《第二部分——MCS51系列单片机的结构和原理1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二部分——MCS51系列单片机的结构和原理1（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、博学 力行 守正 拓新单片机原理与应用单片机原理与应用第二章MCS-51MCS-51系列单片系列单片机的结构和原理机的结构和原理Single-chipmicro-computertheoryandapplicationChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理1 1 MCS-51MCS-51单片机系统硬件结构(2课时)1.1 MCS-51MCS-51单片机结构框图1.2 MCS-51MCS-51单片机外部引脚及其功能1.4 MCS-51MCS-51单片机存储器结构2 2 MCS-51MCS-51单片
2、机工作原理（2课时）2.1 MCS-51MCS-51单片机的时钟与时序 2.2 MCS-51MCS-51单片机工作过程2.3 MCS-51MCS-51单片机工作方式单片机的结构和原理部分2.4 MCS-51MCS-51单片机最小应用系统1.3 MCS-51MCS-51单片机内部寄存器及其功能总目录总目录ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理1、熟、熟练练掌握掌握MCS=51系列系列单单片机基本片机基本结结构，存构，存储储器器结结构，构，PC、PSW、SP、DPTR的的组组成及作用；成及作用；2、
3、掌握堆、掌握堆栈栈的操作，的操作，8051的引脚功能，复位和程的引脚功能，复位和程序工作方式，复位序工作方式，复位电电路和路和时钟电时钟电路的路的组组成，成，时钟时钟和和时时序序的基本概念；的基本概念；3、了解了解MCS-51系列系列单单片机各代表型号的区片机各代表型号的区别别。 MCS-51单片机系片机系统硬件硬件结构构单片机的结构和原理部分教学目的要求：教学目的要求：重点：重点：MCS-51系列系列单单片机基本片机基本结结构、存构、存储储器器结结构、构、PC、PSW、SP、DPTR的的组组成及作用、堆成及作用、堆栈栈的操作和的操作和8051的引脚功能。的引脚功能。难点：点：PSW的定的定义
4、和含和含义及及应用价用价值ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理2.1 MCS-51MCS-51单片机系统硬件结构1.11.1 MCS-51 MCS-51单片机结构框图1.1.1 内部资源8位位CPU；4KB字节掩膜字节掩膜ROM程序存贮器；程序存贮器；128字节内部字节内部RAM数据存贮器；数据存贮器；2个个16位的定时器位的定时器/计数器；计数器；1个全双工的异步串行口个全双工的异步串行口,4个个8位并行位并行I/O口；口；5个中断源、个中断源、2级中断优先级的中断控制器；级中断优先级的中断
5、控制器；时钟电路，外接晶振和电容可产生时钟电路，外接晶振和电容可产生1.2MHz24MHz的时钟频率。的时钟频率。ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理1.1.2 结构框图 MCS 51系列单片机的所有产品都含有系列单片机的所有产品都含有8051除程序存贮器除程序存贮器外的基本硬件，都是在外的基本硬件，都是在8051的基础上增减部分资源（程序存贮器、的基础上增减部分资源（程序存贮器、数据存贮器、数据存贮器、I/O口、定时口、定时/计数器及一些其它特殊部件）。计数器及一些其它特殊部件）。Chans
6、haUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理1.1.2 2 MCS-51 MCS-51单片机单片机中央处理单元中央处理单元-CPU-CPU字字 长：长：2 2进制进制8 8位位数据处理：按字节为单位进行数据处理：按字节为单位进行组组 成：（成：（1 1）运算器）运算器 （2 2）控制器）控制器 （3 3）专用寄存器组）专用寄存器组（一）运算器（一）运算器（ALU）（1）逻辑图（2）功能）功能 四则运算四则运算 逻辑运算逻辑运算 数据传送数据传送数据移位数据移位逻辑判断判断程序程序转移移（3）指令）指令共共111
7、条指令。条指令。ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理（二）控制器（二）控制器（1）功能）功能取得指令取得指令解解释指令指令产生控制逻辑时序产生控制逻辑时序（2）组成成指令寄存器指令寄存器IR-存放来自存放来自ROM的指令的指令指令指令译码器器-解解释IR中的指令中的指令时序发生器时序发生器-产生一系列控制时序产生一系列控制时序时钟振振荡器器-产生振生振荡时钟（3）OSC原理原理单片机的心片机的心脏，为控制器提供控制器提供时钟脉冲。脉冲。ChanshaUniversityOfScience&Te
