單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)及原理(2章)_第1頁
單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)及原理(2章)_第2頁
單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)及原理(2章)_第3頁
單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)及原理(2章)_第4頁
單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)及原理(2章)_第5頁
已閱讀5頁,還剩72頁未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)主講:梁德勝聯(lián)系方式:dsliang@辦公地點(diǎn):教五樓408室

2023/2/212.1MCS-51系列概述

MCS-51是Intel公司生產(chǎn)的一個單片機(jī)系列名稱,按資源的配置數(shù)量,MCS-51系列又分為51和52兩個子系列,并以芯片型號的最末位數(shù)字作為標(biāo)志。其中,51子系列是基本型,而52子系列則屬增強(qiáng)型。

﹡8051/8751/8031;

﹡8052/8752/8032;

﹡80C51/87C51/80C31

﹡80C52/87C52/80C32等

第2章MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)51和C51的區(qū)別是制造工藝的不同51中各個類型的區(qū)別主要在于ROM的種類和有無分2023/2/22MCS-51系列單片機(jī)分類表子系列片內(nèi)ROM形式片內(nèi)ROM容量片內(nèi)RAM容量尋址范圍I/O特性中斷源無ROMEPROM計(jì)數(shù)器并行口串行口51子系列8031805187514KB128B2×64KB2×164×81580C3180C5187C514KB128B2×64KB2×164×81552子系統(tǒng)8032805287528KB256B2×64KB3×164×81680C3280C5287C528KB256B2×64KB3×164×8162023/2/2352子系列功能增強(qiáng)的具體方面表現(xiàn)在:

(1)片內(nèi)ROM從4KB增加到8KB。

(2)片內(nèi)RAM從128B增加到256B。

(3)定時(shí)/計(jì)數(shù)器從2個增加到3個。

(4)中斷源從5個增加到6個。2023/2/24﹡無ROM(即ROMLess)型,應(yīng)用時(shí)要在片外擴(kuò)展程序存儲器;﹡掩膜ROM(即MaskROM)型,用戶程序由芯片生產(chǎn)廠寫入;﹡EPROM型,用戶程序通過寫入裝置寫入,通過紫外線照射擦除;﹡

FlashROM型,用戶程序可以電寫入或擦除(當(dāng)前常用方式)。片內(nèi)ROM存儲器配置形式2023/2/252.1.1引腳信號

圖為MCS-51系列單片機(jī)引腳圖及邏輯符號,它們?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的40腳DIP(

Dualln-linePackage,雙列直插式封裝)封裝。

2023/2/262023/2/272023/2/28

電源引腳Vcc和VssVcc:電源端,接+5V。Vss:接地端。時(shí)鐘電路引腳XTAL1和XTAL2XTAL1:接外部晶振和微調(diào)電容的一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入,若使用外部TTL時(shí)鐘時(shí),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(shí)鐘時(shí),該引腳為外部時(shí)鐘的輸入端。地址鎖存允許ALE/PROG

系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí),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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與低位地址的復(fù)用。對于EPROM單片機(jī),在EPROM編程期間PROG接收編程脈沖。

2023/2/29

外部程序存儲器讀選通信號PSEN

是讀外部程序存儲器的選通信號,低電平有效。

程序存儲器地址允許輸入端EA/VPP

當(dāng)EA為高電平時(shí),CPU執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令,但當(dāng)PC中的值超過0FFFH時(shí),將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲器指令。當(dāng)EA為低電平時(shí),CPU只執(zhí)行片外程序存儲器指令。對于EPROM單片機(jī),在EPROM編程期間VPP引腳加21V電源。復(fù)位信號RST/VPD

該RST信號高電平有效,在輸入端保持兩個機(jī)器周期的高電平后,就可以完成復(fù)位操作。

VCC掉電期間,此VPD引腳接備用電源。2023/2/2101.

