N第二章湘潭大学单片机原理课件期末复习

1、单片机原理及应用杨恢先黄辉先主编单片机原理及应用单片机原理及应用第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 2.1 逻辑结构及信号引脚逻辑结构及信号引脚 2.2 时钟电路与时序时钟电路与时序 2.3 工作方式工作方式 2.4 存储器存储器 单片机原理及应用杨恢先黄辉先主编 8位位CPU； 4KB掩膜掩膜ROM程序存储器；程序存储器； 128B内部内部RAM数据存储器；数据存储器； 2个个16位的定时器位的定时器/计数器；计数器； 1个全双工的异步串行口，个全双工的异步串行口，4个个8位并行位并行I/O口；口； 5个中断源、个中断源、2级中断优先级的中断控制器；级中断优先级的

2、中断控制器； 时钟电路，外接晶振和电容可产生时钟电路，外接晶振和电容可产生1.2MHz12MHz的时钟频率。的时钟频率。 2.1 2.1 逻辑结构及信号引脚逻辑结构及信号引脚一、一、8051的总体结构的总体结构1、8051的内部资源的内部资源第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 单片机原理及应用杨恢先黄辉先主编第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 2、8051的结构框图的结构框图 VCCVSSXTAL1XTAL2 微处理器微处理器(运算部件运算部件) CPU 控制部件控制部件数据存储器数据存储器RAM 128BP0口口P2口口P3口口程序存储

3、器程序存储器 4KB特殊功特殊功能寄存能寄存器器(SFR)中 断中 断系统系统定时器定时器0定时器定时器1串 行串 行口口P1口口ROM/EPROM外部中断外部中断8888PSENEAALERESETB图图2-1 8031、8051及及8751结构框图结构框图单片机原理及应用杨恢先黄辉先主编第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 MCS 51系列单片机的所有产品都含有系列单片机的所有产品都含有8051除程除程序存储器外的基本硬件，都是在序存储器外的基本硬件，都是在8051的基础上的基础上增减部增减部分资源分资源（程序存储器、数据存储器、（程序存储器、数据存储器、I/O口

4、、定时口、定时/计计数器及一些其它特殊部件）。数器及一些其它特殊部件）。 微处理器微处理器(运算部件运算部件) CPU 控制部件控制部件数据存储器数据存储器128B RAM P0口口P2口口P3口口程序存储器程序存储器 4KB特殊功特殊功能能寄存器寄存器（SFR）中断中断系统系统定时器定时器0定时器定时器1串行串行口口P1口口ROM/EPROM外部中断外部中断888PSENEAALERESETBXTAL1XTAL2VCCVSS图图2-2 MCS-51系列单片机结构框图系列单片机结构框图定时器定时器2特殊特殊I/O特殊特殊部件部件128B RAMnKB8二、一般结构二、一般结构单片机原理及应用杨

5、恢先黄辉先主编第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 三、外部引脚三、外部引脚 制造制造工艺为工艺为HMOS的的系列单片系列单片机大都采机大都采用用40条引条引脚的脚的双列双列直插式直插式封封装（装（DIP）P0 I/OP2 I/OI/O P1I/O P3VccALEPSENEARSTXTAL1XTAL2Vss图图2 3b 逻辑符号逻辑符号803180518751图图2 3a MCS-51引脚图引脚图P1.1 2P1.2 3P1.3 4P1.4 5P1.5 6P1.6 7P1.7 8RST/VPD 9RxD P3.0 10TxD P3.1 11INT0 P3.2 12T

6、0 P3.4 14WR P3.6 16RD P3.7 17XTAL2 18XTAL1 19Vss 2039 P0.038 P0.137 P0.236 P0.335 P0.434 P0.533 P0.632 P0.731 EA/Vpp29 PSEN28 P2.727 P2.626 P2.525 P2.424 P2.340 Vcc803180518751P1.0 1T1 P3.5 15INT1 P3.3 1322 P2.121 P2.023 P2.230 ALE/PROG单片机原理及应用杨恢先黄辉先主编第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 1 1、电源及时钟引脚、电源及时

7、钟引脚 Vcc(40脚脚)：接：接+5V电源；电源； Vss(20脚脚)：接地：接地 ; XTAL1(19脚脚)：接外部晶体的：接外部晶体的一个引脚一个引脚; XTAL2(18脚脚)：接外部晶体的：接外部晶体的另一端另一端; 时钟引脚时钟引脚(18、19脚脚)外接外接晶体时与片内的反相放大器构晶体时与片内的反相放大器构成一个振荡器，它提供单片机成一个振荡器，它提供单片机的的时钟控制信号时钟控制信号。时钟引脚也。时钟引脚也可外接晶体振荡器。可外接晶体振荡器。 图图2 3a MCS-51引脚图引脚图P1.1 2P1.2 3P1.3 4P1.4 5P1.5 6P1.6 7P1.7 8RST/VPD

8、9RxD P3.0 10TxD P3.1 11INT0 P3.2 12T0 P3.4 14WR P3.6 16RD P3.7 17XTAL2 18XTAL1 19Vss 2039 P0.038 P0.137 P0.236 P0.335 P0.434 P0.533 P0.632 P0.731 EA/Vpp29 PSEN28 P2.727 P2.626 P2.525 P2.424 P2.340 Vcc803180518751P1.0 1T1 P3.5 15INT1 P3.3 1321 P2.022 P2.123 P2.230 ALE/PROG单片机原理及应用杨恢先黄辉先主编第二章第二章 MCS-5

9、1系列单片机系统结构系列单片机系统结构 2 2、控制引脚、控制引脚 RSTVPD(9脚脚) 当振荡器运行时，当振荡器运行时，在此引脚加上在此引脚加上两个机器周期的高两个机器周期的高电平电平将使单片机复位将使单片机复位(RST) ； ALEPROG(30脚脚) 当单片机当单片机访访问外部存储器时问外部存储器时，ALE(地址锁存地址锁存允许允许)输出脉冲的输出脉冲的下降沿下降沿用于锁存用于锁存16位地址的低位地址的低8位。即使不访问外位。即使不访问外部存储器，部存储器，ALE端仍有周期性正端仍有周期性正脉冲输出，其频率为振荡器频率脉冲输出，其频率为振荡器频率的的16； PSEN(29脚脚) 此输出

10、为访问外部此输出为访问外部程序存储器的读选通信号；程序存储器的读选通信号； 30 ALE/PROG23 P2.222 P2.121 P2.0图图2 3a MCS-51引脚图引脚图P1.1 2P1.2 3P1.3 4P1.4 5P1.5 6P1.6 7P1.7 8RST/VPD 9RxD P3.0 10TxD P3.1 11INT0 P3.2 12T0 P3.4 14WR P3.6 16RD P3.7 17XTAL2 18XTAL1 19Vss 2039 P0.038 P0.137 P0.236 P0.335 P0.434 P0.533 P0.632 P0.731 EA/Vpp29 PSEN28

11、 P2.727 P2.626 P2.525 P2.424 P2.340 Vcc803180518751P1.0 1T1 P3.5 15INT1 P3.3 13单片机原理及应用杨恢先黄辉先主编第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 30 ALE/PROG23 P2.222 P2.121 P2.0图图2 3a MCS-51引脚图引脚图P1.1 2P1.2 3P1.3 4P1.4 5P1.5 6P1.6 7P1.7 8RST/VPD 9RxD P3.0 10TxD P3.1 11INT0 P3.2 12T0 P3.4 14WR P3.6 16RD P3.7 17XTAL2 1

12、8XTAL1 19Vss 2039 P0.038 P0.137 P0.236 P0.335 P0.434 P0.533 P0.632 P0.731 EA/Vpp29 PSEN28 P2.727 P2.626 P2.525 P2.424 P2.340 Vcc803180518751P1.0 1T1 P3.5 15INT1 P3.3 13 EAVpp(31脚脚) 当当EA端保持端保持高电高电平平时时,单片机访问的是单片机访问的是内部程序存储内部程序存储器器(对对8051、8751来说来说),但当但当PC(程序程序计数器计数器)值超过某值值超过某值（如（如8751内部含内部含有有4KB EPROM,

13、值为值为0FFFH）时，）时，将将自动转向自动转向执行外部程序存储器内的执行外部程序存储器内的程序。程序。当当EA端保持低电平时，则不端保持低电平时，则不管是否有内部程序存储器而只访问外管是否有内部程序存储器而只访问外部程序存储器部程序存储器 。单片机原理及应用杨恢先黄辉先主编第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 3 3、输入输出引脚、输入输出引脚 P0口口(P0.0P0.7) 为为双向双向8位三态位三态IO口口，当作为，当作为I/O口时，可直口时，可直接连接外部接连接外部I/O设备。它是地址设备。它是地址总线低总线低8位及数据总线位及数据总线分时复用分时复用口口，可

