单片机51芯片

null第二章 MCS-51系列单片机的硬件结构第二章 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I/O口 第六节 串行I/O接口 第七节 中断系统 第八节 特殊的工作方式 第一节       总体概况第一节       总体概况  一、  主要功能 MCS-51系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的高性能8位单片机，有51和52两个子系列。 52子系列主要有8032、8052两种机型。片内存储器为256个字节；片内程序存储器8K；三个16位定时器；有6个中断源。 在51系列中，主要有8031、8051、8751三种机型，其指令系统与引脚完全兼容仅片内ROM不同。MCS-51系列单片机的主要功能为：null MCS-51系列单片机的主要功能为： ①8位CPU ② 128个字节的片内数据存储器。 ③ 4K片内程序存储器（8031无） ④可扩展64K片外程序和数据存储器 。 ⑤ 4个8位并行I/O接口：P0、P1、P2、P3。 ⑥ 21个字节专用寄存器。 ⑦ 1个全双工串行I/O接口，可多机通信。 ⑧有5个中断源，可编程为两个优先级。 ⑨ 2个16位定时器/计数器。 ⑩有较强的位寻址、位处理能力。 ⑾ 111条指令。 ⑿用单一+5V电源。 二、内部结构 二、内部结构 MCS-51系列单片机由运算器、控制器、片内存储器、4个I/O接口、串行接口、定时器/计数器、中断系统、振荡器等功能部件组成。 MCS-51系列单片机的内部结构框图如图。图 MCS-51单片机内部结构图 MCS-51单片机内部结构nullSP：堆栈指针寄存器。 PSW：程序状态字寄存器。 DPTR：数据指针寄存器。在访问片外ROM、片外RAM时，用作地址指针。例如： ① ＭＯＶＸ Ａ，@DPTR ② ＭＯＶＸ @DPTR，Ａ ③ ＭＯＶＸ Ａ，@Ｒj (j=1,0) ＭＯＶＸ @Ｒj，Ａ； ＭＯＶＣ Ａ，@Ａ＋DPTR； ＭＯＶＣ Ａ，@ＰＣ＋DPTR三、外部引脚说明三、外部引脚说明 MCS-51系列 单片机芯片有40 个引脚，采用双 列直插式封装， 见图。 图 外部引脚图VCCnull1、主电源引脚 VCC:5V;VSS：电源地端。 2、外接晶体引脚： XTAL1和XTAL2 3、P0、P1、P2、P3为准 双向通用 I/O口使用。 在有片外存储器时: P0：P0口只能作为低8位地址总线或双向数据总线(分时复用)。 P2：为高8位地址总线 nullP3口的第二功能说明如下： P3.0：RXD （串行输入端） P3.1：TXD （串行输出端） P3.2：INT0请求输入端 P3.3：INT1请求输入端 P3.4：T0计数脉冲输入端 P3.5： T1计数脉冲输入端 P3.6：WR（片外RAM写选通信号） P3.7： RD（片外RAM读选通信号） null4．控制线 ALE：地址锁存有效信号输出端。 PSEN：外部程序存储器读选通信号端 RST/VPD：复位信号端/后备电源输入端。 输入10ms以上高电平脉冲，单片机复位。 VPD使用后备电源，可实现掉电保护。 EA/VPP：片外程序存储器选择信号端/编程电源输入端 复位电路： 1）上电复位 2）外部信号复位单片机 RST K+5V200Ω1K30μFEA接0V,只选用片外程序存储器。null 综上所述，对MCS-51系列单片机引脚可归纳出以下两点： (1)单片机引脚少，许多引脚都具有第二功能。 （2）单片机对外呈三总线形式。 P2、P0组成16位地址总线； P0为数据总线（分时复用）； ALE、PSEN、RST、EA与P3口中的INT0、INT1、T0、T1、WR、RD、共10个引脚组成控制总线。第二节 微处理器 第二节 微处理器 微处理器又称CPU，它由运算器和控制器两部分组成。 一、运算器：以算术逻辑单元ALU为核心，含累加器A、暂存器、程序状态字PSW、B寄存器等许多部件。 1、ALU (8位)：进行各种算术操作和逻辑操作。 2、累加器Acc(8位)：许多指令规定A累加器为其操作数。 3、程序状态字PSW(8位) 存放ALU运算过程的标志状态 Cy AC F0 RS1 RS0 OV — Pnull Cy（PSW.7）：保存运算后最高位的进位/借位状态，当有进位/借位，Cy=1，否则Cy=0。 AC（PSW.6）:保存低半字节的进位/借位状态，当D3产生进位/借位，AC=1，否则AC=0。 