單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)第二章單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)單片機(jī)結(jié)構(gòu)引腳存儲器

單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳MCS-51單片機(jī)40腳Vcc,GND2XTAL1,XTAL22RESET1EA/Vpp1ALE/PROG1PSEN1P0.0—P0.78P1.0—P1.78P2.0—P2.78P3.0—P3.78引腳電源端Vcc,GND:

正電源端與接地端(+5V/3.3V/2.7V)不同的單片機(jī)可以允許不同的工作電壓,不同的單片機(jī)表現(xiàn)出的功耗也不同。引腳晶振端Vcc,GND:

正電源端與接地端(+5V/3.3V/2.7V)不同的單片機(jī)可以允許不同的工作電壓,不同的單片機(jī)表現(xiàn)出的功耗也不同。XTAL1,XTAL2:

片內(nèi)振蕩電路輸入/輸出端引腳晶振端Vcc,GND:正電源端與接地端(+5V/3.3V/2.7V)XTAL1,XTAL2:片內(nèi)振蕩電路輸入/輸出端15～45pFx21～12MHz〔MCS-51〕0～24MHz〔Atmel-89C〕XTAL1XTAL2XTAL2XTAL1外部時(shí)鐘通常外接一個(gè)晶振兩個(gè)電容也可以由XTAL1端接入外部時(shí)鐘，此時(shí)應(yīng)將XTAL2接地：引腳晶振端CPU總是按照一定的時(shí)鐘節(jié)拍與時(shí)序工作：振蕩周期/時(shí)鐘周期：Tc=晶振頻率fosc〔或外加頻率〕的倒數(shù)狀態(tài)周期：Ts=2個(gè)時(shí)鐘周期(Tc)〔不常見〕機(jī)器周期：Tm=6個(gè)狀態(tài)周期(Ts)=12個(gè)振蕩周期(Tc)指令周期:Ti:執(zhí)行一條指令所需的機(jī)器周期(Tm)數(shù)

1個(gè)機(jī)器周期=12個(gè)振蕩周期；

1個(gè)指令周期=1、2、4個(gè)機(jī)器周期

引腳復(fù)位端

Vcc,GND:電源端〔+5V/3.3V/2.7V〕XTAL1,XTAL2:片內(nèi)振蕩電路輸入、輸出端RESET:復(fù)位端〔正脈沖有效,寬度8ms〕引腳復(fù)位端

復(fù)位后單片機(jī)進(jìn)入到初始狀態(tài):▼PC值歸零(0000H);▼各個(gè)SFR被賦予初始值：

P0~P3=0FFH,Acc=0,

B=0,

TH0=0，

TL0=0,

TH1=0,

TL0=0,

SP=7,

PSW=0……▼退出處于節(jié)電工作方式的停頓狀態(tài)、退出一切程序進(jìn)程、退出程序的死循環(huán)，從頭開始。引腳復(fù)位端

PC與SFR復(fù)位后的狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTCON00HA00HT2CON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0~P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUFXXHIE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H引腳復(fù)位端

上電復(fù)位與手動(dòng)復(fù)位+5V10uF10KVccRSTGND上電復(fù)位10uF10KVccRSTGND手動(dòng)&上電復(fù)位1K+5V引腳EA端

EA/Vpp:

尋址外部ROM控制端/編程電源輸入端。▼低電平有效，片內(nèi)無ROM時(shí)必須接地；片內(nèi)有ROM時(shí)應(yīng)當(dāng)接高電平；▼對片內(nèi)ROM編程時(shí)編程正電源加到此端。引腳ALE端

ALE/PROG:地址鎖存允許/編程脈沖輸入端。▼P0口尋址外部低8位地址時(shí)接外部鎖存器G端；▼ALE端平時(shí)會輸出周期正脈沖：ffosc/6；▼對片內(nèi)ROM編程時(shí)編程脈沖由此端參加。引腳PSEN端

尋址外部程序存儲器時(shí)選通外部EPROM的讀控制端〔OE〕低電平有效。單片機(jī)鎖存器74LS373P0.0-P0.7ALEPSEN8D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GEAOECEEPROM

