MCS51单片机的结构和原理课件.pptx
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- 关 键 词:
- MCS51 单片机 结构 原理 课件
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1、2-1 MCS-51单片机的组成与结构单片机的组成与结构l8 8位中央处理单元位中央处理单元(CPU)(CPU)l128B/256B128B/256B的数据存储器的数据存储器RAMRAMl4KB/8KB4KB/8KB的片内的片内ROM/EPROMROM/EPROMl4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O口口P0-P3P0-P3l2 2个定时器个定时器/计数器计数器l5 5个中断源个中断源l1 1个全双工的个全双工的UARTUART(通用异步(通用异步接收、发送器)接收、发送器)l片内振荡与时钟产生电路片内振荡与时钟产生电路1 1、中央处理单元中央处理单元CPUCPU(8 8位)位)用于数据处
2、理、位操作(位测试、置位、复位)用于数据处理、位操作(位测试、置位、复位)2 2、只读存储器只读存储器ROMROM(4KB4KB或或8KB8KB)用于永久性存储应用程序,掩膜用于永久性存储应用程序,掩膜ROM、EPROM、EEPROM3 3、随机存取存取器随机存取存取器RAMRAM(128B/256B128B/256B)用于程序运行中存储工作变量和数据用于程序运行中存储工作变量和数据用作系统总线、扩展外存、用作系统总线、扩展外存、I/OI/O接口芯片接口芯片4、并行输入并行输入/输出口输出口I/OI/O(3232线)线)5 5、串行输入串行输入/输出口输出口UARTUART(二线)(二线)串行
3、通信、扩展串行通信、扩展I/OI/O接口芯片接口芯片6 6、定时定时/计数器计数器T/C(16T/C(16位增量可编程)位增量可编程)它与它与CPUCPU之间各自独立工作,当它计数满时向之间各自独立工作,当它计数满时向CPUCPU中断中断7 7、时钟电路时钟电路 foscfosc分为内部振荡器、外接振荡电路分为内部振荡器、外接振荡电路五源中断、两级优先,可编程进行控制。五源中断、两级优先,可编程进行控制。8 8、中断系统中断系统P0驱动器驱动器P2驱动器驱动器P0锁存器锁存器P2锁存器锁存器RAM地址地址寄存器寄存器128BRAM4KBROMB寄存器寄存器暂存器暂存器1暂存器暂存器2ACCSP
4、程序地址程序地址寄存器寄存器 缓冲器缓冲器PC增增1PCDPTR中断、串行口和定时器中断、串行口和定时器PSWP1锁存器锁存器P1驱动器驱动器P3锁存器锁存器P3驱动器驱动器定定时时控控制制指指令令寄寄存存器器指指令令译译码码器器OSCALUP0.0-P0.7P2.0-P2.7P3.0-P3.7P1.0-P1.7XTAL1 XTAL2PSENALEEARESET返回返回运算器运算器控制器控制器存储器存储器I/O接口接口中央处理器中央处理器(CPU)(CPU)包含包含运算器运算器和和控制器控制器两部分两部分(1 1)8 8位的位的ALUALU:(2 2)8 8位累加器位累加器ACCACC(A A
5、):):(3 3)8位寄存器位寄存器B:(4 4)8 8位程序状态寄存器位程序状态寄存器PSWPSW:(5 5)布尔处理器:)布尔处理器:(6 6)2 2个个8 8位暂存器:位暂存器:运算器 可对可对4 4位(半字节),位(半字节),8 8位(单字节)和位(单字节)和1616位位(双字节)数据进行操作,(双字节)数据进行操作,数据来自两个暂存器。数据来自两个暂存器。累加器,它是最繁忙的累加器,它是最繁忙的8 8位特殊功能寄存器,用位特殊功能寄存器,用A A表示,表示,ALUALU的运算结果存的运算结果存在此处。在此处。8 8位程序状态字寄存器,位程序状态字寄存器,用于存放指令执行后的状用于存放
6、指令执行后的状态信息,供程序查询和判态信息,供程序查询和判别。别。布尔操作器布尔操作器8 8位寄存器,在乘除运算位寄存器,在乘除运算时,用来存放另一个操作时,用来存放另一个操作数,并存放一部分结果。数,并存放一部分结果。(1 1)程序计数器)程序计数器(PC)(PC)(2 2)指令寄存器)指令寄存器(IR)(IR)(3 3)指令译码器)指令译码器(ID)(ID)(4 4)振荡器及定时与控制电路)振荡器及定时与控制电路控制器中央处理器中央处理器(CPU)(CPU)控制器控制器 由两个由两个8位的计数器位的计数器(PCL,PCH)组成,组成,PC存储将要执存储将要执行的下一条指令的地址,行的下一条
