第2章―MCS-51单片机的结构及原理

1、第2章MCS-51单片机的构成和原理、2.1MCS-51单片机的构成2.2MCS-51的存储器构成2.3单片机的复位、时钟和时序2.4并行I/o端口2.1MCS-51单片机的结构2.1.1MCS-51单片机的内部结构2.1.2MCS-51管脚和功能2.2MCS-51的内存结构2.3单片机的复位、时钟和第二章单片机的结构和原理，SCM是将通用微机的基本功能部件集成在一个芯片上构成的专用微机系统SCM=CPU RAM ROM I/O T/C INT UART，第二章单片机的结构和原理，80c 5 CPU 128 bra M4 kb rom (216 ) t/c (48 ) I/o 1个UART 5

2、个中断源，第2章单片机的结构和原理，80c51单片机的内部资源主要是：8位中央处理器(CPU ) 芯片内振荡器和时钟电路4KB芯片内程序存储器(ROM) 128字节的片上RAM 8位双向I/O端口4 5中断源16位计时器/计数器2全双工串行端口1个，第2章单片机的结构介绍下一节，介绍下一节，介绍第五章，介绍第六章，介绍第七章，单片机CPU=控制器运算器，第二章单片机的结构和原理，1， 控制器作用：统一指挥和控制计算机协调动作构成：程序计数器PC命令解码器ID数据指针DPTR的其他专用寄存器功能： (1)从内存中取出接下来要执行的命令(2)识别取出的命令(3)指挥运算器运算控制(指挥)数据传送第

3、2章单片机的构成和原理(1)程序计数器(ProgramCounterPC )、指令地址寄存器、下一个指令的地址永远保存，PC的变化规则决定了程序的流程，第2章单片机的构成和原理具有16位字长可地址范围216(=64KB )的自动加1功能(计数器)顺序执行程序功能通过命令修正功能能使程序功能复位时，PC值复位为0后，程序从0开始启动，第2章单片机表示数据指针寄存器(DataPointerDPTR )、16位字长、可地址范围216(64KB )存储器的数据地址的指针，是2个8位的独立寄存器DPL和DPH、，35H，77H，F4H，和、xxH，xxH，xxH，ROM，RAM，DPL，DPH，第2章单

4、片机的结构和原理，2， 运算器作用：由算术运算和逻辑运算构成数据：算术/逻辑单元ALU累加器ACC程序状态字寄存器PSW的其他工件单元功能： (1)运算堆栈内的数据(2)将结果保存在ACC中(3)将运行状态反映在PSW上，第2章单片机(1)累加器a通过堆栈(存储运算数或中间运算结果的8位寄存器)连接到ALU，这是CPU中使用最频繁的寄存器。 第2章单片机的结构和原理，(2)程序状态字寄存器(ProgramStateWordPSW )，PSW是8位的专用寄存器，存储程序运行中的各种状态信息。 PSW的各信息通常在命令执行过程中自动创建，但也可以通过传输命令进行变更。 PSW各位的定义：位置定义的

5、名称，(2)程序状态字寄存器(ProgramStateWordPSW )，PSW是8比特的专用寄存器，保存程序执行中的各种状态信息。 PSW的各信息通常在命令执行过程中自动创建，但也可以通过传输命令进行变更。 各位PSW的定义：位置定义的名称，功能定义的名称，第2章单片机的构造和原理，CY(PSW.7 )进位标志被加法或减法的情况下，操作结果的上位位有进位或进位时，CY在硬件中为“1”，否则用途： 1、判断通过CY进行加减运算时有无进位或借位2、位操作中CY可以作为位累加器使用。 例如，第2章单片机的结构和原理，AC(PSW.6 )辅助进位标志进行加法或减法的情况下，从操作结果的低位4位到高位

6、4位发生进位或进位的情况下，硬件为“1”，否则清除“0”。例如，用途： 1、通过AC进行加减运算时，判断有无进位或有无进位2 .在BCD代码调整运算中使用AC标志，第2章单片机的结构和原理，F0(PSW.5 )和F1(PSW.1 )用户标志位由用户定义第二章单片机的结构和原理、RS1和RS0(PSW.4和PSW.3 )工作寄存器集指针用于选择CPU当前的工作寄存器集，第二章单片机的结构和原理、OV(PSW.2 溢出标志在符号数运算和乘法运算中有异常结果的情况下，根据OV集1，否则运算中的D6和D7位的变化，硬件自动地形成OV值，用途：判断符号数运算和乘法运算的结果是否正常。 第二章单片机的结构

