MCS-51系列单片机芯片结构介绍.ppt

1、第二章MCS51系列单筹码结构，2.1 MCS51系列单筹码微机的结构原理MCS-51单筹码逻辑结构MCS-51单筹码微机的系统结构框图见图2.1。图2.1 MCS-51单筹码微计算机的系统结构框，如图2.1所示，单筹码微电脑内部主要有1个U 8位CPU中选择所需的构件。1个U时钟电路U 4Kbyte节目内存；U128字节数据内存；u两个16位定时/柜台；U 64Kbyte扩展巴士控制电路；4个U 8位并行I/O通信端口：U可编程串行介面；5个中断源(包括两个优先级嵌套中断)、MCS51单筹码内部结构MCS51单筹码内部结构框图2.2中所示。图2.2 MCS51单筹码内部结构箱，1 .CPU

2、CPU是中央处理器的缩写，是单筹码微计算机的核心部件，它执行多种计算和控制任务。CPU由算法和控制器电路两部分组成。(1)运算符电路运算符电路包括算术逻辑单元(ALU)、累加器(ACC)、B寄存器、状态寄存器、寄存器1、寄存器2等部件，具有执行算术运算和逻辑运算的功能。(2)控制器电路控制器电路包括节目柜台PC、PC 1寄存器、命令寄存器、命令解码器、数据指针DPTR、堆栈指针SP、缓冲区、时序和控制电路。控制电路完成了指挥控制工作，调整了单筹码微机的各个部分，正常运行。2 .计时器/柜台MCS51在单个筹码中有两个16位计时/柜台：计时器0和计时器1牙齿。可用于定时控制、延迟、外部事件计数和

3、检测等。3.内存MCS51系列单筹码微计算机的内存包括数据内存和节目存储，主要特征是节目内存和数据存储的寻址空间独立于徐璐，物理结构不同。4.并行I/O通信端口MCS51单个磁盘总共有四个8位I/O通信端口(P0、P1、P2和P3)，每个I/O线可以独立用作输入或输出。P0端口是三状态双向端口，具有8个TTL门电路，基于P1、P2、P3通信端口的双向通信端口，负载容量为4个TTL门电路。5 .串行I/O通信端口MCS51单芯片具有通用异步操作的全双工串行通信接口，可同时发送和接收数据。6.中断控制系统8051总共有5个中断源：2个外部中断、2个定时/计数中断和1个串行中断。7.时钟电路MCS5

4、1筹码内部有时钟电路，但晶体振荡器和微曹征电容器必须在外部。时钟电路为单个芯片生成时钟脉冲序列。振荡器的频率范围为1.2MHz12MHz，典型值为6MHz。8.巴士上面的所有组件通过总线连接，构成一台完整的单筹码微型计算机。系统的地址信号、数据信号和控制信号都通过总线传递，巴士结构减少了单筹码微机的连接和针脚，提高了集成和可靠性。针脚信号图2.3是标准40针脚DIP封装MCS51系列单筹码针脚图和逻辑符号。图2.3 MCS51系列单筹码针图表和逻辑符号，电源针Vcc和VSSSVCC:电源端，5V。Vss:接地端子。时钟电路针XTAL1和XTAL2 XTAL1:连接外部晶振和微曹征电容器的一端，

5、外部晶振是使用外部TTL时钟时必须接地的振荡器逆相放大器的输入。XTAL2:使用外部TTL时钟时，连接外部晶振和微曹征电容器的另一端，后者是外部时钟的输入，即振荡器逆相放大器的输出。如果通过地址锁定可以扩展ALE系统，则ALE控制地址锁定内存锁定P0通信端口输出的低8位地址，以重复使用数据和低地址。外部节目存储读取选择通信号是读取外部节目存储的选择通信号，低电平是有效的。节目内存地址允许输入/VPP在高工作日时发出片内节目内存命令，但如果PC的值超过0FFFH，则自动发出片外节目内存命令。如果是低级别，则CPU仅执行筹码外部节目内存命令。复位信号RST牙齿信号的高平有效，输入端保持两个机器周期

6、的高平，然后可以完成复位操作。1。输入/输出针P0、P1、P2和P3 P0通信端口(P0.0P0.7):牙齿端口是8位准双向通信端口(8位地址线和8位数据线上的多路复用端口)、负载容量位8高LSTTL负载。P1通信端口(P1.0P1.7):具有内部皮带拉伸电阻的8位准双向I/O端口，P1端口的驱动力是4个LSTTL负载。P2通信端口(P2.0P2.7):具有内部皮带拉伸电阻的8位准双向I/O端口，P2端口的驱动能力也是4个LSTTL负载。访问外部节目存储时，用作存储的8位高地址线。P3通信端口(P3.0P3.7): P3通信端口也是内部皮带电阻器的8位准双向I/O端口，除了用作常规I/O端口外

