cad制图学习课件.ppt

1、,返回总目录,第二章 单片机硬件结构,第一节 内部结构与引脚说明,第二节 单片机工作原理,第三节 存储器,第四节 并行输入/输出接口,第五节 CPU时序,第六节 复位电路,第七节 工作方式,第一节 内部结构与引脚说明,一.单片机芯片的组成,主要组成部分*,1、中央处理器,是片机最核心的部分，是单片机的大脑和心脏，主要完成运算和控制功能。80C51的CPU是一个字长为8位的中央处理器。,2、内部数据存储器（内部RAM）,AT89S51共有256个字节的RAM,前128个位用户寄存器区， 后128个专用寄存器区。,3、内部程序存储器（内部ROM）,AT89S51共有4K个字节的FLSH,用于存放数

2、据，原始数据。,4、定时/计数器,AT89S51共有2个16位的定时器/计数器，可以实现定时和计数,5、并行I/O口,AT89S51共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3）,6、串行口,AT89S51有一个全双工的可编程串行口,及一个ISP串行编程 接口,7、时钟电路,AT89S51单片机内部有时钟电路，但晶振和微调电容需外接。,8、中断系统,AT89S51单片机共有5个中断源，2个外部 3个内部中断源，即2个定时/计数中断，1个串行口中断。,二.MCS-51引脚功能（P27）*,1、主电源引脚Vss和Vcc,Vss (20脚)：接地。 Vcc（40脚）：主电源4V +5.5V,2、时

3、钟电路引脚XTAL1和XTAL2,XTAL1(19脚)：接外部晶体的一端，在片内它是振荡电路 反向放大器的输入端。,XTAL2(18脚)：接外部晶体的另一端，在片内它是振荡电路 反向放大器的输出端。,3、RST、ALE/PROG、PSEN、EA/Vpp,RST(9脚)：复位端，在该管脚输入24个时钟周期宽度以上 的高电平将使单片机复位。,ALE/PROG:访问片外存储器时，作为锁存扩展地址低位字节的控制信号。,平时不访问片外存储器时，该端也以1/6的时钟振荡频率固定输出正脉冲，供定时或其它需要使用。,ALE,PSEN(29脚)：在访问片外程序存储器时，此端输出负脉冲作为程序存储器的读选通信号,

4、EA/Vpp(29脚):当该端输入高电平时，CPU从片内程序存储器地址0000H单元开始执行程序。当地址超出4KB时，自动执行片外程序存储器的程序。,该端输入低电平时,CPU仅访问片外程序存储器,4、输入/输出引脚,P0.00.7(3932脚)：在访问片外存储器时，它分时提供低8位地址和8位双向数据。,P2.02.7(3932脚)：在访问片外存储器时，它输出高8位地址。,P3.03.7(3932脚)：双功能输入输出口。,0,0,1,1,0,1,0,0,0,0,1,1,0,1,0,0,0,0,1,1,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,1,0,第二节 单片机的工作原理,一、指令与程序概述,指

5、令：是规定计算机执行特定操作的命令，CPU就是根据指令来指挥和控制计算机各部件协调动作，完成规定操作。指令通常分为操作码和操作数。例：,ADD A , #23H,操作码,操作数,指令系统：计算机全部指令的集合,二、CPU的工作原理,CPU主要由运算器和控制器这两大部分组成。,1.控制器,根据指令码产生控制信号，使运算器、存储器、输入/输出 端口之间能自动协调地工作。主要由以下各部件构成：,程序计数器PC:16位专用寄存器，用于存放和指示下一条 要执行指令的地址。具有自动加1的功能。,指令寄存器:8位寄存器，用于暂时存放指令，等待译码,指令译码器:对送入其中的指令进行翻译，产生相应的控 制信号，

6、协调各部件进行工作。,运算器：用于进行算术、逻辑运算以及位操作处理。,2.运算器,ALU：对数据进行算术运算及逻辑运算。,ACC：累加器。属于8位寄存器，用于存放操作数、 暂存ALU的运算结果等。,暂存器：用以暂存进入运算器之前的数据。,PSW：状态字寄存器。存储运算结果的标志。,三、执行程序的过程*,单片机的工作实质就是执行人们所编制的程序的过程。逐条执行指令的过程。单片机执行每一条指令都可以分为三个阶段进行：取指令、分析指令、执行指令。,取指令：根据程序计数器PC中的值从程序存储器读出现 行指令，送到指令寄存器。,分析指令：将指令寄存器中的操作码取出后进行译码分 析指令的性质。如指令要求操

