02-180C51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)110223課件

§2-3CPU§2-4并行I/O第二章80C51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)§2-2單片機(jī)存儲(chǔ)器配置內(nèi)容提要:§2-1單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳1§2-1MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳MCS-51系列單片機(jī)是因特公司1980推出的高檔8位機(jī)分為二個(gè)子系列，、三個(gè)版本：/8KB8052//803252子系列4KB/8751/4KB8051//803151子系列MCS-51EPROM掩膜MOS存儲(chǔ)器類(lèi)型單片機(jī)系列2一、MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)結(jié)構(gòu)框圖

頻率基準(zhǔn)源

計(jì)數(shù)器

內(nèi)部總線(xiàn)

中斷

中斷

控制

并行I/O口

串行輸入/輸出

8051振蕩器及定時(shí)電路4K/8K字節(jié)程序存儲(chǔ)器ROM128/256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8051CPU64K字節(jié)總線(xiàn)擴(kuò)展控制可編程I/O口4×8位可編程串行口31、中央處理單元CPU（8位）用于數(shù)據(jù)處理、位操作（位測(cè)試、置位、復(fù)位）2、只讀存儲(chǔ)器ROM（4KB或8KB）用于永久性存儲(chǔ)應(yīng)用程序，掩膜ROM、EPROM、EEPROM3、隨機(jī)存取存取器RAM（256B）用于程序運(yùn)行中存儲(chǔ)工作變量和數(shù)據(jù)4、并行輸入/輸出口I/O（32線(xiàn)）用作系統(tǒng)總線(xiàn)、擴(kuò)展外存、I/O接口芯片5、串行輸入/輸出口UART（二線(xiàn)）串行通信、擴(kuò)展I/O接口芯片46、定時(shí)/計(jì)數(shù)器T（16位增量可編程）它與CPU之間各自獨(dú)立工作，當(dāng)它計(jì)數(shù)滿(mǎn)時(shí)向CPU中斷7、時(shí)鐘電路fosc分為內(nèi)部振蕩器、外接振蕩電路8、中斷系統(tǒng)五源中斷、兩級(jí)優(yōu)先，可編程進(jìn)行控制。5二、MCS-51單片機(jī)外部引腳封裝形式，見(jiàn)右圖：6引腳分類(lèi)：1、主電源引腳Vss、Vcc2、外接晶振引腳XTAL1、XTAL273、控制或復(fù)位引腳

RST/VPD——

當(dāng)出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期高電平時(shí)，單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位后，P0~P3

輸出高電平；SP寄存器為07H；其它寄存器全部清0；不影響RAM狀態(tài)。參考復(fù)位電路如下：891.時(shí)鐘電路引腳：

XTAL1：接外部晶振和微調(diào)電容的一端，在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，該引腳接收振蕩器的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部振蕩器的輸入端。

XTAL2：接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸出端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)懸空。10=0時(shí)，只訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器,即外ROM=1時(shí)，訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器,即內(nèi)ROM

/Vpp——內(nèi)\外ROM選擇端對(duì)于8751單片機(jī)編程時(shí)，該端施加編程電壓4、輸入/輸出引腳P0.0~P0.7；P1.0~P1.7；P2.0~P2.7；P3.0~P3.7四個(gè)I/O口，每口八條線(xiàn)；還兼作地址/數(shù)據(jù)線(xiàn)。EAEAEAALE/PROG——地址鎖存控制端提供1/6fosc振蕩頻率；為其內(nèi)的EPROM輸入編程脈沖PSEN——外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)端11ALE/PROG:(Address

Latch

Enable/Programming)當(dāng)單片機(jī)上電正常工作后，ALE引腳不斷向外輸出正弦脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。CPU訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE作為鎖存低8位地址的控制信號(hào)。此引腳的第二功能PROG作為8751編程脈沖輸入端使用。12PSEN：(Program

StoreEnable)在訪(fǎng)問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，此端定時(shí)輸出負(fù)脈沖作為片外存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。EA/VPP：(Enable

Address/Voltage

PulseOf

Programming)當(dāng)EA接高電平時(shí)，CPU訪(fǎng)問(wèn)片內(nèi)ROM，并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令，但當(dāng)PC（程序計(jì)數(shù)器）的值超過(guò)4K時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng)EA腳接低電平時(shí)，CPU只訪(fǎng)問(wèn)片外ROM并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。VPP是對(duì)8751片內(nèi)ROM固化程序時(shí)，作為施加較高編程電壓（12V~21V）的輸入端。

