第二章單片機(jī)結(jié)構(gòu)

1、第二章 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理主要內(nèi)容：內(nèi)部結(jié)構(gòu)，外部引腳，存儲(chǔ)器，并行I/O口，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路微機(jī)原理及應(yīng)用2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部引腳內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部引腳 2.1.1 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1.中央處理器中央處理器(CPU): 1個(gè)8位CPU。單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制操作,包括運(yùn)算器和控制器兩部分電路。 2.內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM):128字節(jié) 用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。 3.內(nèi)部程序存儲(chǔ)器內(nèi)部程序存儲(chǔ)器(ROM):4K 用于存放程序和常數(shù) 4.定時(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器：2個(gè)16位 T0,T1 實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能5.并行并行I/O口口 MCS-51有四個(gè)8位的

2、I/O口,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出6.串行口串行口 MCS-51有一個(gè)全雙工的串行口,實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他數(shù)據(jù)設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送.7.中斷控制系統(tǒng)中斷控制系統(tǒng) MCS-51有5個(gè)中斷源:2個(gè)外部中斷,2個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷,1個(gè)串行中斷.8.時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路 為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列.9.總線總線 將各個(gè)部件連接起來(lái),構(gòu)成一個(gè)完整的單片機(jī)系統(tǒng).型號(hào)ROMRAM計(jì)數(shù)器中斷源8031/1282580514K1282587514KEPROM12825AT89S514K FLASH12825AT89S528K FLASH25636AT89S5520K FLASH25638AT89C20514K FLASH1

3、2825W78E5832K EEPROM 25638MCS51兼容單片機(jī)內(nèi)部資源：兼容單片機(jī)內(nèi)部資源： C8051F410:美國(guó)SiliconLabs, 32KFlash, 2304RAM,4Timer,12bit A/D,12bitD/A,RTC;2.5V/10uAC8051F380:64KFlash, 4352RAM,USB,2UART,10bit A/D,40I/O, STC單片機(jī)：STC12LE5A62S2 62KFlash, 1280RAM,8路10位A/D, 1KEEPROM 2.1.2外部引腳外部引腳 1. 四個(gè)四個(gè)8位并行口位并行口：32 P0口：P0.0-P0.7(39 32

4、) P1口：P1.0-P1.7(1-8) P2口：P2.0-P2.7(21-28) P3口：P3.0-P3.7(10-17) 2.電源電源：2 Vcc-+5V; Vss: 地 3.晶振晶振：2 XTAL1,XTAL2 4.控制線控制線：4 ALE:地址鎖存控制信號(hào) PSEN:外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) EA:訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器控制信號(hào) RST:復(fù)位信號(hào) EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P202

5、1P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD102.2 8051內(nèi)部存儲(chǔ)器內(nèi)部存儲(chǔ)器 程序存儲(chǔ)器（ROM）:片內(nèi)；片外 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）:片內(nèi)；片外 2.2.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 地址：地址：00H-FFH 00H-1FH:寄存器區(qū) 20H-2FH:位尋址區(qū) 30H-7FH:用戶RAM區(qū) 80H-FFH:特殊功能寄存器區(qū) 1.寄存器區(qū)寄存器區(qū)： 00-1FH 8個(gè)通用寄存器：R0,R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7 存放于寄存器區(qū)：00H-1FH 寄存器區(qū)分組：組地址0組00-07H1組08-0FH2組

6、10-17H3組18-1FH 寄存器組選擇： RS1, RS0RS1 RS0 寄存器組R0-R7地址0 00組00-07H0 11組08-0FH1 02組10-17H1 13組18-1FH 2.位尋址區(qū)位尋址區(qū)：20H-2FH P25 字節(jié)中的每一個(gè)位都具有地址，可直接對(duì)位進(jìn)行操作。位地址：00H-7FH，128單元3.用戶用戶RAM區(qū)區(qū)： 30H-7FH在該區(qū)設(shè)置堆棧。1）堆棧）堆棧：按照“先進(jìn)后出，后進(jìn)先出”的原則進(jìn)行存取的內(nèi)存區(qū)域。用于保護(hù)程序斷點(diǎn)和數(shù)據(jù)。2）堆棧的開(kāi)辟）堆棧的開(kāi)辟：用SP指針設(shè)置棧底。 堆棧區(qū): (SP)初17FH SP的初值為07H3）堆棧的使用堆棧的使用： 進(jìn)棧操作