輸入/輸出口引腳P0、P1、P2和P3

P0口(P0.0~P0.7):該端口為漏極開路的8位準(zhǔn)雙向口,它為8位地址線和8位數(shù)據(jù)線的復(fù)用端口。

P1口(P1.0~P1.7):它是一個內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。

P2口(P2.0~P2.7):它為一個內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。在訪問外部程序存儲器時(shí),它作存儲器的高8位地址線。

P3口(P3.0~P3.7):P3口同樣是內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口,P3口除了作為一般的I/O口使用之外,其還具有特殊功能。2023/2/2112.1.2

MCS-51單片機(jī)的片外總線結(jié)構(gòu)地址鎖存器CBI/OA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0DBABP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESETP3.0P3.1P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7VSSVCC

P0.0P0.1P0.2P0.3P0.5P0.6P0.7EAALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P3.2MCS-51片外總線結(jié)構(gòu)示意圖2023/2/212MCS-51單片機(jī)采用三總線結(jié)構(gòu):(1)地址總線(AB):地址總線寬度為16位,由P0口經(jīng)地址鎖存器提供低8位地址(A0-A7);P2口直接提供高8位地址(A8~A15)。(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)控制總線(CB):控制總線隨時(shí)掌握各種部件的狀態(tài),并根據(jù)需要向有關(guān)部件發(fā)出命令。2023/2/2132.2MCS-51單片機(jī)內(nèi)部

MCS-51單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。

MCS-51單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖ROMRAM振蕩器及定時(shí)電路4KB程序存儲器128B數(shù)據(jù)存儲器2個16位定時(shí)器/事件計(jì)數(shù)器CPU64KB總線擴(kuò)展控制可編程串行口可編程I/O中斷中斷頻率基準(zhǔn)源計(jì)數(shù)器串行輸入串行輸出并行I/O口控制2023/2/214MCS-51單片機(jī)內(nèi)部主要包含下列幾個部件:u

一個8位CPU;u

一個時(shí)鐘電路;u

4Kbyte程序存儲器;u

128byte數(shù)據(jù)存儲器;u

兩個16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器;u

64Kbyte擴(kuò)展總線控制電路;u

四個8-bit并行I/O端口;u

一個可編程串行接口;五個中斷源,其中包括兩個優(yōu)先級嵌套中斷;2023/2/215MCS-51單片機(jī)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖2023/2/2161.CPUCPU即中央處理器的簡稱,是單片機(jī)的核心部件,它完成各種運(yùn)算和控制操作,CPU由運(yùn)算器和控制器兩部分電路組成。(1)運(yùn)算器電路運(yùn)算器電路包括ALU(算術(shù)邏輯單元)、ACC(累加器)、B寄存器、狀態(tài)寄存器、暫存器1和暫存器2等部件,運(yùn)算器的功能是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。還具有位處理器。

(2)控制器電路控制器電路包括程序計(jì)數(shù)器PC、PC加1寄存器、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(shí)與控制電路等??刂齐娐吠瓿芍笓]控制工作,協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分正常工作。

2023/2/2172.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

MCS-51單片機(jī)片內(nèi)有兩個16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器,即定時(shí)器0和定時(shí)器1。它們可以用于定時(shí)控制、延時(shí)以及對外部事件的計(jì)數(shù)和檢測等。3.存儲器

MCS-51系列單片機(jī)的存儲器包括數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器,其主要特點(diǎn)是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的尋址空間是相互獨(dú)立的,物理結(jié)構(gòu)也不相同。內(nèi)部ROM容量4K字節(jié)(000H~0FFFH),內(nèi)部RAM容量128字節(jié)(00H~7FH)2023/2/218并行I/O口

MCS-51單片機(jī)共有4個8位的I/O口(P0、P1、P2和P3),每一條I/O線都能獨(dú)立地用作輸入或輸出。P0口為三態(tài)雙向口,能帶8個TTL門電路,P1、P2和P3口為準(zhǔn)雙向口,負(fù)載能力為4個TTL門電路。5.串行I/O口

MCS-51單片機(jī)具有一個采用通用異步工作方式的全雙工串行通信接口,可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。6.中斷控制系統(tǒng)

8051共有5個中斷源,即外中斷2個,定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷2個,串行中斷1個。2023/2/2197.時(shí)鐘電路

MCS-51芯片內(nèi)部有時(shí)鐘電路,但晶體振蕩器和微調(diào)電容必須外接。時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列,振蕩器的頻率范圍為1.2MHz~12MHz,典型取值為6MHz。8.總線以上所有組成部分都是通過總線連接起來,從而構(gòu)成一個完整的單片機(jī)。系統(tǒng)的地址信號、數(shù)據(jù)信號和控制信號都是通過總線傳送的,總線結(jié)構(gòu)減少了單片機(jī)的連線和引腳,提高了集成度和可靠性。

