单片机_2(上)

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1、第二章 单片机基本 原理羊大立E-mail: yangdali 单片机应用技术单片机应用技术内容目录一、MCS-51系列单片机简介二、MCS-51系列单片机的结构三、MCS-51系列单片机的外部引脚四、MCS-51系列单片机的工作方式五、MCS-51系列单片机的时序一、MCS-51系列单片机简介u单片机中使用最多的是8位单片机u8位单片机中使用最多的是51系列单片机uMCS-51系列单片机是美国Intel公司在1980 年推出的高性能8位单片机，它包含51和52 两 个子系列。 u对于51子系列，主要有8031、8051、8751 、8951等几种机型，它们的指令系统与芯片引 脚完全兼容，仅

2、片内程序存储器有所不同， 8031芯片不带ROM，8051芯片带4KROM， 8751芯片带4KEPROM，8951带4KFlash。51子系列的主要技术参数：片内带振荡器，频率范围1.212MHz。 片内带128字节的数据存储器。 片内带4K的程序存储器。 程序存储器的寻址空间为64K字节。 片外数据存储器的寻址空间为64K字节。 128个用户位寻址空间。21个字节特殊功能寄存器。 4个8位的并行I/O接口：P0、P1、P2、P3。 2个16位定时器/计数器51子系列的主要特点为：(续)2个优先级别的5个中断源。1个全双工的串行I/O接口，可多机通信。111条指令，含乘法指令和除法指令。片内

3、采用单总线结构。有较强的位处理能力。采用单一+5V电源。52子系列u对于52子系列，有8032、8052、8752、 8952 等四种机型。 u52子系列与51子系列相比大部分相同，不同 之处在于： n 片内数据存储器增至256字节；n 8032芯片不带ROM，8052芯片带 8KROM，8752芯片带8KEPROM，8952 带8KFlash；n 有3个16位定时器/计数器；n 6个中断源。常见51单片机芯片uATMEL公司：n AT89C51/52n AT89S51/52u深圳宏晶公司：n STC89C51/52二、MCS-51系列单片机的结构图 51单片机的组成原理图CPUROM/EPR

4、OMRAM定时/计数器并行接口串行接口中断系统P0P1P2P3TXD RXDINT0 INT1T0T1XTAL1 XTAL2时钟电路uCPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括 中断系统和部分外部特殊功能寄存器； uRAM：用以存放可以读写的数据，如运算的 中间结果、最终结果以及欲显示的数据； uROM：用以存放程序、一些原始数据和表格 ； uI/O口：四个8位并行I/O口，既可用作输入， 也可用作输出； uT/C：两个定时/计数器，既可以工作在定时模 式，也可以工作在计数模式；MCS-51内部结构图指令工作过程u每条指令的运行分取指和执行指令两个 阶段u具体程序运行位置由程序计数器PC控 制，

5、PC的值会自动增加u指令代码首先由指令译码器进行解释u运算结果会存回累加器A中动画演示结构图1.51单片机的中央处理器（ CPU）(1) 运算部件运算部件以算术逻辑运算单元ALU为核心，包含累加器ACC（简称A）、B寄存器、暂存器、标志寄存器PSW等许多部件，它能实现算术运算、逻辑运算、位运算、数据传输等处理。结构图累加器ACCu8位寄存器，简称Au是单片机中使用最频繁的寄存器u51单片机的运算器是以ACC为基础的结构，许多运算中的数据和结果都要经过 ACC，算术逻辑运算中的其中一个操作数 必须是ACC，另外还有移位操作、片外数 据存储器的数据传送也必须经过ACC结构图寄存器Bu8位u主要用于

