MCS51單片機(jī)結(jié)和原理課件

MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理2023/9/111MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理2023/8/31主要掌握基本組成（內(nèi)部資源）存儲器的配置I/O口的應(yīng)用功能時(shí)序及電路2023/9/112主要掌握基本組成（內(nèi)部資源）2023/8/32MCS51系列產(chǎn)品2023/9/113MCS51系列產(chǎn)品2023/8/33第一節(jié)MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)以8051為代表講解基本組成內(nèi)部結(jié)構(gòu)特殊功能寄存器

2023/9/114第一節(jié)MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)以8051為代表講解20一基本組成框圖(基本資源）2023/9/115一基本組成框圖(基本資源）2023/8/35二8051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)算術(shù)邏輯部件ALU定時(shí)控制部件寄存器組框圖見下頁2023/9/116二8051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)算術(shù)邏輯部件ALU2023/8/362023/9/1172023/8/37MCS51的封裝各類單片機(jī)均兼容，只是功能引腳略有差異。封裝40腳塑封雙列直插：PDIP44腳方形(需插槽轉(zhuǎn)接)：PLCC/LCC44腳扁平封裝(貼片焊接)：PQFP/TQFP封裝2023/9/118MCS51的封裝各類單片機(jī)均兼容，只是功能引腳略有差異。2PLCC封裝形式2023/9/119PLCC封裝形式2023/8/39PLCC封裝形式2023/9/1110PLCC封裝形式2023/8/310QFP封裝形式2023/9/1111QFP封裝形式2023/8/3112023/9/11122023/8/312MCS51的引腳功能管腳功能邏輯符號圖片外三總線AB：P0口經(jīng)地址鎖存后提供低8位地址，P2口直接提供高8位地址DB：P0口提供8位數(shù)據(jù)CB：/EA，ALE，/PSEN，/RD，/WR，RST等2023/9/1113MCS51的引腳功能管腳功能2023/8/3132023/9/11142023/8/314片外三總線2023/9/1115片外三總線2023/8/315常用寄存器（PC、ACC、B）PC：程序地址寄存器，16位，執(zhí)行指令后自動(dòng)加一，常將PC值設(shè)置成程序第一條指令的內(nèi)存地址。訪問范圍：0000~0FFFFHACC：累加器，8位，特殊用途的寄存器，專門存放操作數(shù)或運(yùn)算結(jié)果。MOVA，#03HADDA，#05HB：8位，專門為乘除法而設(shè)置的寄存器MULAB2023/9/1116常用寄存器（PC、ACC、B）PC：程序地址寄存器，16位常用寄存器（PSW、SP）PSW：程序狀態(tài)字，8位，存放指令執(zhí)行后的有關(guān)狀態(tài)SP：堆棧指針，8位，專門存放向上生長堆棧的棧頂位置（書上示意圖）。遵循“先進(jìn)后出”的原則。注意：禁止用傳送指令存放數(shù)據(jù)。通常初始化（sp＝07H)時(shí)，修改堆棧指針的值，將堆棧區(qū)設(shè)置在內(nèi)部RAM的高端區(qū)域。 例：MOVSP,＃70H PUSHACC；(ACC)=35H

