河南理工大學(xué)萬方科技單片機(jī)第二章1課件

第二章

MCS-51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理《單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)》教學(xué)課件MCS-51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理§

2-1MCS－51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)§2-2MCS－51的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)§2-3專用功能寄存器的SFR§2-4單片機(jī)的工作方式與最小應(yīng)用系統(tǒng)主要內(nèi)容MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、工作原理、引腳功能、工作方式、時(shí)序和最小應(yīng)用系統(tǒng)本章要點(diǎn)：掌握

MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、PSW特殊功能寄存器的使用、引腳功能、最小應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；了解工作時(shí)序及工作方式。MCS-51系列單片機(jī)配置一覽表系列片內(nèi)存儲(chǔ)器（字節(jié)）定時(shí)器計(jì)數(shù)器并行I/O串行I/O中斷源片內(nèi)ROM片內(nèi)RAM無有ROM有EPROMIntelMCS-51子系列803180C31805180C51(4K字節(jié))875187C51(4K字節(jié))128字節(jié)2x164x8位15IntelMCS-52子系列803280C32805280C52(8K字節(jié))875287C52(8K字節(jié))256字節(jié)3x164x8位16ATEML89C系列(常用型)1051(1K)/2051(2K)/4051(4K)（20條引腳DIP封裝）1282151589C51(4K)/89C52(8K)（40條引腳DIP封裝）128/2562/33215/6《單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)》教學(xué)課件一、MCS-51內(nèi)部結(jié)構(gòu)并行口串行通信ROM4KB時(shí)鐘電路RAM128計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8051CPU控制邏輯可編程I/O口可編程全雙工串行口外部時(shí)鐘圖2-18051的功能部件圖外部中斷《單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)》教學(xué)課件二、

CPU主要功能：產(chǎn)生各種控制信號(hào)，去控制存儲(chǔ)器、輸入／輸出端口的數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及位操作處理等。

（一）運(yùn)算器組成：運(yùn)算器由算術(shù)邏運(yùn)算部件ALU、累加器Acc、暫存器、程序狀態(tài)字寄存器PSW、BCD碼運(yùn)算調(diào)整電路等組成。對(duì)數(shù)據(jù)完成算術(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算、循環(huán)移位、位處理。特點(diǎn)：▼它是16位的按機(jī)器周期自動(dòng)加1計(jì)數(shù)器▼一切分支/跳轉(zhuǎn)/調(diào)用/中斷/復(fù)位

等操作的本質(zhì)就是:改變PC值▼總指向下一條指令所在首地址(當(dāng)前PC值)1．程序計(jì)數(shù)器PC(ProgramCounter)

一個(gè)16位的專用寄存器，用來存放下一條指令的地址。它具有自動(dòng)加1的功能。

2．指令寄存器

一個(gè)8位的寄存器，用于暫存待執(zhí)行的指令，等待譯碼。3．指令譯碼器

對(duì)指令寄存器中的指令進(jìn)行譯碼，分析它的功能，并根據(jù)功能產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。4．?dāng)?shù)據(jù)指針DPTR

是一個(gè)16位的地址指針寄存器。它主要用來存放16位地址，作間址寄存器使用?？捎脕碓L問64K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O端口。

DPTR也可以拆成兩個(gè)獨(dú)立8位寄存器，即DPH（高8位字節(jié)）和DPL（低8位字節(jié)），分別占據(jù)83H和82H兩個(gè)地址。（1）時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)XTAL1,XTAL2:接外部晶振的兩個(gè)引腳。MCS-51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，此放大器的輸入和輸出端分別是引腳XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接時(shí)鐘源即可構(gòu)成時(shí)鐘電路。（1）時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)XTAL1,XTAL2:接外部晶振的兩個(gè)引腳。單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。有內(nèi)部和外部?jī)煞N時(shí)鐘產(chǎn)生方式。單片機(jī)的生產(chǎn)工藝不同，接法也不同。設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，晶體和電容應(yīng)盡可能安裝在單片機(jī)芯片附近，以減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定和可靠工作。（2）CPU的時(shí)序80C51的片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘發(fā)生器CPU總是按照一定的時(shí)鐘節(jié)拍與時(shí)序工作：振蕩周期（時(shí)鐘周期）：晶振頻率fosc（或外加頻率）的倒數(shù)狀態(tài)周期：2個(gè)振蕩周期機(jī)器周期：完成一個(gè)規(guī)定操作所需要的時(shí)間。如，取指令、存儲(chǔ)器讀、存儲(chǔ)器寫等；1個(gè)機(jī)器周期=6個(gè)狀態(tài)周期=12個(gè)振蕩周期指令周期:

