《单片机原理及接口技术 第2章 MCS-51 单片机组成原理研究报告》由会员分享,可在线阅读,更多相关《单片机原理及接口技术 第2章 MCS-51 单片机组成原理研究报告(45页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章 MCS-51 单片机组成原理,2.1 MCS-51单片机的内部结构 2.2 CPU的结构 2.3 MCS-51单片机存储器 2.4 时钟电路及时序 2.5 输入/输出端口 2.6 MCS-51单片机的引脚功能 2.7 MCS-51单片机的工作方式,退出,2.1 MCS-51单片机的内部结构,MCS-51单片机的内部结构框图如图2.1所示,CY(PSW.7):进位标志位。在进行加法(或减法)运算时,若运算结果最高位有进位或借位,则CY自动置“1”,否则CY置“0”,在进行布尔操作运算时,CY(简称C)作为布尔处理器。 AC:辅助进位标志位。当进行加法或减法时,若低4位向高4位有进位(或借
2、位)时,AC被置“1”,否则AC被置“0”。在十进制调整指令中AC还作为十进制调整的判别位。 F0:用户标志位。用户可用软件对F0位置“1”或清“0”以决定程序的流向。,OV:溢出标志位,当运算结果溢出时OV为“1”,否则为“0”,此标志位反映了运算结果是否溢出。 PSW.1:未定义位。 P(PSW.0):奇偶标志位。MCS-51单片机采用的是偶校验。当累加器A中“1”的个数为奇数时,P置“1”,否则P置“0”。此位反映累加器A中内容“1”的奇偶性,它常常用于机间通信。 RS1、RS0:工作寄存器区选择位。用来选择当前工作的寄存器区。用户通过改变RS1 、RS0的内容来选择当前工作寄存器区。R
3、S1、RS0的内容与工作寄存器区的对应关系如表2-1所示。,2.2.2 控制器 1、指令寄存器IR和指令译码器ID。 指令寄存器是存放指令代码的地方。当执行指令时,CPU把从程序存储器中读取的指令代码送入指令寄存器,然后指令译码器译码后由定时控制电路发生相应的控制信号,最终完成指令所规定的操作。,2、程序计数器PC 程序计数器PC的功能与普通微机相同,它用来存放CPU执行的下一条指令的地址。当一条指令按照PC所指的地址从程序存储器中取出后,PC会自动加1,指向下一条指令。程序计数器PC是一个16位的寄存器,可寻址64KB的程序存储器空间。 3、堆栈指针SP 4、数据指针寄存器DPTR,2.2.
4、3 工作寄存器和特殊功能寄存器 1、工作寄存器 MCS-51有32个工作寄存器,分为四个区(或组)每个区为8个寄存器R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7,每一时刻只有一个区工作。由PSW寄存器中的RS1、RS0的值来决定当前的工作区: 当 RS1 RS000时,0区为工作区, RS1RS001时,1区为工作区 RS1RS010时,2区为工作区 RS1RS011时,3区为工作区,这32个工作寄存器不但有它们的名称和区号,而且还有地址。00H-1FH共32个单元。 00H07H为0区,分别对应R0R7 08H0FH为1区,分别对应R0R7 10H17H为2区,分别对应R0R7 18H1F
5、H为3区,分别对应R0R7,这32个单元为内部数据存储器(即片内RAM)的00H1FH存贮空间,这与普通微机中的通用寄存器基本相同,所不同的是,普通微机的通用寄存器只有名称,不占有RAM空间,因此只有名字,没有对应的地址;而MCS-51单片机的工作寄存器R0R7既可以用名字也可以用它的地址来表示。其中R0、R1寄存器除做工作寄存器外还常做间址寻址的地址指针。 2、特殊功能寄存器SFR(又称专用寄存器) 这21个特殊功能寄存器详情见表2-2。,这21个特殊功能寄存器中,有11个寄存器具有位寻址功能,即寄存器中的每位都具有位地址,可以按位寻址。11个寄存器的位地址如图2-3所示。,2.3 MCS-