7、和原理，ov=c6YC7y=10=1，1011101100010110000011000011，正补数本身，负补数除了符号比特之外，各比特求反，最后，ov=c6YC7y=1 111010111111001001001001000101，运算错误，运算正确，例如第2章单片机的结构和原理，P(PSW.0 )奇偶校验位总是跟踪累加器a中包含的“1”个奇偶校验位，在a中跟踪奇数个“1” 例如，如果A=10011111，则P=0，A=11000001，P=1，用途：用于串行通信中的数据检查，判断是否存在传输错误。 第二章单片机的结构和原理，第二章单片机的结构和原理， 2.1MCS-51单片机的结构2.1

8、.1MCS-51单片机的内部结构2.1.2MCS-51管脚和功能2.2MCS-51的存储器结构2.3单片机的复位、时钟和定时MCS-51系列单片机的安装方式采用了与制造工艺有关的HMOS制造技术的51单片机，一般采用40个引脚的双线封装(DIPdualin-linepackage ) 第2章单片机的结构和原理，MCS-51单片机除了采用DIP封装方式外，还采用了44条引线的方形平面封装(QFPquadflatpackage )方式，其中4个没有用。 第2章单片机的结构和原理，DIP引脚分布，电源和水晶振动引脚(共计4根)控制引脚(共计32根)，第2章单片机的结构和原理，(1)电源和水晶振动引脚

9、，VCC(40脚):5V电源引脚VSS(20 外置晶体振子端子(放大器内置输入端子) XTAL2(18脚):外置晶体振子端子(放大器内置输出端子)，第2章单片机的结构和原理，(2)控制端子，ALE/PROG(30 )是地址锁存许可输出/程序脉冲输入， RST/VPD(9)是复位/待机电源端子，PSEN(29 ) :输出访问芯片外程序存储器读取选择通信信号，EA/VPP(31 ) :允许外部ROM访问/编程电源输入，第2章单片机P1.0P1.7(18脚) P1口； P2.0P2.7(2128脚) P2口； P3.0P3.7(1017脚) P3口。 P0P3是单片机对外联系的重要通道，第二章单片机

10、的结构和原理， 2.1MCS-51单片机的结构2.2MCS-51的存储器结构1 .存储器分割方法2 .程序存储器3 .数据存储器2.3单片机的复位、时钟和序列2.4并行I/O端口，第2章单RAM和ROM的统一地址，RAM和ROM的分开地址，第2章单片机的结构和原理，MCS-51系列单片机采用哈佛结构，存储器的配置有图：共计4个物理存储空间，或3个逻辑存储空间第2章单片机的结构和原理，第2章单片机的结构和原理，第2.1MCS-51单片机的结构2.2MCS-51的存储器结构1 .存储器分割方法2 .程序存储器3 .数据存储器2.3单时钟和序列2.4并行I/O端口角色：存储程序、表或常数(非易失性停

11、电保存)的字数： 8位数： 4KB，1KB=1024字节(0-03FFH)4KB=4096字节(0- 0f ffh ) 8kb 第2章单片机的结构和原理ROM的6个特殊存储器单元引导程序跳转0000H :复位后程序自动执行的起始地址0003H :外部中断0入口地址000BH :计时器0溢出中断入口地址001BH :计时器0溢出中断入口地址0023H :串行端口中断入口地址程序一般在0030H地址以后，第2章单片机的结构和原理是a )芯片上和片上ROMb)ROM 当EA管脚连接到高电平(开关a点)时，4KB以内的地址位于芯片上ROM，4KB以上的地址位于芯片上ROM (图中的虚线)，两者都构成6

12、4KB的空间的EA端子位于低电平(开关连接到b点) 第2章单片机的结构和原理，第2章单片机的结构和原理，第2.1MCS-51单片机的结构2.2MCS-51的存储器结构1 .存储器分割方法2 .程序存储器3 .数据存储器2.3单片机时钟和定时2.4并行I/O端口，作用：存储程序执行结果的字数： 8位数： 256B，30H低128B(00H7FH )通常RAM区域高128B(80HFFH )为特殊功能寄存器区域，第2章单片机低128字节区域工作寄存器区域(00H-1FH )的位可寻址区域(20H-2FH )用户RAM区域(30H-7FH )、第2章单片机的结构和原理、区域为32字节的小区(00H1

