第1章MCS-51單片機的硬件結構.

1、1.1.1 80511.1.1 8051單片機的介紹單片機的介紹 : 是單片微型計算機(single chip microcomputer)的簡稱，將計算機的8051單片機采用“哈佛”結構，它有兩個獨立的存儲器分別和，地址空間相同，通過不同指令進行區(qū)分。 1.1.2 80511.1.2 8051單片機的基本組成單片機的基本組成時鐘電路時鐘電路SFR和和RAM ROMCPU定時定時/計數(shù)器計數(shù)器并行端口并行端口中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)串行端口串行端口系系 統(tǒng)統(tǒng) 總總 線線時鐘源時鐘源T0 T1P0 P1 P2 P3TXD RXD INT0 INT1程序存儲器程序存儲器數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器存儲器存儲器 （

2、1）一個8 8位位微處理器CPU。 （2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM和特殊功能寄存器SFR。 （3）片內(nèi)程序存儲器ROM。 （4）兩個定時/計數(shù)器T0、T1，可用作定時器，也可用以 對外部脈沖進行計數(shù)。 （5）四個8位可編程的并行I/O端口，每個端口既可作輸 入，也可作輸出。 （6）一個串行端口，用于數(shù)據(jù)的串行通信。 （7）中斷控制系統(tǒng)。 （8）內(nèi)部時鐘電路。 一個一個8051單片機包含下列部件單片機包含下列部件CPUCPU即中央處理器，是單片機的核心部件，它完成各種即中央處理器，是單片機的核心部件，它完成各種操作，操作，CPUCPU由由和和兩部分組成。兩部分組成。（1 1）運算器）運算器 運算器以

3、算術邏輯單元，加上等所組成。ALU主要用于完成二進制數(shù)據(jù)的算術和邏輯算術和邏輯運算，并通過對運算結果的判斷影響程序狀態(tài)字寄存器PSW中有關位的狀態(tài)。 1.1.3 80511.1.3 8051單片機的單片機的CPUCPUCYACF0RS1RS0OVPD7D0PSWPSW中各位的意義如下：中各位的意義如下：在進行加法或減法運算時，若運算結果的最高位有進位或借位，CY=1，否則CY=0，在執(zhí)行位操作指令時，CY作為位累加器。在進行加法或減法運算時，若低半字節(jié)向高半字節(jié)有進位或借位， AC=1，否則AC=0，AC還作為BCD碼運算調整時的判別位。F0F0：用戶標志。工作寄存器組選擇，如下表所示。RS1

4、RS0工作寄存器組片內(nèi)RAM地址00第0組 00H07H 01第1組08H0FH 10第2組10H17H 11第3組18H1FH （2）控制器）控制器 包括對逐條指令譯碼，并通過定時和控制電路在規(guī)定時刻發(fā)出各種操作所需的內(nèi)部和外部控制信號，協(xié)調單片機各部分正常工作?？刂破饔沙绦蛴嫈?shù)器程序計數(shù)器PCPC、指令寄存器指令寄存器、指令譯碼器指令譯碼器、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)指針指針DPTRDPTR、堆棧指針堆棧指針SPSP、緩沖器緩沖器以及定時與控制電路定時與控制電路等組成。程序計數(shù)器程序計數(shù)器PCPC：16位寄存器，存放下一條要執(zhí)行指令地址，能自動增1。堆棧指針堆棧指針SPSP：用來指示單片機片內(nèi)RAM區(qū)堆棧的

5、起始地址。指令指令譯碼器譯碼器：對指令進行譯碼，產(chǎn)生指令的各種控制信號數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)指針寄存器指針寄存器DRTRDRTR：它是一個16位寄存器，由高位字節(jié)DPH和低位字節(jié)DPL組成，存放片外RAM的地址。CPU工作過程1.2 存儲器結構4k60k離散分布離散分布64k12812864k程序存儲器程序存儲器ROM程序存儲器ROM包括片內(nèi)片內(nèi)ROM和片外和片外ROM兩個部分。主要用來存放編好的，它以16位的程序計數(shù)器PC作為地址指針，尋址空間為64KB。當EA接高電平時，單片機從片內(nèi)ROM的4kB字節(jié)存儲器區(qū)取指令，當指令地址超過0FFFH后，自動地轉向片外ROM取指令。當EA接低電平時，所有的取指操作

