mcs-51系列单片机基本结构与工作原理演示幻灯片.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,MCS-51系列单片机基本结构与工作原理,概述,MCS-51单片机内部结构,MCS-51单片机外部引脚及功能，I/O 接口电路,MCS-51的指令系统,MCS-51的扩展应用,1,概 述,单片机：把中央处理器CPU、存储器、输入输出（I/O）接口电路以及定时器/计数器等部件制作在一块集成电路芯片中，构成一个完整的微型计算机单片微型计算机。,时钟,8位CPU,128B/256B,RAM,216位,定时计数器,可编程口,I/O,4KB,ROM,2,总线,：各个器件共同享用连线，器件的数据线称为数据总线，器件所有的控制线被称为控制总线。用于抵制分配的线称为地址总线。,数据、地址,、指令,：三者的本质都是数字0和1组成的序列。,指令,即由单片机芯片的设计者规定的一种数字；,地址,即是寻找单片机内部、外部的存储单元、输入输出口的依据；,数据,即由微处理机处理的对象。,堆栈,：用来存放数据的一个区域，是内部RAM的一部分。“先进后出，后进先出”，有其特殊的数据传输指令，即PUSH和POP,有一个特殊的服务单元堆栈指针SP.每执行一次PUSH,SP+1，每执行一次POP,SP-1,3,MCS-51单片机内部结构,一、MCS-51内部资源及特点,1、内部资源,MCS-51系列单片机包括8031、8051、8751等很多型号，其代表型号是以8051，以此为例介绍单片机内部结构。,8051,内包括：,适于控制应用的8位CPU；,4KB程序存储器(ROM)；,128B数据存储器(RAM);,32根双向并可以按位寻址的I/O线,1个全双工串行口I/O线；,2个16位定时计数器器；,5各中断源2个优先级的嵌套结构；,片内时钟振荡器,4,二、MCS-51单片机基本结构,内部结构简图如图2-1所示。,包括：,CPU、存储器（ROM、RAM）、I/O接口,等计算机的基本组成。,5,MCS-51外部引脚及功能、I/O接口电路,一、外部引脚,返回,MCS-51共40个引脚，大致可分为四类，其管脚分布如下图所示。,1）电源引脚V,CC,和V,SS,V,CC,：40脚，电源端，+5V,V,SS,：20脚，接地端（GND）,2）时钟电路引脚,XTAL1：19脚，外接晶振输入引脚。,XTAL2：18脚，外接晶振输出引脚。,3）控制线引脚,共4根，其中3根为双功能,RST/V,PD,：9脚，复位/备用电源。,RST-通过外接复位电路实现上电复位或按键复位。,V,PD,-可外接备用电源，在V,CC,掉电时向RAM供电。,6,7,二、专用寄存器组,1、程序计数器 PC,16位计数器，指向程序存储器中被执行的指令所在的地址。本身没有地址，在物理上独立。,寻址范围0000FFFFH的64KB空间。,2、数据指针DPTR,16位地址指针，可寻址范围0000FFFFH 的64KB空间，可指向程序、数据存储器。,3、堆栈指针SP,8位地址寄存器，SP用来管理堆栈。它指向内部RAM的一个存储单元，且总是指向栈顶单元。,MCS-51的堆栈是内部RAM中的一个部分，符合“,先进后出、后进先出,”原则。,4、累加器A,CC,A,CC,是一个具有特殊用途的8位寄存器，主要用于存放操作数或运算结果。8051指令系统中多数指令的执行都要通过累加器,A,CC,进行。因此，在CPU中，累加器的使用频率是很高的。也可简写累加器A。,8,5、寄存器B,B也是一个8位的寄存器，通常用来和累加器配合，进行乘、除法的,运算。对于其它指令，B可作为一个工作寄存器使。,6、程序状态字PSW,PSW是一个可编程的8位寄存器，用来寄存当前指令执行结果的有,关状态。8051有些指令的执行会自动影响PSW的有关位的状态，在编程,时要加以注意，同时，PSW中各位的状态也可通过指令设置。PSW各标,志位的定义如下：,CY：,（PSW.7)进位标志位。累加器A的最高位有进行位（加法）,或借位（减法）时，CY=1；否则CY=0。在布尔操作时，它是各种位操,作的“累加器”。CY亦可简记为C。,AC：,（PSW.6)辅助进位标志位。当累加器A的D,3,位向D,4,位进位或,借位标志时，AC=1，否则为0。（有时AC也被称为半进位标志）。,F0：,（PSW.5)用户通用标志位。可以根据需要用程序将其置位或,清零，从而可通过测试FO的状态来控制程序的转向。,RS,1、,（,PSW.4,）寄存器区选择位1。,RS0,、（,PSW,.3）寄存器区选择位0。RS1、RS0可由指令置位或,清零，用来选择8051的工作寄存器区。其选择方法见表2-1,9,OV,、（,PSW,.2）溢出标志位。当带符号数运算（加法或减法）结果超,出范围（-127-+127）时，有溢出，OV=1；否则OV=0。,-,、（,PSW,.1）用户定义标志位。,P,、（,PSW,.0）奇偶校验位。在每个指令周期由硬件按累加器A中“1”的,个数为奇数或偶数而为“1”或“0”。因此，P可用指示操作结果（累加器A中,）的1的个数的奇偶性。