2023/2/2202.3MCS-51的輸入/輸出(I/O)口一、P0口的結(jié)構(gòu)P0口的一位邏輯結(jié)構(gòu)圖,它由一個鎖存器、兩個三態(tài)輸入緩沖器、一個多路復(fù)用開關(guān)以及控制電路和驅(qū)動電路等組成。通用I/O必須外接上拉電阻為什么要加鎖存器?輸入為什么要用三態(tài)?2023/2/2211、P0用作通用I/O口

當(dāng)系統(tǒng)不進(jìn)行片外的ROM擴(kuò)展,也不進(jìn)行片外RAM擴(kuò)展時(shí),P0用作通用I/O口。在這種情況下,單片機(jī)硬件自動使控制C=0,MUX開關(guān)接向鎖存器的反相輸出端。另外,與門輸出的“0”使輸出驅(qū)動器的上拉場效應(yīng)管T1處于截止?fàn)顟B(tài)。因此,輸出驅(qū)動級工作在需外接上拉電阻的漏極開路方式。

2023/2/222作輸出口時(shí),CPU執(zhí)行口的輸出指令,內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)在“寫鎖存器”信號CP的作用下由D端進(jìn)入鎖存器,經(jīng)鎖存器的反向端送至場效應(yīng)管T2,再經(jīng)T2反向,在P0.X引腳出現(xiàn)的數(shù)據(jù)正好是內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)。

作輸入口時(shí),數(shù)據(jù)可以讀自口的鎖存器,也可以讀自口的引腳。這要根據(jù)輸入操作采用的是“讀鎖存器”指令還是“讀引腳”指令來決定。2023/2/223

CPU在執(zhí)行“讀—修改—寫”類輸入指令時(shí)(如:ANLP0,A),內(nèi)部產(chǎn)生的“讀鎖存器”操作信號,使鎖存器Q端數(shù)據(jù)進(jìn)入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線,在與累加器A進(jìn)行邏輯運(yùn)算之后,結(jié)果又送回P0的口鎖存器并出現(xiàn)在引腳。讀口鎖存器可以避免因外部電路原因使原口引腳的狀態(tài)發(fā)生變化造成的誤讀。2023/2/224

CPU在執(zhí)行“MOV”類輸入指令時(shí)(如:MOVA,P0),內(nèi)部產(chǎn)生的操作信號是“讀引腳”。注意,在執(zhí)行該類輸入指令前要先把鎖存器寫入“1”,使場效應(yīng)管T2截止,使引腳處于懸浮狀態(tài),可以作為高阻抗輸入。否則,在作為輸入方式之前曾向鎖存器輸出過“0”,則T2導(dǎo)通會使引腳箝位在“0”電平,使輸入高電平“1”無法讀入。所以,P0口在作為通用I/O口時(shí),屬于準(zhǔn)雙向口。2023/2/2252、P0用作地址/數(shù)據(jù)總線

當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行片外的ROM擴(kuò)展或進(jìn)行片外RAM擴(kuò)展,P0用作地址/數(shù)據(jù)總線。在這種情況下,單片機(jī)內(nèi)硬件自動使C=1,MUX開關(guān)接向反相器的輸出端,這時(shí)與門的輸出由地址/數(shù)據(jù)線的狀態(tài)決定。

2023/2/226CPU在執(zhí)行輸出指令時(shí),低8位地址信息和數(shù)據(jù)信息分時(shí)地出現(xiàn)在地址/數(shù)據(jù)總線上。P0.X引腳的狀態(tài)與地址/數(shù)據(jù)線的信息相同。CPU在執(zhí)行輸入指令時(shí),首先低8位地址信息出現(xiàn)在地址/數(shù)據(jù)總線上,P0.X引腳的狀態(tài)與地址/數(shù)據(jù)總線的地址信息相同。然后,CPU自動地使轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX撥向鎖存器,并向P0口寫入FFH,同時(shí)“讀引腳”信號有效,數(shù)據(jù)經(jīng)緩沖器進(jìn)入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。可見,P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時(shí)是一個真正的雙向口。2023/2/227二、

P2口的結(jié)構(gòu)

P2口位結(jié)構(gòu)圖。P2口是一個8位準(zhǔn)雙向I/O口,具有兩種功能。一是作通用I/O口用,與P1口相似。二是作擴(kuò)展系統(tǒng)的高8位地址總線,輸出高8位地址,與P0口一起組成16位地址總線。2023/2/2281、P2用作通用I/O口