8、chnology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理OSC时钟振振荡原理原理电路：路：时钟振振荡频率率f 决定于决定于SYS晶体振晶体振荡器的固有器的固有频率。率。ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理（三）（三）专用寄存器用寄存器组作用：存放当前作用：存放当前执行指令或指令行指令或指令执行后的：行后的： （1）内存地址）内存地址 （2）操作数）操作数 （3）操作结果状态）操作结果状态包括：（包括：（1）程序）程序计数器数器PC （2）累加器）累加器A （3）程序状态
9、寄存器）程序状态寄存器PSW （4）堆栈指针）堆栈指针SP （5）地址指针）地址指针DPTR （6）通用寄存器）通用寄存器BChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理1、程序计数器、程序计数器PC(programCounter)作用：作用：存放存放下下一条要一条要执执行的指令地址，行的指令地址，组成：组成：PC是一个是一个16位的位的计计数数，由两个八位寄存器由两个八位寄存器PCH和和PCL组组成，成，地址：地址：0000HFFFFH，寻寻址范址范围为围为64kB，操作：操作：每执行一次取指操作，每
10、执行一次取指操作，PC就自动加就自动加1。特点：特点：程序程序计计数器数器PC在物理上是独立的，它不属于特殊在物理上是独立的，它不属于特殊内部数据存内部数据存储储器器块块中。中。因此，因此，PC本身没有地址，因而不可本身没有地址，因而不可寻寻址，用址，用户户无无法法对对它它进进行行读读写写操作。操作。但是可以通但是可以通过转过转移、移、调调用、返回等指令改用、返回等指令改变变其内其内容，以控制程序的容，以控制程序的执执行行顺顺序序（即控制指令跳转）（即控制指令跳转）。ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原
11、理构和原理2、累加器、累加器Accumulator(ACC)组成组成:8位二进制寄存器位二进制寄存器功能功能:累加器累加器A是一个最常用的是一个最常用的专专用寄存器，大部分用寄存器，大部分单单操操作指令的一个操作数取自累加器，很多双操作数指作指令的一个操作数取自累加器，很多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。令中的一个操作数也取自累加器。加、减、乘、除法运算的指令，运算加、减、乘、除法运算的指令，运算结结果都存放于果都存放于累加器累加器A或寄存器或寄存器B中。中。大部分的数据操作都会通大部分的数据操作都会通过过累加器累加器A进进行，它形象于行，它形象于一个数据运一个数据运输输中中转转站，在
12、数据站，在数据传传送送过过程中，任何两个不能程中，任何两个不能直接直接实现实现数据的数据的传传送送单单元之元之间间，通，通过过累加器累加器A中中转转，都能，都能送达目的地。送达目的地。ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理3、程序状态字、程序状态字（PSW） 表表1 1- -1 1 P PS SW W格格式式及及含含义义位位编号号PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位地址位地址D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0H位定位定义名名CyACF0R
13、S1RS0OVP组成：组成：8位二进制寄存器，各位定义如表所示：位二进制寄存器，各位定义如表所示：功能功能：标标志寄存器志寄存器，保存指令保存指令执执行行结结果的特征信息果的特征信息，以供程以供程序序查询查询和判断和判断。分分类：（：（1）由指令）由指令执行后自行置位的行后自行置位的标志位志位-状状态标志志 （2）由用户用指令加以置位的标志位）由用户用指令加以置位的标志位-控制标志控制标志ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理Cy进进位位/借位借位标标志位；志位；表示表示无符号数运算无符号数运算
14、时时有无有无进进（借）位（借）位状态状态；加法加法：有有进进位位Cy=1；减减法法：有借有借位位Cy=1无无进位进位Cy=；无借位无借位Cy=在位在位指令指令操作操作时时，Cy用作用作位累加器位累加器。AC辅辅助助进进/借位借位标标志；志；用于十用于十进进制制调调整。在整。在进进行加（减）法运算行加（减）法运算时时，D3位向位向D4位位有有进进（借）位（借）位时时AC=D3位向位向D4位位无无进进（借）位（借）位时时AC=（1）状态）状态标标志志位定义与作用：位定义与作用：P奇偶校奇偶校验标验标志位志位;常用于校常用于校验验串行通信中数据串行通信中数据传传送是否正确送是否正确。该该位始位始终终
