第二章單片機結構

1、第二章 MCS-51單片機內(nèi)部結構和原理主要內(nèi)容：內(nèi)部結構，外部引腳，存儲器，并行I/O口，時鐘電路，復位電路微機原理及應用2.1 內(nèi)部結構與外部引腳內(nèi)部結構與外部引腳 2.1.1 單片機內(nèi)部結構單片機內(nèi)部結構 1.中央處理器中央處理器(CPU): 1個8位CPU。單片機的核心，完成運算和控制操作,包括運算器和控制器兩部分電路。 2.內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器(RAM):128字節(jié) 用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。 3.內(nèi)部程序存儲器內(nèi)部程序存儲器(ROM):4K 用于存放程序和常數(shù) 4.定時定時/計數(shù)器計數(shù)器：2個16位 T0,T1 實現(xiàn)定時或計數(shù)功能5.并行并行I/O口口 MCS-51有四個8位的

2、I/O口,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出6.串行口串行口 MCS-51有一個全雙工的串行口,實現(xiàn)單片機和其他數(shù)據(jù)設備之間的串行數(shù)據(jù)傳送.7.中斷控制系統(tǒng)中斷控制系統(tǒng) MCS-51有5個中斷源:2個外部中斷,2個定時/計數(shù)中斷,1個串行中斷.8.時鐘電路時鐘電路 為單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列.9.總線總線 將各個部件連接起來,構成一個完整的單片機系統(tǒng).型號ROMRAM計數(shù)器中斷源8031/1282580514K1282587514KEPROM12825AT89S514K FLASH12825AT89S528K FLASH25636AT89S5520K FLASH25638AT89C20514K FLASH1

3、2825W78E5832K EEPROM 25638MCS51兼容單片機內(nèi)部資源：兼容單片機內(nèi)部資源： C8051F410:美國SiliconLabs, 32KFlash, 2304RAM,4Timer,12bit A/D,12bitD/A,RTC;2.5V/10uAC8051F380:64KFlash, 4352RAM,USB,2UART,10bit A/D,40I/O, STC單片機：STC12LE5A62S2 62KFlash, 1280RAM,8路10位A/D, 1KEEPROM 2.1.2外部引腳外部引腳 1. 四個四個8位并行口位并行口：32 P0口：P0.0-P0.7(39 32

4、) P1口：P1.0-P1.7(1-8) P2口：P2.0-P2.7(21-28) P3口：P3.0-P3.7(10-17) 2.電源電源：2 Vcc-+5V; Vss: 地 3.晶振晶振：2 XTAL1,XTAL2 4.控制線控制線：4 ALE:地址鎖存控制信號 PSEN:外部程序存儲器讀選通信號 EA:訪問程序存儲器控制信號 RST:復位信號 EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P202

5、1P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD102.2 8051內(nèi)部存儲器內(nèi)部存儲器 程序存儲器（ROM）:片內(nèi)；片外 數(shù)據(jù)存儲器（RAM）:片內(nèi)；片外 2.2.1 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 地址：地址：00H-FFH 00H-1FH:寄存器區(qū) 20H-2FH:位尋址區(qū) 30H-7FH:用戶RAM區(qū) 80H-FFH:特殊功能寄存器區(qū) 1.寄存器區(qū)寄存器區(qū)： 00-1FH 8個通用寄存器：R0,R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7 存放于寄存器區(qū)：00H-1FH 寄存器區(qū)分組：組地址0組00-07H1組08-0FH2組

6、10-17H3組18-1FH 寄存器組選擇： RS1, RS0RS1 RS0 寄存器組R0-R7地址0 00組00-07H0 11組08-0FH1 02組10-17H1 13組18-1FH 2.位尋址區(qū)位尋址區(qū)：20H-2FH P25 字節(jié)中的每一個位都具有地址，可直接對位進行操作。位地址：00H-7FH，128單元3.用戶用戶RAM區(qū)區(qū)： 30H-7FH在該區(qū)設置堆棧。1）堆棧）堆棧：按照“先進后出，后進先出”的原則進行存取的內(nèi)存區(qū)域。用于保護程序斷點和數(shù)據(jù)。2）堆棧的開辟）堆棧的開辟：用SP指針設置棧底。 堆棧區(qū): (SP)初17FH SP的初值為07H3）堆棧的使用堆棧的使用： 進棧操作

7、：PUSH 出棧操作： POP出棧棧底棧底進棧出棧SPSPSP-1SPSPSP+1(A)向上生長型(B)向下生長型兩種不同的堆棧類型兩種不同的堆棧類型4.特殊功能寄存器特殊功能寄存器：80H-FFH 共有21個特殊寄存器（SFR），離散地分布在該區(qū)域中，有些寄存器還可以進行位尋址。1）分類）分類 CPU： PC, ACC, B, PSW, DPTR, SP 并行口并行口：P0, P1, P2, P3 中斷中斷： IE, IP 定時計數(shù)器定時計數(shù)器：TMOD,TCON,TL0,TH0, TL1, TH1 串行口串行口： SCON, SBUF, PCON寄存器符號寄存器地址寄存器名稱ACC0E0H

8、累加器B0F0HB寄存器PSW0D0H程序狀態(tài)字SP81H堆棧指示器DPL82H數(shù)據(jù)指針底8位DPH83H數(shù)據(jù)指針高8位IE0A0H中斷允許控制寄存器IP0B0H中斷優(yōu)先控制寄存器P080HI/O口0P190HI/O口1P20A0HI/O口2特殊功能寄存器特殊功能寄存器寄存器符號寄存器地址 寄存器名稱P30B0HI/O口3PCON87H電源控制寄存器SCON98H串行口控制寄存器SBUF99H串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器TCON88H定時器控制寄存器TMOD89H定時器方式選擇寄存器TL08AH定時器0低8位TL18BH定時器1低8位TH08CH定時器0高8位TH18DH定時器1高8位PC: 程序計數(shù)器

