单片机原理及应用PPT电子教案第二章 MCS51的硬件结构.ppt

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1、2023/3/5,Email:,1,单片机原理及应用,主讲：覃业梅中南林业科技大学涉外学院,第二章 MCS-51的硬件结构,2023/3/5,2,MCS-51单片机的基本组成,结构框图如下图所示，可以看出，在一块芯片上集成了一个微型计算机的主要部件，它包括以下几部分：1个8位微处理器(CPU)。1个时钟电路。4KB程序存储器。256B数据存储器。2个16位定时/计数器。64KB扩展总线控制电路。4个8位并行I/O接口P0P3。1个全双工串行I/O接口。5个中断源，其中包括2个优先级嵌套中断。,2023/3/5,3,MCS-51单片机的硬件结构,CPU,2023/3/5,4,2023/3/5,5

2、,单片机实验仿真系统,2023/3/5,6,MCS-51的引脚,P1.0 P1.7,P3.0 P3.7,P0.0 P0.7,P2.7 P2.0,RST,GND,VCC,XTAL2,XTAL1,EA,ALE,PSEN,P3的第二功能,EA=1时 片内,输出fosc/6访问外部时锁存,PSEN 时 选通外部存储器,2023/3/5,7,CPU,2023/3/5,8,CPU运算器,算术逻辑运算ALU累加器APSW是一个8位的特殊功能寄存器，它用于存放程序运行的状态信息。,2023/3/5,9,2023/3/5,10,CPU控制器,程序计数器PC是一个16位的计数器，它存放的内容是下一条要执行的指令的

3、地址。它的寻址范围为64K（即0000HFFFFH）。指令寄存器IR和指令译码器ID IR存放指令操作码,PC只是CPU内部的一个跟踪指令地址的电路，所以PC是没有地址的，即不能对PC进行寻址。,2023/3/5,11,时钟电路与时序,2023/3/5,12,（1）时钟周期振荡频率（2）机器周期完成一个基本操作所需要的时间。MCS-51每12个时钟周期为一个机器周期。一个机器周期由6个状态，即S1S6，每个状态分2拍：P1、P2。（3）指令周期执行一条指令所需的全部时间。MCS-51单片机的指令周期通常由14个机器周期组成。,2023/3/5,13,CPU时序,思考计算,当振荡频率为12M时，

4、一个机器周期是多少时间？,因为：频率1周期，周期1频率所以：振荡周期112（微秒）又，1个机器周期是12个振荡周期，所以，1个机器周期112121（微秒）。,当振荡频率为6M时，一个机器周期是多少时间？,2023/3/5,14,2023/3/5,15,S1P1 P2,S2P1 P2,S3P1 P2,S4P1 P2,S5P1 P2,S6P1 P2,S1P1 P2,ALE,振荡器,ALE每有效1次，对应1次读指令的操作,2023/3/5,16,2023/3/5,17,复位操作与复位电路,RST引脚加大于2个机器周期的高电平单片机复位后的工作状态,2-6,2023/3/5,18,程器序计数,累加器,

5、寄存器B,程序状态字,堆栈指针,数据指针,数据锁存器,中断优先控制寄存器,中断允许控制寄存器,2023/3/5,19,定时器方式选择寄存器,定时器控制寄存器,定时器0低8位,定时器0高8位,定时器1低8位,定时器1高8位,串行口控制寄存器,串行口数据缓冲寄存器,波特率选择寄存器,2023/3/5,20,复位电路,2023/3/5,21,存储器,1 程序存储器程序存储器ROM用来存放程序、常数或表格等。在8051中，片内外ROM统一编址,其存储空间分布如下：片内有4KB的ROM存储单元，地址为0000H0FFFH。片外最多可扩至64KB的ROM，地址为0000HFFFFH。/EA=1时读片内，/

6、EA=0时读片外。8051单片机内部有4KB的掩膜ROM、8751单片机内部有4KB的EPROM，而8031内部没有程序存储器，必须外接程序存储器。某些单元被固定用于各中断源的入口地址。,/INT0 0003HT0 000BH/INT1 0013HT1 001BH串口 0023H,2023/3/5,22,2 数据存储器 MCS-51系列单片机数据存储器分内部数据存储器（即片内RAM）、外部数据存储器（即片外RAM）和特殊功能寄存器（SFR）。,2023/3/5,23,2-5,a、内部数据存储器,由PSW的RS0、RS1决定,16个单元128个位,2023/3/5,24,b、特殊功能寄存器SFR

7、（又称专用寄存器）,这21个特殊功能寄存器详情见表2-2。堆栈及堆栈指针SP（1）堆栈的概念 堆栈遵循“先进后出”的原则堆栈就是在数据存储器中开辟一块区域（堆栈区），这块开辟的区域中一端是固定的，一端是活动的，数据进入堆栈区时只能从活动的一端进入，并且从活动的一端出来。我们把堆栈区活动端叫做栈顶，固定端叫栈底。,注意：P0-P3寄存器是接口P0-P3的锁存器,堆栈有保护断电及现场的作用,2023/3/5,25,（2）堆栈指针SPSP是一个8位的特殊功能寄存器，它里面存放的是栈顶的地址。将一个字节压入堆栈成为进栈，进栈前SP自动加1，使堆栈指针指向当前的栈顶位置，而进栈的字节就存放在栈顶的位置。

8、将一个字节从栈顶弹出称为出栈，出栈后SP自动减1。c、位寻址空间 内RAM中的20H2FH单元中128个位 SFR中可位寻址的有11个的88个位 见表2-3、2-4d、外部数据存储器 外部数据存储器最多可扩至64KB。,2023/3/5,26,2023/3/5,27,存储器结构,2023/3/5,28,物理上分为两大区域：00H-7FH即低128单元内RAM;80H-FFH即SFR区。,2023/3/5,29,并行I/O端口,P0并行数据输入/出；数据总线，低8位地址总线P1并行数据输入/出P2并行数据输入/出；高8位地址总线P3并行数据输入/出；第二功能：控制P0口只有在数据传送时芯片内外才接通，其余处于隔离状态P1P3都有上拉电阻，作输入口使用时，要向其先写入1，使输出驱动电路的FET截止。,