《单片微机原理及应用 教学课件 ppt 作者 丁元杰 主编 素材包 第二章 MCS-51系列单片机的硬件结构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片微机原理及应用 教学课件 ppt 作者 丁元杰 主编 素材包 第二章 MCS-51系列单片机的硬件结构（114页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 MCS-51系列单片机的硬件结构,第一节 总 体 概 况 第二节 微 处 理 器 第三节 存 储 器 第四节 定时器/计数器 第五节 并行输入/输出接口 第六节 串行输入/输出接口 第七节 中断系统 第八节 特殊工作方式,第一节 总 体 概 况,一、主要功能 二、内部结构框图 三、外部引脚说明,一、主要功能,1) 8位CPU。 2) 片内带振荡器，振荡频率fosc范围为1.212MHz；可有时钟输出。 3) 128个字节的片内数据存储器。 4) 4KB的片内程序存储器(8031无)。 5) 程序存储器的寻址范围为64KB。 6) 片外数据存储器的寻址范围为64KB。 7) 21个字节专
2、用寄存器。 8) 4个8位并行I/O接口：P0、P1、P2、P3。 9) 1个全双工串行I/O接口，可多机通信。 10) 2个16位定时器/计数器。 11) 中断系统有5个中断源，可编程为两个优先级。 12) 111条指令，含乘法指令和除法指令。 13) 有强的位寻址、位处理能力。 14) 片内采用单总线结构。 15) 用单一+5V电源。,二、内部结构框图,图2-1 MCS-51系列单片机的内部结构框图,三、外部引脚说明,1.主电源引脚 2.外接晶体引脚 3.输入/输出引脚 4.控制线,3.输入/输出引脚,图2-2 MCS-51系列单片机芯片引脚图,4.控制线,1) 单片机功能多，引脚数少，致
3、许多引脚都具有第二功能。 2) 单片机对外呈三总线形式。,表 2-1,第二节 微 处 理 器,一、运算器 二、控制器 三、振荡器和CPU时序,一、运算器,1.算术逻辑单元 2.累加器 3.程序状态字 ),1.算术逻辑单元,1) 在B寄存器配合下，能完成乘法与除法操作。 2) 可进行多种内容交换操作。 3) 能作比较判跳操作。 4) 有很强的位操作功能。,2.累加器,累加器A是最常用的专用寄存器。 进入ALU作算术操作和逻辑操作的操作数很多来自A，操作的结果也常送回A。有许多单操作数指令都是针对A的，例如指令INC A是执行A中内容加1的操作，指令CLR A是执行将A内容清零的操作，指令RL A
4、是执行使A各位内容依次循环向左移动一位的操作。大量双操作数指令的一个操作数也来自A，例如指令ADD A，data是执行(A)(A)+data的算术操作，指令ANL A，data是执行(A)(A)data的逻辑操作。,3.程序状态字,(1) 进位标志位C(PSW.7) 在执行某些算术操作类、逻辑操作类指令时，可被硬件或软件置位或清零。 (2) 辅助进位标志AC(PSW.6) 8位加法运算时，如果低半字节的最高位D3有进位，则AC=1，否则AC=0；8位减法运算时，如果D3有借位，则AC=1，否则AC=0。 (3) 软件标志FO(PSW.5) 这是用户定义的一个状态标志。 (4) 工作寄存器组选择
5、位RS1、RS0、(PSW.4、PSW.3) 可借软件置位或清零，以选定4个工作寄存器中的一个组投入工作。 (5) 溢出标志OV(PSW.2) 作有符号数加法、减法时由硬件置位或清除，以指示运算结果是否溢出。 (6) 奇偶标志P(PSW.0) 每执行一条指令，单片机都能根据A中1的个数的奇偶自动令P置位或清零，奇为1，偶为0。,例2-1 试分析执行指令MOV A，7FH ADD A，47H后，A、C、AC、OV、P的内容是什么?,二、控制器,在图2-1的左下方。含指令寄存器、指令译码器、定时及控制电路等部件，能根据不同的指令产生相应的操作时序和控制信号。对于控制器及其内部的各项部件，本书不作进