9、程序計數(shù)器（Program-Counter）它是一個 16位的計數(shù)器，用來存放將要執(zhí)行的指令的地址，可尋址范圍 64KB。 PC具有自動加1功能，從而能實現(xiàn)程序的順序執(zhí)行。PC本身 沒有地址，單片機復位后自動指向00H單元，用戶可以通過轉移、調用、返回等指令改變其內(nèi)容，以實現(xiàn)程序的轉移。ACC: 累加器累加器 (Accumulator) 特點：累加器是一個最常用的 8位專用寄存器，簡稱為A。A-寄存器方式ACC-直接地址方式B: B寄存器寄存器 特 點： 一個8位的寄存器； 主要用于乘除運算指令。 PSW: 程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字 .CY (PSW.7)進位標志位： .AC （PSW.6）-輔助

10、進位標志位：低4位向高4位進位或借位 .F0 (PWS.5)用戶標志位 .RS1和 RS0 (PSW.4 、PSW.3)寄存器組選擇位 .OV(PSW.2)溢出標志位：符號數(shù)運算時,結果超出：128127，OV=C6 + C7 .P(PSW.0)奇偶標志位：A中1的個數(shù)，偶數(shù)時P=0,奇數(shù)時，P=1;CyAcF0RS1RS0OV /P DPTR: 數(shù)據(jù)指針 數(shù)據(jù)指針DPTR是一個16位的特殊功能寄存器； 其高位字節(jié)寄存器用DPH表示，低位字節(jié)寄存器用 DPL表示。 DPTR通常在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時作地址指針使 用，編程時，既可以按16位寄存器使用，也可以按 兩個8位寄存器分開使用。 例：MO

11、V DPTR , #2030H = MOV DPH , #20H MOV DPL , #30HDPHDPL SP: 堆棧指針堆棧指針作用：保存棧頂?shù)牡刂愤M棧操作：先SP加1，后寫入數(shù)據(jù)； 出棧操作：先讀出數(shù)據(jù)，后SP減1。 2）位尋址）位尋址 地址是8的倍數(shù)的SFR具有位地址。 P29 具有位尋址功能的SFR: B(F0H), ACC(E0H), PSW(D0H), IP(B8H), P3(B0H), IE(A8H), P2(A0H), SCON(98H), P1(90H), TCON(88H), P0(80H)2.2.2 內(nèi)部程序存儲器內(nèi)部程序存儲器 8051芯片內(nèi)有4K ROM存儲單元，其

12、地址為：0000H-0FFFH。 在這些程序存儲器中有一些特殊單元(0000H-002AH)，使用時應注意。地址功能0000H程序復位入口地址0003H外中斷0入口地址000BHT0中斷入口地址0013H外中斷1入口地址001BHT1中斷入口地址0023H串行口中斷入口地址2.3 2.3 單片機并行單片機并行I/OI/O口口 4個8位并行口:P0,P1,P2,P3, 具有字節(jié)尋址和位尋址的功能。P334個端口在結構上相同之處: P0 - P3都是準雙向I/0口，作輸人時，必須先向相應端口的鎖存器寫人 “1”。4個端口在結構上不同之處: P0口無內(nèi)部上拉電阻，不能提供拉電流輸出，而P1-P3則帶

13、內(nèi)部上拉電阻，可以提供拉電流輸出。 當P0口作通用I/0口輸出使用時，需外接上拉電阻才可輸出高電平。 引腳復用引腳復用 P0口：擴展時作為8位數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線。P2口：擴展時作為高8位地址總線。P3口：第二功能口線第二功能信號名稱P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送P3.2INT0外部中斷0申請P3.3INT1外部中斷1申請P3.4T0定時/計數(shù)器0計數(shù)數(shù)輸入P3.5T1定時/計數(shù)器1計數(shù)輸入P3.6WR外部RAM寫選通P3.7RD外部RAM讀選通P3口第二功能口第二功能2.4 時鐘電路與時序時鐘電路與時序2.4.1 時鐘電路時鐘電路 在MCS-51芯片內(nèi)部有一個高增益

14、反向放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1 和XTAL2之間跨接一個晶體振蕩器和微調電容，從而構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。 單片機的時鐘脈沖信號是時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進行二分頻之后得到的。X C130pC230pXTAL1XTAL28051晶振頻率，fosc=1.2M12MHz2.4.2 CPU時序時序1）振蕩周期：振蕩電路產(chǎn)生的方波信號的周期。T振=1/fosc2）機器周期：計算機完成一種最基本的操作所需的時間。 T機=12T振 設fosc=12M, 則： T機=?3）指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時間，用機器周期數(shù)表示。2.5 復位電路復位電路1.功能：功能：復位啟動單片機。2.復位條件：復位條件：在RST引腳輸入2個機器周期以上的高電平。正常工作時保持為低電平。3. 復位電路復位電路：E122ufR11K+5VRSTE122ufR11K+5VRSTK 上電復位上電加按鈕復位VEVR104.復位操作復位操作：1）初始化單片機，使PC初始化為0000H, 2）初始化寄存器。P38寄存器內(nèi)容寄存器內(nèi)容PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL10