MCS-51系列单片机的结构和功能课件.ppt
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- MCS 51 系列 单片机 结构 功能 课件
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1、第二章第二章 MCS-51MCS-51系列系列单片机的结构和功能单片机的结构和功能2.1 MCS-51单片机的内部组成及信号引脚单片机的内部组成及信号引脚2.2 8051的存储器的存储器2.3 并行输入输出端口结构并行输入输出端口结构2.4 时钟电路及时钟电路及CPU时序时序2.5 复位及掉电处理复位及掉电处理2.12.1MCS-51MCS-51单片机的内部组成及信号引脚单片机的内部组成及信号引脚MCS-51单片机又有单片机又有51和和52两个子系列,两个子系列,51和和52系列系列的引脚功能、引脚数及其排列封装完全一样的引脚功能、引脚数及其排列封装完全一样。51子系列52子系列片内RAM12
2、8B256B定时器/计数器 23片内ROM4KB8KB中断源个数568031、8051和和8751的区别的区别n它们的指令系统与芯片引脚完全兼容,仅片内ROM有所不同,8031片内无程序存储器,8051片内有4KB的掩模ROM,8751片内有4KB的EPROM。2.1.1 8051单片机的主要功能单片机的主要功能1.CPU:8位位2.内部内部RAM:256单元单元 前前128 单元:用户使用单元:用户使用 后后128单元:专用寄存器占用。单元:专用寄存器占用。3.内部内部ROM:4KB掩膜掩膜ROM4.定时器定时器/计数器:计数器:216位。位。5.并行并行I/O口:口:48位。位。P0,P1
3、,P2,P3。6串行口:一个串行口:一个,全双工。全双工。7.中断控制系统:中断控制系统:58时钟电路:时钟电路:fosc振荡频率最高为振荡频率最高为12MHz。2.1.1 8051单片机的主要功能:单片机的主要功能:9.程序存储器的寻址范围为程序存储器的寻址范围为64KB。10.片外数据存储器的寻址范围为片外数据存储器的寻址范围为64KB。11.21个字节专用寄存器。个字节专用寄存器。12.111条指令,含乘法和除法指令条指令,含乘法和除法指令。13.有强的位寻址、位处理能力有强的位寻址、位处理能力。14片内采用单总线结构片内采用单总线结构。15.用单一用单一5V电源。电源。2.1.2 2.
4、1.2 MCS-51MCS-51单片机单片机引脚及引脚及功能功能 1.主电源引脚主电源引脚Vcc和和Vss VCC(40脚)脚):接接+5 V电源正端电源正端;VSS(20脚)脚):接接+5 V电源地端。电源地端。2.外接晶体引脚外接晶体引脚XTAL1和和XTAL2 XTAL1(19脚)和脚)和 XTAL2(18脚)脚):分别用作晶体振荡电路反相器的输分别用作晶体振荡电路反相器的输入和输出端。入和输出端。3.控制信号引脚控制信号引脚有有RST/VPD、ALE/PROG*、PSEN*和和 EA*/VPP。(1)EA*/VPP(31脚)脚):EA*为访问外部程序存储为访问外部程序存储器控制信号器控
5、制信号,低电平有效。低电平有效。(2)RST/VPD(9脚)脚):RST即为即为RESET,复位信号,复位信号,高电平有效。高电平有效。VPD为备用电源为备用电源,保证掉电后保存在保证掉电后保存在RAM中的信息中的信息不丢失不丢失。(3)ALE/PROG*(30脚脚):地址锁存允许信号。访地址锁存允许信号。访问外部存储器时问外部存储器时,ALE把把 P0口输出的低口输出的低8位地址信息锁位地址信息锁存起来,实现低存起来,实现低8位地址和数据的分时传送。位地址和数据的分时传送。(4)PSEN*(29脚)脚):片外程序存储器读选片外程序存储器读选通信号输出端通信号输出端,低电平有效。即外部低电平有
