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1、学习情景一微控制器系统,1.1 任务1 MCS -51系列微控制器内部结构与引脚功能 1.2 任务2 数制 1.3 任务3 微处理器存储结构 1.4 任务4 微控制器的I/ 0口 1.5 任务5 微控制器的最小系统 1.6 情景评价 1.7 情景总结,返回,1. 1任务1 MCS - 51系列微控制器内部结构与引脚功能,1.1. 1任务内容 通过了解和学习微型计算机的基本结构，89C51微控制器的内部结构、引脚功能，全面熟悉微控制器的内部结构与引脚功能。 1. 1. 2任务实施 1.微型计算机的基本结构 微型计算机(Microcomputer)是以微处理器(CPU)为核心，加上内存储器ROM和
2、RAM , I/0接口电路以及系统总线组成，如图1. 1所示。,下一页,返回,1. 1任务1 MCS - 51系列微控制器内部结构与引脚功能,(1)微处理器 微处理器是微型计算机的“核心”，是系统的运算中心和控制中心。不同型号之间性能上的差别首先表现在微处理器的不同，每种微处理器有其特有的指令系统。但所有微处理器的结构基本一致，主要包括运算器、控制器、寄存器组几个部分。 运算器主要用于算术和逻辑运算。 控制器由指令寄存器、指令译码器和微操作控制电路组成。它将指令从存储器调入指令寄存器中，通过指令译码器译码后，由微操作控制电路按照译码后的控制命令发出一系列的控制信息，使微型计算机的各个部件协调动
3、作，完成程序指定的工作。,上一页,下一页,返回,1. 1任务1 MCS - 51系列微控制器内部结构与引脚功能,CPU内部的寄存器主要用来暂存参与运算的操作数、中间结果和运算结果，同时记录程序运行中的某些状态等。因此，寄存器可以分为两大类:专用寄存器和通用寄存器。专用寄存器有累加器ACC、标志寄存器PSW、程序计数器PC等，其中累加器ACC用于参与程序的各种运算;标志寄存器PSW反映程序运行过程中的各种状态，如是否产生进位，是否超出了运算范围等;程序计数器PC用于控制程序执行的顺序。 (2)三总线 总线是微处理器、内存储器和I/ 0接口电路之间相互交换信息的公共通道。微型机的总线由数据总线(D
4、ata Bus、地址总线(Address Bus)和控制总线(Control Bus)三总线构成。,上一页,下一页,返回,1. 1任务1 MCS - 51系列微控制器内部结构与引脚功能,数据总线(DB)的功能是完成微处理器与内存、I/0接口电路之间的数据传送，通过数据总线可以实现数据的双向传送;地址总线(AB)是微处理器向内存和I/0接口电路传送地址信息的通路，是单向传送方式;控制总线(CB)是微处理器向内存和I/ 0接口电路发出的命令信息或由外界向微处理器传送状态的信息通路。 (3)存储器 微型计算机内部的存储器，都是半导体存储器，其中只读存储器可以是ROM , PROM、EPROM , E
5、2PROM等类型，主要用于存放各种程序，如汇编程序、编译程序、标准子程序以及各种常用数据表格;读/写存储器包括各种形式的RAM，用于存放用户程序、数据及部分系统信息。,上一页,下一页,返回,1. 1任务1 MCS - 51系列微控制器内部结构与引脚功能,(4) I/0接口电路 微型计算机与I/0设备之间不能直接交换信息，必须通过I/ 0接口电路作为它们之间联系的桥梁。I/ 0接口电路通过各种符合标准的总线传递外围设备与CPU之间的信息，并对信息做一些必要的处理。 (5)外围设备 常见的外围设备包括打印机、显示器、键盘、鼠标、绘图仪、外存储器(如磁盘、光盘、磁带等)以及一些互联网装置等。 2.
