《第二章MCS-51单片机的硬件结构复习课程》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章MCS-51单片机的硬件结构复习课程（69页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 MCS-51单片机的硬件结构,内部结构性能特点 引脚功能描述存储器配置 振荡器、时钟电路和CPU时序 I/O端口,2.1 MCS-51单片机的内部结构,MCS-51系列单片机包含51子系列及52子系列性能价格比比较好。,51子系列有三个版本：8031、8051、8751。,52子系列有三个版本：8032、8052、8752。,MCS-51单片机的基本结构（8051）,MCS-51单片机的基本结构（8751）,52子系列相对于51子系列而言，内部RAM为256B，并增加了一个定时/计数器2。,单片微型计算机（单片机）：顾名思义，就是将计算机的所有部件集成到一个硅片上。它包括只读存储器、随
2、机存取存储器、中央处理单元、并行输入输出口、串行输入输出口、定时/计数器、时钟电路。,1.中央处理单元,包含运算器和控制器，运算器进行算术运算和逻辑运算，能对BCD数据进行处理，还具有对RAM或I/O的某位进行测试、置位或复位的功能，即位操作功能。, 运算器：以八位的算术/逻辑运算部件ALU 为核心，与通过内部总线挂在其周围的暂存器1、暂存器2、累加器ACC、寄存器B、程序状态寄存器PSW 及布尔处理机组成了整个运算器的逻辑电路。,ALU用来完成加减乘除算术运算及布尔数的逻辑运算。累加器A8位，是最繁忙的寄存器，所有的算术运算和大部分的逻辑运算都是通过A来完成的，在运算前A中暂存一个操作数，运
3、算后保存结果。B寄存器除用于乘除法操作外，对于其它指令只能作一个寄存器使用。PSW用来存放运算结果的一些特征。,1.中央处理单元,寄存器B,ACC,暂存2,暂存1,ALU,PSW,内部总线, 布尔处理机：是CPU中的重要组成部分，拥有相应的布尔指令子集。硬件有自己的处理单元(进位位CY)和自己的位寻址空间和I/O口，是一个独立的位处理机。大部分的操作均围绕CY来完成。能够完成位的传送、清0、置位、求反、与、或及判位转移操作。,1.中央处理单元, 控制器：控制器是CPU的控制中枢，包括定时控制逻辑、指令寄存器、译码器、地址指针DPTR、堆栈指针SP、程序计数器PC、RAM地址寄存器及16位的地址
4、缓冲器等。,2.只读存储器,用于永久性地存储应用程序。,单片机中大量采用的是掩模式只读存储器MROM和改写只读存储器EPROM，随着电子技术的发展，已开始采用电可读写只读存储器EEPROM。,ATMEL公司的单片机芯片采用闪存存储技术。, 随机存取存储器,用于在程序运行时存储工作变量和数据。, 并行输入/输出口(32条),每根口线可灵活地选作输入或输出，并且可以作为系统总线使用，可以扩展片外存储器和输入/输出接口芯片。, 串行输入/输出口(2条),用于多处理机通讯，或全双工UART(通用异步收发器)通讯，也可以与一些特殊功能的芯片相连，进行输入/输出扩展。, 中断系统有5个中断源、2个优先级，
5、可以实现多个软件功能的并行运行。, 定时/计数器,单片机定时/计数器为增量计数器，当计数满时溢出中断将标志位置位。定时/计数器的作用在于：, 进行精确定时，实行实时控制；, 用于事件计数。这样作减少了软件开销。, 时钟电路为内部振荡器外接晶振电路。,2.2 MCR-51的主要性能特点,计算机有两种基本结构：哈佛结构，即程序存储器和数据存储器分开，互相独立；普林斯顿结构，即程序存储器和数据存储器合而为一，地址空间统一编址。,单片机为哈佛结构。有如下性能特点：, 定时/计数器：2个16位可编程的定时/计数器；, 内部程序存储器：4KB；, 内部数据存储器：128B；, 外部程序存储器：可扩展到64
