孙旭飞嵌入式处理器

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1、第五章第五章 嵌入式处理器嵌入式处理器 本章学习要点：本章学习要点： 嵌入式处理器的基本结构嵌入式处理器的基本结构 80C51 80C51单片机的编程结构单片机的编程结构 80C5180C51单片机的引脚信号及功能单片机的引脚信号及功能 80C51 80C51单片机的存储器配置单片机的存储器配置 80C5180C51单片机的操作与时序单片机的操作与时序 5.3 80C515.3 80C51单片机的内部结构单片机的内部结构 嵌入式微处理器嵌入式微处理器 1 1基本组成基本组成 4.1 80C514.1 80C51单片机的内部结构单片机的内部结构 2 2、芯片内部结构、芯片内部结构 嵌入式微处理器

2、嵌入式微处理器 控制控制 器器 运算运算 器器 一、中央处理器一、中央处理器CPUCPU 1 1、运算器、运算器 进行算术和逻辑运算进行算术和逻辑运算 ，8 8位位 主要包括算术逻辑单元主要包括算术逻辑单元ALUALU、累加器、累加器 ACCACC、暂存器、程序状态字、暂存器、程序状态字PSWPSW、B B寄存寄存 器。器。 80C5180C51单片机基本结构单片机基本结构 单片机原理与应用 主要任务： 单片机原理与应用 算术运算 逻辑运算逻辑运算 位操作位操作 数据处理数据处理 利用程序状态寄存器利用程序状态寄存器PSWPSW表述当前运行状态表述当前运行状态 一、中央处理器一、中央处理器CP

3、UCPU 独特的功能，特别独特的功能，特别 适合与控制操作。适合与控制操作。 2 2、控制器控制器 包括指令寄存器IR、指令译码器ID、 数据指针DPTR、程序计数器（指针） PC、堆栈指针SP、以及控制电路（时 序电路、中断控制部件、微操作控制部 件）。 单片机原理与应用 一、中央处理器一、中央处理器CPUCPU 哈佛结构哈佛结构 3 3、布尔处理器、布尔处理器 单片机原理与应用 一、中央处理器一、中央处理器CPUCPU 它实际上是一个完整的位微处理器， 这个位机有自己的CPU、位寄存器、I/O口 和指令集。可提供17条位操作指令，硬件有 自己的“累加器”（进位位C）和自己的位寻址 RAM和

4、I/O空间，所以是一个独立的位处理机 。 80C51单片机把8位机和1位机复合在一 起，发挥各自的长处，这是它的一大优点。 MCSMCS5151系列单片机芯片系列单片机芯片 采用采用4040个引脚的方形和双列直插式封装个引脚的方形和双列直插式封装 (b)双列直插式封装(a)方形封装 5.4 80C515.4 80C51单片机的引脚信号单片机的引脚信号 嵌入式微处理器嵌入式微处理器 1 1引脚功能引脚功能 4040个引脚其功能共可分为四个部分：个引脚其功能共可分为四个部分： 1 1）电源）电源2 2个个 2 2）外接晶体振荡器）外接晶体振荡器2 2个个 3 3） I/OI/O引脚引脚3232个个

5、 4 4）控制信号引脚）控制信号引脚4 4个个 5.4 80C515.4 80C51单片机的引脚信号单片机的引脚信号 嵌入式微处理器嵌入式微处理器 一、主电源引脚 nVDD：接5V电源 nVSS：接地端 一般VDD 和VSS之间 应接高频和低频滤 波电容。 嵌入式微处理器嵌入式微处理器 二、外接晶体振荡器引 脚 nXTAL1：芯片内部振荡 电路（单级反相放大器） 的输入端 nXTAL2：芯片内部振荡 电路（单级反相放大器） 的输出端 振荡频率为晶振频率（ 1.220MHz），另外需 两个30pF左右的电容以 微调频率 嵌入式微处理器嵌入式微处理器 1 1、接石英晶体和微调电容、接石英晶体和微调

