第二章单片机原理及应用

1、第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成重点： 1、外部引脚 2、复位、时序概念 3、并行口P0-P3 4、存储器组织 难点： 1、指针 2、时序 3、存储器用途（地址）分类 2-1 MCS-51单片机组成结构单片机组成结构 2-2 MCS-51单片机存储器组织单片机存储器组织第二章 MCS-51组成第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成 2-1 MCS-51 architecture 2-2 MCS-51 memory organization第二章 MCS-51组成Chapter 2 MCS-51 Chapter 2 MCS-51 ArchitectureArchitectu

2、re2-1 MCS-51单片机组成结构单片机组成结构 8031 无程序存储器 8051 带有4KB ROM (on-chip memory) 8751 带有4KB EPROM MCS-51单片机是Intel公司1980推出的高档8位单片机，采用40脚双列直插封装或44脚方形封装，51、52系列功能兼容。 第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构1 1、主要资源介绍、主要资源介绍 Major featuresMajor features8-bit CPU；128 bytes on-chip data memory(RAM)； 21 SFRs； 第二章第二章

3、 MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构Four 8-bit parallel I/O prots (32 I/O lines) ； One full duplex serial port（2 lines）； Two 16-bit timer/counters；A five-source interrupt structure with two priority levels； Boolean processor and bit-addressable ； Program memory：up to 64KB；off-chipData memory：up to 64K

4、B；off-chip System Clock /oscillator :116MHz ( 12MHz、 6MHz and 11.0592MHz )。 52子系列子系列的RAM/ROM容量为：256B/8KB第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构2 2、Overview about MCS-51Overview about MCS-51 architecturearchitecture1）Architecture block diagram2）Simply diagram 包括：CPU、存储器（ROM、RAM）、I/O接口等计算机的基本组成。第二章第二

5、章 MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构3）Pins diagram第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构 外部引脚外部引脚共40个引脚，大致可分为四类： 电源引脚电源引脚（2）powerVCC：电源端，+5VVSS：接地端（GND） 时钟电路引脚时钟电路引脚（2）clock circuitXTAL1：外接晶振输入引脚。XTAL2：外接晶振输出引脚。 控制线引脚控制线引脚（4）control共4根，其中3根为双功能RST/VPD ：复位/备用电源。RST-复位输入。VPD-在VCC掉电时向RAM供电。第二章第二章 MCS-

6、51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构 /VPP ：内外ROM的选择/ EPROM编程电源。 =0：访问外部ROM； =1：访问内部ROM； VPP -在8751片内EPROM编程期间，为21V编程电源输入端。 ALE/ ：地址锁存允许/编程脉冲。 ALE-访问外ROM或RAM时，用来驱动地址 锁存器锁存P0口。 分时送出低8位地址（下降沿有效）。 8751片内EPROM编程期间，输入编程脉冲。第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构EAEAEAPROG ：外部ROM读选通信号，即该脚有效时（上升沿），外ROM允许输出。第二章第二章

7、MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构PSEN I/O引脚引脚（32） input/output P0口：P0.0P0.7P1口：P1.0P1.7P2口：P2.0P2.7 P3口：P3.0P3.73、微处理器（、微处理器（CPU）microprocessor1）运算器）运算器 calculator 组成：ALU、TMP1、TMP2、A、B、PSW、DA A和布尔处理机等。 DA A：BCD码十进制修正，由专用电路实现。 布尔处理机C：进位位CY，被称作“位累加器” 第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构2）控制器）控制器 c

8、ontroller 组成：PC、SP、DPTR、IR、ID、PLA等a. 时钟电路时钟电路 clock circuitry (clock and timing system) MCS-51芯片内部有一个由反向放大器构成的振荡电路。分为内部工作方式、外部工作方式。 XTAL1：振荡电路输入端； XTAL2：输出端。内部方式内部方式 在XTAL1、XTAL2跨接定时元件和两个电 容就构成了自激振荡器。C1、C2取530PF，起微调和稳定作用。晶振频率：fosc=1.212MHZ常用频率为6、12、11.0592 MHz。外部方式外部方式 外部振荡脉冲信号直接由XTAL2端输入， 此时，XTAL1应

