單片機基本結(jié)構(gòu)

1、單片機基本結(jié)構(gòu)80518051單片機的特點單片機的特點 8051單片機可分為無ROM型和ROM型兩種無ROM型的芯片，必須外接EPROM才能應用（典型芯片為8031）ROM型芯片又分為EPROM型（典型芯片為8751）、FLASH型（典型芯片為89C51）、掩膜ROM型（典型芯片為8051 ）、一次性可編程ROM（One Time Programming,OTP）的芯片（典型芯片為97C51）。 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 T1

2、P0 P1 P2 P3TXD RXD INT0 INT1（1）一個8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8051單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)通道通道0驅(qū)動器驅(qū)動器通道通道2驅(qū)動器驅(qū)動器RAM地址地址鎖存器鎖存器RAM通道通道0鎖鎖存器存器通 道通 道

3、2 鎖鎖存器存器ROM/EPROMB寄存器寄存器程序地址寄存器程序地址寄存器緩沖器緩沖器PC遞增器遞增器程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC數(shù)據(jù)指針數(shù)據(jù)指針DPTRVCCGNDP1.0P1.7堆棧指針堆棧指針SPACCTMP2PSW通道通道3鎖存器鎖存器通道通道1鎖存器鎖存器通道通道1驅(qū)動器驅(qū)動器通道通道3驅(qū)動器驅(qū)動器TMP1SCON TMODPCONTCONTL0TH1TH0TL1IESBUF(TX/RX)IP中斷、串行口和定時器邏輯中斷、串行口和定時器邏輯振蕩器振蕩器P3.0P3.7RSTEAALEPSENXTAL2XTAL1ALU(+5V)指指令令寄寄存存器器定時定時和和控制控制邏輯邏輯指指令令譯譯

4、碼碼器器CPU即中央處理器，是單片機的核心部件，它完成各種運算和控制操作，CPU由運算器和控制器兩部分組成。（1 1）運算器）運算器 運算器以算術(shù)邏輯單元ALU為核心，加上累加器ACC、暫存寄存器TMP和程序狀態(tài)字寄存器PSW等所組成。ALU主要用于完成二進制數(shù)據(jù)的算術(shù)和邏輯運算，并通過對運算結(jié)果的判斷影響程序狀態(tài)字寄存器PSW中有關(guān)位的狀態(tài)。 D7 D0PSWPSW：80518051單片機的單片機的CPUCPUCYACF0RS1RS0OVPPSWPSW中各位的意義如下：中各位的意義如下： CYCY：進位標志。在進行加法或減法運算時，若運算結(jié)果的最高位有進位或借位，CY=1，否則CY=0，在執(zhí)

5、行位操作指令時，CY作為位累加器。 ACAC：輔助進位標志。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(diào)整時的判別位。 F0F0：用戶標志。 RS1RS1和和RS0RS0：工作寄存器組選擇，如下表所示。RS1RS0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 OVOV：溢出標志。當兩個帶符號的單字節(jié)數(shù)進行運算，結(jié)果超出-128+127的范圍時，OV=1，表示有溢出，否則OV=0表示無溢出。 PSW中的D1位為保留位，對于8051來說沒有意義，對于8052

6、來說為用戶標志，與F0相同。 P P：奇偶校驗標志。每條指令指行完畢后，都按照累加器A中“1”的個數(shù)來決定P值，當“1”的個數(shù)為奇數(shù)時，P=1，否則P=0。 （2）控制器）控制器 控制器包括程序計數(shù)器PC、指令寄存器、指令譯碼器、數(shù)據(jù)指針DPTR、堆棧指針SP、緩沖器以及定時與控制電路等?？刂齐娐吠瓿芍笓]控制工作，協(xié)調(diào)單片機各部分正常工作。程序計數(shù)器程序計數(shù)器PCPC：當一條指令按PC所指向的地址從程序存儲器中取出之后，PC的值會自動增量，即指向下一條指令。堆棧指針堆棧指針SPSP：用來指示堆棧的起始地址。80C51單片機的堆棧位于片內(nèi)RAM中，而且屬于“上長型”堆棧，復位后SP被初始化為07

7、H，使得堆棧實際上由08H單元開始。指令譯碼器：指令譯碼器：當指令送入指令譯碼器后，由譯碼器對該指令進行譯碼，CPU根據(jù)譯碼器輸出的電平信號使定時控制電路產(chǎn)生執(zhí)行該指令所需要的各種控制信號。數(shù)據(jù)指針寄存器數(shù)據(jù)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，用來存放16位數(shù)據(jù)存儲器的地址，以便對片外64kB的數(shù)據(jù)RAM區(qū)進行讀寫操作。P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDRXD/P3.0TXD/P3.1INT0/P3.2INT1/P3.3T0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7XTAL2XTAL1VS

8、S12345678910111213141516171819208031805187514039383736353433323130292827262521222324VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VppALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.08051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。 時鐘電路引腳時鐘電路引腳XTAL1XTAL1和和XTAL2XTAL2 XTAL1：接外部晶振和微調(diào)電容的一端，在片內(nèi)它是 振蕩器倒相放

9、大器的輸入，若使用外部TTL時鐘時，該 引腳必須接地。 XTAL2：接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在片內(nèi)它 是振蕩器倒相放大器的輸出，若使用外部TTL時鐘時， 該引腳為外部時鐘的輸入端。 地址鎖存允許地址鎖存允許ALEALE 系統(tǒng)擴展時，ALE用于控制地址鎖存器鎖存P0口輸出的 低8位地址，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)與低位地址的復用。外部程序存儲器讀選通信號外部程序存儲器讀選通信號PSENPSENPSEN是外部程序存儲器的讀選通信號，低電平有效。程序存儲器地址允許輸入端程序存儲器地址允許輸入端EA /VEA /VPPPP 當EA為高電平時，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

10、轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲器指令。當EA為低電平時，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，在輸入端保持兩個機器周期的高電平后，就可以完成復位操作。輸入輸入/ /輸出端口引腳輸出端口引腳P P0 0，P P1 1，P P2 2和和P P3 3 P0口（口（PP）：）：該端口為漏極開路的8位準雙向口，它為外部低8位地址線和8位數(shù)據(jù)線復用端口，驅(qū)動能力為8個LSTTL負載。P1口（口（PP）：）：它是一個內(nèi)部帶上拉電阻的8位準雙向I/O口，P1口的驅(qū)動能力為4個LSTTL負載。 P2口（口（PP）：）：它為一個內(nèi)部帶上拉電阻的8位準雙向I/O口，P2口的驅(qū)動能力也為

11、4個LSTTL負載。在訪問外部程序存儲器時，作為高8位地址線。 P P3 3口（口（P PP P）：）：為內(nèi)部帶上拉電阻的8位準雙向I/O口，P3口除了作為一般的I/O口使用之外，每個引腳都具有第二功能。外部RAM(I/O口地址)0000HFFFFH外部數(shù)據(jù)存儲器外部ROM內(nèi)部ROM(EA=1)外部ROM(EA=0)0000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFH程序存儲器90H98H特殊功能寄存器通用RAM區(qū)位尋址區(qū)00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH80H88HA0HA8HB0HB8HD0HE0HF0H特殊功能寄存器地址內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器工作寄存器區(qū)8051單片機的存儲

12、器配置單片機的存儲器配置 片內(nèi)ROM和片外ROM。 片內(nèi)RAM和片外RAM。 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，采用選通信號PSEN，而從外部RAM中讀寫數(shù)據(jù)時則采用讀RD和寫WR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內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM 片內(nèi)RAM有256個字節(jié)，其中00H7FH地址空間是直接尋址區(qū)，該區(qū)域內(nèi)從00H1FH地址為工作寄存器區(qū)，安排了4組工作寄

13、存器，每組都為R0R7，在某一時刻，CPU只能使用其中任意一組工作寄存器，由程序狀態(tài)字PSW中RS0和RS1的狀態(tài)決定。 片內(nèi)RAM的20H2FH地址單元為位尋址區(qū)，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，還可進行位操作。 片內(nèi)RAM的80HFFH地址空間是特殊功能寄存器SFR區(qū)，對于51子系列在該區(qū)域內(nèi)安排了21個特殊功能寄存器，對于52子系列則在該區(qū)域內(nèi)安排了26個特殊功能寄器，同時擴展了128個字節(jié)的間接尋址片內(nèi)RAM，地址也為80FFH，與SFR區(qū)地址重迭。 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器中的位地址片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器中的位地址特殊功能寄存器地址及功能表特殊功能寄存器地址及功

14、能表 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，其最大容量可達64KB字節(jié)。 在片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器中，數(shù)據(jù)區(qū)和擴展的I/O口是統(tǒng)一編址的，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。程序存儲器程序存儲器ROM 程序存儲器ROM包括片內(nèi)ROM和片外ROM兩個部分。主要用來存放編好的用戶程序和表格常數(shù)，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

15、地轉(zhuǎn)向片外ROM取指令。當EA接低電平時，所有的取指操作均對片外程序存儲器進 行。8051單片機的單片機的CPU時序時序1 單片機的時鐘電路2 振蕩周期、機器周期、指令周期3 單片機指令的取指和執(zhí)行時序 單片機的時鐘電路單片機的時鐘電路單片機時鐘電路通常有兩種形式：1內(nèi)部振蕩方式：8051單片機片內(nèi)有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器或陶瓷諧振器連接，就構(gòu)成了內(nèi)部自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。2外部振蕩方式：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-51C1C2

16、CYSXTAL2XTAL1MCS-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(guān)系單片機各種周期的相互關(guān)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P21振蕩周期：為單片機提供時鐘信號的振 蕩源的周期。2機器周期：完成一個基本操作所需的時 間，通常為12個振蕩周期。3指令周期：指CP

17、U執(zhí)行一條指令所需要 的時間，一個指令周期通常含有14 個機器周期。 振蕩周期1/12s 機器周期1s 指令周期14s 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 單片機復位電路包括片內(nèi)、片外兩部分。外部復位電路就是為內(nèi)部復位電路提供兩個機器周期以上的高電平而設計的。8051單片機通常采用上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式。單片機運行出錯或進入死循環(huán)時，可按復位鍵重新運行。 C122FRSTR11K+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

18、路C122FRSTR2200803180518751R11K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特殊功能寄存器寄存器初始狀態(tài)初始狀態(tài)特殊功能特殊功能寄存器寄存器初始狀態(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(qū)動8個TTL電路，P1、P2、P3口為準雙向口（作為輸入時，需要先向口鎖存器寫入1，故稱為準雙向口），其負載能力為4個TTL電路。1P0口的結(jié)構(gòu)口的結(jié)構(gòu)VCCP鎖鎖存存器器讀 鎖讀 鎖存器存器地 址地 址 /數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)控制控制D讀 引讀 引腳腳寫 鎖寫 鎖存器存器內(nèi) 部內(nèi) 部總線總線QQM UXT2PT1CL2P1口的結(jié)構(gòu)口的結(jié)構(gòu) VCC P1.X鎖存鎖存器器讀鎖讀鎖存器存器D讀引讀引腳腳寫鎖寫鎖存器存器內(nèi)部內(nèi)部總線總線QQTP1 .X內(nèi) 部 上內(nèi) 部 上拉電阻拉電阻CL3P2口的結(jié)構(gòu)