MCS-51系列單片機(jī)芯片結(jié)構(gòu)介紹.ppt

1、第二章MCS51系列單籌碼結(jié)構(gòu)，2.1 MCS51系列單籌碼微機(jī)的結(jié)構(gòu)原理MCS-51單籌碼邏輯結(jié)構(gòu)MCS-51單籌碼微機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見圖2.1。圖2.1 MCS-51單籌碼微計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框，如圖2.1所示，單籌碼微電腦內(nèi)部主要有1個U 8位CPU中選擇所需的構(gòu)件。1個U時鐘電路U 4Kbyte節(jié)目內(nèi)存；U128字節(jié)數(shù)據(jù)內(nèi)存；u兩個16位定時/柜臺；U 64Kbyte擴(kuò)展巴士控制電路；4個U 8位并行I/O通信端口：U可編程串行介面；5個中斷源(包括兩個優(yōu)先級嵌套中斷)、MCS51單籌碼內(nèi)部結(jié)構(gòu)MCS51單籌碼內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖2.2中所示。圖2.2 MCS51單籌碼內(nèi)部結(jié)構(gòu)箱，1 .CPU

2、CPU是中央處理器的縮寫，是單籌碼微計(jì)算機(jī)的核心部件，它執(zhí)行多種計(jì)算和控制任務(wù)。CPU由算法和控制器電路兩部分組成。(1)運(yùn)算符電路運(yùn)算符電路包括算術(shù)邏輯單元(ALU)、累加器(ACC)、B寄存器、狀態(tài)寄存器、寄存器1、寄存器2等部件，具有執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的功能。(2)控制器電路控制器電路包括節(jié)目柜臺PC、PC 1寄存器、命令寄存器、命令解碼器、數(shù)據(jù)指針DPTR、堆棧指針SP、緩沖區(qū)、時序和控制電路?？刂齐娐吠瓿闪酥笓]控制工作，調(diào)整了單籌碼微機(jī)的各個部分，正常運(yùn)行。2 .計(jì)時器/柜臺MCS51在單個籌碼中有兩個16位計(jì)時/柜臺：計(jì)時器0和計(jì)時器1牙齒。可用于定時控制、延遲、外部事件計(jì)數(shù)和

3、檢測等。3.內(nèi)存MCS51系列單籌碼微計(jì)算機(jī)的內(nèi)存包括數(shù)據(jù)內(nèi)存和節(jié)目存儲，主要特征是節(jié)目內(nèi)存和數(shù)據(jù)存儲的尋址空間獨(dú)立于徐璐，物理結(jié)構(gòu)不同。4.并行I/O通信端口MCS51單個磁盤總共有四個8位I/O通信端口(P0、P1、P2和P3)，每個I/O線可以獨(dú)立用作輸入或輸出。P0端口是三狀態(tài)雙向端口，具有8個TTL門電路，基于P1、P2、P3通信端口的雙向通信端口，負(fù)載容量為4個TTL門電路。5 .串行I/O通信端口MCS51單芯片具有通用異步操作的全雙工串行通信接口，可同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。6.中斷控制系統(tǒng)8051總共有5個中斷源：2個外部中斷、2個定時/計(jì)數(shù)中斷和1個串行中斷。7.時鐘電路MCS5

4、1籌碼內(nèi)部有時鐘電路，但晶體振蕩器和微曹征電容器必須在外部。時鐘電路為單個芯片生成時鐘脈沖序列。振蕩器的頻率范圍為1.2MHz12MHz，典型值為6MHz。8.巴士上面的所有組件通過總線連接，構(gòu)成一臺完整的單籌碼微型計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)的地址信號、數(shù)據(jù)信號和控制信號都通過總線傳遞，巴士結(jié)構(gòu)減少了單籌碼微機(jī)的連接和針腳，提高了集成和可靠性。針腳信號圖2.3是標(biāo)準(zhǔn)40針腳DIP封裝MCS51系列單籌碼針腳圖和邏輯符號。圖2.3 MCS51系列單籌碼針圖表和邏輯符號，電源針Vcc和VSSSVCC:電源端，5V。Vss:接地端子。時鐘電路針XTAL1和XTAL2 XTAL1:連接外部晶振和微曹征電容器的一端，

