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1、第第2章章 单片机的构造与系统扩展单片机的构造与系统扩展硬件微型机系统外围设备过程控制I/O通道A/D,D/A转换器开关量等外部设备键盘、鼠标等输入设备显示器、打印机等输出设备 软驱、硬盘及磁带等外存储器主 机输入输出(I/O)接口电路微处置器(CPU)运算器(算术逻辑运算单元ALU)控制器(控制单元CU)存放器阵列(RA)内存储器RAM, ROM, EPROMEEPROM等系统软件软件用户运用软件根本组成部件根本组成部件1 1、 运算器运算器运算器运算器运算器由算术逻辑单元运算器由算术逻辑单元运算器由算术逻辑单元运算器由算术逻辑单元Arithmetric&Logical UnitArithm
2、etric&Logical Unit和存放器组和存放器组和存放器组和存放器组成。成。成。成。数学运算：加、减、乘、除等数学运算：加、减、乘、除等数学运算：加、减、乘、除等数学运算：加、减、乘、除等逻辑运算：与、或、非等逻辑运算：与、或、非等逻辑运算：与、或、非等逻辑运算：与、或、非等2 2、控制器、控制器、控制器、控制器控制器由程序计数器、指令译码器、时序产生器和操作控制器等控制器由程序计数器、指令译码器、时序产生器和操作控制器等控制器由程序计数器、指令译码器、时序产生器和操作控制器等控制器由程序计数器、指令译码器、时序产生器和操作控制器等组成。组成。组成。组成。控制器的主要功能有：控制器的主
3、要功能有：控制器的主要功能有：控制器的主要功能有：a a 从存储器中取出一条指令，并指出下一条指令在存储器中的位从存储器中取出一条指令，并指出下一条指令在存储器中的位从存储器中取出一条指令，并指出下一条指令在存储器中的位从存储器中取出一条指令，并指出下一条指令在存储器中的位置置置置b b 对以二进制格式存储的指令代码翻译，根据指令的内容来产生对以二进制格式存储的指令代码翻译，根据指令的内容来产生对以二进制格式存储的指令代码翻译，根据指令的内容来产生对以二进制格式存储的指令代码翻译，根据指令的内容来产生相应操作信号。相应操作信号。相应操作信号。相应操作信号。c c 指挥并控制指挥并控制指挥并控制
4、指挥并控制CPUCPU、存储器和输入、存储器和输入、存储器和输入、存储器和输入/ /输出设备之间的数据流动输出设备之间的数据流动输出设备之间的数据流动输出设备之间的数据流动3 3、存储器、存储器、存储器、存储器存储存储存储存储CPUCPU运转的指令代码不可变，以及数据变量可变运转的指令代码不可变，以及数据变量可变运转的指令代码不可变，以及数据变量可变运转的指令代码不可变，以及数据变量可变中心部件根本解释中心部件根本解释衡量计算机性能的主要目的1、运算字长：8位、16位、32位、64位2、存储量：64K、128K、256K、512K、1M3、指令执行速度4、外部设备配置5、电磁兼容性和性价比性能
5、目的性能目的数据传送方式数据传送方式数据传送方式数据传送方式主要有两种方式：主要有两种方式：主要有两种方式：主要有两种方式：并行数据传送和并行数据传送和并行数据传送和并行数据传送和串行数据传送串行数据传送串行数据传送串行数据传送串行数据传送的特串行数据传送的特串行数据传送的特串行数据传送的特点：硬件构造简点：硬件构造简点：硬件构造简点：硬件构造简单，数据传送速单，数据传送速单，数据传送速单，数据传送速度慢度慢度慢度慢并行数据传送的特并行数据传送的特并行数据传送的特并行数据传送的特点：硬件构造相点：硬件构造相点：硬件构造相点：硬件构造相对复杂，数据传对复杂，数据传对复杂，数据传对复杂，数据传送速
6、度快送速度快送速度快送速度快单片机系统总线构造单片机系统总线构造1单片机系统总线构造单片机系统总线构造2完好的完好的完好的完好的CPUCPU体系构造：体系构造：体系构造：体系构造：数据总线数据总线数据总线数据总线DBDB、地、地、地、地址总线址总线址总线址总线ABAB、控、控、控、控制总线制总线制总线制总线CBCB单片机系统总线构造单片机系统总线构造35151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU构造构造构造构造1 1运算器：算术逻辑单元运算器：算术逻辑单元运算器：算术逻辑单元运算器：算术逻辑单元ALUALU2 2控制器：定时控制逻辑、指令存放器控制器：定时控制逻辑、指令存放器控
7、制器：定时控制逻辑、指令存放器控制器：定时控制逻辑、指令存放器IRIR、指令译码器、指令译码器、指令译码器、指令译码器IDID 时序部件时序部件时序部件时序部件( (时钟、脉冲分配器时钟、脉冲分配器时钟、脉冲分配器时钟、脉冲分配器) )、微操作控制部件、微操作控制部件、微操作控制部件、微操作控制部件3 3公用存放器组：程序计数器公用存放器组：程序计数器公用存放器组：程序计数器公用存放器组：程序计数器(PC)(PC)、累加器、累加器、累加器、累加器(A)(A)、通用存放器、通用存放器、通用存放器、通用存放器(B)(B)、 程序形状字程序形状字程序形状字程序形状字(PSW)(PSW)、堆栈指针、堆
8、栈指针、堆栈指针、堆栈指针(SP)(SP)、数据指针、数据指针、数据指针、数据指针(DPTR)(DPTR)5151系列单片机分类系列单片机分类系列单片机分类系列单片机分类 ROMROM型型无无ROMROM型型EPROMEPROM型型片内片内ROM ROM 片内片内RAMRAM1616位定位定时时器器制造工制造工艺艺8051805180318031875187514KB4KB128B128B2 2HMOSHMOS8051AH8051AH8031AH8031AH8751H8751H4KB4KB128B128B2 2HMOSHMOS8052AH8052AH8032AH8032AH8752BH8752