9、接地，而片内振荡电路不起作用。 同步设备第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构ALE时序：时序：地址锁存信号，每个机器周期2次有效，分别在S1、S4状态。每次出现，CPU进行一次取指操作。 时序时序 timing 振荡脉冲并不直接使用，由XTAL2端送往内部时钟电路：时钟电路：经过12分频，成为机器周期信号 1个机器周期=6个状态; machine cycle ,state 1个状态周期=2个时相P1和P2；tap cycleCPU的运算操作在P1期间，数据传送在P2期间。

10、第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构时钟周期时钟周期：振荡器输出的时钟脉冲频率的倒数。为单片机中最小、最基本的时间单位。状态周期：状态周期：振荡信号经2分频后获得的信号周期，称S，显然，S为时钟周期的2倍。机器周期机器周期：12个时钟周期为一个机器周期，对应计算机执行一个基本操作所需的时间。指令周期指令周期：执行一条指令所需的时间，至少包含一个机器周期。 cycle指令字节：指令字节：指令占用存储空间的字节数，有单字节、双字节、三字节三类。byte 当时钟频率为12MHz和6MHz时，时钟周期分别为1/12us和1/6us ，机器周期分别为1us和2

11、us。第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构b. 复位电路复位电路 reset circuit (reset control system) 复位信号，高电平有效。High level RST引脚至少保持2个机器周期的高电平，才能复位。 复位工作状态复位工作状态 initial state复位时，各SFR寄存器的状态为：（PC）=0000H；（SP）=07H；（P0P3）=FFH；其余SFR寄存器内容均为0；RAM的内容保持不变；外部引脚，ALE=0， =1。PSEN第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构 复位

12、电路复位电路 复位方式有上电自动复位、按键手动复位两种。 第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构3) 指针指针 pointer程序计数器 PC program counter 16位计数器，指向程序存储器中被执行的指令所在的地址。 寻址范围0000FFFFH的64KB空间。数据指针DPTR data pointer 16位地址指针，可寻址范围0000FFFFH 的64KB空间，可指向程序、数据存储器。堆栈指针SP stack pointer 8位地址寄存器，用来管理堆栈。它指向内部RAM的一个存储单元，且总是指向栈顶单元。 MCS-51的堆栈是内部RA

13、M中的一个部分，符合“先进后出、后进先出”原则。第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构4、存储器、存储器 memory MCS-51的程序存储器与数据存储器是分开的，地址空间重迭，最大可扩展到64KB。1) 程序存储器程序存储器ROM（1）8031内部无程序存储器 由于8031无片内程序存储器，需外接，因此， 端必须外接低电平，如图2-6所示。（2）8051、8751内部有4KB ROM/EPROM =0，使用外部程序存储器； =1，使用内部程序存储器4KB空间，当PC的值超过4KB 范围时，自动转向外部程序存储器。2) 数据存储器数据存储器RAM（1

14、）内部RAM中低128B，007FH；（2）外部RAM，可扩至64KB，0000FFFFHEAEAEA第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构5、并行输入、并行输入/输出口输出口 parallel Bi-dictionary I/O port MCS-51单片机有4个8位并行I/O口，P0P3，共32根口线。每个端口都包括：锁存器（即SFR：P0-P3）、输出驱动器、两个三态缓冲器以及控制电路。结构如下图所示。第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构1) P1口（口（90H） 特点：（1）准双向口：作为I/O输入时

15、，口锁存器必须置“1”，使T截止，输入信号通过“读引脚”三态缓冲器进入内部总线。（2）内部有上拉电阻（20K40K）；（3）CPU读P1口的二种情况： 读P1口的锁存器状态值：“读改写”指令。例ANL P1，#0FH；读P1口的引脚（外部输入）。例MOV A，P1；第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构2) P3口（口（B0H）特点：（1）准双向口：条件为第二功能输出端常“1”，与门开锁；（2）第二功能口：作为第二功能口使用时，（P3）=FFH；某位作为第二功能输入时，第二功能输出也必须置“1”。第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-1 M

