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1、2-3 CPU时序,2-4 并行I / O端口,第二章 80C51单片机硬件结构,2-2 单片机存储器配置,内容提要:,2-1 单片机内部结构及引脚,2-1 MCS-51单片机内部结构及引脚,MCS-51系列单片机是因特公司1980推出的高档8位机 分为二个子系列，、三个版本：,一、MCS-51单片机内部结构 内部结构框图如下：,1、中央处理单元CPU（8位） 用于数据处理、位操作（位测试、置位、复位） 2、只读存储器ROM（4KB或8KB） 用于永久性存储应用程序，掩膜ROM、EPROM、EEPROM 3、随机存取存取器RAM（256B） 用于程序运行中存储工作变量和数据 4、并行输入/输出
2、口 I / O（32线） 用作系统总线、扩展外存、I / O接口芯片 5、串行输入/输出口 UART （二线） 串行通信、扩展I / O接口芯片,6、定时/计数器 T（16位增量可编程） 它与CPU之间各自独立工作，当它计数满时向CPU中断 7、时钟电路 fosc 分为内部振荡器、外接振荡电路 8、中断系统 五源中断、两级优先，可编程进行控制。,二、MCS-51单片机外部引脚 封装形式， 见右图：,引脚分类： 1、主电源引脚 Vss、Vcc 2、外接晶振引脚 XTAL1、XTAL2,3、控制或复位引脚 RST / VPD 当出现两个机器周期高电平时，单片机复位 。 复位后，P0 P3 输出高电
3、平；SP寄存器为07H； 其它寄存器全部清0；不影响RAM状态。 参考复位电路如下：,1.时钟电路引脚： XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在单片机内部，它是构成片内振荡器的反向放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部振荡器的输入端。 XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在单片机内部，它是构成片内振荡器的反向放大器的输出端。当采用外部振荡器时，此引脚应悬空。,= 0 时，只访问外部程序存储器,即外ROM,= 1 时，访问内部程序存储器,即内ROM,/ Vpp 内外ROM选择端,对于8751单片机编程时，该端施加编程电压 4、输入/输出引脚
4、P0.0 P0.7 ； P1.0 P1.7 ； P2.0 P2.7 ；P3.0 P3.7 四个I / O口，每口八条线；还兼作地址/数据线。,EA,ALE / PROG 地址锁存控制端 提供1/6 fosc振荡频率；为其内的EPROM输入编程脉冲 PSEN 外部程序存储器的读选通信号端,ALE/PROG:(Address Latch Enable/ Programming)当单片机上电正常工作后，ALE引脚不断向外输出正弦脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。CPU访问外部存储器时，ALE作为锁存低8位地址的控制信号。此引脚的第二功能PROG作为8751编程脉冲输入端使用。,PSEN：(Pro
5、gram Store Enable)在访问片外存储器时，此端定时输出负脉冲作为片外存储器的选通信号。 EA/VPP：(Enable Address/Voltage Pulse Of Programming)当EA接高电平时，CPU访问片内ROM，并执行内部程序存储器中的指令，但当PC（程序计数器）的值超过4K时，将自动转去执行片外存储器内的程序。当EA脚接低电平时，CPU只访问片外ROM并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。VPP是对8751片内ROM固化程序时，作为施加较高编程电压（12V21V）的输入端。,3.输入输出引脚： P0P3：4个8位双向输入输出端口，每个端口
6、都有锁存器、输出驱动器和输入缓冲器。4个端口都可以做输入输出口使用，其中，P0和P2通常用于对外部存储器的访问。在这种方式下，把P0口作为地址/数据总线使用，分时输出外部存储器的地址和传送8位数据。当扩充外部存储器的地址为16位时，P2口作为地址总线的高8位地址使用。,2-2 MCS-51单片机内存配置,一、MCS-51单片机的内存结构,物理上分为：4个空间，即片内ROM、片外ROM（/PSEN读选通) PSEN_外部程序存储器的读选通信号端 片内RAM、片外RAM (/WR、/RD端) 逻辑上分为: 3个空间， 即程序内存（片内、外）统一编址 MOVC 数据存储器（片内） MOV 数据存储器
7、（片外） MOVX,二、程序存储器 寻址范围：0000H FFFFH 容量64KB，即地址长度：16位,，寻址内部ROM；,，寻址外部ROM。,当PC值超过片内ROM容量时会自动转向 外部存储器空间。,作 用： 存放程序及程序运行时所需的常数。,七个具有特殊含义的单元是：,0000H 系统复位，PC指向此处； 0003H 外部中断0入口 000BH T0溢出中断入口 0013H 外中断1入口 001BH T1溢出中断入口 0023H 串口中断入口 002BH T2溢出中断入口,三、内部数据存储器 物理上分为两大区域：00H 7FH即128B内RAM区 80H FFH即SFR区。,位寻址区（20