9、BH4KB4KB256B256B2 2HMOSHMOS80C51BH80C51BH80C31BH80C31BH87C5187C514KB4KB128B128B2 2CHMOSCHMOS5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU构造构造构造构造公用存放器组公用存放器组公用存放器组公用存放器组5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU构造构造构造构造程序计数器程序计数器程序计数器程序计数器PC 1PC 1程序计数器程序计数器PC(programcounter)PC(programcounter)是一个二进制是一个二进制1616位的位的程序地址存放器，专门用来存放
10、下一条需求执行指令的地程序地址存放器，专门用来存放下一条需求执行指令的地址通常处于程序存储器中，能自动加址通常处于程序存储器中，能自动加1 1。任务过程：任务过程：CPUCPU执行指令时，先是根据程序计数器执行指令时，先是根据程序计数器PCPC中的地址从中的地址从存储器中取出当前需求执行的指令码，并把它送给控制器存储器中取出当前需求执行的指令码，并把它送给控制器分析执行，随后程序计数器分析执行，随后程序计数器PCPC中的地址自动加中的地址自动加1 1，以便为，以便为CPUCPU取下一个需求执行的指令码作预备。取下一个需求执行的指令码作预备。正常情况下程序会按指令代码在存储器的存放顺序执正常情况
11、下程序会按指令代码在存储器的存放顺序执行，当程序代码修正指针中的内容，程序会发生跳转。行，当程序代码修正指针中的内容，程序会发生跳转。跳转指令和条件判别指令等跳转指令和条件判别指令等 8051 8051的程序计数器的程序计数器的程序计数器的程序计数器PCPC由由由由1616位位位位存放器构成，故它的编码范围存放器构成，故它的编码范围存放器构成，故它的编码范围存放器构成，故它的编码范围为为为为0000HFFFFH0000HFFFFH，共，共，共，共64K64K。也就是说，也就是说，也就是说，也就是说，80518051对程序存储器对程序存储器对程序存储器对程序存储器的寻址范围为的寻址范围为的寻址范
12、围为的寻址范围为64KB64KB。 上电复位后上电复位后上电复位后上电复位后PCPC的值为的值为的值为的值为0000H0000H，所以程序的第一条被执行的指所以程序的第一条被执行的指所以程序的第一条被执行的指所以程序的第一条被执行的指令在程序存储器的存放位置为令在程序存储器的存放位置为令在程序存储器的存放位置为令在程序存储器的存放位置为0000H0000H。 普通情况下在普通情况下在普通情况下在普通情况下在0000H0000H开场的存开场的存开场的存开场的存储器位置上存放一条跳转指令，储器位置上存放一条跳转指令，储器位置上存放一条跳转指令，储器位置上存放一条跳转指令，指向程序的首行代码，首行代
13、指向程序的首行代码，首行代指向程序的首行代码，首行代指向程序的首行代码，首行代码要放在码要放在码要放在码要放在0030H0030H之后，由于从之后，由于从之后，由于从之后，由于从0003H0030H0003H0030H之间的存储器之间的存储器之间的存储器之间的存储器空间被中断向量占用。空间被中断向量占用。空间被中断向量占用。空间被中断向量占用。 5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU构造构造构造构造程序计数器程序计数器程序计数器程序计数器PC 2PC 2累加器是一个具有特殊用途的二进制8位存放器，专门用来存放操作数或运算结果。在CPU执行某种运算前，两个操作数中的一个通常
14、应放在累加器A中，运算完成后累加器A中便可得到运算结果。MOVA,#03H;ADDA,#05H;5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU构造构造构造构造累加器累加器累加器累加器ACCACC通用存放器B是专门为乘法和除法设置的存放器，也是一个二进制8位存放器，由8个触发器组成。该存放器在乘法或除法前，用来存放乘数或除数，在乘法或除法完成后用于存放乘积的高8位或除法的余数。MOVA,#05H;MOVB,#03H;MULAB;5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU构造构造构造构造通用存放器通用存放器通用存放器通用存放器B BCyCyACACF0F0RS1RS
15、1RS0RS0OVOV- -P P 程序形状字程序形状字PSW是一个是一个8位标志存放器，用位标志存放器，用来存放指令执行后的有关形状。来存放指令执行后的有关形状。PSW是在指令执是在指令执行过程中自动构成的，但也可以根据需求采用传行过程中自动构成的，但也可以根据需求采用传送指令的方式加以改动。送指令的方式加以改动。1.进位标志位进位标志位Cy2.辅助进位位辅助进位位AC3.用户标志位用户标志位F04.存放器选择位存放器选择位RS1和和RS05.溢出标志位溢出标志位OV6.奇偶标志位奇偶标志位P5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU构造构造构造构造程序形状字程序形状字程序