16、CS-51单片机组成结构第二功能输出：P3.0TXD，串行输出口；P3.6 ，外部数据存储器写选通信号P3.7 ，外部数据存储器读选通信号第二功能输入：P3.1RXD，串行输入口； P3.2 ，外部中断输入0 ； P3.3 ，外部中断输入1；P3.4T0，外部计数输入0P3.5T1，外部计数输入1；WRRD0INT1INT第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构3) P2口（口（A0H）特点：（1）控制端高电平时，作为高8位地址输出口。（2）控制端低电平时，最小系统（8051

17、、8751）作准双向口。4) P0口（口（80H）特点：（1）控制端高电平时，作为低8位地址和8位数据分时使用口，供扩展时使用。（2）控制端低电平时，T1截止，使T2漏极开路，输出“1”时须外接上拉电阻，最小系统（8051、8751）作准双向。第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构注意：P0口作地址/数据总线输出时，通过反相器、与门工作。P0口作外部数据输入时，CPU使T1、T2均截止，引脚浮空，第三态，数据经“读引脚”输入缓冲器进入内部总线-是真正的双向口。第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构端口小结：端口

18、小结：（1）系统总线：地址总线（16位）：P0（地址低8位）、P2口（地址高8位） 数据总线（8位）：P0口（地址/数据分时使用）； 控制总线（6根）：P3口的第二功能、和9、29、30、31脚；（2）供用户使用的端口：P1口、部分未作第二功能的P3口；（3）P0口作地址/数据时，是真正的双向口，三态，负载能力为8个LSTTL电路；P1P3是准双向口，负载能力为4个LSTTL电路。（4）P0P3在用作输入之前必须先写“1”，即： （P0）=FFH （P3）=FFH 。第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-1 MCS-51单片机组成结构6. MCS-51单片机最小应用系统结构单片机最

19、小应用系统结构1、8751/8051最小应用系统外接时钟电路和复位电路，即构成应用系统。特点：1）不扩展外ROM、外RAM， 接高电平，P0P3口都可用作I/O口；2）128BRAM、4KBROM，容量有限；3）开发时、应用时P0、P2口的环境差异较大；4）8051系统应用软件需厂家置入，一般用作为大批量产品。2、8031最小应用系统最小应用系统 外接时钟电路和复位电路，需外扩一片程序存储器，一般为EPROM，构成应用系统。特点：1）P0、P2口只能作总线用，剩下P1、P3口作I/O口。2） 接地，ALE、 作为地址锁存和读ROM信号。EAEAPSEN第二章第二章 MCS-51MCS-51组成

20、组成2-1 MCS-51单片机组成结构2-2 MCS-51单片机存储器组织单片机存储器组织MCS-51存储器：程序存储器 数据存储器功能可分为五类： 程序存储器 内部数据存储器 特殊功能存储器 位寻址区 外部扩展的数据存储器和扩展I/O口第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-2 MCS-51单片机存储器组织单片机存储器组织第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-2 MCS-51单片机存储器组织单片机存储器组织2.2.1 程序存储器程序存储器 1. 程序存储器作用及寻址范围作 用：存放指令（程序）的存储器，用PC作地址指针。 寻址范围：0000FFFFH，共64KB；片内、

21、片外统一编址。 片内：PC=00000FFFH；片外：PC=0000FFFFH； 第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-2 MCS-51单片机存储器组织单片机存储器组织 2. 8031内部无程序存储器 =0。 片外：PC=0000FFFFH EA第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-2 MCS-51单片机存储器组织单片机存储器组织3. 8051、8751内部有4KB ROM/EPROM =0，使用外部程序存储器； 片外：PC=0000FFFFH =1，当PC 4KB， 片外：PC=1000FFFFHEAEA2.2.2 内部数据存储器内部数据存储器 字节地址：007FH；有128个8位单元字节。 按功能划分为三个部分： 1.工作寄存器区：工作寄存器区：001FH1）分4个区，0007，080F，1017，181F；2）每区有8个工作寄存器：R0R7；3）当前工作寄存器区：由PSW中的第三、第四位选择。PSW4（RS1） PSW3（RS0） 当前区 字节地址 工作寄存器 0 0 0 区 0007H （R0R7） 0 1 1 区 080FH （R0R7） 1 0 2 区 1017H （R0R7） 1 1 3 区 181FH （R0R7）第二章第二章 MCS-51MCS-51组成组成2-2 M