存儲器組織計(jì)算機(jī)的兩種不同結(jié)構(gòu)——馮·諾依曼型：中央處理器〔CPU〕輸入/輸出部件存儲器邏輯部件〔ALU〕控制部件

存儲器組織計(jì)算機(jī)的兩種不同結(jié)構(gòu)——哈佛型：中央處理器〔CPU〕輸入/輸出部件程序存儲器邏輯部件〔ALU〕控制部件數(shù)據(jù)存儲器

存儲器組織為了理解存儲器——我們先來看一個(gè)倉庫：貨架上帶編號的格子倉庫貨架

存儲器組織單片機(jī)的存儲器——幾個(gè)有關(guān)的概念：計(jì)算機(jī)中的存儲器就是一個(gè)用來存放數(shù)據(jù)〔包括用戶數(shù)據(jù)和程序〕的倉庫，倉庫中有很多用來存放貨物〔數(shù)據(jù)〕的貨架，貨架上面的格子(存儲器中的存儲單元)，在這個(gè)倉庫中存放數(shù)據(jù)可以一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)的放、也可以一個(gè)位一個(gè)位的放，為了存取貨物〔數(shù)據(jù)〕方便，每個(gè)格子都有一個(gè)編號，這個(gè)編號被稱為地址，即存儲單元地址，地址用一個(gè)8位或16位的二進(jìn)制數(shù)來表示。

存儲器組織單片機(jī)的存儲器——幾個(gè)有關(guān)的概念：隨機(jī)存儲器——RAM〔RandomAccessMemory〕只讀存儲器——ROM〔ReadOnlyMemory〕閃速存儲器——FlashMemoryEPROM——〔UV〕ErazibleProgrammableROMEEPROM/E2PROM——ElectricalErasableProgrammableROM靜態(tài)存儲器SRAM——StaticRAM〔動(dòng)態(tài)存儲器DRAM——DynamicRAM〕按字節(jié)尋址：每個(gè)字節(jié)(8個(gè)位)占一個(gè)地址按位尋址：有的存儲器每一個(gè)位就有一個(gè)地址

存儲器組織MCS51單片機(jī)存儲器配置片內(nèi)RAM128字節(jié)〔00H~7FH〕；片內(nèi)RAM前32個(gè)單元是工作存放器區(qū)(00H~1FH)片內(nèi)RAM有128個(gè)可按位尋址的位，占16個(gè)單元。位地址編號為：00H~7FH，分布在20H~2FH單元片內(nèi)21個(gè)特殊功能存放器(SFR)中：地址號能被8整除的SFR中的各位也可按位尋址可尋址片外RAM64K字節(jié) 〔0000H~FFFFH〕可尋址片外ROM64K字節(jié) 〔0000H~FFFFH〕片內(nèi)FlashROM4K字節(jié) 〔000H~FFFH〕存儲器組織存儲器配置(片內(nèi)RAM)：片內(nèi)RAM

128字節(jié)(00H~7FH)00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM區(qū)普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作存放器區(qū)SFR分布在80H~FFH其中92個(gè)位可位尋址80HFFH所有的RAM區(qū)(包括位尋址區(qū)、工作存放器區(qū)〕都可以用于存放數(shù)據(jù)，故也稱為數(shù)據(jù)緩存存放器89C51

128字節(jié)

存儲器組織存儲器配置(片內(nèi)RAM)：片內(nèi)RAM前32個(gè)單元是工作存放器區(qū)(00H~1FH)00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM區(qū)普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作存放器區(qū)R0R2R1R3R4R5R6R707H02H01H00H06H04H05H03H08H1FH工作寄存器區(qū)3工作寄存器區(qū)2工作寄存器區(qū)1工作寄存器區(qū)00FH10H17H18H

存儲器組織存儲器配置(片內(nèi)RAM)片內(nèi)RAM中有128位可按位尋址它們的地址為:00H~7FH分布在字節(jié)地址為20H~2FH的單元內(nèi)00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM區(qū)普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作存放器區(qū)7F7E7D7C7B7A797827H22H21H20H26H24H25H23H28H2FH單元字節(jié)地址07060504030201000F0E0D0C0B0A090817161514131211101F1E1D1C1B1A191827262524232221202F2E2D2C2B2A292837363534333231303F3E3D3C3B3A39384746454443424140位地址