CPU在執(zhí)行輸出指令時(shí),內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)在“寫鎖存器”信號的作用下由D端進(jìn)入鎖存器,經(jīng)反相器反相后送至場效應(yīng)管T,再經(jīng)T反相,在P2.X引腳出現(xiàn)的數(shù)據(jù)正好是內(nèi)部總線的數(shù)據(jù)。P2口用作輸入時(shí),數(shù)據(jù)可以讀自口的鎖存器,也可以讀自口的引腳。這要根據(jù)輸入操作采用的是“讀鎖存器”指令還是“讀引腳”指令來決定。2023/2/229CPU在執(zhí)行“讀—修改—寫”類輸入指令時(shí)(如:ANLP2,A),內(nèi)部產(chǎn)生的“讀鎖存器”操作信號使鎖存器Q端數(shù)據(jù)進(jìn)入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線,在與累加器A進(jìn)行邏輯運(yùn)算之后,結(jié)果又送回P2的口鎖存器并出現(xiàn)在引腳。CPU在執(zhí)行“MOV”類輸入指令時(shí)(如MOVA,P2),內(nèi)部產(chǎn)生的操作信號是“讀引腳”。應(yīng)在執(zhí)行輸入指令前要把鎖存器寫入“1”,從而使引腳處高阻抗輸入狀態(tài)。所以,P2口在作為通用I/O口時(shí),屬于準(zhǔn)雙向口。2023/2/2302、P2用作地址總線

單片機(jī)內(nèi)硬件使控制C=1,MUX開關(guān)接向地址線,這時(shí)P2.X引腳的狀態(tài)正好與地址線的信息相同。2023/2/231三、P1口的結(jié)構(gòu)

P1口的位結(jié)構(gòu):P1口是一個專用的8位準(zhǔn)雙向I/O口,只具有通用輸入/輸出口功能,每一位都能設(shè)定為輸入或輸出。2023/2/232

由圖可見,P1口由一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動電路組成。輸出驅(qū)動電路與P2口相同,內(nèi)部設(shè)有上拉電阻。

P1口是通用的準(zhǔn)雙向I/O口。輸出高電平時(shí),不必再接上拉電阻。當(dāng)口用作輸入時(shí),須向口鎖存器寫入1。2023/2/233四、

P3口的結(jié)構(gòu)P3口是一個8位準(zhǔn)雙向I/O口,除具有與P1口同樣的功能(即可以作通用I/O口使用)外,還具有第二功能。2023/2/2341、P3用作第一功能的通用I/O口

當(dāng)P3口做通用I/O口使用時(shí),單片機(jī)內(nèi)部的硬件自動將第二功能輸出線的W=1。作為輸出時(shí),鎖存器的狀態(tài)(Q端)與輸出引腳的狀態(tài)相同;作為輸入時(shí),也要先向口鎖存器寫入1,使引腳處于高阻輸入狀態(tài)。輸入的數(shù)據(jù)在“讀引腳”信號的作用下,進(jìn)入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。P3口在作為通用I/O口時(shí),也屬于準(zhǔn)雙向口。2023/2/2352、P3用作第二功能使用

P3口作為第二功能使用時(shí),內(nèi)部硬件自動將口鎖存器的Q端置1。這時(shí):

P3.0:RXD(串行口輸入);P3.1:TXD(串行口輸出);P3.2:外部中斷0輸入;P3.3:外部中斷1輸入;P3.4:T0(定時(shí)器0的外部輸入);P3.5:T1(定時(shí)器1的外部輸出);P3.6:(片外數(shù)據(jù)存儲器“寫”選通控制輸出);P3.7:(片外數(shù)據(jù)存儲器“讀”選通控制輸出)。2023/2/2362.4單片機(jī)的時(shí)鐘電路和時(shí)序1、單片機(jī)時(shí)鐘電路通常有兩種形式:1)內(nèi)部振蕩方式:MCS-51單片機(jī)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(shí)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(shí)鐘信號引入單片機(jī)內(nèi)。

2023/2/237

(a)內(nèi)部方式時(shí)鐘電路

(b)外接時(shí)鐘電路

XTAL2XTAL1MCS-51C1C2CYSXTAL2XTAL1MCS-51+5VVSSTTL外部時(shí)鐘源2023/2/2382.指令時(shí)序(1)振蕩周期振蕩周期指為單片機(jī)提供定時(shí)信號的振蕩源的周期或外部輸入時(shí)鐘的周期。(2)時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期是振蕩周期的兩倍,是對振蕩器2分頻的信號,又稱狀態(tài)周期,用S來表示。一個時(shí)鐘周期分為兩個節(jié)拍,P1和P2節(jié)拍。P1節(jié)拍通常完成算術(shù)邏輯操作,P2節(jié)拍通常完成內(nèi)部寄存器間數(shù)據(jù)的傳遞。2023/2/239(3)機(jī)器周期

