微機原理及應用 02 引腳及內部組成 2015

1、第 二 講 MCS-51單片機的引腳和內部結構(教材2.12.3節(jié))1微機原理及應用Principle and Applications of Micro-Computers教學目的: 了解MCS-51單片機的基本結構要求: 掌握MCS-51單片機的各引腳功能, 內部結構和主要功能單 元的作用難點: 主要功能單元的作用外觀外觀MCS-51單片機的封裝單片機的封裝MCS-51單片機的引腳功能單片機的引腳功能內部內部MCS-51單片機的內部結構單片機的內部結構MCS-51單片機內部功能部件的作用單片機內部功能部件的作用MCS-51單片機單片機I/O端口的結構和操作方法端口的結構和操作方法內容202

2、2-5-73MCS-51 單片機主要功能特點單片機主要功能特點8 位的 CPU， 片內有振蕩器和時鐘電路,工作頻率為 112MHz（Atmel 89Cxx為024MHz）片內有 128/256字節(jié) RAM片內有 0K/4K/8K字節(jié) 程序存儲器ROM可尋址片外 64K字節(jié) 數據存儲器RAM可尋址片外 64K字節(jié) 程序存儲器ROM片內 21/26個 特殊功能寄存器（SFR）4個8位 的并行I/O口（PIO）1個 全雙工串行口（SIO/UART）2/3個16位 定時器/計數器（TIMER/COUNTER）可處理 5/6個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級內置1個布爾處理器和1個布爾累加器（Cy）MCS-51指

3、令集含 111條指令2022-5-74MCS-51 系列單片機配置一覽表系列片內存儲器（字節(jié)）定時器計數器并行I/OI/O串行I/OI/O中斷源片內ROMROM片內RAMRAM無有ROMROM有EPROMEPROMIntelIntelMCS-51MCS-51子系列8031803180C3180C318051805180C5180C51(4K(4K字節(jié)) )8751875187C5187C51(4K(4K字節(jié)) )128128字節(jié)2x162x164x84x8位1 15 5IntelIntelMCS-52MCS-52子系列8032803280C3280C328052805280C5280C52(8

4、K(8K字節(jié)) )8752875287C5287C52(8K(8K字節(jié)) )256256字節(jié)3x163x164x84x8位1 16 6ATEMLATEML89C89C系列( (常用型) )10511051(1K)(1K)/ / 20512051(2K)(2K)/ / 40514051(4K)(4K)（2020條引腳DIPDIP封裝）1281282 215151 15 589C5189C51(4K)(4K)/ / 89C5289C52(8K)(8K)（4040條引腳DIPDIP封裝）128128/256/2562/32/332321 15/65/62022-5-75MCS-51單片機的封裝(常見

5、的形式)DIP40(40-pins Dual In-line Package, 腳距2.54mm)PLCC44 (44-lead Plastic Leaded Chip Carrier, 腳距1.27mm)PQFP44 (Plastic Quad Flat Package 腳距0.8mm)1標記標記202140DIP40實物和引腳排列實物和引腳排列1標記標記71718282939PLCC44實物和引腳排列實物和引腳排列1標記標記111222233334PQFP44實物和引腳排列實物和引腳排列2022-5-76DIP40封裝規(guī)格腳距腳距(見教材refs.9, p.25)2022-5-77PLCC

6、44封裝的規(guī)格腳距腳距(見教材refs.9, p.25)2022-5-78PQFP44封裝的規(guī)格腳距腳距(見教材refs.9, p.26)2022-5-79MCS-51單片機引腳及名稱 三種封裝形式的引腳布局不同三種封裝形式的引腳布局不同, 但對應功能完全相同但對應功能完全相同!123 P1.0 P1.1P1.2P0.0 (AD0)4039Vcc4P1.35P1.46P1.57P1.68P1.79RST1011(RXD) P3.0(TXD) P3.11213(INT0) P3.2(INT1) P3.31415(T0) P3.4(T1) P3.51617(WR) P3.6(RD) P3.7181

