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1、第二章 单片机芯片的硬件结构,第五节 单片的复位,第一节 MCS-51系列单片机的结构,第二节 存储器结构,第三节 输入/输出口（I/O口）,第四节 时钟电路及时序,第六节 单片机的低功耗操作方式,第一节 MCS-51系列单片机的结构,一、MCS-51单片机的内部结构二、MCS-51单片机的引脚功能,一、51单片机的基本结构,MCS-51单片机功能模块框图,程序状态字,PSW,振荡电路,MCS-51芯片内部总体结构框图,下图为MCS-51单片机的引脚配置图 1主电源引脚VCC和VSS （2根） 2外接晶振引脚XTAL1和XTAL2 （2根） 3控制引脚RST、ALE、PSEN、和EA/VPP
2、（4根） 4输入/输出引脚P0、P1、P2、P3 （共32根）,二、 MCS-51单片机引脚功能,MCS-51系列单片机引脚图,控制引脚说明： 1 地址锁存控制信号 ALE：访问片外ROM,RAM时，ALE用于控制把P0口输出的低8位地址送入锁存器锁存，实现低位地址和数据的分时传送。不访问片外存储器时，可做为外部时钟使用。,2 外部程序存储器读选通信号 PSEN : CPU访问片外ROM时，使 PSEN低电平有效，可实现片外ROM的读操作，其他情况下此引脚为高电平封锁状态。,3 访问程序存储器控制信号 EA：当EA信号为低电平时，对ROM的读操作是针对外部ROM的，当EA信号为高电平时，对RO
3、M的操作是从内部ROM开始，并可延续至外部ROM。,4 复位信号 RST: 复位即初始化，分自动上电复位和人工开关复位， 复位时，当输入一个延续2个机器周期以上的高电平时，实现单片机 的复位操作。,片外三总线 AB：P0口经地址锁存后提供低8位地址，P2口直接提供高8位地址 DB：P0口提供8位数据 CB：/EA，ALE，/PSEN ，/RD，/WR，RST等,DB,AB,AB,CB,CB,P3口的第二功能表,P3 口线的第二功能都是单片机重要的控制信号。因此在使用时，总是按需要优先选用他的第二功能，剩下不用的才作为口线使用。,一、数据存储器 二、程序存储器 三、单片机系统存储器结构特点,第二
4、节 单片机的存储器结构,一、数据存储器,对51子系列，共256字节内部数据存储器，其中低128字节可以让用户使用，高128单元被专用寄存器（SFR）占用，不能让用户随意使用，所以常说的内部RAM区指的是低128单元；对52子系列，共有384字节内部数据存储器，低128字节RAM，高128字节RAM和128字节的专用寄存器区，常说的内部RAM为256字节。对内部数据存储器的访问使用MOV指令。,内部数据存储器地址分配,仅52子系列有,低128字节RAM,NEXT,数据缓冲区/堆栈区：30H7FH位寻址区：字节地址：20H2FH位地址为：00H7FH工作寄存器区：字节地址：00H1FH,1.1 内
5、部数据存储器低128单元(00-7FH),内部RAM的001FH分为4个区，每个区有8个单元，分别用R0R7来表示,选择哪个工作寄存器组是通过软件对程序状态字寄存器PSW的第3、4位进行设置实现的,1.1.1 工作寄存器区,1.1.2 位寻址区(位寻址区共16个字节,128位，同时还包括部分专用寄存器区中可位寻址的专用寄存器),8051/8052内部RAM位地址区,例：位寻址空间的 使用MOV 20H,#30H； MOV 20H,C,*:可位寻址的特殊功能寄存器,1.1.3 数据缓冲区,数据缓冲区:内部RAM中30H-7FH为80个单元的数据缓冲区，这些单元只能按字节寻址。,特殊功能寄存器SF
6、R 1）占用字节地址：80HFFH 2）可位寻址寄存器：其字节地址可被8整除,1.2 内部数据存储器高128单元(80H-0FFH),80C51共有21个专用寄存器，离散分布在数据存储器高128字节的80H-FFH中，因为这些存储器的功能已作专门规定，所以称作专用寄存器（SFR）。对没有被专用寄存器使用的空闲地址的操作是无意义的,2）寄存器B (8位)与A累加器配合执行乘、除运算。也可用作通用寄存器。乘法时：B为乘数并存放乘积的高八位；除法时：B为除数并存放余数。MUL AB DIV AB,1）累加器Acc (8位) A 需要ALU处理的数据和计算结果多数要经过A累加器，相当于十字路口的警察。
7、累加器在算术运算中存放操作数和运算结果；MOV A，#03H ADD A，#05H,1.2.1 相关专用寄存器介绍,3）程序状态字PSW(8位)存放运算过程的标志状态，用来存放程序状态信息，而且某些指令的执行结果会自动影响到PSW的有关标志位，有些标志位可用指令来设置。,例:设程序执行前,F0=0 RS1,RS0=00,则执行下述后PSW的各位状态？ MOV A , 0FHADD A, #F8H,执行后，PSW各位的状态为： 1 1 0 0 0 0 x 1 B 用十六进制表示为 ：0C1H或0C3H,0 0 0 0 1 1 1 1 CY=1(A7有进位) CS=1(A6有进位） OV=CY+C