5、外部晶振是使用外部TTL時鐘時必須接地的振蕩器逆相放大器的輸入。XTAL2:使用外部TTL時鐘時，連接外部晶振和微曹征電容器的另一端，后者是外部時鐘的輸入，即振蕩器逆相放大器的輸出。如果通過地址鎖定可以擴(kuò)展ALE系統(tǒng)，則ALE控制地址鎖定內(nèi)存鎖定P0通信端口輸出的低8位地址，以重復(fù)使用數(shù)據(jù)和低地址。外部節(jié)目存儲讀取選擇通信號是讀取外部節(jié)目存儲的選擇通信號，低電平是有效的。節(jié)目內(nèi)存地址允許輸入/VPP在高工作日時發(fā)出片內(nèi)節(jié)目內(nèi)存命令，但如果PC的值超過0FFFH，則自動發(fā)出片外節(jié)目內(nèi)存命令。如果是低級別，則CPU僅執(zhí)行籌碼外部節(jié)目內(nèi)存命令。復(fù)位信號RST牙齒信號的高平有效，輸入端保持兩個機(jī)器周期

6、的高平，然后可以完成復(fù)位操作。1。輸入/輸出針P0、P1、P2和P3 P0通信端口(P0.0P0.7):牙齒端口是8位準(zhǔn)雙向通信端口(8位地址線和8位數(shù)據(jù)線上的多路復(fù)用端口)、負(fù)載容量位8高LSTTL負(fù)載。P1通信端口(P1.0P1.7):具有內(nèi)部皮帶拉伸電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，P1端口的驅(qū)動力是4個LSTTL負(fù)載。P2通信端口(P2.0P2.7):具有內(nèi)部皮帶拉伸電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，P2端口的驅(qū)動能力也是4個LSTTL負(fù)載。訪問外部節(jié)目存儲時，用作存儲的8位高地址線。P3通信端口(P3.0P3.7): P3通信端口也是內(nèi)部皮帶電阻器的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，除了用作常規(guī)I/O端口外

7、，P3端口還具有特殊功能。2.2 MCS51單籌碼內(nèi)存MCS51的內(nèi)存結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。牙齒部分介紹單籌碼微型計(jì)算機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)內(nèi)存、內(nèi)部節(jié)目內(nèi)存和外部存儲。圖2.4 MCS51的存儲結(jié)構(gòu)示例：內(nèi)部數(shù)據(jù)內(nèi)存，1 .內(nèi)部數(shù)據(jù)內(nèi)存低128個單位低128個字節(jié)存儲設(shè)備，前32個單位(00H1FH)用作操作寄存器，牙齒32個寄存器劃分為4個組，每個組包含8個通用寄存器(R0R7)，在節(jié)目狀態(tài)字中，RS1和RS0設(shè)置可以確定要選擇的操作寄存器集，通常未選擇的單位也可以用作常規(guī)數(shù)據(jù)緩存。系統(tǒng)復(fù)位時，默認(rèn)選擇組0寄存器。操作寄存器后面的16個數(shù)據(jù)單元(20H2FH)可用作常規(guī)數(shù)據(jù)單元，每個單元可按位操作，因

8、此16個數(shù)據(jù)單元也稱為位尋址區(qū)域。位尋址區(qū)域總計(jì)為128位，位地址為00H0FH。30H7FH是內(nèi)部RAM的低128個單元中剩馀的80個數(shù)據(jù)單元，是用戶只能用作存儲單元的實(shí)際用戶RAM區(qū)域。通常，應(yīng)用程序也會將堆棧開拓到牙齒區(qū)域。2 .內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲高度128個單位內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲的高度128個單位為專用寄存器提供，因此也稱為特殊功能寄存器區(qū)域(SFR)，主要用于存儲控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)。除了節(jié)目柜臺PC外，還有21個地址空間為80HFFH的特殊功能寄存器。在牙齒21個寄存器中，11個特殊功能寄存器具有位尋址功能，字節(jié)地址可以精確地被8整除。以下是一些專用寄存器的簡要介紹。累加器ACC累加器是8位寄

9、存器，是程序中最常用的專用寄存器，在命令系統(tǒng)中，累加器的助記符為A。大多數(shù)單個操作數(shù)命令來自累加器，許多雙操作數(shù)命令的一個操作數(shù)來自累加器。加法、減法、除法等算術(shù)運(yùn)算命令的運(yùn)算結(jié)果都存儲在累加器A或AB寄存器中，在尋址方式中累加器作為地址寄存器。在MCS51中，累加器只有一個，而在單籌碼微型計(jì)算機(jī)中，多數(shù)數(shù)據(jù)操作都通過累加器執(zhí)行，因此累加器的使用非常頻繁。B寄存器B寄存器是8位寄存器，主要用于乘法和除法命令。乘法命令的兩個操作數(shù)分別從累加器A和寄存器B中獲取。其中B是乘數(shù)，乘法結(jié)果的高度8位存儲在寄存器B中。在除法命令中，被除數(shù)存儲在A中，除數(shù)存儲在B中，除法的結(jié)果份額存儲在A中，剩下的存儲在