6、电容 2 2、接外部时钟、接外部时钟 n80C51单片机的振荡器有内部和外部两种方式 5.4 80C515.4 80C51单片机的引脚信号单片机的引脚信号 嵌入式微处理器嵌入式微处理器 三、三、4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O口引脚口引脚 80C5180C51单片机有单片机有4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O口，共占口，共占 了了3232根根I/OI/O引脚，单片机扩展时，这些引脚，单片机扩展时，这些I/OI/O引脚引脚 又作为扩展总线用。又作为扩展总线用。 P0P0口作为地址口作为地址/ /数据总线，分时输出低数据总线，分时输出低8 8位地位地 址和传送址和传送8 8位数据；位

7、数据； P2P2口作为高口作为高8 8位地址总线；位地址总线； P3P3口也具有第二功能。这是由接口的特殊结口也具有第二功能。这是由接口的特殊结 构所决定的。构所决定的。 嵌入式微处理器嵌入式微处理器 四、控制信号线引脚四、控制信号线引脚 1、RST/VPD：复位/掉电时内部RAM的备用电 源输入端 复位端RST ： 启动时，需要复位，使CPU各部件处于确 定的初始状态。 正常工作状态（振荡器稳定），该引脚上 出现持续24个振荡周期（即两个机器周期）以 上的高电平，单片机就可完成系统复位操作 。 嵌入式微处理器嵌入式微处理器 80C51复位后内部寄存器状态 特殊功能寄存器初始状态态特殊功能寄存

8、器初始状态态 ACC00HTCON00H B00HTH000H PSW00HTL000H SP07HTH100H DPL00HTL100H DPH00HSCON00H P0P30FFHSBUF不定 IPXXX00000BPCON0XXXXXXXB IE0XX00000B TMOD00HPC0000H 嵌入式微处理器嵌入式微处理器 2、ALE/PROG：地址锁存允许/编程脉冲输入 ALE：地址锁存允许信号 片外存储器作数据存取时，ALE为低8位地址 锁存允许输出信号，在其下降沿将从P0口输出的 低8位地址锁存到地址锁存器。 以1/6振荡频率周期性输出 PROG：在对8751片内EPROM编程时，

9、编程脉 冲由此输入。 四、控制信号线引脚四、控制信号线引脚 嵌入式微处理器嵌入式微处理器 3、EA/VDD：访外允许/编程电压输入 8031中EA必须接地。 8051/8751中 EA1，单片机使用片内ROM/EPROM（由 PC值决定）； EA0，单片机片内程序存储器失效，而 使用 片外程序存储器。 VDD 对8751片内EPROM编程时，此脚接编程 电压。（+21V+25V） 四、控制信号线引脚四、控制信号线引脚 嵌入式微处理器嵌入式微处理器 4 4、 PSENPSEN：外部程序存储器读选通信号外部程序存储器读选通信号 它与它与ALEALE配合，使配合，使P0P0口完成地址线和数据线口完成

10、地址线和数据线 的功能。的功能。 当访问片内当访问片内ROMROM、RAMRAM时无效。时无效。 四、控制信号线引脚四、控制信号线引脚 嵌入式微处理器嵌入式微处理器 5.5 80C515.5 80C51单片机的存储器配置单片机的存储器配置 80C51 80C51系列单片机采用的是哈佛体系结系列单片机采用的是哈佛体系结 构，即将程序存储器和数据存储器分开，程构，即将程序存储器和数据存储器分开，程 序存储器和数据存储器各有自己的寻址方式序存储器和数据存储器各有自己的寻址方式 、寻址空间和控制系统。、寻址空间和控制系统。 存储器在物理结构上分为程序存储器空存储器在物理结构上分为程序存储器空 间和数据

