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1、单片机原理与应用单片机原理与应用 光学与电子信息学院光学与电子信息学院第2章 MCS-51单片机的硬件结构和原理单片机的硬件结构和原理 单片机原理与应用单片机原理与应用 光学与电子信息学院光学与电子信息学院2.1 MCS-512.1 MCS-51单片机的基本结构单片机的基本结构 2.2 CPU2.3 MCS-51的引脚2.4 单片机的复位、时钟与时序2.5 MCS-51的存储器结构 2.6 并行I/O口 知识点知识点单片机原理与应用单片机原理与应用 光学与电子信息学院光学与电子信息学院1） 理解MCS-51单片机内部硬件运行机制 2）掌握特殊功能寄存器的定义及对应的硬件关系3）掌握机器周期的概
2、念4）熟练掌握存储器的架构及特点5）熟练掌握端口的架构及使用特点学习目标学习目标单片机原理与应用单片机原理与应用 光学与电子信息学院光学与电子信息学院 单片机：在一块硅片上集成了CPU、存储器、I/O接口等逻辑部件的单片微型计算机。地址地址/ /数据总线数据总线端口端口I/OI/O线线外部外部中断信号中断信号控制信号控制信号串行串行输入输入串行串行输出输出时钟源时钟源计数信号计数信号内部总线内部总线2.1 MCS-51的结构的结构2.1.1 MCS-51的总体结构的总体结构 单片机原理与应用单片机原理与应用 光学与电子信息学院光学与电子信息学院89C51=(8位)CPU + 4KBROM +1
3、28BRAM + (216)T/C + (48)I/O + 1个UART +5个INTINTEL MCS-51系列单片机一览表2.1.2 MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构 2.1 MCS-51的结构的结构子序列子序列片内片内ROM形式形式片内片内ROM容量容量片内片内RAM容量容量IO特性特性中断源中断源无无ROM计数器计数器并行口并行口串行口串行口INTEL80310128B24815INTEL80C514K128B24815ATMEL89C514K128B24815SiliconLabsC8051F31016K1280B429114单片机原理与应用单片机原理与应用 光学与电子信
4、息学院光学与电子信息学院2.1.2 MCS-51单片机的内部结构单片机的内部结构 2.1 MCS-51的结构的结构Silicon Labs C8051F310单片机原理与应用单片机原理与应用 光学与电子信息学院光学与电子信息学院背景知识：背景知识：2.1 MCS-51的结构的结构单片机原理与应用单片机原理与应用 光学与电子信息学院光学与电子信息学院51单片机单片机主要内部资源主要内部资源的学习安排的学习安排 1.中央处理器CPU 第2章2.程序存储器ROM 第2章3.数据存储器RAM 第2章4.并行I/O口第2、5、7章5.中断INT第5章6.定时器/计数器T/C第5章7.全双工串行口UART
5、第6章2.1 MCS-51的结构的结构单片机原理与应用单片机原理与应用 光学与电子信息学院光学与电子信息学院2.1 MCS-512.1 MCS-51单片机结构单片机结构 2.2 CPU2.2 CPU 2.3 MCS-512.3 MCS-51的引脚的引脚2.4 2.4 单片机的复位、时钟与时序单片机的复位、时钟与时序2.5 MCS-512.5 MCS-51的存储器的存储器结构结构2.6 2.6 并行并行I/OI/O口口 单片机原理与应用单片机原理与应用 光学与电子信息学院光学与电子信息学院CPU = 控制器控制器 + 运算器运算器2.2 CPU （Central Processing Unit
6、）单片机原理与应用单片机原理与应用 光学与电子信息学院光学与电子信息学院控制器的用途：控制器的用途：统一指挥和控制各单元协调工作统一指挥和控制各单元协调工作控制器的任务：控制器的任务：从从ROM中取出指令中取出指令译码译码执行指令执行指令控制器的组成：控制器的组成：程序计数器程序计数器PC、数据指针寄存器数据指针寄存器DPTR、2.2 CPU （Central Processing Unit ）单片机原理与应用单片机原理与应用 光学与电子信息学院光学与电子信息学院运算器的用途：运算器的用途：对数据进行算术运算和逻辑操作对数据进行算术运算和逻辑操作运算器的任务：运算器的任务：计算计算暂存暂存修改
7、运行标志修改运行标志运算器的组成：运算器的组成：累加器累加器ACC、程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSW、2.2 CPU （Central Processing Unit ）单片机原理与应用单片机原理与应用 光学与电子信息学院光学与电子信息学院2.2 CPU （Central Processing Unit ）2.2.1 2.2.1 运算器运算器 算术逻辑部件算术逻辑部件ALU（Arithmetic Logic Unit）+累加器累加器ACC+B寄存器寄存器+程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSW（Program Status Word）+暂存寄存器暂存寄存器+单片机原理与应用单片机原理与应
8、用 光学与电子信息学院光学与电子信息学院一、算术逻辑部件一、算术逻辑部件ALUALU 组成：加法器加法器和其他电路组成 主要功能：算术运算算术运算和逻辑运算逻辑运算2.2 CPU （Central Processing Unit ）单片机原理与应用单片机原理与应用 光学与电子信息学院光学与电子信息学院二、二、累加器累加器（ACCACCUMULATERUMULATERA A） 具有8位字长是利用率最高的寄存器具有可被指令修改功能 存放操作数或中间运算结果的寄存器2.2 CPU （Central Processing Unit ）三、三、寄存器寄存器B B 一般用于乘、除法指令运算前：乘数/除数运
9、算后：乘积的高位字节/商的余数单片机原理与应用单片机原理与应用 光学与电子信息学院光学与电子信息学院四、程序状态字寄存器（四、程序状态字寄存器（P Programrogram S Statetate W WordordPSWPSW） 具有8位字长各位都具有特殊含义状 态 信 息 通 常 自 动 形 成 ， 但也可用指令修改存放程序运行过程中的各种状态信息的寄存器2.2 CPU （Central Processing Unit ）单片机原理与应用单片机原理与应用 光学与电子信息学院光学与电子信息学院CY（PSW.7）进位标志在进行加或减运算时，如果操作结果最高位有进位或借位时，CY由硬件硬件置“
