片机原理及应用第二讲.ppt
MCS-51单片机的硬件结构（二）MCS-51单片机的存储器结构 并行I/O端口 时钟电路与时序 MCS-51的复位和复位电路,第 二 讲,一、MCS-51的微处理器,1、运算器,由运算器和控制器组成,（1）算术逻辑运算单元ALU 功能强大，能进行8位的逻辑“与”、“或”、“异或”、循环、求补和清零以及算术加、减、乘、除等基本运算，同时还可进行位处理，置位、清零、求补、“与”、“或”等位操作。,（2）累加器A 8位，可写成Acc。使用最频繁的一个寄存器，进位标志Cy，又是位处理器的累加器。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,（3）寄存器B 一般寄存器，常用于乘、除法操作中。乘法：两数放于A、B中，运算结果存放在BA中。除法：被除数放A中，除数放B中，其运算结果 商在A中，余数在B中。,（4）程序状态寄存器PSW 8位，属特殊功能寄存器。很重要，须牢记。格式如下:(字节地址为 D0H),Cy,Ac,F0,RS1,RS0,OV,-,P,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,PSW,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,RS1、RS0：4组工作寄存器区选择控制位。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,2、控制器,单片机运行的控制部件，由程序计数器、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令译码器等逻辑控制电路组成。,（1）程序计数器PC 一个基本的寄存器，也是一个独立的计数器，存放着下一条将要从程序存储器中取出的指令的地址。,（2）指令寄存器IR、指令译码器及控制逻辑电路 存放指令操作码的专用寄存器，输出给指令译码器进行译码，译码结果送控制逻辑电路，发出各种控制信号。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,二、MCS-51存储器的结构,MCS-51单片机的程序存储器和数据存储器空间截然分开，各自有其寻址方式、寻址空间和控制系统。寻址能力分别达64KB。可分为：程序存储器、内部数据存储器、特殊功能寄存器、位地址空间、外部数据存储器共五类。,1、程序存储器 用于存放应用程序和表格之类的固定常数。最大空间为64KB（片内和片外之和）。程序存储器的应用时应注意以下两点：（1）EA引脚接高、低电平，确定CPU是访问片内还是访问片外程序存储器。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,EA引脚接高电平，程序将从片内程序存储器开始执行，当PC值超出片内容量时，自动转向片外程序存储器空间。EA引脚接低电平，只能用片外的程序存储器，即程序将从片外程序存储器中开始执行。,（2）程序存储器的开始部分的一些单元固定用于中断源的中断服务程序的入口地址，如下规定：,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,注意：MCS-51单片机复位后，PC值为0000H，因此 程序是从0000H开始执行的。两条读程序存储器指令：MOVC A,A+DPTR MOVC A,A+PC,2、内部数据存储器 片内数据存储器（RAM）共有128个字节，其结构可用图示说明。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,用户RAM区（堆栈、数据缓冲区）,可位寻址区,第3组工作寄存器区R0R7,第1组工作寄存器区R0R7,第0组工作寄存器区R0R7,第2组工作寄存器区R0R7,00H07H,08H0FH,10H17H,18H1FH,20H2FH,30H7FH,片内地址：,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,3、特殊功能寄存器（SFR）,CPU对各种功能部件的控制是用特殊功能寄存器来实现的。共有21个，其地址分布在80HFFH范围内。,见书2122页，各特殊功能寄存器符号、名称以及地址。今后将逐步熟悉和应用这些寄存器。,（1）堆栈指针SP MCS-51单片机的堆栈应用与一般微处理器一样。这里堆栈区在片内RAM中，SP指向堆栈顶。SP的复位初始值为07H。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,（2）数据指针DPTR 16位寄存器，由SFR中两个独立的8位寄存器DPH和DPL组成。,（3）端口P0P3 特殊功能寄存器P0P3为I/O端口P0P3对应的锁存器。,（4）串行数据缓冲器SBUF 用于存放发送或接收的串行数据，实际上是两个寄存器，一个为发送寄存器，一个为接收寄存器，共用一个地址和符号。,（5）定时器/计数器 两个16位定时器/计数器T0、T1分别由四个8位SFR寄存器TH1、TL1、TH0、TL0组成。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,4、位地址空间,在RAM和SFR中共有211个位地址，位地址范围在00HFFH。片内RAM中，字节地址为20H2FH单元中，位地址为00H7FH。其余83个在SFR中字节地址尾数为0或8H的存储器中。参见书2425页 表2-3、表2-4。,5、外部数据存储器 指扩展的数据存储器，可达64KB。片内有128个字节，与扩展的没关系，相互独立。这与程序存储器不同。