16、形状字程序形状字PSW 1PSW 1 用于表示加减运算过程中累加器最高位用于表示加减运算过程中累加器最高位A7有无进位或借位。有无进位或借位。加法：假设加法：假设A7有进位，那么有进位，那么Cy=1；否那么；否那么Cy=0；减法：假设减法：假设A7有借位，那么有借位，那么Cy=1；否那么；否那么Cy=0；移位操作也会影响该标志位。移位操作也会影响该标志位。5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU构造构造构造构造程序形状字程序形状字程序形状字程序形状字PSW PSW 进位标志位进位标志位进位标志位进位标志位CyCy 用于表示加减运算时累加器低用于表示加减运算时累加器低4位位A
17、3有无向高有无向高4位位A4进位或借位。进位或借位。加法：假设加法：假设A3-A4有进位，那么有进位，那么AC=1； 否那么否那么AC=0；减法：假设减法：假设A3-A4有借位，那么有借位，那么AC=1；否那么否那么AC=0；5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU构造构造构造构造程序形状字程序形状字程序形状字程序形状字PSW PSW 辅助进位位辅助进位位辅助进位位辅助进位位ACAC 位形状通常不是机器在执行指令的过程位形状通常不是机器在执行指令的过程中自动构成的，而是由用户根据程序执行中自动构成的，而是由用户根据程序执行的需求经过传送指令确定的。该标志位形的需求经过传送指
18、令确定的。该标志位形状一经设定，便由用户程序直接检测，以状一经设定，便由用户程序直接检测，以决议用户程序的流向。决议用户程序的流向。 自定义标志位自定义标志位5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU构造构造构造构造程序形状字程序形状字程序形状字程序形状字PSW PSW 用户标志位用户标志位用户标志位用户标志位F0F080318031共有共有共有共有8 8个个个个8 8位任务存放器，位任务存放器，位任务存放器，位任务存放器，R0R7R0R7 但他们在但他们在但他们在但他们在RAMRAM中的实中的实中的实中的实践物理地址是可以根据需践物理地址是可以根据需践物理地址是可以根据需践
19、物理地址是可以根据需求选定的。用户经过改动求选定的。用户经过改动求选定的。用户经过改动求选定的。用户经过改动RS1RS1和和和和RS0RS0之间的形状可之间的形状可之间的形状可之间的形状可以方便地决议以方便地决议以方便地决议以方便地决议R0R7R0R7的实的实的实的实践物理地址。采用任务存践物理地址。采用任务存践物理地址。采用任务存践物理地址。采用任务存放器的益处减小指令代码放器的益处减小指令代码放器的益处减小指令代码放器的益处减小指令代码的长度和缩短指令代码的的长度和缩短指令代码的的长度和缩短指令代码的的长度和缩短指令代码的执行时间，所以在编程时执行时间，所以在编程时执行时间，所以在编程时执
20、行时间，所以在编程时经常将常用的暂时数据存经常将常用的暂时数据存经常将常用的暂时数据存经常将常用的暂时数据存放在任务存放器组内，提放在任务存放器组内，提放在任务存放器组内，提放在任务存放器组内，提高程序执行的效率和缩短高程序执行的效率和缩短高程序执行的效率和缩短高程序执行的效率和缩短程序所占用的存储器空间，程序所占用的存储器空间，程序所占用的存储器空间，程序所占用的存储器空间，同时在一些寻址方式中只同时在一些寻址方式中只同时在一些寻址方式中只同时在一些寻址方式中只能利用任务存放器寻址能利用任务存放器寻址能利用任务存放器寻址能利用任务存放器寻址例如：存放器间接寻址例如：存放器间接寻址例如：存放器
21、间接寻址例如：存放器间接寻址RS1 | RS0RS1 | RS0R0R7R0R7的的的的组组号号号号R0R7R0R7的的的的物理地址物理地址物理地址物理地址00000 000H07H00H07H01011 108H0FH08H0FH10102 210H17H10H17H11113 318H1FH18H1FH采用这种方式可以扩展任务存放采用这种方式可以扩展任务存放器的运用范围，在不同的代码段器的运用范围，在不同的代码段采用不同地址的任务存放器，这采用不同地址的任务存放器，这样可以保证原有在任务存放器内样可以保证原有在任务存放器内部的内容坚持不变。部的内容坚持不变。5151系列单片机系列单片机系列
22、单片机系列单片机CPUCPU构造构造构造构造 程序形状字程序形状字程序形状字程序形状字PSW PSW 存存存存放器选择位放器选择位放器选择位放器选择位RS1RS1和和和和RS0RS0 可以指示补码运算过程中能否发生了溢出，可以指示补码运算过程中能否发生了溢出，可以指示补码运算过程中能否发生了溢出，可以指示补码运算过程中能否发生了溢出，由机器执行指令过程中自动构成。由机器执行指令过程中自动构成。由机器执行指令过程中自动构成。由机器执行指令过程中自动构成。 假设累加器假设累加器假设累加器假设累加器A A中运算结果超出了中运算结果超出了中运算结果超出了中运算结果超出了8 8位数能表示的位数能表示的位
23、数能表示的位数能表示的范围范围范围范围2828，即，即，即，即-128+127-128+127，那么，那么，那么，那么OVOV标志自动置标志自动置标志自动置标志自动置1 1；否那么；否那么；否那么；否那么OV=0OV=0。 通常采用双符号法对溢出标志位进展判别，溢通常采用双符号法对溢出标志位进展判别，溢通常采用双符号法对溢出标志位进展判别，溢通常采用双符号法对溢出标志位进展判别，溢出标志位不等同于进位标志位，溢出标志位是对出标志位不等同于进位标志位，溢出标志位是对出标志位不等同于进位标志位，溢出标志位是对出标志位不等同于进位标志位，溢出标志位是对补码运算的溢出判别，而进位标志位是对原码的补码运
