单片机基本原理.ppt

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1、第2章 单片机基本原理主要内容 2.1 MCS-51系列单片机简介系列单片机简介 2.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理 2.3 MCS-51系列单片机的外部引脚及片外总线系列单片机的外部引脚及片外总线 2.4 MCS-51系列单片机的工作方式系列单片机的工作方式 2.5 MCS-51系列单片机的时序系列单片机的时序2.1 MCS-51系列单片机简介系列单片机简介 MCS-51系列单片机是美国系列单片机是美国Intel公司在公司在1980年推出的高性能年推出的高性能8位单片机，它包含位单片机，它包含51和和52 两个两个子系列。子系列。 对于对于51子系列，主要有子系列，

2、主要有8031、8051、8751 三种机型，它们的指令系统与芯片引脚完全兼容，三种机型，它们的指令系统与芯片引脚完全兼容，仅片内程序存储器有所不同，仅片内程序存储器有所不同，8031芯片不带芯片不带ROM，8051芯片带芯片带4KROM，8751芯片带芯片带4KEPROM。 51子系列的主要特点为：子系列的主要特点为：2.1 MCS-51系列单片机简介系列单片机简介1. 一个一个8位微处理器位微处理器CPU2. 内部内部256B RAM 3. 内部内部8KB ROM/EPROM2.1 MCS-51系列单片机简介系列单片机简介7. 特殊功能寄存器区特殊功能寄存器区 SFR(21个个)8. 一个

3、全双工串行端口一个全双工串行端口 9. 布尔处理器布尔处理器2.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理2.2.1 MCS-51系列单片机的基本组成系列单片机的基本组成P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1T0T1XTAL1 XTAL2CPUROM/EPROMRAM定时定时/计数器计数器并行接口并行接口串行接口串行接口中断系统中断系统时钟电路时钟电路总线总线2.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理2.2.2 MCS-51单片机的内部结构 单片机的内部结构框图见教材12页图2-2 2.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理2.2.3 单

4、片机的中央处理器单片机的中央处理器CPU 单片机的核心是单片机的核心是CPU，CPU的功能是产生控制的功能是产生控制信号，控制数据的传送，并对输入数据进行算术信号，控制数据的传送，并对输入数据进行算术逻辑运算以及位操作等；逻辑运算以及位操作等；CPU内部包含了内部包含了（布尔处理器）和（布尔处理器）和。2.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理1、运算器、运算器 运算器包括运算器包括ALU，累加器，累加器ACC、暂存器、标志寄、暂存器、标志寄存器存器PSW 和布尔处理器等；和布尔处理器等； 为了提高数据处理和位操作能力，片内增加了一为了提高数据处理和位操作能力，片内增加了一个

5、通用寄存器个通用寄存器B和一些专用寄存器；和一些专用寄存器； 在进行位操作时，进位位在进行位操作时，进位位C作为位累加器使用，作为位累加器使用，整个位操作系统构成一台布尔处理机；整个位操作系统构成一台布尔处理机； 能实现算术运算、逻辑运算、位运算、数据传输能实现算术运算、逻辑运算、位运算、数据传输等处理。等处理。2.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理 累加器累加器ACC 是是8位的寄存器：它通过暂存器和位的寄存器：它通过暂存器和ALU相连，是相连，是CPU中最频繁的寄存器，中最频繁的寄存器，ALU进行运算时，它的进行运算时，它的一个输入多为一个输入多为ACC的输出，运算结

6、果也通常送回的输出，运算结果也通常送回累加器累加器ACC。 在指令系统中，累加器的助记符是在指令系统中，累加器的助记符是A。 2.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理 算术运算单元算术运算单元ALU 由加法器和其它的逻辑电路组成的。用于完成二由加法器和其它的逻辑电路组成的。用于完成二进制数的四则运算以及布尔代数的逻辑运算。此进制数的四则运算以及布尔代数的逻辑运算。此外通过对运算结果的判断，影响外通过对运算结果的判断，影响PSW的相关位。的相关位。 程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSW 是一个是一个8位的寄存器，它用于保存指令执行结果的位的寄存器，它用于保存指令执行结果的状

7、态，以供程序查询和判别。其格式如下：状态，以供程序查询和判别。其格式如下：D7D6D5D4D3D2D1D0PSW位地址位地址字节地址字节地址D02.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理 RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）：寄存器组选择位。用于）：寄存器组选择位。用于选择当前工作的寄存器组，可以用软件改变选择当前工作的寄存器组，可以用软件改变RS1和和RS0的的组合，以切换当前所用的工作寄存器组。组合，以切换当前所用的工作寄存器组。2.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理2、控制器、控制器 控制部件是单片机的控制中心，它控制部件是单片机的控制中心，它

8、包括包括定时和控定时和控制电路、指令寄存器、指令译码器、程序计数器制电路、指令寄存器、指令译码器、程序计数器PC、堆栈指针、堆栈指针SP、数据指针、数据指针DPTR以及信息传送以及信息传送控制部件等。控制部件等。 功能：功能：接收来自存储器中的逐条指令接收来自存储器中的逐条指令,进行指令译进行指令译码码,并通过定时和控制电路并通过定时和控制电路,在规定的时刻发出各在规定的时刻发出各种操作所需的控制信息及种操作所需的控制信息及CPU所需的控制信号，所需的控制信号，使各部分协调工作，完成指令规定的各种操作。使各部分协调工作，完成指令规定的各种操作。 2.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片

