单片机PPT第二章.

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1、 单片机技术及应用 单 片 机 技 术 及 应 用 第2章 MCS-51单片机结构 单片机技术及应用 单片机技术及应用 教学提示 本章主要介绍MCS-51单片机的内部结构、引脚功能、时 钟电路、复位电路、I/O端口及存储器配置，为以后各章的学 习打下基础。 教学目标 了解单片机的内部结构与型号。 掌握单片机各引脚信号的功能定义。 掌握单片机的时钟电路及复位电路。 掌握单片机各I/O口的特点。 掌握单片机存储器空间分配及读写。 单片机技术及应用 M C S - 5 1 单 片 机 组 成 单片机技术及应用 单片机技术及应用 1电源引脚 VCC(40脚)：接 +5V电源正端。 VSS(20脚)：接

2、 地端。 2时钟引脚 XTAL1(19脚)： 内部振荡电路反相 放大器的输入端， 是外接晶体的一个 引脚。当采用外部 振荡器时，此引脚 接地。 XTAL2(18脚)： 内部振荡电路反相 放大器的输出端， 是外接晶体的另一 端。当采用外部振 荡器时，此引脚接 外部振荡源。 单片机技术及应用单片机技术与应用实践 2.1.4 时钟电路与复位电路 1时钟电路 单片机内部有一个高增益的反相放大器，其输入端XTAL1和 XTAL2用于外接晶体和电容，以构成自激振荡器，外接电路 如图2-5(a)所示。外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入 到单片机内，如图2-5(b)所示。 单片机技术及应用 单片机技术及应

3、用单片机技术与应用实践 复位电路 单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件恢复为初 始状态，就像计算机的重启，并从这个状态开始工作。要实现复位 操作，必须使RES 引脚至少保持两个机器周期(24个振荡器周期)的高电 平。CPU在第二个机器周期内执行内部复位操作，以后每一个机器周期 重复一次，直至RES端电平变低。复位期间不产生ALE及PSEN信号，即 ALE=1和PSEN=1。这表明单片机复位期间不会有任何取指操作。当RES 引脚返回低电平以后，CPU从0000H地址开始执行程序。 单片机技术及应用 4I/O引脚 P0口(P0.0P0.7)：P0.7是最高位，P0.0是最低位，其 有两种功能

4、如下。 通用I/O接口：无片外存储器时，P0口可作通用I/O接口 使用。 地址/数据口：在访问外部存储器时，用作地址总线的低 8位和数据总线。 P1口(Pl.0P1.7)：P1.7是最高位，P1.0是最低位，仅 用作I/O口。 单片机技术及应用 P2口(P2.0P2.7)：P2.7是最高位，P2.0是最低位，其 有两种功能如下。 通用I/O接口：无片外存储器时，P2口可作通用I/O接 口使用。 地址口：在访问外部存储器时，用作地址总线的高8位 。 P3口(P3.0P3.7)：P3.7是最高位，P3.0是最低位，其 有两种功能如下。 第一功能：用作通用I/O接口。 第二功能：用于串行口、中断源输

5、入、计数器、片外 RAM选通。 单片机技术及应用 端口功能第二功能功能说明 P3.0RXD串行输入(数据接收)口 P3.1TXD串行输出(数据发送)口 P3.2外部中断0输入 P3.3外部中断1输入 P3.4T0定时器/计数器0计数输入 P3.5T1定时器/计数器1计数输入 P3.6片外数据存储器写选通信号输出 P3.7片外数据存储器读选 通信号输入 表2-4 P3口第二功能 单片机技术及应用 2CPU时序 CPU总是按照一定的时钟节拍与时序工作。CPU的时序是指CPU在执行指令 过程中，CPU的控制器所发出的一系列特定的控制信号在时间上的相互关系。时 序是用定时单位来说明的。 常用的时序定时

