第2章 MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理1.ppt

1 第2章MCS 51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理 2 本章內(nèi)容 2 1MCS 51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2 2中央處理器CPU2 3MCS 51單片機(jī)外部特性2 4MCS 51單片機(jī)時(shí)序2 5MCS 51單片機(jī)存儲(chǔ)器分類及配置2 6布爾處理器2 7并行I O口2 8復(fù)位及復(fù)位電路作業(yè) 3 本章重點(diǎn) 掌握8051中有4個(gè)并口 1個(gè)串口 2個(gè)定時(shí)器 5個(gè)中斷源4個(gè)并行接口用法 總線的形成PSW中常用狀態(tài)位的含義累加器ACC DPTR和SP存儲(chǔ)器 RAM ROM 的結(jié)構(gòu)復(fù)位電路的連接方法 4 回顧同學(xué)們設(shè)計(jì)過的幾個(gè)電路 3人搶答器如果將3人搶答器改造成表決器有難度嗎 有沒有簡易靈活的方法 5 一個(gè)典型的單片機(jī)最小系統(tǒng) 6 8個(gè)按鍵 8個(gè)LED構(gòu)成的小系統(tǒng) 7 2 1MCS 51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 表2 1MCS 51單片機(jī)存儲(chǔ)器容量 MCS 51單片機(jī)的基本組成 圖2 1MCS 51單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)示意圖 P3還可以提供 WR和 RD 10 參閱8051datasheet 圖2 280C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 11 MCS 51單片機(jī)內(nèi)部模塊 1 一個(gè)8位微處理器CPU 2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM和特殊功能寄存器SFR 3 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器ROM 4 兩個(gè)定時(shí) 計(jì)數(shù)器 用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù) 也可用作定時(shí)器 5 四個(gè)8位可編程的I O 輸入 輸出 并行端口 每個(gè)端口既可做輸入 也可做輸出 6 一個(gè)串行端口 用于數(shù)據(jù)的串行通信 7 中斷控制系統(tǒng) 8 內(nèi)部時(shí)鐘電路 12 2 2中央處理器CPU 2 2 1 運(yùn)算器2 2 2 控制器 13 2 2 1運(yùn)算器 功能 運(yùn)算部件構(gòu)成 1 算術(shù)邏輯單元 ALU 2 累加器 ACC 8位 2 寄存器B 8位 用于乘除法 4 程序狀態(tài)字 PSW 8位 有進(jìn)位位Cy等 5 布爾處理器1位它以進(jìn)位標(biāo)志 CY 作為累加位進(jìn)行位操作 14 CY PSW 7 進(jìn)位標(biāo)志位AC PSW 6 輔助進(jìn)位 或稱半進(jìn)位 標(biāo)志F0 PSW 5 用戶標(biāo)志位RS1和RS0 PSW 4 PSW 3 工作寄存器組選擇位OV PSW 2 溢出標(biāo)志位P PSW 0 奇偶標(biāo)志位 偶校驗(yàn) 程序狀態(tài)字PSW各位標(biāo)志的含義 PSW 7PSW 6PSW 5PSW 4PSW 3PSW 2PSW 1PSW 0 15 R1 R0切換工作寄存器組 16 2 2 2控制器 程序計(jì)數(shù)器 PC 16位計(jì)數(shù)器 完全由CPU根據(jù)指令自動(dòng)控制 PC可通過轉(zhuǎn)移 調(diào)用 返回等指令改變其內(nèi)容 以實(shí)現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)移 DPTR 外部RAM指針寄存器 16位 如MOVXA DPTRSP 堆棧指針 8位 指向片內(nèi)128字節(jié)RAM區(qū) 復(fù)位后值為0 x7 8051堆棧為遞增滿堆棧 17 2 3MCS 51單片機(jī)外部特性 19 MCS 51單片機(jī)芯片引腳描述 圖2 7為MCS 51單片機(jī)的引腳配置圖 1 主電源引腳VCC和GND 2 外接晶振引腳XTAL1和XTAL 2 控制或其他電源復(fù)用引腳RST ALE EA 和PSEN 等 4 輸入 輸出引腳P0 P1 P2 P3 共32根 MCS 51單片機(jī)的片外總線結(jié)構(gòu) 21 2 4MCS 51單片機(jī)時(shí)序 22 2 4 1時(shí)鐘電路 圖2 1常用振蕩電路 單片機(jī)時(shí)鐘電路 振蕩電路 MCS 51單片機(jī)引腳XTAL1和XTAL與晶體振蕩器連接 