14、驱动可驱动8个个TTL负载负载。一般。一般作为扩展时地址作为扩展时地址/数据总线；数据总线； P1口口(P1.0P1.7) 为为8位准双向位准双向IO口口，可定义为输入线或输出，可定义为输入线或输出线线(作为输入时，口锁存器必须置作为输入时，口锁存器必须置1)，可驱动可驱动4个个TTL负载负载；30 ALE/PROG23 P2.222 P2.121 P2.0图图2 3a MCS-51引脚图引脚图P1.1 2P1.2 3P1.3 4P1.4 5P1.5 6P1.6 7P1.7 8RST/VPD 9RxD P3.0 10TxD P3.1 11INT0 P3.2 12T0 P3.4 14WR P3.

15、6 16RD P3.7 17XTAL2 18XTAL1 19Vss 2039 P0.038 P0.137 P0.236 P0.335 P0.434 P0.533 P0.632 P0.731 EA/Vpp29 PSEN28 P2.727 P2.626 P2.525 P2.424 P2.340 Vcc803180518751P1.0 1T1 P3.5 15INT1 P3.3 13单片机原理及应用杨恢先黄辉先主编第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 P2口口(P2.0P2.7) 为为8位准双向位准双向IO口口，当作为，当作为I/O口时，可直接口时，可直接连接外部连接外部I/

16、O设备。它是设备。它是与地址与地址总线高总线高8位复用位复用，可驱动，可驱动4个个TTL负载。一般作为扩展时地址总线负载。一般作为扩展时地址总线的高的高8位位 ，可驱动可驱动4个个TTL负载负载。 P3口口(P3.0P3.7) 为为8位准双向位准双向IO口口，是，是双功能复用口双功能复用口，可驱可驱动动4个个TTL负载负载。 30 ALE/PROG23 P2.222 P2.121 P2.0图图2 3a MCS-51引脚图引脚图P1.1 2P1.2 3P1.3 4P1.4 5P1.5 6P1.6 7P1.7 8RST/VPD 9RxD P3.0 10TxD P3.1 11INT0 P3.2 12

17、T0 P3.4 14WR P3.6 16RD P3.7 17XTAL2 18XTAL1 19Vss 2039 P0.038 P0.137 P0.236 P0.335 P0.434 P0.533 P0.632 P0.731 EA/Vpp29 PSEN28 P2.727 P2.626 P2.525 P2.424 P2.340 Vcc803180518751P1.0 1T1 P3.5 15INT1 P3.3 13单片机原理及应用杨恢先黄辉先主编第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 2.3 2.3 时钟电路与时序时钟电路与时序单片机的时钟产生方法有单片机的时钟产生方法有内部时

18、钟内部时钟方式方式和和外部时钟外部时钟方式方式两种，两种，大多数单片机应用系统采用内部时钟方式大多数单片机应用系统采用内部时钟方式。 时钟电路时钟电路它控制着单片机的它控制着单片机的节奏节奏。MCS-51单片机单片机内部有一个反相放大器组成的振荡器内部有一个反相放大器组成的振荡器，振荡频率主要由，振荡频率主要由外接的石英晶振确定。一般石英晶振的振荡频率为外接的石英晶振确定。一般石英晶振的振荡频率为12MHz 或或 11.059MHz； MCS-51MCS-51单片机的晶体振荡频率单片机的晶体振荡频率一般可以为一般可以为1.2MHz1.2MHz12MHz12MHz。一、时钟电路一、时钟电路单片机

19、原理及应用杨恢先黄辉先主编一般一般:C01、C02 均为均为30pF (20 80pF)；fosc：12，11.059MHzNMOS、CMOS型单片机型单片机CMOS型单片机外部型单片机外部时钟电路输入接线图时钟电路输入接线图NMOS型单片机外部时型单片机外部时钟电路输入接线图钟电路输入接线图1 1、内部时钟方式、内部时钟方式2 2、外部时钟方式、外部时钟方式第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 单片机原理及应用杨恢先黄辉先主编第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 二、指令周期、机器周期和时钟周期二、指令周期、机器周期和时钟周期 CPU的工作

20、是的工作是不断地不断地取指令和执行指令，以完成数据的取指令和执行指令，以完成数据的处理、传送和输入处理、传送和输入/输出操作输出操作。CPU取出一条指令至该指令取出一条指令至该指令执行完所需的时间称为执行完所需的时间称为指令周期指令周期。 指令周期是以指令周期是以机器周期机器周期为基本单位的，是机器周期的为基本单位的，是机器周期的整整数倍数倍。 一个机器周期包含一个机器周期包含12个个时钟周期时钟周期（S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、S6P1、S6P2）。）。时钟周期时钟周期: 时钟脉冲的间隔。时钟脉冲的间隔。 一般情况下算术逻辑操作发生在时相一般情况下算术逻辑操作发生在时相P1期间，