執(zhí)行一條指令所需的機(jī)器周期數(shù)

1個(gè)機(jī)器周期=12個(gè)振蕩周期；

1個(gè)指令周期=1、2或4個(gè)機(jī)器周期思考：若采用12MHz的晶振頻率，其機(jī)器周期=？《單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)》教學(xué)課件通常，每個(gè)機(jī)器周期中，ALE兩次有效，第一次出現(xiàn)在S1P2和S2P1期間，第二次出現(xiàn)在S4P2和S5P1期間。CPU取指、執(zhí)行時(shí)序每條指令的執(zhí)行都可以包括取指令和執(zhí)行兩個(gè)階段。在取指階段，根據(jù)程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容，

CPU從內(nèi)部或外部ROM中取出指令操作碼及操作數(shù)，然后再執(zhí)行這條指令。按指令執(zhí)行時(shí)間分類：?jiǎn)沃芷?、雙周期、四周期按指令所占字節(jié)數(shù)分類：?jiǎn)巫止?jié)、雙字節(jié)、三字節(jié)單字節(jié)單周期指令指令特點(diǎn):在程序存儲(chǔ)器ROM中僅占一個(gè)存儲(chǔ)單元。在ALE第一次有效(S2P1)時(shí),從ROM中讀取指令的操作碼，送入指令寄存器IR中，PC加一，并譯碼執(zhí)行，在ALE第二次有效時(shí),封鎖PC加一，并丟棄第二次讀的操作碼。指令寄存器譯碼地址譯碼程序計(jì)數(shù)器地址寄存器累加器A運(yùn)算器①②存儲(chǔ)器內(nèi)部數(shù)據(jù)總線外部地址總線AB數(shù)據(jù)緩沖器外部數(shù)據(jù)總線DB寄存器區(qū)外部控制總線CB內(nèi)部控制信號(hào)時(shí)鐘及清零單片機(jī)的工作過程取指過程例:MOVA,#09H74H

09H;把09H送到累加器A中執(zhí)行過程PC=0000H0001H0000H0002H0111010000001001(PC)(PC)0001H0002H0000H外部控制總線CB取指過程(PC)執(zhí)行過程你知道PC的作用嗎？五、MCS-51單片機(jī)的引腳及其功能AT89S52DIP40封裝（1）Vcc（40腳）,GND（20腳）

正電源端與接地端不同的單片機(jī)可以允許不同的工作電壓（+5V/3.3V/2.7V)，不同的單片機(jī)表現(xiàn)出的功耗也不同。（2）XTAL1（19腳）,XTAL2（18腳）

片內(nèi)振蕩電路輸入/輸出端對(duì)AT89S51/S52單片機(jī)，通常外接一個(gè)晶振兩個(gè)20或30pf電容，一個(gè)12M或11.0592MHz的晶振《單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)》教學(xué)課件（3）RST/VPD(9腳)、ALE/PROG(30腳)

、EA/Vpp

(31腳)

、PSEN(29腳)控制信號(hào)引腳。RST/VPD：復(fù)位（正脈沖有效）/備用電源引腳復(fù)位使單片機(jī)進(jìn)入某種確定的初始狀態(tài)

