CPU2.片内ROM掩模4KB3.片内RAM128B4.21个特殊功能寄存器5.4个片内并行I/O接口6.两个片内16位定时器/计数器7.5个中断源两级嵌套8.一个片内全双工串行口9.一个片内振荡器及时钟电路单片机的内部结构2.2.1中央处理器CPUCPU=运算器+控制器一、运算器1、功能：算术、逻辑、位处理2、组成：算术逻辑运算单元ALU累加器ACC寄存器B暂存器TMP程序状态寄存器PSW算术运算逻辑运算位操作存放一个操作数存放运算结果传送数据CYACF0RS1RS0OV/PD0HPSW.0PSW.1PSW.2PSW.4PSW.6PSW.7PSW.5PSW.3CY：进借位标志；AC：辅助进借位标志；F0：用户标志；

RS1、RS0：工作寄存器组选择;OV：溢出位；P:奇偶位。RS1RS0选择工作寄存器组000组（00H～07H）011组（08H～0FH）102组（10H～17H）113组（18H～1FH）工作寄存器组选择控制表二、控制器2、组成：程序计数器PCPC加1寄存器指令寄存器指令译码器数据指针DPTR堆栈指针SP缓冲器以及定时与控制电路1、功能：识别指令，控制及协调单片机各功能部件工作。单片机执行指令的工作过程程序计数器PC的工作过程(PC)ROM指令寄存器指令译码器定时控制电路各功能部件地址指令结果定时信号控制信号（PC）ROM（PC）+1PC的内容：下一条要执行的指令在程序存储器中的地址2.2.2存储器结构普林斯顿结构：程序和数据共用一个存储器逻辑空间，统一编址。一、存储器配置方式哈佛结构：程序和数据分开，独立编址0000H程序存储器空间0001H…………0FFFH…………0000H0001H…………0FFFH…………数据存储器空间0000H0001H……………………一个存储器空间1001H程序存储器数据存储器普林斯顿结构1、程序存储器2、数据存储器二、存储器的分类片内程序存储器片外程序存储器片内数据存储器片外数据存储器三、程序存储器1、作用：存储应用程序的机器码、表格常数2、如何选择片内片外的程序存储器？3、系统保留ROM地址（特殊存储单元）0000H：启动地址0003H：外部中断0的中断服务入口地址000BH：定时/计数器0溢出中断入口地址0013H：外部中断1的中断服务入口地址001BH：定时/计数器1溢出中断入口地址0023H：串行口中断服务程序入口地址四、数据存储器1、作用：存放运算的中间结果、数据暂存、缓冲2、片外数据存储器：64K3、片内数据存储器：地址范围：00H—7FH80H—FFH字节地址位地址

2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20HD7D6D5D4D3D2D1D07FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H77H76H75H74H73H72H71H70H6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H67H66H65H64H63H62H61H60H5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H57H56H55H54H53H52H51H50H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H47H46H45H44H43H42H41H40H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H37H36H35H34H33H32H31H30H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H17H16H15H14H13H12H11H10H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H07H06H05H04H03H02H01H00H片内RAM位寻址区的位地址特殊功能寄存器SFR总结：位地址空间：211个

内部RAM：20H～2FH共128个

SFR：11个共有83位问题：低128字节RAM单元地址范围是00H-7FH位寻址区128位的位地址是00H—7FH如何区分是字节地址还是位地址？位地址表示方法

直接位地址点操作符表示一、P0口P0口做输入输出口使用2.2.3输入/输出（I/O)端口G1G20G1G2P0口做地址/数据总线使用1P0口特点：（1）P0口既可作一般I/O口使用，又可作地址数据总线使用（2）P0作输入口时，要先写入1。是一双向口。（3）P0口作输出口时，输出级属开漏电路，必须外接上拉电阻（4）可位寻址，也可按字节寻址（5）可驱动8个TTL负载。二、P1口读锁存器内部总线读引脚DCLQ锁存器P1.XVccP1口特点：（1）可按字节寻址，也可按位寻址（2）作I/O输入口时：是一准双向口，不是开漏输出。三、P2口

DCLQ.锁存器MUXP2.X引脚地址控制读锁存器内部总线读引脚VccP2口做输入输出口使用DCLQ.锁存器MUXP2.X引脚地址控制读锁存器内部总线读引脚VccP2口做地址线使用P2口特点：（1）P2口作为通用I/O，为准双向口。（2）从P2口输入数据时，先向锁存器写“1”。（3)P2口作输出口使用时，无需外加上拉电阻。（4）若外接ROM,由于访问片外ROM的取指操作，P2口需要不断送出高位地址，此时P2口不宜再作I/O口使用。四、P3口读锁存器内部总线读引脚DCLQ锁存器P3.X第二输出功能第二输入功能Vcc口线特殊功能信号名称P3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行输出口P3.2INT0外部中断0输入口P3.3INT1外部中断1输入口P3.4T0定时器0外部输入口P3.5T1定时器1外部输入口P3.6WR写选通输出口P3.7RD读选通输出口P3口特点：（1）作通用I/O时，“第二输出功能”应保持高电平，（2）工作于第二功能时，该位锁存器应置1，（3）作输入口时，输出锁存器和选择输出功能端都应置1（4）第二功能专用输入，取自输入通道第一缓冲器（G1）输出端，通用输入信号取自“读引脚”。

MCS－51单片机取指、执行时序

2.2.4时序S1S2S6S3S5S4S1S2S6S3S5S4S1S2S6S3S5S4S1S2S6S3S5S4S1S2S3S4S5S6S1S2S3S4S5S6S1P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2振荡器ALE再读下一个操作码S1S2S6S3S5S4S1S2S6S3S5S4（a）单字节单周期指令，如INC读操作码读操作码读第二字节读下一个操作码（b）双字节单周期指令，如ADDA，#DATA读操作码读下一个操作码（丢弃）（c）单字节双周期指令，如INCDPTR读操作码读下一个操作码（丢弃）无取指，无ALE无取指读下一个操作码读下一个操作码访问外部存储器地址数据（d）单字节双周期指令，如MOVX通道0驱动器通道2驱动器RAM地址锁存器RAM通道0锁存器通道2锁存器ROM/EPROMB寄存器程序地址寄存器缓冲器PC递增器程序计数器PC０驱动器DPTR指针VCCGNDP1.0～P1.7堆栈指针SPACCTMP2PSW通道3锁存器通道1锁存器通道1驱动器通道3驱动器TMP1SCONTMODPCONTCONTL0TH1TH0TL1IESBUF(TX/RX)IP中断、串行口和定时器逻辑振荡器P3.0～P3.7RSTALEPSENXTAL2XTAL1ALU(+5V)指令寄存器定时和控制逻辑指令译码器MCS-51片内总体结构框图EA返