F0（PSW.5）：用户定义的一个状态标志。 OV（PSW.2）：OV=Cy7ÅCy6，补码运算产生溢出OV=1，否则OV=0。 P：反映累加器A中数据的奇偶性。当累加器A中数据的1的个数为奇数，P=1，否则P=0。 RS1、RS0（PSW.4、PSW.3）： 复位时，PSW=00Hnull例2-1  试分析执行下列指令后，Ａ、Ｃ、 ＡＣ、ＯＶ、Ｐ的内容是什么？ ＭＯＶ　Ａ，＃７ＦＨ ＡＤＤ Ａ，＃４７Ｈ 01111111 + 01000111 11000110 AC=1，C=0，OV=1，P=0 二、控制器二、控制器1.指令部件： 读取程序指令、指令译码、修改程序指针。1）程序计数器 PC：存放当前指令地址。 CPU执行程序时，先按PC给出的地址到存储器取一条指令，PC自动加1，…。 2) 指令寄存器IR ：暂存当前指令。 指令操作码送指令译码器。 3)指令译码器ID ：将每条指令译码变成控制电平。处理程序指令，并协调各逻辑部件按一定时序工作。二、 控制器二、 控制器 CPU执行程序的简要过程： 1)PC给出当前指令的存储地址。2、 时序部件 时钟和内部分频电路。时钟信号经过分频，与指令译码信号组合，形成一定节拍的时序信号，控制各逻辑部件协调工作。PC=PC=PC=2)CPU到存储器取指令，PC自动加13)指令译码器对指令译码， CPU执行指令。4)CPU到存储器取指令，PC=PC+1。5)CPU执行下一条指令，…三、振荡器和ＣＰＵ时序 三、振荡器和ＣＰＵ时序 时钟频率范围要求在1.2MHz～12MHz之间。 1．内部时钟方式：内部一个高增益反相放大器与片 外石英晶体构成了一个自激振荡器。 晶体振荡器的振荡频率决定单片机的时钟频率。2．外部时钟方式：外部振荡器输入时钟信号。外部时钟方式参照教科书P45表2-2null机器周期：完成一个基本操作所需要的时间。 一个机器周期由12个振荡器周期组成。 指令周期：一条指令的执行时间。 以机器周期为单位：有单周期、双周期和四周期指令。思考题：设应用单片机晶振频率为12MHz， 问机器周期为多少？ 以字节为单位：有单字节指令、双字节指令和三字节指令。第三节 存储器 第三节 存储器 普林斯顿结构：程序和数据共用一个存储器逻辑空间，统一编址。 哈佛结构：程序与数据分为两个独立存储器逻辑空间，分开编址。nullMCS-51存储器配置 物理上4个存储器地址空间： 片内/片外程序存储器空间; 片内/片外数据存储器空间。 逻辑上3个存储器地址空间： 64KB 程序存储器 256B 片内数据存储器 64KB 片外数据存储器null 一、程序存储器 64KB 程序存储器空间 EA不同电平，选择片内或片外程序存储器7个特殊存储单元： 复位入口: 0000H 中断入口: 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H 002BH附表：7个特殊单元 附表：7个特殊单元 中断源 入口地址 计算机复位 0000H 外部中断0 0003H 定时器/计数器0溢出 000BH 外部中断1 0013H 定时器/计数器1溢出 001BH 串口 0023H T2溢出（仅8032、8052用） 002BH 在实际应用中，在入口地址处，放一条无条件转移指令，使程序转移到相应的中断服务程序入口地址。null二、数据存储器 1、64KB片外数据存 储器空间(与扩展I/O接口共用) 2、256B片内数据存储器: 1) 片内RAM 2) 特殊功能寄存器 SFR 片内RAM、片外数据存储器、程序存储器三者各自独立编址，地址可以重叠。 访问片外数据存储器用MOVX指令 访问程序存储器用MOVC指令 访问片内RAM与SFR主要用MOV指令。 表2-5列出了访问不同存储器与所用指令及其寻址方式的对应关系。 null表2-5列出了访问不同存储器与所用指令及其寻址方式的对应关系。 表2-5 存储器 访问性质 所用指令及寻址方式 依次取指执行程序 根据PC值自动访问 ROM 程序转移 程序转移类指令 用户访问 MOVC指令 访问整个字节 主要用MOV指令， 片内RAM 即可直接寻址，又可间接寻址 访问20H~2FH单元中的某位 位操作指令，借位地址寻址 SFR 访问整个字节 主要用MOV指令，只能直接寻址 访问SFR中的可寻址位 位操作指令，借位地址寻址 如容量不大于256单元 MOVX指令，间接寻址， 片外RAM R0或R1用作间接寻址寄存器 如容量大于256单元 MOVX指令，间接寻址， 数据指针寄存器用作间接寻址二、数据存储器二、数据存储器2. 