單片機(jī)教程2第二次課課件

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MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理★中央處理單元與時(shí)序

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存儲(chǔ)器配置★并行I/O端口★復(fù)位及復(fù)位電路第二章MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)與原理控制引腳I/O口引腳邏輯圖時(shí)鐘引腳電源引腳第二功能1、電源引腳Vcc和Vss

★Vcc（40腳）：電源端，接＋5V電源

★Vss（20腳）：接地端2、外接晶體引腳XTAL1，XTAL2

★XTAL1（19腳）：片內(nèi)反向放大器輸入端

★XTAL2（18腳）：片內(nèi)反向放大器輸出端采用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，2個(gè)引腳各接外部晶體和微調(diào)電容的一端；采用外部時(shí)鐘時(shí)，XTAL2腳輸入外部時(shí)鐘脈沖，XTAL1腳接地。各個(gè)引腳的功能說(shuō)明如下：★

EA/VPP（enableaddress/voltagepulseofprogramming，31腳）：EA外部程序存儲(chǔ)器選擇端；VPP編程電源輸入端。EA信號(hào)說(shuō)明：1.當(dāng)EA為低電平時(shí)，CPU只訪問(wèn)外部ROM；2.當(dāng)EA為高電平時(shí)，CPU首先訪問(wèn)內(nèi)部ROM并自動(dòng)延至外部ROM。★

PSEN（programstoreenable，29腳)：

外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)說(shuō)明：在訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此引腳定時(shí)輸出負(fù)脈沖作為讀片外存儲(chǔ)器的選通信號(hào)，低電平有效?！?/p>

P0.0～P0.7：P0口，8位雙向I/O端口。當(dāng)CPU訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，P0口分時(shí)提供復(fù)用的低8位地址線和8位雙向數(shù)據(jù)線?！?/p>

P1.0～P1.7：P1口，內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口?！?/p>

P2.0～P2.7：P2口，內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口。當(dāng)CPU訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，輸出高8位地址?！?/p>

P3.0～P3.7：P3口，內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口。P3口作一般I/O端口使用外，每個(gè)引腳都有專(zhuān)門(mén)的第二功能。4、I/O端口引腳引腳連接圖1一、運(yùn)算器和控制器1、運(yùn)算器（1）算數(shù)邏輯單元ALU：完成基本的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算；（2）累加器A（ACC）：專(zhuān)門(mén)用來(lái)存放操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果；（3）暫存寄存器：暫存數(shù)據(jù)和狀態(tài)，便于傳送和運(yùn)算；（4）B寄存器：用于乘法和除法的8位寄存器；第二節(jié)中央處理單元與時(shí)序位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0標(biāo)志CYACF0RS1RS0OV-P①CY（C）：進(jìn)位標(biāo)志位

★存放算術(shù)運(yùn)算的進(jìn)位或借位標(biāo)志

★在位操作中，作位累加器使用；②AC：輔助進(jìn)位位加減運(yùn)算中，低4位向高4位有進(jìn)位或借位時(shí)，AC=1③F0：用戶(hù)標(biāo)志位

（5）程序狀態(tài)字（ProgramStatusWord

PSW）：存放指令執(zhí)行后的狀態(tài)信息：RS1RS0選中的工作寄存器組R0～R7地址000組00-07H011組08-0FH102組10-17H113組18-1FH⑤OV：溢出標(biāo)志位

運(yùn)算結(jié)果超出了累加器A所能表示的帶符號(hào)數(shù)的范圍（-128~+127），OV=1④RS1、RS0：工作寄存器選擇位CPU選擇哪一組工作寄存器為當(dāng)前工作寄存器，確定R0~R7的物理地址。（1）程序計(jì)數(shù)器PC：是一個(gè)16位專(zhuān)用寄存器，用來(lái)存放將要執(zhí)行的下一條指令的地址；（2）指令寄存器IR和指令譯碼器ID：存放代碼及譯碼；（3）定時(shí)控制電路：產(chǎn)生CPU的操作時(shí)序。2、控制器

