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1、,第 二 讲 MCS-51单片机的引脚和内部结构 (教材2.12.3节),1,微机原理及应用 Principle and Applications of Micro-Computers,教学目的: 了解MCS-51单片机的基本结构 要求: 掌握MCS-51单片机的各引脚功能, 内部结构和主要功能单 元的作用 难点: 主要功能单元的作用,外观 MCS-51单片机的封装 MCS-51单片机的引脚功能 内部 MCS-51单片机的内部结构 MCS-51单片机内部功能部件的作用 MCS-51单片机I/O端口的结构和操作方法,内容,2019/10/20,3,MCS-51 单片机主要功能特点,8 位的 CP
2、U， 片内有振荡器和时钟电路,工作频率为 112MHz（Atmel 89Cxx为024MHz） 片内有 128/256字节 RAM 片内有 0K/4K/8K字节 程序存储器ROM 可寻址片外 64K字节 数据存储器RAM 可寻址片外 64K字节 程序存储器ROM 片内 21/26个 特殊功能寄存器（SFR） 4个8位 的并行I/O口（PIO） 1个 全双工串行口（SIO/UART） 2/3个16位 定时器/计数器（TIMER/COUNTER） 可处理 5/6个中断源，两级中断优先级 内置1个布尔处理器和1个布尔累加器（Cy） MCS-51指令集含 111条指令,2019/10/20,4,MCS
3、-51 系列单片机配置一览表,2019/10/20,5,MCS-51单片机的封装(常见的形式),DIP40(40-pins Dual In-line Package, 脚距2.54mm) PLCC44 (44-lead Plastic Leaded Chip Carrier, 脚距1.27mm) PQFP44 (Plastic Quad Flat Package 脚距0.8mm),DIP40实物和引脚排列,PLCC44实物和引脚排列,PQFP44实物和引脚排列,2019/10/20,6,DIP40封装规格,脚距,(见教材refs.9, p.25),2019/10/20,7,PLCC44封装的规
4、格,脚距,(见教材refs.9, p.25),2019/10/20,8,PQFP44封装的规格,脚距,(见教材refs.9, p.26),2019/10/20,9,MCS-51单片机引脚及名称, 三种封装形式的引脚布局不同, 但对应功能完全相同!,电源引脚 (2个) Vcc (电源正极) GND/Vss (电源地) 可编程I/O引脚 (32个) P0(P0.07), P1(P1.07), P2(P2.07), P3(P3.07) 控制和时钟引脚 (6个) 时钟引脚: XTAL1(输入), XTAL2 控制引脚: RST, EA/VP, ALE/PROG, PSEN,2019/10/20,10,
5、四个控制引脚的功能描述,RST 高电平有效; 有效宽度大于2个机器周期 决定MCS-51单片机处于两个状态: 复位状态和运行状态 EA/VP (VP仅在写入/编程片内ROM时有用) 当MCS-51单片机位于复位状态时, EA的电平决定进入运行状态时从片内的0000H (EA=“1”)或片外扩展的0000H (EA=“0”) 开始执行程序 ALE/PROG (PROG仅在写入/编程片内ROM时有用) 低8位地址锁存使能信号; 高电平有效 (使用方法见下例) PSEN 扩展的程序存储器读/输出使能信号; 低电平有效 (使用方法见下例),2019/10/20,11,四组8位I/O端口的功能描述,四个
6、端口均支持： 8位双向可编程I/O; 支持字节操作(P0); 支持单个位操作 (Pi.j) P0端口 第二功能: 分时复用作为低8位地址总线和8位数据总线 (见下例) P1端口 部分衍生的MCS-51单片机中, P1.i具有第二功能, 如8052, W77E58 P2端口 第二功能: 高8位地址总线 (见下例) P3端口 第二功能: 每个引脚有不同第二功能, 见教材p.12的表2-2 (见下例),2019/10/20,12,扩展工作模式下各引脚功能 (示例),片内无程序存储器,地址锁存器,程序存储器,数据存储器,地址总线,数据总线,控制信号,8031的片内无程序存储器. 问: 可以把图中的EA
7、/VP引脚接Vcc吗? 为什么?,8031,ALE,PSEN,EA,外观 MCS-51单片机的封装 MCS-51单片机的引脚功能 内部 MCS-51单片机的内部结构 MCS-51单片机内部功能部件的作用 MCS-51单片机I/O端口的结构和操作方法,内容,2019/10/20,14,MCS-51单片机的内部结构,MCS-51单片机的基本内核包括 控制、运算单元和基本寄存器 ALU, PC, 布尔(位)处理器; SP, ACC, PSW, DPTR 存储器 程序存储器 数据存储器和特殊功能寄存器(SFR) I/O部件 I/O端口锁存器和I/O接口单元 特殊功能单元: 定时/计数器, 串行收发器,