11、存储器空间，共有间和数据存储器空间，共有4 4个存储空间：个存储空间： 片内程序存储器片内程序存储器和和片外程序存储器空间片外程序存储器空间以及以及 片内数据存储器片内数据存储器和和片外数据存储器片外数据存储器空间。空间。 嵌入式微处理器嵌入式微处理器 5.5 80C515.5 80C51单片机的存储器配置单片机的存储器配置 从用户使用的角度看，从用户使用的角度看，80C5180C51存储器地存储器地 址空间分为以下址空间分为以下3 3类：类： 片内、片外统一编址片内、片外统一编址0000H FFFFH0000H FFFFH的的64 64 KBKB程序存储器地址空间（用程序存储器地址空间（用1

12、616位地址）。位地址）。 64KB64KB的片外数据存储器地址空间，地址也的片外数据存储器地址空间，地址也 从从0000H FFFFH0000H FFFFH（用（用1616位地址）编址。位地址）编址。 256256字节的片内数据存储器地址空间（用字节的片内数据存储器地址空间（用8 8 位地址）。位地址）。 图中图中3 3个存储空间地址是重叠的，个存储空间地址是重叠的， 如何区别这如何区别这3 3个不同的逻辑空间呢？个不同的逻辑空间呢？ 嵌入式微处理器嵌入式微处理器 5.5 80C515.5 80C51单片机的存储器配置单片机的存储器配置 80C5180C51的指令系统设计了不同的数据传的指令

13、系统设计了不同的数据传 送指令符号：送指令符号：CPUCPU用用MOVCMOVC指令访问片内、指令访问片内、 片外片外ROMROM，用，用MOVXMOVX指令访问片外指令访问片外RAMRAM， 用用MOVMOV指令访问片内指令访问片内RAMRAM。 上图中所示的引脚信号上图中所示的引脚信号PSENPSEN，若，若PSENPSEN 有效，即能读出片外有效，即能读出片外ROMROM中的指令。引脚信中的指令。引脚信 号号RDRD和和WRWR有效时可读有效时可读/ /写片外写片外RAMRAM或片外或片外 I/OI/O接口。接口。 嵌入式微处理器嵌入式微处理器 5.5 80C515.5 80C51单片机

14、的存储器配置单片机的存储器配置 5.5.1 5.5.1 程序存储器地址空间程序存储器地址空间 程序存储器用于存放编好的程序和表格程序存储器用于存放编好的程序和表格 常数。程序存储器通过常数。程序存储器通过1616位程序计数器寻址位程序计数器寻址 ，寻址能力为，寻址能力为64 KB64 KB。这使得指令能在。这使得指令能在64 64 KBKB地址空间内任意跳转，但不能使程序从地址空间内任意跳转，但不能使程序从 程序存储器空间转移到数据存储器空间。程序存储器空间转移到数据存储器空间。 嵌入式微处理器嵌入式微处理器 5.5 80C515.5 80C51单片机的存储器配置单片机的存储器配置 80C51

15、80C51片内片内ROMROM的容量为的容量为4 KB4 KB，地址，地址 为为0000H 0FFFH0000H 0FFFH；片外最多可扩至；片外最多可扩至64 KB 64 KB ROMROM，地址为，地址为1000H FFFFH1000H FFFFH，片内外统，片内外统 一编址。一编址。 当片内当片内4 KB ROM4 KB ROM容量不够时，可选择容量不够时，可选择8 8 KBKB、16 KB16 KB、32 KB32 KB的的80C5280C52、80C5480C54、 80C5680C56单片机。应尽量避免外扩程序存储器单片机。应尽量避免外扩程序存储器 芯片而增加硬件的负担。在极特殊情况下，芯片而增加硬件的负担。在极特殊情况下， 才应外扩程序存储器芯片执行外部程序。才应外扩程序存储器芯片执行外部程序。 不用片外扩展的不用片外扩展的 ROMROM时，时，EAEA引脚引脚 与电源与电源VccVcc连接连接。 嵌入式微处理器嵌入式微处理器 5.5 80C515.5 80C51单片机的存储器配置单片机的存储器配置 5.5.1 5.5.1 程序存储