退出處于節(jié)電工作方式的停頓狀態(tài)、退出一切程序進(jìn)程、退出程序的死循環(huán)，從頭開始。Vcc掉電期間，此引腳可接備用電源，能保護(hù)片內(nèi)RAM中的內(nèi)容不丟失。無論是HMOS型還是CHMOS型的單片機(jī)，在振蕩器正在運(yùn)行的情況下，復(fù)位是靠在RST引腳上施加持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期的高電平來實(shí)現(xiàn)的。MCS-51單片機(jī)通常采用的簡(jiǎn)單復(fù)位電路有：上電自動(dòng)復(fù)位、外部脈沖復(fù)位、上電+按鈕電平復(fù)位、程序運(yùn)行監(jiān)視復(fù)位等方式。簡(jiǎn)單復(fù)位電路+5V10uF10kVccRSTGND上電復(fù)位10uF10kVccRSTGND上電+按鈕復(fù)位1k+5V《單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)》教學(xué)課件程序運(yùn)行監(jiān)視復(fù)位程序運(yùn)行監(jiān)視復(fù)位通常是由各種類型的程序監(jiān)視定時(shí)器WDT（WatchdogTimer）俗稱為“看門狗”實(shí)現(xiàn)。WDT可保證程序非正常運(yùn)行（如程序“飛逸”、“死機(jī)”）時(shí)，能及時(shí)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，恢復(fù)程序正常運(yùn)行?！翱撮T狗”工作原理：在規(guī)定時(shí)間內(nèi)必須至少“喂狗”一次，即復(fù)位“看門狗”。否則“看門狗”電路將復(fù)位單片機(jī)。實(shí)現(xiàn)：可在軟件的合適地方加一條“喂狗”指令，使看門狗的定時(shí)時(shí)間永遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)置。WDT通常有幾種實(shí)現(xiàn)方法供用戶選擇：1）單片機(jī)內(nèi)部帶有的WDT功能單元（如：S51）2）選擇μP（microprocessor）監(jiān)視控制器件，這些器件中大多有WDT電路，如Max705芯片等。μP監(jiān)視控制器件MAX705/706、DS1232等DS1232（看門狗）是DALLAS公司生產(chǎn)的一種微機(jī)監(jiān)控電路芯片。主要功能：產(chǎn)生上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，監(jiān)視電源電平，監(jiān)視軟件運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)程序運(yùn)行出現(xiàn)飛車時(shí)，產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。TD引腳連接至定時(shí)時(shí)間地（GND）150ms懸空600ms電源（Vcc）1200ms看門狗定時(shí)器定時(shí)時(shí)間設(shè)置Tol：電源檢測(cè)選擇端Tol接地，電源電壓跌至4.75V以下產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)Tol接VCC，電源電壓跌至4.5V以下產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)注意：保證看門狗定時(shí)器計(jì)數(shù)溢出前復(fù)位看門狗定時(shí)器89S51看門狗功能的使用方法在ATMEL的89S51系列的89S51與89C51功能相同，指令兼容。89S51比89C51增加了一個(gè)看門狗功能。要激活A(yù)T89S51/52的看門狗功能，只需依次向WDTRST寄存器（SFR地址為0A6H）單元送入#01EH和#0E1H即可，使看門狗定時(shí)計(jì)數(shù)器工作。

AJMPMAIN

;啟動(dòng)看門狗MAIN:MOV0A6H,#01EH;先送1E

MOV0A6H,#0E1H;后送E1;主程序START:

.....

ACALLWDT;調(diào)用復(fù)位看門狗子程序

....

AJMPSTART;主程序********;復(fù)位看門狗子程序WDT:MOV0A6H,#01EH;先送1E

MOV0A6H,#0E1H;后送E1

RETEND注意事項(xiàng)：1．89S51的看門狗必須由程序激活后才開始工作。所以必須保證CPU有可靠的上電復(fù)位。否則看門狗也無法工作。2．看門狗使用的是CPU的晶振。在晶振停振的時(shí)候看門狗也無效。3．89S51只有14位計(jì)數(shù)器。在16383個(gè)機(jī)器周期內(nèi)必須至少喂狗一次。而且這個(gè)時(shí)間是固定的，無法更改。當(dāng)晶振為12M時(shí)每16個(gè)毫秒需喂狗一次。ALE/PROG（30腳）:

地址鎖存允許/編程脈沖輸入端。

P0口尋址外部低8位地址時(shí)接外部鎖存器74ls373的G端；

ALE端平時(shí)會(huì)輸出周期正脈沖：

ffosc/6；

對(duì)片內(nèi)ROM編程時(shí)編程脈沖由此端加入。（指并行編程模式）EA/Vpp（31腳）:尋址外部ROM控制端/編程電源輸入端。低電平有效，片內(nèi)無ROM時(shí)必須接地；片內(nèi)有ROM時(shí)可以接高電平，也可以接低電平；接低電平時(shí)，只訪問片外ROM，接高電平時(shí)，訪問片內(nèi)ROM，超范圍時(shí)，訪問片外ROM對(duì)S51/S52單片機(jī)，若不擴(kuò)展ROM，/EA要接+5V

對(duì)片內(nèi)ROM編程時(shí)編程正電源加到此端。（指并行編程模式）PSEN（29腳）：尋址外部程序存儲(chǔ)器時(shí)選通外部EPROM的讀控制端（OE），低電平有效。單片機(jī)鎖存器74LS373P0.0-P0.7ALEPSENP2.0-P2.48D8QOEA8-A12A0-A7D0