就構(gòu)成了內(nèi)部自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖 如下圖所示 23 P1 P2 S1 P2 振蕩周期 機(jī)器周期 機(jī)器周期 指令周期 1 4機(jī)器周期 XTAL2 OSC S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2 S4 S5 S3 S6 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P2 P2 P2 P2 P2 P2 P2 P2 P2 P2 圖2 2MCS 51單片機(jī)各種周期的相互關(guān)系 2 4 2CPU工作時(shí)序 24 1 振蕩周期 為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)的振蕩源的周期 2 機(jī)器周期 通常將完成一個(gè)基本操作所需的時(shí)間稱為機(jī)器周期 由12個(gè)振蕩周期組成 2 指令周期 是指CPU執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間 一個(gè)指令周期通常含有1 4個(gè)機(jī)器周期 25 若MCS 51單片機(jī)外接晶振為12MHz時(shí) 則單片機(jī)的四個(gè)周期的具體值為 振蕩周期 1 12MHz 1 12 s 0 0833 s機(jī)器周期 1 s指令周期 1 4 s 26 MCS 51單片機(jī)指令的取指和執(zhí)行時(shí)序 圖2 3MCS 51單片機(jī)典型指令的取指和執(zhí)行時(shí)序 27 2 5MCS 51單片機(jī)存儲(chǔ)器分類及配置 28 2 5 1程序存儲(chǔ)器 程序存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)如圖2 4 c 所示 包括片內(nèi)和片外程序存儲(chǔ)器兩個(gè)部分 最大空間為64KB 29 2 5 2片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)如圖2 4 a 所示 主要用于保存字節(jié)變量 位變量 30 2 5 3片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器又稱外部RAM 可通過總線端口擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)RAM 其最大容量可達(dá)64K字節(jié) 其結(jié)構(gòu)如圖2 4 b 所示 用于保存字節(jié)變量 注意 外設(shè)與片外RAM統(tǒng)一編址 必須合理地進(jìn)行外部RAM和I O端口的地址分配 并保證譯碼的唯一性 外部ROM 內(nèi)部ROM EA 1 外部ROM EA 0 0000H 0000H 0FFFH 0FFFH 1000H FFFFH 外部RAM I O口地址 0000H FFFFH 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 a 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 b 程序存儲(chǔ)器 c 圖2 4MCS 51單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 表2 1內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的位地址 表2 2特殊功能寄存器地址及功能表 34 2 6布爾處理器 2 6 1布爾處理器內(nèi)含1位二進(jìn)制數(shù)處理器2 6 2布爾處理器資源累加器Cy20H 2FHRAM單元SFR中的可尋址位 35 2 7并行I O口 4個(gè)并行口P0 P1 P2 P3 36 2 7 1輸入 輸出端口 P0 P3帶載能力P0口為三態(tài)雙向口 作為輸入時(shí) 先向P0寫0 xFF 可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL電路 P1 P2 P3口為準(zhǔn)雙向口 作為輸入時(shí) 先向P1 3寫0 xFF 其負(fù)載能力為4個(gè)TTL電路 P0 P3特殊用法P0 P2可作為數(shù)據(jù)和地址總線 P3口具有第二功能 表2 3P3口的第二功能表 P2 2 P2 3 P2 7 P2 6 P3口第二功能 38 2 8復(fù)位及復(fù)位電路 1 復(fù)位電路高電平復(fù)位 復(fù)位電路需維持兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)間 常見復(fù)位電路如圖2 14所示 2 單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)單片機(jī)21個(gè)SFR 特殊功能寄存器 復(fù)位后的狀態(tài)為確定值 如表2 6所示 圖2 14手動(dòng)按鍵電平復(fù)位電路 表2 4單片機(jī)復(fù)位后特殊功能寄存器的狀態(tài) 4