存儲器組織存儲器配置(片內(nèi)RAM)：片外RAM64K字節(jié)(0000H~FFFFH)；片外ROM64K字節(jié)(0000H~FFFFH)；片內(nèi)FlashROM4K字節(jié)(0000H~0FFFH)；FFFFH0000H片外RAM64K字節(jié)FFFFH0000H片外ROM64K字節(jié)0FFFH0000H片內(nèi)FlashROM4K字節(jié)89C517FH00H片內(nèi)RAM128字節(jié)FFH80H

存儲器組織MCS-51單片機(jī)的堆棧：什么是堆棧？在片內(nèi)RAM中,常常要指定一個(gè)專門的區(qū)域來存放某些特別的數(shù)據(jù),它遵循順序存取和后進(jìn)先出(LIFO/FILO)的原那么,這個(gè)RAM區(qū)叫堆棧。。堆棧的作用是什么？1〕子程序調(diào)用和中斷效勞時(shí)CPU自動(dòng)將當(dāng)前PC值壓棧保存,返回時(shí)自動(dòng)將PC值彈棧。2〕保護(hù)現(xiàn)場/恢復(fù)現(xiàn)場3〕數(shù)據(jù)傳輸

存儲器組織MCS-51單片機(jī)的堆棧：堆棧區(qū)通過特殊功能存放器SP(堆棧指針)進(jìn)行管理。堆棧區(qū)可以安排在RAM區(qū)任意位置,但為了防止數(shù)據(jù)區(qū)的沖突,所以一般不安排在工作存放器區(qū)和可按位尋址的RAM區(qū),通常放在RAM區(qū)的靠后的位置。存儲器組織MCS-51單片機(jī)的堆棧：00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM區(qū)普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作存放器區(qū)初始SPSP棧頂已經(jīng)存入堆棧的數(shù)據(jù)將要進(jìn)入堆棧的數(shù)據(jù)存放于此數(shù)據(jù)進(jìn)棧復(fù)位后SP=07H,數(shù)據(jù)進(jìn)棧時(shí)：首先SP+1指向08H單元,第一個(gè)放進(jìn)堆棧的數(shù)據(jù)將放進(jìn)08H單元,然后依此類推,SP始終指著棧頂……實(shí)棧頂存儲器組織MCS-51單片機(jī)的堆棧：00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM區(qū)普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作存放器區(qū)初始SPSP棧頂當(dāng)前要出棧的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)出棧從堆棧取出數(shù)據(jù)時(shí)：取出的數(shù)據(jù)是最近放進(jìn)去的一個(gè)數(shù)據(jù),也就是當(dāng)前棧頂?shù)臄?shù)據(jù)。然后SP再自動(dòng)減1,仍指著棧頂……SP-1指向下一個(gè)要出棧的數(shù)據(jù)存儲器組織MCS-51單片機(jī)的堆棧：00H20H2FH7FH1FH30H80HFFH52子系列才有的RAM區(qū)普通RAM區(qū)位尋址區(qū)工作存放器區(qū)初始SPSP棧頂數(shù)據(jù)出棧從堆棧取出數(shù)據(jù)時(shí)：取出的數(shù)據(jù)是最近放進(jìn)去的一個(gè)數(shù)據(jù),也就是當(dāng)前棧頂?shù)臄?shù)據(jù)。然后SP再自動(dòng)減1,仍指著棧頂……SP-1指向新的棧頂，也就是下一個(gè)要出棧的數(shù)據(jù)存儲器組織MCS-51單片機(jī)的特殊功能存放器(SFR)：特殊功能存放器SFR〔專用存放器〕是一類專門用于控制、選擇、管理、存放單片機(jī)內(nèi)部各局部的工作方式、條件、狀態(tài)、結(jié)果的存放器。不同的SFR管理不同的硬件模塊，負(fù)責(zé)不同的功能，各司其職。換而言之：要讓單片機(jī)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能，必須有相應(yīng)的硬件和編寫相應(yīng)的軟件，而編寫軟件中最重要的一項(xiàng)工作就是對SFR進(jìn)行設(shè)置。存儲器組織特殊功能存放器(P0~P3、SP、A、B)：89C51有21個(gè)SFR(89C52有26個(gè))

