片机原理及应用第二讲.ppt

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1、q MCS-51 MCS-51单片机的硬件结构（二）单片机的硬件结构（二）q MCS-51 MCS-51单片机的存储器结构单片机的存储器结构q 并行并行I/OI/O端口端口q 时钟电路与时序时钟电路与时序q MCS-51 MCS-51的复位和复位电路的复位和复位电路第第 二二 讲讲一、一、MCS-51MCS-51的微处理器的微处理器1 1、运算器、运算器由运算器和控制器组成由运算器和控制器组成 （1 1）算术逻辑运算单元）算术逻辑运算单元ALUALU 功能强大，能进行功能强大，能进行8 8位的逻辑位的逻辑“与与”、“或或”、“异异或或”、循环、求补和清零以及算术加、减、乘、除等基本运算，循环、

2、求补和清零以及算术加、减、乘、除等基本运算，同时还可进行位处理，置位、清零、求补、同时还可进行位处理，置位、清零、求补、“与与”、“或或”等位操作。等位操作。（2 2）累加器）累加器A A 8 8位，可写成位，可写成AccAcc。使用最频繁的一个寄存器，进使用最频繁的一个寄存器，进位标志位标志CyCy，又是位处理器的累加器。又是位处理器的累加器。第第 二二 讲讲第二章第二章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构 （3 3）寄存器）寄存器B B 一般寄存器，常用于乘、除法操作中。一般寄存器，常用于乘、除法操作中。乘法：两数放于乘法：两数放于A A、B B中，运算结果存放在中，

3、运算结果存放在BABA中。中。除法：被除数放除法：被除数放A A中，除数放中，除数放B B中，其运算结果中，其运算结果 商在商在A A中，余数在中，余数在B B中。中。（4 4）程序状态寄存器）程序状态寄存器PSWPSW 8 8位，属特殊功能寄存器。很重要，须牢记。格式如位，属特殊功能寄存器。很重要，须牢记。格式如下下:(:(字节地址为字节地址为 D0H)D0H)CyCyAcAcF0F0RS1RS1RS0RS0OVOV-P PD7D7D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D0PSWPSW第第 二二 讲讲第二章第二章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构RS1R

4、S1、RS0RS0：4 4组工作寄存器区选择控制位。组工作寄存器区选择控制位。RS1RS1RS0RS0所选的所选的4 4组工作寄存器组工作寄存器0 00 00 0组（内部组（内部RAMRAM地址地址0000H07HH07H）0 01 11 1组（内部组（内部RAMRAM地址地址0808H0FHH0FH）1 10 02 2组（内部组（内部RAMRAM地址地址1010H17HH17H）1 11 13 3组（内部组（内部RAMRAM地址地址1818H1FHH1FH）第第 二二 讲讲第二章第二章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构2 2、控制器、控制器 单片机运行的控制部件，由程

5、序计数器、程序地址寄单片机运行的控制部件，由程序计数器、程序地址寄存器、指令寄存器存器、指令寄存器IRIR、指令译码器等逻辑控制电路组成。指令译码器等逻辑控制电路组成。（1 1）程序计数器）程序计数器PCPC 一个基本的寄存器，也是一个独立的计数器，存放着一个基本的寄存器，也是一个独立的计数器，存放着下一条将要从程序存储器中取出的指令的地址。下一条将要从程序存储器中取出的指令的地址。（2 2）指令寄存器）指令寄存器IRIR、指令译码器及控制逻辑电路指令译码器及控制逻辑电路 存放指令操作码的专用寄存器，输出给指令译码器进存放指令操作码的专用寄存器，输出给指令译码器进行译码，译码结果送控制逻辑电路

6、，发出各种控制信号。行译码，译码结果送控制逻辑电路，发出各种控制信号。第第 二二 讲讲第二章第二章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构二、二、MCS-51MCS-51存储器的结构存储器的结构 MCS-51MCS-51单片机的程序存储器和数据存储器空间截然分单片机的程序存储器和数据存储器空间截然分开，各自有其寻址方式、寻址空间和控制系统。寻址能力开，各自有其寻址方式、寻址空间和控制系统。寻址能力分别达分别达6464KBKB。可分为：程序存储器、内部数据存储器、特可分为：程序存储器、内部数据存储器、特殊功能寄存器、位地址空间、外部数据存储器共殊功能寄存器、位地址空间、外部数据