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,0000H,0000H,0000H,00H,0FFFH,0FFFH,1000H,FFFFH,FFFFH,7FH,80H,FFH,片内程序存储器,片外程序存储器,片内数据存储器,片外数据存储器,程序存储器,数据存储器,（EA=1）,（EA=0）,EPROM,特殊功能存储器,片内RAM,RAM（I/O）,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,三、并行I/O端口,P0、P1、P2、P3，四个双向8位端口。,1、P0口：字节地址：80H；位地址：80H87H。某位结构如下：,P0.X,Vcc,D,CP,Q,Q,MUX,内部总线,写入,锁存器,读锁存器,读引脚,地址/数据,控制,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,2、P1口 字节地址：90H；位地址：90H97H。准双向口：作输出口时，无需再接上拉电阻。作输入口时，先写入“1”，后读。,3、P2口 字节地址：A0H；位地址：A0HA7H。准双向口：为系统提供高8位地址。也可用作通用 的I/O口，输入，也先写入“1”，后读。,4、P3口 字节地址：B0H；位地址：B0HB7H。准双向口：常用它的第二功能。也可用作通用的 I/O口，输入，也先写入“1”，后读。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,四、时钟电路与时序,1、时钟电路 两种方式,（1）内部时钟方式 常用方式，晶振频率范围通常在1.2MHz12MHz 之间。,803180518751,XTAL1,XTAL2,C1,C2,晶振,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,（2）外部时钟方式 使用外部振荡脉冲信号，连接方式如下：,XTAL2,XTAL1,Vss,TTL,Vcc,外部时钟信号,（3）时钟信号的输出 见书24页，图2.16,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,2、机器周期和指令周期,（1）时钟周期 晶体振荡频率fosc的倒数，即Tosc=1/fosc,（2）机器周期 CPU完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。MCS-51单片机定义每12个时钟周期为一个机器周期，并将其分为6个状态（S1S6），每个状态又分成2拍（P1、P2）。见书33页，图2-14,（3）指令周期 执行一条指令所需的时间。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,说明：MCS-51单片机指令按字节分为单字节、双字节、三字节指令。MCS-51指令系统中大部分是单字节和双字节指令。若按执行时间来分为单周期、双周期，只有乘、除法为4个机器周期。指令时序，分为取指令阶段和指令执行阶段。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,五、MCS-51的复位和复位电路,1、复位操作,在MCS-51单片机的RESET引脚上加2个以上机器周期的高电平，即可达到复位。复位后PC值为0000H，单片机从此单元开始执行程序，RAM内容不受影响，其他寄存器内容见下表所示。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,复位时片内各寄存器的状态：,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,2、复位电路,通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。可见书35、36页几种常用简单的复位电路。,本章思考题,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,1、说明MCS-51单片机的引脚EA的作用，该引脚接高电平和低电平时各有何种功能？,内外程序存储器选择控制端（片内程序存储器选择引脚）。接高电平时，片内程序存储器为地址低端4KB ROM/EPROM（即0000H0FFFH）；接低电平时，不使用片内程序存储器（不管有无），只访问片外程序存储器，8031此引脚接地。,2、通过堆栈操作实现子程序的调用，首先就要把（）的内容入栈，以进行断点保护。调用返回时，再进行出栈保护，把保护的断点送回到（）。,3、内部RAM中，位地址为30H的位，该位所在字节地址为：,26H 4、若A中的内容为63H，那么，P标志位的值为：0 5、在MCS-51单片机中，如果采用6MHz晶振，一个机器周期为：12/6*106=2 u S,6、程序存储器的空间里，有5个单元是特殊的，这5个单元对应MCS-51单片机5个中断入口地址，请写出这些单元的地址以及对应的中断源。7、如果手中仅有一台示波器，可通过观察哪个引脚的状态，来大致判断MCS-51单片机正在工作？,8、判断下列说法是否正确：,（1）、8031的CPU是由RAM和EPROM所组成。（2）、区分片外程序存储器和片外数据存储器的最可 靠的方法是看其位于地址范围的低端还是高端。（3）、在MCS-51单片机中，为使准双向的I/O 口工作 在输入方式，必须保证他被事先预置为1。（4）、PC可看成是程序存储器的地址指针。（5）、DPTR是可以访问的，而PC不能访问。（6）、DPTR和PC都是16位寄存器。（7）、DPTR和PC都具有加1功能。（8）、DPTR可以分成2个8位的寄存器使用，但PC不能。续下,（9）、程序计数器PC不能为用户编程时直接使用，因 为它没有地址。（10）、内部RAM的位寻址区，只能供位寻址使用，而 不能供字节寻址使用。（11）、8031共有21个特殊功能寄存器，他们的位都 是可用软件设置的，因此，是可以进行位寻 址的。（12）、PC的值是当前指令的前一条指令的地址。（13）、PC的值是当前正在执行指令的地址。（14）、PC的值是下一条指令的地址。（15）、特殊功能寄存器SP内装的是栈顶首地址单元 的内容。,
