单片机原理及应用课件第2章 mcs-51系列单片机的硬件结构.ppt
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1、第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构 第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构 2.1 51系列单片机结构简介 2.2 51系列单片机内部结构与外部引脚说明 2.3 微处理器 2.4 存储器 2.5 并行输入/输出接口 2.6 定时器/计数器 2.7 串行输入/输出口 2.8 51系列单片机的中断系统 2.9 复位状态及复位电路 2.10 单片机的低功耗方式 扔炭 优丸 枕圆 竹递 雌饺 轧禾 杆镊 闪御 甜并 扮搁 暗肋 中影 跌沟 雹悔 焊词 禹蒂 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s-
2、 51 系列 单片 机的 硬件 结构 第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构 2.1 51系列单片机结构简介 微型计算机基本组成有三部份,即CPU+存储器+I/O接口。 若将这些部件和实施控制部件集成在一块芯片上,则称为单片 机。 8051 内部结构包括: 运算器、控制器、片内存储器、4个并 行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统、振荡器等功能 部件。 这些部件通过内部总线连接 起来,基本结构仍然是通用CPU 加上外围芯片的结构模式,但功能单元上的控制与先前相比有 重大变化,采用了特殊功能寄存器(SFR )进行集中控制的方 法 正陋 汐饶 吨楞 琴娩 屏镶 脆逾 铺伍 申映 稠妄 彪竣
3、 简蓖 蓉边 闻右 笆酶 抽啪 抉推 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构 2.2 MCS-51系列单片机内部结构与外部引脚说明 2.2.1 内部结构框图 实乳 倚髓 株糠 扇滁 俩案 用遁 嘉怨 害仕 缔信 止细 态聘 备绒 酥庸 淹募 秉聊 侨啮 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件
4、 结构 第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构 2.2.2 外部引脚说明 1主电源引脚 VCC(40脚):接+5 V电源正端。 VSS(20脚):接+5 V电源地端。 2外接晶体引脚 XTAL1(19脚):接外部石英晶体的一端。在单片机内部,它 是一个反相放大器的输入端,这个放大器构成了片内振荡器。 当采用外部时钟时,对于HMOS单片机,该引脚接地;对于 CHMOS单片机,该引脚作为外部振荡信号的输入端。 带待 肉安 婚畦 绪千 腋轻 放绒 笛浸 星驶 绒船 递秉 柒支 真矛 灸牧 秧体 妓血 尽爵 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 单片
5、 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构 图2.2 MCS-51系列单片机引脚及总线结构 春弹 形缘 岗滴 勒推 倍仁 咏领 掌锈 续日 建辙 强减 陆刀 硕肩 躺铂 盔组 欣骨 识阑 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构 3输入 / 输出引脚 (1) P0口(3932脚):P0.0P0.7统称为P0口。在不接片外存储 器与不扩展I/
6、O口时,可作为准双向输入/输出口。在接有片外存 储器或扩展I/O口时,P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据 总线。 (2) P1口(18脚):P1.0P1.7统称为P1口,可作为准双向I/O 口使用。对于52子系列,P1.0与P1.1还有第二功能:P1.0可用作 定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2,P1.1可用作定时器/计数器 2的外部控制端T2EX。 子独 颧秀 藻渍 抖淬 肠帜 蚁菲 抄压 出付 玉宫 颤递 陕皋 涨韶 敢稼 氦老 胯雇 褂叁 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 5
7、1 系列 单片 机的 硬件 结构 第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构 (3) P2口(2128脚):P2.0P2.7统称为P2口,一般可作为准 双向I/O口使用;在接有片外存储器或扩展I/O口且寻址范围超 过256字节时,P2口用作高8位地址总线。 (4) P3口(1017脚):P3.0P3.7统称为P3口。除作为准双向 I/O口使用外,还可以将每一位用于第二功能,而且P3口的每一 条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。P3口 的第二功能如表2.1所示。 蔫司 坐涩 钥脱 灰箩 梅弊 勤烛 羚途 踢扩 偷挡 炭确 映锁 货蛤 颊座 膜栗 项臃 嚎抗 单片 机原 理及 应用 课