10、1”，否则清“0”。 1001 0011 + 1111 0000 CY= 1 1000 0011进位标志位CYCYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1P位7位6位5位4位3位2位1位0CYACF0RS1RS0OVF1PCYCYACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOVF1F1P PPSW.7PSW.7PSW.6PSW.6PSW.5PSW.5PSW.4PSW.4PSW.3PSW.3PSW.2PSW.2PSW.1PSW.1PSW.0PSW.0位7位6位5位4位3位2位1位0用途用途：1、根据CY判断有无进判断有无进 位或借位位或借位； 2、在位操作中CY可作 为位累
11、加器用。举例举例2.2 CPU （Central Processing Unit ）单片机原理与应用单片机原理与应用 光学与电子信息学院光学与电子信息学院 AC（PSW.6）半进位标志在进行加加或或减运算减运算时，如果操作结果的低半字节向高半字节产生进位或借位时，将由硬件置“1”，否则清“0”。 0100 1111 + 1010 0001 AC=1 1111 0000半进位CYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1P位7位6位5位4位3位2位1位0CYACF0RS1RS0OVF1PCYCYACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOVF1F1P PPSW.7PSW.7
12、PSW.6PSW.6PSW.5PSW.5PSW.4PSW.4PSW.3PSW.3PSW.2PSW.2PSW.1PSW.1PSW.0PSW.0位7位6位5位4位3位2位1位0举例举例用途用途：1、根据AC判断加减运算时 有无半进位或半借位； 2、在BCD码调整运算码调整运算中要 用到AC标志。2.2 CPU （Central Processing Unit ）单片机原理与应用单片机原理与应用 光学与电子信息学院光学与电子信息学院F0（PSW.5）和F1（PSW.1） 用户标志位 可作为用户自行定义的一个状态标记用户自行定义的一个状态标记 。举例举例：定义F0为安全门的状态， F0 = 0开；F0
13、 = 1闭 定义F1为指示灯的状态， F1 = 0开；F1 = 1闭CYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1P位7位6位5位4位3位2位1位0CYACF0RS1RS0OVF1PCYCYACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOVF1F1P PPSW.7PSW.7PSW.6PSW.6PSW.5PSW.5PSW.4PSW.4PSW.3PSW.3PSW.2PSW.2PSW.1PSW.1PSW.0PSW.0位7位6位5位4位3位2位1位0用途用途：在程序运行中判断门或灯的工作状态2.2 CPU （Central Processing Unit ）单片机原理与应用单片机原理
14、与应用 光学与电子信息学院光学与电子信息学院RS1和 RS0（PSW.4和 PSW.3） 工作寄存器组指针工作寄存器组指针用途用途：用于指定指定CPU的当前工作寄存器组的当前工作寄存器组CYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1P位7位6位5位4位3位2位1位0CYACF0RS1RS0OVF1PCYCYACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOVF1F1P PPSW.7PSW.7PSW.6PSW.6PSW.5PSW.5PSW.4PSW.4PSW.3PSW.3PSW.2PSW.2PSW.1PSW.1PSW.0PSW.0位7位6位5位4位3位2位1位02.2 CPU （
15、Central Processing Unit ）单片机原理与应用单片机原理与应用 光学与电子信息学院光学与电子信息学院OV（PSW.2） 溢出标志在有符号数加减运算中，若有异常结果，OV硬件置1，否则硬件清0。CYACF0RS1RS0OVF1PCYACF0RS1RS0OVF1P位7位6位5位4位3位2位1位0CYACF0RS1RS0OVF1PCYCYACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOVF1F1P PPSW.7PSW.7PSW.6PSW.6PSW.5PSW.5PSW.4PSW.4PSW.3PSW.3PSW.2PSW.2PSW.1PSW.1PSW.0PSW.0位7位6位5位4位3位2
16、位1位0用途用途：判断运算的结果是否正确判断运算的结果是否正确，正确 = 0；出错 = 12.2 CPU （Central Processing Unit ）单片机原理与应用单片机原理与应用 光学与电子信息学院光学与电子信息学院OV=C6Y C7Y=1 0=1正数的补码是它本身，负数的补码是（其原码）除符号位外每位求反，然后末尾加1。 1 1 1 1 1 0 1 1 （-5） + 1 1 1 1 0 0 0 0 （-16） CY= 1 1 1 1 0 1 0 1 1 （-21）D7有进位 D6有进位OV=C6Y C7Y=1 1=0运算出错运算正确 0 0 0 1 1 0 0 1 （+25） + 0 1 1 1 1 1 0 1 （+105） CY=0 1 0 0 1 0 1 1 0（-106）D6有进位D7无进位举例2.2 CPU （Central Processing Unit ）单片机原理与应用单片机原理与应用 光学与电子信息学院光学与电子信息学院P（PSW.0） 奇偶标志位该位始终跟踪累加器A中含“1”个数的奇偶性。如果A中有奇数个“1”，则P置“1”，否则置“0”。满足偶校验原则