24、算的溢出判别，而进位标志位是对原码的补码运算的溢出判别，而进位标志位是对原码的补码运算的溢出判别，而进位标志位是对原码的进位进展判别，通常在程序中采用补码表示的数进位进展判别，通常在程序中采用补码表示的数进位进展判别，通常在程序中采用补码表示的数进位进展判别，通常在程序中采用补码表示的数的运算中利用溢出标志位进展判别，而运算的数的运算中利用溢出标志位进展判别，而运算的数的运算中利用溢出标志位进展判别，而运算的数的运算中利用溢出标志位进展判别，而运算的数据假设是用原码表示那么利用进位标志位进展判据假设是用原码表示那么利用进位标志位进展判据假设是用原码表示那么利用进位标志位进展判据假设是用原码表示
25、那么利用进位标志位进展判别别别别5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU构造构造构造构造 溢出标志位溢出标志位溢出标志位溢出标志位OV 1OV 1 OV OV标志判别方法标志判别方法标志判别方法标志判别方法1 1、将补码数据转换成正负数，进展数学运算后，再、将补码数据转换成正负数，进展数学运算后，再、将补码数据转换成正负数，进展数学运算后，再、将补码数据转换成正负数，进展数学运算后，再按照运算结果能否超越按照运算结果能否超越按照运算结果能否超越按照运算结果能否超越-128+127-128+127来判别来判别来判别来判别OVOV标志。标志。标志。标志。人工判别方法人工判别方法
26、人工判别方法人工判别方法2 2、双符号位判别方法、双符号位判别方法、双符号位判别方法、双符号位判别方法 将计算数据的最高位扩展一位，变成将计算数据的最高位扩展一位，变成将计算数据的最高位扩展一位，变成将计算数据的最高位扩展一位，变成9 9位数据一位数据一位数据一位数据一切数据参与运算，将计算结果的最高进位位去掉，切数据参与运算，将计算结果的最高进位位去掉，切数据参与运算，将计算结果的最高进位位去掉，切数据参与运算，将计算结果的最高进位位去掉，假设第九位和第八位数据是假设第九位和第八位数据是假设第九位和第八位数据是假设第九位和第八位数据是0000正或正或正或正或1111负负负负表示无溢出，假设是
27、表示无溢出，假设是表示无溢出，假设是表示无溢出，假设是0101表示正溢出，表示正溢出，表示正溢出，表示正溢出，1010表示负溢表示负溢表示负溢表示负溢出。出。出。出。 人工判别方法或计算机内部判别方法人工判别方法或计算机内部判别方法人工判别方法或计算机内部判别方法人工判别方法或计算机内部判别方法5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU构造构造构造构造 溢出标志位溢出标志位溢出标志位溢出标志位OV 2OV 25151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU构造构造构造构造 溢出标志位溢出标志位溢出标志位溢出标志位OV 3OV 3用于指示运算结果中用于指示运算结果中
28、1的个数的奇偶性。的个数的奇偶性。假设假设P=1，那么累加器，那么累加器A中的中的1的个数为奇数；的个数为奇数；假设假设P=0，那么累加器，那么累加器A中的中的1的个数为偶数。的个数为偶数。PSW1位无定义，用户不可以运用。位无定义，用户不可以运用。5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU构造构造构造构造 奇偶标志位奇偶标志位奇偶标志位奇偶标志位P P例子例子例子例子程序执行前程序执行前程序执行前程序执行前F0=0,RS1RS0=00B,F0=0,RS1RS0=00B,执行如下程序执行如下程序执行如下程序执行如下程序MOV A, #0FH;MOV A, #0FH;ADD A
29、, #F8H;ADD A, #F8H;后，后，后，后，PSWPSW中各位的形状中各位的形状中各位的形状中各位的形状CyCyACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOV- -P P 1 1 0 0 0 0 0 1PSW=C1H 堆堆堆堆栈栈指指指指针针是一个是一个是一个是一个8 8位存放器，能自位存放器，能自位存放器，能自位存放器，能自动动加加加加1 1或减或减或减或减1 1，专门专门用存放堆用存放堆用存放堆用存放堆栈栈的的的的栈栈顶顶地址。堆地址。堆地址。堆地址。堆栈栈存存存存储储是一种数据存是一种数据存是一种数据存是一种数据存储储的方法，主要用于中断程序中一些的方法，主要用于中断程序中一
30、些的方法，主要用于中断程序中一些的方法，主要用于中断程序中一些数据的保管，堆数据的保管，堆数据的保管，堆数据的保管，堆栈栈存存存存储储最主要的特点是：在堆最主要的特点是：在堆最主要的特点是：在堆最主要的特点是：在堆栈栈存存存存储储指令中无需在指指令中无需在指指令中无需在指指令中无需在指令代令代令代令代码码参与数据的存参与数据的存参与数据的存参与数据的存储储地址，存地址，存地址，存地址，存储储地址由堆地址由堆地址由堆地址由堆栈栈指指指指针针制定。制定。制定。制定。 例如：例如：例如：例如：MOVMOV40H40H，30H 30H ； 常常常常规规数据存数据存数据存数据存储储方式方式方式方式MOV
31、MOVSP,#40H SP,#40H ； 堆堆堆堆栈栈数据存数据存数据存数据存储储方式方式方式方式PUSH 30HPUSH 30HPOPPOP30H30H 符合符合符合符合“ “先先先先进进后出或后出或后出或后出或“ “后后后后进进先出的先出的先出的先出的规规律律律律 8051 8051片内片内片内片内RAMRAM共有共有共有共有128B128B，地址范，地址范，地址范，地址范围为围为00H7FH00H7FH，此区域中任何子区，此区域中任何子区，此区域中任何子区，此区域中任何子区域都可以作域都可以作域都可以作域都可以作为为堆堆堆堆栈栈区。区。区。区。5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单
