第2章-單片機的硬件結(jié)構(gòu)概要.ppt

1、單片機原理及應(yīng)用,第2章 單片機的硬件結(jié)構(gòu),1.了解AT89C51單片機的基本結(jié)構(gòu)； 2.掌握AT89C51單片機的引腳功能； 3.掌握AT89C51單片機的時鐘電路和復(fù)位電路； 4.掌握AT89C51單片機最小系統(tǒng)的構(gòu)成； 5.掌握AT89C51單片機的存儲器結(jié)構(gòu)。,本章學(xué)習(xí)要求：,2.1 AT89C51的基本結(jié)構(gòu)及外部引腳,2.1 AT89C51的基本結(jié)構(gòu)及外部引腳,AT89C51單片機的基本組成,2.1 AT89C51的基本結(jié)構(gòu)及外部引腳,一個8位CPU 128字節(jié)特殊功能寄存器(SFR) 128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器(RAM) 4K字節(jié)內(nèi)部程序存儲器(ROM) 兩個16位定時器/計數(shù)器 四組3

2、2位可編程的并行I/O端口 一個串行通信端口 中斷控制系統(tǒng) 內(nèi)部振蕩器和時鐘電路 系統(tǒng)總線,AT89C51單片機的基本組成,2.1 AT89C51的基本結(jié)構(gòu)及外部引腳,AT89C51的外形-DIP40,AT89C51的引腳排列-DIP40,AT89C51的引腳介紹,2.1 AT89C51的基本結(jié)構(gòu)及外部引腳,P0、P1、P2、P3：I/O端口,VCC：電源，+5V,GND：地線,XTAL1/XTAL2：外接晶振,RST：復(fù)位信號,/EA：程序存儲器選擇信號，為0選擇外部程序存儲器， 為1選擇內(nèi)部程序存儲器。,RXD/TXD：串行接口,/INT0、/INT1：外部中斷口,T0、T1：定時器/計數(shù)

3、器,/WR、/RD、ALE、/PSEN、AD0-7、A15-8：外部總線,2.2 AT89C51的外部I/O端口,2.2 AT89C51的外部I/O端口,4組32個I/O端口,P0.0P0.7,P1.0P1.7,P2.0P2.7,P3.0P3.7,2.2 AT89C51的外部I/O端口,輸出端口的作用,電阻R的作用是什么? 如何確定電阻R的大小? 假設(shè)電流I=5mA,發(fā)光二極管壓降為1.3V.,歐姆定律 I=U/R;,引腳輸出高電平-輸出電流; 引腳輸出低電平-吸入電流;,2.2 AT89C51的外部I/O端口,輸入端口的作用,如何讓一個端口輸出1或0？,如何讀取一個端口的電平？,2.2 AT

4、89C51的外部I/O端口,2.2 AT89C51的外部I/O端口,2.3 AT89C51的復(fù)位電路,2.3 AT89C51的復(fù)位電路,復(fù)位電路如何設(shè)計? 復(fù)位電路的作用是什么？,2.3 AT89C51的復(fù)位電路,復(fù)位電路結(jié)構(gòu),單片機為什么需要復(fù)位？,復(fù)位脈沖信號使PC指針指向0000H單元； 復(fù)位脈沖信號使SFR得到固定的初始值。,復(fù)位使單片機具有固定的初始狀態(tài)。,電容EC1一般取值22uF電阻R1一般取值1K,思考題：試分析復(fù)位電路在上電時，如何實現(xiàn)在RST引腳上產(chǎn)生高電平復(fù)位脈沖的？,因電容兩端電壓不可突變，在上電瞬間，在電容負極（也就是復(fù)位引腳）上得到電壓為5V； 這樣在電阻R1上獲得

5、5V電勢差，該電勢差將通過電阻R1放電，經(jīng)過一定時間t，電壓降為0V。,2.4 AT89C51的時鐘電路,2.4 AT89C51的時鐘電路,時鐘是什么？ 時鐘電路的作用是什么？ 時鐘電路的關(guān)鍵參數(shù)？,1 內(nèi)部振蕩電路連接,振蕩周期，大小由外接晶振決定。,2.4 AT89C51的時鐘電路,2 外部振蕩電路連接,2.4 AT89C51的時鐘電路,3 內(nèi)部分頻電路,如外接晶體為12MHz, 則振蕩頻率（fosc）為12MHz,振蕩周期約為83.3ns,如focs為12MHz, 則狀態(tài)周期頻率為6MHz. 狀態(tài)周期約為167ns,如focs為12MHz, 則ALE腳輸出脈沖頻率為2MHz. 脈沖周期為