7、存储器共五五类。类。1 1、程序存储器、程序存储器 用于存放应用程序和表格之类的固定常数。最大空间用于存放应用程序和表格之类的固定常数。最大空间为为6464KBKB（片内和片外之和）。程序存储器的应用时应注意片内和片外之和）。程序存储器的应用时应注意以下两点：以下两点：（1 1）EAEA引脚接高、低电平，确定引脚接高、低电平，确定CPUCPU是访问片内还是是访问片内还是访问片外程序存储器。访问片外程序存储器。第第 二二 讲讲第二章第二章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构 EA EA引脚接高电平，程序将从片内程序存储器开始执引脚接高电平，程序将从片内程序存储器开始执行，当

8、行，当PCPC值超出片内容量时，自动转向片外程序存储器值超出片内容量时，自动转向片外程序存储器空间。空间。EAEA引脚接低电平，只能用片外的程序存储器，即程引脚接低电平，只能用片外的程序存储器，即程序将从片外程序存储器中开始执行。序将从片外程序存储器中开始执行。（2 2）程序存储器的开始部分的一些单元固定用于中）程序存储器的开始部分的一些单元固定用于中断源的中断服务程序的入口地址，如下规定：断源的中断服务程序的入口地址，如下规定：中断源中断源入口地址入口地址外部中断外部中断0 0（INT0INT0）00030003H H定时器定时器0 0（T0T0）000000BHBH外部中断外部中断1 1（

9、INT1INT1）00130013H H定时器定时器1 1（T1T1）001001BHBH串行口串行口00230023H H第第 二二 讲讲第二章第二章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构注意：注意：MCS-51MCS-51单片机复位后，单片机复位后，PCPC值为值为00000000H H，因此因此 程序是从程序是从00000000H H开始执行的。开始执行的。两条读程序存储器指令：两条读程序存储器指令：MOVC A,A+DPTRMOVC A,A+DPTR MOVC A,A+PC MOVC A,A+PC2 2、内部数据存储器、内部数据存储器 片内数据存储器（片内数据存储器

10、（RAMRAM）共有共有128128个字节，其结构个字节，其结构可用图示说明。可用图示说明。第第 二二 讲讲第二章第二章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构用户用户RAMRAM区区（堆栈、数据缓冲区）（堆栈、数据缓冲区）可位寻址区可位寻址区第第3 3组工作寄存器区组工作寄存器区R0R7R0R7第第1 1组工作寄存器区组工作寄存器区R0R7R0R7第第0 0组工作寄存器区组工作寄存器区R0R7R0R7第第2 2组工作寄存器区组工作寄存器区R0R7R0R70000H07HH07H0808H0FHH0FH1010H17HH17H1818H1FHH1FH2020H2FHH2FH3

11、030H7FHH7FH片内地址：片内地址：第第 二二 讲讲第二章第二章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构3 3、特殊功能寄存器（、特殊功能寄存器（SFRSFR）CPUCPU对各种功能部件的控制是用特殊功能寄存器来实对各种功能部件的控制是用特殊功能寄存器来实现的。共有现的。共有2121个，其地址分布在个，其地址分布在8080HFFHHFFH范围内。范围内。见书见书21222122页，各特殊功能寄存器符号、名称以及页，各特殊功能寄存器符号、名称以及地址。今后将逐步熟悉和应用这些寄存器。地址。今后将逐步熟悉和应用这些寄存器。（1 1）堆栈指针）堆栈指针SPSP MCS-51

12、MCS-51单片机的堆栈应用与一般微处理器一样。这单片机的堆栈应用与一般微处理器一样。这里堆栈区在片内里堆栈区在片内RAMRAM中，中，SPSP指向堆栈顶。指向堆栈顶。SPSP的复位初始值的复位初始值为为0707H H。第第 二二 讲讲第二章第二章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构 （2 2）数据指针）数据指针DPTRDPTR 16 16位寄存器，由位寄存器，由SFRSFR中两个独立的中两个独立的8 8位寄存器位寄存器DPHDPH和和DPLDPL组成。组成。（3 3）端口）端口P0P3P0P3 特殊功能寄存器特殊功能寄存器P0P3P0P3为为I/OI/O端口端口P0P3