8、 中断逻辑,2019/10/20,15,MCS-51 单片机功能框图,内部结构,ALU,I/O,ACC,RAM,ROM,2019/10/20,17,ALU, PC的作用,ALU的作用 算术运算 (字节型四则运算) 逻辑运算 (基本逻辑运算和移位操作) PC的作用 程序执行过程的调度 始终保存着将要执行的指令在程序存储器中地址 一点说明: PC是一个16位的控制寄存器, 为了便于说明，其高、低字节分别记为PC.h、PC.l,2019/10/20,18,MCS-51堆栈设在内部RAM中，是一个按“先进后出”顺序、受SP管理的存储区域； 在程序中断、子程序调用等情况下，会用到堆栈来保存断点和现场（亦
9、可作数据传送的中转站）； MCS-51堆栈深度为128个字节，系统复位时硬件使SP=07H。用户可以修改SP来改变堆栈区位置。,堆栈与堆栈指示器SP（Stack Pointer）,2019/10/20,19,特殊功能寄存器(PSW),P (PSW.0)奇偶标志位。 P=1表示累加器中“1”的个数为奇数 P=0表示累加器中“1”的个数为偶数 CPU随时监视着ACC中的“1”的个数,并反映在PSW中 PSW.1 未定义。,2019/10/20,20,特殊功能寄存器(PSW),OV (PSW.2)溢出标志位。 OV=1时特指累加器在进行带符号数(-128+127)运算时出错（超出范围）；OV=0时未
10、出错。,2019/10/20,21,在有符号数的二进制算术运算中，如果其运算结果超过了机器数所能表示的范围，并改变了运算结果的符号位，则称之为溢出，因而OV标志仅对有符号数才有意义。,OV1,10792199,进位位CY和溢出标志OV比较,溢出标志OV（Overflow）详解,2019/10/20,22,CY0 OV0,CY1 OV0,CY0 OV1,1,（a）,（b）,（c）,（d）,CY为1表示无符号数运算产生溢出，但并不是运算出错。 OV为1表示有符号数运算产生溢出，表示运算出错。,溢出标志OV和进位标志CY举例,2019/10/20,23,存储器,程序存储器 分引导程序存储器和应用程序
11、存储器 存储容量: 064K+引导程序空间(18K) 类型: FlsahROM, EPROM, OTP ROM, Mask ROM 数据存储器 至少具有128字节, 8032, 8052等具有256字节 部分衍生类型具有更多的片内RAM(2568192字节), 有关MCS-51单片机存储器和特殊功能寄存器的内容在下一讲专门介绍,2019/10/20,24,P0端口的结构,有I/O功能和第二功能的切换控制 I/O功能时输出用OC结构, 第二功能时用推拉结构 I/O功能操作与P1端口相同, P2和P3端口与P0端口的结构相似, 不再赘述,2019/10/20,25,P0口,P0.0P0.7: 双向
12、I/O （内置场效应管上拉） 控制=0，作8位输入口使用。,2,1,D,Q,CK,/Q,读引脚 =1,读锁存器,写锁存器,内部总线,地址/数据,控制,引脚P0.X,3,4,控制=0 时，此脚作输入口（事先必须对它写“1”）,0,0,1,0,0,截止,截止,=0,Vcc,2019/10/20,26,P0口,P0.0P0.7: 双向I/O （内置场效应管上拉） 控制=0，作8位输出口。数据经由内部总线被存于锁存器，并向引脚输出。由于此时T0截止，需外接上拉电阻。,2,1,D,Q,CK,/Q,读引脚,读锁存器,写锁存器,内部总线,地址/数据,控制,引脚P0.X,3,4,控制=0 时，P0作输出口（同
13、P1）,0,0,截止,=0,Vcc,VCC,2019/10/20,27,P0口,P0.0P0.7: 双向I/O （内置场效应管上拉） 控制=1，作双向8位数据口和输出低8位地址复用口。,2,1,D,Q,CK,/Q,读引脚,读锁存器,写锁存器,内部总线,地址/数据,控制=1,引脚P0.X,3,4,控制=1时，此脚作地址/数据复用口：（1）输出地址/数据 =0 时,1,0,1,1,=0,导通,截止,=0,Vcc,2019/10/20,28,P0口,P0.0P0.7: 双向I/O （内置场效应管上拉） 控制=1，作双向8位数据口和输出低8位地址复用口。,2,1,D,Q,CK,/Q,读引脚,读锁存器,
14、写锁存器,内部总线,地址/数据,控制=1,引脚P0.X,3,4,(2)输出地址/数据 =1 时,1,1,0,0,=1,截止,导通,=1,Vcc,2019/10/20,29,P1端口的结构,每个位都具有内部上拉电阻 可编程输入和输出 写操作的结果(输出)被D型锁存器保持 读操作分读引脚状态和读输出锁存器状态 (后详述),问题: 当P1端口作为输入使用时, 各个位对应的锁存器必须先锁存 “1”。 为什么?,2019/10/20,30,I/O端口的读写操作,I/O端口的写操作非常简单 I/O端口的2种读操作有什么区别? 什么情况是读引脚状态? 反之?,读I/O锁存器状态的操作 例 ORL P1, A
15、cc ; 其中隐含一个读锁存器状态的操作 该指令的执行过程: 读P1锁存器状态执行逻辑与操作写结果到P1,读I/O引脚状态的操作 例 MOV Acc, P1 ; 将P1引脚状态传送到Acc,总结,外观 MCS-51单片机的封装形式及规格 MCS-51单片机40个引脚的分布, 名称及它们的功能 内部 MCS-51单片机基本内核的内部单元 内部结构 各个功能单元的作用 MCS-51单片机的I/O端口结构,问题和讨论,32,罗列出MCS-51单片机内核的基本资源。 根据这些资源，与自己查阅到的其它单片机的资源进行对比。 MCS-51单片机具有布尔(位)处理器，所以可以单独控制单个I/O位的状态，在哪些场合这种操作有优点？ 作业：2-12-5,2-8,2-11,下课,