6、一步介绍。,三、振荡器和CPU时序,1.振荡器 2.CPU时序,1.振荡器,图2-4 单片机外接 晶体的接法,2.CPU时序,表 2-2,图2-5 单周期指令的时序 a)单字节单周期指令，如INCA b)双字节单周期指令，例如ADD A，data,第三节 存 储 器,一、程序存储器 二、数据存储器,表 2-3,一、程序存储器,1.编址与访问 2.7个特殊单元,图2-6 51子系列的存储器编址图,二、数据存储器,1.编址与访问 2.片内数据存储器 3.特殊功能寄存器块,图2-7 52子系列的存储器编址图,1.编址与访问,表 2-4,表 2-5,2.片内数据存储器,(1) 工作寄存器区 00H1F
7、H单元为工作寄存器区。 (2) 位寻址区 20H2FH单元是位寻址区，该区的每一位都被赋予了一个位地址，见图2-8。 (3) 数据缓冲区 30H7FH是数据缓冲区，即用户RAM区，共80个单元。 (4) 堆栈与堆栈指针 片内RAM的部分单元还可以用作堆栈。,表 2-6,3.特殊功能寄存器块,表 2-7,表 2-7,表 2-7,表 2-7,表 2-7,表 2-7,表 2-7,表 2-7,表 2-7,第四节 定时器/计数器,一、主要特性 二、定时器/计数器0、1的结构,一、主要特性,1) 8031/8051/8751单片机有两个可编程的定时器/计数器定时器/计数器0与定时器/计数器1，可由程序选择
8、作为定时器用或作为计数器用，定时时间或计数值也可由程序设定。 2) 每个定时器/计数器都具有4种工作方式，可用程序选择。 3) 任一定时器/计数器在定时时间到或计数值到时，可由程序安排产生中断请求信号或不产生中断请求信号。 4) 8032/8052有3个可编程定时器/计数器，增加了定时器/计数器2。,1.16位加法计数器 2.定时器/计数器方式控制寄存器TMOD 3.定时器/计数器控制寄存器TCON,二、定时器/计数器0、1的结构,图2-9 定时器/计数器0、1的结构框图,1.16位加法计数器,定时器/计数器的核心是16位加法计数器，图中用特殊功能寄存器TH0、TL0及TH1、TL1表示。TH
9、0、TL0是定时器/计数器0加法计数器的高8位和低8位，TH1、TL1是定时器/计数器1加法计数器的高8位和低8位。 作计数器用时，加法计数器对芯片引脚T0(P3.4)或T1(P3.5)上输入的脉冲计数。每输入一个脉冲，加法计数器增加1。加法计数溢出时可向CPU发出中断请求信号。 作定时器用时，加法计数器对内部机器周期脉冲TCY计数。由于机器周期是定值，所以对TCY的计数也就是定时，如TCY1s，计数值100，相当于定时100s。 加法计数器的初值可以由程序设定，设置的初值不同，计数值或定时时间就不同。在定时器/计数器的工作过程中，加法计数器的内容可用程序读回CPU。,2.定时器/计数器方式控
10、制寄存器TMOD,(1) 定时器/计数器功能选择位C/ C/1为计数器方式，C/0为定时器方式。 (2) 定时器/计数器工作方式选择位M1、M0 定时器/计数器4种工作方式的选择由M1、M0的值决定，见表2-8。 (3) 门控制位GATE 如果GATE1，定时器/计数器0的工作受芯片引脚(P3.2)控制，定时器/计数器1的工作受芯片引脚(P3.3)控制；如果GATE0，定时器/计数器的工作与引脚、无关。,3.定时器/计数器控制寄存器TCON,(1) 定时器/计数器1运行控制位TR1(TCON.6) TR11时定时器/计数器1工作，TR10则停止工作。 (2) 定时器/计数器1溢出中断标志TF1
11、(TCON.7) 定时器/计数器1计数溢出时由硬件自动置TF11，在中断允许的条件下，便向CPU发出定时器/计数器1的中断请求信号，CPU响应后TF1由硬件自动清零。 (3) 定时器/计数器0运行控制位TR0(TCON.4) TR0控制定时器/计数器0的工作，其功能与TR1相仿。 (4) 定时器/计数器0溢出中断标志TF0(TCON.5) TF0决定定时器/计数器0的中断，其功能与TF1相仿。,表 2-8,三、定时器/计数器0、1的4种工作方式,1.工作方式0 2.工作方式1 3.工作方式2 4.工作方式3,1.工作方式0,图2-10 定时器/计数器1工作方式0结构图,2.工作方式1,例2-2