7、9XTAL2XTAL120GNDP0.1 (AD1)38P0.2 (AD2)37P0.3 (AD3)36P0.4 (AD4)35P0.5 (AD5)34P0.6 (AD6)33P0.7 (AD7)32P2.7 (A15)28P2.6 (A14)27P2.5 (A13)26P2.4 (A12)25P2.3 (A11)24P2.2 (A10)23P2.1 (A9)22P2.0 (A8)21EA/Vpp31ALE/PROG30PSEN29PDIP40Port 0Port 2Port 3Port 1電源引腳 (2個)Vcc (電源正極電源正極)GND/Vss (電源地電源地)可編程I/O引腳 (32個

8、) P0(P0.07), P1(P1.07), P2(P2.07), P3(P3.07)控制和時鐘引腳 (6個)時鐘引腳時鐘引腳: XTAL1(輸輸入入), XTAL2控制引腳控制引腳: RST, EA/VP, ALE/PROG, PSEN2022-5-710四個控制引腳的功能描述RST 高電平有效高電平有效; 有效寬度大于有效寬度大于2個機器周期個機器周期 決定決定MCS-51單片機處于兩個狀態(tài)單片機處于兩個狀態(tài): 復位復位狀態(tài)和運行狀態(tài)狀態(tài)和運行狀態(tài)EA/VP (VP僅在寫入/編程片內ROM時有用) 當當MCS-51單片機位于復位狀態(tài)時單片機位于復位狀態(tài)時, EA的的電平決定進入運行狀態(tài)時

9、從電平決定進入運行狀態(tài)時從片內片內的的0000H (EA=“1”)或或片外片外擴展的擴展的0000H (EA=“0”) 開始開始執(zhí)行程序執(zhí)行程序ALE/PROG (PROG僅在寫入/編程片內ROM時有用) 低低8位地址鎖存使能信號位地址鎖存使能信號; 高電平有效高電平有效 (使使用方法見下例用方法見下例)PSEN 擴展的程序存儲器讀擴展的程序存儲器讀/輸出使能信號輸出使能信號; 低電低電平有效平有效 (使用方法見下例使用方法見下例)123 P1.0 P1.1P1.2P0.0 (AD0)4039Vcc4P1.35P1.46P1.57P1.68P1.79RST1011(RXD) P3.0(TXD)

10、 P3.11213(INT0) P3.2(INT1) P3.31415(T0) P3.4(T1) P3.51617(WR) P3.6(RD) P3.71819XTAL2XTAL120GNDP0.1 (AD1)38P0.2 (AD2)37P0.3 (AD3)36P0.4 (AD4)35P0.5 (AD5)34P0.6 (AD6)33P0.7 (AD7)32P2.7 (A15)28P2.6 (A14)27P2.5 (A13)26P2.4 (A12)25P2.3 (A11)24P2.2 (A10)23P2.1 (A9)22P2.0 (A8)21EA/Vpp31ALE/PROG30PSEN29PDIP

11、402022-5-711四組8位I/O端口的功能描述 四個端口均支持： 8位雙向可編程I/O; 支持字節(jié)操作(P0); 支持單個位操作 (Pi.j) P0端口 第二功能: 分時復用作為低8位地址總線和8位數據總線 (見下例見下例) P1端口 部分衍生的MCS-51單片機中, P1.i具有第二功能, 如8052, W77E58 P2端口 第二功能: 高8位地址總線 (見下例見下例) P3端口 第二功能: 每個引腳有不同第二功能, 見教材p.12的表2-2 (見下例見下例)123 P1.0 P1.1P1.2P0.0 (AD0)4039Vcc4P1.35P1.46P1.57P1.68P1.79RST