,四、,MCS-51存储器,可分为五类：,程序存储器、内部数据存储器、特殊功能存储器、位寻址,区、外部扩展的数据存储器和扩展I/O口,。,10,指令的描述中经常用到一些特殊符号,Rn,工作寄存器R0R7，即n=07。,Ri,寄存器R0、R1，即i=0、1。,direct,8 位内部RAM单元的地址,data：,指令中的8 位常数。,data16,指令中的16位常数。,addr16：,16位的目的地址,addr11,11位的目的地址,rel,8位带符号的偏移量字节,bit：,内部数据RAM或SFR的可直接寻址位。,/,位操作数的前缀，表示对该位取反。,（X）,X中的内容。,(X),由 X寻址的单元中的内容。,表示数据的传送方向。,表示数据交换。,MCS-51的指令系统,11,1、寄存器寻址：,寄存器寻址是指令中指定寄存器的内容作为操作数的寻址方式。,2、直接寻址：,直接寻址是指令直接给出操作数所在单元的地址的寻址方式。指令中操作数部分给出直接地址，用direct表示。,3、寄存器间接寻址：,指令操作数的地址事先存放在某个寄存器中，由该寄存器的内容指定操作数地址的寻址方式，称为寄存器间接寻址，为间接寻址指示符。,4、立即数寻址：,立即数寻址是由指令直接给出操作数的寻址方式。#为立即数的标识符。,MOV A，R1,MOV A，3AH,MOV A，R1,MOV A，#30H,12,寻址方式,存储器空间,寄存器寻址,R0R7、A、B、Cy（位）、DPTR,直接寻址,内部数据存储器00H7FH字节单元特殊功能寄存器,寄存器间接寻址,内部数据存储器(R1、R0),外部数据存储器(R1、R0、DPTR),立即数寻址,程序存储器(操作常数),变址间接寻址,程序存储器(A+DPTR、A+PC),相对寻址,程序存储器(修改了PC值),位寻址,内部数据存储器及特殊功能寄存器中某些单元位,每一种寻址方式可涉及的存储器空间,13,(1)MOV A，#65H,(2)MOV R1，65H,(3)MOV 30H，R2,(4)MOV 60H，R1,寄存器寻址,立即数寻址,寄存器间接寻址,直接寻址,直接寻址,寄存器寻址,直接寻址,寄存器间接寻址,Example,判断下列指令各操作数的寻址方式,14,表2-2 特殊功能寄存器SFR的名称及地址（一）,一、单片机扩展的基本概念,1、单片机最小系统：使单片机运行的最少器件构成的,系统，就是最小系统。,无ROM芯片：8031 必须扩展ROM，复位、晶振电路,有ROM芯片：89C51等，不必扩展ROM，只要有复位、,晶振电路,2、,扩展使用的三总线：,地址总线：由外部程序存储器取指，P0低8位；P2高8位,数据总线：指令输入，P0,控制总线：RD、WR、ALE、PSEN,(读、写、地址锁存允许、外程序存储器读选通）,MCS-51的扩展应用,15,图2-5 8051特殊功能寄存器地址分布图,二、存储器的扩展,1,、随机读写存储器RAM的扩展,：,数据存储器一般采用RAM芯片，这种存储器在电源关断后，存储的数据将全部丢失。有两大类：,动态,RAM(DRAM)，一般容量较大，易受干扰，使用略复杂。例2116、2186,静态RAM(SRAM)，,在工业现场常使用,SRAM，例：6264、6116,存储器与微型机三总线的连接：,1)数据线,D0n,连接数据总线,DB0n,2)地址线,A0N,连接地址总线低位AB0N。,3)片选线,CS,连接地址总线高位ABN+x。,4)读写线OE、WE(R/W),连接读写控制线RD、WR。,DB,0n,AB,0N,D,0n,A,0N,AB,N+x,CS,R/W,R/W,微型机,存储器6264,16,2、只读存储器ROM的扩展,工作时，ROM中的信息只能读出，要用特殊方式写入(固化信息)，失电后可保持信息不丢失。,掩膜ROM：不可改写ROM由生产芯片的厂家固化信息。在最后一道工序用掩膜工艺写入信息，用户只可读。,PROM：可编程ROM用户可进行一次编程。存储单元电路由熔丝相连，当加入写脉冲，某些存储单元熔丝熔断，信息永久写入，不可再次改写。,EPROM：可光擦除PROM 用户可以多次编程。编程加写脉冲后，某些存储,单元的PN结表面形成浮动栅，阻挡通路，实现信息写入。用紫外线照射,可驱散浮动栅，原有信息全部擦除，便可再次改写。,EEPROM：可电擦除PROM既可全片擦除也可字节擦除，可在线擦除信息，,又能失电保存信息，具备RAM、ROM的优点。但写入时间较长。,ROM常用芯片如：2864A、2816/2816A、2817/2817A,17,三、,I/O接口扩展电路设计,1、8255简单I/O接口扩展：,利用TTL芯片、COMS锁存器、三态门等接口芯片把P0接口扩展，常选用74LS273、74LS373、74LS244等芯片。,18,2、8155可编程I/O接口扩展设计,8155可做扩展RAM、I/O接口使用、定时器使用,19,3、串行口扩展IO接口,1、使用移位寄存器作为锁存或输入信号的接口，可以方便地扩展并行I/O。这种方法不占用片外RAM地址。,2、串行口扩展并行输入口/输出口,3、串行口扩展串行行口，常用8251芯片。,20,