《单片机原理及应用(第二讲)知识课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机原理及应用(第二讲)知识课件（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、MCS-51单片机的硬件结构（二） MCS-51单片机的存储器结构 并行I/O端口 时钟电路与时序 MCS-51的复位和复位电路,第 二 讲,一、MCS-51的微处理器,1、运算器,由运算器和控制器组成,（1）算术逻辑运算单元ALU 功能强大，能进行8位的逻辑“与”、“或”、“异或”、 循环、求补和清零以及算术加、减、乘、除等基本运算， 同时还可进行位处理，置位、清零、求补、“与”、“或” 等位操作。,（2）累加器A 8位，可写成Acc。使用最频繁的一个寄存器，进 位标志Cy，又是位处理器的累加器。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,（3）寄存器B 一般寄存器，常用于乘、除法操
2、作中。 乘法：两数放于A、B中，运算结果存放在BA中。 除法：被除数放A中，除数放B中，其运算结果 商在A中，余数在B中。,（4）程序状态寄存器PSW 8位，属特殊功能寄存器。很重要，须牢记。格式如 下: (字节地址为 D0H),Cy,Ac,F0,RS1,RS0,OV,-,P,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,PSW,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,2、控制器,单片机运行的控制部件，由程序计数器、程序地址寄 存器、指令寄存器IR、指令译码器等逻辑控制电路组成。,（1）程序计数器PC 一个基本的寄存器，也是一个独立的计数器，存放着 下一条将要从程序存储器中取出的指
3、令的地址。,（2）指令寄存器IR、指令译码器及控制逻辑电路 存放指令操作码的专用寄存器，输出给指令译码器进 行译码，译码结果送控制逻辑电路，发出各种控制信号。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,二、MCS-51存储器的结构,MCS-51单片机的程序存储器和数据存储器空间截然分 开，各自有其寻址方式、寻址空间和控制系统。寻址能力 分别达64KB。可分为：程序存储器、内部数据存储器、特 殊功能寄存器、位地址空间、外部数据存储器共五类。,1、程序存储器 用于存放应用程序和表格之类的固定常数。最大空间 为64KB（片内和片外之和）。程序存储器的应用时应注意 以下两点： （1）EA引脚接
4、高、低电平，确定CPU是访问片内还是 访问片外程序存储器。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,EA引脚接高电平，程序将从片内程序存储器开始执 行，当PC值超出片内容量时，自动转向片外程序存储器 空间。 EA引脚接低电平，只能用片外的程序存储器，即程 序将从片外程序存储器中开始执行。,（2）程序存储器的开始部分的一些单元固定用于中 断源的中断服务程序的入口地址，如下规定：,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,注意： MCS-51单片机复位后，PC值为0000H，因此 程序是从0000H开始执行的。 两条读程序存储器指令： MOVC A,A+DPTR MOVC A,A
5、+PC,2、内部数据存储器 片内数据存储器（RAM）共有128个字节，其结构 可用图示说明。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,用户RAM区 （堆栈、数据缓冲区）,可位寻址区,第3组工作寄存器区 R0R7,第1组工作寄存器区 R0R7,第0组工作寄存器区 R0R7,第2组工作寄存器区 R0R7,00H07H,08H0FH,10H17H,18H1FH,20H2FH,30H7FH,片内地址：,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,3、特殊功能寄存器（SFR）,CPU对各种功能部件的控制是用特殊功能寄存器来实 现的。共有21个，其地址分布在80HFFH范围内。,见书212
6、2页，各特殊功能寄存器符号、名称以及 地址。今后将逐步熟悉和应用这些寄存器。,（1）堆栈指针SP MCS-51单片机的堆栈应用与一般微处理器一样。这 里堆栈区在片内RAM中，SP指向堆栈顶。SP的复位初始值 为07H。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,（2）数据指针DPTR 16位寄存器，由SFR中两个独立的8位寄存器DPH和 DPL组成。,（3）端口P0P3 特殊功能寄存器P0P3为I/O端口P0P3对应的锁存器。,（4）串行数据缓冲器SBUF 用于存放发送或接收的串行数据，实际上是两个寄存 器，一个为发送寄存器，一个为接收寄存器，共用一个地 址和符号。,（5）定时器/计数
7、器 两个16位定时器/计数器T0、T1分别由四个8位SFR寄 存器TH1、TL1、TH0、TL0组成。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,4、位地址空间,在RAM和SFR中共有211个位地址，位地址范围在 00HFFH。 片内RAM中，字节地址为20H2FH单元中，位地址为 00H7FH。其余83个在SFR中字节地址尾数为0或8H的存储 器中。 参见书2425页 表2-3、表2-4 。,5、外部数据存储器 指扩展的数据存储器，可达64KB。 片内有128个字节，与扩展的没关系，相互独立。这 与程序存储器不同。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,0000H,000