單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)是提供片內(nèi)各種操作的時(shí)間基準(zhǔn)二、時(shí)鐘電路?內(nèi)部時(shí)鐘電路：石英晶體或陶瓷振蕩器（晶振）：1.2～12MHz

微調(diào)電容C01、C02起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。電容值一般為5～30PF。因片內(nèi)有高增益運(yùn)算放大器，外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。?外部時(shí)鐘電路把外部振蕩信號(hào)引入XTAL2端，XTAL1端接地。這種方式適宜用于使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)保持一致。由于XTAL2端的邏輯電平與TTL電平不兼容，故在此引腳外接一個(gè)上拉電阻。時(shí)鐘周期和機(jī)器周期是單片機(jī)內(nèi)計(jì)算其他時(shí)間值（例如：波特率、定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間等）的基本時(shí)序單位。例：?jiǎn)纹瑱C(jī)外接晶振頻率12MHz時(shí)的各種時(shí)序單位：1/frequencyoscillate

=1/12MHz=0.0833us12/fosc=12/12MHz=1us（1～4）機(jī)器周期=1～4us說(shuō)明：時(shí)鐘周期=機(jī)器周期=指令周期=四、指令取指/執(zhí)行時(shí)序單片機(jī)的工作工程是：取指令、譯碼、執(zhí)行指令……，一步步地完成各種指令規(guī)定的功能。各指令的操作順序在時(shí)間上有嚴(yán)格的次序，這種操作的時(shí)間順序稱(chēng)為時(shí)序。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)為單片機(jī)芯片內(nèi)部各種操作提供時(shí)間基準(zhǔn)。單字節(jié)指令、雙字節(jié)指令是單周期或雙周期的；三字節(jié)指令是雙周期的；乘除指令是四周期的。MCS-51單片機(jī)指令的取指/執(zhí)行的時(shí)序程序存儲(chǔ)器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器ROM存放編制好的固定程序和表格，以16位的程序計(jì)數(shù)器做地址指針，可尋址64KB空間。一、程序存儲(chǔ)器特殊功能地址單元（1）0000H-0002H：存放復(fù)位后初始化引導(dǎo)程序例程序放在內(nèi)部1000H開(kāi)始的單元 ORG0000H AJMPMAIN ORG1000HMAIN:MOVA，#0AFH0000H0001H0002H(PC)中斷5中斷4中斷3中斷2中斷10003H000BH0013H001BH0023H002BH外部中斷0定時(shí)器0中斷外部中斷1定時(shí)器1中斷串行口中斷8位．．．0FFFH0FFEH程序存儲(chǔ)器資源分布中斷地址區(qū)初始化引導(dǎo)程序（2）0003H-002AH：中斷地址區(qū)CPU響應(yīng)中斷后，根據(jù)中斷類(lèi)型，自動(dòng)轉(zhuǎn)入各中斷區(qū)首地址去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。8各單元不能放下中斷服務(wù)程序，因此在中斷入口地址放一條無(wú)條件跳轉(zhuǎn)指令。 0003H～002AH共40個(gè)單元是中斷服務(wù)程序地址區(qū)，它被分為五段，每段8個(gè)單元，分別分配給5個(gè)中斷源：0003H～000AH外部中斷0中斷地址區(qū)；000BH～0012H定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0中斷地址區(qū)；0013H～001AH外部中斷1中斷地址區(qū)；001BH～0022H定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1中斷地址區(qū)；0023H～002AH串行中斷地址區(qū)。二、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)部RAM（00H-FFH）外部RAM（0000H-FFFFH）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH特殊功能寄存器區(qū)

用戶(hù)RAM區(qū)位尋址區(qū)

工作寄存器區(qū)內(nèi)部RAM（00H-FFH）（1）工作寄存器區(qū)（00H~1FH）地址范圍在00H～1FH的32個(gè)單元，可分成4個(gè)工作寄存器組，每組占8個(gè)字節(jié)。第0組工作寄存器：地址范圍為00H～07H