6、均對片外程序存儲器進行。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM片內(nèi)片內(nèi)RAMRAM有有256256個字節(jié)，其中個字節(jié)，其中00H00H7FH7FH地址空間是地址空間是安排了安排了4 4組工作寄存器，每組工作寄存器，每組都為組都為R0R0R7R7，占用，占用8 8個存儲單元。在某一時刻，個存儲單元。在某一時刻，CPUCPU只能只能使用其中某一組工作寄存器，由程序狀態(tài)字使用其中某一組工作寄存器，由程序狀態(tài)字PSWPSW中中RS1RS1和和RS0RS0的狀態(tài)決定。的狀態(tài)決定。其中每個字節(jié)的每一位都其中每個字節(jié)的每一位都規(guī)定了位地址。每個地址單元除了可進行字節(jié)操作之外，規(guī)定了位地址。每個地址單元除了可進行

7、字節(jié)操作之外，還可進行位操作。還可進行位操作。只能進行字節(jié)只能進行字節(jié)尋址，用作數(shù)據(jù)緩沖區(qū)以及堆棧區(qū)。尋址，用作數(shù)據(jù)緩沖區(qū)以及堆棧區(qū)。片片內(nèi)內(nèi)RAMRAM的的80H80HFFHFFH地址空間是地址空間是連續(xù)連續(xù)非連續(xù)非連續(xù)工作寄存器區(qū)工作寄存器區(qū)位尋址區(qū)位尋址區(qū)便箋區(qū)便箋區(qū)特殊功能寄存器地址及功能表特殊功能寄存器地址及功能表注：注：SFR中字節(jié)地址低中字節(jié)地址低4位是位是0或者或者8的，支持位尋址，即可的，支持位尋址，即可以對寄存器某一位進行操作。以對寄存器某一位進行操作。即如下兩組語句是等效的：即如下兩組語句是等效的： 片外程序存儲器ROM地址空間為64kB，片外數(shù)據(jù)存儲器RAM也有64kB

8、的尋址區(qū)，在地址上是與ROM重迭的。 8051單片機通過不同信號來選通ROM或RAM。當從外部ROM中取指令時，而從外部RAM中讀寫數(shù)據(jù)時則采用讀采用讀和寫和寫信號或來選通，因此不會因地址重迭而發(fā)生混亂。 80518051在物理上有在物理上有4 4個存儲器空間個存儲器空間 片外數(shù)據(jù)存儲器片外數(shù)據(jù)存儲器RAM 當片內(nèi)RAM不能滿足數(shù)量上的要求時，可通過總線端口和其他I/O口擴展外部RAM片外數(shù)據(jù)存儲器片外數(shù)據(jù)存儲器RAM，其最大容量可達64KB字節(jié)。使用的指令也完全相同，因此，用戶在應用系統(tǒng)設計時，必須合理地進行外部RAM和I/O端口的地址分配，并保證譯碼的唯一性。P1.0P1.1P1.2P1.

9、3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDRXD/P3.0TXD/P3.1INT0/P3.2INT1/P3.3T0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7XTAL2XTAL1VSS12345678910111213141516171819208031805187514039383736353433323130292827262521222324VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VppALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.01.3.1 8051單片機引腳描述單片機引腳描述1.3.1 805

10、1單片機引腳描述單片機引腳描述1.3.1 8051單片機引腳單片機引腳1.3.1 8051單片機引腳單片機引腳1.3.1 8051單片機引腳單片機引腳1.3.1 8051單片機引腳描述單片機引腳描述電源引腳電源引腳VccVcc和和VssVss Vcc：電源端，接5V。 Vss：接地端。XTAL1XTAL1和和XTAL2:XTAL2:片片內(nèi)振蕩電路輸入內(nèi)振蕩電路輸入引腳引腳 外接石英晶振和微調電容，給單片機提供時鐘信號。地址鎖存允許地址鎖存允許信號信號 訪問片外RAM/ROM時，下降沿鎖存P0口輸出的低8位地址從而實現(xiàn)的復用。 PSEN PSEN：外部程序存儲器：外部程序存儲器ROMROM讀讀選