15、跟踪累加器跟踪累加器A中中1的数目的奇偶性的数目的奇偶性：当当A中中8位二进制位位二进制位有有奇数奇数个个“1”则则P=1当当A中中8位二位二进制位制位有有偶偶数数个个“1”则则P=0ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理OV溢出溢出标标志位；志位；反映有符号数运算反映有符号数运算时时有无溢出有无溢出，由硬件置位由硬件置位/清零。清零。在在进进行行补码补码运算运算时时，运算，运算结结果超出果超出128+127范范围时围时，称之，称之产产生溢出，生溢出，则则OV自自动动置，否置，否则则OV清零清零
16、溢出溢出标标志志置位操作：置位操作：在在进进行加法或减法运算行加法或减法运算时时，当，当A6位向位向A7位位有有进进位或借位，位或借位，CS=1 当当A6位向位向A7位位无无进进位或借位，位或借位，CS=0同时，当同时，当A7位向位向Cy位位有有进进位或借位位或借位，CP=1 当当A7位向位向Cy位位无无进进位或借位，位或借位，CP=0溢出溢出标志由逻辑式计算得到：标志由逻辑式计算得到：OV=CP CS计算结果：计算结果：OV=1已产生溢出已产生溢出OV=0未未产生溢出生溢出ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的
17、结构和原理构和原理RS1、RS0工作寄存器工作寄存器组选择位；用于位；用于选择工作寄存器物理地址工作寄存器物理地址RS1RS0工作寄存器工作寄存器组号号R0R7的物理地址的物理地址00000H07H01108H0FH10210H17H11318H1FH表表1-2工作寄存器工作寄存器选择PSW.1保留位（未定保留位（未定义义）。F0由用由用户根据需要自行定根据需要自行定义标志位；志位；软件置位件置位/清零。清零。（2）控制）控制标标志志位定义与作用：位定义与作用：ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和
18、原理4、堆栈指针、堆栈指针SP（StackPointer）堆堆栈栈示意示意图图组成成：8位二进制寄存器位二进制寄存器作用作用：存放存放指明指明栈顶栈顶元素的地址，元素的地址，可可软软件件设设置初置初值值，复位，复位时时SP=07H。构成构成：如如堆堆栈栈示意示意图图所示。所示。操作操作：MCS-51单单片机的堆片机的堆栈栈操作操作遵循遵循先入后出先入后出的原的原则则。入。入栈栈时时，堆，堆栈栈指指针针SP的的值值先先加加1，然后再将数据存入到，然后再将数据存入到SP所指向的哪个存所指向的哪个存储单储单元；出元；出栈则栈则是先将数据取出，然后是先将数据取出，然后SP指指针针减减1。Chansha
19、UniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理5、数据指针（、数据指针（DPTR）组成成：16位二进制寄存器。位二进制寄存器。可以按两个可以按两个8位寄存器来使用位寄存器来使用,即高位字即高位字节节寄存器寄存器DPH和低位字和低位字节节DPL。作用作用：（1）用于存放片内）用于存放片内ROM地址地址指令指令MOVCA，A+DPTR （2）用于存放片外用于存放片外RAM和和ROM地址地址指令指令MOVXA，DPTRMOVXDPTR，A指令指令MOVCA，A+DPTRChanshaUniversityOfScience&
20、Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理6、通用通用寄存器寄存器（B）功能功能:在乘除法指令中，在乘除法指令中，（1）乘法指令中的两个操作数分乘法指令中的两个操作数分别别取自累加器取自累加器A和寄存器和寄存器B，其，其结结果存放于果存放于AB寄存器寄存器对对中。中。（2）除法指令中，被除数取自累加器除法指令中，被除数取自累加器A，除数，除数取自寄存器取自寄存器B，结结果商存放于累加器果商存放于累加器A，余数存放于，余数存放于寄存器寄存器B中。中。组成成：8位二进制寄存器位二进制寄存器ChanshaUniversityOfScience&Technol