6、效。即外部ROM的读的读信号。(相当于外部信号。(相当于外部RAM的的RD*)VPP和和PROG*是是8751等内部有等内部有EPROM的芯片的编的芯片的编程电源和编程脉冲输入端。程电源和编程脉冲输入端。4.输入输入/输出(输出(I/O)引脚引脚P0口、口、P1口、口、P2口及口及P3口口 (1)P0口(口(39脚脚32脚)脚):P0.0P0.7统称为统称为P0口口,分时提供低分时提供低8位地址总线和位地址总线和8位双向数据总线位双向数据总线。(2)P1口(口(1脚脚8脚)脚):P1.0P1.7统称为统称为P1口口,可作为准双向可作为准双向I/O接口使用。接口使用。(3)P2口(口(21脚脚2
7、8脚)脚):P2.0P2.7统称为统称为P2口口,作为准双向作为准双向I/O接口,或提供高接口,或提供高8位地址总线。位地址总线。(4)P3口(口(10脚脚17脚)脚):P3.0P3.7统称为统称为P3口,口,作为准双向作为准双向I/O接口使用,每个引脚具有第二功能。接口使用,每个引脚具有第二功能。引脚总结:引脚总结:数据总线:数据总线:8位,由位,由P0口提供。口提供。地址总线:地址总线:16位,由位,由P0和和P2口提供。口提供。控制总线:控制总线:RST、ALE、PSEN*和和 EA*以及以及P3口的某口的某些第二功能引脚。些第二功能引脚。2.2 2.2 80518051的存储器配置的存
8、储器配置n存储器用于存放程序和数据。存储器用于存放程序和数据。n普林斯顿结构:将程序和数据统一编址普林斯顿结构:将程序和数据统一编址共存于一个存储器中。共存于一个存储器中。n哈佛结构:将程序和数据分别编址存放哈佛结构:将程序和数据分别编址存放于不同的存储器中。于不同的存储器中。n通用计算机一般采用普林斯顿结构。通用计算机一般采用普林斯顿结构。nMCS-51系列单片机采用的是哈佛结构。系列单片机采用的是哈佛结构。2.2 2.2 80518051的存储器配置的存储器配置nMCS-51单片机的存储空间分为四个:单片机的存储空间分为四个:片内片内ROM,片外片外ROM,片内片内RAM,片片外外RAM.
9、从用户使用的角度,从用户使用的角度,8051存储器地址空间分为三个:存储器地址空间分为三个:MOVC(1)片内、片外统一编址片内、片外统一编址0000FFFFH的的64K字节的程序存储器地址空间(用字节的程序存储器地址空间(用16位地址)位地址);MOVXMOVX (2)64K字节的片外数据存储器地址空间,字节的片外数据存储器地址空间,地址也从地址也从0000FFFFH(用用16位地址)位地址);MOVMOV (3)256字节数据存储器地址空间字节数据存储器地址空间00FFH(用(用8位地址)。位地址)。FFFFH1000H片外扩展存储器8051片内存储器片内存储器 0FFFH0000H4KB
10、ROM7FH00HFFH80HSFRRAM64KBROM64KBRAM(I/O)FFFFH0000H图2-3 8051存储空间分布图0FFFH0000H2.2.1 程序存储器(程序存储器(ROM)用途:用途:用于存放编好的程序和表格常数。用于存放编好的程序和表格常数。PC 8051片内有片内有4KB ROM,片外片外16位地址线可扩展位地址线可扩展64KB ROM,二者是统一编址的。二者是统一编址的。当引脚当引脚 EA*=1,8051从从0000H执行片内执行片内ROM中的程序。中的程序。当指令地址超过当指令地址超过0FFFH后,就自动转向片外后,就自动转向片外ROM取指令。取指令。当引脚当引
11、脚EA*=0,8051片内片内ROM不起作用,不起作用,CPU只能从片外只能从片外ROM/EPROM中取指令,地址可以从中取指令,地址可以从0000H开始编址。开始编址。思考:思考:8031的的EA*引脚应该如何接?引脚应该如何接?2.2.1 程序存储器(程序存储器(ROM)PC是程序计数器,是管理程序执行次序的寄存器,存放是程序计数器,是管理程序执行次序的寄存器,存放将要执行的指令的地址。程序的执行有将要执行的指令的地址。程序的执行有2种情况,按种情况,按照顺序执行和跳转。为此,照顺序执行和跳转。为此,PC有有3种功能:种功能:1、复位功能:复位时计算机进入初始状态,、复位功能:复位时计算机
