單片機(jī)課件第2章教材

第2章MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)原理2.1MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.2MCS-51單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)2.3MCS-51單片機(jī)的引腳信號(hào)2.4MCS-51單片機(jī)工作方式2.5MCS-51單片機(jī)時(shí)鐘電路與時(shí)序2.6MCS-51單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)運(yùn)算器控制器MPUROMRAMI/O外設(shè)接口CBABDB系統(tǒng)時(shí)鐘

ROM并行I/O

RAMCPU串行I/O定時(shí)器/計(jì)數(shù)器外部定時(shí)器件復(fù)位中斷電源圖1-2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)TXDRXDTROMRAMI/O外設(shè)接口DBABCB單片微型計(jì)算機(jī)單片微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)2.1MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)MCS-51家族包括51和52兩個(gè)子系列。51子系列機(jī)包括8031、8051、8751、89C51等，主要差別在于片內(nèi)集成不同類(lèi)型的程序存儲(chǔ)器。52子系列的產(chǎn)品主要有8032、8052、8752。與51子系列的差別主要在于：1.片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器增至256B2.片內(nèi)程序存儲(chǔ)器增至8KB（8032/80C32無(wú)）3.I/O口功能增強(qiáng)（3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，有6個(gè)中斷源）。其他性能均與5l子系列相同。其對(duì)應(yīng)的低功耗CHMOS工藝器件分別為80C32、80C52和87C52。

51兼容機(jī)有NXP、Maxim、Atmel、Infineon（英飛凌）等公司的產(chǎn)品INT0INT1TXDRXDT0P3P2P1P0T1CPUROMRAM定時(shí)器/計(jì)數(shù)器并行接口串行接口中斷系統(tǒng)時(shí)鐘電路8051MCS-51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2.1.1MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖片內(nèi)有哪些功能單元？+1

中央處理器（CPU）；

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）；

程序存儲(chǔ)器（ROM）；

2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；并行I/O口（32根I/O線，4個(gè)P口）；

外部存貯器尋址范圍ROM、RAM各64K；

全雙工串行口；

中斷系統(tǒng)（5個(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)）時(shí)鐘電路。2.1.2中央處理器（CPU）結(jié)構(gòu)2.1.3存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.1.4并行I/O接口2.1.5中斷系統(tǒng)2.1.6定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2.1.5串行I/O接口MCS-51共有4個(gè)8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出。MCS-51單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行口，可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其它設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。2.1.2中央處理器（CPU）結(jié)構(gòu)1．運(yùn)算器運(yùn)算器主要由算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加器（A）、通用寄存器（B）、程序狀態(tài)字（PSW）及兩個(gè)暫存寄存器（TMP）組成。運(yùn)算器的核心是算術(shù)邏輯單元，MCS-51單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)的各種運(yùn)算操作都由其完成。MCS-51單片機(jī)的運(yùn)算操作主要包括：加、減、乘、除運(yùn)算。加1、減1的運(yùn)算。十進(jìn)制調(diào)整。左右移位、半字節(jié)交換。與、或、異或等邏輯運(yùn)算。位操作中的置位、清零和取反等。2．控制器

控制器的主要組成部分包括指令寄存器、指令譯碼器、程序計(jì)數(shù)器（PC）、PC增量（加1）器、定時(shí)與控制邏輯電路等微處理器的基本結(jié)構(gòu)PCARFRALUACCDR寄存器組控制部件指令譯碼器指令寄存器內(nèi)部總線……控制信號(hào)2.2存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖2-48051的存儲(chǔ)器配置圖專用寄存器內(nèi)部RAM00H7FH80HFFH0000HFFFFH內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器必須熟練掌握外部?jī)?nèi)部0000H0FFFH1000HFFFFH程序存儲(chǔ)器EA=1外部EA=01.ROM存儲(chǔ)器空間(1)片內(nèi)RAM存儲(chǔ)器2.RAM存儲(chǔ)器空間(4)片外RAM存儲(chǔ)器(2)特殊功能寄存器SFR(SpecialFunctionRegister)(3)特殊功能寄存器SFR中的位尋址寄存器3.程序計(jì)數(shù)器PC(ProgramCounter)(1)片內(nèi)RAM存儲(chǔ)器圖2-48051內(nèi)部RAM分區(qū)(2)特殊功能寄存器SFR(SpecialFunctionRegister)(4)片外RAM存儲(chǔ)器(3)特殊功能寄存器SFR中的位尋址寄存器3.程序計(jì)數(shù)器PC(ProgramCounter)

程序計(jì)數(shù)器PC(programcounter)是一個(gè)二進(jìn)制16位的程序存儲(chǔ)器地址寄存器，專門(mén)用來(lái)存放下一條需要執(zhí)行指令的地址，能自動(dòng)加1。工作過(guò)程：

CPU執(zhí)行指令時(shí)，先是根據(jù)程序計(jì)數(shù)器PC中的地址從存儲(chǔ)器中取出當(dāng)前需要執(zhí)行的指令碼，并把它送給控制器分析執(zhí)行，隨后程序計(jì)數(shù)器PC中的地址自動(dòng)加1，以便為CPU取下一個(gè)需要執(zhí)行的指令碼作準(zhǔn)備。8051的程序計(jì)數(shù)器PC是16位的，故它的編碼范圍為0000H~FFFFH，共64K。也就是說(shuō)，8051對(duì)程序存儲(chǔ)器的尋址范圍為64KB。需要執(zhí)行程序的機(jī)器碼必須在程序執(zhí)行前預(yù)先一個(gè)一個(gè)字節(jié)地按順序存放到程序存儲(chǔ)器的單元中，并將程序計(jì)數(shù)器PC設(shè)置成程序的第一條指令的內(nèi)存地址：