第1組工作寄存器：地址范圍為08H～0FH

第2組工作寄存器：地址范圍為10H～17H

第3組工作寄存器：地址范圍為18H～1FH1、真正RAM區(qū)每個(gè)工作寄存器組都有8個(gè)寄存器，分別稱(chēng)為R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7。但在程序運(yùn)行時(shí)，只允許有一個(gè)工作寄存器組工作，這組工作寄存器稱(chēng)為當(dāng)前工作寄存器組，所以每組之間不會(huì)因?yàn)槊Q(chēng)相同而混淆出錯(cuò)?？赏ㄟ^(guò)對(duì)特殊功能寄存器中的程序狀態(tài)字PSW的RS1、RS0的狀態(tài)設(shè)置，選擇哪組工作寄存器作當(dāng)前工作寄存器組。

單片機(jī)復(fù)位時(shí)，當(dāng)前工作寄存器默認(rèn)為0組。說(shuō)明30H-7FH共80個(gè)RAM單元，用來(lái)存放用戶(hù)數(shù)據(jù)和堆棧操作使用，稱(chēng)為用戶(hù)RAM區(qū)，該區(qū)是按字節(jié)存取的。堆棧的概念堆棧是在單片機(jī)內(nèi)部RAM中從某個(gè)選定的存儲(chǔ)單元開(kāi)始劃定的一個(gè)地址連續(xù)的區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域選定某個(gè)存儲(chǔ)單元作為棧底，只允許向一個(gè)方向?qū)懭霐?shù)據(jù)，最后一個(gè)寫(xiě)入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元稱(chēng)為棧頂。堆棧的生成有兩種情況，向高地址方向?qū)懭霐?shù)據(jù)生成的堆棧稱(chēng)為向上生長(zhǎng)型堆棧，反之稱(chēng)為向下生長(zhǎng)型堆棧，MCS-51單片機(jī)屬于向上生長(zhǎng)型堆棧（即向高地址方向生成）。（3）堆棧和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)堆棧指針寄存器SP：一個(gè)8位寄存器，用于指明堆棧頂部在RAM中的位置，可由軟件設(shè)置初始值；系統(tǒng)復(fù)位后，SP初始化為07H；實(shí)際中，一般將SP設(shè)置在30-7FH范圍內(nèi)。堆棧的原則：先進(jìn)后出，后進(jìn)先出。每存（?。┮粋€(gè)字節(jié)，SP自動(dòng)加（減）1，SP始終指向新的棧頂。堆棧操作方式：指令方式：PUSH、POP自動(dòng)方式：調(diào)用子程序或中斷時(shí)，將返回地址自動(dòng)進(jìn)棧；程序返回時(shí)，斷點(diǎn)地址自動(dòng)彈回PC。棧底AB進(jìn)棧SPSPSP＋162H61H60H棧底AB出棧SPSPSP－162H61H60HA先進(jìn)棧B再進(jìn)棧B先出棧A再出棧堆棧示意圖2、特殊功能寄存器（SFRSpecialFunctionRegisters

）◆8051單片機(jī)中設(shè)置了21個(gè)特殊功能寄存器，它們不連續(xù)地分布在地址為80H-FFH的128個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)空間中?！?1個(gè)SFR只能采用直接尋址方式，但是字節(jié)地址能被8整除（16進(jìn)制的地址碼尾數(shù)為0或8）的11個(gè)單元均具有位尋址能力?？晌粚ぶ罚?）堆棧指針寄存器SP：（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址指針DPTR：16位專(zhuān)用寄存器，由DPH、DPL組成。對(duì)64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址，做間址寄存器；訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器，做基址寄存器。（3）端口寄存器P0～P3：用于控制4個(gè)8位并行I/O口。（4）串口數(shù)據(jù)緩沖器SBUF：由發(fā)送緩沖器和接收緩沖器組成，通過(guò)讀寫(xiě)指令來(lái)區(qū)別對(duì)哪一個(gè)緩沖器進(jìn)行操作。（5）串行口控制與狀態(tài)寄存器SCON：控制串行通信工作方式、接收或