12、进入初始状态,PC的内容的内容自动清零。自动清零。2、计数功能:每取出指令代码的一个字节,、计数功能:每取出指令代码的一个字节,PC的内容的内容自动加自动加1(加法计数)(加法计数)3、直接置位功能:在执行跳转、返回指令时将跳转的地、直接置位功能:在执行跳转、返回指令时将跳转的地址直接加载址直接加载PC。内部内部ROM中的一些特殊单元中的一些特殊单元 2.2.2 2.2.2 数据存储器数据存储器RAMRAM用途:用途:用于存放运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标用于存放运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等。志位等。RAM分类:分类:片内片内RAM:256字节字节;地址地址从从00H0FFH;
13、片外片外RAM:64K字节字节;地址;地址从从0000HFFFFH。MOV 片内片内RAM:R0、R1、直接寻址直接寻址MOVX 片外片外 RAM:R0、R1、DPTR 1片外片外RAM 片外片外RAM:64K字节字节,地址,地址从从0000HFFFFH。MOVX,R0、R1、DPTRMOVX指令时:指令时:RD*、WR*信号有效信号有效2片内片内RAM一、一、内部数据存储器低内部数据存储器低128单元单元低低128单元是单片机的真正单元是单片机的真正RAM存储器,按其用途划分存储器,按其用途划分为为三个区域三个区域:FFH80 1287FH00 128256RAM单元:单元:高高单元:单元:
14、低低单元)单元)(内部内部1)寄存器区寄存器区:共有四组寄存器,每组共有四组寄存器,每组8个单元个单元一组一组(8位),各组都以位),各组都以R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7作寄作寄存单元编号。存单元编号。占据内部占据内部RAM的的00H1FH单元地址。单元地址。在任一时刻,在任一时刻,CPU只能使用其中的一组寄存器,并且把正只能使用其中的一组寄存器,并且把正在使用的那组寄存器称之为当前寄存器组。到底是那一组由在使用的那组寄存器称之为当前寄存器组。到底是那一组由程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSW中中RS0、RS1位位的状态组合来决定。的状态组合来决定。RS0和和RS1(PSW
15、.4,PSW.5)寄存器组选择位寄存器组选择位RS1RS0寄存器组寄存器组片内片内RAM地址地址通用寄存器名称通用寄存器名称000组组00H07HR0R7011组组08H0FHR0R7102组组10H17HR0R7013组组18H1FHR0R72).位寻址区:(表位寻址区:(表2-4)内部内部RAM的的20H2FH单元,既可作为一般单元,既可作为一般RAM单元使单元使用进行用进行字节操作字节操作,也可以对单元中的,也可以对单元中的每一位每一位进行位操作,进行位操作,因此把该区称之为因此把该区称之为位寻址区位寻址区、位寻址区共有、位寻址区共有16个个RAM字节字节单元,共单元,共128位,位地址
16、为位,位地址为00H7FH。3).用户用户RAM区:区:在内部在内部RAM低低128单元中,单元地址为单元中,单元地址为30H7FH。应当提及,在一般应用中常把应当提及,在一般应用中常把堆栈堆栈开辟在此区中。开辟在此区中。2.2.3 专用寄存器专用寄存器内部数据存储器高内部数据存储器高128单元单元:被:被特殊功能寄存器特殊功能寄存器(SFR)使用使用。其单元地址为其单元地址为80HFFH。1专用寄存器简介:专用寄存器简介:8051共共有有21个专用寄存器,现部分介绍:个专用寄存器,现部分介绍:(1)累加器)累加器ACC(Accumulator)8位寄存器位寄存器,是最常用的专用寄存器,是最常