11、通信號選通信號 PSEN是外部程序存儲器ROM的讀選通信號，低電平有效。 EA /VEA /VPPPP : :訪問外部存儲器的控制信號。訪問外部存儲器的控制信號。 EA區(qū)分使用片內(nèi)ROM還是片外ROM讀取程序， CPU執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令，但 當PC中的值超過0FFFH時，將自動轉向執(zhí)行片外程序存儲器指令。CPU只執(zhí)行片外程序存儲器指令。 復位信號復位信號RSTRST 該信號高電平有效，在輸入端保持的高電 平后，就可以完成復位操作。1.3.2 8051單片機的單片機的CPU時序時序單片機的時鐘電路單片機的時鐘電路8051單片機片內(nèi)有一個高增益反相放大器，它與片內(nèi)振片內(nèi)振蕩電路輸入蕩電路輸入引

12、腳引腳XTAL1和XTAL2之間外接的石英晶體和微調電容，共同構成穩(wěn)定的自激振蕩電路，并產(chǎn)生振蕩時鐘振蕩時鐘脈沖信號。脈沖信號。外部振蕩方式就是把外部已有的時鐘信號引入單片機內(nèi)。 XTAL2XTAL1MCS-51C1C2CYSXTAL2XTAL1MCS-51+5VVSSTTL外部時鐘源外部時鐘源內(nèi)部振蕩方式內(nèi)部振蕩方式 外部振蕩方式外部振蕩方式8051單片機的三種周期可根據(jù)時鐘脈沖頻率的倒數(shù)求得，它是時序中。例如51單片機主頻為1MHZ，則時鐘周期為1us。完成一個基本操作所需的時間，通常為，分為6個S狀態(tài)：S1S6，每個狀態(tài)分為2拍，即P1和P2，因此一個機器周期可以表示為S1P1、S1P2

13、、S2P1.S6P2。指，一個指令周期通常含有14個機器周期。 P1P2S1振蕩周期振蕩周期機器周期機器周期機器周期機器周期指令周期指令周期XTAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P28051單片機各種周期的相互關系單片機各種周期的相互關系 振蕩周期、機器周期、指令周期振蕩周期、機器周期、指令周期P2 振蕩周期 機器周期 指令周期 8051單片機外接晶振為單片機外接晶振為12MHz時時3個周期的具體值個周期的具體值1.3.3 復位電路及復位狀態(tài)復位電路及復位狀態(tài)1 1復位電路復位電路 805

14、1單片機啟動時需要復位，以使CPU和系統(tǒng)各個部件處于一種確定初始狀態(tài)。8051單片機通常采用和兩種方式。 C1 22F RST R11K+5V+5V803180518751（a）上電復位電路）上電復位電路（b）按鍵復位電路）按鍵復位電路 C1 22F RSTR2200803180518751 R11K上電復位和按鍵復位電路上電復位和按鍵復位電路特殊功能寄存器特殊功能寄存器初始狀態(tài)初始狀態(tài)特殊功能寄存器特殊功能寄存器初始狀態(tài)初始狀態(tài)ACC00HTMOD00HPC0000HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0P3FFHSBUF不定不定IP00000BSCON00HIE000000BPCON00000B復位后的初始狀態(tài)復位后的初始狀態(tài)8051單片機的并行單片機的并行I/O口口 8051單片機有4個雙向并行的8位I/O口P0P3。P0口為三態(tài)雙向口，可驅動8個TTL電路，連接外設時需接上拉電阻；P1、P2、P3口為準雙向口（作為輸入時，故稱為準雙向口），其負載能力為4個TTL電路。（1）地址總線（AB）：地址總線寬度為16位，由（A0 A7）；（A8A15）。地址信號是由CPU發(fā)出的，故地址總線是單方向的。（2）數(shù)據(jù)總線（DB）：數(shù)據(jù)總線寬度為8位，用于傳送數(shù)據(jù)和指令，由P0口提供。（3