單片微型計算機C第4講(機械)

第4-5講教學(xué)目的和要求【教學(xué)目標(biāo)】通過講述MCS-51單片機的硬件結(jié)構(gòu)，使學(xué)生掌握單片機內(nèi)部所包含的硬件資源及其功能特點和使用方法，注意幾個概念：時鐘周期、機器周期和指令周期的意義及它們之間的關(guān)系?！窘虒W(xué)重點】①單片機芯片的內(nèi)部組成及存儲器結(jié)構(gòu)；②主要寄存器名稱及含義；【教學(xué)難點】存儲器的地址重疊的問題。第三章MCS-51單片機的硬件結(jié)構(gòu)3.1MCS51的基本結(jié)構(gòu)MCS51：將作為控制應(yīng)用所必需的基本功能部件都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。所包含的硬件：①處理器CPU②數(shù)據(jù)存儲器RAM③程序存儲器ROM/EPROM④4個8位并行IO口(P0~P3)⑤1個串行口⑥2個16位定時器/計數(shù)器⑦中斷系統(tǒng)⑧特殊功能寄存器SFRMCS51的片內(nèi)結(jié)構(gòu)CPUROMRAM定時器/控制器并行接口串行接口中斷系統(tǒng)T0T1時鐘電路內(nèi)部總線P0P1P2P3TXDRXDINT0INT13.2MCS51的引腳引腳分類MCS51的40個引腳，按照其功能分類，可分為三類：電源及時鐘引腳：VCC、VSS；XTAL1、XTAL2控制引腳：/PSEN、ALE、/EA、RSTIO口引腳：P0~P3四個8位并行口，共32條。1.主電源引腳：VCC(40)、VSS(20)2.時鐘引腳：XTAL1(19)和XTAL2(18)

XTAL1：接外部晶體的一個引腳。當(dāng)采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳接地；對CHMOS單片機，該引腳接外部時鐘輸入。

XTAL2：接外部晶體的另一引腳。當(dāng)采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳接外部時鐘輸入；對CHMOS單片機，該引腳應(yīng)懸浮。(1)電源及時鐘引腳具有復(fù)用功能的引腳。RST:復(fù)位信號輸入端，高電平有效。單片機運行時，該引腳出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位。單片機正常工作室，此引腳腳為低電平。VPD:VCC掉電期間，該引腳可接上備用電源，以保持內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)。從而使單片機在復(fù)位后能繼續(xù)正常運行。(2)控制引腳1.RST/VPD(9)：復(fù)位和備用電源引腳具有復(fù)用功能的引腳。復(fù)位后，該引腳持續(xù)輸出正脈沖。當(dāng)訪問外部存儲器時，在ALE輸出的下降沿，用于鎖存地址的低8位地址；對于EPROM型單片機，在編程期間，該引腳用于輸入編程脈沖。(2)控制引腳2.ALE/#PROG(30)：地址鎖存/編程脈沖在單片機訪問外部程序存儲器時，此引腳輸出脈沖負跳沿，作為讀外部程序存儲器的選通信號。此腳接外部程序存儲器的OE(OutPutEnable)端(2)控制引腳3.#PSEN(29)：外部程序存儲器讀選通信號具有復(fù)用功能的引腳。當(dāng)/EA保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，但在PC值超過0FFFH（或其它內(nèi)部程序存儲器最高地址）時，將自動轉(zhuǎn)向外部程序存儲器執(zhí)行程序。對于EPROM型單片機，在編程期間，Vpp用于施加編程電源(依據(jù)芯片類型+21V、+12V或+5V不等)。(2)控制引腳4.#EA/Vpp(31)：內(nèi)/外程序存儲器選擇控制端(3)I/O引腳1.P0.0~P0.7：雙向8位三態(tài)IO口P0引腳2.P1.0~P1.7：8位準(zhǔn)雙向IO口P1引腳3.P2.0~P2.7：8位準(zhǔn)雙向IO口P2引腳4.P3.0~P3.7：8位準(zhǔn)雙向IO口P4引腳四個8位并行端口的外接引腳3.3MCS-51單片機的片內(nèi)結(jié)構(gòu)(1)運算器運算器算術(shù)邏輯單元ALU累加器ACC

寄存器B

PSW

ALU：⊿可對8位變量進行邏輯“與”、“或”、“異或”、循環(huán)、求補和清零等邏輯運算操作；⊿進行加、減、乘、除等算術(shù)運算；⊿對位變量進行位處理，如置位、清0、求補、測試轉(zhuǎn)移及邏輯與或操作。(1)運算器運算器算術(shù)邏輯單元ALU累加器ACC

