自动控制原理第一章 MCS-51基本结构.ppt

1、,单片机原理及应用,Fundamentals of Mono-Chip Computers & Applications,单片机原理及应用,教学目标：,一、掌握内容： 1、MCS-51单片机系统结构； 2、指令系统与程序设计方法； 3、中断、定时系统、串行通信； 4、系统扩展方法。 二、理解内容： 单片机常用接口等应用技术。 三、了解内容： 通过查资料读懂较为复杂的接口原理图及编写相应的控制程序。,单片机原理及应用,第1章 MCS-51系列单片机基本硬件结构 第2章 MCS-51单片机指令系统 第3章 MCS-51单片机中断系统 第4章 MCS-51单片机的定时器/计数器 第5章 MCS-51

2、单片机的串行通信 第6章 MCS-51单片机系统扩展与应用 第7章 应用系统实例,教学内容：,第1章 单片机基本硬件结构,第1章 单片机基本硬件结构 1.1 单片机概述 1.2 MCS-51的内部总体结构 1.3 MCS-51的引脚描述 1.4 存储器配置 1.5 CPU时序 1.6 输入 / 输出端口,1.1 单片机概述,1.1 单片机概述,一、什么是单片机？,单片机就是单片微型计算机(Mono-Chip Microcomputer)。 微型计算机系统的硬件部分通常由五部分组成:,输入设备,运算器,输出设备,控制器,存储器,1.1 单片机概述,1.1 单片机概述,CPU,CPU芯片,内存条,

3、存储器接口,存储器芯片,输入输出接口,输入输出接口 芯片,定时计数器 芯片,A/D、D/A 芯片,单板机,1.1 单片机概述,单 硅 晶 片,CPU,存储器,控制电路,定时器,时钟电路,I / O口,单片机,1.1 单片机概述,1.1 单片机概述,1.1 单片机概述,二、单片机有何用途？,单片机是应工业测控的需要而诞生的,它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的,故又称单片微控制器(Single-Chip Microcontroller)。,（1）体积小，重量轻； （2）可靠性高，运行速度快，抗干扰能力强； （3）控制功能强，使用灵活，性价比高； （4）易扩展，易于开发； （5）受集成度限

4、制，片内存储器容量较小，一般 内ROM在8KB以下，内RAM在256B以内。,1.1 单片机概述,三、单片机怎么用？,1、设计硬件系统,2、编写应用软件,1.2 MCS-51内部总体结构,时钟电路,SFR和RAM,ROM,CPU,定时/计数器,并行端口,中断系统,串行端口,系 统 总 线,时钟源,1.2 MCS-51内部总体结构,P0 P1 P2 P3,TXD RXD,INT0 INT1,T0 T1,1.2 MCS-51内部总体结构,MCS-51单片机的组成 ： 1. 8位CPU 2. 片内ROM/EPROM、RAM 3. 片内并行 I/O接口 4. 片内16位定时器/计数器 5. 片内中断处

5、理系统 6. 片内全双工串行I/O口,不同型号MCS-51单片机CPU处理能力和指令系统完全 兼容，只是存储器和I/O接口的配置有所不同。,1.2 MCS-51内部总体结构,1、中央处理单元CPU（8位） 用于数据处理、位操作（位测试、置位、复位） 2、只读存储器ROM（4KB或8KB） 用于永久性存储应用程序，掩膜ROM、EPROM、EEPROM 3、随机存取存取器RAM（256B） 用于程序运行中存储工作变量和数据 4、并行输入/输出口 I/O（32线） 用作系统总线、扩展外存、I / O接口芯片 5、串行输入/输出口（2线） 串行通信、扩展I / O接口芯片,1.2 MCS-51内部总体

6、结构,6、定时/计数器 T（16位增量可编程） 它与CPU之间各自独立工作，当它计数满时向CPU中断 7、时钟电路 fosc 分为内部振荡器、外接振荡电路 8、中断系统 五源中断、两级优先，可编程进行控制。,1.2 MCS-51内部总体结构,单片机系统,硬件部分,软件部分,单片机芯片,外围器件,CPU,内存,中断控制逻辑,通用接口,运算器,寄存器组,控制器,并行I / O口,串行口,定时/计数器,ADC0809、DAC0832,8253,8251,8255A、8155,2764、6264,指令系统,应用程序,1.3 MCS-51的引脚描述,1.3 MCS-51的引脚描述,1、主电源引脚 Vss

7、、Vcc,2、外接晶振引脚 XTAL1、XTAL2,1.3 MCS-51的引脚描述,1.3 MCS-51的引脚描述,3、复位引脚 RST/VPD,1.3 MCS-51的引脚描述,XTAL1,XTAL2,4、控制引脚 ALE / PROG 地址锁存控制端；为其内的EPROM输入编程脉冲； PSEN 外部程序存储器的读选通信号端； EA/VPP 内外ROM选择端 = 1 时，访问内部 程序存储器,即内ROM = 0 时，只访问外部程序存 储器,即外ROM,1.3 MCS-51的引脚描述,XTAL1,XTAL2,5、输入/输出引脚 P00P07 、P10P17 P20P27 、P30P37,1.4

8、MCS-51的存储器分配,1.4 MCS-51的存储器分配,程序存储器：存储指令代码 数据存储器: 存储临时数据,哈佛结构,程序存储区,数据存储区,普林斯顿结构,1.4 MCS-51的存储器分配,一、物理空间与地址,物理上分为： 4个空间，即片内ROM、片外ROM 片内RAM、片外RAM 逻辑上分为: 3个空间，即程序存储器（片内、外）统一编址 数据存储器（片内） 数据存储器（片外）,1.4 MCS-51的存储器分配,数据存储器,程序存储器,0000 H,0FFF H,1000 H,FFFF H,007F H,0080 H,00FF H,0000 H,内部RAM,特殊功能寄存器,外部RAM （