12、 已知振荡器振荡频率fosc为12MHz，要求定时器/计数器0产生10ms定时，试编写初始化程序。 (1) TH0、TL0初值的计算 由于TCY1s，故有 (2) 方式寄存器TMOD的编程 TMOD各位的内容确定如下：由于定时器/计数器0设定为定时器工作方式1，非门控方式，所以C/(TMOD.2)0，M1(TMOD.1)0，M0(TMOD.0)1，GATE(TMOD.3)0；定时器/计数器1没有使用，相应的D7D4为随意态“X”。 (3) 初始化程序,3.工作方式2,图2-11 定时器/计数器1工作方式2结构图,4.工作方式3,M11、M01时，定时器/计数器0处于工作方式3。工作方式3仅对定
13、时器/计数器0有意义。如把定时器/计数器1设置为工作方式3，相当于TR10，即定时器/计数器1实际将停止工作。 定时器/计数器0工作方式3的结构见图2-12。TL0、TH0成为两个独立的8位加法计数器。TL0使用定时器/计数器0的状态控制位C/T、GATE、TR0及引脚INT0，它的工作情况与方式0、方式1类似，仅计数范围为1256，定时范围为1256s(fosc12MHz时)。TH0只能作为非门控方式的定时器，它借用了定时器/计数器1的控制位TR1、TF1。 定时器/计数器0采用工作方式3后，8031/8051/8751就具有3个定时器/计数器，即8位定时器/计数器TL0，8位定时器TH0和
14、16位定时器/计数器1(TH1、TL1)。定时器/计数器1虽然还可以选择为方式0、方式1或方式2，但由于TR1和TF1被TH0借用，不能产生溢出中断请求，所以只用作串行口的波特率发生器。,四、定时器/计数器2,1.结构 2.定时器/计数器2自动重装载工作方式 3.定时器/计数器2的捕捉工作方式 4.波特率发生器工作方式,图2-12 定时器/计数器0工作方式3结构图,1.结构,(1) 定时器/计数器功能选择位C/2 C/21时选择为计数器方式，C/20时选择为定时器方式。 (2) 运行控制位TR2 TR21时计数器/定时器2运行工作，TR20时停止工作。 (3) 工作方式由捕捉/重装载标志CP/
15、、串行接口发送时钟标志TCLK、串行接口接收时钟标志RCLK决定，见表2-9。 (4) 溢出中断标志TF2 在捕捉与重装载工作方式中，TH2加法计数溢出时，由硬件置TF21，向CPU申请中断。 (5) 外部允许标志EXEN2与定时器/计数器2外部中断标志EXF2 在EXEN21时，如果定时器/计数器2工作于捕捉方式，那么当引脚T2EX(P1.1)上出现负跳变时TH2、TL2的当前值自动送入RCAP2H、RCAP2L寄存器，同时外部中断标志EXF2被置1，向CPU申请中断；如果定时器/计数器2工作于重装载方式，那么T2EX的负跳变将RCAP2H、RCAP2L的内容自动装入TH2、TL2，同时EX
16、F21，申请中断。,表 2-9,2.定时器/计数器2自动重装载工作方式,图2-13 自动重装载及捕捉方式结构图,3.定时器/计数器2的捕捉工作方式,RCLK0、TCLK0、CP/RL21时，定时器/计数器2为捕捉工作方式。在图2-13中，CP/RL21经倒相后封锁了三态门1、3。 如果EXEN20，经与门5、6，低电平封锁了三态门2、4，这时RCAP2H、RCAP2L不起作用，定时器/计数器2的工作与定时器/计数器0、1的工作方式1相同。即：C/T20时为16位定时器，C/T21时为16位计数器，计数溢出时TF21，发出中断请求信号。定时器/计数器2的初值必须由程序重新设定。 EXEN21时为捕捉方式，T2EX引脚上的负跳变经检测器成为高电平，并经门5、6打开三态门2、4，将TH2、TL2的当前值捕捉到RCAP2H、RCAP2L寄存器，同时置EXF21，发出中断请求。,4.波特率发生器工作方式,图2-14 波特率发生器方式结构图,表 2-10,第五节 并行输入/输