7、：PUSH 出棧操作： POP出棧棧底棧底進(jìn)棧出棧SPSPSP-1SPSPSP+1(A)向上生長(zhǎng)型(B)向下生長(zhǎng)型兩種不同的堆棧類型兩種不同的堆棧類型4.特殊功能寄存器特殊功能寄存器：80H-FFH 共有21個(gè)特殊寄存器（SFR），離散地分布在該區(qū)域中，有些寄存器還可以進(jìn)行位尋址。1）分類）分類 CPU： PC, ACC, B, PSW, DPTR, SP 并行口并行口：P0, P1, P2, P3 中斷中斷： IE, IP 定時(shí)計(jì)數(shù)器定時(shí)計(jì)數(shù)器：TMOD,TCON,TL0,TH0, TL1, TH1 串行口串行口： SCON, SBUF, PCON寄存器符號(hào)寄存器地址寄存器名稱ACC0E0H

8、累加器B0F0HB寄存器PSW0D0H程序狀態(tài)字SP81H堆棧指示器DPL82H數(shù)據(jù)指針底8位DPH83H數(shù)據(jù)指針高8位IE0A0H中斷允許控制寄存器IP0B0H中斷優(yōu)先控制寄存器P080HI/O口0P190HI/O口1P20A0HI/O口2特殊功能寄存器特殊功能寄存器寄存器符號(hào)寄存器地址 寄存器名稱P30B0HI/O口3PCON87H電源控制寄存器SCON98H串行口控制寄存器SBUF99H串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器TCON88H定時(shí)器控制寄存器TMOD89H定時(shí)器方式選擇寄存器TL08AH定時(shí)器0低8位TL18BH定時(shí)器1低8位TH08CH定時(shí)器0高8位TH18DH定時(shí)器1高8位PC: 程序計(jì)數(shù)器

9、程序計(jì)數(shù)器（Program-Counter）它是一個(gè) 16位的計(jì)數(shù)器，用來(lái)存放將要執(zhí)行的指令的地址，可尋址范圍 64KB。 PC具有自動(dòng)加1功能，從而能實(shí)現(xiàn)程序的順序執(zhí)行。PC本身 沒(méi)有地址，單片機(jī)復(fù)位后自動(dòng)指向00H單元，用戶可以通過(guò)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。ACC: 累加器累加器 (Accumulator) 特點(diǎn)：累加器是一個(gè)最常用的 8位專用寄存器，簡(jiǎn)稱為A。A-寄存器方式ACC-直接地址方式B: B寄存器寄存器 特 點(diǎn)： 一個(gè)8位的寄存器； 主要用于乘除運(yùn)算指令。 PSW: 程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字 .CY (PSW.7)進(jìn)位標(biāo)志位： .AC （PSW.6）-輔助

10、進(jìn)位標(biāo)志位：低4位向高4位進(jìn)位或借位 .F0 (PWS.5)用戶標(biāo)志位 .RS1和 RS0 (PSW.4 、PSW.3)寄存器組選擇位 .OV(PSW.2)溢出標(biāo)志位：符號(hào)數(shù)運(yùn)算時(shí),結(jié)果超出：128127，OV=C6 + C7 .P(PSW.0)奇偶標(biāo)志位：A中1的個(gè)數(shù)，偶數(shù)時(shí)P=0,奇數(shù)時(shí)，P=1;CyAcF0RS1RS0OV /P DPTR: 數(shù)據(jù)指針 數(shù)據(jù)指針DPTR是一個(gè)16位的特殊功能寄存器； 其高位字節(jié)寄存器用DPH表示，低位字節(jié)寄存器用 DPL表示。 DPTR通常在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)作地址指針使 用，編程時(shí)，既可以按16位寄存器使用，也可以按 兩個(gè)8位寄存器分開(kāi)使用。 例：MO

