MCS-51的基本结构及工作原理.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,Page,*,单击此处编辑母版标题样式,微机控制技术与应用,MCS-51的基本结构及工作原理,Micro Controller Unit(微控制器件)，,Single Chip Computer,单片微型计算机,MCS-51的基本结构及工作原理,MCS-51的性能及结构,51,系列,主要芯片,MCS-51单片机内部结构及组成,MCS-51内部各部分部件的原理及功能,半导体存储器概念,存储器结构,可编程I/O简介,CPU及时序,工作方式,2,MCS-51的性能及结构,一、MCS-51系列单片机主要芯片,MCS-51是Intel生产品的一种单片机系列，它们引脚及指令相互兼容，区别在内容的结构和应用上。,基本型：如8051/8751/8031,加强型：如8052/8751/8032,ROM扩展到8KB，RAM增到256B，16位定时器增到3个，串行口通信速率提高5倍，ROM中固化BASIC,低功耗型：如80C51BH/87C51/80C31BH，采用CHMOS工艺，低耗。,专用型：如8044/8744，在基本型上多一个串行口部件，用于总线分布控制。,超8位型：如83C252/87C252/80C252，介于MCS-51和MCS-96间。,典型产品的区别,8751:有4KB的EPROM,8031无内部ROM，必须外接EPROM,8051内部有4KB掩膜ROM,3,MCS-51单片机内部结构及组成,8051,CPU,存储器,4个8位可编程I/O接口：P0，P1,P2,P3,程序计数器PC,指令寄存器,指令译码器,数据指针dptr,控制器,运算器,累加器ACC,程序状态寄存器PSW,程序存储器EPROM 4KB,数据存储器RAM 256B,2个16位定时计数器：T,0,、T,1,5个中断源,1个全双工串行口,4,8051的内部结构示意图,OSC,外接XTAL1与XTAL2的时钟电路。为oscillator的缩写，意为振荡器，晶振。是一种能量转换装置将直流电能转换为具有一定频率的交流电能。其构成的电路叫振荡电路.,5,8051的引脚及功能,6,各引脚功能,1、I/O口线（输入输出引脚）,8051共有8个I/O口P0 P1P2 P3以实现数据的并行输出，输入,。,准双向口就是做输入用的时候要有向锁存器写1的这个准备动作，所以叫准双向口。双向口是可以直接输入和输出，不需要做什么准备工作的,2、控制口线,（,1,）,电源引脚Vcc 和Vss,Vcc,(40 脚)：电源端，为5V,；,Vss,(20 脚)：接地端。,（,2,）,时钟电路引脚XTAL1 和XTAL2,XTAL2,（18 脚）：,XTAL1,(19 脚)：,用于内部时钟时，外接石英晶体和微调电容；用于外部时钟时，接外部时钟电源。,（3）,PSEN,(29 脚)：,外部程序存储器读选通信号。访ROM时，,PSEN,信号定时输出脉冲，为外部ROM的选通信号。,（4）,ALE,/,PROG,（30脚）地址锁存允许/编程信号。片外为锁存。,（5）,EA,/V,PP,（31脚）:外部存储地址允许/固化编程电压输入端。,（6）RST/V,PP,（9脚）复位信号，Vpp备用电源输入端,7,第二节 MCS-51内部各部件的原理及功能,半导体存储器的概念,存储器的,结构,可编程I/O口简介,中央处理器CPU及时序,8,1、半导体存储器的概念,记忆装置,存储器,外存,内存,容量大，存取速度较慢。如硬盘、软盘、光盘等,有一定容量，存取速度快。CPU可对它访问,两重要指标,容量、存取速度,9,（1）半导体存储器的分类,半导体存储器,只读存储器ROM,随机存取储器RAM,掩膜ROM,可编程ROM,PROM,电擦除PROM,EEPROM,光擦除PROM,EPROM,双极型RAM,MOS型RAM,非易失RAM NVRAM,静态RAM SRAM,动态RAM DRAM,组合RAM iRAM,读写速度高，但功耗大，集成度低，用少,有掉电保护功能,目前计算机内存条,10,（2）,半导体存储器的,指标,衡量指标众多，如可靠性、功耗、电源种类、价格等，但最重要的是：芯片的容量的存取速度,1、容量,每个储存器芯片所能存储的二进制数的位数。如1024位/片,存储器芯片容量=单元数x数据线位数,如Intel2114芯片容量为1KBx4位/片,2、存取速度,是指从CPU给出有效的存储器地址到存储器输出有效数据所需的时间。