单片机硬件结构.pptx

1.1.2 MCS-51单片机的系统结构 MCS-51单片机单片机系统结构系统结构示意图示意图时钟电路SFR和RAMROMCPU定时/计数器并行端口中断系统串行端口系 统 总 线时钟源T0 T1P0 P1 P2 P3TXD RXD INT0 INT1下一页MCS-51单片机的组成单片机的组成n（1）一个）一个8位微处理器位微处理器CPU。n（2）数数据据存存储储器器RAM和和特特殊殊功功能能寄寄存存器器SFR。n（3）内部程序存储器内部程序存储器ROM。n（4）两两个个定定时时/计计数数器器，用用以以对对外外部部事事件件进进行行计数，也可用作定时器。计数，也可用作定时器。n（5）四四个个8位位可可编编程程的的I/O（输输入入/输输出出）并并行行端口，每个端口既可做输入，也可做输出。端口，每个端口既可做输入，也可做输出。n（6）一个串行端口，用于数据的串行通信。）一个串行端口，用于数据的串行通信。n（7）中断控制系统。）中断控制系统。n（8）内部时钟电路。）内部时钟电路。下一页MCS-51单片机内部结构单片机内部结构P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDRXD/P3.0TXD/P3.1INT0/P3.2INT1/P3.3T0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7XTAL2XTAL1VSS12345678910111213141516171819208031805187514039383736353433323130292827262521222324VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VppALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.01.1.3 MCS-51单片机的引脚定义单片机的引脚定义1、输入输出口：、输入输出口：P0、P1、P2、P32、RST（复位）复位）/VPD（后备电源引入端）后备电源引入端）3、EA（读内读内/外外ROM控制）控制）/Vpp（编程电压）编程电压）4、ALE（地址低地址低8位锁存）位锁存）/PROG（编程脉冲）编程脉冲）5、PSEN 外部外部ROM读选通信号读选通信号6、XTAL1、XTAL2 外接晶振端外接晶振端7、Vcc +5v电源电源8、Vss 地地9、P3口的第二功能口的第二功能返回本节WR（外部数据存储器写脉冲）INT1（外部中断1）INT0（外部中断0）P3口的第二功能表P3.2P3.3位线引脚第二功能P3.010RXD（串行输入口）P3.111TXD（串行输出口）1213P3.414T0（定时器0的计数输入）P3.515T1（定时器1的计数输入）1617RD（外部数据存储器读脉冲）P3.7 P3.6 上一页 存储器类型单片机系列掩膜ROMEPROMRAMMCS-5151子系列8031/128B80514KB/128B8751/4KB128B52子系列8032/256B80528KB/256B8752/8KB256BMCS-51单片机存储器容量返回本节n地址总线宽度为地址总线宽度为16位，位，n由由P0口经地址锁存器提供低口经地址锁存器提供低8位地址（位地址（A0-A7）；）；nP2口直接提供高口直接提供高8位地址（位地址（A8A15n地址总线是单方向的。地址总线是单方向的。返回本章首页（1）地址总线（）地址总线（AB）n（2）数据总线（）数据总线（DB）：）：n数据总线宽度为数据总线宽度为8位，位，n用于传送数据和指令，由用于传送数据和指令，由P0口提供。口提供。n（3）控制总线（）控制总线（CB）：）：控制总线随时控制总线随时掌握各种部件的状态，并根据需要向有掌握各种部件的状态，并根据需要向有关部件发出命令关部件发出命令。1-2 MCS-51 CPU(一一一一)CPU内部结构内部结构1算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元ALU(8位位)+、算术运算，与、或、非、异或算术运算，与、或、非、异或 逻辑运算、循环逻辑运算、循环移位、位处理。移位、位处理。1.寄存器阵列寄存器阵列(1)工作寄存器工作寄存器R0R7(8位位)暂存运算数据和中间结果。暂存运算数据和中间结果。4个工作寄存器区，工作寄存器个工作寄存器区，工作寄存器0区区3区。每个区均含区。每个区均含8个寄存器个寄存器R0R7。用用PSW中的两位中的两位PSW.4和和PSW.3来切换来切换工作寄存器区，选用一个工作寄存器区工作寄存器区，选用一个工作寄存器区进行读写操作进行读写操作。(3)寄存器寄存器B(8位位)与与A累加器配合执行乘、除运算。也可用累加器配合执行乘、除运算。也可用作通用寄存器。作通用寄存器。(4)程序状态字程序状态字PSW(8位位)存放存放ALU运算过程的标志状态运算过程的标志状态Cy AC F0 RS1 RS0 OV P(5)数据指针数据指针DPTR(16位位)存放片外存储器地址，作为片外存储器的存放片外存储器地址，作为片外存储器的指针。