寄存器B

PSW

ACC：8位累加器，是CPU中使用最頻繁的一個寄存器。①是ALU的輸入數(shù)據(jù)源之一，又是運算結(jié)果的存放單元；②CPU中數(shù)據(jù)的傳送大都通過ACC(1)運算器運算器算術(shù)邏輯單元ALU累加器ACC

寄存器B

PSW

寄存器B：寄存器B

是一個8位寄存器，主要用于乘除運算，輔助ACC完成乘法除法運算，存放乘積的高八位和除法的余數(shù)。B寄存器也可以作為一般數(shù)據(jù)存儲器使用。(1)運算器運算器算術(shù)邏輯單元ALU累加器ACC

寄存器B

PSW

PSW：程序狀態(tài)字寄存器(ProgramStatusWord)，為8位的寄存器。位于單片機的特殊功能寄存器區(qū)，字節(jié)地址為D0H。包含了程序運行狀態(tài)的不同信息，初始值為00H。76543210CyACF0RS1RS0OV-PPSWCy：進位標(biāo)志位。在執(zhí)行算術(shù)運算和邏輯運算指令時，Cy可以被硬件或軟件置1或0。在位運算時，作為位累加器。AC：輔助進位標(biāo)志位BCD碼運算時，用作十進制調(diào)整，同DA指令結(jié)合起來使用。F0：用戶自定義標(biāo)志位可由軟件賦值，并通過程序測試控制程序流向。76543210CyACF0RS1RS0OV-PPSWRS1、RS0：工作寄存器區(qū)選擇位。用于選擇4組工作寄存器區(qū)的哪一組為當(dāng)前工作寄存器區(qū)。76543210CyACF0RS1RS0OV-PRS1RS0當(dāng)前工作寄存器區(qū)000區(qū)(內(nèi)部RAM地址00H~07H)011區(qū)(內(nèi)部RAM地址08H~0FH)102區(qū)(內(nèi)部RAM地址10H~17H)113區(qū)(內(nèi)部RAM地址18H~1FH)PSWOV：溢出標(biāo)志位。在執(zhí)行算術(shù)運算時，由硬件置1或清0，用以指示運算是否產(chǎn)生溢出。P：奇偶標(biāo)志位該標(biāo)志位用來指示ACC中1的個數(shù)是奇數(shù)個還是偶數(shù)個。P=1，則ACC中1的個數(shù)為奇數(shù)；P=0，則ACC中1的個數(shù)為偶數(shù)。76543210CyACF0RS1RS0OV-P(2)控制器程序計數(shù)器PC用于存放下一條要執(zhí)行指令在程序存儲器中的地址，順序執(zhí)行時，程序計數(shù)器自動加1。PC中的內(nèi)容決定程序的流向，PC的位數(shù)為16位，尋址空間為64K字節(jié)。指令寄存器IR譯碼及控制邏輯3.4MCS51的存儲器組織(***)MCS51采用哈佛(Har-vard)結(jié)構(gòu)，即程序存儲空間與數(shù)據(jù)存儲空間相互獨立。其存儲空間可以劃分成五類：程序存儲器(ROM與EPROM)：用于存放程序和常數(shù)，可分為片內(nèi)和片外。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器(RAM)：用于存放數(shù)據(jù)的存儲空間。特殊功能寄存器(SFR)：狀態(tài)與控制寄存器。位地址空間：MCS51有211個可尋址位，其中RAM中128個，SFR中83個。外部數(shù)據(jù)寄存器：RAM不夠，提供給用戶擴充的存儲空間，最大支持64KB。程序存儲器存儲結(jié)構(gòu)EA=1內(nèi)部ROMEA=0外部ROM0000H1000H0FFFH0FFFFH4KB尋址空間60KB可擴展的尋址空間/EA引腳接高電平時，若PC值超出片內(nèi)ROM的容量，則會自動轉(zhuǎn)向片外程序存儲器空間執(zhí)行程序；/EA引腳接低電平時，僅能執(zhí)行片外ROM的程序數(shù)據(jù)存儲器存儲結(jié)構(gòu)內(nèi)部RAM特殊功能寄存器外部RAM0000H007FH0080H00FFH0000H0FFFFH尋址空間內(nèi)部RAM：128B特殊功能寄存器：128B外部RAM：64KB物理上分為：4個空間，即

片內(nèi)ROM、片外ROM

片內(nèi)RAM、片外RAM邏輯上分為:3個空間，訪存時選擇不同的指令。程序內(nèi)存（片內(nèi)、外）統(tǒng)一編址MOVC

數(shù)據(jù)存儲器（片內(nèi)）MOV

數(shù)據(jù)存儲器（片外）MOVX存儲器的訪問3.4.1程序存儲器作用：存放用戶程序和表格常數(shù)。特殊單元0000H：復(fù)位后從0000H開始執(zhí)行程序，一般在該地址存放