32、片机CPUCPU构造构造构造构造 堆栈指针堆栈指针堆栈指针堆栈指针SP 1SP 1 数据指针是一个数据指针是一个数据指针是一个数据指针是一个1616位的存放器，由两个位的存放器，由两个位的存放器，由两个位的存放器，由两个8 8位存放器位存放器位存放器位存放器DPHDPH和和和和DPLDPL组成。也可以作为两个独立的组成。也可以作为两个独立的组成。也可以作为两个独立的组成。也可以作为两个独立的8 8位存放位存放位存放位存放器来用。器来用。器来用。器来用。 DPTR DPTR可以用来存放片外可以用来存放片外可以用来存放片外可以用来存放片外RAMRAM和片外和片外和片外和片外ROMROM的地址，的地
33、址，的地址，的地址，也可以用来存放片内也可以用来存放片内也可以用来存放片内也可以用来存放片内ROMROM的地址的地址的地址的地址. .例如：例如：例如：例如： MOV MOVDPTR,#4000HDPTR,#4000HMOVXMOVXA A，DPTRDPTRMOVMOVDPTR,#5000HDPTR,#5000HMOVCMOVCA,DPTRA,DPTR5151系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机CPUCPU构造构造构造构造 数据指针数据指针数据指针数据指针DPTRDPTRMCS-51MCS-51的内部组成及引脚描画的内部组成及引脚描画的内部组成及引脚描画的内部组成及引脚描画 中央处置器CP
34、U；数据存储器RAM；程序存储器ROM； 2个l6位的定时器/计数器； 并行I/O口32根I/O线，4个P口； 外部存贮器寻址范围ROM、RAM各64K；全双工串行口；中断系统 5个中断源，2个中断优先级1.振振荡周期周期/时钟周期周期是是时序中最小的序中最小的时间单位，由位，由单片机振片机振荡电路路OSC产生，生，为时钟脉冲脉冲频率的倒数。率的倒数。XTAL2XTAL1振荡振荡电路电路内部时内部时钟电路钟电路MCS-511个振荡周期个振荡周期MCS-51MCS-51的晶振电路的晶振电路的晶振电路的晶振电路2.机器周期机器周期1个机器周期个机器周期=12个振荡周期个振荡周期3.指令周期指令周期
35、执行一条指令所需的行一条指令所需的时间.参看参考参看参考书的附的附录每每条指令的条指令的执行行时间RST/VPD:复位复位/备用用电源。源。 RSTReset功能：复位信号功能：复位信号输入端。入端。 VPD功能：在功能：在Vcc掉掉电情况下，接情况下，接备用用电源。源。 80518051的复位的复位的复位的复位电电路和主要路和主要路和主要路和主要存放器复位后的形状存放器复位后的形状存放器复位后的形状存放器复位后的形状 1 1 51系列单片机的复位信系列单片机的复位信号是高电平有效，继续号是高电平有效，继续时间要有时间要有24个时钟周期个时钟周期以上。例：假设时钟频以上。例：假设时钟频率为率为
36、6MHz，复位脉冲的，复位脉冲的宽度至少宽度至少=24/6，4uS3.控制控制线2.电源线电源线VCC、VSS ALE/PROG:地址地址锁存允存允许/片内片内EPROM编程脉冲程脉冲 ALE功能：用来功能：用来锁存存P0口送出的低口送出的低8位地址位地址 PROG功能：片内有功能：片内有EPROM的芯片，在的芯片，在EPROM编程期程期间，此引脚，此引脚输入入编程脉冲。程脉冲。8751 PSEN:片外片外ROM读选通通讯号。号。80518051的的的的电电源源源源线线和控制和控制和控制和控制线线 1 1 EA/Vpp:内外内外ROM选择/片内片内EPROM编程程电源。源。 EA功能：内外功能
37、：内外ROM选择端。端。EA=1，允，允许运用片内运用片内ROM;EA=0，允，允许运用片外运用片外ROM. Vpp功能：片内有功能：片内有EPROM的芯片，在的芯片，在 EPROM编程期程期间，施加，施加编程程电源源Vpp。(8751)80518051的的的的电电源源源源线线和控制和控制和控制和控制线线 2 280518051的存的存的存的存储储器构造器构造器构造器构造 1 1 51系列单片机的存储器构造采用的是数据存储器和程系列单片机的存储器构造采用的是数据存储器和程序存储器分开寻址的方式，经过序存储器分开寻址的方式，经过PSEN信号线来区分信号线来区分寻址的是程序存储器还是数据存储器，当
38、寻址程序存寻址的是程序存储器还是数据存储器，当寻址程序存储器时储器时PSEN信号为低电平，其他条件下信号为低电平，其他条件下PSEN为高为高电平。在程序中经过指令代码来区分是寻址程序存储电平。在程序中经过指令代码来区分是寻址程序存储器和数据存储器。器和数据存储器。 例：例：MOVDPTR,#4000H MOVCA，DPTR ;同样是同样是4000H，但不同，但不同 MOVXA，DPTR ;的指令寻址的位置不一样的指令寻址的位置不一样 公用存放器公用存放器内部内部RAM007F80FF0000FFFF内部数据存储器内部数据存储器外部数据存储器外部数据存储器数据存储器数据存储器外部外部内部内部00
39、000FFF1000FFFF程序存储器程序存储器EA=1外部外部EA=080518051的存的存的存的存储储器构造器构造器构造器构造 2 2对于内部无程序存储对于内部无程序存储器的系列，如器的系列，如8031EA必需接地必需接地片内片内 RAM存储存储器器80518051的存的存的存的存储储器构造器构造器构造器构造 3 3特殊功能存放器特殊功能存放器SFR (Special Function Register)80518051的存的存的存的存储储器构造器构造器构造器构造 4 480318031和外部总线扩展和外部总线扩展和外部总线扩展和外部总线扩展 1 1锁存器锁存器8031EAPSENRDW