可分成两个指针。可分成两个8位寄存器位寄存器DPH、DPL使使用用。(2)累加器累加器Acc(8位位)需要需要ALU处理的数据和计算结果多数要经过处理的数据和计算结果多数要经过A累加器累加器。1.寄存器阵列寄存器阵列PSW（1）CY：进位标志进位标志n例：例：78H+97H（01111000+10010111）（2）AC：半进位标志。半进位标志。例：例：57H+3AH（01010111+00111010）（3）F0：用户标志位，由编程人员决定什么时候用，用户标志位，由编程人员决定什么时候用，什么时候不用。什么时候不用。D7D6D5D4D3D2D1D0CYACF0RS1RS0OV/P（5）0V：溢出标志位溢出标志位 OV=CyOV=Cy7 7 CyCy6 6，补码运算产生溢出补码运算产生溢出OV=1OV=1，否则否则OV=0OV=0。对于一个字节的有符号数，如果运算结果超出了对于一个字节的有符号数，如果运算结果超出了 -128+127这个数值范围，就会发生溢出，这个数值范围，就会发生溢出，OV1表示两正数相加，和变成负数，表示两正数相加，和变成负数，或两负数相加，和变成正数的错误情况或两负数相加，和变成正数的错误情况 此外，在乘法运算中，此外，在乘法运算中，OV1表示乘积超过表示乘积超过255；在除法运算中，在除法运算中，OV1表示除数为表示除数为0。（4）RS1、RS0：工作寄存器组选择位工作寄存器组选择位（5）P：奇偶校验位：它用来表示奇偶校验位：它用来表示ALU运算结果中二运算结果中二进制数位进制数位“1”的个数的奇偶性。若为奇数，则的个数的奇偶性。若为奇数，则P=1，否则为否则为0。n例：某运算结果是例：某运算结果是78H（01111000），），显然显然1的个的个数为偶数，所以数为偶数，所以P=0。(6)堆栈指针堆栈指针SP(8位位)(7)程序计数器程序计数器PC(16位位)CPU总是按总是按PC的指示读取程序。的指示读取程序。PC可自动加可自动加1。因此。因此CPU执行程序一般是顺序方式。当发生转移、子程序调执行程序一般是顺序方式。当发生转移、子程序调用、中断和复位等操作，用、中断和复位等操作，PC被强制改写，程序执行顺序被强制改写，程序执行顺序也发生改变。也发生改变。复位时，复位时，PC=0000H。堆栈是按堆栈是按“先进后出先进后出”原则存取数据的存储区。原则存取数据的存储区。MCS-51堆栈设在片内堆栈设在片内RAM区。数据入栈区。数据入栈/出栈时，出栈时，SP自动加自动加1/减减 1，其内容始终为栈顶地址。，其内容始终为栈顶地址。复位时复位时 SP=07H。1.2 MCS-51单片机的片外总线结构P0.3地址锁存器CBI/OA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0DBABP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESETP3.0P3.1P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7VSSVCC P0.0P0.1P0.2P0.5P0.6P0.7EAALEPSENP2.7P2.6 P2.5P2.4P2.3P2.2P1.1P2.0P3.2图2-8 MCS-51片外总线结构示意图 下一页1-3 MCS-51存储器配置存储器配置n普普林林斯斯顿顿结结构构：程程序序和和数数据据共共用用一个存储器逻辑空间，统一编址。一个存储器逻辑空间，统一编址。n哈哈佛佛结结构构：程程序序与与数数据据分分为为两两个个独立存储器逻辑空间，分开编址独立存储器逻辑空间，分开编址。n物理上物理上4个存储器地址空间：个存储器地址空间：片内片内/片外程序存储器空间片外程序存储器空间片内片内/片外数据存储器空间片外数据存储器空间n逻辑上逻辑上3个存储器地址空间个存储器地址空间：64KB 程序存储器程序存储器256B 片内数据存储器片内数据存储器64KB 片外数据存储器片外数据存储器1-3 MCS-51存储器配置存储器配置n (一)程序存储器程序存储器6464KB KB 程序存储器空间程序存储器空间EAEA不同电平，选择片不同电平，选择片内或片外低位存储单元内或片外低位存储单元 特殊存储单元：特殊存储单元：复位入口复位入口:0000H中断入口中断入口:0003H0023Hn中断入口中断入口:n 0003H0023Hn0000H 0002H 无条件转移指令无条件转移指令n0003H 000AH INT0中断地址区中断地址区n000BH 0012H T0中断地址区中断地址区n0013H 001AH INT1中断地址区中断地址区n001BH 0022H T1中断地址区中断地址区n0023H 002AH 串行中断地址区串行中断地址区(二)数据存储器数据存储器1.64KB片外数据存储器空间片外数据存储器空间 (与扩展与扩展I/O接口共用接口共用)2.256B片内数据存储器片内数据存储器:1)片内片内RAMRAM 2)特殊功能寄存器特殊功能寄存器 SFR(二二)数据存储器数据存储器1.256B片内数据存储器片内数据存储器1)片内片内RAM工作寄存器区：工作寄存器区：字节地址：字节地址：00H1FH位寻址区：位寻址区：字节地址：字节地址：20H2FH位地址为：位地址为：00H7FH数据缓冲区数据缓冲区/堆栈区：堆栈区：字节地址：字节地址：00H7FH一般使用一般使用30H7FH(二二)数据存储器数据存储器1.256B数据存储器空间数据存储器空间2)特殊功能寄存器特殊功能寄存器SFR占用字节地址：占用字节地址：80HFFH位寻址寄存器：位寻址寄存器：其字节地址可被其字节地址可被8整除。