其中P0、P1、P2、P3等四個(gè)8位I/O口分別由名為P0、P1、P2、P3四個(gè)SFR代表。堆棧指針存放器SP(StackPointer):總是指向棧頂，壓棧時(shí)先SP+1然后數(shù)據(jù)進(jìn)棧；彈棧時(shí)數(shù)據(jù)先出棧然后SP-1。累加器ACC:用于數(shù)據(jù)傳送中存放中間數(shù)據(jù)、數(shù)學(xué)邏輯運(yùn)算中存放運(yùn)算數(shù)據(jù)等功能的重要SFR。副累加器B:經(jīng)常與ACC配合在一起使用的特殊功能存放器(乘法、除法中存放另一個(gè)運(yùn)算數(shù)據(jù))，此外，它也經(jīng)常當(dāng)作普通存放器使用。存儲器組織程序狀態(tài)字存儲器(PSW)：程序狀態(tài)字存儲器PSW:用于存放在程序執(zhí)行過程中產(chǎn)生的一些特殊狀態(tài)(進(jìn)位、溢出、借位等)。CYACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0PSW.6PSW.5CY(PSW.7)進(jìn)位/借位標(biāo)志位。假設(shè)ACC在運(yùn)算過程中發(fā)生了進(jìn)位或借位，那么CY=1；否那么=0。同時(shí)它也是布爾處理器的位累加器，可用于布爾操作。AC(PSW.6)半進(jìn)位/借位標(biāo)志位。假設(shè)ACC在運(yùn)算過程中，D3位向D4位發(fā)生了進(jìn)位或借位，那么AC=1,否那么=0。機(jī)器在執(zhí)行“DAA〞指令時(shí)自動(dòng)要判斷這一位，我們可以暫時(shí)不關(guān)心它。F0