指令執(zhí)行后（71H）=35H，SP=71HD7D6D5D4D3D2D1D02023/9/1117常用寄存器（PSW、SP）PSW：程序狀態(tài)字，8位，存放指令常用寄存器DPTRDPTR：數(shù)據(jù)地址指針，16位，存放程序存儲器的地址和外部數(shù)據(jù)存儲器的地址?？煞諨PH和DPL兩個(gè)獨(dú)立8位寄存器使用,通常在壓棧時(shí)將DPTR分開用。例：PUSHDPHPUSHDPL MOVDPTR,#1000H ；(1000H)=7FHMOVXA,DPTR MOVCA,A+DPTR2023/9/1118常用寄存器DPTRDPTR：數(shù)據(jù)地址指針，16位，存放程序存程序執(zhí)行前，PSW中的F0=1，RS0RS1=00問執(zhí)行下列指令后PSW中的各位的狀態(tài)？MOVA，#0FHADDA，#0F8H0000111111111000（+——————100000111CY=1，AC=1，P=1OV=CP+CS=1+1=02023/9/1119程序執(zhí)行前，PSW中的F0=1，RS0RS1=00問執(zhí)行下列第二節(jié)存儲器配置5個(gè)存儲空間（配置圖見下頁）：片內(nèi)/片外程序存儲器64K（0000~0FFFFH）128B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（00~7FH）128B特殊功能寄存器SFR（80~0FFH離散分布）位尋址空間（20H~2FH）和部分SFR片外數(shù)據(jù)存儲器64K（0000~0FFFFH）2023/9/1120第二節(jié)存儲器配置5個(gè)存儲空間（配置圖見下頁）：2023/82023/9/11212023/8/321MCS-51單片機(jī)存儲器容量存儲器類型單片機(jī)系列掩膜ROME2PROM(EPROM)RAMMCS-5151子系列8031//128B80514KB/128B89(7)51/4KB128B52子系列8032//256B80528KB/256B89(7)52/8KB256B2023/9/1122MCS-51單片機(jī)存儲器容量存儲器類型掩膜ROME2PROM例：位尋址空間的使用MOV20H,#30H ；MOV00H,C 2023/9/1123例：位尋址空間的使用2023/8/323位尋址區(qū)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128單元2023/9/1124位尋址區(qū)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128單元2023/8/324通用寄存器區(qū)的使用內(nèi)部RAM的00~1FH分為4個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)有8個(gè)單元，分別用R0~R7來表示：RS1：RS0=00時(shí)：(R0)=00HRS1：RS0=01時(shí)：(R0)=08HRS1：RS0=10時(shí)：(R0)=10HRS1：RS0=11時(shí)：(R0)=18H例如：MOVR0,#30H； SETBPSW.3； MOVR0,#30H；2023/9/1125通用寄存器區(qū)的使用內(nèi)部RAM的00~1FH分為4個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)2023/9/11262023/8/3262023/9/11272023/8/327第三節(jié)輸入/輸出口（I/O口）四個(gè)雙向8位I/O口，共32根I/O口線，每個(gè)I/O線均由鎖存器，輸出電路和輸入緩沖器組成。每個(gè)I/O既可作輸入又可作輸出，每一條口線可獨(dú)立用作輸入又可用作輸出，作輸出時(shí)可鎖存數(shù)據(jù)，作輸入時(shí)可緩沖數(shù)據(jù)。2023/9/1128第三節(jié)輸入/輸出口（I/O口）四個(gè)雙向8位I/O口，共32P0口輸出輸入讀--修改-寫操作P0作A/D總線（AddressBus/DataBus）2023/9/1129P0口輸出2023/8/329P0口組成結(jié)構(gòu)2023/9/1130P0口組成結(jié)構(gòu)2023/8/330P0口輸出時(shí)接上拉電阻P0口作輸入時(shí)，應(yīng)使輸出兩個(gè)驅(qū)動(dòng)場效應(yīng)管截止而呈現(xiàn)懸浮的高阻態(tài)，所以需先向鎖存器寫“1”可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載作A/D總線時(shí)，分時(shí)輸出A0~A7和D0~D72023/9/1131P0口輸出時(shí)接上拉電阻2023/8/331P1口組成結(jié)構(gòu)2023/9/1132P1口組成結(jié)構(gòu)2023/8/332P2口組成結(jié)構(gòu)2023/9/1133P2口組成結(jié)構(gòu)2023/8/333P3口組成結(jié)構(gòu)2023/9/1134P3口組成結(jié)構(gòu)2023/8/334I/O口小結(jié)：從應(yīng)用功能上P0：系統(tǒng)擴(kuò)展；一般I/O口（輸出時(shí)，需接上拉電阻。）P1：專供用戶使用的I/O口P2：系統(tǒng)擴(kuò)展；通用I/O口P3：功能口，每位獨(dú)立定義；通用I/O口。2023/9/1135I/O口小結(jié)：從應(yīng)用功能上P0：系統(tǒng)擴(kuò)展；一般I/O口（輸出I/O口小結(jié)：負(fù)載能力P0驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載P1~P3驅(qū)動(dòng)3~4個(gè)LSTTL負(fù)載2023/9/1136I/O口小結(jié)：負(fù)載能力P0驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載2023/8I/O口小結(jié)：讀入方式每個(gè)I/O口均有兩種讀入方式（用命令區(qū)分）讀鎖存器讀引腳ANLA，#0FHMOVA，P1注意：讀引腳時(shí)，需先向鎖存器寫“1”。系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，所有口鎖存器均置“1”。2023/9/1137I/O口小結(jié)：讀入方式每個(gè)I/O口均有兩種讀入方式（用命令區(qū)說明雙向口：可使引腳懸浮作高阻輸入準(zhǔn)雙向口：其引腳具有內(nèi)部拉高電阻，其特點(diǎn)：當(dāng)外部維持在低電平時(shí)，準(zhǔn)雙向口輸入要能提供源電流，而外部低電平消失時(shí)，又會(huì)自動(dòng)地使自己拉向高電平。2023/9/1138說明雙向口：可使引腳懸浮作高阻輸入2023/8/338第四節(jié)時(shí)鐘電路及時(shí)序時(shí)鐘電路：內(nèi)部方式（需外接晶體）外部方式（需外部提供時(shí)鐘源）2023/9/1139第四節(jié)時(shí)鐘電路及時(shí)序時(shí)鐘電路：2023/8/339XTAL2XTAL1MCS-51C1C2CYS

