單片機課件：第2章 MCS-51單片機的結(jié)構(gòu)和原理

1第2章

MCS-51單片機的結(jié)構(gòu)和原理

2本章內(nèi)容2.1MCS-51單片機的基本結(jié)構(gòu)2.251單片機CPU中寄存器2.3MCS-51單片機存儲器分類及配置2.4MCS-51單片機外部特性2.5復(fù)位電路2.6時鐘及時間單位作業(yè)3本章重點1、掌握89S51中的4個并口、1個串口、2個定時器、5個中斷源；2、三大總線的形成；3、PSW中常用狀態(tài)位的含義；4、累加器ACC、DPTR和SP；5、存儲器（RAM、ROM）的結(jié)構(gòu)；6、復(fù)位電路的連接方法。42.1MCS-51單片機的

基本結(jié)構(gòu)表2-1MCS-51單片機存儲器容量（參P29）MCS-51單片機簡介6MCS-51單片機內(nèi)部主要模塊（1）一個8位微處理器CPU。（2）數(shù)據(jù)存儲器RAM128B。（3）內(nèi)部程序存儲器ROM4KB。（4）兩個16位定時/計數(shù)器。（5）四個8位可編程的I/O（輸入/輸出）并行端口。（6）一個全雙工串行端口。（7）5個中斷源的中斷控制系統(tǒng)。（8）內(nèi)部時鐘電路。MCS-51單片機的基本組成圖2-1MCS-51單片機基本結(jié)構(gòu)示意圖（P30）8參閱8051datasheet圖2-289C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（參P30）92.251單片機CPU中寄存器（P31）1.累加器（ACC）8位，算術(shù)、邏輯指令依賴ACC；2.寄存器B（8位）用于乘除法；3．程序狀態(tài)字（PSW，8位），有進位位CY等；

4、DPTR（外部RAM指針寄存器），16位。如MOVXA,@DPTR 5、SP（堆棧指針），8位，指向片內(nèi)128字節(jié)RAM區(qū)，復(fù)位后值為0x7，8051堆棧為遞增滿堆棧，先入后出，入棧PUSH，出棧POP。10CY（PSW.7）進位標(biāo)志位,加法進位、減法借位等AC（PSW.6）輔助進位（或稱半進位）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）偶校驗標(biāo)志位，即A及P位中1的個數(shù)必須為偶數(shù)個。程序狀態(tài)字PSW各位標(biāo)志的含義CYACF0RS1RS0OV-P

PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.011RS1、RS0切換工作寄存器組RS1RS0選擇工作寄存器組000組（R0～R7）011組（R0～R7）102組（R0～R7）113組（R0～R7）122.3MCS-51單片機存儲器分類及配置

（P32） 13存儲器89S51單片機存儲器包括程序存儲器ROM和數(shù)據(jù)存儲器RAM兩個部分。

ROM：片內(nèi)ROM和片外ROM，統(tǒng)一編址，合計最大64KB。

RAM：片內(nèi)RAM，8位地址，容量128B；片外RAM，16位地址，最大容量64KB。142.3.1程序存儲器程序存儲器的結(jié)構(gòu)如圖2-4（c）所示，包括片內(nèi)和片外程序存儲器兩個部分。最大空間為64KB。幾個關(guān)鍵地址值：

1、0000H－復(fù)位后程序入口地址

2、0003H－外部中斷0程序入口地址

3、000BH－T0中斷程序入口地址

4、0013H－外部中斷1程序入口地址

5、001BH－T1中斷程序入口地址

6、0023H－串行中斷程序入口地址152.3.2數(shù)據(jù)存儲器1、片內(nèi)RAM

分為：工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、字節(jié)尋址區(qū)、SFR區(qū)。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器結(jié)構(gòu)如圖2-4（a）所示，主要用于保存字節(jié)變量、位變量。匯編編程應(yīng)用：