7、指令的地址,16位可容纳的最大数值为位可容纳的最大数值为65535,为为64KB,因此,因此,MCS-51可寻址可寻址64KB的程序存储器。改的程序存储器。改变变PC内的值,就可改变程序执行的方向。内的值,就可改变程序执行的方向。1616位程序计数器位程序计数器-PC-PC 由由PC内容指定的内容指定的ROM地址单元中取出的指令,经指地址单元中取出的指令,经指令寄存器送至指令译码器进行译码,进而令寄存器送至指令译码器进行译码,进而CPU产生相应产生相应的控制信号,执行指令所规定的操作。的控制信号,执行指令所规定的操作。指令存储器及指令译码器指令存储器及指令译码器 M C S-5 1 片 内 有
8、 振 荡 器片 内 有 振 荡 器 O S C,通 过 单 片 机 的,通 过 单 片 机 的XTAL1,XTAL2连接片外的石英晶体及两个频率微调电容,连接片外的石英晶体及两个频率微调电容,产生单片机工作所需要的基本时钟产生单片机工作所需要的基本时钟节拍。节拍。振荡器及定时控制电路振荡器及定时控制电路 01p.71p.SSV1XTAL2XTALRD73p/.WR63p/.1T53p/.0T43p/.1INT33p/.0INT23p/.TXD13p/.RXD03p/.RST02p.72p.CCV00p.70p.PSENPROGALE/EAVpp/182018191716151413121110
9、9212840393229303180511、电源管脚:、电源管脚:Vcc,Vss2、时钟电路管脚:、时钟电路管脚:XTAL1,XTAL23、控制信号脚:、控制信号脚:RST/VPD,ALE/PROG PSEN及及Vpp/EA4、I/O管脚管脚 P0,P1,P2,P32-2 MCS-51单片机的引脚及其功能单片机的引脚及其功能电源管脚电源管脚 Vcc:电源端,为:电源端,为5V,允许电源有偏差;,允许电源有偏差;GND(VSS):地。地。注注:为了防止电源脉冲对单片机的影响,一般在:为了防止电源脉冲对单片机的影响,一般在VCC和和GND之间接上一个之间接上一个1uF的电容。的电容。时钟电路管脚
10、时钟电路管脚 XTAL1:芯片内部反相放大器输入端,使用外部振荡器时需接地。芯片内部反相放大器输入端,使用外部振荡器时需接地。XTAL2:芯片内部反相放大器输出端,使用外部振荡时接振荡器输芯片内部反相放大器输出端,使用外部振荡时接振荡器输 入的信号。入的信号。XTAL2XTAL1内部振荡方式内部振荡方式XTAL2XTAL1外部振荡器外部振荡器外部振荡方式外部振荡方式控制线控制线 ALE/PROGALE/PROG ALE:地址锁存信号端,频率为晶体振荡器的地址锁存信号端,频率为晶体振荡器的1/6正脉冲信正脉冲信号。当号。当CPU访问片外扩展存储器时,该信号作为锁存低访问片外扩展存储器时,该信号作
11、为锁存低8位地址的控制信号。位地址的控制信号。PROG:当片内有当片内有EPROM时,该管脚提供编程写入时的编程时,该管脚提供编程写入时的编程脉冲信号输入端。脉冲信号输入端。控制管脚控制管脚 RST/VPDRST/VPD RST:复位信号输入端,高电平有效。保持两个机器周期以上,并变复位信号输入端,高电平有效。保持两个机器周期以上,并变为低电平,单片机开始从为低电平,单片机开始从0000地址执行,即可完成单片机复位。单地址执行,即可完成单片机复位。单片机复位不改变片内片机复位不改变片内RAM的值的值。VPD:备用电源。备用电源。+5VRESET10uF控制管脚控制管脚 PSENPSEN PSE
12、N:程序存储器允许输出信号端。在访问片外程序存储器时,程序存储器允许输出信号端。在访问片外程序存储器时,CPU控制该端输出负脉冲作为外部存储器的选通信号,允许控制该端输出负脉冲作为外部存储器的选通信号,允许CPU读出读出EPROM中被选中单元中的指令码。该管脚一般连程序存储器的选中被选中单元中的指令码。该管脚一般连程序存储器的选通信号端通信号端(OE)。控制管脚控制管脚 EA/VppEA/Vpp EA:外部程序存储器地址允许输入端外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。程序固化编程电压输入端。程序存储器允许输出信号端。当存储器允许输出信号端。当EA接高时,前接高时,前4KB或或8KB