10、B中。其他指令還可以將B寄存器用作常規(guī)數(shù)據(jù)單元。節(jié)目狀態(tài)字PSW節(jié)目狀態(tài)字是包含程序狀態(tài)信息的8位寄存器。在狀態(tài)字中，根據(jù)命令執(zhí)行的結(jié)果，某些位狀態(tài)由硬件自動設(shè)置，某些狀態(tài)位必須通過軟件方法設(shè)置。PSW的每個狀態(tài)位可由軟件讀取，PSW的定義如表2.1所示。表2.1 PSW中每個狀態(tài)位的定義，(1)CY:舍入標(biāo)志可以是執(zhí)行特定算術(shù)和邏輯命令時的硬件或軟件位置，也可以是零牙齒。算術(shù)運(yùn)算中可用作舍入標(biāo)志，位運(yùn)算中用作累加器，對內(nèi)部傳輸、位和位或等位操作使用舍入標(biāo)志位。(2) AC:當(dāng)執(zhí)行加法或減法時，如果遇到低4位高4位舍入或借項(xiàng)，則會將AC設(shè)置為硬件位置，否則，AC位置將設(shè)置為“0”。在執(zhí)行十進(jìn)制

11、曹征命令時，使用交流狀態(tài)進(jìn)行判斷。(3)用戶標(biāo)志位是用戶定義的狀態(tài)標(biāo)志，可以根據(jù)需要使用軟件清除位置或0，或者使用軟件測試F0控制節(jié)目跳躍。(4)RS1和RS0:寄存器區(qū)域選擇控制位牙齒兩人通過軟件設(shè)置“0”或“1”，以選擇當(dāng)前工作寄存器區(qū)域。(5)OV:執(zhí)行溢出標(biāo)志位算術(shù)命令時，溢出狀態(tài)為硬件位置或0。在有符號的加法和減法運(yùn)算中，OV1表示加法和減法結(jié)果超過累加器A可以表示的符號數(shù)的有效范圍(128127)。也就是說，計(jì)算結(jié)果無效。相反，OV0表示運(yùn)算正確。也就是說，不會發(fā)生溢出。無符號數(shù)字乘法命令MUL的執(zhí)行結(jié)果也影響溢出標(biāo)志，如果累加器A和寄存器B的兩個數(shù)字的乘積超過255，則OV1牙齒

12、，相反地，OV0牙齒。乘積的高度8位存儲在B中，低8位存儲在A中，因此OV0只需要從A中得到乘積。否則，將從BA寄存器對中獲得乘積結(jié)果。在除法運(yùn)算中，DIV命令還會影響溢出標(biāo)志。除數(shù)為零的話，則為OV1，否則為OV0。(6) P:奇偶標(biāo)志位每個命令周期為P1(表示硬件中的位置或0)，表示累加器A的1個數(shù)量，如果累加器的1個數(shù)量為奇數(shù)，則為P1，否則為P0。l數(shù)據(jù)指針DPTR數(shù)據(jù)指針DPTR是16位專用寄存器，高級別用DPH表示，低級別用DPL表示。也就是說，它可以用作16位寄存器，或用作兩個8位寄存器DPH和DPL。訪問外部數(shù)據(jù)存儲時，DPTR可以用作16位地址和地址指針。MOVX DPTR，

13、a等。L I/O通信端口P0P3、P0P3是4個8位特殊功能寄存器，每個是4個并行I/O端口的鎖，當(dāng)其中一個I/O通信端口用作輸入時，該鎖必須首先設(shè)置為“1”。l計(jì)時器/柜臺MCS51只有兩個16位計(jì)時器/柜臺T0和T1(8032/8052除外)，徐璐其他兩個8位寄存器組成的TH和TL共包括四個單獨(dú)的寄存器TH0、TL0、TH1和TL1，只有四個寄存器可以獨(dú)立尋址。l串行數(shù)據(jù)緩沖區(qū)寄存器串行數(shù)據(jù)緩沖區(qū)SBUF由發(fā)送緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)組成，要發(fā)送的數(shù)據(jù)在發(fā)送到SBUF時進(jìn)入發(fā)送緩沖區(qū)，反之亦然。外部數(shù)據(jù)存儲在MCS51上，片外部數(shù)據(jù)存儲和I/O端口與片內(nèi)數(shù)據(jù)內(nèi)存空間0000FHFFFFH重疊。8