一個機(jī)器周期由6個狀態(tài)組成,即S1~S6。如果把一條指令的執(zhí)行過程分作幾個基本操作,則將完成一個基本操作所需的時(shí)間稱作機(jī)器周期。單片機(jī)的單周期指令執(zhí)行時(shí)間就為一個機(jī)器周期。2023/2/240(4)指令周期指令周期即執(zhí)行一條指令所占用的全部時(shí)間,MCS-51單片機(jī)的指令周期通常為1~4個機(jī)器周期。一個機(jī)器周期包含12個晶蕩周期或6個時(shí)鐘周期

指令的執(zhí)行時(shí)間稱作指令周期(單、雙、四周期)2023/2/241若MCS-51單片機(jī)外接晶振為12MHz時(shí),則單片機(jī)的四個周期的具體值為:振蕩周期時(shí)鐘周期機(jī)器周期指令周期=1/12MHz=1/12μs=0.0833μs=1/6μs=0.167μs=1μs=1~4μs2023/2/242再讀下一條指令再讀下一條指令XTAL2(OSC)P2S1ALE讀操作碼讀下一個操作碼(丟棄)讀第二字節(jié)(a)單字節(jié),單周期指令例:MOVAR1(d)單字節(jié),雙周期指令,如MOVXP1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P2S5P2S6P2S1P1P1P1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P2S6P2S1S2P1P1P1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S1讀操作碼P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1讀下一個操作碼(丟棄)(b)雙字節(jié),單周期指令例:ADDAdir(c)單字節(jié),雙周期指令例:INCDPTR讀操作碼(MOVX)讀下一個操作碼(丟棄)無取指無ALE無取指地址數(shù)據(jù)(DATA)訪問外部存儲器P2S1讀操作碼P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1P2S3P1P2S4P1P2S5P1P2S6P1P2S1P1P2S2P1取指和執(zhí)行時(shí)序2023/2/2432.5單片機(jī)復(fù)位電路及復(fù)位狀態(tài) 1.復(fù)位及復(fù)位電路復(fù)位目的是使單片機(jī)或系統(tǒng)中的其它部件處于某種確定的初始狀態(tài)。

RST引腳是復(fù)位信號輸入端,復(fù)位信號為高電平有效,其有效時(shí)間應(yīng)至少持續(xù)兩個機(jī)器周期(24個振蕩周期)以上才能完成復(fù)位操作。CPU在第二個機(jī)器周期內(nèi)執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位操作,以后每個機(jī)器周期重復(fù)一次,直至RST端電平變低。在單片機(jī)復(fù)位期間,AlE和PSEN信號都不產(chǎn)生。復(fù)位操作將對部分專用寄存器產(chǎn)生影響。2023/2/244

單片機(jī)復(fù)位電路包括片內(nèi)、片外兩部分。外部復(fù)位電路就是為內(nèi)部復(fù)位電路提供兩個機(jī)器周期以上的高電平而設(shè)計(jì)的。MCS-51單片機(jī)通常采用上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。

在通電瞬間,由于RC的充電過程,在RST端出現(xiàn)一定寬度的正脈沖,只要該正脈沖保持10ms以上,就能使單片機(jī)自動復(fù)位,在6MHz時(shí)鐘時(shí),通常C1取22μF,R2取200Ω,R1取1KΩ,這時(shí)能可靠的實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位和手動復(fù)位。2023/2/245上電復(fù)位電路按鍵與上電復(fù)位

2023/2/246復(fù)位后:PC=0000H,所以程序從0000H地址單元開始執(zhí)行;啟動后,片內(nèi)RAM為隨機(jī)值,運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi)RAM的內(nèi)容;特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)是確定的:P0~P3=FFH,各口可用于輸出,也可用于輸入;SP=07H,第一個入棧內(nèi)容將寫入08H單元;IP、IE和PCON的有效位為0,各中斷源處于低優(yōu)先級且均被關(guān)斷、串行通訊的波特率不加倍;PSW=00H,當(dāng)前工作寄存器為0組。2.單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)單片機(jī)運(yùn)行出錯或進(jìn)入死循環(huán)時(shí),可按復(fù)位鍵重新運(yùn)行。21個特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值.2023/2/247特殊功能寄存器初始狀態(tài)特殊功能寄存器初始狀態(tài)A00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HPC0000HTH100HDPTR0000HTL100HP0~P3FFHSBUF××××××××BIP×××00000BSCON00HIE0××00000BPCON0×××××××B單片機(jī)復(fù)位后特殊功能寄存器的狀態(tài)2023/2/2482.6單片機(jī)的低功耗方式