整除。n专用寄存器：专用寄存器：A、B、PSW、DPTR、SPnI/O接口寄存器：接口寄存器：P0、P1、P2、P3、SBUF、TMOD、TCON、SCON 片内片内RAM1.4.1 单片机的时钟n单片机工作的时间基准单片机工作的时间基准1内部时钟方式内部时钟方式：内部一个高增益反相放大器与片外石：内部一个高增益反相放大器与片外石英晶体或陶瓷谐振器构成了一个自激振荡器。英晶体或陶瓷谐振器构成了一个自激振荡器。晶体振荡器的振荡频率决定单片机的时钟频率。晶体振荡器的振荡频率决定单片机的时钟频率。2.外部时钟方式：外部时钟方式：外部振荡器输入时钟信号。外部振荡器输入时钟信号。由于此时的外接引脚上没有晶振信号输入，内部的时钟电由于此时的外接引脚上没有晶振信号输入，内部的时钟电路将停振路将停振XTAL2XTAL1MCS-51C1C2CYSXTAL2XTAL1MCS-51+5VVSSTTL外部时钟源 图1 内部振荡方式 图2 外部振荡方式返回单片机的时钟电路单片机的时钟电路n1 1振荡周期：振荡周期：为单片机提供时钟信号的振荡源的周期。为单片机提供时钟信号的振荡源的周期。n2 2机机器器周周期期：通通常常将将完完成成一一个个基基本本操操作作所所需需的的时时间间称称为机器周期。为机器周期。n一个机器周期由一个机器周期由1212个振荡周期组成。个振荡周期组成。n3 3指令周期：指令周期：是指是指CPUCPU执行一条指令所需要的时间。执行一条指令所需要的时间。n一个一个指令周期通常含有指令周期通常含有1 14 4个机器周期。个机器周期。以机器周期为单位：以机器周期为单位：单周期单周期、双周期双周期和和四周期四周期指令。指令。指令的运算速度和他的及其周期数有直接的关系指令的运算速度和他的及其周期数有直接的关系下一页1.4.2 振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期P1P2S1振荡周期时钟周期机器周期机器周期指令周期XTAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2 MCS-51单片机各种周期的相互关系1.4.2 振荡周期、机器周期和指令周期振荡周期、机器周期和指令周期下一页n若若MCS-51单单片片机机外外接接晶晶振振为为12MHz时时，则则单单片机的四个周期的具体值为：片机的四个周期的具体值为：n振荡周期振荡周期1/12MHz1/12s0.0833sn机器周期机器周期1sn指令周期指令周期14s返回本节1.4.3 单片机的复位单片机的复位让单片机系统于正式工作前处于一种特定的状态。只让单片机系统于正式工作前处于一种特定的状态。只有以该状态为起点，随时的工作情况才有可能是正常有以该状态为起点，随时的工作情况才有可能是正常与可靠的。与可靠的。与计算机的重启的概念是一样的。与计算机的重启的概念是一样的。目的：使单片机系统的整个操作同步目的：使单片机系统的整个操作同步如何进行复位？如何进行复位？在单片机的在单片机的RST引脚上加上高电平，时间不少于引脚上加上高电平，时间不少于5ms。几种复位电路几种复位电路特殊功能寄存器初始状态特殊功能寄存器初始状态A00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0P3FFHSBUFBIP00000BSCON00HIE000000BPCON0B返回单片机复位后的状态单片机复位后的状态单片机运行出错或进入死循环时，可按复位键重新单片机运行出错或进入死循环时，可按复位键重新运行。运行。21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值，个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值，如表所示如表所示表 单片机复位后特殊功能寄存器的状态基于单片机系统的基于单片机系统的LED电路电路1、电源：电源：2、振蒎电路：振蒎电路：3、复位引脚：复位引脚：4、EA引脚：引脚：按照这个图的接法，当按照这个图的接法，当1脚脚是高电平时，是高电平时，LED不亮，不亮，只有只有1脚是低电平时，脚是低电平时，LED才发亮。才发亮。程序：控制p1.0上二极管的闪烁Org 00hStart:movp1,#00hCall delayMov p1,#0ffhCall delayJmp startDelay:mov r3,#50D1:mov r4,#20D2:mov r5,#248djnz r5,$djnz r4,D2djnz r3,D1Retend流水灯问题：n如何实现8只发光二极管做从右到左“流水”动作的端口输出情况？