ORG0000H

累加器(ACC)是一個(gè)具有特殊用途的二進(jìn)制8位寄存器，專門(mén)用來(lái)存放操作數(shù)或運(yùn)算結(jié)果。在CPU執(zhí)行某種運(yùn)算前，兩個(gè)操作數(shù)中的一個(gè)通常應(yīng)放在累加器A中，運(yùn)算完成后累加器A中便可得到運(yùn)算結(jié)果。

MOVA,#03H; 74H03H ADDA,#05H; 24H05HORG0000H匯編語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言0000H0002H0003H0004H0001H74H03H24H05H程序存儲(chǔ)器INT0INT1TXDRXDT0P3P2P1P0T1CPUROMRAM定時(shí)器/計(jì)數(shù)器并行接口串行接口中斷系統(tǒng)時(shí)鐘電路80510000H0002H0003H0004H0001H74H03H24H05H程序存放在片內(nèi)ROMRAMI/O外設(shè)接口DBABCB單片微型計(jì)算機(jī)單片微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)0000H0002H0003H0004H0001H74H03H24H05H程序存放在片外2.3-2.4-2.5MCS-51單片機(jī)的引腳信號(hào)/工作方式/時(shí)鐘電路與時(shí)序PSOP封裝（塑料小型封裝）TSSOP（薄的縮小型SOP）PLCC(PlasticLeadedChipCarrier)2.3.2MCS-51的引腳的邏輯功能電源線VCC、VSS端口線P0.0～P0.7：P0口輸入/輸出口線。P1.0～P1.7：P1口輸入/輸出口線。P2.0～P2.7：P2口輸入/輸出口線。P3.0～P3.7：P3口輸入/輸出口線。ALE

RST

XTAL1和XTAL2

控制線RST復(fù)位信號(hào)MCS-51復(fù)位電路MCS-51單片機(jī)系列采用高電平復(fù)位，信號(hào)持續(xù)時(shí)間在24個(gè)時(shí)鐘周期以上。復(fù)位線RST/VPD復(fù)位后單片機(jī)的初始狀態(tài)復(fù)位電路圖2-9微機(jī)集成復(fù)位監(jiān)督電路復(fù)位方式要掌握的關(guān)鍵問(wèn)題MCS-51機(jī)復(fù)位信號(hào)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位后主要SFR的初值及含義XTAL2XTAL1振蕩電路內(nèi)部時(shí)鐘電路MCS-51時(shí)鐘引腳XTAL1、XTAL2時(shí)鐘電路MCS-51內(nèi)部時(shí)鐘的連接方式內(nèi)部時(shí)鐘方式外部時(shí)鐘方式（a）HMOS單片機(jī)外部時(shí)鐘源電路連接圖（b）CHMOS單片機(jī)外部時(shí)鐘源電路連接圖圖2-14MCS-51外部時(shí)鐘的連接方式80C51實(shí)用復(fù)位電路時(shí)鐘電路實(shí)際系統(tǒng)中的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)1.振蕩周期/時(shí)鐘周期是時(shí)序中最小的時(shí)間單位，由單片機(jī)振蕩電路OSC產(chǎn)生，為時(shí)鐘脈沖頻率的倒數(shù)。XTAL2XTAL1振蕩電路內(nèi)部時(shí)鐘電路MCS-511個(gè)振蕩周期關(guān)于周期的三個(gè)概念2.機(jī)器周期1個(gè)機(jī)器周期=12個(gè)振蕩周期3.指令周期執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間.典型指令的時(shí)序（如E0H）（如E0H）（A3H）（04H）（24H#data）ALE讀片外ROM指令時(shí)序ALEPSENXTAL2XTAL1RST8031時(shí)鐘電路復(fù)位電路0VP3P2P1EA地址鎖存EPROMPSENRAMRDWRP0ALE00H00H20H74H74H74H74H2000H讀片外指令代碼時(shí)序讀片外RAM指令時(shí)序2.5MCS-51應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

MCS-51單片機(jī)片外總線構(gòu)成及系統(tǒng)擴(kuò)展原理框圖2.5MCS-51應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.8051/8751/89C51最小應(yīng)用系統(tǒng)XTAL2XTAL1RST8051/8751/89C51時(shí)鐘電路復(fù)位電路+5VP3P2P1P0EAAT89C51最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例洗衣機(jī)控制器框圖+5V89c51進(jìn)水電磁閥排水電磁閥進(jìn)水排水反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)洗滌漂洗脫水反轉(zhuǎn)控制電路正轉(zhuǎn)控制電路電機(jī)開(kāi)始/暫停洗衣選擇1洗衣選擇2洗衣選擇3水位開(kāi)關(guān)蜂鳴器電路蜂鳴器+5V…MCS-51單片機(jī)的外部三總線結(jié)構(gòu)：鎖存器8031EAPSENRDWRP2ALEP0數(shù)據(jù)線D7~D0低8位地址線A7~A0高8位地址線A15~A8控制線MCS-51外部總線結(jié)構(gòu)2.8031最小應(yīng)用系統(tǒng)XTAL2XTAL1RST8031時(shí)鐘電路復(fù)位電路0VP3P2P1P0EA地址鎖存EPROMPSENALE2.8031最小應(yīng)用系統(tǒng)8031應(yīng)用系統(tǒng)1XTAL2XTAL1RST8031時(shí)鐘電路復(fù)位電路0VP3P2P1P0EA地址鎖存EPROMPSEN8031應(yīng)用系統(tǒng)2RAMRDWRI