21、而寄存器期间，而寄存器至寄存器之间的数据传送发生在时相至寄存器之间的数据传送发生在时相P2期间。期间。 引脚引脚ALE输出信号为输出信号为MCS 51扩展系统的外部存储器地扩展系统的外部存储器地址低址低8位的锁存信号，在位的锁存信号，在访问外部程序存储器访问外部程序存储器的周期内，的周期内，ALE信号有效两次信号有效两次 (S1P2至至S2P1和和S4P2至至S5P1输出两个正脉冲输出两个正脉冲)；而在而在访问外部数据存储器访问外部数据存储器的机器周期内，的机器周期内，ALE信号有效一次信号有效一次(只在只在S1P2和和S2P1期间产生一个正脉冲期间产生一个正脉冲)。 单片机原理及应用杨恢先黄

22、辉先主编第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 三、典型指令的时序三、典型指令的时序单片机原理及应用杨恢先黄辉先主编（a）第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 2.3 2.3 工作方式工作方式复位电路：复位电路：使使CPU和系统中的其它部件和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个都处于一个确定的初始状态，并从这个初始状态开始工作。初始状态开始工作。上电复位电路上电复位电路上电复位和上电复位和开关电路开关电路系统系统复位复位电路电路（b）复位原理复位原理：使使RST引脚为足引脚为足够长的高电平时间。够长的高电平时间。一、复位方式一、复

23、位方式单片机原理及应用杨恢先黄辉先主编第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 表表2 1 复位后的内部寄存器状态复位后的内部寄存器状态寄存器寄存器 复位状态复位状态寄存器寄存器 复位状态复位状态 PC 0000H ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPTR 0000H P0P3 0FFH IP （00000） IE （000000） TMOD 00H TCON 00H TH0 00H TL0 00H TH1 00H TL1 00H SCON 00H SBUF （） PCON （00000） RST RST变为低电平后，退出复位状态，变为低电平后，

24、退出复位状态，CPUCPU从初始状从初始状态开始工作。态开始工作。CPUCPU复位操作不影响片内复位操作不影响片内RAMRAM的内容的内容。单片机原理及应用杨恢先黄辉先主编第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 2.4 2.4 存储器存储器MCS51系列单片机有五个独立的存储空间：系列单片机有五个独立的存储空间： 64KB 程序存储器空间（程序存储器空间（0 0FFFFH） 64KB 外部数据存储空间（外部数据存储空间（0 0FFFFH） 256B 内部内部RAM（0 0FFH）; 128B内部特殊功能寄存器（内部特殊功能寄存器（80 0FFH） 位寻址空间（位寻址空间

25、（0 0FFH）包含位寻址包含位寻址地址地址一、程序存储器 地址指针为地址指针为16位的位的程序计数器程序计数器PC,64KB地址空间地址空间,包包含含内部程序存储器内部程序存储器和和外部程序存储器外部程序存储器两部分。两部分。 特殊功能寄存器只能用直接寻址方式，内部数据特殊功能寄存器只能用直接寻址方式，内部数据存储器区存储器区80H0FFH单元只能用寄存器间接寻址方式。单元只能用寄存器间接寻址方式。地址重叠问题地址重叠问题MOVXMOV单片机原理及应用杨恢先黄辉先主编第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 EA=1（VCC 5V），），PC值大于某值大于某值（由容量决

26、定）为访问外部程序存储值（由容量决定）为访问外部程序存储器；器；PC值小于某值为访问内部程序存值小于某值为访问内部程序存储器。储器。EA=0（VSS 地），内部程序存储地），内部程序存储器被忽略。器被忽略。单片机原理及应用杨恢先黄辉先主编第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 二、外部二、外部RAM和和I / O MCS 51的外部数据存储器的外部数据存储器(RAMIO)空间为空间为64KB字节（字节（地址为地址为 0000H0FFFFH），一般通过），一般通过16位的数据指针位的数据指针DPTR来来访问，且访问，且外部外部RAM和和外部外部I/O的地址安排是的地址安排

