某系統(tǒng)單片機全書課件

第二章MCS-51系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

第一節(jié)總體結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)電路

系統(tǒng)資源：8位中央處理器CPU；128B內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM；4個8位雙向輸入／輸出線；1個全雙工的異步串行口；2個16位定時器／計數(shù)器；5個中斷源，2個中斷優(yōu)先級；1個片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；可尋址64KB的外部程序存儲器空間和64KB的外部數(shù)據(jù)存儲器空間；二、中央處理器CPU

（一）運算器運算器主要包括算術(shù)邏輯運算部件(ALU)、累加器ACC、B寄存器、暫存器、程序狀態(tài)字寄存器PSW、十進制調(diào)整電路以及布爾處理器等。運算器主要用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)的算術(shù)邏輯運算和位變量處理。累加器ACC（最常用專用寄存器）暫存寄存器，用于提供操作數(shù)和存放運算結(jié)果。直接與內(nèi)部總線相連。一般信息傳遞和交換都要通過ACC。寄存器B乘法指令兩個操作數(shù)分別取自A、B，其結(jié)果放在A、B(高八位）寄存器中；除法指令，被除數(shù)取自A，除數(shù)取自B，商放A，余數(shù)放B。在其他指令中，B寄存器可作為通用寄存器或RAM的一個單元使用。程序狀態(tài)字寄存器PSW

CY：進位/借位標(biāo)志；又是布爾處理器的累加器C。AC：輔助進位/借位標(biāo)志；主要用于二—十進制數(shù)加 法的十進制調(diào)整。F0：用戶定義標(biāo)志位。供用戶使用的軟件標(biāo)志。RS1，RS0：工作寄存器區(qū)選擇控制位；OV：溢出標(biāo)志位；用于帶符號數(shù)運算的溢出。P： 奇偶校驗標(biāo)志位；表示累加器A的8位中值為1 的個數(shù)的奇偶性。（若1的個數(shù)為偶數(shù)，則 P=0；若1的個數(shù)為奇數(shù)，則P=1。）(二）控制器

控制器是控制計算機系統(tǒng)各種操作的部件，它包括時鐘發(fā)生器、定時控制邏輯、復(fù)位電路、指令寄存器IR、指令譯碼器、程序計數(shù)器PC、程序地址寄存器、數(shù)據(jù)指針DPTR、堆棧指針SP等。1.時鐘電路兩種時鐘生成電路：內(nèi)部方式，外部方式。2.復(fù)位電路RST/VPD引腳至少保持2個機器周期的高電平，復(fù)位。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種工作方式復(fù)位后內(nèi)部寄存器的初始狀態(tài)。

3.指針程序計數(shù)器PCPC中存放即將執(zhí)行的下一條指令的地址，并有自動加1的功能。數(shù)據(jù)指針DPTR16位地址指針，可尋址范圍0000～FFFFH的64KB空間，可指向程序、數(shù)據(jù)存儲器。堆棧指針SP8位的專用寄存器，它用于指明堆棧頂部在內(nèi)部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。遵循“先進后出，后進先出”的原則，數(shù)據(jù)進入堆棧前SP加1，數(shù)據(jù)退出堆棧后SP減1。4.CPU時序

CPU時序通常是指CPU在執(zhí)行各類指令時所需的控制信號在時間上的先后次序。指令周期：CPU取出一條指令至該指令執(zhí)行完所需的時間，它以機器周期為單位。機器周期：CPU完成一個基本操作所需要的時間，一個機器周期包含6個狀態(tài)周期。狀態(tài)周期：振蕩信號經(jīng)2分頻后獲得的信號周期S，S為時鐘周期的2倍。時鐘周期：振蕩器輸出的時鐘脈沖頻率的倒數(shù)。ALE時序：地址鎖存信號，每個機器周期2次有效，分別在S1、S4狀態(tài)。每次出現(xiàn)，CPU進行一次取指操作。三、引腳功能說明

1.電源引腳VCC：芯片主電源，VSS：電源地線。2.時鐘引腳XTALl與XTAL2為內(nèi)部振蕩器的兩條引出線。3.控制引腳ALE／：地址鎖存控制信號／編程脈沖輸入端。

ALE：地址鎖存控制信號。訪問外ROM或RAM時，用來驅(qū)動地址鎖存器鎖存P0口分時送出的低8位地址（下降沿有效）。

不訪問外存儲器時，該端以1/6時鐘頻率輸出正脈沖，可用作為外部時鐘。：編程脈沖輸入端。

對片內(nèi)程序存儲器進行編程時，此腳輸入編程脈沖。：片外程序存儲器讀選通信號

訪問外部程序存儲器選通信號，低電平有效。

／VPP：訪問程序存儲器控制信號／編程電源輸入端

：訪問程序存儲器控制信號。當(dāng)該引腳信號為低電平時，只訪問片外程序存儲器，不管片內(nèi)是否有程序存儲器；當(dāng)該引腳為高電平時，單片機訪問片內(nèi)的程序存儲器。VPP：編程電源輸入端。EEPROM型單片機(89C51)或EPROM型單片機(8751)，為12V或21V編程電源輸入端。RST／VPD：復(fù)位／掉電保護信號輸入端

RST：通過外接復(fù)位電路實現(xiàn)上電復(fù)位或按鍵復(fù)位。VPD：可外接備用電源，在VCC掉電時向RAM供電。4.I／O引腳

P0口：外接存儲器時作地址/數(shù)據(jù)分時使用口線；不接外部存儲器時，可用作為8位準(zhǔn)雙向I/O口。

P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O口。

P2口：8位準(zhǔn)雙向I/O口；外接存儲器時作為高8位地址總線。

P3口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，出于芯片引腳數(shù)的限制，P3口具有第二輸出、輸入功能。第二節(jié)存儲器結(jié)構(gòu)