13、P0P3对应的锁存器。对应的锁存器。（4 4）串行数据缓冲器）串行数据缓冲器SBUFSBUF 用于存放发送或接收的串行数据，实际上是两个寄存用于存放发送或接收的串行数据，实际上是两个寄存器，一个为发送寄存器，一个为接收寄存器，共用一个地器，一个为发送寄存器，一个为接收寄存器，共用一个地址和符号。址和符号。（5 5）定时器）定时器/计数器计数器 两个两个1616位定时器位定时器/计数器计数器T0T0、T1T1分别由四个分别由四个8 8位位SFRSFR寄寄存器存器TH1TH1、TL1TL1、TH0TH0、TL0TL0组成。组成。第第 二二 讲讲第二章第二章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构

14、单片机的硬件结构4 4、位地址空间、位地址空间 在在RAMRAM和和SFRSFR中共有中共有211211个位地址，位地址范围在个位地址，位地址范围在0000HFFHHFFH。片内片内RAMRAM中，字节地址为中，字节地址为2020H2FHH2FH单元中，位地址为单元中，位地址为0000H7FHH7FH。其余其余8383个在个在SFRSFR中字节地址尾数为中字节地址尾数为0 0或或8 8H H的存储的存储器中。器中。参见书参见书24252425页页 表表2-32-3、表、表2-4 2-4。5 5、外部数据存储器、外部数据存储器 指扩展的数据存储器，可达指扩展的数据存储器，可达6464KBKB。片

15、内有片内有128128个字节，与扩展的没关系，相互独立。这个字节，与扩展的没关系，相互独立。这与程序存储器不同。与程序存储器不同。第第 二二 讲讲第二章第二章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构00000000H H00000000H H00000000H H0000H H0 0FFFHFFFH0 0FFFHFFFH10001000H HFFFFHFFFFHFFFFHFFFFH7 7FHFH8080H HFFHFFH片内程序存储器片内程序存储器片外程序存储器片外程序存储器片内数据存储器片内数据存储器 片外数据存储器片外数据存储器程序存储器程序存储器数据存储器数据存储器（E

16、A=1EA=1）（EA=0EA=0）EPROMEPROM特殊特殊功能功能存储器存储器片内片内RAMRAMRAMRAM（I/OI/O）第第 二二 讲讲第二章第二章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构三、并行三、并行I/OI/O端口端口P0P0、P1P1、P2P2、P3P3，四个双向四个双向8 8位端口。位端口。1 1、P0P0口：口：字节地址：字节地址：8080H H；位地址：位地址：8080H87HH87H。某位结构如下：某位结构如下：VccVccD DCPCPQ QQ QMUXMUX内部总线内部总线写入写入锁锁存存器器读锁存器读锁存器读引脚读引脚地址地址/数数据据控制控

17、制第第 二二 讲讲第二章第二章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构2 2、P1P1口口 字节地址：字节地址：9090H H；位地址：位地址：9090H97HH97H。准双向口：准双向口：作输出口时，无需再接上拉电阻。作输出口时，无需再接上拉电阻。作输入口时，先写入作输入口时，先写入“1”“1”，后读。，后读。3 3、P2P2口口 字节地址：字节地址：A0HA0H；位地址：位地址：A0HA7HA0HA7H。准双向口：为系统提供高准双向口：为系统提供高8 8位地址。也可用作通用位地址。也可用作通用 的的I/OI/O口，输入，也先写入口，输入，也先写入“1”“1”，后读。，后读

18、。4 4、P3P3口口 字节地址：字节地址：B0HB0H；位地址：位地址：B0HB7HB0HB7H。准双向口：常用它的第二功能。也可用作通用的准双向口：常用它的第二功能。也可用作通用的 I/O I/O口，输入，也先写入口，输入，也先写入“1”“1”，后读。，后读。第第 二二 讲讲第二章第二章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构四、时钟电路与时序四、时钟电路与时序1 1、时钟电路、时钟电路 两种方式两种方式 （1 1）内部时钟方式）内部时钟方式MHz12MHz MHz12MHz 之间。之间。803180318051805187518751XTAL1XTAL1XTAL2XTA

