第2章MCS51单片机的硬件结构.ppt
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1、第 2 章 MCS-51单片机的 硬件结构,韩山师范学院,2.1 MCS-51 单片机的硬件结构,按功能可分成8个部件,通过片内单一总线连接起来,1.微处理器,2.数据存储器,3.程序存储器,4.I/O口,5.串行口,6.定时/计数器,7.中断系统,8.特殊功能寄存器,控制方式:SFR对各功能部件集中控制,片内总线,各功能部件: 1.CPU(微处理器) 2.数据存储器(RAM) 片内为128个字节(52子系列的为256个字节) 3.程序存储器(ROM/EPROM) 8031:无此部件; 8051:4K字节ROM; 8751:4K字节EPROM ; 89C51/89C52/89C55:4K/8K
2、/20K 字节闪存。 4. P1口、P2口、P3口、P0口:为4个并行8位I/O口。 5. 串行口 1个全双工的异步串行口,6. 定时器/计数器 7. 中断系统 8. 特殊功能寄存器(SFR) 共有21个,是一个具有特殊功能的RAM区。,2.2 MCS-51的引脚 40只引脚双列直插封装(DIP),44只引脚方形封装方式(4只无用),引脚逻辑图 8051单片机为40条引脚双列直插式封装 引脚可分为三个部分,控制引脚,并行I/O口引脚,电源及时钟引脚,(1)电源及时钟引脚: Vcc、Vss;XTAL1、XTAL2。 (2)控制引脚: PSEN*、EA* 、ALE、RESET (3)I/O口引脚:
3、P0、P1、P2、P3,4个8位I/O口 2.2.1 电源及时钟引脚 1电源引脚 (1)Vcc(40脚):+5V电源; (2)Vss(20脚):接地。 2时钟引脚 (1)XTAL1(19脚):采用外接晶体振荡器时,此引脚应接地。 (2)XTAL2(18脚):接外部晶体的另一端。,2.2.2 控制引脚 (1) RST/VPD(9脚):复位与备用电源 (2) ALE/PROG*(30脚): 第一功能ALE :地址锁存允许 第二功能PROG*:编程脉冲输入端。 (3) PSEN* (29脚):读外部程序存储器的选通信号。可以驱动8个LS型TTL负载。 (4) EA*/VPP (31脚): EA*为内
4、外程序存储器选择控制 EA*=1,访问片内程序存储器, EA*=0,单片机则只访问外部程序存储器。 第二功能VPP,用于施加编程电压。,2.2.3 I/O口引脚 (1) P0口:双向8位三态I/O口,地址总线(低8位)及数据总线分时复用口,可驱动8个LS型TTL负载。 (2) P1口:8位准双向I/O口,可驱动4个LS型TTL负载。 (3) P2口:8位准双向I/O口,与地址总线(高8位)复用,可驱动4个LS型TTL负载。 (4) P3口:8位准双向I/O口,双功能复用口,可驱动4个LS型TTL负载。 注意:准双向口与双向三态口的差别。 当3个准双向I/O口作输入口使用时,要向该口先写“1”,
5、另外准双向I/O口无高阻的“浮空”状态。,2.3 MCS-51的CPU 由运算器和控制器所构成 2.3.1 运算器 对操作数进行算术、逻辑运算和位操作。 1算术逻辑运算单元ALU 2累加器A 使用最频繁的寄存器,可写为Acc。 A的作用: (1)是ALU单元的输入之一,又是运算结果存放单元。 (2)数据传送大多都通过累加器A。 (3)A的进位标志Cy同时又是位处理机的位累加器。,3程序状态字寄存器PSW (1)Cy(PSW.7)进位标志位 (2)Ac(PSW.6)辅助进位标志位 (3)F0(PSW.5)标志位 由用户使用的一个状态标志位。 (4)RS1、RS0(PSW.4、PSW.3):4组工
6、作寄存器区选择控制位1和位0。,工作寄存器区的选择,(5)OV(PSW.2)溢出标志位 指示运算是否产生溢出。各种算术运算指令对该位的影响情况较复杂,将在第3章介绍。 (6)PSW.1位: 保留位,未用 (7)P(PSW.0)奇偶标志位 P=1,A中“1”的个数为奇数 P=0,A中“1”的个数为偶数,2.3.2 控制器 1程序计数器PC(Program Counter) 存放下一条要执行的指令在程序存储器中的地址。 基本工作方式: (1)程序计数器自动加1 (2)执行有条件或无条件转移指令时,程序计数器将被置入新的数值,从而使程序的流向发生变化。 (3)执行子程序调用或中断调用时完成下列操作:
7、 PC的当前值保护 将子程序入口地址或中断向量的地址送入PC。 2指令寄存器IR、指令译码器及控制逻辑电路,2.4 MCS-51存储器的结构 哈佛(Har-vard)结构 存储器空间可划分为5类: 1.程序存储器空间 8031无内部程序存储器。 2.内部数据存储器空间 3.特殊功能寄存器 4.位地址空间 211个可寻址位。 5.外部数据寄存器空间 片外可扩展64K字节RAM。,内部数据存储器 (a),外部数据存储器 (b),MCS-51单片机存储器空间分配,返回,2.4.1 程序存储器 存放应用程序和表格之类的固定常数。 分为片内和片外两部分,由EA*引脚上所接电平确定 程序存储器中的0000
8、H地址是系统程序的启动地址 5个单元具有特殊用途 表2-1 5种中断源的中断入口地址 外中断0 0003H 定时器T0 000BH 外中断1 0013H 定时器T1 001BH 串行口 0023H,2.4.2 内部数据存储器 共128个字节, 字节地址为00H7FH。 00H1FH:32个单元,是4组通用工作寄存器区 20H2FH:16个单元,可进行128位的位寻址 30H7FH:用户RAM区,只能进行字节寻址,用作数据缓冲区以及堆栈区。,2.4.3 特殊功能寄存器(SFR) CPU对各种功能部件的控制采用特殊功能寄存器集中控制方式,共21个。 有的SFR可进行位寻址,其字节地址的末位是0H或
9、8H。,表2-2 SFR的名称及其分布,SFR中的某些寄存器 1堆栈指针SP 指示出堆栈顶部在内部RAM块中的位置 复位后 ,SP中的内容为07H。 (1)保护断点 (2)现场保护 堆栈向上生长 2. 数据指针DPTR 16位特殊功能寄存器,高位字节寄存器用DPH表示,低位字节寄存器用DPL表示。 3. I/O端口P0P3 P0P3分别为I/O端口P0P3的锁存器。,4.寄存器B 为执行乘法和除法操作设置的。 在不执行乘、除的情况下,可当作一个普通寄存器来使用。 5.串行数据缓冲器SBUF 存放欲发送或已接收的数据,一个字节地址,物理上是由两个独立的寄存器组成,一个是发送缓冲器,另一个是接收缓
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