,高速5ns 中速50200ns 低速300ns以上,11,2、存储器结构,MCS-51存储器：,程序存储器ROM,数据存储器RAM,片、内外统一编址的程序存储器,ROM（64KB）,片内数据存储器,RAM（128B）,片外数据存储器,RAM（64KB）,地址空间分类,程序与数据分开存放,12,（1）程序存储器,8051存储器结构图,内部4KB ROM，片外可扩展64KB，,片内外统一编址，地址指针为16位程序计数器PC，范围为0000HFFFFH,EA为高电平时，片内外ROM统一编址，为低电平时，只在片外寻址,系统保留单元：,0000H002BH,单片机复位后,PC=0000H,13,（2）数据存储器,该存储器用于存放数据或程序运行时的中间结果。,80HFFH,128B,特殊功能寄存器SFR，21个,00H7FH,128B,片内RAM,片外RAM 0000HFFFFH,64KB,数据存储器RAM,片内低128B RAM：工作寄存器、位寻址区和堆栈区,位寻址区,工作寄存器区,堆栈区:,14,内部数据存储器地址空间(片内低128B),7,FH,30,H,用户RAM区,（堆栈，数据缓冲区）,2,FH,20,H,位寻址区,（位地址：00H,7FH）,1,F,H,18,H,R7,第,3,组工作寄存器区,R0,17,H,10,H,R7,第,2,组工作寄存器区,R0,0,F,H,0,8,H,R7,第,1,组工作寄存器区,R0,07H,00H,R7,第0组工作寄存器区,R0,RS1,RS0,0 0 1 1,0 1 0 1,工作寄存器组,0 1 2 3,地址,00H 08H 10H 18H,-07H -0FH -17H -1FH,寄存器,R0 R0 R0 R0,-R7 -R7 -R7 -R7,工作寄存器组选择,RS1,RS0为PSW的两个位,15,特殊功能寄存器,(片内,高,128B,80HFFH,),21个专用寄存器SFR,这21个中，凡是字节能被8整除的SFR还可以进行位寻址。,部分SFR（6个，其它的在具体应用时介绍）,累加器：,ACC，助记词A,寄存器B,：为乘除法使用,程序状态字PSW,：用以存放指令执行后累加器A的状态信息，供程序查询或判断之用。,堆栈指针SP,：指示堆栈顶部在内部RAM的位置。“先进后出，后进先出”-像“无交后批改的作业”一样。当数据进入，SP自动+1，出来-1，复位后指向07H（顶）,数据指针DPTR:,由2个8位的DPH和DPL拼装而成。用以地址指针，用来存放片内外的地址（ROM，RAM）可寻64KB地址空间。,程序计数器PC,，16位加1计数器，用于存放将要执行的指令地址，0000HFFFFH共64KB,16,3、可编程I/O简介,1锁存器,1输出驱动器,1输入缓冲器,双向输入输出P0:,用于数据存贮，或是用于DB /AB的低8位用，扩展外部时用,P1:,用于输入输出，如控制灯的亮灭,P2:,与P0口相同处，仅用于外部程序与数据存储器和I/O的扩展。,访外部时，用于高8位的AB线。,P3:也是一,多功能口,P3.0P3.7都有第二功能。,准双向输入输出,并行I/O口,四个双向8位P0P3,引脚,转义引脚,功能说明,P3.0,RXD,串行数据接收端,P3.1,TXD,串行数据发送端,P3.2,INT0,外部中断0请求,P3.3,INT1,外部中断1请求,P3.4,T0,计数器0外部输入,P3.5,T1,计数器1外部输入,P3.6,WR,外部数据存储器写,P3.7,RD,外部数据存储器读,17,4、中央处理器及时序,CPU,CPU时序,时钟电路,18,中央处理器CPU,运算器,控制器,组成：算术逻辑运算部件ALU、累加器、寄存器B、暂存器TMP1和TMP2、程序状态字寄存器PSW、十进制调整电路、布尔处理器,作用：算逻运算、数据传送、位变量处理,作用：控制单片机完成各种操作。,组成：时钟、复位电路、定时控制逻辑、指令寄存器、指令译码器、信息传送控制部件等,CPU,19,时钟电路,作用：产生单片机工作所需的时钟信号,时钟信号控制着计算机的工作节奏,内部时钟电路：晶体振荡器+微调电容 12MHZ11.0592MHZ,外部时钟电路：由外部时钟信号提供,20,CPU时序,执行指令的动作都是在时序电路控制下一拍一拍进行的。为同步协调，各操作信号在时间上有严格的先后次序，此为CPU时序,CPU时序信号,用于片内部控制片内各功能部件,用于片外部通过控制总线送到片外,1、机器周期,是单片机的基本周期。一个机器周期6个状态，每个周期（振荡周期）由两个脉冲组成,1个机器周期=6个状态周期期=12个振荡周期,若为12MHZ的晶体振荡器，则一机器周期为1us，若用6MHZ的，则为2us.,2、指令周期,是执行一条指令所需要的时间。,种类,单周期指令,双周期指令,四周期指令,21,4、单片机的工作方式,1、复位方式,系统开机时的正常初始化；死机状态,复位方式,上电复位,按键复位,电平复位,脉冲复位,充电电路,22,休息，吃个苹果吧,23,