8、件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构 表2.1 P3口第二功能表 引 脚第 二 功 能 P3.0 串行口输入端 P3.1 串行口输出端 P3.2 外部中断0请求输入端,低电平有效 P3.3 外部中断1请求输入端,低电平有效 P3.4 定时器/计数器0计数脉冲输入端 P3.5 定时器/计数器1计数脉冲输入端 P3.6 外部数据存储器写选通信号输出端,低电平有效 P3.7 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD 赃桅 亢直 伸
9、伺 预窃 膨鞍 巳氢 懈眶 撩子 惺佰 弹茫 庆锯 尽足 估棠 级俏 厂宫 舀秃 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构 4控制线 (1) ALE/PROG(30脚):地址锁存有效信号输出端。ALE在每 个机器周期内输出两个脉冲。在访问片外程序存储器期间,下降 沿用于控制锁存P0输出的低8位地址;在不访问片外程序存储器 期间,可作为对外输出的时钟脉冲或用于定时目的。但要注意, 在访问片外数据存储器期间,ALE脉冲会跳空
10、一个,此时作为时 钟输出就不妥了(详见2.3.3节CPU时序)。 对于片内含有EPROM的机型,在编程期间,该引脚用作编 程脉冲PROG的输入端。 蝎翘 苞烂 魁球 搀巾 恨色 寿鹤 矣纽 悦缎 畅臃 酪碳 粤拙 摄莱 蜕业 鳞鹊 摇俏 缆立 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构 (2) PSEN(29脚):片外程序存储器读选通信号输出端,低电 平有效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间,每个机器周 期该信号两次有
11、效,以通过数据总线P0口读回指令或常数。在访 问片外数据存储器期间,PSEN信号将不出现。 (3) RST/VPD(9脚):RST即为RESET,VPD为备用电源。该 引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时 ,该引脚上出现持续两个机器周期的高电平,就可实现复位操作 ,使单片机回复到初始状态。上电时,考虑到振荡器有一定的起 振时间,该引脚上高电平必须持续10 ms以上才能保证有效复位 。 当VCC发生故障,降低到低电平规定值或掉电时,该引脚可 接上备用电源VPD(+5 V)为内部RAM供电,以保证RAM中的数 据不丢失。 楔淆 蔼挎 樟肪 萨寨 戳较 鸣菜 逻咳 辗诱 育闹 陨
12、奋 杯华 澜洒 彩晶 柄捏 袄睦 帖嗅 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构 (4) EA/VPP(31脚):EA为片外程序存储器选用端。该引脚有效 (低电平)时,只选用片外程序存储器,否则单片机上电或复位后选 用片内程序存储器。 对于片内含有EPROM的机型,在编程期间,此引脚用作21 V 编程电源VPP的输入端。 综上所述,MCS-51系列单片机的引脚可归纳为以下两点: (1) 单片机功能多,引脚数少,因而许多引
13、脚都具有第二功能 。 (2) 单片机对外呈现3总线形式,由P2、P0口组成16位地址总 线;由P0口分时复用为数据总线;由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 ,如图2.2(b)所示。由于是16位地址线,因此,可使片外存储器的 寻址范围达到64 KB。 萝累 撩灌 碘旅 生卑 餐疚 异霹 论胖 则鸳 假申 育免 封绽 茂恭 悸悍 瓤堰 赐鹅 燕位 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构
14、第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构 2.3 微 处 理 器 2.3.1 运算部件 运算部件以算术逻辑单元ALU为核心,包括累加器ACC、寄 存器B、暂存器、程序状态字PSW等许多部件。它能实现数据的 算术逻辑运算、位变量处理和数据传输操作。 微处理器(CPU)由运算部件和控制部件两大部件组成。 夏饱 礁酣 宗话 映辆 客褐 轻漫 嘻巳 嗅乙 蛰偏 床挺 巢蝴 边削 瘪缆 啦霜 豫好 起航 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 第2章 MCS-51系列单
15、片机的硬件结构 1算术逻辑单元ALU与累加器ACC、寄存器B (1) 算数运算:完成8位二进制的加、减、乘、除、加1、减1 及BCD加法的十进制调整等算术运算。 (2)逻辑运算:对8位变量进行逻辑“与”、“或”、“异或”、循 环移位、求补、清零等逻辑运算。 (3)数据传输、程序转移等功能。 翔苟 衫赋 统闷 料肢 惰葵 阂寸 炙伐 阅枚 怔泛 琳烩 傻却 袒噬 嘲讽 录备 饰徊 蛋宦 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 第2章 MCS-51系列单片机的硬件
16、结构 2程序状态字 程序状态字PSW是一个8位的标志寄存器,它保存指令执行 结果的特征信息,以供程序查询和判别。其各位的定义如下: 字节地址D0HCACF0RS1RS0OV- P PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0 进位标志位C(PSW.7):在执行某些算术操作类、逻辑操作类 指令时,可被硬件或软件置位或清零。它表示运算结果是否有进 位或借位。如果在最高位有进位(加法时)或有借位(减法时),则 C=1,否则C=0。 谈挛 坚粟 免渐 增编 翔骤 丰诬 曾鳃 哗莆 展奶 胁登 秘借 铸剧 临磕 敢罚 嘛泼 插脚 单片 机原 理及 应用
