單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

MCS-51系列

單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1MCS-51單片機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)及信號引腳

MCS-51是Intel公司于1980年推出的高檔系列8位單片機(jī)，主要有8051、8031、8751、80C51BH等。在本課程中，為了敘述方便，以8051為例進(jìn)行討論。8051單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)框圖微處理器(運(yùn)算部件)CPU控制部件數(shù)據(jù)存儲器RAM128BP0口P2口程序存儲器ROM4KBP3口P1口中斷系統(tǒng)特殊功能寄存器(SFR)串行口定時器0定時器1PSENEAALERESET8888XTAL1XTAL2VCCVSS外部中斷運(yùn)算器B寄存器ACC暫存寄存器1暫存寄存器2ALUPSW乘法指令時存儲一操作數(shù)保存運(yùn)算和操作結(jié)果的狀態(tài)控制器16位地址指針PC加1PCDPTR指令寄存器指令譯碼器定時與控制RSTEAALEPSEN內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM地址寄存器RAM(126×8)內(nèi)部程序存儲器ROM(4K×8)程序地址寄存器定時器/計數(shù)器、串行口、中斷控制系統(tǒng)PCOTCOTH0SBUIEIP中斷、串行口、定時器/計數(shù)器TL0并行I/O口P0口驅(qū)動器P0口寄存器P0.0~P0.7P2口驅(qū)動器P2口寄存器P2.0~P2.7P1口驅(qū)動器P1口寄存器P1.0~P1.7P3口驅(qū)動器P3口寄存器P3.0~P3.7時鐘電路振蕩器XTAL2XTAL1總線MCS-51單片機(jī)的外部引腳與邏輯符號I/OI/OI/OI/O復(fù)位輸入線，高電平有效地址鎖存控制輸入線外部程序存儲器讀選通信號輸出線訪問程序存儲器控制信號輸入線雙向8位三態(tài)I/O口8位準(zhǔn)雙向I/O口8位準(zhǔn)雙向I/O口8位準(zhǔn)雙向I/O口2.2時鐘和時鐘電路內(nèi)部時鐘方式的時鐘電路MCS-51XTAL1XTAL2Vss一、HMOS型單片機(jī)外部時鐘輸入接線圖8051VCCXTAL2XTAL1外部振蕩器信號源TTL門Vss10K外部時鐘方式二、CHMOS型單片機(jī)的外部脈沖源接入方法XTAL2XTAL1浮空NCCMOS門電路外部振蕩器信號源Vss指令周期

CPU取出一條指令至該指令執(zhí)行完所需的時間機(jī)器周期

即一個最小的指令周期節(jié)拍

時鐘電路振蕩脈沖的周期狀態(tài)

振蕩脈沖經(jīng)過二分頻后的時鐘信號的周期。，用于衡量指令或程序執(zhí)行速度的最小單位典型指令的時序單字節(jié)單機(jī)器周期指令單字節(jié)雙機(jī)器周期指令雙字節(jié)單機(jī)器周期指令雙字節(jié)雙機(jī)器周期指令三字節(jié)雙機(jī)器周期指令單字節(jié)四機(jī)器周期指令1.復(fù)位和復(fù)位電路計算機(jī)在啟動運(yùn)行時都需要復(fù)位，使CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。復(fù)位引腳：RST復(fù)位電平：高電平。振蕩器起振后，該引腳上出現(xiàn)2個機(jī)器周期以上的高電平，使器件復(fù)位。RST變?yōu)榈碗娖胶?，退出?fù)位。