6、KB；, 外部数据存储器：可扩展到64KB；, 输入/输出口线：32根（4个端口，每个端口8根）；, 指令系统（系统时钟为12MHz时）：大部分指令执行时间为1s；少部分指令执行时间为2s；只有乘、除指令的执行时间为4s。,2.2 MCR-51的主要性能特点, 串行口：全双工，二根；, 寄存器区：在内部数据存储器的128B中划出一部分作为寄存器区，分为四个区，每个区8个通用寄存器；, 中断源：5个中断源，2个优先级别；, 堆栈：最深128B；, 布尔处理机：即位处理机，对某些单元的某位作单独处理；,2.3 MCS-51引脚功能描述,掩模MOS制造工艺的MCS-51单片机都采用40脚的双列直插式
7、封装(DIP)方式，CHMOS制造工艺的单片机80C31/80C51除采用DIP封装外，还采用方形的封装方式。方形封装的有44个引脚，标有NC的4个引脚不连线。在40条引脚中有2条专用于主电源，2条外接晶振，4条控制或与其它电源复用的引脚，32条I/O引脚。下面分别叙述这40条引脚的功能。,VCC(40脚)：正常操作、对EPROM编程和验证时接+5V电源。, 主电源引脚,VSS(20脚)：接地。,DIP封装,方形封装,RST/VPD(9脚)：当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。一般在此引脚与VSS引脚之间连接一个约8.2K的下拉电阻，与VCC引脚之间连接一个20F
8、的电容，以保证可靠复位。 复位以后，P0P3口输出高电平，SP指针重新赋值为07H，其它特殊功能寄存器和程序计数器PC被清0。, 外接晶振引脚,XTAL1(19脚)：接外部晶振的一个引脚。当采用外部振荡器时，对HMOS单片机,此引脚应接地；对CHMOS单片机，此引脚作为带动端。,XTAL2(18脚)：接外部晶振的一个引脚。当采用外部振荡器时，对HMOS单片机,此引脚接收振荡器的信号；对CHMOS单片机，此引脚应悬浮。, 控制或与其它电源复用引脚,MCS-51复位后内部寄存器初态,MCS-51复位电路,只要RESET保持高电平，8031就会循环复位。RESET由高电平变为低电平后，8031从0地
9、址开始执行程序。8031初始复位不影响内部RAM的状态，包括工作寄存器R0R7。, 电平方式开关复位电路和脉冲方式开关复位电路如b)、c)所示。复位电路中的电阻、电容参数和CPU采用的时钟频率有关，由实验调整。在实际的8031应用系统中，外部扩展的I/O口电路也需初始复位，如果和8031的复位端相连也将影响复位电路中的RC参数。也可以采用独立的外围接口上电自动复位电路。, 上电复位电路：如图a)所示。在通电瞬间，由于Cr通过Rr充电,在RESET端出现正脉冲，8031加电后自动复位。Cr、Rr随CPU时钟频率而变化，可由实验调整。当采用6MHz晶体振荡器时，Cr为22F，Rr为1K，就能可靠复
10、位。,EA/VPP(31脚)：当 EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但当PC值超过0FFF(51系列)或1FFF(52系列)时，将自动转向执行外部程序存储器的程序。当EA端保持低电平时，则只访问外部程序存储器，而不管是否有内部程序存储器。,对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚用于施加21伏的编程电源电压(VPP)。,P0：是一个8位漏极开路的双向输入/输出口。在访问外部存储器时，送出地址的低八位，接收八位数据。在EPROM编程时，接收指令字节。验证程序时，输出指令字节。作输出口时P0要求外接上拉电阻。可以带动八个TTL负载。, 输入/输出引脚,P1：是一个带有内部上拉电阻
11、的8位双向I/O口。对EPROM编程和程序验证时，接收低8位地址。能带动4个TTL负载。,P2：是一个带内部上拉电阻的8位双向输入输出口，访问外部存储器时，送出高8位地址。在对EPROM编程和程序验证时，接收高8位地址。P2可带动4个TTL负载。,2.4 存储器配置,2.4.1 MCS-51的空间配置, 物理上，分为四个存储空间：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。(8031无片内程序存储器), 逻辑上，分为三个空间：片内、片外同一程序存储器，片内随机存储器，片外随机存储器。,地址编址：程序存储器和数据存储器分别编址； 程序存储器(片内、外)统一编址，使用MOVC指