6、500ns,如focs為12MHz, 則機器周期頻率為1MHz. 機器周期為1us,2.4 AT89C51的時鐘電路,所有指令的執(zhí)行時間都是機器周期的整數(shù)倍（1-4倍）。,2.5 AT89C51的最小應(yīng)用系統(tǒng),2.5 AT89C51的最小應(yīng)用系統(tǒng),試根據(jù)單片機最小硬件系統(tǒng)連接圖，制作電路。,2.6 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),2.6.1 計算機中二進制的單位：位、字節(jié),位（bit/比特）:,位是二進制數(shù)的最小單位，英文名稱是bit，也寫作比特，位僅有0和1兩種狀態(tài)。 4bit用一個十六進制數(shù)表達。,字節(jié)（Byte）:,一個字節(jié)有8位組成，字節(jié)是單片機中最基本的數(shù)據(jù)單位，數(shù)據(jù)、地址、指令等都以字

7、節(jié)為單位。 一個字節(jié)用兩個十六進制數(shù)表達。,2.6 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),2.6 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),2.6.2 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),2.6 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),2.6.2 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),2.6 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),程序存儲器,內(nèi)部和外部程序存儲器統(tǒng)一編址，64KB最大尋址空間； AT89C51內(nèi)部集成4KB程序存儲器； /EA接高電平，低4KB選擇片內(nèi)程序存儲器，超過部分選擇片外程序存儲器； /EA接低電平，64KB尋址空間全部選擇片外程序存儲器。 PC指針，又叫程序計數(shù)器，是一個16位的寄存器，用來存儲程序存儲器的地址。CPU總是執(zhí)行PC

8、指針?biāo)赋绦虼鎯ζ鲉卧獌?nèi)的程序。,0000H：上電或復(fù)位入口地址 0003H：外部中斷0入口地址 000BH：定時器T0中斷入口地址 0013H：外部中斷1入口地址 001BH：定時器T1中斷入口地址 0023H：串口中斷入口地址,2.6 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),程序存儲器的6個特殊地址：,在上述六個事件發(fā)生時，CPU將轉(zhuǎn)到固定地址單元執(zhí)行程序，這個固定地址稱為入口地址。 而這個過程實際是通過PC指針實現(xiàn)的，也就是說，在上述事件發(fā)生時，首先是PC指針獲得固定的地址，然后是CPU執(zhí)行PC指針?biāo)傅刂穯卧獌?nèi)的程序。,數(shù)據(jù)存儲器,2.6 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)存儲器獨立編址；

9、 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器256Byte，地址為00H-FFH; 外部數(shù)據(jù)存儲器最大尋址空間64KB，地址為0000H-FFFFH。 外部數(shù)據(jù)存儲器的相關(guān)內(nèi)容在第8章將詳細介紹。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器共256字節(jié)，分為低128字節(jié)和高128字節(jié)。 低128字節(jié)為用戶數(shù)據(jù)存儲器，地址為00H-7FH 高128字節(jié)為特殊功能寄存器，地址為80H-FFH,2.6.3 AT89C51的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器,2.6 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器256Byte，地址為00H-FFH； 低128字節(jié)為用戶數(shù)據(jù)存儲器， 地址為00H-7FH 高128字節(jié)為特殊功能寄存器（SFR）， 地址為80H-FFH,字節(jié)地址、位

10、地址的概念,2.6 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),（1）低128字節(jié)用戶數(shù)據(jù)存儲器,寄存器區(qū)(00H-1FH),共32字節(jié)，地址00H-1FH 分成4組寄存器區(qū)； 每組寄存器區(qū)8個字節(jié)，R0-R7； 當(dāng)前使用的工作寄存器組由RS1、RS0選擇；,如何設(shè)置RS1、RS0的值？,位尋址區(qū)(20H-2FH),2.6 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),共16字節(jié)，地址20H-2FH； 可位尋址，即每一位進行單獨讀寫； 共128位,位地址00H-7FH；,通用數(shù)據(jù)存儲器區(qū)（30H-7FH）,2.6 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),共80字節(jié)，地址30H-7FH； 只能進行字節(jié)讀寫； 一般將堆棧也設(shè)在該區(qū)域。,2.6

