《片机基本结构》PPT课件

8051单 片 机 基 本 结 构 8051单 片 机 的 特 点 8051单 片 机 可 分 为 无 ROM型 和 ROM型 两 种 无 ROM型 的 芯 片 ， 必 须 外 接 EPROM才 能 应用 （ 典 型 芯 片 为 8031） ROM型 芯 片 又 分 为 EPROM型 （ 典 型 芯 片 为8751） 、 FLASH型 （ 典 型 芯 片 为 89C51） 、掩 膜 ROM型 （ 典 型 芯 片 为 8051 ） 、 一 次 性可 编 程 ROM（ One Time Programming,简称 OTP） 的 芯 片 （ 典 型 芯 片 为 97C51） 。 8051单 片 机 的 基 本 组 成时 钟 电 路 SFR和 RAM ROMCPU 定 时 /计 数 器 并 行 端 口 中 断 系 统串 行 端 口系 统 总 线时 钟 源 T0 T1P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1 （ 1） 一 个 8位 微 处 理 器 CPU。 （ 2） 片 内 数 据 存 储 器 RAM和 特 殊 功 能 寄 存 器 SFR。 （ 3） 片 内 程 序 存 储 器 ROM。 （ 4） 两 个 定 时 /计 数 器 T0、 T1， 可 用 作 定 时 器 ， 也 可 用 以 对 外 部 脉 冲 进 行 计 数 。 （ 5） 四 个 8位 可 编 程 的 并 行 I/O端 口 ， 每 个 端 口 既 可 作 输 入 ， 也 可 作 输 出 。 （ 6） 一 个 串 行 端 口 ， 用 于 数 据 的 串 行 通 信 。 （ 7） 中 断 控 制 系 统 。 （ 8） 内 部 时 钟 电 路 。 一 个 8051单 片 机 包 含 下 列 部 件 8051单 片 机 内 部 结 构通 道 0驱 动 器 通 道 2驱 动 器RAM地 址锁 存 器 RAM 通 道 0锁存 器 通 道 2锁存 器 ROM/EPROMB寄 存 器 程 序 地 址 寄 存 器缓 冲 器 PC递 增 器程 序 计 数 器 PC数 据 指 针 DPTRVCCGND P 1.0 P1.7 堆 栈 指 针 SPACCTMP2 PSW 通 道 3锁 存 器通 道 1锁 存 器通 道 1驱 动 器 通 道 3驱 动 器TMP1 SCON TMODPCON TCONTL0 TH1TH0 TL1IESBUF(TX/RX) IP中 断 、 串 行 口 和 定 时 器 逻 辑振 荡 器 P3.0 P3.7RST E AALEPSEN XTAL2XTAL1 ALU (+5V) 指 令寄存器定 时和控 制逻 辑 指令译码器 CPU即 中 央 处 理 器 ， 是 单 片 机 的 核 心 部 件 ， 它 完 成 各 种 运 算 和 控制 操 作 ， CPU由 运 算 器 和 控 制 器 两 部 分 组 成 。（ 1） 运 算 器 运 算 器 以 算 术 逻 辑 单 元 ALU为 核 心 ， 加 上 累 加 器 ACC、 暂 存寄 存 器 TMP和 程 序 状 态 字 寄 存 器 PSW等 所 组 成 。 ALU主 要 用 于 完 成二 进 制 数 据 的 算 术 和 逻 辑 运 算 ， 并 通 过 对 运 算 结 果 的 判 断 影 响程 序 状 态 字 寄 存 器 PSW中 有 关 位 的 状 态 。 D7 D0PSW： 8051单 片 机 的 CPUCY AC F0 RS1 RS0 OV P PSW中 各 位 的 意 义 如 下 ： CY： 进 位 标 志 。 在 进 行 加 法 或 减 法 运 算 时 ， 若 运 算 结果 的 最 高 位 有 进 位 或 借 位 ， CY=1， 否 则 CY=0， 在 执 行位 操 作 指 令 时 ， CY作 为 位 累 加 器 。 AC： 辅 助 进 位 标 志 。 在 进 行 加 法 或 减 法 运 算 时 ， 若 低半 字 节 向 高 半 字 节 有 进 位 或 借 位 ， AC=1， 否 则 AC=0，AC还 作 为 BCD码 运 算 调 整 时 的 判 别 位 。 F0： 用 户 标 志 。 RS1和 RS0： 工 作 寄 存 器 组 选 择 ， 如 下 表 所 示 。RS1 RS0 工 作 寄 存 器 组 片 内 RAM地 址0 0 第 0组 00H 07H 0 1 第 1组 08H 0FH 1 0 第 2组 10H 17H 1 1 第 3组 18H 1FH OV： 溢 出 标 志 。 当 两 个 带 符 号 的 单 字 节 数 进 行 运 算 ，结 果 超 出 -128 +127的 范 围 时 ， OV=1， 表 示 有 溢 出 ，否 则 OV=0表 示 无 溢 出 。 PSW中 的 D1位 为 保 留 位 ， 对 于 8051来 说 没 有 意 义 ， 对 于8052来 说 为 用 户 标 志 ， 与 F0相 同 。 P： 奇 偶 校 验 标 志 。 每 条 指 令 指 行 完 毕 后 ， 都 按 照 累 加器 A中 “ 1” 的 个 数 来 决 定 P值 ， 当 “ 1” 的 个 数 为 奇 数时 ， P=1， 否 则 P=0。 （ 2） 控 制 器 控 制 器 包 括 程 序 计 数 器 PC、 指 令 寄 存 器 、 指 令 译 码 器 、 数 据指 针 DPTR、 堆 栈 指 针 SP、 缓 冲 器 以 及 定 时 与 控 制 电 路 等 。 