14、051單籌碼微計(jì)算機(jī)的MOV和MOVX命令用于區(qū)分籌碼內(nèi)部和外部RAM空間。其中籌碼內(nèi)部RAM使用MOV命令，籌碼外部RAM和I/O端口使用MOVX命令。在節(jié)目內(nèi)存MCS51系列中，節(jié)目內(nèi)存用于存儲節(jié)目、常量或表等。在8051中，磁碟片段具有名為000H0FFFH的4K位元組ROM儲存裝置。8751具有4K字節(jié)的EPROM牙齒，8052和8752具有8K字節(jié)的片上內(nèi)存。因?yàn)檫@是8031和8032無芯片節(jié)目內(nèi)存，籌碼內(nèi)節(jié)目內(nèi)存的有無是區(qū)分芯片的主要標(biāo)志。(阿爾伯特愛因斯坦，Northern Exposure(美國電視電視劇)，計(jì)算機(jī))節(jié)目存儲中，以下6個單元具有特殊意義：0000H:重置單個籌碼

15、后，PC0000H，程序從0000H開始執(zhí)行命令。0003H:外部中斷0門戶地址。000BH:計(jì)時器0中斷入口地址。0013H:外部中斷1門戶地址。001BH:計(jì)時器1中斷入口地址。0023H:串行端口中斷門戶地址。系統(tǒng)中斷時，將自動發(fā)送到每個中斷門戶地址，中斷服務(wù)進(jìn)程通常不能存儲在多個單元內(nèi)，因此，可以將無條件發(fā)送命令存儲在中斷門戶地址中，以運(yùn)行中斷的服務(wù)進(jìn)程。，2.3MCS51單籌碼輸入/輸出(I/O)通信端口P0通信端口圖2.6提供了P0端口的邏輯結(jié)構(gòu)，該端口由一個鎖定內(nèi)存、兩個三狀態(tài)輸入緩沖、一個多路復(fù)用開關(guān)、控制電路和驅(qū)動電路組成。圖2.6 P0端口的邏輯結(jié)構(gòu)，P0端口可用作輸入/輸

16、出端口，在實(shí)際應(yīng)用中通常用作地址/數(shù)據(jù)重用總線。訪問外部存儲時，P0端口是真正的雙向端口。P1通信端口P1端口是準(zhǔn)雙向端口，通常用作I/O端口，位圖映射如圖2.7所示。輸出端連接了抗拉電阻，因此無需連接外部抗拉電阻即可直接輸出。圖2.7位結(jié)構(gòu)圖，P2通信端口P2位結(jié)構(gòu)圖圖2.8。P2通用是與P0端口具有相似位結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)雙向端口。對于8031單籌碼微計(jì)算機(jī)，P2端口通常用作地址信號輸出。圖2.8 P2位結(jié)構(gòu)圖，P3通信端口P3通信端口位圖圖2.9。P3端口是雙功能端口；P3端口用作通用I/O端口時是半雙向端口；每個端口可以定義為輸入或輸出端口，其工作方式類似于P1端口。圖2.9 P3端口的位圖，P

17、3端口還具有針腳說明的第二個功能，如表2-5所示。表2-5 P3通信端口特殊功能，、RST針為復(fù)位信號輸入端，復(fù)位信號為高平有效，復(fù)位必須持續(xù)24次以上，如果使用6MHz晶振，則必須持續(xù)4S以上才能完成復(fù)位操作。在圖2.10中，通電瞬間RC充電過程在RST端產(chǎn)生一定寬度的正脈沖，只要牙齒脈沖大于10毫秒，就可以自動復(fù)位單籌碼微型計(jì)算機(jī)。在6MHz時鐘上，通常CR牙齒22F、R1牙齒200、R2取1K時，與可靠的電源重置孫怡。和CPU在第二個機(jī)器周期內(nèi)執(zhí)行內(nèi)部重置操作，并重復(fù)每個機(jī)器周期一次，直到RST側(cè)扁平降低。重置單個籌碼時不生成AlE和信號。重置操作會影響某些專用寄存器。圖2.10電源復(fù)位電路、時鐘電路和定時1。根據(jù)時鐘電路硬件電路，單籌碼微型計(jì)算機(jī)的時鐘連接方式可以分為內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式，如圖2.11所示。(a)內(nèi)部方式時鐘電路(b)外部時鐘電路圖2.11時鐘電路，2。指令定時(1)振動周期振動周期是指在單個芯片上提供時序信號的振動源的周期或外部輸入時鐘的周期。(2)時鐘周期時鐘周期也稱為狀態(tài)周期或狀態(tài)時間S，是振動