6、单位有时钟周期、状态周期、机器周期和指令周期。 1) 时钟周期 时钟周期是指振荡源的周期，即时钟脉冲频率的倒数，是最基本、最小的定 时信号，又称为振荡周期。 2) 状态周期 两个振荡周期为一个状态周期，由振荡脉冲二分频后得到，用S表示。两个 振荡周期作为两个节拍分别称为节拍P1和节拍P2。在状态周期的前半周期P1有 效时，通常完成算术逻辑操作；在后半周期P2有效时，一般进行内部寄存器之间 的传输。 单片机技术及应用 3) 机器周期 MCS-51单片机采用定时控制方式，因此它有固定的机器周期。1个机器周期 的宽度为6个状态，并依次表示为S1、S2、S6。由于一个状态又包括2个节 拍，因此，一个机

7、器周期总共有12个节拍，分别记作S1P1、S1P2、S6P2。 由于一个机器周期共有12个振荡脉冲周期，因此机器周期就是振荡脉冲的12分频 。 当时钟频率为12MHz时，机器周期为1s；当时钟频率为6MHz时，机器周期为 2s。 4) 指令周期 执行一条指令所需要的时间称为指令周期。它一般由14个机器周期组成。 不同的指令，所需要的机器周期数也不相同。通常分为3类：单机器周期指令、双 机器周期指令和四机器周期指令。指令的运算速度与指令所包含的机器周期有关 ，机器周期数越少的指令执行速度越快。 单片机技术及应用 【例2-1】8051的状态周期、机器周期、指令周期是如何分配的？ 当晶振频率分别为6

8、MHz和12MHz时，一个机器周期为多少s？ 解：8051单片机每个状态周期包含2个时钟周期，1个机器周 期有6个状态周期，每条指令的执行时间(即指令周期)为14个机 器周期。 当f=6MHz时，时钟周期=1/f=1/6s，机器周期 =(1/6)12s=2s 当f=12MHz时，时钟周期=1/f=1/12s，机器周期 (1/12)12s=1s 单片机技术及应用 2.1.5 中央处理器 中央处理器(CPU)是单片机的核心部件，由运算器和控制器两部分组成，完 成运算和控制功能。MCS-51单片机的CPU能处理8位二进制数或代码。 1运算器 运算器以算术逻辑单元(Arithmetic Logic U

9、nit，ALU)为核心，包括累加器 (Accumulator，ACC)、寄存器B、程序状态寄存器(Program Status Word，PSW) 、布尔处理机以及暂存器1、2。它能实现数据的算术逻辑运算、位运算和数据传 送等操作，并用程序状态寄存器PSW保存运算结果。 1)算术逻辑单元ALU 算术逻辑单元ALU有两个输入端和两个输出端，其中一端接至累加器。其不 仅能完成8位二进制数的加、减、乘、除、加1、减1及BCD加法的十进制调整等 算术运算，还能对8位变量进行逻辑“与”、“或”、“异或”、循环移位、求补、清零等 逻辑运算，并具有数据传输、程序转移等功能。参加运算的操作数在ALU中进行 规

10、定的操作运算，运算结束后将结果送至累加器，同时将操作结果的状态送程序 状态寄存器PSW。 单片机技术及应用 2)累加器ACC 累加器ACC简称累加器A，是一个8位寄存器，用于存放操作数或运算结果。 ALU作算术和逻辑运算时，一个操作数存放于A中，运算结束后，运算结果也保 存于A中。由于所有运算的数据都要通过累加器，它是CPU中使用最频繁的寄存 器，所以累加器在微处理器中占有非常重要的位置。 【例2-2】常用累加器ACC相关指令： MOV A, R0 MOV A,R1 MOV A,30H MOVX A,DPTR MOVC A,A+DPTR ADD A,32H ADD A, #32H ANL A,