8、0H,0000H,00H,0FFFH,0FFFH,1000H,FFFFH,FFFFH,7FH,80H,FFH,片内程序存储器,片外程序存储器,片内数据存储器,片外数据存储器,程序存储器,数据存储器,（EA=1）,（EA=0）,EPROM,特殊 功能 存储器,片内RAM,RAM （I/O）,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,三、并行I/O端口,P0、P1、P2、P3，四个双向8位端口。,1、P0口： 字节地址：80H；位地址：80H87H。 某位结构如下：,P0.X,Vcc,D,CP,Q,Q,MUX,内部总线,写入,锁存器,读锁存器,读引脚,地址/数据,控制,第 二 讲,第二章
9、MCS-51单片机的硬件结构,2、P1口 字节地址：90H；位地址：90H97H。 准双向口： 作输出口时，无需再接上拉电阻。 作输入口时，先写入“1”，后读。,3、P2口 字节地址：A0H；位地址：A0HA7H。 准双向口：为系统提供高8位地址。也可用作通用 的I/O口，输入，也先写入“1”，后读。,4、P3口 字节地址：B0H；位地址：B0HB7H。 准双向口：常用它的第二功能。也可用作通用的 I/O口，输入，也先写入“1”，后读。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,四、时钟电路与时序,1、时钟电路 两种方式,（1）内部时钟方式 常用方式，晶振频率范围通常在1.2MHz12
10、MHz 之间。,8031 8051 8751,XTAL1,XTAL2,C1,C2,晶振,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,（2）外部时钟方式 使用外部振荡脉冲信号，连接方式如下：,XTAL2,XTAL1,Vss,TTL,Vcc,外部时钟信号,（3）时钟信号的输出 见书24页，图2.16,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,2、机器周期和指令周期,（1）时钟周期 晶体振荡频率fosc的倒数，即Tosc=1/ fosc,（2）机器周期 CPU完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。 MCS-51单片机定义每12个时钟周期为一个机器周期，并 将其分为6个状态（S1S6
11、），每个状态又分成2拍（P1、 P2）。 见书33页，图2-14,（3）指令周期 执行一条指令所需的时间。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,说明： MCS-51单片机指令按字节分为单字节、双字节、 三字节指令。MCS-51指令系统中大部分是单字节和双 字节指令。 若按执行时间来分为单周期、双周期，只有乘、 除法为4个机器周期。 指令时序，分为取指令阶段和指令执行阶段。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,五、MCS-51的复位和复位电路,1、复位操作,在MCS-51单片机的RESET引脚上加2个以上机器周期 的高电平，即可达到复位。复位后PC值为0000H，单片
12、 机从此单元开始执行程序，RAM内容不受影响，其他寄 存器内容见下表所示。,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,复位时片内各寄存器的状态：,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,2、复位电路,通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。 可见书35、36页几种常用简单的复位电路。,本章思考题,第 二 讲,第二章 MCS-51单片机的硬件结构,1、说明MCS-51单片机的引脚EA的作用，该引脚接 高电平和低电平时各有何种功能？,内外程序存储器选择控制端（片内程序存储器选择 引脚）。接高电平时，片内程序存储器为地址低端4KB ROM/EPROM（即0000H0FFFH）；接低
13、电平时，不使用片 内程序存储器（不管有无），只访问片外程序存储器， 8031此引脚接地。,2、通过堆栈操作实现子程序的调用，首先就要把 （ ）的内容入栈，以进行断点保护。调用返回时， 再进行出栈保护，把保护的断点送回到（ ）。,3、内部RAM中，位地址为30H的位，该位所在字节地址为：,26H 4、若A中的内容为63H，那么，P标志位的值为： 0 5、在MCS-51单片机中，如果采用6MHz晶振，一个 机器周期为： 12/6*106 = 2 u S,6、程序存储器的空间里，有5个单元是特殊的， 这5个单元对应MCS-51单片机5个中断入口地址，请 写出这些单元的地址以及对应的中断源。 7、如果
14、手中仅有一台示波器，可通过观察哪个 引脚的状态，来大致判断MCS-51单片机正在工作？,8、判断下列说法是否正确：,（1）、8031的CPU是由RAM和EPROM所组成。 （2）、区分片外程序存储器和片外数据存储器的最可 靠的方法是看其位于地址范围的低端还是高端。 （3）、在MCS-51单片机中，为使准双向的I/O 口工作 在输入方式，必须保证他被事先预置为1。 （4）、PC可看成是程序存储器的地址指针。 （5）、DPTR是可以访问的，而PC不能访问。 （6）、DPTR和PC都是16位寄存器。 （7）、DPTR和PC都具有加1功能。 （8）、DPTR可以分成2个8位的寄存器使用，但PC不能。 续下,（9）、程序计数器PC不能为用户编程时直接使用，因 为它没有地址。 （10）、内部RAM的位寻址区，只能供位寻址使用，而 不能供字节寻址使用。 （11）、8031共有21个特殊功能寄存器，他们的位都 是可用软件设置的，因此，是可以进行位寻 址的。 （12）、PC的值是当前指令的前一条指令的地址。 （13）、PC的值是当前正在执行指令的地址。 （14）、PC的值是下一条指令的地址。 （15）、特殊功能寄存器SP内装的是栈顶首地址单元 的内容。,