17、用的专用寄存器 大部分单操作数指令的操作数就取自大部分单操作数指令的操作数就取自ACC,许多双操许多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。作数指令中的一个操作数也取自累加器。(2)B寄存器寄存器 8位寄存器位寄存器,主要用于,主要用于乘除运算乘除运算。B寄存器也可作为一般数据寄存器使用。寄存器也可作为一般数据寄存器使用。(3)程序状态字)程序状态字PSW(Program Status Word)8位寄存器,位寄存器,用于存放程序运行的状态信息。用于存放程序运行的状态信息。其中:有些位状态是根据程序执行结果,由硬件自动设其中:有些位状态是根据程序执行结果,由硬件自动设置的而有些位状置的而有些位
18、状态则使用软件方法设定态则使用软件方法设定D7D6D5D4D3D2D1D0CyACF0RS1RS0OVP CY(PSW.7)进位标志位进位标志位;位累加器;位累加器 AC(PSW.6)辅助进位标志位辅助进位标志位 加减运算中当有加减运算中当有低低4位向高位向高4位进位或借位时位进位或借位时,AC由硬由硬件置位,否则件置位,否则AC位被清零。位被清零。F0(PSW.5)用户标志位用户标志位需要时用软件方法置位或复位,用以控制程序的转向。需要时用软件方法置位或复位,用以控制程序的转向。RS0和和RS1(PSW.4,PSW.5)寄存器组选择位寄存器组选择位RS1RS0寄存器组寄存器组片内片内RAM地
19、址地址通用寄存器名称通用寄存器名称000组组00H07HR0R7011组组08H0FHR0R7102组组10H17HR0R7013组组18H1FHR0R7 OV(PSW.2)溢出标志位溢出标志位 8位带符号数字位带符号数字加减运算结果加减运算结果是否超出运算范围。是否超出运算范围。8位有符号数字表示的范围:位有符号数字表示的范围:128127。OV0,运算正确,即无溢出产生。运算正确,即无溢出产生。在在乘法运算乘法运算中,中,OV1,表示乘积超过表示乘积超过255;在在除法运算除法运算中,中,OV1,表示除数为表示除数为0,除法不能进行,除法不能进行。P(PSW.0)一一奇偶标志位。表明累加器
20、一一奇偶标志位。表明累加器A中数的奇中数的奇偶性。偶性。例题:分析指令例题:分析指令nMOV A,#7FHnADDA,#47H执行后,执行后,A、C、AC、OV、P的内容是什的内容是什么?么?(A)=C6H;C=0、AC=1;OV=1;P=1/0(4)数据指针(数据指针(DPTR)16位寄存器位寄存器。MCS一一51中中唯一的一个唯一的一个16位寄存器位寄存器。编程时,编程时,DPTR既可按既可按16位寄存器使用,也可以按位寄存器使用,也可以按两个两个8位寄存器分开使用。位寄存器分开使用。DPH:DPTR高位字节高位字节 DPL:DPTR低位字节低位字节 作用:作用:通常在访问通常在访问外部外
21、部RAM时作地址指针时作地址指针使用使用,由于由于外部数据存储器的寻址范围外部数据存储器的寻址范围64KB。(6)I/O端口端口P0P3(80H,90H,A0H,B0H)P0P3为四个为四个8位特殊功能寄存器,分别是四个并位特殊功能寄存器,分别是四个并行行I/O端口的锁存器。它们都有字节地址,每一个口锁存器端口的锁存器。它们都有字节地址,每一个口锁存器还有位地址,所以当每一条还有位地址,所以当每一条I/O线独立地用作输入或输出时线独立地用作输入或输出时,数据可以锁存;作输入时,数据可以缓冲。,数据可以锁存;作输入时,数据可以缓冲。当当I/O端口某一位用于输入信号时,对应的锁存器必端口某一位用于
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