40、RP2ALEP0数据线数据线D7D0低低8位地址线位地址线A7A0高高8位地址线位地址线A15A8控制线控制线8031外部总线构造外部总线构造 8031单片机的单片机的P0口，作为低八位的地址线和数据线，分口，作为低八位的地址线和数据线，分时复用，时复用，P2口作为高八位的地址线，所以共有口作为高八位的地址线，所以共有16条地址条地址线和线和8条数据线，由于低八位的地址线和数据线分时复用，条数据线，由于低八位的地址线和数据线分时复用，所以必需在单片机外部加锁存电路，将低位地址信号锁所以必需在单片机外部加锁存电路，将低位地址信号锁存，保证在整个读写周期内地址信号一致有效。存，保证在整个读写周期内
41、地址信号一致有效。 利用利用利用利用74LS37374LS373和和和和ALEALE信号，信号，信号，信号，分别低八位地址线和数据分别低八位地址线和数据分别低八位地址线和数据分别低八位地址线和数据线，在线，在线，在线，在ALEALE的下降沿将低的下降沿将低的下降沿将低的下降沿将低八位的地址数据锁存起来。八位的地址数据锁存起来。八位的地址数据锁存起来。八位的地址数据锁存起来。在锁存器的输出端构成独在锁存器的输出端构成独在锁存器的输出端构成独在锁存器的输出端构成独立的地址线和数据线立的地址线和数据线立的地址线和数据线立的地址线和数据线地址数据P0.0P0.7P2.0P2.7地址ALE8031803
42、1和外部总线扩展和外部总线扩展和外部总线扩展和外部总线扩展 2 2 存储器类型存储器类型存储器类型存储器类型A A、RAMRAM随机存储器随机存储器随机存储器随机存储器 特点：可读、可写，掉电数据丧失。特点：可读、可写，掉电数据丧失。特点：可读、可写，掉电数据丧失。特点：可读、可写，掉电数据丧失。分类：静态分类：静态分类：静态分类：静态RAMRAM，动态，动态，动态，动态RAMRAM，动态，动态，动态，动态RAMRAM需求定时刷新。需求定时刷新。需求定时刷新。需求定时刷新。用途：主要存放程序用到的可变数据。用途：主要存放程序用到的可变数据。用途：主要存放程序用到的可变数据。用途：主要存放程序用
43、到的可变数据。B B、ROMROM只读存储器只读存储器只读存储器只读存储器 特点：只读、掉电数据不丧失特点：只读、掉电数据不丧失特点：只读、掉电数据不丧失特点：只读、掉电数据不丧失分类：掩膜分类：掩膜分类：掩膜分类：掩膜ROMROM、OTPROMOTPROM、EPROMEPROM用途：主要存放程序代码用途：主要存放程序代码用途：主要存放程序代码用途：主要存放程序代码C C、EEPROMEEPROM电可擦除存储器电可擦除存储器电可擦除存储器电可擦除存储器 特点：可读、可写，掉电数据不丧失特点：可读、可写，掉电数据不丧失特点：可读、可写，掉电数据不丧失特点：可读、可写，掉电数据不丧失用途：主要存放
44、程序代码和需求保管的可变数据。用途：主要存放程序代码和需求保管的可变数据。用途：主要存放程序代码和需求保管的可变数据。用途：主要存放程序代码和需求保管的可变数据。存存存存储储器原理器原理器原理器原理简简介介介介 1 1存存存存储储器原理器原理器原理器原理简简介介介介 2 2存储器实例存储器实例存储器实例存储器实例8K8K8 8静态静态静态静态RAMRAM8K8K8EPROM8EPROM存存存存储储器原理器原理器原理器原理简简介介介介 3 380318031对对程序存程序存程序存程序存储储器和数据存器和数据存器和数据存器和数据存储储器的器的器的器的寻寻址原理址原理址原理址原理80318031外部
45、存外部存外部存外部存储储器器器器总线时总线时序序序序举例：读外部数据存储器举例：读外部数据存储器MOVX A，DPTR ；机器码；机器码 E0H，存储地址为，存储地址为2000H其中其中DPTR里内容为里内容为4000H，4000H内容为内容为0AAHT1：ALE的下降沿锁存程序代码的下降沿锁存程序代码地址地址 P2P02000HT2：读程序代码内容：读程序代码内容 P00E0HT3：锁存程序代码制定外部存储：锁存程序代码制定外部存储器的地址器的地址 P15P04000HT4：读外部存储器内容：读外部存储器内容 P00AAH 译码译码器器器器74LS /74LS /框框框框图图3-82-4译码
46、译码器器器器74LS /74LS /功能表功能表功能表功能表四四-十六译码器十六译码器译码器译码器译码器译码器74LS154 74LS154 框图和功能表框图和功能表框图和功能表框图和功能表(1)(1)对于不同的外部存储器芯片，不能有一样的地址范围对于不同的外部存储器芯片，不能有一样的地址范围对于不同的外部存储器芯片，不能有一样的地址范围对于不同的外部存储器芯片，不能有一样的地址范围(2)(2)对于每一个芯片，所分配的地址范围大于等于芯片的存储容量对于每一个芯片，所分配的地址范围大于等于芯片的存储容量对于每一个芯片，所分配的地址范围大于等于芯片的存储容量对于每一个芯片，所分配的地址范围大于等于
47、芯片的存储容量(3)(3)由高位地址线经过地址译码电路按照外围存储器的数量将整个存由高位地址线经过地址译码电路按照外围存储器的数量将整个存由高位地址线经过地址译码电路按照外围存储器的数量将整个存由高位地址线经过地址译码电路按照外围存储器的数量将整个存储空间划分成不同的区域储空间划分成不同的区域储空间划分成不同的区域储空间划分成不同的区域 (4) (4)按照每个存储器的需求将按照每个存储器的需求将按照每个存储器的需求将按照每个存储器的需求将CPUCPU的低位地址线衔接到存储器的地的低位地址线衔接到存储器的地的低位地址线衔接到存储器的地的低位地址线衔接到存储器的地址线上，用来寻址存储器的每个存储单