程序存儲器（ROM）：用來存放程序和始終要保留的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲器（RAM）：用來存放程序運行中所需要的常數(shù)和變量。特點：程序存儲器（ROM）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）分開，各有各的尋址系統(tǒng)、控制信號和功能。MCS-51單片機的存儲器結(jié)構(gòu)

一、程序存儲器

1.程序存儲器作用及尋址范圍

作用：存放指令（程序）的存儲器，用PC作地址指針。 尋址范圍：0000～FFFFH，共64KB；片內(nèi)、片外統(tǒng)一編址。 片內(nèi)：PC=0000～0FFFH； 片外：PC=1000～FFFFH；

2.ROM低端的幾個特殊入口地址

0000H：CPU開始執(zhí)行指令時的第一個取指單元，每次執(zhí)行時PC的內(nèi)容總是0000H； 0003H~002BH：中斷專用固定入口地址（系統(tǒng)規(guī)定）； 一般：我們總是從ROM的0030H單元開始存放用戶指令。3.作用=1：程序從片內(nèi)ROM開始執(zhí)行，當(dāng)PC值超過片內(nèi)ROM容量時會自動轉(zhuǎn)向外部存儲器空間。=0：程序從外部存儲器開始執(zhí)行。二、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM

字節(jié)地址：00～7FH；有128個8位單元字節(jié)。按 功能劃分為三個部分：工作寄存器區(qū)、 位尋址區(qū)、堆棧和數(shù)據(jù)緩沖器區(qū)。四組工作寄存器區(qū)：00～1FH四組工作寄存器和RAM單元地址對應(yīng)關(guān)系

工作寄存器區(qū)選擇PSW.4(RS1)PSW.3(RS0)當(dāng)前使用的工作寄存器組R0-R7000組(00H～07H)011組(08H～0FH)102組(10H～17H)113組(18H～1FH)位尋址區(qū)：20H～2FH

16個字節(jié)。16*8=128位，每一位都有一個位地址，范圍為：00H～7FH。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)：30H～7FH

作為通用的按字節(jié)操作的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。常開辟為堆棧區(qū)。字節(jié)地址位地址字節(jié)地址三、特殊功能寄存器SFRI/O鎖存器、定時器、串行口、中斷、狀態(tài)、控制寄存器等共21個。離散地分布在80～FFH中。特殊功能寄存器地址映象特殊功能寄存器字節(jié)地址特殊功能寄存器字節(jié)地址P080HSBUF99HSP81HP2A0HDPL82HIEA8HDPH83HP3B0HPCON87HIPB8HTCON88HT2CON*C8HTMOD89HRCAP2L*CAHTL08AHRCAP2H*CBHTL18BHTL2*CCHTH08CHTH2*CDHTH18DHPSWD0HP190HACCE0HSCON98HBF0H四、位存儲器內(nèi)部RAM中字節(jié)地址為20H～2FH的128個位。特殊功能寄存器中地址碼能被8整除的特殊功能寄存器，可以按位尋址。五、外部數(shù)據(jù)存儲器和I/O口

外部RAM存儲器和輸入/輸出端口是統(tǒng)一編址的，都在同一個64KB外部數(shù)據(jù)存儲器空間內(nèi)。第三節(jié)I/O口四個8位的I/O口，分別記作P0、P1、P2、P3。每個口都包含一個鎖存器、一個輸出驅(qū)動器和兩個輸入緩沖器。一、P0口

I/O口

數(shù)據(jù)輸出時（寫P0口）：內(nèi)部寫脈沖加在D觸發(fā)器CP端，數(shù)據(jù)寫入鎖存器，由端口引腳輸出。數(shù)據(jù)輸入時（讀P0口），有兩種情況：

讀引腳：讀芯片引腳上的數(shù)據(jù)，“讀引腳”緩沖器打開，通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線讀入；MOV指令的讀口操作。讀端口：通過打開讀鎖存器緩沖器讀鎖存器Q端的狀態(tài)，例如語句：ANLP0，A。地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口控制端高電平二、P1口

通用I/O口，每一位都能作為可編程的輸入或輸出線。作為I/O輸入時，口鎖存器必須置“1”，使T2截止，輸入信號通過“讀引腳”三態(tài)緩沖器進入內(nèi)部總線。三、P2口I/O口高8位地址輸出口四、P3口第一功能使用同P1口第二功能輸入/輸出定義

小結(jié)：系統(tǒng)總線

地址總線（16位）：P0（地址低8位）、P2口（地址高8位）。

數(shù)據(jù)總線（8位）：P0口（地址/數(shù)據(jù)分時用）；

控制總線（6根）：P3口的第二功能、和9、29、30、31腳；供用戶使用的端口P1口、部分未作第二功能的P3口；P0口作地址/數(shù)據(jù)時，是真正的雙向口，三態(tài)，負載能力為8個LSTTL電路；P1～P3是準(zhǔn)雙向口，負載能力為4個LSTTL電路。P0～P3在用作輸入之前必須先寫“1”。演講完畢，謝謝觀看！內(nèi)容總結(jié)第二章MCS-51系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。5個中斷源，2個中斷優(yōu)先級。主要用于二—十進制數(shù)加 法的十進制調(diào)整。若1的個數(shù)為奇數(shù)，則P=1。兩種時鐘生成電路：內(nèi)部方式，外部方式。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種工作方式。指令周期：CPU取出一條指令至該指令執(zhí)行完所需的時間，它以機器周期為單位。機器周期：CPU完成一個基本操作所需要的時間，一個機器周期包含6個狀