6、乘、除法运算。u其他操作中也可作一般寄存器使用。结构图标志寄存器PSWu标志寄存器PSW是一个8位的寄存器，它用于 保存指令执行结果的状态，以供程序查询和判 别。n C（PSW.7）：进位标志位。n AC（PSW.6）：辅助进位标志位。n F0（PSW.5）：用户标志位。 D7D6D5D4D3D2D1D0 CACF0 RS1 RS0 OV-P结构图n RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）：寄 存器组选择位。 n OV（PSW.2）：溢出标志位。 RS1RS0工作寄存器组组000组（00H-07H） 011组（08H-0FH） 102组（10H-17H） 113组（18H-1FH）结构图n

7、P（PSW.0）：奇偶标志位（偶）。若累加器A中1的个数为奇数，则P置位，若累加器A中1的个数为偶数，则P清零。 结构图【例】 试分析下面指令执行后，累加器A，标 志位C、AC、OV、P的值？MOV A，#67HADD A，#58H 加法运算过程如下： 67H=01100111B 58H=01011000B0 1 1 0 0 1 1 1 B + 0 1 0 1 1 0 0 0 B1 0 1 1 1 1 1 1 =0BFH则执行后累加器A中的值为0BFH，由相加 过程得C=0、AC=0、OV=1、P=1。【练习】 试分析下面指令执行后，累加器A， 标志位C、AC、OV、P的值？MOV A，#6A

8、HADD A，#79H 解： 6AH=01101010B 79H=01111001B0 1 1 0 1 0 1 0 B + 0 1 1 1 1 0 0 1 B1 1 1 0 0 0 1 1 =0E3H则执行后累加器A中的值为0E3H，由 相加过程得C=0、AC=1、OV=1、P=1。(2) 控制部件 控制部件是单片机的控制中心，它包括： n 定时和控制电路n 指令寄存器n 指令译码器n 程序计数器PCn 堆栈指针SPn 数据指针DPTRn 信息传送控制部件等结构图(2) 控制部件 u它先以振荡信号为基准产生CPU的时序，从ROM中取出指令到指令寄存器，然后在指令译码器中对指令进行译码，产生指令

9、执行所需的各种控制信号，送到单片机内部的各功能部件，指挥各功能部件产 生相应的操作，完成对应的功能。 (工作原理)2. MCS-51系列单片机的存储器结 构uMCS-51单片机存储器结构与一般微机的存储器结构不同，分为程序存储器 ROM和数据存储器RAM。u程序存储器存放程序、固定常数和数据表格。u数据存储器用作工作区及存放临时数据。结构图(1) 程序存储器1) 程序存储器的编址与访问uMCS-51单片机的程序存储器，从物理结构上分为片内和片外程序存储器。而对于片内程序存储器，在MCS-51系列中，不同的芯片各不相同，例如：8031和8032内部没有ROM，8051内部有4KBROM。 结构图

10、u对于内部没有ROM的8031和8032，工作时只能扩展外部ROM，最多可扩展64K，地址范围为0000HFFFFHu对于内部有ROM的芯片，根据情况外部可以扩展ROM，但内部ROM和外部ROM共用64K存储空间，其中，片内程序存储器地址空间和片 外程序存储器的低地址空间重叠。51子系列重叠区域为0000H0FFFH，52子系列重叠区域为0000H1FFFH。结构图2) 程序存储器的7个特殊地 址中断源入口地址 复位地址/程序执执行起始地址0000 H 外部中断00003 H 定时时/计计数器0000B H 外部中断10013 H 定时时/计计数器1001B H 串行口0023 H 定时时/计

11、计数器2（仅仅52子系列有 ）002B H结构图(2) 数据存储器从物理结构上分为：n 片内数据存储器n 片外数据存储器 结构图1)片内数据存储器u对于51子系列，片内数据存储器RAM 有128字节，编址为00H7FH； u对于52子系列，片内数据存储器有256 字节，编址为00HFFH； u除了RAM块外，还有特殊功能寄存器（ SFR）块，编址为80HFFH ，与52系列 RAM后128字节编址重叠的。后者也有 128字节，编址为80HFFH；后者与前 者的后128字节访问时通过不同的指令相 区分。结构图u片内数据存储器按功能分成以下几个部分：工作寄存器组区、位寻址区、一般 RAM区，其中还