11、 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),（2）高128字節(jié)特殊功能寄存器(SFR),共128字節(jié)，字節(jié)地址80H-FFH； 實際使用了21個地址單元； 11個SFR有位尋址功能，位地址80H-FFH；, SFR中共有11個寄存器可以位尋址； 可位尋址SFR的字節(jié)地址具有能被8整除的特征?？晌粚ぶ稴FR的最低位位地址與該SFR的字節(jié)地 址相同。,每個SFR寄存器都與特定功能有關(guān)； 對單片機的控制，實際就是通過向SFR寄存器里寫入不同的值來實現(xiàn)的。,2.6 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),2.6 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),P0：字節(jié)地址80H，位地址80H-87H P1：字節(jié)地址90H，位地址90H-97H

12、P2：字節(jié)地址A0H，位地址A0H-A7H P3：字節(jié)地址B0H，位地址B0H-B7H,2.6 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),對單片機的控制，實際就是通過向特殊功能寄存器里寫入不同的值來實現(xiàn)的。,字節(jié)地址： (1) MOV P1，#FFH（關(guān)閉 (2) MOV 90H，#00H（打開 位地址： (3) SETB P10（關(guān)閉） (4) CLR 90H（打開）,A,2.6 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),累加器，字節(jié)地址EOH； 可以位尋址，位地址E0H-E7H； 算術(shù)運算和數(shù)據(jù)交換一般都要通過該寄存器實現(xiàn)；,例：將內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器30H單元和31H單元的值相加， 結(jié)果保存到3FH單元中。 MOVA，3

13、0H； ；將30H單元內(nèi)的值復(fù)制到累加器A中 ADD A，31H ；將累加器A和31H單元相加 MOV 3FH，A ；將和保存到3FH單元中,B,2.6 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),輔助寄存器，字節(jié)地址FOH； 可以位尋址，位地址F0H-F7H； 一般用于乘法和除法運算；,例：將內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器30H單元和31H單元內(nèi)的值相乘， 結(jié)果保存到3FH、3EH單元中。 MOVA，30H； ；將30H單元內(nèi)的值復(fù)制到累加器A中 MOV B，31H； ；將31H單元內(nèi)的值復(fù)制到寄存器B中 MUL AB ；將累加器A和寄存器B中的值相乘 MOV 3FH，B ；將乘積高字節(jié)保存到3FH單元 MOV 3EH，A

14、 ；將乘積低字節(jié)保存到3EH單元,DPTR,2.6 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),DPTR是一個16位的數(shù)據(jù)指針，由DPH和DPL組成； 可以尋址64K地址空間； DPL，字節(jié)地址82H，不可以位尋址； DPH，字節(jié)地址83H，不可以位尋址； DPTR用于讀寫外部數(shù)據(jù)存儲器。,例：將數(shù)值#7CH保存到外部數(shù)據(jù)存儲器3A6FH單元中。 MOVA，#7AH； ；先將數(shù)值#7CH寫入累加器A中 MOVDPTR，#3A6FH ；指針指向3A6FH單元 MOVX DPTR，A ；將累加器A中的值寫入DPTR所指單元中,PSW,2.6 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),Cy進（借）位標(biāo)志，其主要作用是保存算術(shù)運算

15、的進或借位，并在進行位操作時做累加器。 在執(zhí)行某些算術(shù)和邏輯指令時，可以被硬件或軟件置位或清零。在算術(shù)運算中它可作為進位標(biāo)志，在位運算中，它作累加器使用，在位傳送、位與和位或等位操作中，都要使用進位標(biāo)志位。,位地址 位名稱,AC輔助進位標(biāo)志，當(dāng)進行以A為目的的運算時，運算結(jié)果從D3位產(chǎn)生進位或借位時AC=1，另外可用于BCD碼調(diào)整。 進行加法或減法操作時，當(dāng)發(fā)生低四位向高四位進位或借位時，AC由硬件置位，否則AC位被置0。在進行十進制調(diào)整指令時，將借助AC狀態(tài)進行判斷。,F0用戶存儲位，不具有其它任何軟硬件功能。,RS1,RS0選擇當(dāng)前工作寄存器組,OV溢出標(biāo)志位，在有符號數(shù)運算結(jié)果超出允許范