21、ogy第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理1.1.3 3 MCS-51 MCS-51单片机存储器结构单片机存储器结构MCS-51单单片机存片机存储储器器采用哈佛结构：采用哈佛结构：即即程序程序存存储储器器与与数据存储器数据存储器采用分别编址方式。采用分别编址方式。存存储器器ROM(64KB) RAM(64KB)片内片内4KB片外片外 60KB 片内片内128B片外片外 64KB 0000H0FFFH1000HFFFFH00H7FH0000HFFFFHMOVCMOVCMOVMOVXChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章M
22、CS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理1.1.3 3.1 .1 程序存储器程序存储器ROMROM单元结构单元结构 用用 途：途：存放程序及程序运行存放程序及程序运行时时所需的常数和表格。所需的常数和表格。说说明：明：当当PC值值超超过过片片内内ROM容容量量时时会会自自动动转转向向外外部部存存储储器空器空间间。地址地址长长度：度：16位位寻寻址范址范围围：0000HFFFFH即即总容量容量64KBChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理程序存储器中程序存储器中6个具有特殊含义的单元个具
23、有特殊含义的单元（1）0000H系系统统复位，复位，PC指向指向处处；（2）0003H外部中断外部中断0入口入口（3）000BHT0溢出中断入口溢出中断入口（4）0013H外中断外中断1入口入口（5）001BHT1溢出中断入口溢出中断入口（6）0023H串口中断入口串口中断入口ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理1.1.3 3. .2 2 数据存储器数据存储器RAMRAM单元结构单元结构内部内部RAMRAM数据存储器可划分为三个区域：数据存储器可划分为三个区域： 工作寄存区工作寄存区 00H0
24、0H1FH(R1FH(R0 0R R7 7) ) 位寻址区位寻址区 20H20H2FH 2FH 堆栈和数据缓冲区堆栈和数据缓冲区 30H30H7FH 7FH 特殊功能寄存器区特殊功能寄存器区 80H 80HFFHFFHChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理1、CPU当前使用的工作寄存器区当前使用的工作寄存器区CPU当前使用的工作寄存器区由程序状当前使用的工作寄存器区由程序状态态字字PSW的的3、4位位（RS1、RS0）决定。决定。RS1RS0工作寄存器工作寄存器组号号R0R7的物理地址的物理地址
25、00000H07H01108H0FH10210H17H11318H1FH表表1-2工作寄存器工作寄存器选择ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理位位寻寻址区（址区（20H2FH）16个字个字节节。16*8=128位，每一位都有一个位地址，位，每一位都有一个位地址，范范围为围为：00H7FH，位地址区也可作位地址区也可作为为一般的用一般的用户户RAM使用。使用。表表1-4位地址表位地址表2、位位寻寻址区址区ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS
26、-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理3、便、便笺区（堆区（堆栈区区）在实际应用中，往往需要一个后进先出在实际应用中，往往需要一个后进先出(LIFO)(LIFO)的的RAMRAM缓冲器用于保护缓冲器用于保护CPUCPU的现场，这种后进先出的缓冲器称之的现场，这种后进先出的缓冲器称之为堆栈。为堆栈。 堆堆栈区安排在便区安排在便笺区区30H7FH范范围内，内，堆堆栈栈的的栈顶栈顶位置由堆位置由堆栈栈指指针针SP确定确定，一般在初始化编程时加以设置，一般在初始化编程时加以设置。便便笺区不做堆区不做堆栈用用时可作可作为一般数据存一般数据存储器用。器用。4、特殊功能寄存器区特殊功能寄存器区地址范
27、围：地址范围：30H7FH地址范围：地址范围：80HFFH寄存器数：寄存器数：MCS-5121个个 MCS-5226个个ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理说明：凡是寄存器地址能被8整除的均可位寻址ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理1.1.4 4 MCS-51 MCS-51单片机外部引脚及其功能单片机外部引脚及其功能 制造制造工工艺为HMOSHMOS的系的系列列单片机片机大都采用大都采用40
28、40条引脚条引脚的双列直的双列直插式封装插式封装（DIP)DIP)。ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理一、电源及时钟引脚一、电源及时钟引脚 Vcc(40脚脚)：接：接+5V电源；电源；Vss(20脚脚)：接地：接地;XTAL1(19脚脚)：接外部晶体的一个：接外部晶体的一个引脚引脚;XTAL2(18脚脚)：接外部晶体的：接外部晶体的另一端另一端;时钟引脚时钟引脚(18、19脚脚)外接晶体外接晶体时与片内的反相放大器构成一个振荡时与片内的反相放大器构成一个振荡器，它提供单片机的时钟控制信号。器
29、，它提供单片机的时钟控制信号。时钟引脚也可外接晶体振荡器。时钟引脚也可外接晶体振荡器。ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理二、控制引脚二、控制引脚 RSTVPD(9脚脚)当振荡器运行时，在此引当振荡器运行时，在此引脚加上两个机器周期的高电平将使单片机复位脚加上两个机器周期的高电平将使单片机复位(RST)；ALEPROG(30脚脚)当单片机访问外部存贮当单片机访问外部存贮器时，器时，ALE(地址锁存允许地址锁存允许)输出脉冲的下降沿输出脉冲的下降沿用于锁存用于锁存16位地址的低位地址的低8位。即
30、使不访问外部存位。即使不访问外部存贮器，贮器，ALE端仍有周期性正脉冲输出，其频率端仍有周期性正脉冲输出，其频率为振荡器频率的为振荡器频率的16；PSEN(29脚脚)此输出为访问外部程序存贮器此输出为访问外部程序存贮器的读选通信号；的读选通信号；EAEAVppVpp(31(31脚脚) ) 当当EAEA端保持高电平时，单片机访端保持高电平时，单片机访问的是内部程序存贮器问的是内部程序存贮器( (对对80518051、87518751来说来说) )，但当，但当PC(PC(程序计数器程序计数器) )值超过某值（如值超过某值（如87518751内部含有内部含有4KB 4KB EPROMEPROM，值为
31、，值为0FFFH0FFFH）时，将自动转向执行外部程序）时，将自动转向执行外部程序存贮器内的程序。当存贮器内的程序。当EAEA端保持低电平时，则不管是端保持低电平时，则不管是否有内部程序存贮器而只访问外部程序存贮器否有内部程序存贮器而只访问外部程序存贮器 。ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理三、输入输出引脚三、输入输出引脚 vP0口口MCS51单片机中有个双向（位）并行片机中有个双向（位）并行I/O端口（端口（线），每），每线都配都配备独立的端口独立的端口锁存器、存器、输出出驱动器和器和输入
32、入缓冲器，用于与外界冲器，用于与外界设备之之间交交换信息。信息。图图1-3P01-3P0口一位口一位口一位口一位结结构构构构图P0口口除除了了作作普普通通的的I/O口口，直直接接和和外外部部设设备备打打交交道道外外;还还用用作作片片外外总总线线的的 地地 址址 总总 线线 AB0-AB7的的低低八八位位和和数数据据总线总线。注：注：单单片机复片机复位后位后4个端口个端口对对外外均呈均呈现现高高电电平平ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理图1-4P2P2口一位口一位口一位口一位结结构构构构图P2
33、口除了作普通口除了作普通的的I/O口，直接口，直接和外部和外部设备打交打交道外道外;还用作片外用作片外总线的地址的地址总线的高八位地址的高八位地址线AB8-AB15P2口口P0口在作口在作输出入口使用出入口使用时，由于它无内部上拉，由于它无内部上拉电阻，阻，为了在口了在口线上上输出高出高电平并具有一定的平并具有一定的驱动能力，必能力，必须外接上拉外接上拉电阻。阻。注意：注意：作作输入口使用入口使用时，为了防止口了防止口锁存器存器对输入口入口线的的输入信号造成影响，入信号造成影响，必必须先往口先往口锁存器写存器写1。同理，同理，P2口作口作输入入时，也必，也必须先往口先往口锁存器写存器写1。Ch
34、anshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理图1-5P1P1口一位口一位口一位口一位结结构构构构图P1口只用作普通口只用作普通输入入输出口出口P1口口从从单单片机的使用角度来看，片机的使用角度来看，P0是一个真正的双向是一个真正的双向口，而其他三个端口都是准双向口。口，而其他三个端口都是准双向口。注意：注意：和和P0、P2口一口一样样，为为防止口防止口锁锁存器存器对输对输入口入口线线造成影响，造成影响，P1口作口作输输入入时时，也必，也必须须先往口先往口锁锁存器写存器写1。ChanshaUniversit
35、yOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理图1-6P3P3口一位口一位口一位口一位结结构构构构图P3口除了作普口除了作普通的通的I/O口（功口（功能和能和P1口一口一样）直接和外部直接和外部设备打交道外打交道外;还具有第二功能。具有第二功能。P3.0串行串行输入口入口(RXD)P3.1串行串行输出口出口(TXD)P3.2外中断外中断0(INT0)P3.3外中断外中断1(INT1)P3.5定定时/计数器数器1的外部的外部输入口入口(T1)P3.6外部数据存外部数据存储器写器写选通通(WR)P3.4定定时/计数器数器0的外部的外部输入
36、口入口(T0)P3.7外部数据存外部数据存储器器读选通通(RD)P3口口ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理作业：1、PSW寄存器各位寄存器各位标志的意志的意义如何？如何？2、当前工作寄存器、当前工作寄存器组如何如何选择？ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理2 MCS-51MCS-51单片机工作原理2.1 MCS-51MCS-51单片机的时钟与时序 一、一、时钟电路路图2-1时钟电路路图Pin
37、19:时钟XTAL1脚，片脚，片内振内振荡电路的路的输入端。入端。Pin18:时钟XTAL2脚，片脚，片内振内振荡电路的路的输出端。出端。ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理二、二、时序序CPU在在执行指令行指令过程中，控制器程中，控制器发出的一系列特定的定出的一系列特定的定时信号和信号和控制信号具有一定控制信号具有一定时间顺序，序，这种在种在时间上的相互关系称上的相互关系称为时序。序。【振【振荡荡周期】：周期】：单单片机外接石英晶体振片机外接石英晶体振荡荡器的周期（器的周期（时钟时钟周期）周
38、期），也称，也称为节为节拍，用拍，用P表示如外接石英晶体表示如外接石英晶体的的频频率若率若为为2MHz，其振，其振荡荡周期就是周期就是1/2=0.5us。【状【状态态周期】：周期】：单单片机完成一个最基本的片机完成一个最基本的动动作所需的作所需的时间时间周期。周期。用用S表示，一个状表示，一个状态态周期周期2个振个振荡荡周期，因此，一个周期，因此，一个状状态态周期周期S就包就包含两个含两个节节拍拍P，前一振，前一振荡荡周期称周期称为为P1拍，后一振拍，后一振荡荡周期称周期称为为P拍拍。【机器周期】：【机器周期】：单单片机完成一次完整的具有一定功能的片机完成一次完整的具有一定功能的动动作所作所需
39、的需的时间时间周期。如一次完整的周期。如一次完整的读读操作或写操作操作或写操作对应对应的的时间时间。一个机。一个机器周期器周期6个状个状态态周期周期12个振个振荡荡周期，依次表示周期，依次表示为为：S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、S6P1、S6P2。【指令周期】：【指令周期】：执执行完某条指令所需要的行完某条指令所需要的时间时间周期周期.一一般需要般需要14个机器周期。个机器周期。ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P
40、2P2P2P2P2P2P2S1S1S2S2S3S3S4S4S5S5S6S6机器周期机器周期振荡周期状态周期图2-2单片机片机时序序图ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理三、三、单片机指令片机指令时序序一个机器周期一个机器周期P1 P2P1 P2单字字节单周期指令周期指令例：例：INCAChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理单字字节双周期指令双周期指令例：例：INCDPTR一个机器周期一个机器周期
41、P1 P2P1 P2读下一个操作码（丢失）ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理一个机器周期一个机器周期P1 P2P1 P2双字双字节单周期指令周期指令例：例：ADDA，direct一个机器周期读第二字节读下一条指令ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理一个机器周期一个机器周期P1 P2P1 P2双字双字节双周期指令双周期指令例：例：MOVA，direct一个机器周期读下一个操作码（丢失）读下一条
42、指令读第二字节ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理2.22.2 MCS-51 MCS-51单片机工作过程 取指令取指令 执执行行 分析分析第一，就是从程序存第一，就是从程序存储储器中取出指令，指令的地址器中取出指令，指令的地址由由PC指指针针提供。提供。第二，就是第二，就是执执行指令行指令过过程，取出的指令代程，取出的指令代码码首先被首先被送到送到CPU中控制器中的指令寄存器，再通中控制器中的指令寄存器，再通过过指令指令译码译码器器译译码变码变成各种成各种电电信号，从而信号，从而实现实现指令的