13、FH )，分为4个组在任何时候，CPU只能选择一组工作寄存器作为当前的工作寄存器集。 当前的工作寄存器组通过PSW的RS1和RS0标志位(工作寄存器组指针)来设定。 第2章单片机的结构和原理，注意： CPU复位后的RS1和RS0的默认值为0，即默认的第0组是当前的动作寄存器组。 第2章单片机的结构和原理，通过用Rn寄存器编程，可以提高编程效率：1)不需要考虑存储单元的具体地址，2 )可以在同名的Rn间高速切换，3 )寄存器地址寄存器(Register )和存储器(Memory )的概念：寄存器是指由nand门构成的结构，Memory由MOS管理构成。 寄存器访问速度很快，但占用面积很大。 内存

14、很小，可以集成大容量，但访问速度很慢。 在51单片机中，两者的差异不大，一些寄存器和存储器一致，如Rn和区域RAM，SFR和高128字节RAM区域。 第二章单片机的结构和原理，划分为16字节单元(20H2FH )，或128位地址单元(00H7FH )，能够以两种方式访问数据。 第二章虽然想把单片机的结构和原理，例如地址(20H )中存储的数01110010B的最高位变更为1，但其馀不变。 特征：位地址可以提高数据处理的灵活性，用方法1、数10000000B和(20H )的内容对MOVA、20H进行“或”运算，首先将20H的内容传达给a里ORA、#80H，再对a进行80H的or运算方法2， 对最

15、高位直接“位置”操作SETB07H的07H是20H的最高位地址，第2章单片机的结构和原理，区域共计80字节单元(30H7FH )，是用户RAM区域，但只能以字节为单位进行数据访问操作然后按一下。 第二章单片机的结构和原理，(2) 21个特殊功能寄存器(SpetialFunctionRegister )离散分布在高度为128字节的RAM区域和高度为80HFFH的128字节的RAM区域中，也称为特殊功能寄存器区域。 有30H、第2章单片机的结构和原理、标准的SFR名称和符号、字节地址和位地址，上述的Acc、PSW、DPL、DPH等一些寄存器属于SFR，其馀寄存器在后一章结合应用进行介绍。第二章单片

16、机的结构和原理，字节地址的最低位为0或8的SFR，具有位地址。 非SFR存储单元的用户不可用(系统的其馀部分)。 第二章单片机的结构和原理： 2.1MCS-51单片机的结构2.2MCS-51的存储器结构2.3单片机的复位、时钟和时序1 .复位和复位电路2 .时钟电路3.CPU时序2.4并行I/O端口，第第2章单片机的结构和原理、复位条件、RST/VPD端子出现满足复位时间要求的高电平状态，该时间等于系统时钟振荡器周期的建立时间加上2个机械周期时间(一般为10ms以上)。复位方式、上电复位按钮复位复合复位，第2章单片机的结构和原理，第2章单片机的结构和原理，2.1MCS-51单片机的结构2.2M

17、CS-51的存储器结构2.3单时钟和时序1 .复位和复位电路2 .时钟电路3.CPU时序2.4并行I/O端口、CPU微操作必须在统一的时钟控制下正确进行。 内部时钟方式，微调电容：C1，C230pF水晶振子：水晶封装，在MCS-51的情况下，振荡频率为612MHZ。外部时钟方式，第二章单片机的结构和原理，第二章单片机的结构和原理，2.1MCS-51单片机的结构2.2MCS-51的存储器结构2.3单片机的复位， 时钟和时序1 .复位和复位电路2 .时钟电路3.CPU时序2.4并行I/O端口，时序是计算机指令执行时各种微操作的时间顺序关系，其作用保证了CPU中各种微操作的有序运行。 (1)序列的概念、第2章单片机的结构和原理、时钟信号CL的触发，在没有具有追随输入端q电平的功能的CL触发的情况下，d和q是信号分离的。 d触发器的这种功能广泛用于数字信号的输出锁存器。 第二章单片机的结构和原理，时间序列定时单位有4个参数：拍(振荡周期、时钟周期) p、状态周期s、机械周期、指令周期，一个状态(s )是包含2拍(p )的一个机械周期是由6个s或12个p