133.輸入輸出引腳：

P0~P3：4個(gè)8位雙向輸入輸出端口，每個(gè)端口都有鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。4個(gè)端口都可以做輸入輸出口使用，其中，P0和P2通常用于對(duì)外部存儲(chǔ)器的訪(fǎng)問(wèn)。在這種方式下，把P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線(xiàn)使用，分時(shí)輸出外部存儲(chǔ)器的地址和傳送8位數(shù)據(jù)。當(dāng)擴(kuò)充外部存儲(chǔ)器的地址為16位時(shí)，P2口作為地址總線(xiàn)的高8位地址使用。14§2-2MCS-51單片機(jī)內(nèi)存配置一、MCS-51單片機(jī)的內(nèi)存結(jié)構(gòu)）（外部K64RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

程序存儲(chǔ)器15物理上分為：4個(gè)空間，即片內(nèi)ROM、片外ROM（/PSEN讀選通)

PSEN_外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)端片內(nèi)RAM、片外RAM(/WR、/RD端)邏輯上分為:

3個(gè)空間，即程序內(nèi)存（片內(nèi)、外）統(tǒng)一編址MOVC

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（片內(nèi)）

MOV

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（片外）

MOVX16二、程序存儲(chǔ)器尋址范圍：0000H~FFFFH容量64KB，即地址長(zhǎng)度：16位

，尋址內(nèi)部ROM；

，尋址外部ROM。

當(dāng)PC值超過(guò)片內(nèi)ROM容量時(shí)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部存儲(chǔ)器空間。8031單片機(jī)接低電平。作用：

存放程序及程序運(yùn)行時(shí)所需的常數(shù)。17七個(gè)具有特殊含義的單元是：

0000H——

系統(tǒng)復(fù)位，PC指向此處；

0003H——

外部中斷0入口

000BH——T0溢出中斷入口

0013H——

外中斷1入口

001BH——T1溢出中斷入口

0023H——

串口中斷入口

002BH——T2溢出中斷入口

18三、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器物理上分為兩大區(qū)域：00H~7FH即128B內(nèi)RAM區(qū)80H~FFH即SFR區(qū)。R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7即可位尋址，又可字節(jié)尋址數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、堆棧區(qū)、工作單元19位尋址區(qū)（20H—2FH）16個(gè)字節(jié)。16*8=128位，每一位都有一個(gè)位地址，范圍為：00H—7FH，位地址區(qū)也可作為一般RAM使用。位尋址區(qū)20四、特殊功能寄存器MCS-51單片機(jī)內(nèi)共有22個(gè)特殊功能寄存器，包括PC及SFR。PC為程序計(jì)數(shù)器。它是一個(gè)雙字節(jié)寄存器,尋址范圍為:0000H~FFFFH，即0~64KB。SFR為特殊功能寄存器。其尋址空間：80H~FFH其中，51子系列有18個(gè)寄存器，占有21個(gè)字節(jié)；52子系列有21個(gè)寄存器，占有26個(gè)字節(jié)。

51子系列SFR的地址分配及位地址見(jiàn)下頁(yè)表：21

寄存器

位地址/位定義

地址

F7

F6

F5

F4

F3

F2

F1

F0

B

F0H

E7

E6

E5

E4

E3

E2

E1

E0

ACC

E0

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

PSW

CY

AC

F0

RS1

RS0

OV

/

P

D0H

BF

BE

BD

BC

BB

BA

B9

B8

IP

B8H

B7

B6

B5

B4

B3

B2

B1

B0

P3

P3.7

P3.6

P3.5

P3.4

P3.3

P3.2

P3.1

P3.0

B0H

IE

A8H

A7

A6

A5

A4

A3

A2

A1

A0

P2

P2.7

P2.6

P2.5

P2.4

P2.3

P2.2

P2.1

P2.0

A0H

SBUF

99H

22++23

注意：1、表中共有5個(gè)雙字節(jié)寄存器。2、PC也為雙字節(jié)寄存器，但是不在80H~FFH

范圍內(nèi)。

3、表中，凡地址能被8整除的寄存器都是可位尋址的寄存器。24各寄存器的名稱(chēng)：1、算術(shù)運(yùn)算寄存器（1）A——累加器。（2）B——B寄存器，乘、除法運(yùn)算用。（3）PSW——程序狀態(tài)字寄存器：包含程序運(yùn)行狀態(tài)、信息。