11、V DPTR , #2030H = MOV DPH , #20H MOV DPL , #30HDPHDPL SP: 堆棧指針堆棧指針作用：保存棧頂?shù)牡刂愤M(jìn)棧操作：先SP加1，后寫入數(shù)據(jù)； 出棧操作：先讀出數(shù)據(jù)，后SP減1。 2）位尋址）位尋址 地址是8的倍數(shù)的SFR具有位地址。 P29 具有位尋址功能的SFR: B(F0H), ACC(E0H), PSW(D0H), IP(B8H), P3(B0H), IE(A8H), P2(A0H), SCON(98H), P1(90H), TCON(88H), P0(80H)2.2.2 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 8051芯片內(nèi)有4K ROM存儲(chǔ)單元，其

12、地址為：0000H-0FFFH。 在這些程序存儲(chǔ)器中有一些特殊單元(0000H-002AH)，使用時(shí)應(yīng)注意。地址功能0000H程序復(fù)位入口地址0003H外中斷0入口地址000BHT0中斷入口地址0013H外中斷1入口地址001BHT1中斷入口地址0023H串行口中斷入口地址2.3 2.3 單片機(jī)并行單片機(jī)并行I/OI/O口口 4個(gè)8位并行口:P0,P1,P2,P3, 具有字節(jié)尋址和位尋址的功能。P334個(gè)端口在結(jié)構(gòu)上相同之處: P0 - P3都是準(zhǔn)雙向I/0口，作輸人時(shí)，必須先向相應(yīng)端口的鎖存器寫人 “1”。4個(gè)端口在結(jié)構(gòu)上不同之處: P0口無(wú)內(nèi)部上拉電阻，不能提供拉電流輸出，而P1-P3則帶

13、內(nèi)部上拉電阻，可以提供拉電流輸出。 當(dāng)P0口作通用I/0口輸出使用時(shí)，需外接上拉電阻才可輸出高電平。 引腳復(fù)用引腳復(fù)用 P0口：擴(kuò)展時(shí)作為8位數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線。P2口：擴(kuò)展時(shí)作為高8位地址總線。P3口：第二功能口線第二功能信號(hào)名稱P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送P3.2INT0外部中斷0申請(qǐng)P3.3INT1外部中斷1申請(qǐng)P3.4T0定時(shí)/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)數(shù)輸入P3.5T1定時(shí)/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入P3.6WR外部RAM寫選通P3.7RD外部RAM讀選通P3口第二功能口第二功能2.4 時(shí)鐘電路與時(shí)序時(shí)鐘電路與時(shí)序2.4.1 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路 在MCS-51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益

14、反向放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1 和XTAL2之間跨接一個(gè)晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。 單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖信號(hào)是時(shí)鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過(guò)觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后得到的。X C130pC230pXTAL1XTAL28051晶振頻率，fosc=1.2M12MHz2.4.2 CPU時(shí)序時(shí)序1）振蕩周期：振蕩電路產(chǎn)生的方波信號(hào)的周期。T振=1/fosc2）機(jī)器周期：計(jì)算機(jī)完成一種最基本的操作所需的時(shí)間。 T機(jī)=12T振 設(shè)fosc=12M, 則： T機(jī)=?3）指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間，用機(jī)器周期數(shù)表示。2.5 復(fù)位電路復(fù)位電路1.功能：功能：復(fù)位啟動(dòng)單片機(jī)。2.復(fù)位條件：復(fù)位條件：在RST引腳輸入2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平。正常工作時(shí)保持為低電平。3. 復(fù)位電路復(fù)位電路：E122ufR11K+5VRSTE122ufR11K+5VRSTK 上電復(fù)位上電加按鈕復(fù)位VEVR104.復(fù)位操作復(fù)位操作：1）初始化單片機(jī)，使PC初始化為0000H, 2）初始化寄存器。P38寄存器內(nèi)容寄存器內(nèi)容PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL10