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1、2 单片机芯片的硬件结构,2.1 MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚,2.1.1 MCS-51单片机结构框图,2.1.2 MCS-51单片机芯片内部逻辑结构,中央处理器(CPU),运算器,控制器,：ALU(算术逻辑单元),、ACC(累加器),、B寄存器,、程序状态字,、暂存寄存器,：PC(程序计数器),、PC加1寄存器,、指令寄存器,、指令译码器,、定时与控制电路,2.1.2 MCS-51单片机芯片内部逻辑结构,中央处理器(CPU),2. 内部数据寄存器,RAM(128*8),、RAM地址寄存器,3. 内部程序寄存器,ROM(4K*8),、程序地址寄存器,4. 定时器/计数器,2个16位的
2、定时器/计数器,5. 并行I/O口,4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3),2.1.2 MCS-51单片机芯片内部逻辑结构,6. 串行口,7. 中断控制系统,5个中断源：外中断2个、定时/计数中断2个、串行中断1个。,8. 时钟电路,9. 位处理器,10. 总线,2.1 MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚,2.1.1 MCS-51单片机结构框图,2.1.2 MCS-51单片机芯片内部逻辑结构,2.1.3 MCS-51的信号引脚,40引脚双列直插式,2.1 MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚,2.1.1 MCS-51单片机结构框图,2.1.2 MCS-51单片机芯片内部逻辑结构,2
3、.1.3 MCS-51的信号引脚,40引脚双列直插式,1. 信号引脚介绍,输入/输出口线,P0.0P0.7 P0口8位双向口线,P1.0P1.7 P1口8位双向口线,P2.0P2.7 P2口8位双向口线,P3.0P3.7 P3口8位双向口线,ALE 地址锁存控制信号,(1) P0口输出的低8位地址锁存控制信号,(2) 作为外部时钟或外部定时脉冲,2.1.3 MCS-51的信号引脚,1. 信号引脚介绍,0：仅访问外部程序存储器,1：从内部程序存储器开始访问，并可延续至外部程序存储器。,RST 复位信号：连续2个周期以上的高电平。,XTAL1、XTAL2 外接晶体引线端,VSS 地线,VCC +5
4、V电源,2.1.3 MCS-51的信号引脚,1. 信号引脚介绍,2. 信号引脚的第二功能,P3口线的第二功能,2.1.3 MCS-51的信号引脚,1. 信号引脚介绍,2. 信号引脚的第二功能,P3口线的第二功能,EPROM存储器程序固化所需要的信号,(1) 编程脉冲：30引脚(ALE/PROG),备用电源引入,9 引脚(RST/VPD),2 单片机芯片的硬件结构,2.1 MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚,2.2 MCS-51单片机的内部存储器,2.2.1 内部数据存储器低128单元,以80C51为例,数据存储器,程序存储器,低128单元(单元地址00H-7FH),高128单元(单元地址8
5、0H-FFH),1. 通用寄存器区 (00H-1FH),(1) 分成四组0,1,2,3，每组8个寄存器(R7-R0),每个寄存器为8位。,(2) 任意时刻，CPU只能使用其中的一组寄存器。,(3) 运用通用寄存器，可以简化程序设计，提高运行速度。,2.2.1 内部数据存储器低128单元,1. 通用寄存器区 (00H-1FH),2.2 MCS-51单片机的内部存储器,2. 位寻址区 (20H-2FH),3. 用户RAM区 (30H-7FH),2.2.2 内部数据存储器高128单元,专用寄存器(SFR)、特殊功能寄存器,1. 专用寄存器简介：22个，可寻址21个。,(1) 程序计数器(PC）：16
6、位，不可寻址。,(2) 累加器A(或ACC）：8位，寻址地址0E0H。,(3) B寄存器：8位，寻址地址0F0H。,(4) 程序状态字(PSW）：8位，寻址地址0D0H。,2.2.2 内部数据存储器高128单元,1. 专用寄存器简介,(4) 程序状态字(PSW）：8位，寻址地址0D0H。,CY: 进位标志位。,AC: 辅助进位标志位。,F0: 用户标志位。,RS1和RS0 : 寄存器组选择位。,OV: 溢出标志位。,P: 奇偶标志位。,(5) 数据指针(DPTR）：16位，寻址地址82H(DPL)， 83H(DPH)。,2.2.2 内部数据存储器高128单元,1. 专用寄存器简介,2. 专用寄
7、存器的字节寻址（21个）,3. 专用寄存器的位寻址,(1) 21个专用寄存器不连续分布在内部RAM的高128个单元，空余单元不能使用。,(2) 程序计数器(PC)不可寻址。,(3) 对专用寄存器采用直接寻址方式，指令中使用寄存器符号或寄存器地址。,(1) 11个专用寄存器可位寻址（83个寻址位）。,(2) 与内部数据存储器低128单元中的位寻址区(20H-2FH),共同组成数据位存储区。,2.2 MCS-51单片机的内部存储器,2.2.1 内部数据存储器低128单元,2.2.2 内部数据存储器高128单元,2.2.3 MCS-51的堆栈操作,术语：出栈、入栈、栈底、栈顶、后入先出,1、堆栈的功
8、能：保护断点、保护现场,2、堆栈的开辟：内部数据存储器,3、堆栈指示器：SP（复位后为07H, 初始化为30H）,4、堆栈类型：向上生长型,入栈,SP,30H或4AH或78H,(1) SPSP+1,2.2 MCS-51单片机的内部存储器,2.2.1 内部数据存储器低128单元,2.2.2 内部数据存储器高128单元,2.2.3 MCS-51的堆栈操作,术语：出栈、入栈、栈底、栈顶、后入先出,1、堆栈的功能：保护断点、保护现场,2、堆栈的开辟：内部数据存储器,3、堆栈指示器：SP（复位后为07H, 初始化为30H）,4、堆栈类型：向上生长型,入栈,30H或4AH或78H,(1) SPSP+1,S
9、P,(2) 写入数据,出栈,(1) 读出数据,(2) SPSP-1,2.2 MCS-51单片机的内部存储器,2.2.1 内部数据存储器低128单元,2.2.2 内部数据存储器高128单元,2.2.3 MCS-51的堆栈操作,术语：出栈、入栈、栈底、栈顶、后入先出,1、堆栈的功能：保护断点、保护现场,2、堆栈的开辟：内部数据存储器,3、堆栈指示器：SP（复位后为07H, 初始化为30H）,4、堆栈类型：向上生长型,入栈,30H或4AH或78H,(1) SPSP+1,SP,(2) 写入数据,出栈,(1) 读出数据,(2) SPSP-1,、向下生长型,（8086）,2.2 MCS-51单片机的内部存
10、储器,2.2.1 内部数据存储器低128单元,2.2.2 内部数据存储器高128单元,2.2.3 MCS-51的堆栈操作,术语：出栈、入栈、栈底、栈顶、后入先出,1、堆栈的功能：保护断点、保护现场,2、堆栈的开辟：内部数据存储器,3、堆栈指示器：SP（复位后为07H, 初始化为30H）,4、堆栈类型：向上生长型,、向下生长型,（8086）,5、堆栈使用方式：,自动方式,指令方式,2.2 MCS-51单片机的内部存储器,2.2.4 内部程序存储器,80C51：4K ROM程序存储器，地址0000H-0FFFH,80C52：8K ROM程序存储器，地址0000H-,1FFFH,启动单元： 0000
11、H-0002H,中断地址区：0003H-002AH,2.2.5 MCS-51单片机系统的存储器结构特点,1. 数据存储器和程序存储器分开,3. 存储器扩展,16位地址线-寻址范围,64KB,地址 0000H-FFFFH,2. 内部存储器和外部存储器分开,2 单片机芯片的硬件结构,2.1 MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚,2.2 MCS-51单片机的内部存储器,2.3 MCS-51单片机并行输入/输出口电路,P0.0P0.7 P0口8位双向口线,P1.0P1.7 P1口8位双向口线,P2.0P2.7 P2口8位双向口线,P3.0P3.7 P3口8位双向口线,2.3.1 P0口,字节地址：8
12、0H; 位地址：80H-87H.,1. 双向I/0接口,输出(写)：加上拉电阻,输入(读),低8位地址接口 双向数据接口,2.3 MCS-51单片机并行输入/输出口电路,2.3.1 P0口,MUX选择端,V1V2地址/数据推拉式输出,I/O输出，控制端为0，与门封锁，V2截止。外接上拉电阻,传送指令都是读引脚,2.3 MCS-51单片机并行输入/输出口电路,2.3.1 P0口,2.3.2 P1口,字节地址：90H; 位地址：90H-97H.,1. 准双向I/0接口（无三态）,2. 输出时不需上拉电阻,2.3.3 P2口,字节地址：0A0H; 位地址：0A0H-0A7H.,1. 高8位地址接口,
13、2. 准双向I/O接口,3. 输入时先写“1”,2.3 MCS-51单片机并行输入/输出口电路,2.3.1 P0口,2.3.2 P1口,2.3.3 P2口,2.3.4 P3口,字节地址：0B0H; 位地址：0B0H-0B7H.,1. 准双向I/0接口,2. 第二功能信号,2.3.5 MCS-51口电路小结,1. 都是双向I/0接口,P0口可同时用为地址和数据总线,P2口可用为地址总线,2. P0口三态门， P1、P2、P3口准双向口。,3. P3口具有第二功能,2 单片机芯片的硬件结构,2.1 MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚,2.2 MCS-51单片机的内部存储器,2.3 MCS-51
14、单片机并行输入/输出口电路,2.4 MCS-51单片机时钟电路与时序,1. 时钟信号的产生,组成：晶体振荡器、电容（2个）,1.2MHz-12MHz 取6M,取30pF,内部时钟电路,2. 引入外部脉冲信号,2.4.1 时钟信号,2.4 MCS-51单片机时钟电路与时序,2.4.1 时钟信号,2.4.2 时序定时单位,振荡脉冲 例:12M、6M,2分频,时钟脉冲 6M、3M,3分频,ALE,6分频,机器周期 1M、0.5M,1. 拍节与状态,一个时钟脉冲一个拍节(S),一个拍节(S) 两个状态(P),2. 机器周期,1M-1us,0.5M -2us,3. 指令周期,一个指令周期包含若干个机器周期,2.4.3 典型指令周期,2 单片机芯片的硬件结构,2.5 MCS-51单片机工作方式,2.5.1 复位方式和复位电路,2. 复位状态,1. 复位信号及其产生,(1) 复位信号 ：RST,(2) 复位信号产生：上电复位、按键电平复位、按键脉冲复位,2.5.2 程序执行方式,PC(0000H)-程序从0000H开始执行,2.5.3 掉电保护方式,2.5.4 低功耗方式,