12、令； 数据存储器(片内)统一编址，使用MOV指令； 数据存储器(片外)统一编址，使用MOVX指令； 以字节编址。,内部 (EA=1),0FFFH,0000H,外部 (EA=0),0FFFH,0000H,外部,1000H,FFFFH,程序存储器,SFR 内部RAM,FFH,00H,7FH,80H,内部数据存储器,0000H,FFFFH,外部数据存储器, 功能上，把存储器分为五种类型,程序存储器，使用MOVC指令；,内部数据存储器,使用MOV指令；,外部数据存储器,使用MOVX指令；,特殊功能寄存器,使用MOV指令；,位地址空间，使用MOV、SETB、CLR等指令。,2.4.2 程序存储器,寻址范
13、围：0000HFFFFH，共64KB。,容量：可扩展到64KB；,EA=1，寻址内部程序存储器；,EA=0，寻址外部程序存储器。,地址码长度：16位；,如：MOVCA,A+DPTR MOVCA,A+PC,作用：存放程序及程序运行时所需的常数。,寻址方式：基址变址寻址,特征：, 若无片内程序存储器(8031)，64KB全部由外部程序存储器承担，EA=0；若有片内程序存储器，其余60KB由外部程序存储器承担， EA=1，访问内部程序存储器。发掘外部程序存储器的4KB，使EA=0，在4KB外部程序存储器中存入调试程序。, 有七个单元具有特殊含义：0000H：主程序入口系统复位后，PC=0000H，由
14、0000H单元存放一条绝对跳转指令，用户设计的程序由跳转后的地址存放；0003H：外部中断0的入口地址；000BH：定时器0的溢出中断入口地址；0013H：外部中断1的入口地址；001BH：定时器1的溢出中断入口地址；0023H：串行口中断入口地址；002BH：定时器2溢出中断入口地址(8032、8052有)。, 访问外部程序存储器的信息传送通路 地址码由P0、P2口传送；控制信号由PSEN(读选通)接EPROM的 OE；数据信息由P0口接收。,2.4.3 内部数据存储器（内部RAM ）,51系列单片机的内部数据存储器在空间上分为两个区：00H7FH单元组成的低128字节的内部数据RAM块以及
15、80H0FFH单元128字节的SFR块。,寻址范围：00H7FH。,作用：作数据缓冲器用。, 00H1FH共32个单元作工作寄存器用，分为4个区，每个区8个单元，由PSW中的RS1、RS0确定当前工作区。,特征：,PSW3、PSW4的含义, 20H2FH为位寻址区，作为布尔处理机存储空间的一部分。, 可在内部数据存储器中开辟一个堆栈区，堆栈深度小于128个字节。,2.4.4 专用寄存器特殊功能寄存器SFR(Special Function Register),寻址空间：80HFFH,80HFFH中定义了21个特殊功能寄存器，占用26个字节地址空间。,特殊功能寄存器的地址分配,注：标*号的寄存器
16、可按字节和位寻址，标+号的寄存器是定时/计数器2相关的寄存器，仅仅在52子系列中存在, 算术运算寄存器, 累加器A(Accumulator) 最常用； 大多数单操作数指令的操作数取自累加器，很多双操作数指令的一个操作数取自累加器； 运算结果大多存放在累加器中； 累加器A的地址为0E0H。, B寄存器 乘、除指令，用B寄存器作为其中的一个操作数； 进行乘法运算时，A、B分别存放乘数和被乘数，运算的结果仍旧存放在A、B中，B存放结果的高八位，A存放结果的低八位； 进行除法运算时，A中存放被除数，B中存放除数，运算后的结果的商存放在A中，余数存放在B中。, 程序状态字PSW(Program Status Word) 程序状态字PSW包含了程序的运行状态信息。,PSW寄存器各位功能、标志符号、位地址,CY(PSW.7)(Carry)：进位/借位标志。 在进行加法运算时，若最高位有进位，CY=1，否则CY=0。 在进行减法运算时，若被减数小于减数，CY=1，否则CY=0。在布尔处理机中，CY被用作位累加器使用