16、圍OV=1,否則OV=0。 當(dāng)執(zhí)行算術(shù)指令時，由硬件置位或清零來指示溢出狀態(tài)。在帶符號的加減運算中，OV1表示加減運算結(jié)果超出了累加器A所能表示的符號數(shù)有效范圍（128127），即運算結(jié)果是錯誤的，反之，OV0表示運算正確，即無溢出產(chǎn)生。 無符號數(shù)乘法指令MUL的執(zhí)行結(jié)果也會影響溢出標(biāo)志，若置于累加器A和寄存器B的兩個數(shù)的乘積超過了255，則OV1，反之OV0。由于乘積的高8位存放于B中，低8位存放于A中，OV0則意味著只要從A中取得乘積即可，否則要從B和A寄存器對中取得乘積結(jié)果。 在除法運算中，DIV指令也會影響溢出標(biāo)志，當(dāng)除數(shù)為0時，OV1，否則OV0。,P奇偶標(biāo)志位，當(dāng)A中1的個數(shù)為奇P

17、=1，否則為P=0 ，由硬件置/復(fù)位。 每個指令周期由硬件來置位或清零用以表示累加器A中1的個數(shù)的奇偶性，若累加器中1的個數(shù)為奇數(shù)則P1，否則P0。,程序狀態(tài)字，字節(jié)地址DOH； 可以位尋址，位地址D0H-D7H。,SP,2.6 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),堆棧指針，字節(jié)地址81H； 不可以位尋址； 用于指示棧頂位置。,思考題：什么是堆棧，堆棧具有哪些特點？,PC,2.6 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),AT89C51單片機內(nèi)唯一隱含特殊功能寄存器，沒有分配字節(jié)地址； PC為程序計數(shù)器,Program Counter，是一個16位寄存器； 程序按照PC所指地址依次執(zhí)行，既功能為程序存儲器指針，簡稱

18、PC指針； 上電或復(fù)位后PC值為0000H ； 用戶既不能直接對其進行寫操作，也不能直接對其進行讀操作； PC內(nèi)容是通過執(zhí)行指令改變的； 執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送類指令時，PC值按照指令長度依次增加； 執(zhí)行跳轉(zhuǎn)指令（LJMP）、調(diào)用指令（LCALL）、調(diào)用返回指令（RET）、中斷響應(yīng)、中斷返回指令（RETI）時，PC值出現(xiàn)跳變。,2.6 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),2.6 AT89C51的存儲器結(jié)構(gòu),部分特殊功能寄存器SFR的初始化狀態(tài),2.假設(shè)某AT89C51單片機系統(tǒng)外接晶體為11.0592MHz, （1）試計算該單片機的狀態(tài)周期、狀態(tài)周期頻率、機器周期、機器周期頻率、地址鎖存信號ALE的頻率。 （2）已知乘法指令MUL AB需要4個機器周期，加法指令A(yù)DD A，Rn需要1個機器周期，試計算單片機執(zhí)行上述兩條指令分別需要多長時間？,1.試分析復(fù)位電路在上電時，如何實現(xiàn)在RST引腳上產(chǎn)生高電平復(fù)位脈沖的？單片機為什么需要復(fù)位？,習(xí)題一,3.單片機是依靠什么來區(qū)分內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的 字節(jié)地址和位地址的？請舉例說明。,4.AT89C51單片機是依據(jù) ，判斷低4K字節(jié)程序存儲位置的，當(dāng) ，選擇片內(nèi)的低4K字節(jié)程序存儲器，當(dāng) ，選擇片外的低4K字節(jié)程序存儲器？,第2章 單片機的硬件結(jié)構(gòu),5.數(shù)制轉(zhuǎn)換 0FH = D；10H= D； 7FH =