27、是统一编址的统一编址的，CPU对对其有相同的操作功能。其有相同的操作功能。 00H7FH80HFFH0000HFFFFH内部内部WR RDSFR外部外部单片机原理及应用杨恢先黄辉先主编第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 三、内部三、内部RAM数据存储器数据存储器 内部内部RAM数据存储器可数据存储器可划分为划分为三个三个区域：区域：工作寄存区工作寄存区: 00H1FH(R0R7) 位寻址区位寻址区 : 20H2FH 堆栈和数据缓冲区堆栈和数据缓冲区: 30H7FH PSW.4 PSW.3 0 0 0区区 00H07H 0 1 1区区 08H0FH 1 0 2区区 1

28、0H17H 1 1 3区区 18H1FH CPU当前使用的当前使用的工作寄存器区工作寄存器区由程序状态字由程序状态字PSW的的 3、4位决定。位决定。位寻址区位寻址区16个单元的每一位都有一个位地址个单元的每一位都有一个位地址(168)。在实际应用中，往往需要一个在实际应用中，往往需要一个后进先出后进先出(LIFO)的的RAM缓冲器用于保护缓冲器用于保护CPU的现场，这种后进先出的缓的现场，这种后进先出的缓冲器称之为冲器称之为堆栈。堆栈。堆栈的栈顶位置堆栈的栈顶位置由由堆栈指针堆栈指针SP确定。确定。单片机原理及应用杨恢先黄辉先主编第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构

29、 四、特殊功能寄存器四、特殊功能寄存器 MCS51内部的内部的I / O口锁存器以及定时器、串行口锁存器以及定时器、串行口、中断等各种控制寄存器和状态寄存器都称为口、中断等各种控制寄存器和状态寄存器都称为特殊特殊功能寄存器功能寄存器。 地址为地址为 80H0FFH 见特殊功能寄存器地址表。见特殊功能寄存器地址表。单片机原理及应用杨恢先黄辉先主编第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 表表2 2 5 5 特殊功能寄存器列表特殊功能寄存器列表标标 示示 符符名名 称称地地 址址ACCBPSWSPDPTRP0P1P2P3IPIETMODTCON*T2CONTH0TL0TH1T

30、L1*TH2*TL2*RLDH*RLDLSCONSBUFPCON累加器B寄存器程序状态字堆栈指针数据指针（包括DPH和DPL）I/O口0I/O口1I/O口2I/O口3中断优先级控制中断允许控制定时器/计数器工作方式控制定时器/计数器控制定时器/计数器2控制定时器/计数器0定时常数（高位字节）定时器/计数器0定时常数（低位字节）定时器/计数器1定时常数（高位字节）定时器/计数器1定时常数（低位字节）定时器/计数器2定时常数（高位字节）定时器/计数器2定时常数（低位字节）定时器/计数器2自动再装载（高位字节）定时器/计数器2自动再装载（低位字节）串行口控制串行数据接收、发送缓冲器电源控制0E0H0

31、F0H0D0H81H83H和82H80H90H0A0H0B0H0B8H0A8H89H88H0C8H8CH8AH8DH8BH0CDH0CCH0CBH0CAH98H99H87H单片机原理及应用杨恢先黄辉先主编第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OVF1PPSW Cy（PSW.7）：进位标志，又是布尔处理机的累加）：进位标志，又是布尔处理机的累加器器C。在执行某些算术和逻辑指令时，数据操作结果最。在执行某些算术和逻辑指令时，数据操作结果最高位有进位输出高位有进位输出(加法时加法时)或借位输入或借位输入(减法时减法时)

32、，则置位，则置位Cy ，否则清，否则清Cy 。 AC(PSW.6)：辅助进位标志，又称半进位标志。当：辅助进位标志，又称半进位标志。当进行加减法操作而产生由低进行加减法操作而产生由低4位向高位向高4位进位位进位(加法加法)或借或借位位(减法减法)时，则置位时，则置位AC，否则清，否则清AC。 F0、F1（PSW.5、PSW.1）：用户标志。）：用户标志。单片机原理及应用杨恢先黄辉先主编第二章第二章 MCS-51系列单片机系统结构系列单片机系统结构 OV（PSW.2）：溢出标志。溢出标志位常用于）：溢出标志。溢出标志位常用于补补码运算码运算，当有符号的两个数运算结果超出了目的寄存器，当有符号的两个数运算结果超出了目的寄存器所能表示的带符号数的范围（所能表示的带符号数的范围（ 128+127）时置位）时置位OV。即即当操作结果有进位进入最高位但最高位没有产生进位，当操作结果有进位进入最高位但最高位没有产生进位，或者最高位产生进位而低位没有向最高位