對于MCS-51系列機(jī)型來說,它們有待機(jī)方式和掉電保護(hù)方式兩種低功耗方式。通過設(shè)置電源控制寄存器PCON的相關(guān)位可以確定當(dāng)前的低功耗方式。PCON寄存器格式如下:

其中SMOD:波特率倍增位

GF0,GF1:通用標(biāo)志位

PD:掉電方式位,PD=1為掉電方式

IDL:待機(jī)方式位,IDL=1為待機(jī)方式位序

B7

B6

B5B4B3B2B1B0位符號SMOD

///GF1GF0PDIDL2023/2/2491.

待機(jī)方式將PCON寄存器的IDL位置“1”,單片機(jī)則進(jìn)入待機(jī)方式。通常在待機(jī)方式下,單片機(jī)的中斷仍然可以使用,這樣可以通過中斷觸發(fā)方式退出待機(jī)模式。2.

掉電保護(hù)方式將PCON寄存器的PD位置“1”,單片機(jī)則進(jìn)入掉電保護(hù)方式。如果單片機(jī)檢測到電源電壓過低,此時(shí)除進(jìn)行信息保護(hù)外,還需將PD位被置“1”,使單片機(jī)進(jìn)入掉電保護(hù)方式。2023/2/2502.7MCS-C51存儲器MCS-51存儲器分成兩大類:RAM:CPU在運(yùn)行時(shí)能隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入和讀出,但在關(guān)閉電源時(shí),其所存儲的信息將丟失。它用來存放暫時(shí)性的輸入輸出數(shù)據(jù)、運(yùn)算的中間結(jié)果或用作堆棧。ROM:一種寫入信息后不易改寫的存儲器。斷電后,ROM中的信息保留不變。用來存放固定的程序或數(shù)據(jù),如系統(tǒng)監(jiān)控程序、常數(shù)表格等。

2023/2/2512.7.1程序存儲器

在MCS-51系列中,程序存儲器包括片內(nèi)和片外程序存儲器兩個部分。其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(jì)數(shù)器PC作為地址指針,故尋址空間為64KB。在8051中,其片內(nèi)有4K字節(jié)的ROM存儲單元,地址為0000H~0FFFH。8751有4K字節(jié)的EPROM,而8052和8752則有8K字節(jié)的片內(nèi)存儲器。8031和8032無片內(nèi)程序存儲器,所以片內(nèi)程序存儲器的有無是區(qū)分芯片的主要標(biāo)志。

2023/2/2520000H:單片機(jī)復(fù)位后,PC=0000H,程序從0000H開始執(zhí)行指令。0003H:外部中斷0入口地址。000BH:定時(shí)器0中斷入口地址。

0013H:外部中斷1入口地址。001BH:定時(shí)器1中斷入口地址。0023H:串行口中斷入口地址。在系統(tǒng)中斷響應(yīng)之后,將自動轉(zhuǎn)到各中斷入口地址處執(zhí)行程序,而中斷服務(wù)程序一般無法存放于幾個單元之內(nèi),因此在中斷入口地址處往往存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令進(jìn)行跳轉(zhuǎn),以便執(zhí)行中斷服務(wù)程序。

在程序存儲器中,以下6個單元具有特殊含義:2023/2/253

2.7.2MCS-C51的程序存儲器配置程序存儲器(ROM)2023/2/254

程序存儲器(ROM)2023/2/255

對于8051和8751除了片內(nèi)的4K字節(jié)的程序存儲器外,片外還有16位地址擴(kuò)展總線擴(kuò)展64K字節(jié)的程序存儲器,兩者統(tǒng)一進(jìn)行編址,當(dāng)EA端接“1”時(shí),片內(nèi)程序存儲器占用0000H~0FFFH,故外部程序存儲器尋址范圍為1000H~FFFFH。當(dāng)EA端接“0”時(shí),MCS-51單片機(jī)均從片外存儲器取指,這時(shí)片外程序存儲器可以從0000H開始編址,對于8031和8032由于無片內(nèi)程序存儲器,它們的EA