12、1011(RXD) P3.0(TXD) P3.11213(INT0) P3.2(INT1) P3.31415(T0) P3.4(T1) P3.51617(WR) P3.6(RD) P3.71819XTAL2XTAL120GNDP0.1 (AD1)38P0.2 (AD2)37P0.3 (AD3)36P0.4 (AD4)35P0.5 (AD5)34P0.6 (AD6)33P0.7 (AD7)32P2.7 (A15)28P2.6 (A14)27P2.5 (A13)26P2.4 (A12)25P2.3 (A11)24P2.2 (A10)23P2.1 (A9)22P2.0 (A8)21EA/Vpp31A

13、LE/PROG30PSEN29PDIP402022-5-712擴展工作模式下各引腳功能 (示例)片內無程序存儲器片內無程序存儲器地址鎖存器地址鎖存器程序存儲器程序存儲器數據存儲器數據存儲器地址總線地址總線數據總線數據總線控制信號控制信號8031的片內無程序存儲器的片內無程序存儲器. 問問:可以把圖中的可以把圖中的EA/VP引腳接引腳接Vcc嗎嗎? 為什么為什么?外觀外觀MCS-51單片機的封裝單片機的封裝MCS-51單片機的引腳功能單片機的引腳功能內部內部MCS-51單片機的內部結構單片機的內部結構MCS-51單片機內部功能部件的作用單片機內部功能部件的作用MCS-51單片機單片機I/O端口的

14、結構和操作方法端口的結構和操作方法內容2022-5-714MCS-51單片機的內部結構MCS-51單片機的基本內核包括控制、運算單元和基本寄存器控制、運算單元和基本寄存器ALU, PC, 布爾(位)處理器; SP, ACC, PSW, DPTR存儲器存儲器程序存儲器數據存儲器和特殊功能寄存器(SFR)I/O部件部件I/O端口鎖存器和I/O接口單元特殊功能單元: 定時/計數器, 串行收發(fā)器, 中斷邏輯2022-5-715MCS-51 單片機功能框圖單片機功能框圖內部結構控制邏輯I/OACCRAMROM2022-5-717ALU, PC的作用ALU的作用算術運算算術運算 (字節(jié)型四則運算字節(jié)型四則

15、運算)邏輯運算邏輯運算 (基本邏輯運算和移位操作基本邏輯運算和移位操作)PC的作用程序執(zhí)行過程的調度程序執(zhí)行過程的調度始終保存著將要執(zhí)行的指令在程序存儲器中地址始終保存著將要執(zhí)行的指令在程序存儲器中地址一點說明一點說明: PC是一個是一個16位的控制寄存器位的控制寄存器, 為了便于說明，其為了便于說明，其高、低字節(jié)分別記為高、低字節(jié)分別記為PC.h、PC.l2022-5-718nMCS-51堆棧設在內部RAM中，是一個按“先進后出”順序、受SP管理的存儲區(qū)域；n在程序中斷、子程序調用等情況下，會用到堆棧來保存斷點和現場（亦可作數據傳送的中轉站）；nMCS-51堆棧深度為128個字節(jié)，系統(tǒng)復位時

16、硬件使SP=07H。用戶可以修改SP來改變堆棧區(qū)位置。 堆棧與堆棧指示器堆棧與堆棧指示器SP（Stack Pointer）2022-5-719特殊功能寄存器特殊功能寄存器(PSW)nP (PSW.0)奇偶標志位。nP=1表示累加器中“1”的個數為奇數nP=0表示累加器中“1”的個數為偶數nCPU隨時監(jiān)視著ACC中的“1”的個數,并反映在PSW中nPSW.1 未定義。CyACF0RS1RS0OV-PPSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0ACC的奇標志位算術運算結果是否溢出的標志位(按符號數即有符號位運算規(guī)則)通用寄存器組選擇控制位(見教材p.15表2-3

17、)標志位低半字節(jié)進/借位字節(jié)進/借位2022-5-720特殊功能寄存器特殊功能寄存器(PSW)nOV (PSW.2)溢出標志位。nOV=1時特指累加器在進行帶符號數(-128+127)運算時出錯（超出范圍）；OV=0時未出錯。CyACF0RS1RS0OV-PPSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0ACC的奇標志位算術運算結果是否溢出的標志位(按符號數即有符號位運算規(guī)則)通用寄存器組選擇控制位(見教材p.15表2-3)標志位低半字節(jié)進/借位字節(jié)進/借位2022-5-721 在有符號數的二進制算術運算中，如果其運算結果超過了機器數所能表示的范圍，并改變了運算