7、作数，则寻找 操作数的地址。,执行指令：取出操作数，然后按照操作码的性质对操作 数进行操作。,MOV A , #23H,例：,机器码,74H , 23H,ADD A , #23H,24H , 23H,0001H,0010H,46H,第三节 存储器,问题1：存储容量为256个字节的存储器需要多少位地址？,问题2：存储容量为4K字节的存储器需要多少位地址？,问题3：存储容量为64K字节的存储器需要多少位地址？,00HFFH,000HFFFH,0000HFFFFH,一、程序存储器,通常在这些入口地址处存放一条跳转指令，使程序跳转到用户安排的中断程序起始地址。,在ROM中以下6个单元具有特殊功能,二、

8、数据存储器,低128B RAM,高128B RAM,通用工作 寄存器区,MOV R0 , #BAH,? 哪一组 ?,位寻址区,位地址00H7FH,00H,1.低128B RAM,一般数据 缓冲器,MOV A , 7FH,2.高128B RAM,ACC : 8位寄存器，通过暂存 器与ALU相连，简称A。,DPTR:数据指针寄存器，可拆 分为高字节DPH和低字 节DPL两个独立的8位 寄存器。（辅助AUXR1）,B:在乘除法运算中暂存数据,P0P3:是I/O端口P0P3的 锁存器。,程序状态字PSW: 8位的标志寄存器,奇偶标志P: A中1的个数为奇P=1;为偶P=0,部分可位寻址的特殊功能寄存器

9、,第四节 并行输入输出端口,一、P0口,1、一般I/O口,（1）输出 输出0,0,1,0,0,截止,1,导通,0,（2）输出 输出1,1,1,0,0,截止,0,截止,1,注意：对于P0口输出必须“外接”上拉电阻,（3）输入（读引脚）,1,1,1,0,0,截止,0,截止,1,注意：对于P0口输入前，必须必须向端口 写入“1”（MOV P0 , #0FFH）,2、地址/数据总线,1,（1）输出 输出1,1,0,1,导通,截止,1,1,（2）输出 输出0,0,1,0,截止,导通,0,二、P1口,1、一般I/O口,与P0口类似，但不需外接上拉电阻,2、第二功能,三、P2口,与P0口类似，但不需外接上拉

10、电阻,四、P3口,1,1、一般I/O口,2、第二功能,1,五、读端口/引脚,1、读引脚,MOV P0 , #0FFH,MOV P0 , #01H,1,0,截止,1,2、读端口,ANL P0 , #0FFH,截止,1,第五节 CPU时序,时钟周期：也称为振荡周期，定义为时钟脉冲频率的倒数， 是计算机最基本的、最小的时间单位。例:振荡频 率为1MHZ，则 时钟周期就为1us。80C51的振荡 频率范围是1.212MHZ，并把一个时钟周期定义 为一个节拍（P），两个节拍定义为一个状态周期 （用S来表示）。,机器周期：完成一个基本操作（取指令等）所需要的时间。 80C51中一个机器周期等于12个时钟周

11、期，即 6个S周期。,指令周期：执行一条指令所需要的时间。 （附录举例）,一、CPU时序及有关概念,S2,S3,S4,S5,S6,S1,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4,OSC,ALE,INC A 单字节单周期,ADD A,DATA 双字节单周期,INC DPTR 单字节双周期,MOVX A,Ri 单字节双周期,S1 S2 S3 S4 S5 S6,S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2,S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2,二、振荡器和时钟电路,1、内部时钟,2、外部时钟,第六节 复位及其电路,一、复位状态,P0P3：FFH SP : 07

12、H,RAM：不受影响，上电复位内容为随机,二、复位电路,1、上电复位 （冷启）,2、手动复位 （热启）,按键脉冲,按键电平,第七节 工作方式,单片机除具有一般的程序执行外，还具有两种低功耗方式：待机方式和掉电方式。前者可使功耗减小电流一般为1.7mA6mA,后者可使功耗减到最小,一般为5uA50uA。,一、电源控制寄存器,PD:掉电方式位，PD=1进入掉电方式(ORL PCON , #01H),IDL:待机方式位，IDL=1进入待机方式(ORL PCON , #02H),同时为1时，进入掉电方式。复位时，PCON所有位被清零,二、待机方式,在待机方式下，振荡器继续运行，时钟信号继续提供给 中断