12、包含堆栈区。 SFR00H 1FH20H2FH30H7FH80HFFH80HFFH工作寄存器组区位寻址区一般RAM区一般RAM区 仅52子系列结构图 工作寄存器组区u00H1FH单元为工作寄存器组区，共32个字节。工作寄存器也称为通用寄存器，用于临时寄存8位信息。u工作寄存器共有4组，称为0组、1组、2组和3组，每组8个，分别依次用R0R7表示。 uR0R7任一时刻只能选择一组工作。结构图位寻址区u20H2FH为位寻址区，共16字节，128位。这128位每位都可以按位方式使用，每一位都有一个位地址，位地址范围为00H7FH u如下页表所示结构图字节单节单元地址D7D6D5D4D3D2D1D0

13、20H0706050403020100 21H0F0E0D0C0B0A0908 22H1716151413121110 23H1F1E1D1C1B1A1918 24H2726252423222120 25H2F2E2D2C2B2A2928 26H3736353433323130 27H3F3E3D3C3B3A3938 28H4746454443424140 29H4F4E4D4C4B4A4948 2AH5756555453525150 2BH5F5E5D5C5B5A5958 2CH6766656463626160 2DH6F6E6D6C6B6A6968 2EH7776757473727170

14、2FH7F7E7D7C7B7A7978 一般RAM区u30H7FH是一般RAM区，也称为用户RAM区，共80字节，对于52子系列，一般RAM区从30HFFH单元。另外，对于前两区中未用的单元也可作为用户RAM单元使用。 结构图 堆栈区与堆栈指针u堆栈是按先入后出、后入先出的原则进行管理的一段存储区域。uMCS-51单片机中，堆栈是用片内数据存储器的一段区域，在具体使用时应避开工作寄存器、位寻址区，一般设在2FH以后的单元，如工作寄存器和位寻址区未用，也可开辟为堆栈。结构图 特殊功能寄存器uCPU专用寄存器：累加器A，寄存器B ，程序状态寄存器PSW，堆栈指针SP， 数据指针DPTR。 u并行接

15、口：P0P3。 u串行接口：串口控制寄存器SCON，串 口数据缓冲器SBUF，电源控制寄存器 PCON。 u定时/计数器：方式寄存器TMOD，控制 寄存器TCON，初值寄存器TH0、 TL0/TH1、TL1。结构图u中断系统：中断允许寄存器IE，中断优先级寄存器IP。u定时/计数器2相关寄存器：定时/计数器2控制寄存器T2CON，定时/计数器2自动重装寄存器RLDL、RLDH，定时/计数器2初值寄存器TH2、TL2。（仅52子系列有）结构图特殊功能寄存器表特殊功能寄存器 名称符号地址位地址与位名称 D7D6D5D4D3D2D1D0 P0口P080H8786858483828180 堆栈栈指针针

16、SP81H 数据指针针低字节节DPL82H 数据指针针高字节节DPH83H 定时时/计计数器控 制TCON88HTF1 8FTR1 8ETF0 8DTR0 8CIE1 8BIT1 8AIE0 89IT0 88 定时时/计计数器方 式TMOD89HGATEC/TM1M0GATEC/TM1M0* 在表中，字节地址能被8整除的既能按字节方式处理 ，也能够按位方式处理。 特殊功能寄存器表（续1）定时时/计计数器0低字 节节TL08AH定时时/计计数器0高字 节节TH08BH定时时/计计数器1低字 节节TL18CH定时时/计计数器1高字 节节TH18DHP1口P190H9796959493929190 电电源控制PCON97HSMO DGF1GF0PDIDL串行口控制SCON98HSM0 9FSM 1 9ESM0 9DRE N 9CTB8 9BRB8 9ATI 99RI 98串行口数据SBUF99H P2口P2A0HA7A6