19、L2C1C1C2C2晶晶振振第第 二二 讲讲第二章第二章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构 （2 2）外部时钟方式）外部时钟方式 使用外部振荡脉冲信号，连接方式如下：使用外部振荡脉冲信号，连接方式如下：XTAL2XTAL2XTAL1XTAL1VssVssTTLTTLVcc外部时外部时钟信号钟信号 （3 3）时钟信号的输出）时钟信号的输出第第 二二 讲讲第二章第二章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构2 2、机器周期和指令周期、机器周期和指令周期 （1 1）时钟周期）时钟周期 晶体振荡频率晶体振荡频率foscfosc的倒数，即的倒数，即Tosc=1/

20、foscTosc=1/fosc （2 2）机器周期）机器周期 CPU CPU完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。MCS-51MCS-51单片机定义每单片机定义每1212个时钟周期为一个机器周期，并个时钟周期为一个机器周期，并将其分为将其分为6 6个状态（个状态（S1S6S1S6），），每个状态又分成每个状态又分成2 2拍（拍（P1P1、P2P2）。）。见书见书3333页，图页，图2-142-14 （3 3）指令周期）指令周期 执行一条指令所需的时间。执行一条指令所需的时间。第第 二二 讲讲第二章第二章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构单片

21、机的硬件结构说明：说明：MCS-51 MCS-51单片机指令按字节分为单字节、双字节、单片机指令按字节分为单字节、双字节、三字节指令。三字节指令。MCS-51MCS-51指令系统中大部分是单字节和双指令系统中大部分是单字节和双字节指令。字节指令。若按执行时间来分为单周期、双周期，只有乘、若按执行时间来分为单周期、双周期，只有乘、除法为除法为4 4个机器周期。个机器周期。指令时序，分为取指令阶段和指令执行阶段。指令时序，分为取指令阶段和指令执行阶段。第第 二二 讲讲第二章第二章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构五、五、MCS-51MCS-51的复位和复位电路的复位和复位电

22、路1 1、复位操作、复位操作 在在MCS-51MCS-51单片机的单片机的RESETRESET引脚上加引脚上加2 2个以上机器周期个以上机器周期的高电平，即可达到复位。的高电平，即可达到复位。复位后复位后PCPC值为值为00000000H H，单片单片机从此单元开始执行程序，机从此单元开始执行程序，RAMRAM内容不受影响，其他寄内容不受影响，其他寄存器内容见下表所示。存器内容见下表所示。第第 二二 讲讲第二章第二章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构寄存器寄存器复位状态复位状态寄存器寄存器复位状态复位状态PCPC00000000H HTMODTMOD0000H HACC

23、ACC0000H HTCONTCON0000H HPSWPSW0000H HTH0TH00000H HB B0000H HTL0TL00000H HSPSP0707H HTH1TH10000H HDPTRDPTR00000000H HTL1TL10000H HP0P3P0P3FFHFFHSCONSCON0000H HIPIP0000000000B B SBUFSBUFB BIEIE000000000000B BPCONPCON0000000000B B复位时片内各寄存器的状态：复位时片内各寄存器的状态：第第 二二 讲讲第二章第二章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构2 2

24、、复位电路、复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。可见书可见书3535、3636页几种常用简单的复位电路。页几种常用简单的复位电路。本章思考题本章思考题第第 二二 讲讲第二章第二章 MCS-51MCS-51单片机的硬件结构单片机的硬件结构 1 1、说明、说明MCS-51MCS-51单片机的引脚单片机的引脚EAEA的作用，该引脚接的作用，该引脚接高电平和低电平时各有何种功能？高电平和低电平时各有何种功能？内外程序存储器选择控制端（片内程序存储器选择内外程序存储器选择控制端（片内程序存储器选择引脚）。接高电平时，片内程序存储器为地址低端引脚）。接高