18、結果的符號位，則稱之為溢出，因而OV標志僅對有符號數才有意義。 溢出標志溢出標志OVOV（OverflowOverflow）詳解）詳解2022-5-7220000010100001010 00001111CY0OV00000100011111011 000000110000100001111100 10000100CY1OV0CY0OV11CY1OV11000011111110101 011111001（a）（b）（c）（d）CY為1表示無符號數運算產生溢出，但并不是運算出錯。OV為1表示有符號數運算產生溢出，表示運算出錯。溢出標志溢出標志OV和進位標志和進位標志CY舉例舉例2022-5-72

19、3存儲器存儲器 程序存儲器 分引導程序存儲器和分引導程序存儲器和應用程序存儲器應用程序存儲器存儲容量存儲容量: 064K+引導程序空間引導程序空間(18K)類型類型: FlsahROM, EPROM, OTP ROM, Mask ROM數據存儲器至少具有至少具有128字節(jié)字節(jié), 8032, 8052等具有等具有256字節(jié)字節(jié)部分衍生類型具有更多的片內部分衍生類型具有更多的片內RAM(2568192字節(jié)字節(jié)) 有關有關MCS-51單片機存儲器和特殊功能寄存器的內容在下一講專門介紹單片機存儲器和特殊功能寄存器的內容在下一講專門介紹2022-5-724P0P0端口的結構端口的結構有有I/O功能和第二

20、功能的切換控制功能和第二功能的切換控制I/O功能時輸出用功能時輸出用OC結構結構, 第二功能時用推拉結構第二功能時用推拉結構I/O功能操作與功能操作與P1端口相同端口相同 1 0 D CL Q Q P0.x 內部總線 寫鎖存器 讀引腳 Vcc 讀鎖存器 地址/數據 控制 & P2和和P3端口與端口與P0端口的結構相似端口的結構相似, 不再贅述不再贅述2022-5-725P0P0口口P0.0P0.7: 雙向I/O （內置場效應管上拉） 控制=0，作8位輸入口使用。21DQCK/Q讀引腳讀引腳 =1讀鎖存器讀鎖存器寫鎖寫鎖存器存器內部內部總線總線地址地址/數據數據 控制控制引腳引腳P0.X

21、3400100截截止止截截止止=0Vcc2022-5-726P0P0口口P0.0P0.7: 雙向I/O （內置場效應管上拉） 控制=0，作8位輸出口。數據經由內部總線被存于鎖存器，并向引腳輸出。由于此時T0T0截止，需外接上拉電阻接上拉電阻。21DQCK/Q讀引腳讀引腳讀鎖存器讀鎖存器寫鎖寫鎖存器存器內部內部總線總線地址地址/數據數據 控制控制引腳引腳P0.X3400截截止止=0VccVCC2022-5-727P0P0口口P0.0P0.7: 雙向I/O （內置場效應管上拉） 控制=1，作雙向8位數據口和輸出低8位地址復用口。21DQCK/Q讀引腳讀引腳讀鎖存器讀鎖存器寫鎖寫鎖存器存器內部內部總線總線地址地址/數據數據 控制控制=1引腳引腳P0.X341011=0導導通通截截止止=0Vcc2022-5-728P0口口P0.0P0.7: 雙向I/O （內置場效應管上拉） 控制=1，作雙向8位數據口和輸出低8位地址復用口。21DQCK/Q讀引腳讀引腳讀鎖存器讀鎖存器寫鎖寫鎖存器存器內部內部總線總線地址地址/數據數據 控制控制=1引腳引腳P0.X341100=1截截止止導導通通=1Vcc2022-5-729P1P1端口的結構端口的結構每個位都具有內部上拉電阻每個位都具有內部上拉