48、元址线上，用来寻址存储器的每个存储单元址线上，用来寻址存储器的每个存储单元址线上，用来寻址存储器的每个存储单元 地址译码器存储器1存储器2存储器2n CE1 CE2 CE2n 高 位 地址线n条A0 A15 A0 AmA0 Ap A0 Aq 扩展外部存储器的扩展外部存储器的扩展外部存储器的扩展外部存储器的步骤步骤步骤步骤利用锁存器分别低利用锁存器分别低利用锁存器分别低利用锁存器分别低位地址线和数据位地址线和数据位地址线和数据位地址线和数据线线线线数据线的衔接数据线的衔接数据线的衔接数据线的衔接地址线的衔接地址线的衔接地址线的衔接地址线的衔接读写信号线的衔接读写信号线的衔接读写信号线的衔接读写信
49、号线的衔接根据需求设计地址根据需求设计地址根据需求设计地址根据需求设计地址译码电路译码电路译码电路译码电路80318031外部存外部存外部存外部存储储器器器器扩扩展展展展 1 1 74LS74LS，其中，其中，其中，其中 A A、B B、C C分别是三条输入线，分别是三条输入线，分别是三条输入线，分别是三条输入线，Y0Y7Y0Y7是八条是八条是八条是八条输出线。输出线。输出线。输出线。E1E1、E2E2、E3E3分别是三个使能端。分别是三个使能端。分别是三个使能端。分别是三个使能端。80318031外部存外部存外部存外部存储储器器器器扩扩展展展展 2 2 非均匀译码非均匀译码 80318031
50、外部存外部存外部存外部存储储器器器器扩扩展展展展 3 380318031外部存外部存外部存外部存储储器器器器扩扩展展展展例例例例1 1扩展一片扩展一片62648000H9FFFH和一片和一片27640000H1FFFH程序存储器的地址范围必需包程序存储器的地址范围必需包含含0000H到到0030H，由于程，由于程序上电复位后要从序上电复位后要从0000H单单元开场运转，同时中断向量元开场运转，同时中断向量要占据要占据0003H0030H地址地址日历日历/时钟显示调整系统时钟显示调整系统80318031运用系运用系运用系运用系统设计实统设计实例例例例4个并行个并行I/O 口口 P0、P1、P2、
51、P3P0:数据总线数据总线/低低8位地址线或者通用位地址线或者通用I/O口口P2:高高8位地址线或者通用位地址线或者通用I/O口口P3:多功能口，例如：串口、定时器、外中多功能口，例如：串口、定时器、外中断输入等断输入等P1:通用通用I/O口口MCS-51MCS-51内部并行内部并行I/OI/O口口11输出：输出：输入输入(读引脚读引脚) ：输入读锁存器输入读锁存器 MOV P1，AMOV P1，#0FFHMOV A，P1MOV A，P1MCS-51MCS-51内部并行内部并行I/OI/O口口22 并行并行I/OI/O口扩展口扩展11MCS-51单片机系统中单片机系统中,扩展扩展I/O是是与外
52、部数据存储器一致编址的与外部数据存储器一致编址的,占占用外部数据存储器的单元地址用外部数据存储器的单元地址,运运用用MOVX指令进展读写指令进展读写(RD、WR控制信号控制信号.扩展扩展I/O有以下三种根本方法：有以下三种根本方法：0000FFFF外部数据存储器外部数据存储器RAMI/O1公用公用I/O口扩展芯片口扩展芯片2串行口扩展并行口串行口扩展并行口3利用锁存器进展简单利用锁存器进展简单I/O扩展扩展P247 图图7-10 Intel 8155可编程并行可编程并行I/O 接口芯片接口芯片1.8155 的内部构的内部构造和引脚功能造和引脚功能 并行并行并行并行I/OI/O口扩展口扩展口扩展
53、口扩展 2 2 并行并行并行并行I/OI/O口扩展口扩展口扩展口扩展 3 3(2)8155命令存放器命令存放器0 0 0 0 0 0 0 0 并行并行并行并行I/OI/O口扩展口扩展口扩展口扩展 4 4采用采用8155 扩展扩展I/O 口举例口举例 并行并行并行并行I/OI/O口扩展口扩展口扩展口扩展 5 5(1)RAM地址地址: 7E00H7EFFH(2)I/O地址地址:命令存放器命令存放器:7FF8HA口口:7FF9HB口口:7FFAHC口口:7FFBH地址范围分析地址范围分析A15A14A13A12 A11A10A9A8 A7A6 A5A4 A3A2A1A00 1 1 1 1 1 1 0
54、 0 0 0 0 0 0 0 00 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1A15A14A13A12 A11A10A9A8 A7A6 A5A4 A3A2A1A00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1定时器低定时器低8位位:7FFCH定时器高定时器高
55、6位位:7FFDH 并行并行并行并行I/OI/O口扩展口扩展口扩展口扩展 6 6MOVDPTR，#7E0AHMOVA，30HMOVXDPTR，A；写操作写操作MOVDPTR，#7E0AHMOVXA ， DPTRMOV40H ， A； 读操作读操作对对8155 RAM的读写操作的读写操作 并行并行并行并行I/OI/O口扩展口扩展口扩展口扩展 7 7MOVDPTR，#7FF8H ;命令存放器命令存放器MOVA，#00000001B ;PA输出输出,PB输入输入MOVXDPTR,AMOVDPTR,#7FF9H ;PA口口MOVA,#55HMOVXDPTR,AINCDPTR ;PB口口MOVXA,DP