字節(jié)變量在片內(nèi)RAM中的定義格式

xdata20h ;x為變量名，

data為字節(jié)變量定義偽指令

20h為該變量在RAM中地址

位變量在位尋址區(qū)中的定義格式

ybit20h ;y為變量名，

bit為位變量定義偽指令

20h為該變量在RAM中位地址162、片外RAM外部RAM可通過總線端口擴展外部數(shù)據(jù)RAM，其最大容量可達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。匯編應(yīng)用：片外RAM字節(jié)變量定義格式

xxdata0020h ;x為變量名，注意： 外設(shè)與片外RAM統(tǒng)一編址，必須合理地進行外部RAM和I/O端口的地址分配，并保證譯碼地址值的唯一性。外部ROM內(nèi)部ROM(EA=1)外部ROM(EA=0)0000H0FFFH1000HFFFFH外部RAM(I/O口地址)0000HFFFFH內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（a）外部數(shù)據(jù)存儲器（b）程序存儲器（c）圖2-480S51單片機存儲器結(jié)構(gòu)特殊功能寄存器字節(jié)尋址區(qū)00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH80H88H90H98HA0HA8HB0HB8HD0HE0HF0H特殊功能寄存器中位尋址工作寄存器區(qū)位尋址區(qū)0000HFFFFH表2-2特殊功能寄存器地址及功能表193、

位資源位資源有：位累加器CY（P31）位尋址區(qū)(20H～2FHRAM單元)（P35表2-3）SFR中的可位尋址位（P37表2-4） 位操作指令： 置1---SETB

清0---CLR表2-1內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器中的位地址214、

并行輸入/輸出端口 P39P0～P3用法及特點1、每個并口可按字節(jié)操作，也可按位操作。2、P0、P1、P2、P3口作為并行輸入時，內(nèi)部鎖存器值應(yīng)為0xFF。3、P0作為并行輸出時，每個輸出線外接10K上拉電阻。4、P0可作為8位數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線；P2可作為高8位地址總線。5、P3口具有第二功能。22Ｐｘ結(jié)構(gòu)P0口引腳結(jié)構(gòu)P2口引腳結(jié)構(gòu)P1口引腳結(jié)構(gòu)表2-3P3口的第二功能表P3.2P3.3位線引腳第二功能P3.010P3.111TXD（串行輸出口）RXD（串行輸入口）12INT0（外部中斷0）13INT1（外部中斷1）P3.414T0（定時器0的計數(shù)輸入）P3.515T1（定時器1的計數(shù)輸入）16WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖）17RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖）P3.7P3.6P3口第二功能242.4MCS-51單片機外部特性

（參P42）89S51引腳分布及功能符號圖（P43）26MCS-51單片機芯片引腳描述上圖為MCS-51單片機的引腳配置圖。關(guān)鍵引腳描述： 1.RD

、WR

：片外RAM或外設(shè)的讀、寫線； 2.PSEN：片外ROM的讀取控制線； 3.ALE：地址鎖存信號； 4.EA：ROM起始地址控制，當(dāng)EA接地時，ROM起始地址為片外ROM，忽略片內(nèi)ROM。當(dāng)EA為高電平時，先讀片內(nèi)ROM，再讀片外ROM； 5．RST：復(fù)位引腳，高電平有效；27MCS-51單片機的總線結(jié)構(gòu)由總線可擴展64KB外部RAM或64K個外設(shè)?？偩€指令：讀指令：MOVXA，@DPTR寫指令：MOVX@DPTR，A282.5復(fù)位及復(fù)位電路 （P45）1．復(fù)位電路高電平復(fù)位，復(fù)位電路需維持兩個機器周期時間。常見復(fù)位電路如圖2-14所示。2.單片機復(fù)位后的狀態(tài)單片機21個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。22μFC1

RST+5VR2200Ω8051R11KΩ

圖2-14上電及手動復(fù)位電路特殊功能寄存器初始狀態(tài)特殊功能寄存器初始狀態(tài)A00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0～P3FFHSBUF××××××××BIP×××00000BSCON00HIE0××00000BPCON0×××××××B表2-4單片機復(fù)位后特殊功能寄存器的狀態(tài)單片機時鐘電路：振蕩電路：MCS-51單片機引腳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)生振蕩時鐘脈沖（如下圖所示）(P45)。31時鐘電路晶體振蕩器引腳XTAL2XTAL1MCS-51C1C2CYS單片機振蕩電路外接器件322.6時鐘及定時單位(P49)1．振蕩周期：晶體振蕩器對應(yīng)的周期，是最小的時序單位。2.狀態(tài)周期：為振蕩周期的2倍。3．機器周期：通常將完成一個基本操作所需的時間稱為機器周期，由12個振蕩周期組成。4.指令周期：是指CPU執(zhí)行一條指令所需要的時間。一個指令周期通常含有1～4個機器周期。33周期計算若MCS-51單片機外接晶振為12MHz時，則單片機的四個周期的具體值為：振蕩周期＝1/