13、逻辑、串行口和定时器，但提供给CPU的内部时钟 信号被切断，CPU停止工作。这时，SP、PC、PSW、ACC 以及所有的工作寄存器内容都被保留起来。 通常CPU的耗电量占芯片耗电量的8090，所以待机 方式下，AT89S51电流可由正常的20mA降为6mA，甚至更低,中止待机方式途径：硬件复位、中断方式,三、掉电方式,在掉电方式下，片内振荡器被封锁，一切功能都停止,只 有，片内RAM的00H7FH单元的内容被保留，端口的输出 状态值都保存在对应的SFR中,ALE和/PSEN均为低电平。,在掉电方式下，VCC可降至2V，片内RAM处于50uA左右的 “饿电流”供电状态，以最低的耗电保存信息。退出

14、掉电 方式的唯一方法是“硬件复位（10ms）”,复位后所有特殊 功能寄存器的内容重新初始化，但内部RAM区的数据不变。,当单片机进入掉电方式时，必须使外围器件处于禁止状态。 为此，应将一些必要数据写入I/O口的锁存器，禁止外围器 件产生误动作。,一、AT89S51的主要组成部分,1、中央处理器,是片机最核心的部分，是单片机的大脑和心脏，主要完成运算和控制功能。AT89S51的CPU是一个字长为8位的中央处理器。,2、内部数据存储器（内部RAM）,AT89S51共有256个字节的RAM,前128个位用户寄存器区，后128个专用寄存器区。,本 章 小 结,3、内部程序存储器（内部ROM）,AT89

15、S51共有4K个字节的Flash,用于存放数据，原始数据。,4、定时/计数器,AT89S51共有2个16位的定时器/计数器，可以实现定时和计数,5、并行I/O口,AT89S51共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3）,6、串行口,AT89S51有一个全双工的可编程串行口及一个ISP串行编程接口,7、时钟电路,AT89S51单片机内部有时钟电路，但晶振和微调电容需外接。,8、中断系统,80C51单片机共有5个中断源，2个外部 3个内部中断源，即2个定时/计数中断，1个串行口中断。,二、 AT89S51引脚功能,熟练掌握部分引脚功能及各自的特点,1.并行I/O口P0P1,2.主电源引脚Vs

16、s和Vcc,3.复位引脚RST等,三、CPU的构成,1.控制器,程序计数器PC: 16位专用寄存器，用于存放和指示下一条 要执行指令的地址。具有自动加1的功能。,指令寄存器：8位寄存器，用于暂时存放指令，等待译码,指令译码器：对送入其中的指令进行翻译，产生相应的 控制信号，协调各部件进行工作。,2.运算器,ALU：对数据进行算术运算及逻辑运算。,ACC：累加器。属于8位寄存器，用于存放操作数、 暂存ALU的运算结果等。,暂存器：用以暂存进入运算器之前的数据。,PSW：状态字寄存器。存储运算结果的标志。,四、执行指令的过程,取指令：根据程序计数器PC中的值从程序存储器 读出现行指令，送到指令寄存

17、器。,分析指令：将指令寄存器中的操作码取出后进行译码 分析指令的性质。如指令要求操作数，则 寻找操作数的地址。,执行指令：取出操作数，然后按照操作码的性质对操 作数进行操作。,五、存储器,1.存储容量与地址线的位数。,2. AT89S51存储器的结构,通用工作寄存器区,MOV R0 , #BAH,? 哪一组 ?,位寻址区,位地址00H7FH,00H,（1）低128B RAM,一般数据 缓冲器,MOV A , 7FH,(2)高128B RAM,ACC : 8位寄存器，通过暂存 器与ALU相连，简称A。,DPTR:数据指针寄存器，可拆 分为高字节DPH和低字 节DPL两个独立的8位 寄存器。,B:在乘除法运算中暂存数据,P0P3:是I/O端口P0P3的 锁存器。,程序状态字PSW: 8位的标志寄存器,奇偶标志P: A中1的个数为