端必須接“0”。2023/2/256

2.7.3MCS-C51的數(shù)據(jù)存儲器配置對于8051單片機(jī),其內(nèi)部共有256個數(shù)據(jù)存儲器單元,其中低128字節(jié)(00H~7FH)為真正的用戶RAM區(qū),其高128字節(jié)(80H~FFH)為特殊功能寄存器區(qū)。

內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器(RAM)外部數(shù)據(jù)存儲器(RAM)2023/2/257片內(nèi)RAM詳圖2023/2/258

在低128字節(jié)存儲單元中,前32個單元(00H~1FH)作為工作寄存器使用,這32個寄存器分作4組,每組由8個通用寄存器(R0~R7)組成,組號依次為0、1、2和3。通過對程序狀態(tài)字中RS1和RS0的設(shè)置,可以決定選用哪一組工作寄存器,通常沒有選中的單元也可作為一般的數(shù)據(jù)緩存使用。系統(tǒng)上電復(fù)位時(shí),默認(rèn)選中第0組寄存器。一、工作寄存器區(qū)2023/2/259低端32個字節(jié)分成4個工作寄存器組,每組8個單元。PSW的RS1、RS0決定當(dāng)前工作寄存器組號

寄存器0組:地址00H~07H;寄存器1組:地址08H~0FH;寄存器2組:地址10H~17H;寄存器3組:地址18H~1FH。組號RS1RS0R0R1R2R3R4R5R6R700000H01H02H03H04H05H06H07H10108H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH21010H11H12H13H14H15H16H17H31118H19H1AH1BH1CH1DH1EH1FH2023/2/260二、位尋址區(qū)在工作寄存器后的16個數(shù)據(jù)單元(20H~2FH),它們既可以作為一般的數(shù)據(jù)單元使用,也可以按位對每個單元進(jìn)行操作,因此這16個數(shù)據(jù)單元又稱作位尋址區(qū)。位尋址區(qū)共計(jì)128位,其位地址為00H~7FH。如何區(qū)分訪問的是位地址還是字節(jié)地址?2023/2/2612023/2/262三、通用RAM區(qū)位尋址區(qū)之后的30H至7FH共80個字節(jié)為通用RAM區(qū)。這些單元可以作為數(shù)據(jù)緩沖器使用。這一區(qū)域的操作指令非常豐富,數(shù)據(jù)處理方便靈活。在實(shí)際應(yīng)用中,常需在RAM區(qū)設(shè)置堆棧。80C51的堆棧一般設(shè)在30H~7FH的范圍內(nèi)。棧頂?shù)奈恢糜蒘P寄存器指示。復(fù)位時(shí)SP的初值為07H,在系統(tǒng)初始化時(shí)可以重新設(shè)置。如:MOVSP,#30H2023/2/263內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的高128個單元是為專用寄存器提供的,因此該區(qū)也稱作特殊功能寄存器區(qū)(SFR),它們主要用于存放控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)。除去程序計(jì)數(shù)器PC外,還有21個特殊功能寄存器,其地址空間為80H~FFH。這21個寄存器中有11個特殊功能寄存器具有位尋址能力,它們的字節(jié)地址剛好能被8整除。下面將對部分專用寄存器作簡要介紹。

四、特殊功能寄存器區(qū)(SFR)2023/2/264與運(yùn)算器相關(guān)3個

ACC

B

PSW與定時(shí)/計(jì)數(shù)器相關(guān)6個

TH0,TL0

TH1,TL1

TMODTCON指針類3個

SP

DPH,DPL與口相關(guān)7個

P0,P1,P2,P3

SBUFSCON

PCON與中斷相關(guān)2個

IE

IP2023/2/265符號單元地址名稱位地址符號地址*ACCE0H累加器ACC.7~ACC.0E7H~E0H*BF0H乘法寄存器B.7~B.0F7H~F0H*PSWD0H程序狀態(tài)字PSW.7~PSW.0D7H~D0H

SP81H堆棧指針

DPL82H數(shù)據(jù)存儲器指針(低8位)

DPH83H數(shù)據(jù)存儲器指針(高8位)

*IEA8H中斷允許控制器IE.7~I(xiàn)E.0AFH~A8H*IPB8H中斷優(yōu)先控制器IP.7~I(xiàn)P.0BFH~B8H*P080H通道0P0.7~P0.087H~80H*P190H通道1P1.7~P1.097H~90H*P2A0H通道2P2.7~P2.0A7H~A0H*P3B0H通道3P3.7~P3.0B7H~B0H