43、各种功能。指令的各种功能。CPU执执行程序一般包括两个主要行程序一般包括两个主要过过程程：ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理图2-2复位复位电路路2.32.3 MCS-51 MCS-51单片机工作方式单单片机工作片机工作时时，除了需要，除了需要时钟时钟支持外，支持外，还还必必须须有一个有一个初始状初始状态态，即，即单单片机的复位状片机的复位状态态。复位不改。复位不改变变RAM（包括（包括工作寄存器工作寄存器R0-R7）的状）的状态态。Pin9:RESET复位信复位信号脚，当号脚，当8051通
44、通电，时钟电路开始工作，路开始工作，在在RESET引脚上出引脚上出现24个个时钟周期以上的周期以上的高高电平，系平，系统即初始即初始复位。复位。2.3.1 复位电路ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理2.3.2 复位状态特殊功能寄存器特殊功能寄存器初始初始态特殊功能寄存器特殊功能寄存器初始初始态ACC00HB00HPSW00HSP07HDPH00HTH000HDPL00HTL000HIPxxx00000BTH100HIE0xx00000BTL100HTMOD00HTCON00HSCONxxxx
45、xxxxBSBUF00HP0-P31111111BPCON0xxxxxxxB表表2-1特殊功能寄存器的复位状特殊功能寄存器的复位状态ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理1、单步执行单步执行2、断点执行断点执行3、连续执行连续执行2.3.3 MCS-51程序执行方式注意：注意：这里所里所说的的程序程序执行方式，是行方式，是指在指在软件的支持下件的支持下进行在行在线仿真或仿真或调试的方式，而非的方式，而非单片机本身程序的工片机本身程序的工作方式作方式ChanshaUniversityOfScien
46、ce&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理2.4 MCS-512.4 MCS-51单片机最小应用系统指能指能够满足足单片工作的最片工作的最简要条件。要条件。对于于MCS-51系列系列单片机来片机来说最主要的是要引入最主要的是要引入时钟信号和信号和扩展存展存储器。器。ooo.oooo8051/8751VccVssX2X1T1T0INT1INT0P1.0P1.7RST/VppEA/VppTXDRXDRDWRPSENALE / PROGP0.0P0.7P2.0P2.7+5 Vo图2-3单片机最小片机最小应用系用系统ChanshaUniversityOf
47、Science&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理P1.0P1.2P1.1P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7RESET/VPDPSENVccVssD0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A2A3A4A5A7A6A8A9A10A11A12A13A14A15ALEP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7G8031.+5 VX2X1EV / VppOECE锁存器+5 V74LS3732764图2
48、-48031最小最小应用系用系统ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理小小结结：思考如下思考如下问题问题：1、51单单片机的引脚及其功能？片机的引脚及其功能？2、特殊功能寄存器的功能？、特殊功能寄存器的功能？3、51单单片机的存片机的存储储器器结结构？构？4、单单片机复位片机复位电电路的种路的种类类，各有什么，各有什么优优缺点？缺点？5、怎、怎样样理解理解单单片机最小片机最小应应用系用系统统？ChanshaUniversityOfScience&Technology第二章第二章MCS-51系列系列单片机的片机的结构和原理构和原理作作业：1、80C51单单片机晶振片机晶振频频率率为为12MHz，时钟时钟周期、机周期、机器周期器周期为为多少？多少？2、单单片机复位后各口状片机复位后各口状态态如何，复位方法有几种？如何，复位方法有几种？3、单单片机控制片机控制总线总线有那些？各信号的作用如何？有那些？各信号的作用如何？谢谢！单片机原理与应用单片机原理与应用 Single-chipmicro-computertheoryandapplication