8、H2FH）16个字节。 16*8=128位，每一位都有一个位地址，范围为：00H7FH，位地址区也可作为一般RAM使用。,位寻址区,四、特殊功能寄存器 MCS-51单片机内共有22个特殊功能寄存器，包括PC及SFR。 PC为程序计数器。它是一个双字节寄存器,寻址范围为: 0000H FFFFH，即0 64KB。 SFR为特殊功能寄存器。其寻址空间：80H FFH 其中，51子系列有18个寄存器，占有21个字节； 52子系列有21个寄存器，占有26个字节。 51子系列SFR的地址分配及位地址见下页表：,+,+,注意： 1、表中共有5个双字节寄存器。 2、PC也为双字节寄存器，但是不在80H FF
9、H 范围内。 3、表中，凡地址能被8整除的寄存器都是可位 寻址的寄存器。,各寄存器的名称： 1、算术运算寄存器 （1）A累加器。 （2）BB寄存器，乘、除法运算用。 （3）PSW程序状态字寄存器：包含程序运 行状态、信息。,CY 进位/借位标志；位累加器。 AC 辅助进/借位标志；用于十进制调整。 F0 用户定义标志位；软件置位/清零。 OV 溢出标志； 硬件置位/清零。 P 奇偶标志；A中1的个数为奇数 P = 1；否则 P = 0。 RS1、RS0 寄存器区选择控制位。 0 0 ： 0区 R0 R7 0 1 ： 1区 R0 R7 1 0 ： 2区 R0 R7 1 1 ： 3区 R0 R7,
10、P,RS0,RS1,OV,F0,AC,CY,PSW,2、指针寄存器 （1）程序计数器PC 指明即将执行的下一条指令的地址(程序存储器地址)，在物理上独立，复位时PC = 0000H。 （2）堆栈指针SP 指明栈顶元素的地址，8位，可软件设置初值，复位时SP = 07H。 （3）数据指针DPTR DPTR；指明访问的数据存储器的单元地址，16位，寻址范围64KB。 DPTR = DPH + DPL，也可单独使用。,3、并行输入/输出端口 寄存器P0、P1、P2、P3实为相应端口锁存器。 4、串行输入/输出端口 （1）串行数据缓冲器 SBUF 是物理上独立的两个寄存器，共同使用一个地址（99H）。
11、 （2）串行控制/状态寄存器SCON 控制监视串行口的工作状态 （3）电源控制寄存器PCON 控制单片机的低功耗工作方式及波特率选择。,5、中断系统 （1）中断优先级寄存器IP：2级优先，可软件设定 （2）中断允许寄存器IE 6、定时/计数器 （1）定时器方式寄存器：TMOD （2）定时器控制寄存器：TCON （3）计数寄存器：TH0、TL0；TH1、TL1。可用于设定计数初值。,五、址空间 （1）内部RAM 20H 2FH共16个单元可按位寻 址128位。 （2）SFR 80H FFH 51子系列，有11个寄存 器，83位；52子系列，有12个寄存器，93位。 六、外部数据存储器 （1）容量
12、最大扩展到64KB （2）寻址范围：0000H FFFFH （3）寻址方式：间接寻址可用R0，R1DPTR,时钟的基本概念 启动单片机后，指令执行顺序：,2-3 CPU时序,以上是单周期单字节指令在执行过程中ALE脉冲、取指 操作、执行操作等在时间上的先后关系。 时序的定义： 单片机内的各种操作都是在一系列脉冲控制下进行的，而各脉 冲在时间上是有先后顺序的，这种顺序就称为时序。 执令周期：即从取指到执行完，所需时间。 不同机器指令周期不一样；即使相同机器，不同的 指令其指令周期也不一样。 机器周期：机器的基本操作周期。个指令周期含若干机器周 期（单、双、四周期）,每个状态周期含两个振荡周期，即
13、相位P1、P2。 振荡周期：由振荡时钟产生。 振荡周期Tosc = 1/fosc 一个机器周期 = 12个振荡周期 = 121/fosc 。 例如，若fosc = 12MHz，则一个机器周期 = 1s。,状态周期：一个机器周期分6个状态周期Si,单字节单周期指令 例：INC A,双字节单周期指令 例：ADD A，DATA,单字节双周期指令例：INC DPTR,当ALE（ALE信号为振荡频率6分频）正跳变时，对应单片机进行一次读指令操作。一个机器周期二次出现，在S1P2和S2P1及S4P2和S5P1期间。 有效宽度为一个状态。,（1）单字节单周期指令：INC A 只需进行一次读指令操作（指令只有
14、一个字节），当第二个ALE有效时，由于PC没有加1，读出的还是原指令。属于一次无效操作。,（2）双字节单周期指令：ADD A，#data ALE两次读操作都有效，第一次读操作码（指令第一字节），第二次读立即数（指令第二字节）。,（3）单字节双周期指令：INC DPTR 两个机器周期共进行四次读指令操作，但其后三次的读操作都是无效的。,时钟的产生： XTAL1（19）、XTAL（18）。 1、内部方式 与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振器一起组成 一个自激振荡器。 2、外部方式 CMOS工艺的8031，其XTAL1接外信号；XTAL2 可悬空。HMOS工艺的8031，其XTAL2接外信号； XTAL1接地。,小结： 1、MCS51存储结构分配是怎样的？ 2、SFR中各寄存器的名称？,