25CY——

進(jìn)位/借位標(biāo)志；位累加器。AC——

輔助進(jìn)/借位標(biāo)志；用于十進(jìn)制調(diào)整。F0——

用戶(hù)定義標(biāo)志位；軟件置位/清零。OV——

溢出標(biāo)志；

硬件置位/清零。P——

奇偶標(biāo)志；A中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)

P=1；否則

P=0。RS1、RS0——寄存器區(qū)選擇控制位。

00：0區(qū)

R0~R7

01：1區(qū)

R0~R710：2區(qū)

R0~R7

11：3區(qū)

R0~R7

P—RS0RS1OV

F0

AC

CYPSW262、指針寄存器（1）程序計(jì)數(shù)器PC指明即將執(zhí)行的下一條指令的地址(程序存儲(chǔ)器地址)，在物理上獨(dú)立，復(fù)位時(shí)PC=0000H。（2）堆棧指針SP指明棧頂元素的地址，8位，可軟件設(shè)置初值，復(fù)位時(shí)SP=07H。（3）數(shù)據(jù)指針DPTR@DPTR；指明訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的單元地址，16位，尋址范圍64KB。DPTR=DPH+DPL，也可單獨(dú)使用。

273、并行輸入/輸出端口寄存器P0、P1、P2、P3實(shí)為相應(yīng)端口鎖存器。4、串行輸入/輸出端口（1）串行數(shù)據(jù)緩沖器

SBUF是物理上獨(dú)立的兩個(gè)寄存器，共同使用一個(gè)地址（99H）。（2）串行控制/狀態(tài)寄存器SCON控制監(jiān)視串行口的工作狀態(tài)（3）電源控制寄存器PCON控制單片機(jī)的低功耗工作方式及波特率選擇。

285、中斷系統(tǒng)（1）中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP：2級(jí)優(yōu)先，可軟件設(shè)定（2）中斷允許寄存器IE6、定時(shí)/計(jì)數(shù)器（1）定時(shí)器方式寄存器：TMOD（2）定時(shí)器控制寄存器：TCON（3）計(jì)數(shù)寄存器：TH0、TL0；TH1、TL1?？捎糜谠O(shè)定計(jì)數(shù)初值。29五、址空間（1）內(nèi)部RAM20H~2FH共16個(gè)單元可按位尋址128位。（2）SFR80H~FFH51子系列，有11個(gè)寄存器，83位；52子系列，有12個(gè)寄存器，93位。

六、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

（1）容量最大擴(kuò)展到64KB（2）尋址范圍：0000H~FFFFH（3）尋址方式：間接尋址可用R0，R1DPTR

30

時(shí)鐘的基本概念

啟動(dòng)單片機(jī)后，指令執(zhí)行順序：

取指令

分析

執(zhí)行§2-3CPU時(shí)序31一個(gè)機(jī)器周期P1P2P1P2單字節(jié)單周期指令例：INCA32以上是單周期單字節(jié)指令在執(zhí)行過(guò)程中ALE脈沖、取指操作、執(zhí)行操作等在時(shí)間上的先后關(guān)系。時(shí)序的定義：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)的各種操作都是在一系列脈沖控制下進(jìn)行的，而各脈沖在時(shí)間上是有先后順序的，這種順序就稱(chēng)為時(shí)序。

執(zhí)令周期：即從取指到執(zhí)行完，所需時(shí)間。

不同機(jī)器指令周期不一樣；即使相同機(jī)器，不同的指令其指令周期也不一樣。機(jī)器周期：機(jī)器的基本操作周期。個(gè)指令周期含若干機(jī)器周期（單、雙、四周期）33

每個(gè)狀態(tài)周期含兩個(gè)振蕩周期，即相位P1、P2。

振蕩周期：由振蕩時(shí)鐘產(chǎn)生。

振蕩周期Tosc=1/fosc

一個(gè)機(jī)器周期=12個(gè)振蕩周期=12×1/fosc。

例如，若fosc=12MHz，則一個(gè)機(jī)器周期=1μs。狀態(tài)周期：一個(gè)機(jī)器周期分6個(gè)狀態(tài)周期Si34單字節(jié)單周期指令例：INCA雙字節(jié)單周期指令例：ADDA，DATA單字節(jié)雙周期指令例：INCDPTR35當(dāng)ALE（ALE信號(hào)為振蕩頻率6分頻）正跳變時(shí)，對(duì)應(yīng)單片機(jī)進(jìn)行一次讀指令操作。一個(gè)機(jī)器周期二次出現(xiàn)，在S1P2