6、89 C51微控制器的内部结构 89 C51微控制器的内部结构如图1. 2所示，其基本组成部分包括:,上一页,下一页,返回,1. 1任务1 MCS - 51系列微控制器内部结构与引脚功能,适于控制应用的8位CPU 一个片内振荡器及时钟电路，最高工作频率可达24MHz。 4 KB Flash程序存储器。 128 B数据存储器。 可寻址64 K外部数据存储器空间及64 K程序存储器空间的控制电路。 32根双向可按位寻址的I/ 0口线。 1个全双工串行口。 2个16位定时/计数器。 5个中断源，具有两个优先级。 若程序存储器带有4KB ROM/EPROM,即为8051/8751;若RAM/EPROM
7、容量为2568/ 8KB，则为52子系列。,上一页,下一页,返回,1. 1任务1 MCS - 51系列微控制器内部结构与引脚功能,下面分别介绍89 C51微控制器内部各部分的主要功能: (1)微处理器(CPU) 89 C51微控制器的微处理器(CPU)与一般的微型计算机类似，也是由运算器和控制器组成。运算器可以对半字节(4位)、单字节等数据进行算术运算和逻辑运算，并将结果送至状态寄存器。运算器中还包括一个专门用于位数据操作的布尔处理器。控制器包括程序计数器PC、指令寄存器、指令译码器、振荡器、时钟电路及控制电路等部件，它可以根据不同指令产生的操作时序来控制微控制器各部分工作。 (2)存储器 微
8、控制器的存储器分两种:一种用于存放已编写好的程序及数据表格，称为程序存储器，常用ROM , EPROM , E2PROM等类型，89 C51中采用的就是Flash EZPROM，其存储容量为4KB。,上一页,下一页,返回,1. 1任务1 MCS - 51系列微控制器内部结构与引脚功能,另一种用于存放输入、输出数据，中间运算结果，称为数据存储器，常用RAM类型，89C51中的数据存储器较小，存储容量仅128 B。若存储器空间不够用，可以外部扩展。 (3)输入/输出(I/ 0)口 89 C51的输入/输出接口包括四个8位并行口及1个全双工的串行口。4个并行口既可作为I/0端口使用，又可作为外部扩展
9、电路时的数据总线、地址总线及控制总线。内部的串行口是一个可编程全双工串行通信接口，具有通用异步接收器/发送器(DART)的全部功能，可以同时进行数据的接收和发送，还可以作为一个同步移位寄存器使用。,上一页,下一页,返回,1. 1任务1 MCS - 51系列微控制器内部结构与引脚功能,(4)其他内部资源 89 C51内部还有2个16位定时/计数器及中断系统。定时/计数器可以通过对系统时钟计数实现定时，也可用于对外部事件的脉冲进行计数。中断系统可以对5个中断源进行中断允许及优先级的控制。5个中断源中有2个为外部中断，由微控制器的外围引脚引入;3个为内部中断，分别由2个定时/计数器及串行口产生。 3
10、. 89 C51微控制器的引脚功能 89 C51微控制器的封装共分为PDIP , PLCC及PQFP三种形式，常用为PDIP封装形式。其引脚如图1. 3所示。,上一页,下一页,返回,1. 1任务1 MCS - 51系列微控制器内部结构与引脚功能,89 C51共40个引脚，大致可分为四类:电源引脚、时钟电路引脚、I/0引脚和控制线引脚。 (1)电源引脚 V cc:电源端，+5V。 V s s:接地端(GND)。 (2)时钟电路引脚 XTAL1:外接晶振输入端。 XTAL2:外接晶振输出端。 (3)I/ 0引脚 P0. 0P0. 7/ADOAD7:一组8位漏极开路型双向I/ 0口，也是地址/数据总
11、线复用口。作输入/输出口用时，必须外接上拉电阻，它可驱动8个TTL门电路。当访问片外存储器时，用作地址/数据分时复用口线。,上一页,下一页,返回,1. 1任务1 MCS - 51系列微控制器内部结构与引脚功能,Pl. 0 P1. 7:一组内部带上拉电阻的8位准双向I/0口，可驱动4个TTL门电路。 P2. 0P2. 7/A8A15:一组内部带上拉电阻的8位准双向I/0口，可驱动4个TTL门电路。当访问片外存储器时，用作高8位地址总线。 P3. 0P3. 7:一组内部带上拉电阻的8位准双向I/0口。 出于芯片引脚数的限制，P3端口每个引脚具有第二功能。 (4)控制线引脚 RESET/VPD:复位