8、S=1+1=0 + 1 1 1 1 1 0 0 0 AC=1(A3有进位)，F0=0 , RS1,RS0=001 0 0 0 0 0 1 1 1 P=1(数据位有3个1，不算进位位的1),CY,CS,4）数据指针DPTR(16位) 由高位字节DPH和低位字节DPL 组成，主要用于存放片外存储器16位地址，作为片外存储器的指针。既可作为一个16位寄存器来使用，也可作为2个独立的8位寄存器DPH （DPTR高8位字节）和DPL （DPTR低8位字节）来使用。DPH： 8bit 0-255DPL： 8bit 0-255DPTR：16bit 0-65535,5）堆栈指针SP (8位),堆栈是一种数据结
9、构,专门存放向上生长堆栈的栈顶位置。是 遵循“后进先出”的原则进行数据存取的一种工作方式。主要用于子程序调用及返回和中断处理断点的保护及返回, 通常初始化（SP07H)时，修改堆栈指针的值，将堆栈区设置在内部RAM的高端区域(建议在30H-7FH)，以规定栈区在RAM区的起始地址。当数据推入栈区后, SP的值也自动随之变化。,例： MOV B , 35HMOV SP , 30HPUSH B ; SP+1 SP #35H (SP)指令执行后（31H）=35H，SP=31HPOP B; (SP) B, SP-1 SP指令执行后 B=35H，SP=30H,30H,SP,栈底,31H,35,3AH,1
10、0H,栈顶,入栈操作：先SP加1，后写入数据 出栈操作：先读出数据，后SP减1,入栈操作示意图,1.2.2 堆栈操作,SP,SP,1、堆栈的功能：保护断点，存储16位的PC值，自动执行。保护现场，存储寄存器的值，人工（手动）执行。 2、堆栈的开辟：只开辟在芯片内部的数据存储器中，速度快。 3、堆栈的指示器： 8bit的SP堆栈是按“先进后出”原则存取数据的存储区。数据入栈/出栈时，SP自动加1/减 1，其内容始终为栈顶地址。复位时 SP=07H,1.2.3 程序计数器PC (16位),PC的内容为将要执行的指令地址。PC是唯一不可寻址的寄存器，不属于专用寄存器，用户不可对其进行读、写。在执行转
11、移、调用、返回的指令时能自动改变其内容，以改变程序的执行顺序。复位时：PC=0000H，程序从此单元开始执行，访问范围：0000FFFFH即64K。,1.2.3 专用寄存器的字节寻址和位寻址,如下图所示： 51系列单片机，共有21个专用寄存器，可位寻址的有11个。无*的只能字节寻址，有*的可字节寻址也可位寻址。,*:可位寻址的特殊功能寄存器,1.3 外部数据存储器外部数据存储器一般由静态RAM构成，其容量大小由用户根据需要而定, 最大可扩展到 64 KB RAM , 地址是 0000HFFFFH。 对外部数据存储器的访问使用MOVX指令,二、 程序存储器,外部内部,内部,用户程序区,程序引导区
12、,片内加片外共有64K的ROM寻址空间，内部ROM地址 0000H0FFFH中有一块特殊区间0000H-002AH:0000H0002H 系统的启动单元，单片机复位后， （PC）0000H，程序从0000H单元开始取指令。0003H000AH 外部中断0中断地址区。000BH0012H 定时/计数器0中断地址区。0013H001AH 外部中断1中断地址区。001BH0022H 定时/计数器1中断地址区。0023H002AH 串行中断地址区。,0000H,002AH,FFFFH,EA高电平，从片内程序存储单元读起并可一直延伸到片外, EA低电平，从片外程序存储单元读,0FFFH,对程序存储器的访
13、问都是用MOVC指令,三、MCS-51存储结构特点 补充,普林斯顿结构：程序和数据共用一个存储 器逻辑空间，统一编址。 哈佛结构： 程序数据分为两个独立存储器逻辑空间，分开编址。,MCS-51在物理上有四个存储空间： 1、片内程序存储器 2、片外程序存储器、 3、片内数据存储器 4、片外数据存储器。 从逻辑上划分有三个存储器地址空间： 1、片内外统一编址的64K字节程序存储器（0000H0FFFFH） 2、内部256字节数据存储器地址空间（包括 128字节片内RAM和128字节的SFR） 3、外部64K字节数据存储器地址空间（0000H0FFFFH）,MCS-51采用哈佛结构,51子系列,内部
14、ROM,外部ROM,/EA=1,/EA=0,外部ROM,外部ROM,51子系列,第三节 并行输入/输出端口结构（I/O口）,四个准双向8位I/O口，共32根I/O口线，每个I/O线均由锁存器，输出驱动电路和输入缓冲器组成。每个I/O既可作输入又可作输出，每一条口线可独立用作输入又可用作输出，作输出时可锁存数据，作输入时可缓冲数据。,1.1 P0口作为一般I/O口输出(要外加上拉电阻),P,0,.n,锁存器,P,0,.n,Q,Q,D,读锁存器,写锁存器,内部总线,读引脚,T,2,MUX,地址/数据,控制,T,1,VCC,0,VCC,100200,P0口位的结构,一、 P0口结构,P0口的位结构,1.2 P0口作为输入（先把p0口置1，使T1,T2截止）,P,0,.n,T,2,地址/数据,控制,T,1,VCC,P,0,.n,锁存器,Q,Q,D,读锁存器,写锁存器,内部总线,读引脚,MUX,1,0,0,0,ORL P0 , #0FFH MOV A, P0,