9、机的结构原理 程序计数器程序计数器PC PC是是16位的专用寄存器，用来存放与指示下一条位的专用寄存器，用来存放与指示下一条要执行的指令的地址要执行的指令的地址 当一条指令按照当一条指令按照PC所指的地址从存储器中取出后，所指的地址从存储器中取出后，PC会自动加会自动加1，指向下一条指令。，指向下一条指令。 堆栈指针堆栈指针SP SP在片内在片内128个字节中开辟栈区，并随时跟踪栈个字节中开辟栈区，并随时跟踪栈顶地址，它是按先进后出的原则存取数据的。开顶地址，它是按先进后出的原则存取数据的。开机复位后，单片机栈底地址是机复位后，单片机栈底地址是07H，故数据的入，故数据的入栈是从栈是从08H开

10、始（即工作寄存器开始（即工作寄存器1区的区的R0）。）。2.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理 数据指针数据指针DPTR 主要用来存放主要用来存放16位的地址，作为间址寄存器使用；位的地址，作为间址寄存器使用； 可对可对64K的外部的外部RAM和和I/O口进行寻址。它也可以拆口进行寻址。它也可以拆成高字节成高字节DPH和低字节和低字节DPL两个独立的两个独立的8位寄存器。位寄存器。分别占用分别占用83H和和82H两个字节。两个字节。 指令译码器指令译码器 当程序指令送入指令译码器后，由译码器对该指令当程序指令送入指令译码器后，由译码器对该指令进行译码，把指令转换成所需的电

11、信号，进行译码，把指令转换成所需的电信号，CPU根据根据译码器提供的电平信号，定时产生执行该指令所需译码器提供的电平信号，定时产生执行该指令所需的各种控制信号。使单片机正确执行程序所要求的的各种控制信号。使单片机正确执行程序所要求的各种操作。各种操作。2.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理2.2.4 MCS-51系列单片机的存储器结构系列单片机的存储器结构 MCS-51单片机的存储器与一般微机的存储器单片机的存储器与一般微机的存储器配置不同。配置不同。 一般微机通常只有一个逻辑空间，可以随意安一般微机通常只有一个逻辑空间，可以随意安排排ROM或或RAM。访问存储器时，一个

12、地址对应。访问存储器时，一个地址对应唯一的存储单元，可以是唯一的存储单元，可以是ROM，也可以是，也可以是RAM的。的。 单片机在物理结构上有四个存储空间：片内程单片机在物理结构上有四个存储空间：片内程序存储器空间、片外程序存储器空间、片内数据序存储器空间、片外程序存储器空间、片内数据存储器空间和片外数据存储器空间。存储器空间和片外数据存储器空间。2.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理1、程序存储器、程序存储器 程序存储器用于存放编好的程序和表格常数。程序存储器用于存放编好的程序和表格常数。 为了依次从程序存储器中取出指令送到为了依次从程序存储器中取出指令送到CPU执执行

13、，设有一个专用寄存器行，设有一个专用寄存器程序计数器程序计数器PC。程序计数器程序计数器PC PC是是16位的专用寄存器，用来存放与指示下位的专用寄存器，用来存放与指示下一条要执行的指令的地址，当一条指令按照一条要执行的指令的地址，当一条指令按照PC所所指的地址从存储器中取出后，指的地址从存储器中取出后，PC会自动加会自动加1，指，指向下一条指令。向下一条指令。2.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理 程序存储器可以分为片内程序存储器和片外程程序存储器可以分为片内程序存储器和片外程序存储器。序存储器。 若若EA=1，8051的的PC指向片内程序存储器指向片内程序存储器000

14、0H-0FFFH，当寻址范围为，当寻址范围为1000H-FFFFH时，则转向片外取指。时，则转向片外取指。 若若EA=0，则，则8051的所有取指操作均在片外的所有取指操作均在片外ROM中进行。此时，片外中进行。此时，片外ROM从从0000H单元开单元开始编址。因始编址。因8031无片内无片内ROM，故，故EA必须接地。必须接地。2.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理2.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理在程序存储器中，有在程序存储器中，有7个单元个单元具有特殊功能：具有特殊功能： 0000H：复位后：复位后PC指向指向0000H。2.2 MCS-5

15、1系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理2、数据存储器、数据存储器 数据存储器用于存放运算的中间结果，数据暂存和缓冲。数据存储器用于存放运算的中间结果，数据暂存和缓冲。片内有片内有256个字节个字节RAM，片外最多可扩展，片外最多可扩展64KB RAM，构，构成两个地址空间；成两个地址空间； 访问片内访问片内RAM用用“MOV”指令，访问片外指令，访问片外RAM用用“MOVX”指令。指令。 对片外对片外RAM通常采用寄存器间接寻址方式，通常采用寄存器间接寻址方式，R0、R1、DPTR都可以作为间址寄存器。都可以作为间址寄存器。 R0和和R1寻址范围为寻址范围为256B，DPTR寻址范围为寻址

16、范围为64KB，片，片内低内低128字节（字节（00H7FH）为用户）为用户RAM区，对其寻址可区，对其寻址可用直接寻址和间接寻址方式，高用直接寻址和间接寻址方式，高128字节（字节（80HFFH）为特殊功能寄存器区（为特殊功能寄存器区（SFR），只能采用直接寻址方式。），只能采用直接寻址方式。2.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理2.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理 2.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理 2.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理2.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理2.2 MCS-51系列单片机的结构原理系列单片机的结构原理2.2.5 MCS-51系列单片机的输入系列单片机的输入/输出接口输出接口 P0口的每一位内部结构图如下图所示口的每一位内部结构图如下图所示.它它由一个锁存器由一个锁存器,两个三态输入缓冲器和输出驱两个三态输入缓冲器和输出驱动电路组成动电路组成.一、一、P0口口 地址地址/数据总线数据总线 P0口口 I/O口线口线 当当P0口作为地址口作