256B片内数据存储器 1)片内RAM 工作寄存器区： 字节地址：00H～1FH 位寻址区： 字节地址：20H～2FH 位地址为：00H～7FH 数据缓冲区/堆栈区： 字节地址：00H～7FH 一般使用30H～7FHnull Ｄ7 Ｄ6D5 D4 D3D2D1D0 工 00H R0 ┇ ┇ 工作寄存器0组 作 07H R7 08H R0 寄 ┇ ┇ 工作寄存器1组 0FH R7 存 10H R0 ┇ ┇ 工作寄存器2组 器 17H R7 18H R0 区 ┇ ┇ 工作寄存器3组 1FH R7 20H 07 06 05 04 03 02 01 00 ┇ ┇ ┇ ┇ ┇ ┇ ┇ ┇ ┇ 位寻址区 2FH 7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78 30H ┇ ┇ 数据缓冲区 7FH 图2-8 51子系列单片机片内RAM的配置图 null（1）工作寄存器区 00H~1FH单元工作寄存器区。分成4个组，每个组都是8个单元，用作8个寄存器，都以R0~R7来表示。由程序状态字RSW中的RS0、RS1两位进行选择确定哪一组工作。 （2）位寻址区 20H~2FH单元是位寻址区，该区的每一位都被赋予了一个位地址。有了位地址就可以位寻址。 （３）数据缓冲区３０Ｈ～７ＦＨ是数据缓冲区，共８０个单元。 工作寄存器区、位寻址区、数据缓冲区统一编址，可使用同样的指令访问。这三个区的单元即有自己独特的功能，又都可作为一般的数据缓冲区用。 null例1，选择工作寄存器组1。 CLR PSW.4 SETB PSW.3 MOV R0，#28H 例2，位操作。 CLR　０７Ｈ， ＳＥＴＢ　０８Ｈ null（4）堆栈与堆栈指针 从原则上来说， 片内RAM区00H-7FH单元，都可当作堆栈用，为了避开工作寄存器区和位寻址区，堆栈应被设置在数据区。堆栈指针寄存器SP专用于指出当前栈顶。 复位后，SP的初值为07H。可通过软件指令重新给SP赋值来建立栈区。一般把SP指针的初值设置在30H-7FH之间。例如： MOV SP，#56H 该条指令使栈区在56H~7FH之间。二、数据存储器二、数据存储器2. 256B数据存储器空间 2)特殊功能寄存器SFR 占用字节地址：80H～FFH 位寻址寄存器： 专用寄存器： A、B、PSW、DPTR、SP I/O接口寄存器： P0、P1、P2、P3、SBUF、TMOD、TCON、SCON … 其字节地址可被8整除。null 特殊功能寄存器也称专用寄存器，专用于控制、管理片内算术逻辑部件、并行I/O接口、串行I/O接口、定时器/计数器、中断系统等功能模块的工作，我们在编程时可以置数设定，却不能自由移作它用。将各专用寄存器（程序计数器PC除外）与片内RAM统一编址，作为直接寻址字节，可直接寻址。null专用寄存器名称 PSW：程序状态字寄存器 DPTR： 数据指针 DPL： 数据指针低字节 DPH： 数据指针高字节 TCON：定时器/计数器控制寄存器 SP： 堆栈指针 TMOD：定时器/计数器方式控制寄存器 PCON： 电源控制寄存器 TL0： 定时器/计数器0低8位 TH0： 定时器/计数器0高8位 TL1： 定时器/计数器1低8位 TH1： 定时器/计数器1高8位 SCON： 串行控制寄存器 SBUF： 串行数据缓冲器 null 片内RAM、片外RAM、程序存储器三者各自独立编址，地址可以重叠。 访问片外RAM用MOVX指令；访问程序存储器）用MOVC指令；访问片内RAM与SFR主要用MOV指令。nullMOVC A，@A+DPTR ；A¬(A+DPTR) MOVC A，@A+PC ；A¬(A+PC) MOV DPTR，#2000H MOVX A，@DPTR MOV DPTR，#2100H MOVX @DPTR，A MOVX A，@R0 MOVX @R0，A MOV A，@R0 MOV @R0，A MOV A，00H MOV 72H，A访问片外RAM 和ROM，只能用间接寻址，访问片内RAM ，即可用间接寻址，又即可用直接寻址。例： MOVC A，1234H MOVX 1234H，A MOV 1234H，A MOV 34H，A （×）（×）（×）nullMCS-51的寄存器在片内RAM都有映像地址。使用时，既可用寄存器名，也可用对应单元地址。