12、端/备用电源输入端。当RESET端出现持续两个机器周期以上的高电平时，可实现复位操作。VPD端可外接备用电源，以便在从、掉电时向RAM供电。,上一页,下一页,返回,1. 1任务1 MCS - 51系列微控制器内部结构与引脚功能,1.1. 3任务扩展 控制线引脚中的其他引脚功能介绍。 :片外程序存储器选择端/Flash存储器编程电源。若要访问外部程序存储器则端必须保持低电平。V端用于Flash存储器编程时的编程允许电源+12V输入端。 :地址锁存允许端/编程脉冲输入端。当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲用于锁存PO口分时送出的低8位地址(下降沿有效)。不访问外部存储器时，该端以时
13、钟频率的1/6输出固定的正脉冲信号，可用作外部时钟。对内部Flash存储器编程期间，该引脚用于输入编程脉冲。 ;读片外程序存储器选通信号输出端。当89C51从外部程序存储器取指令时，该脚有效(上升沿)。每个机器周期 均产生两次有效输出信号。,上一页,返回,1. 2任务2数制,1. 2. 1任务内容 1.数值定义 十进制定义:数码09，基数10，权10，“逢十进一”。 二进制定义:数码0和1，只使用0和1两种数字的计数法，叫做二进制计数法。“逢二进一”，基数2，权2n。 十六进制定义:数码09, A, B, C, D, E, F,“逢十六进一”，基数16，权16n0 八进制定义:数码07，基数8
14、，权8n,“逢八进一”。 各进制数具体如表1一1所示。,下一页,返回,1. 2任务2数制,2.二进制数、十六进制数、十进制数、八进制数的转换 二进制数、十六进制数、十进制数、八进制数的转换如表1一2所示。 1.2.2任务实施 1.十六进制数转化为二进制数和十进制数 四位二进制数，所表示的最大数值为15，共有十六个数位，依次用0一9, AD, E, F来表示，这种数就是十六进制数。 2.十进制数转化为二进制数、八进制数和十六进制数 把一个十进制数2013分别转换为二进制数、八进制数和十六进制数。通过例题来学习转化过程。,上一页,下一页,返回,1. 2任务2数制,1.2.3任务扩展 1.图像编码问
15、题 一个8X8像素的黑白二色位图，假如0表示白色，1表示黑色，按照行从左向右的次序对该图像信息进行编码(不考虑压缩)，将该图像编码的字节数记做x，第一行图像二进制编码记做Y。下列选项正确的X, Y组合是:,上一页,下一页,返回,1. 2任务2数制,2.计算机中带符号数的表示 (1)机器数及其真值 数在计算机内的表示形式称为机器数，这个数本身称为真值。 (2)原码和反码 原码:最高位为符号位，数值为绝对值。 反码:正数的反码与其原码相同;负数的反码符号位为1，数值位为其原码数值位逐位取反。 采用原码和反码表示时，符号位不能同数值一道参加运算。 (3)补码 计算机中，带符号数的运算均采用补码;正数
16、的补码与其原码相同;负数的补码为其反码末位加1。,上一页,返回,1. 3任务3微处理器存储结构,1. 3. 1任务内容 在访问3个不同的逻辑空间时，应采用不同形式的指令，以产生不同的内部控制信号，用来选择所需的逻辑空间。图1. 4表示了89 C51微控制器存储器空间结构。 1.3.2任务实施 1.程序存储器 微控制器的程序存储器一般用于存放编好的程序、表格和常数。89 C51微控制器其程序存储器结构如图1.4 (a)所示。其中，微控制器内部有4KB的程序存储器，地址为0000 H OFFFH。片外最多可扩展空间达64KB，地址为OOOOH一FFFFH，片内与片外程序存储器的最大寻址范围为64 KB(即地址为0000 H一FFFFH).,下一页,返回,1. 3任务3微处理器存储结构,89 C51微控制器执行程序时，与微型计算机执行程序类似，也是由程序计数器PC控制程序执行的顺序。微控制器中的程序计数器PC是一个16位的专用寄存器，用来存放即将执行的下一条指令所在的地址。它具有自动加1的功能。当CPU要取指令时，PC的内容送至地址总线上