PCON87H電源控制及波特率選擇

*SCON98H串行口控制SCON.7~SCON.09FH~98H

SBUF99H串行數(shù)據(jù)緩沖器

*TCON88H定時(shí)控制TCON.7~TCON.08FH~88H

TMOD89H定時(shí)器方式選擇

TL08AH定時(shí)器0低8位

TL18BH定時(shí)器1低8位

TH08CH定時(shí)器0高8位

TH18DH定時(shí)器1高8位

MCS-51特殊功能寄存器一覽表*:可位尋址的特殊功能寄存器2023/2/266特殊功能寄存器地址及功能表2023/2/2671、累加器ACC

累加器為8位寄存器,是程序中最常用的專用寄存器,在指令系統(tǒng)中累加器的助記符為A。大部分單操作數(shù)指令的操作取自累加器,很多雙操作數(shù)指令的一個操作數(shù)也取自累加器。加、減乘和除等算術(shù)運(yùn)算指令的運(yùn)算結(jié)果都存放在累加器A或AB寄存器中,在變址尋址方式中累加器被作為變址寄存器使用。在MCS-51中由于只有一個累加器,而單片機(jī)中的大部分?jǐn)?shù)據(jù)操作都是通過累加器進(jìn)行的,故累加器的使用是十分頻繁的。2023/2/2682、B寄存器

B寄存器為8位寄存器,主要用于乘除指令中。乘法指令的兩個操作數(shù)分別取自累加器A和寄存器B,其中B為乘數(shù),乘法結(jié)果的高8位存放于寄存器B中。除法指令中,被除數(shù)取自A,除數(shù)取自B,除法的結(jié)果商數(shù)存放于A,余數(shù)存放于B中。在其它指令中,B寄存器也可作為一般的數(shù)據(jù)單元來使用。2023/2/269

程序狀態(tài)字是一個8位寄存器,它包含程序的狀態(tài)信息。在狀態(tài)字中,有些位狀態(tài)是根據(jù)指令執(zhí)行結(jié)果,由硬件自動完成設(shè)置的,而有些狀態(tài)位則必須通過軟件方法設(shè)定。PSW中的每個狀態(tài)位都可由軟件讀出。3、程序狀態(tài)字PSW程序狀態(tài)字PSW的各狀態(tài)位定義

P/

OVRS0

RS1F0ACCY位標(biāo)志PSW.0PSW.1PSW.2PSW.3PSW.4PSW.5PSW.6PSW.7位序2023/2/270

(1)CY:進(jìn)位標(biāo)志位在執(zhí)行某些算術(shù)和邏輯指令時(shí),可以被硬件或軟件置位或清零。在算術(shù)運(yùn)算中它可作為進(jìn)位標(biāo)志,在位運(yùn)算中,它作累加器使用,在位傳送、位與和位或等位操作中,都要使用進(jìn)位標(biāo)志位。(2)

AC:輔助進(jìn)位標(biāo)志進(jìn)行加法或減法操作時(shí),當(dāng)發(fā)生低四位向高四位進(jìn)位或借位時(shí),AC由硬件置位,否則AC位被置“0”。在進(jìn)行十進(jìn)制調(diào)整指令時(shí),將借助AC狀態(tài)進(jìn)行判斷。(3)用戶標(biāo)志位F0

該位為用戶定義的狀態(tài)標(biāo)記,用戶根據(jù)需要用軟件對其置位或清零,也可以用軟件測試F0來控制程序的跳轉(zhuǎn)。(4)RS1和RS0:寄存器區(qū)選擇控制位該兩位通過軟件置“0”或“1”來選擇當(dāng)前工作寄存器區(qū)。2023/2/271(5)OV:溢出標(biāo)志位當(dāng)執(zhí)行算術(shù)指令時(shí),由硬件置位或清零來指示溢出狀態(tài)。在帶符號的加減運(yùn)算中,OV=1表示加減運(yùn)算結(jié)果超出了累加器A所能表示的符號數(shù)有效范圍(-128~+127),即運(yùn)算結(jié)果是錯誤的,反之,OV=0表示運(yùn)算正確,即無溢出產(chǎn)生。無符號數(shù)乘法指令MUL的執(zhí)行結(jié)果也會影響溢出標(biāo)志,若置于累加器A和寄存器B的兩個數(shù)的乘積超過了255,則OV=1,反之OV=0。由于乘積的高8位存放于B中,低8位存放于A

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論