11、#32H RL A 3)寄存器B 寄存器B是一个8位寄存器，为ALU进行乘、除运算而设置的，存放参与乘、 除运算的一个操作数，用于配合累加器ACC完成乘、除运算。若不作乘、除运算 时，则可作为通用寄存器使用。 【例2-3】常用寄存器B相关指令： MOV A,B ADD A,B MUL AB DIV AB 单片机技术及应用 4)程序状态寄存器PSW 程序状态寄存器PSW也称为标志寄存器，是一个8位寄存器，它保存指令执 行结果的状态信息，以供程序查询和判别。其中，有些位的状态是根据程序执行 结果，由硬件自动设置的，而有些位的状态则是用户根据需要用软件设定的。 PSW的各标志位定义如表2-3所示。

12、表2-3 PSW各标志位定义 位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0 位地址D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0H 位标志CYACF0RS1RS0OVP 单片机技术及应用 进位标志位CY(PSW.7)：在执行某些算术操作类、逻辑操作类指令时，可 被硬件或软件置位或清零，它表示运算结果是否有进位或借位。如果在最 高位有进位(加法时)或有借位(减法时)，则CY=1，否则CY=0。 辅助进位(或称半进位)标志位AC(PSW.6)：它表示两个8位数运算，低4位 有无进(借)位的状况。当低4位相加(或相减)时，若D3位向D4位有进位(或借 位)，则

13、AC=1，否则AC=0。在BCD码运算的十进制调整中要用到该标志。 用户自定义标志位F0(PSW.5)：用户可根据自己的需要对F0赋予一定的含 义，通过软件置位或清零，并根据F0等于1或0来决定程序的执行方式，或 反映系统某一种工作状态。 工作寄存器组选择位RS1、RS0(PSW.4、PSW.3)：可用软件置位或清零， 用于选定当前使用的4个工作寄存器组中的某一组(详见2.2节)。 单片机技术及应用 溢出标志位OV(PSW.2)：做加法或减法运算时，由硬件置位或清零，以 指示运算结果是否溢出。OV=1反映运算结果超出了累加器的数值范围(无 符号数的范围为0255，以补码形式表示一个有符号数的范

14、围为-128 +127)。进行无符号数的加法或减法运算时，OV的值与进位位CY的值相 同；进行有符号数的加法运算时，如果最高位、次高位之一有进位，或做 减法运算时，如果最高位、次高位之一有借位，则OV被置位。执行乘法 指令MUL AB也会影响OV标志位，积大于255时OV=1，否则OV=0。执行 除法指令DIV AB 也会影响OV标志位，如果B中所放除数为0，OV=1，否 则OV=0。 PSW.1：保留位，未用。 奇偶标志位P(PSW.0)：在执行指令后，单片机根据累加器A中1的个数的 奇偶自动给该标志置位或清零。若A中1的个数为奇数，则P=1；否则P=0 。该标志位对串行通信的数据传输非常有

15、用，通过奇偶校验可检验传输的 可靠性。 单片机技术及应用 【例2-4】设(A)=85H，(R0)=0AFH，执行下面的指令： ADD A,R0 运算过程： 1 0 0 0 0 1 0 1 + 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 D3位向D4位有进位 D6位无进位 D7位有进位 结果：(A)=34H；CY=1；AC=1；OV=1；P=1。 单片机技术及应用 2控制器 控制器包括定时和控制电路、指令寄存器、译码器及信息传送控制等 部件。它先以主振频率为基准发出CPU的时序，对指令进行译码，然后 发出各种控制信号，完成一系列定时控制的微操作，用来协调单片机内部 各功能部件之间的数据传送、数据运算等操作，并对外发出地址锁存ALE 、外部程序存储器选通PSEN，以及通过P3.6和P3.7发出数据存储器读 RD、写WR等控制信号，并且接收处理外接的复位和外部程序存储器访 问控制EA信号。 单片机技术及应用 1)程序计数器PC 程序计数器PC(Program Counter)是一个16位寄存器，用于存放下一 条将要执行的指令地址，因此也称为地址指针。 PC具有