2.3MCS-51單片機(jī)的工作方式寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC 0000H TMOD 00HACC 00H TCON 00HB 00H TH0 00HPSW 00H TL0 00HSP 07H TH1 00HDPTR 0000H TL1 00HP0~P3 0FFH SCON 00HIP XXX00000B SBUF 不定IE 0XX00000B PCON 0XXXXXXXB復(fù)位后內(nèi)部寄存器的初始狀態(tài)：一、上電復(fù)位與上電按鈕復(fù)位RSTMCS-51VccRSTVCCMCS-51Vss二、系統(tǒng)復(fù)位RSTCPU至其它I/O電路復(fù)位端+5V程序執(zhí)行方式從地址0000H開始掉電保護(hù)方式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存接通備用電源CHMOS工藝的MCS-51單片記得低功耗方式待機(jī)方式掉電保護(hù)方式存貯器組織MCS-51系列單片機(jī)有5個獨(dú)立的存貯器空間64K字節(jié)的程序存貯器空間(0~0FFFFH);256字節(jié)的內(nèi)部RAM空間(0~0FFH);128字節(jié)的特殊功能寄存器空間(80~0FFH);位尋址空間(0~0FFH);64K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存貯器空間(I/O)(0~0FFFFH)；程序存貯器與數(shù)據(jù)存貯器007F80FF0000FFFFH外部WRRD或I/O數(shù)據(jù)存貯器或I/O(讀寫)EA=0EA=1外部內(nèi)部0000HFFFFH外部程序存貯器(只讀)PSEN0FFFH1000H工作寄存器區(qū)000H07H工作寄存器區(qū)108H0FH工作寄存器區(qū)210H17H工作寄存器區(qū)318H1FH位尋址區(qū)20H2FH堆棧或數(shù)據(jù)緩沖區(qū)30H7FH堆?；驍?shù)據(jù)緩沖區(qū)80HFFH工作寄存器區(qū)每區(qū)有R0~R7位尋址區(qū)0~7F(計128位)實際需要的工作寄存器區(qū)數(shù)目和位標(biāo)志數(shù)目外,其它作為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)或堆棧特殊功能寄存器區(qū)MCS-51單片機(jī)內(nèi)部RAM功能劃分一、工作寄存器PSW.4（RS1）PSW.3(RS0）當(dāng)前使用的工件寄存器R0~R7000區(qū)（00～07H）011區(qū)（08～0FH）102區(qū)（10～17H）113區(qū)（18～1F）二、位尋址區(qū)內(nèi)部RAM的20H~2FH為位尋址區(qū)域，共128位，（0~7FH）用于存放各種程序標(biāo)志、位控制變量。此尋址區(qū)也可存放數(shù)據(jù)CPU可按字節(jié)操作，也可按位操作。 字節(jié)位 字節(jié) 位地址 地址 地址 地址20H 00~07H 21H 08~0FH22H 10~17H 23H 18~1FH24H 20~27H 25H 28~2FH26H 30~37H 27H 38~3FH28H 40~47H 29H 48~4FH2AH 50~57H 2BH 58~5FH2CH 60~67H 2DH 68~6FH2EH 70~77H 2FH 78~7FH例：

SETB0H；20H.0三、堆棧和數(shù)據(jù)緩沖器在實際應(yīng)用中，執(zhí)行子程序調(diào)用、中斷程序時要先保護(hù)CPU的現(xiàn)場（斷點處PC值、ACC值等），需要一個采用后進(jìn)先出方式的RAM緩沖器，此RAM稱堆棧。堆棧指針SP復(fù)位后的初值為07H，但0~1FH為工作寄存器，而20H~2FH為位標(biāo)志區(qū)，故CPU上電后SP的初值初始化為30H之后。堆棧操作：進(jìn)棧時堆棧指針先加1（SP）+1→SP然后數(shù)據(jù)進(jìn)棧，出棧時先出數(shù)據(jù)，后（SP）-1→SP。內(nèi)部RAM中除了作工作寄存器、位標(biāo)志區(qū)和堆棧以外的單元，都可作為數(shù)據(jù)緩沖器使用，存放輸入的數(shù)據(jù)和運(yùn)算結(jié)果。特殊功能寄存器

MCS-51內(nèi)部的I/O口鎖存器以及定時器、串行口、中斷等各種控制寄存器和狀態(tài)寄存器作為特殊功能寄存器（SFR），它們離散分在80H~0FFH之間。ACC：累加器，它是運(yùn)算器中最重要的工作寄存器，用于存放參加運(yùn)算的操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果。在指令中用A表示累加器。B：在乘法和除法中存放操作數(shù)和結(jié)果，在其它運(yùn)算中也可存放中間結(jié)果。SP：堆棧指針DPTR：唯一一個16位數(shù)據(jù)指針，由DPH、DPL組成，在訪問外部數(shù)據(jù)存貯器或I/O時使用。特殊功能寄存器地址映射特殊功能寄存器字節(jié)地址特殊功能寄存器字節(jié)地址*P080H*P190HSP81H*SCON98HDPL82HSBUF99HDPH83H*P2A0HPCON87H*IEA8H*TCON88H*P3B0HTMOD89H*IPB8HTL08AH*PSWD0HTL18BH*ACCE0HTH08CH*BF0HTH18DH說明：帶*號的寄存器可位尋址。與內(nèi)部RAM地址重疊，但尋址方式不同。如對內(nèi)部RAM81H尋址時，可對R0送#81H后，MOVA，@R0，而對特殊功能寄存尋址時可直接MOVSP，#30H（或MOV 81H，#30H）不建議采用特殊功能寄存器位地址映象寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0BF7F6F5F4F3F2F1F0ACCE7E6E5E4E3E2E1E0PSWD7/CYD6/ACD5/F0D4/RS1D3/RS0D2/OVD1/F1D0/PIP---BC/PSBB/PT1BA/PX1B9/PT0B8/PX0P3B7B6B5B4B3B2B1B0IEAF/EA--AC/ESAB/ET1AA/EX1A9/ET0A8/EX0P2A7A6A5A4A3A2A1A0SCON9F/SM09E/SM