13、程序在单片程序在单片机内,当机内,当EA接地时,所有程序均在外存储器。接地时,所有程序均在外存储器。Vpp:对单片机内程序存储器编程时施加的高电平输入端。对单片机内程序存储器编程时施加的高电平输入端。2-3 MCS-51单片机的存储器配置单片机的存储器配置计算机存储结构:计算机存储结构:哈佛结构:程序存储与数据存储分开哈佛结构:程序存储与数据存储分开单片机单片机 冯冯.诺依曼结构:程序与数据存储在一起诺依曼结构:程序与数据存储在一起通用计算机通用计算机单片机的存储器结构(单片机的存储器结构(ROMRAM):):ROM:常用于存放程序和需要长时间存放的数据,掉电不丢失:常用于存放程序和需要长时间
14、存放的数据,掉电不丢失;RAM:随时可读可写的存储器,掉电后数据立即丢失。:随时可读可写的存储器,掉电后数据立即丢失。00HFFH1 1、单片机的存储器结构、单片机的存储器结构 采用哈佛结构,存在采用哈佛结构,存在4个物理上相互独立的存储器空间:个物理上相互独立的存储器空间:l 片内程序存储器片内程序存储器 片外程序存储器片外程序存储器l 片内数据存储器片内数据存储器 片外数据存储器片外数据存储器0FFFH0000H片内片内4K4KROMROM0000HFFFFH片外片外64KROM片外片外64KRAM(I/O)0000HFFFFHSFR片内片内RAMRAM7FH80H0FFFHEA=1EA=
15、0访问片内与片外访问片内与片外RAM靠指令区分靠指令区分MOV与与MOVX2 2、单片机的程序存储器、单片机的程序存储器 常用单片机的程序存储器容量:常用单片机的程序存储器容量:型号ROMRAM8031/320128B/256B8051/524KB/8KB128B/256B8751/524KB/8KB EPROM128B/256B89X51/524KB/8KB FLASH128B/256BW5164KB256B 随着单片机制造技术的发展,现在内部随着单片机制造技术的发展,现在内部ROM有有64KB,RAM达几达几KB的的都有。在进行单片机应用系统开发时,应注意选择,能不扩展的尽量不扩都有。在进
16、行单片机应用系统开发时,应注意选择,能不扩展的尽量不扩展。展。(片内(片内128B不包含不包含SFR区)区)单片机的程序存储器单片机的程序存储器 单片机的程序存储器的应用:单片机的程序存储器的应用:l上电复位时,上电复位时,PC=0000;PC=0000;l程序存储器有保留单元:程序存储器有保留单元:入口单元地址入口单元地址预留目的预留目的存储单元范围存储单元范围0000H复位后初始化引导程序复位后初始化引导程序00H-02H0003H外部中断外部中断0服务程序服务程序(INT0)03H-0AH000BH定时器定时器/计数器计数器0溢出中断服务程序溢出中断服务程序0BH-12H0013H外部中
17、断外部中断1服务程序服务程序(INT0)13H-1AH001BH定时器定时器/计数器计数器1溢出中断服务程序溢出中断服务程序1BH-22H0023H串行口中断服务程序串行口中断服务程序23H-2AH002BH定时器定时器/计数器计数器2溢出中断服务程序溢出中断服务程序2BH-3 3、单片机的数据存储器、单片机的数据存储器 单片机的数据存储器最大寻址为单片机的数据存储器最大寻址为64KB,地址为:,地址为:0000FFFFH片内为片内为128B的数据存储器,片外为的数据存储器,片外为64KB,地址有重叠,靠指令区分,地址有重叠,靠指令区分00H07H08H0FH10H17H18H1FH2FH30
18、H20H7FH用户RAM区位寻址区3组2组1组0组通用工作通用工作寄存器寄存器R0R7低低128B的数据的数据RAM高高128B的特殊寄存器区的特殊寄存器区SFR区区80HFFH单片机的数据存储器单片机的数据存储器 数据存储器中的堆栈:数据存储器中的堆栈:l堆栈用于保护中断时程序的断点地址,以便中断返回时程序的继续执行;堆栈用于保护中断时程序的断点地址,以便中断返回时程序的继续执行;l堆栈的特点是先进后出,后进先出;堆栈的特点是先进后出,后进先出;l堆栈的指令是:堆栈的指令是:PUSH(压入)和(压入)和POP(弹出)(弹出)l堆栈寄存器叫堆栈寄存器叫SP,其内部的数值叫栈底,初始值为,其内部
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