9、64K）,0000 H,FFFF H,1.4 MCS-51的存储器分配,二、程序存储器,地址范围：0000 H FFFF H 地址长度：16位 空间大小：216=64K,1.4 MCS-51的存储器分配,三、内部数据寄存器,MCS-51的寄存器在片内RAM都有地址。使用时，既可用寄存器名，也可用对应单元地址。,007F H,0080 H,00FF H,0000 H,内部RAM,特殊功能寄存器,00 H,08 H 07 H,10 H 0F H,18 H 17 H,20 H 1F H,30 H 2F H,- 7F H,1.4 MCS-51的存储器分配,32个RAM单元共分为4组，每组8个寄存器（用

10、R0 R7标识）。 在任一时刻，CPU只能使用其中一组（其它组按一般缓冲器使用），由PSW（状态寄存器）中的RS1、RS0决定：,00 H,08 H 07 H,10 H 0F H,18 H 17 H,20 H 1F H,30 H 2F H,- 7F H,PSW：,1.4 MCS-51的存储器分配,1、可字节寻址： 地址范围： 00H 7FH ； 空间大小：128字节。 2、可位寻址： 地址范围： 20H 2FH ； 空间大小：8*16=128Bit。 3、如何区分位地址、字节地址？ 操作指令不同。,00 H,08 H 07 H,10 H 0F H,18 H 17 H,20 H 1F H,30

11、H 2F H,- 7F H,1.4 MCS-51的存储器分配,20 H,21 H,2E H,- 7F H,2D H,00 H,08 H 07 H,10 H 0F H,18 H 17 H,20 H 1F H,30 H 2F H,- 7F H,1.4 MCS-51的存储器分配,四、特殊功能寄存器,MCS-51单片机内共有一个程序计数器（PC）和21个特殊功能寄存器（SFR）,007F H,0080 H,00FF H,0000 H,内部RAM,特殊功能寄存器,1.4 MCS-51的存储器分配,地址可被8整除的SFR可以位寻址。,1.4 MCS-51的存储器分配,1、程序计数器（PC）,指明即将执行的

12、下一条指令的地址(程序存储器地址)，在物理上独立，复位时PC = 0000H。,2、累加器（A）,3、B寄存器,算术运算的操作数、结果存放。,乘除法算术运算时，与累加器A共同作用。,1.4 MCS-51的存储器分配,4、程序状态字（PSW）,CY 进位/借位标志；位累加器。 AC 辅助进/借位标志；用于十进制调整。 F0 用户定义标志位；软件置位/清零。 OV 溢出标志； 硬件置位/清零。 P 奇偶标志；A中1的个数为奇数 P = 1；否则 P = 0。 RS1、RS0 寄存器区选择控制位。,1.4 MCS-51的存储器分配,5、栈指针（SP）,指明栈顶元素的地址，8位，复位时 SP = 07

13、H。,00 H,08 H 07 H,10 H 0F H,18 H 17 H,20 H 1F H,30 H 2F H,- 7F H,可软件直接修改： MOV SP ，#1FH 自动修改： 执行指令 PUSH，POP，RET，RETI时，SP值将自动 +1，或-1,1.4 MCS-51的存储器分配,6、数据指针（DPTR） 指明访问的数据存储器的单元地址，16位，寻址范围64KB。高字节（DPH）、低字节（DPL）可单独使用。 7、输入输出端口（P0、P1、P2、P3） 寄存器P0、P1、P2、P3实为相应端口锁存器。 8、串行输入 / 输出端口 （1）串行数据缓冲器 SBUF 是物理上独立的两个

14、寄存器，一个是发送缓冲器，一个是接收缓冲器，共同使用一个地址（99H）。,1.4 MCS-51的存储器分配,（2）串行控制 / 状态寄存器 SCON 控制监视串行口的工作状态。 （3）电源控制寄存器 PCON 控制单片机的低功耗工作方式及波特率选择。 9、中断系统 （1）中断优先级寄存器IP：2级优先，可软件设定 （2）中断允许寄存器IE 10、定时/计数器 （1）定时器方式寄存器：TMOD （2）定时器控制寄存器：TCON （3）计数寄存器：TH0、TL0；TH1、TL1。可用于设定计数初值。,第1章 单片机基本硬件结构,第1章 单片机结本硬件结构 1.1 单片机概述 1.2 MCS-51的

15、内部总体结构 1.3 MCS-51的引脚描述 1.4 存储器配置 1.5 CPU时序 1.6 输入 / 输出端口,1.5 CPU时序,时钟频率: 范围要求在1.2MHz12MHz之间。,机器周期: 完成一个基本操作所需要的时间。 一个机器周期由12个时钟周期组成。 指令周期: 一条指令的执行时间。以机器周期为单位：单周期、双周期和四周期指令。,1.5 CPU时序,1.5 CPU时序,1.5 CPU时序,启动单片机后，指令执行顺序：,1.5 CPU时序,第1章 单片机基本硬件结构,第1章 单片机结本硬件结构 1.1 单片机概述 1.2 MCS-51的内部总体结构 1.3 MCS-51的引脚描述 1.4 存储器配置 1.5 CPU时序 1.6 输入 / 输出端口,1.5 CPU时序,XTAL1,XTAL2,1.5 CPU时序,1.6.1 P0口,D,Q,