25、电平时，片内程序存储器为地址低端4 4KB KB ROM/EPROMROM/EPROM（即即00000000H0FFFHH0FFFH）；）；接低电平时，不使用片接低电平时，不使用片内程序存储器（不管有无），只访问片外程序存储器，内程序存储器（不管有无），只访问片外程序存储器，80318031此引脚接地。此引脚接地。2 2、通过堆栈操作实现子程序的调用，首先就要把、通过堆栈操作实现子程序的调用，首先就要把（）的内容入栈，以进行断点保护。调用返回时，）的内容入栈，以进行断点保护。调用返回时，再进行出栈保护，把保护的断点送回到（再进行出栈保护，把保护的断点送回到（）。）。3 3、内部、内部RAMRA

26、M中，位地址为中，位地址为3030H H的位，该位所在字节的位，该位所在字节地址为：地址为：26 26H H 4 4、若、若A A中的内容为中的内容为6363H H，那么，那么，P P标志位的值为：标志位的值为：0 0 5 5、在、在MCS-51MCS-51单片机中，如果采用单片机中，如果采用6 6MHzMHz晶振，一个晶振，一个机器周期为：机器周期为：12/6*10 12/6*106 6=2=2 u Su S 6 6、程序存储器的空间里，有、程序存储器的空间里，有5 5个单元是特殊的，个单元是特殊的，这这5 5个单元对应个单元对应MCS-51MCS-51单片机单片机5 5个中断入口地址，请个

27、中断入口地址，请写出这些单元的地址以及对应的中断源。写出这些单元的地址以及对应的中断源。7 7、如果手中仅有一台示波器，可通过观察哪个、如果手中仅有一台示波器，可通过观察哪个引脚的状态，来大致判断引脚的状态，来大致判断MCS-51MCS-51单片机正在工作？单片机正在工作？8 8、判断下列说法是否正确：、判断下列说法是否正确：（1 1）、）、80318031的的CPUCPU是由是由RAMRAM和和EPROMEPROM所组成。所组成。（2 2）、区分片外程序存储器和片外数据存储器的最可）、区分片外程序存储器和片外数据存储器的最可 靠的方法是看其位于地址范围的低端还是高端。靠的方法是看其位于地址范

28、围的低端还是高端。（3 3）、在）、在MCS-51MCS-51单片机中，为使准双向的单片机中，为使准双向的I/O I/O 口工作口工作 在输入方式，必须保证他被事先预置为在输入方式，必须保证他被事先预置为1 1。（4 4）、）、PCPC可看成是程序存储器的地址指针。可看成是程序存储器的地址指针。（5 5）、）、DPTRDPTR是可以访问的，而是可以访问的，而PCPC不能访问。不能访问。（6 6）、）、DPTRDPTR和和PCPC都是都是1616位寄存器。位寄存器。（7 7）、）、DPTRDPTR和和PCPC都具有加都具有加1 1功能。功能。（8 8）、）、DPTRDPTR可以分成可以分成2 2

29、个个8 8位的寄存器使用，但位的寄存器使用，但PCPC不能。不能。续下续下（9 9）、程序计数器）、程序计数器PCPC不能为用户编程时直接使用，因不能为用户编程时直接使用，因 为它没有地址。为它没有地址。（1010）、内部）、内部RAMRAM的位寻址区，只能供位寻址使用，而的位寻址区，只能供位寻址使用，而 不能供字节寻址使用。不能供字节寻址使用。（1111）、）、80318031共有共有2121个特殊功能寄存器，他们的位都个特殊功能寄存器，他们的位都 是可用软件设置的，因此，是可以进行位寻是可用软件设置的，因此，是可以进行位寻 址的。址的。（1212）、）、PCPC的值是当前指令的前一条指令的地址。的值是当前指令的前一条指令的地址。（1313）、）、PCPC的值是当前正在执行指令的地址。的值是当前正在执行指令的地址。（1414）、）、PCPC的值是下一条指令的地址。的值是下一条指令的地址。（1515）、特殊功能寄存器）、特殊功能寄存器SPSP内装的是栈顶首地址单元内装的是栈顶首地址单元 的内容。的内容。