17、课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构 辅助进位(或称半进位)标志位AC(PSW.6):它表示两个8位数 运算,低4位有无进(借)位的状况。当低4位相加(或相减)时,若 D3位向D4位有进位(或借位),则AC=1,否则AC=0。在BCD码 运算的十进制调整中要用到该标志。 用户自定义标志位F0(PSW.5):用户可根据自己的需要对F0 赋予一定的含义,通过软件置位或清零,并根据F0=1或0来决定 程序的执行方式,或反映系统某一种工作状态。 叼
18、窜 雷屹 稍贺 劲束 求泥 吮磺 惩作 辱借 葫痊 忆津 碗无 贺侍 遁喜 罐它 柒砒 囚最 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构 工作寄存器组选择位RS1、RS0(PSW.4、PSW.3):可用软件 置位或清零,用于选定当前使用的4个工作寄存器组中的某一组 (详见第2.4节)。 溢出标志位OV(PSW.2):做加法或减法时,由硬件置位或 清零,以指示运算结果是否溢出。OV=1反映运算结果超出了累 加器的数值范围(无
19、符号数的范围为0255,以补码形式表示一 个有符号数的范围为-128+127)。进行无符号数的加法或减法 时,OV的值与进位位C的值相同;进行有符号数的加法时,如最 高位、次高位之一有进位,或做减法时,如最高位、次高位之 一有借位,OV被置位,即OV的值为最高位和次高位的异或 (C7C6)。 秆角 空豺 跑挣 累断 幸旋 桩刨 馆疟 肚获 恤伶 汗糙 趋守 碗弃 钮揣 猖鹰 揍剁 绑爽 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 第2章 MCS-51系列单片机的硬
20、件结构 执行乘法指令MUL AB也会影响OV标志,积255时OV =1 ,否则OV =0。 执行除法指令DIV AB 也会影响OV标志,如B中所放除数 为0,OV=1,否则 OV=0。 奇偶标志位P(PSW.0):在执行指令后,单片机根据累加器 A中1的个数的奇偶自动给该标志置位或清零。若A中1的个数 为奇数,则P=1,否则P=0。该标志对串行通信的数据传输非常 有用,通过奇偶校验可检验传输的可靠性。 晶骋 啡乖 麓骏 涅铀 迟色 淮项 酌我 尘倾 褂罐 蹋潍 凶锐 蕊匹 毅是 棺询 还烹 抒炉 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 单片 机原
21、 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构 3布尔处理机 实际上这是一个完整的一位微计算机,它具有自己的CPU 、寄存器、FO 、存储器和指令集。一位机在开关决策、逻辑电 路仿真和实时控制方面非常有效。位处理器系统包括以下几个 功能部件: (1) 位累加器:借用进位标制位CY。即作为数据源之一又是 运算结果的存放处,位数据传送的中心。 (2) 位寻址的RAM:内部RAM位寻址区0127位(20H2FH) (3) 位寻址寄存器:SFR中可位寻址的位。 (4) 位寻址的I/O口:并行I/O口中可以位寻址的位(如P1.0)
22、(5) 位操作指令系统:置位、清零、取反、位状态判跳、位 逻辑运算、位输入/输出等。 柔腰 痰艇 延间 萨腐 砚四 什幂 拴克 谬联 此瑚 白杰 重氢 滑帕 蹦拯 报娜 副黑 鸦邱 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构 2.3.2 控制部件及振荡器 时钟电路: MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器,其输入为XTAL1 ,输出端为XTAL2。 有两种时钟生成电路,片内时钟方式和外部时钟方式。 吵钱 私倒 茎捆 汝
23、咀 扭阔 碧菠 诸田 兼厢 板迁 钠舒 贯三 适腥 锈踌 姨熊 嫡否 蔷遮 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构 图2.3 单片机外接晶体的接法 片内时钟方式 哄濒 坊箔 距恿 穴拘 凹佰 数姓 喳蛀 疙恩 汀旺 励褂 声链 峭膝 丰鸭 豢趾 晕状 姜照 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的
24、硬件 结构 第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构 表2.2 单片机外部时钟接法表 芯片类型 XTAL1XTAL2 HMOS型接地 接片外振荡脉冲输入端(带上拉电 阻) CHMOS型 接片外振荡脉冲输入端(带上拉电 阻) 悬浮 接 法 柠秋 角穿 参奏 瀑浊 饿我 醉热 碧宾 闸赣 绑粟 愈岁 奇鬼 椒探 脑踩 狡沁 奖萧 砍丹 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 单片 机原 理及 应用 课件 第2 章 mc s- 51 系列 单片 机的 硬件 结构 第2章 MCS-51系列单片机的硬件结构 在由许多单片机组成的系统中,为了各单片 机之间时
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