(PSW.5)可由用戶定義的標(biāo)志位。存儲器組織程序狀態(tài)字存儲器(PSW)：RS1和RS0:RS1和RS0的組合用于對工作存放器區(qū)進(jìn)行選擇。CYACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0PSW.4PSW.3RS1，RS0=00那么選擇了工作存放器組0區(qū)R0～R7分別代表00H～07H單元。RS1，RS0=01那么選擇了工作存放器組1區(qū)R0～R7分別代表08H～0FH單元。RS1，RS0=10那么選擇了工作存放器組2區(qū)R0～R7分別代表10H～17H單元。RS1，RS0=11那么選擇了工作存放器組3區(qū)R0～R7分別代表18H～1FH單元。存儲器組織程序狀態(tài)字存儲器(PSW)：OV(PSW.2)溢出標(biāo)志位。OV=1時(shí)特指累加器在進(jìn)行帶符號數(shù)(-128~+127)運(yùn)算時(shí)出錯(cuò)〔超出范圍〕；OV=0時(shí)未出錯(cuò)。P(PSW.0)奇偶標(biāo)志位。P=1表示累加器中“1〞的個(gè)數(shù)為奇數(shù)P=0表示累加器中“1〞的個(gè)數(shù)為偶數(shù)CPU隨時(shí)監(jiān)視著ACC中的“1〞的個(gè)數(shù),并反映在PSW中CYACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0PSW.2PSW.1存儲器組織一個(gè)重要的存放器(PC)：程序計(jì)數(shù)器PC(ProgramCounter)PC不是一個(gè)特殊功能存放器SFR，但其作用又十分重要和特殊!!!PC在計(jì)算機(jī)中用于對程序的執(zhí)行進(jìn)行控制。特點(diǎn)：▼它是16位的按機(jī)器周期自動(dòng)增1計(jì)數(shù)器▼總指向下一條指令所在首地址(當(dāng)前PC值)▼一切分支/跳轉(zhuǎn)/調(diào)用/中斷/復(fù)位等操作的本質(zhì)就是:改變PC值I/O口結(jié)構(gòu)單片機(jī)的引腳(P0口)：P0.0~P0.7:雙向I/O口〔內(nèi)置場效應(yīng)管上拉〕尋址外部程序存儲器時(shí)分時(shí)作為雙向8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復(fù)用口；不接外部程序存儲器時(shí)可作為8位準(zhǔn)雙向I/O口使用。21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制引腳P0.X34VccI/O口結(jié)構(gòu)單片機(jī)的引腳(P0口)：P0.0~P0.7:雙向I/O口〔內(nèi)置場效應(yīng)管上拉〕尋址外部程序存儲器時(shí)分時(shí)作為雙向8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復(fù)用口；不接外部程序存儲器時(shí)可作為8位準(zhǔn)雙向I/O口使用。21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制=0引腳P0.X34Vcc=1100截止截止00控制=0時(shí)，此腳作輸入口〔事先必須對它寫“1〞〕I/O口結(jié)構(gòu)單片機(jī)的引腳(P0口)：P0.0~P0.7:雙向I/O口〔內(nèi)置場效應(yīng)管上拉〕尋址外部程序存儲器時(shí)分時(shí)作為雙向8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復(fù)用口；不接外部程序存儲器時(shí)可作為8位準(zhǔn)雙向I/O口使用。21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制=1引腳P0.X34Vcc=01=01導(dǎo)通截止10控制=1時(shí)，此腳作地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口:〔1〕輸出地址數(shù)據(jù)=0時(shí)=0I/O口結(jié)構(gòu)單片機(jī)的引腳(P0口)：P0.0~P0.7:雙向I/O口〔內(nèi)置場效應(yīng)管上拉〕尋址外部程序存儲器時(shí)分時(shí)作為雙向8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復(fù)用口；不接外部程序存儲器時(shí)可作為8位準(zhǔn)雙向I/O口使用。21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制=1引腳P0.X34Vcc=00=10截止導(dǎo)通11控制=1時(shí)，此腳作地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口:〔2〕輸出地址數(shù)據(jù)=1時(shí)=1I/O口結(jié)構(gòu)單片機(jī)的引腳(P0口)：P0.0~P0.7:雙向I/O口〔內(nèi)置場效應(yīng)管上拉〕尋址外部程序存儲器時(shí)分時(shí)作為雙向8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復(fù)用口；不接外部程序存儲器時(shí)可作為8位準(zhǔn)雙向I/O口使用。21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制=1引腳P0.X34Vcc=10控制=1時(shí)，此腳作地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口:〔3〕輸入數(shù)據(jù)時(shí),輸入指令將引腳與內(nèi)部總線直通I/O口結(jié)構(gòu)單片機(jī)的引腳(P1口)：P1.0~P1.7:準(zhǔn)雙向I/O口〔內(nèi)置了上拉電阻〕輸出時(shí)與其他口一致，僅在作輸入口用時(shí)要先對其寫“1〞。21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線Vcc引腳P1.X內(nèi)部上拉電阻I/O口結(jié)構(gòu)單片機(jī)的引腳(P1口)：P1.0~P1.7:準(zhǔn)雙向I/O口〔內(nèi)置了上拉電阻〕輸出時(shí)與其他口一致，僅在作輸入口用時(shí)要先對其寫“1〞。21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線Vcc引腳P1.X內(nèi)部上拉電阻輸出數(shù)據(jù)=1時(shí)110截止=1I/O口結(jié)構(gòu)單片機(jī)的引腳(P1口)：P1.0~P1.7:準(zhǔn)雙向I/O口〔內(nèi)置了上拉電阻〕輸出時(shí)與其他口一致，僅在作輸入口用時(shí)要先對其寫“1〞。21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線Vcc引腳P1.X內(nèi)部上拉電阻輸出數(shù)據(jù)=0時(shí)001導(dǎo)通=0I/O口結(jié)構(gòu)單片機(jī)的引腳(P2口)：P2.0~P2.7:雙向I/O口〔內(nèi)置了上拉電阻〕尋址外部程序存儲器時(shí)輸出高8位地址；不接外部程序存儲器時(shí)可作為8位準(zhǔn)雙向I/O口使用。21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址高8位控制引腳P2.X3內(nèi)部上拉電阻VccI/O口結(jié)構(gòu)單片機(jī)的引腳(P2口)：21DQCK/Q讀引腳=0讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址高8位控制=0引腳P2.X3內(nèi)部上拉電阻Vcc控制=0時(shí),此腳作為通用輸出口(輸出=1)11101=1截止I/O口結(jié)構(gòu)單片機(jī)的引腳(P2口)：21DQCK/Q讀引腳=0讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址高8位控制=0引腳P2.X3內(nèi)部上拉電阻Vcc控制=