7、，P3端口还具有特殊功能。2.2 MCS51单筹码内存MCS51的内存结构如图2.4所示。牙齿部分介绍单筹码微型计算机的内部数据内存、内部节目内存和外部存储。图2.4 MCS51的存储结构示例：内部数据内存，1 .内部数据内存低128个单位低128个字节存储设备，前32个单位(00H1FH)用作操作寄存器，牙齿32个寄存器划分为4个组，每个组包含8个通用寄存器(R0R7)，在节目状态字中，RS1和RS0设置可以确定要选择的操作寄存器集，通常未选择的单位也可以用作常规数据缓存。系统复位时，默认选择组0寄存器。操作寄存器后面的16个数据单元(20H2FH)可用作常规数据单元，每个单元可按位操作，因

8、此16个数据单元也称为位寻址区域。位寻址区域总计为128位，位地址为00H0FH。30H7FH是内部RAM的低128个单元中剩馀的80个数据单元，是用户只能用作存储单元的实际用户RAM区域。通常，应用程序也会将堆栈开拓到牙齿区域。2 .内部数据存储高度128个单位内部数据存储的高度128个单位为专用寄存器提供，因此也称为特殊功能寄存器区域(SFR)，主要用于存储控制命令、状态或数据。除了节目柜台PC外，还有21个地址空间为80HFFH的特殊功能寄存器。在牙齿21个寄存器中，11个特殊功能寄存器具有位寻址功能，字节地址可以精确地被8整除。以下是一些专用寄存器的简要介绍。累加器ACC累加器是8位寄

9、存器，是程序中最常用的专用寄存器，在命令系统中，累加器的助记符为A。大多数单个操作数命令来自累加器，许多双操作数命令的一个操作数来自累加器。加法、减法、除法等算术运算命令的运算结果都存储在累加器A或AB寄存器中，在寻址方式中累加器作为地址寄存器。在MCS51中，累加器只有一个，而在单筹码微型计算机中，多数数据操作都通过累加器执行，因此累加器的使用非常频繁。B寄存器B寄存器是8位寄存器，主要用于乘法和除法命令。乘法命令的两个操作数分别从累加器A和寄存器B中获取。其中B是乘数，乘法结果的高度8位存储在寄存器B中。在除法命令中，被除数存储在A中，除数存储在B中，除法的结果份额存储在A中，剩下的存储在

10、B中。其他指令还可以将B寄存器用作常规数据单元。节目状态字PSW节目状态字是包含程序状态信息的8位寄存器。在状态字中，根据命令执行的结果，某些位状态由硬件自动设置，某些状态位必须通过软件方法设置。PSW的每个状态位可由软件读取，PSW的定义如表2.1所示。表2.1 PSW中每个状态位的定义，(1)CY:舍入标志可以是执行特定算术和逻辑命令时的硬件或软件位置，也可以是零牙齿。算术运算中可用作舍入标志，位运算中用作累加器，对内部传输、位和位或等位操作使用舍入标志位。(2) AC:当执行加法或减法时，如果遇到低4位高4位舍入或借项，则会将AC设置为硬件位置，否则，AC位置将设置为“0”。在执行十进制

11、曹征命令时，使用交流状态进行判断。(3)用户标志位是用户定义的状态标志，可以根据需要使用软件清除位置或0，或者使用软件测试F0控制节目跳跃。(4)RS1和RS0:寄存器区域选择控制位牙齿两人通过软件设置“0”或“1”，以选择当前工作寄存器区域。(5)OV:执行溢出标志位算术命令时，溢出状态为硬件位置或0。在有符号的加法和减法运算中，OV1表示加法和减法结果超过累加器A可以表示的符号数的有效范围(128127)。也就是说，计算结果无效。相反，OV0表示运算正确。也就是说，不会发生溢出。无符号数字乘法命令MUL的执行结果也影响溢出标志，如果累加器A和寄存器B的两个数字的乘积超过255，则OV1牙齿

12、，相反地，OV0牙齿。乘积的高度8位存储在B中，低8位存储在A中，因此OV0只需要从A中得到乘积。否则，将从BA寄存器对中获得乘积结果。在除法运算中，DIV命令还会影响溢出标志。除数为零的话，则为OV1，否则为OV0。(6) P:奇偶标志位每个命令周期为P1(表示硬件中的位置或0)，表示累加器A的1个数量，如果累加器的1个数量为奇数，则为P1，否则为P0。l数据指针DPTR数据指针DPTR是16位专用寄存器，高级别用DPH表示，低级别用DPL表示。也就是说，它可以用作16位寄存器，或用作两个8位寄存器DPH和DPL。访问外部数据存储时，DPTR可以用作16位地址和地址指针。MOVX DPTR，