XTAL2XTAL1MCS-51+5VVSSTTL外部時(shí)鐘源外部振蕩方式內(nèi)部振蕩方式：MCS-51單片機(jī)片內(nèi)有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器或陶瓷諧振器連接，就構(gòu)成了內(nèi)部自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖外部振蕩方式就是把外部已有的時(shí)鐘信號引入單片機(jī)內(nèi)2023/9/1140XTAL2XTAL1MCS-51C1C2CYSXTAL2X時(shí)序P1P2S1P2振蕩周期時(shí)鐘周期機(jī)器周期機(jī)器周期指令周期XTAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2MCS-51單片機(jī)各種周期的相互關(guān)系時(shí)鐘周期、機(jī)器周期、指令周期2023/9/1141時(shí)序P1P2S1P2振蕩周期時(shí)鐘周期機(jī)器周期機(jī)器周期指令周期時(shí)序時(shí)序：注意ALE的地址鎖存取指令執(zhí)行指令2023/9/1142時(shí)序時(shí)序：注意ALE的地址鎖存2023/8/3422023/9/11432023/8/3432023/9/11442023/8/344第五節(jié)單片機(jī)工作方式復(fù)位工作方式正常工作方式單步工作方式編程工作方式省電工作方式（低功耗）2023/9/1145第五節(jié)單片機(jī)工作方式復(fù)位工作方式2023/8/345復(fù)位工作方式正常操作時(shí)，RST引腳保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平復(fù)位電路上電復(fù)位電路外部復(fù)位電路外部上電復(fù)位電路抗干擾復(fù)位電路2023/9/1146復(fù)位工作方式正常操作時(shí)，RST引腳保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電復(fù)位工作方式22μFC1

RST

R11KΩ+5V22μFC1

RST+5VR2200Ω

RSTR1

+5V

C222μF

80318051875189518031805187518951803180518751（a）上電復(fù)位電路（c）按鍵脈沖復(fù)位電路（b）按鍵電平復(fù)位電路

R11KΩ22μFC11KΩR21KΩ2023/9/1147復(fù)位工作方式22μFC1R1+5V22μFC1+5VMCS-51單片機(jī)復(fù)位電路2023/9/1148MCS-51單片機(jī)復(fù)位電路2023/8/348MCS-51實(shí)用的復(fù)位電路2023/9/1149MCS-51實(shí)用的復(fù)位電路2023/8/349掉電保護(hù)方式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存；接通備用電源。復(fù)位電路片內(nèi)RAM施密特觸發(fā)器RST/VPDVCCVSS

復(fù)位電路邏輯圖2023/9/1150掉電保護(hù)方式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存；復(fù)位電路片內(nèi)RAM施密特觸發(fā)器RST低功耗方式待機(jī)方式：振蕩器工作，CPU不工作；掉電保護(hù)方式：單片機(jī)一切工作都停止，只有內(nèi)部RAM單元的內(nèi)容被保存。D7D6D5D4D3D2D1D0SMOD///GF1GF0PDIDL

電源控制寄存器(PCON)2023/9/1151低功耗方式待機(jī)方式：振蕩器工作，CPU不工作；D7D6D5D低功耗工作方式空閑模式CPU進(jìn)入