微机控制系统与应用2ppt课件.ppt
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1、第二章 MCS-51单片机结构原理,2.1 MCS-51系列单片机概述2.2 硬件结构和引脚功能2.3 中央处理器与存储器组织2.4 复位方式与掉电保护2.5 其它内部资源,1,2.1 MCS-51系列单片机概述,2,微型计算机技术主要形成两大分支 通用微处理器(MPU):用在海量数值计算方面,以满足数字 模拟、仿真、数字信号处理、图像分析、人工智能等领域的要求 微控制机(MCU):用来满足快速实时地信号采集、判断、处理、参数控制,2.1 MCS-51系列单片机概述,什么是单片机?【计算机构成】:CPU(进行运算、控制)、RAM(数据存储)、ROM(程序存储)、输入/输出设备(例如:串行口、并
2、行口等)【单片机(Single Chip Micro Computer)】:是在一个芯片上集成了一台计算机的主要组成部件,如CPU、RAM、ROM(EPROM)、计数/定时器、I/O接口等,高档系列中还集成有A/D、D/A、PWM、高速I/O等扩展部件。,3,4,2.1 MCS-51系列单片机概述,单片机的历史发展过程:第一代单片机(1976年):实现了单个芯片上的计算机集成,以Intel的MCS-48为代表,技术特点是采用了专门的结构设计,将CPU以及外围单元集成在一块芯片上;指令系统设计面向控制功能的要求,具有很强的控制功能。第二代单片机:以Intel的MCS-51系列为代表,技术特点是完
3、善了外部总线;在指令系统中增加了位操作指令;并在指令系统中增加了条件和无条件跳转指令。第三代单片机:技术特点是全速发展单片机的控制功能。这一时期的综合特点是发展了非总线形单片机,尽可能将外围接口电路做在片内形成单片机系统;并推出了具有串行扩展总线的产品;以及发展了具有良好控制功能的控制网络总线。,2.1 MCS-51系列单片机概述,MCS-51系列单片机:由美国Intel公司在20世纪70年代开发,其核心技术公开给Philips,Siemens,AMD,Atmel等著名IC制造厂商,已有100多种型号的51系列单片机问世。20世纪80年代,51系列单片机在我国开始使用,目前已成为家用电器、仪器
4、仪表、工业测控等领域使用的主流单片机。,5,2.1 MCS-51系列单片机概述,6,7,指令:由单片机芯片的设计者规定的一种数字,它与我们常用的指令助记符有着严格的一一对应关系,不可以由单片机的开发者更改。例如:MOV A,R0 机器码为11101000地址:是寻找单片机内部、外部的存储单元、输入输出口的依据。内部单元的地址值已由芯片设计者规定好,不可更改,外部的单元可以由单片机开发者自行决定,但有一些地址单元是一定要有的(详见程序的执行过程)。,【指令、地址、数据】一串0和1组成的序列,2.2 硬件结构和引脚功能,8,数据:这是由微处理机处理的对象。数据在各种不同的应用场合中表达的含义各不相
5、同,一般而言,被处理的数据可能有这么几种情况:1常数(如MOV TH0,#10H)10H即定时常数。2地址(如MOV DPTR,#1000H),即地址1000H送入DPTR。3方式字或控制字(如MOV TMOD,#3),3即是控制字。4实际输出值(如P1口接彩灯,要灯全亮,则执行指令:MOV P1,#0FFH;要灯全暗,则执行指令:MOV P1,#00H),这里0FFH和00H都是实际输出值。又如用于LED的字形码,也是实际输出的值。,2.2 硬件结构和引脚功能,9,【总线】计算机中所有器件共同享用的连线。所有器件的数据线全部接到公用的线上,即相当于各个器件并联起来,并且分时工作。数据总线、控
6、制总线、地址总线,2.2 硬件结构和引脚功能,2.2 硬件结构和引脚功能,2.2.1 硬件部分(8051),10,图2.2 MCS-51单片机引脚图,(a)引脚排列,(b)逻辑符号,2.2.2 引脚功能,11,2.2 硬件结构和引脚功能,MCS-51系列单片机有40个引脚,按功能分为4类:1 电源 Vcc:+5V电源 Vss:接地端2 晶体振荡 XTAL1:晶体震荡电路的反相输入端 XTAL2:晶体震荡电路的反相输出端3 控制信号 EA/Vpp:片内、外程序存储器选择(输入信号)/编程电源(输出信号)。“0”:CPU只访问片外ROM“1”:根据指令可访问片内、外ROM 8751编程时,接21V
7、编程电源,12,ALE/PROG:地址锁存允许(输出信号)/编程脉冲(输入信号)ALE输出为脉冲信号,其频率是振荡频率的1/6。“1”:P0口传送低8位地址(A0A7)“0”:P0口传送数据信息8751编程时,输入编程脉冲PSEN:外部程序存储器读选通信号(输出信号),低电平有效。RST/VPD:复位信号(输入信号),高电平(持续2个机器周期以上)有效。Vcc掉电时,可外接备用电源。,2.2 硬件结构和引脚功能,13,2.2 硬件结构和引脚功能,4 I/O端口P0口:在当无片外存储器时,P0口做为一个8位双向I/O端口使用。访问片外存储器时,P0口做为一个8位双向I/O端口,在ALE信号配合下
8、,分时传送低8位地址信息和8位数据信息。,14,15,P1口:8位准双向I/O端口。准双向:当端口作为输入口时,要先向锁存器写1,才能够正确的读入引脚的信息;由于51系列复位后四个锁存器都置FF,所以一般可以直接作为双向口使用。P2口:当无片外存储器时,P2口可做为一个8位准双向I/O端口使用。在访问片外存储器时,P2口传送高8位地址信息。P3口:8位准双向I/O端口。系统扩展时,P3口各引脚具有表2.2所示的第二功能。,P0口、P2口和P3口的第二功能用法:各端口的第二功能完全是自动的,不需要用指令来转换。,读端口:也称为读锁存器,是从锁存器中读数据,进行处理,并把处理后的数据重新写入锁存器
9、,这类指令称为“读修改写指令”。一般当目的操作数为I/O口或I/O中的一位时,为此类指令。例如:XRL P0,A读引脚:一般都是以I/O口作为源操作数。执行指令时,打开三态门,输入引脚的状态。在执行指令后,口锁存器的状态与引脚相同。但一旦给口锁存器写入某一状态后,锁存器的状态不一定同引脚的状态相一致。例如:MOV A,P0,16,图2.4 MCS-51单片机片外三总线结构图,图2.4所示为单片机系统扩展时的片外三总线结构图。地址总线AB:16位,P2口传送A8A15,P0口(锁存后)传送A0A7。数据总线DB:8位,由P0口传送D0D7。控制总线CB:由P3口的第二功能和PSEN、EA、ALE
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