13、a等。L I/O通信端口P0P3、P0P3是4个8位特殊功能寄存器，每个是4个并行I/O端口的锁，当其中一个I/O通信端口用作输入时，该锁必须首先设置为“1”。l计时器/柜台MCS51只有两个16位计时器/柜台T0和T1(8032/8052除外)，徐璐其他两个8位寄存器组成的TH和TL共包括四个单独的寄存器TH0、TL0、TH1和TL1，只有四个寄存器可以独立寻址。l串行数据缓冲区寄存器串行数据缓冲区SBUF由发送缓冲区和接收缓冲区组成，要发送的数据在发送到SBUF时进入发送缓冲区，反之亦然。外部数据存储在MCS51上，片外部数据存储和I/O端口与片内数据内存空间0000FHFFFFH重叠。8

14、051单筹码微计算机的MOV和MOVX命令用于区分筹码内部和外部RAM空间。其中筹码内部RAM使用MOV命令，筹码外部RAM和I/O端口使用MOVX命令。在节目内存MCS51系列中，节目内存用于存储节目、常量或表等。在8051中，磁碟片段具有名为000H0FFFH的4K位元组ROM储存装置。8751具有4K字节的EPROM牙齿，8052和8752具有8K字节的片上内存。因为这是8031和8032无芯片节目内存，筹码内节目内存的有无是区分芯片的主要标志。(阿尔伯特爱因斯坦，Northern Exposure(美国电视电视剧)，计算机)节目存储中，以下6个单元具有特殊意义：0000H:重置单个筹码

15、后，PC0000H，程序从0000H开始执行命令。0003H:外部中断0门户地址。000BH:计时器0中断入口地址。0013H:外部中断1门户地址。001BH:计时器1中断入口地址。0023H:串行端口中断门户地址。系统中断时，将自动发送到每个中断门户地址，中断服务进程通常不能存储在多个单元内，因此，可以将无条件发送命令存储在中断门户地址中，以运行中断的服务进程。，2.3MCS51单筹码输入/输出(I/O)通信端口P0通信端口图2.6提供了P0端口的逻辑结构，该端口由一个锁定内存、两个三状态输入缓冲、一个多路复用开关、控制电路和驱动电路组成。图2.6 P0端口的逻辑结构，P0端口可用作输入/输

16、出端口，在实际应用中通常用作地址/数据重用总线。访问外部存储时，P0端口是真正的双向端口。P1通信端口P1端口是准双向端口，通常用作I/O端口，位图映射如图2.7所示。输出端连接了抗拉电阻，因此无需连接外部抗拉电阻即可直接输出。图2.7位结构图，P2通信端口P2位结构图图2.8。P2通用是与P0端口具有相似位结构的准双向端口。对于8031单筹码微计算机，P2端口通常用作地址信号输出。图2.8 P2位结构图，P3通信端口P3通信端口位图图2.9。P3端口是双功能端口；P3端口用作通用I/O端口时是半双向端口；每个端口可以定义为输入或输出端口，其工作方式类似于P1端口。图2.9 P3端口的位图，P

17、3端口还具有针脚说明的第二个功能，如表2-5所示。表2-5 P3通信端口特殊功能，、RST针为复位信号输入端，复位信号为高平有效，复位必须持续24次以上，如果使用6MHz晶振，则必须持续4S以上才能完成复位操作。在图2.10中，通电瞬间RC充电过程在RST端产生一定宽度的正脉冲，只要牙齿脉冲大于10毫秒，就可以自动复位单筹码微型计算机。在6MHz时钟上，通常CR牙齿22F、R1牙齿200、R2取1K时，与可靠的电源重置孙怡。和CPU在第二个机器周期内执行内部重置操作，并重复每个机器周期一次，直到RST侧扁平降低。重置单个筹码时不生成AlE和信号。重置操作会影响某些专用寄存器。图2.10电源复位电路、时钟电路和定时1。根据时钟电路硬件电路，单筹码微型计算机的时钟连接方式可以分为内部时钟方式和外部时钟方式，如图2.11所示。(a)内部方式时钟电路(b)外部时钟电路图2.11时钟电路，2。指令定时(1)振动周期振动周期是指在单个芯片上提供时序信号的振动源的周期或外部输入时钟的周期。(2)时钟周期时钟周期也称为状态周期或状态时间S，是振动