6、51单片机存储器,2.3.1 程序存储器 8051单片机内部有4KB的掩膜ROM、8751单片机内部有4KB的EPROM,而8031内部没有程序存储器,必须外接程序存储器。 2.3.2 数据存储器 MCS-51系列单片机数据存储器分内部数据存储器(即片内RAM)和外部数据存储器(即片外RAM)。 1、内部数据存储器,2、外部数据存储器 由于MCS-51子系列单片机内部数据存储器只有128个字节,往往不够用,这就需要扩展外部数据存储器,外部数据存储器最多可扩至64KB。,2.4 时钟电路及时序,2.4.1 时钟电路 1、内部方式时钟电路,2、外部方式时钟电路 2.4.2 时序 1、基本概念 (1
7、)振荡周期 振荡周期指为单片机提供定时信号的振荡源的周期,即晶体振荡器直接产生的振荡信号的振荡周期。,(2)时钟周期 时钟周期是振荡周期的两倍。是对振荡器2分频的信号。时钟周期又称状态周期,用S来表示,一个时钟周期,分为两个节拍,P1和P2节拍。P1节拍通常完成算术逻辑操作,P2节拍通常完成内部寄存器间数据的传递。 (3)机器周期 一个机器周期由6个时钟周期组成,即S1S6,如果把一条指令的执行过程划分为几个基本操作,则完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。 (4)指令周期 指令周期是执行一条指令所需的全部时间。MCS-51单片机的指令周期通常由14个机器周期组成。 2、几种典型的取指和执行
8、时序,(1)单字节单周期指令 (2)双字节单周期指令 (3)单字节双周期指令 (4)访问外部数据存储器指令MOVX时序,2.5 输入/输出端口,2.5.1 P0口 P0口有位,每一位由一个锁存器、两个三态输入缓冲器以及控制电路和驱动电路组成,其位结构如图2-7(a)所示。,1、P0口作通用I/O口 2、作分时复用的地址/数据总线 2.5.2 P1口 P1口是一个专用的8位准双向I/O口,只具有通用输入/输出口功能,每一位都能设定为输入或输出,它的位结构如图2-7(b)所示。,2.5.3 P2口 P2口是一个8位准双向I/O口,具有两种功能。一是作通用I/O口用,与P1口相同。二是作扩展系统的高
9、8位地址总线。输出高8位地址,与P0口一起组成16位地址总线。它的位结构如图2-7(c)所示。,2.5.4 P3口 P3口也是一个8位准双向I/O口,除具有与P1口同样的功能(即可以作通用I/O口使用)外,还具有第二功能。当工作在第二功能时,每位都具有新的功能,各位的定义如表2-4。,P3口的位结构如图2-7(d)所示,当P3口作通用I/O口时,与P1口相同。,2.5.5 P0P3口的负载能力及接口要求 P0口的输出级的每一位可驱动8个LSTTL门。P0口作通用I/O口时,由于输出级是开漏电路,故用它驱动NMOS电路时需外加上拉电阻;而作地址/数据总线时,无需外接上拉电阻。 P1口P3口的输出
10、级的每一位可驱动4个LSTTL门。由于它们的输出级内部有上拉电阻,因此组成系统时无需外加上拉电阻。,2.6 MCS-51单片机的引脚功能,MCS-51单片机共有40个引脚。,2.7 MCS-51单片机的工作方式,MCS-51单片机有三种工作方式,复位方式、程序执行方式以及节电工作方式。 2.7.1 复位方式 1、单片机复位后的工作状态,2、复位电路,2.7.2 程序执行方式 1、连续执行方式 2、单步执行方式 2.7.3 节电工作方式 1、HMOS单片机的掉电工作方式 2、CHMOS单片机的节电工作方式 (1)电源控制寄存器PCON,(2)等待工作方式 将PCON中的IDL位置1,单片机进入等待工作方式,如图2-11所示。 (3)掉电工作方式,