56、TRMOV30H,A8155 I/O口的读写操作口的读写操作 并行并行并行并行I/OI/O口扩展口扩展口扩展口扩展 8 8LED 数码显示管任务原理数码显示管任务原理 并行并行并行并行I/OI/O口扩展口扩展口扩展口扩展 9 9MCS-51对对LED显示管的控制显示管的控制1静态方式显示原理静态方式显示原理I/O口口 (1)I/O口口 (3)I/O口口 (2)abdpabdpabdp 并行并行并行并行I/OI/O口扩展口扩展口扩展口扩展 10 10动态显示的原理动态显示的原理I/O口口 (1)字段口字段口I/O口口 (2)字位口字位口abdpI/O1.0I/O1.1I/O2.1I/O1.7I/
57、O2.0I/O2.2 并行并行并行并行I/OI/O口扩展口扩展口扩展口扩展 11 11 并行并行并行并行I/OI/O口扩展口扩展口扩展口扩展 12 12A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A00010000100000110000000101命令存放器命令存放器PAPBPC2100H2101H2102H2103H 并行并行并行并行I/OI/O口扩展口扩展口扩展口扩展 13 13PB0PB0PB1PB1PB2PB2PB3PB3PB4PB4PB5PB5PB6PB6PB7PB7字形字形a ab bc cd de ef fg gdpdp0
58、 01 11 11 11 11 11 10 00 03FH3FH1 10 01 11 10 00 00 00 00 006H06H2 21 11 10 01 11 10 01 10 05BH5BH3 31 11 11 11 10 00 01 10 04FH4FH4 40 01 11 10 00 01 11 10 066H66H5 51 10 01 11 10 01 11 10 06DH6DH6 61 10 01 11 11 11 11 10 07DH7DH7 71 11 11 10 00 00 00 00 007H07H8 81 11 11 11 11 11 11 10 07FH7FH9 91
59、 11 11 10 00 01 11 10 06FH6FHLED0LED0LED1LED1LED2LED2LED3LED3LED4LED4LED5LED5PC0PC00 01 11 11 11 11 1PC1PC11 10 01 11 11 11 1PC2PC21 11 10 01 11 11 1PC3PC31 11 11 10 01 11 1PC4PC41 11 11 11 10 01 1PC5PC51 11 11 11 11 10 0XXXX1 11 11 11 11 11 1XXXX1 11 11 11 11 11 1字位字位0FEH0FEH0FDH0FDH0FBH0FBH0F7H0F7
60、H0EFH0EFH0DFH0DFH 并行并行并行并行I/OI/O口扩展口扩展口扩展口扩展 14 14按键电路与消抖按键电路与消抖按键的作用按键的作用按键消抖的措施按键消抖的措施硬件消抖硬件消抖软件消抖软件消抖按键在单片机运用系统中的构造方式按键在单片机运用系统中的构造方式独立式按键独立式按键行列式键盘行列式键盘上拉上拉上拉上拉电电阻阻阻阻按键的任务原理按键的任务原理P1.0P1.0P1.2P1.2P1.3P1.3P1.4P1.4P1.5P1.5P1.6P1.6P1.7P1.7P1.1P1.1MCS-51MCS-51单片机的主要产品单片机的主要产品型型 号号制造技术制造技术片内程序存储器片内程序
61、存储器片内数据存储器片内数据存储器8051AHH MOSROM (4k)128字节字节8031AHAH MOS无无128字节字节8751HH MOSEPROM4K128字节字节AT89C51/ AT89S51CHMOSFLASHROM 4K128字节字节80C31CHMOS无无128字节字节8051H MOSROM 8K256字节字节8031H MOS无无256字节字节MCS-51MCS-51单片机单片机单片机单片机 系列产品系列产品系列产品系列产品 MCS-51 家族包括家族包括51和和52两个子系列。两个子系列。51子系列机包括子系列机包括8031、8051、8751、89C51等，主等，
62、主要差别在于片内集成不同类型的程序存储器要差别在于片内集成不同类型的程序存储器 。52子系列的产品主要有子系列的产品主要有8032、8052、8752。 与与51子系列的差别主要在于：子系列的差别主要在于：1.片内数据存储器增至片内数据存储器增至256B2.片内程序存储器增至片内程序存储器增至8KB8032/80C32无无3. I/O口功能加强口功能加强3个个16位定时器位定时器/计数器，有计数器，有6个个中断源。中断源。 其他性能均与其他性能均与5l子系列一样。其对应的低功耗子系列一样。其对应的低功耗CHMOS工艺器件分别为工艺器件分别为80C32、80C52和和87C52。 MCS-51M
63、CS-51单片机家族单片机家族单片机家族单片机家族补充作充作业1 1设计一个一个80318031最小系最小系统，包括，包括1 1片片27642764ROMROM，地址，地址为0000H-1FFFH0000H-1FFFH，1 1片片6212862128RAMRAM，地址，地址为6000H-9FFFH6000H-9FFFH，采用，采用74LS74LS译码器器进展展译码，画出画出电路路图，要求包括，要求包括电源、复位源、复位电路、晶振路、晶振电路等。路等。补充作充作业2如如题图所示，所示，8155的的A口作按口作按键输入，入，B、C口上口上扩展展6个数个数码显示示器，要求：器，要求：1写出写出8155控制口、控制口、A、B、C口的地址口的地址2写出写出8155的控制字的控制字3写出数字写出数字04的字的字形表形表作业作业作业作业书中中P76P76图2-202-20为双字双字节单周期指令的周期指令的时序序图，例如：，例如：ADD AADD A，30H30H，不是不是MOVCMOVC指令的指令的时序序图，书中的解中的解释是是错误的。的。备注备注备注备注