控制 电 路 完 成 指 挥 控 制 工 作 ， 协 调 单 片 机 各 部 分 正 常 工 作 。程 序 计 数 器 PC： 当 一 条 指 令 按 PC所 指 向 的 地 址 从 程 序 存 储 器 中取 出 之 后 ， PC的 值 会 自 动 增 量 ， 即 指 向 下 一 条 指 令 。堆 栈 指 针 SP： 用 来 指 示 堆 栈 的 起 始 地 址 。 80C51单 片 机 的 堆 栈位 于 片 内 RAM中 ， 而 且 属 于 “ 上 长 型 ” 堆 栈 ， 复 位 后 SP被 初始 化 为 07H， 使 得 堆 栈 实 际 上 由 08H单 元 开 始 。指 令 译 码 器 ： 当 指 令 送 入 指 令 译 码 器 后 ， 由 译 码 器 对 该 指 令 进行 译 码 ， CPU根 据 译 码 器 输 出 的 电 平 信 号 使 定 时 控 制 电 路 产生 执 行 该 指 令 所 需 要 的 各 种 控 制 信 号 。数 据 指 针 寄 存 器 DRTR： 它 是 一 个 16位 寄 存 器 ， 由 高 位 字 节 DPH和 低 位 字 节 DPL组 成 ， 用 来 存 放 16位 数 据 存 储 器 的 地 址 ， 以 便 对 片 外 64kB的 数 据 RAM区 进 行 读 写 操 作 。 P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDRXD/P 3.0TXD/P3.1INT0/P3.2INT1/P3.3T0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7XTAL2XTAL 1VSS 1234567891011121314 151617181920 803180518751 4039383736353433323130292827 262521222324 VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VppALE/PROGPSENP 2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0 8051单 片 机 引 脚 描 述 电 源 引 脚 Vcc和 Vss Vcc： 电 源 端 ， 接 5V。 Vss： 接 地 端 。 时 钟 电 路 引 脚 XTAL1和 XTAL2 XTAL1： 接 外 部 晶 振 和 微 调 电 容 的 一 端 ， 在 片 内 它 是 振 荡 器 倒 相 放 大 器 的 输 入 ， 若 使 用 外 部 TTL时 钟 时 ， 该 引 脚 必 须 接 地 。 XTAL2： 接 外 部 晶 振 和 微 调 电 容 的 另 一 端 ， 在 片 内 它 是 振 荡 器 倒 相 放 大 器 的 输 出 ， 若 使 用 外 部 TTL时 钟 时 ， 该 引 脚 为 外 部 时 钟 的 输 入 端 。 地 址 锁 存 允 许 ALE 系 统 扩 展 时 ， ALE用 于 控 制 地 址 锁 存 器 锁 存 P0口 输 出 的 低 8位 地 址 ， 从 而 实 现 数 据 与 低 位 地 址 的 复 用 。 外 部 程 序 存 储 器 读 选 通 信 号 PSEN PSEN是 外 部 程 序 存 储 器 的 读 选 通 信 号 ， 低 电 平 有 效 。 程 序 存 储 器 地 址 允 许 输 入 端 EA /VPP 当 EA为 高 电 平 时 ， CPU执 行 片 内 程 序 存 储 器 指 令 ， 但 当 PC中 的 值 超 过 0FFFH时 ， 将 自 动 转 向 执 行 片 外 程 序 存 储 器 指 令 。 当 EA为 低 电 平 时 ， CPU只 执 行 片 外 程 序 存 储 器 指 令 。 复 位 信 号 RST 该 信 号 高 电 平 有 效 ， 在 输 入 端 保 持 两 个 机 器 周 期 的 高 电 平 后 ， 就 可 以 完 成 复 位 操 作 。 输 入 /输 出 端 口 引 脚 P0， P1， P2和 P3 P0口 （ P0.0 P0.7） ： 该 端 口 为 漏 极 开 路 的 8位 准 双 向 口 ， 它 为 外 部 低 8位 地 址 线 和 8位 数 据 线 复 用 端 口 ， 驱 动 能 力 为 8个 LSTTL负 载 。 P1口 （ P1.0 P1.7） ： 它 是 一 个 内 部 带 上 拉 电 阻 的 8位 准 双 向 I/O口 ， P1口 的 驱 动 能 力 为 4个 LSTTL负 载 。 P2口 （ P2.0 P2.7） ： 它 为 一 个 内 部 带 上 拉 电 阻 的 8位 准 双 向 I/O口 ， P 2口 的 驱 动 能 力 也 为 4个 LSTTL负 载 。 在 访 问 外 部 程 序 存 储 器 时 ， 作 为 高 8位 地 址 线 。 P3口 （ P3.0 P3.7） ： 为 内 部 带 上 拉 电 阻 的 8位 准 双 向 I/O口 ， P3口 除 了 作 为 一 般 的 I/O口 使 用 之 外 ， 每 个 引 脚 都 具 有 第 二 功 能 。 外 部RAM(I/O口地 址 ) 0000H FFFFH 外 部 数 据 存 储 器 外 部ROM内 部 ROM(EA=1) 外 部ROM(EA=0)0000H 0000H0FFFH 0FFFH1000H FFFFH 程 序 存 储 器 90H 98H特殊功能寄存器通 用RAM区位 寻 址 区00H1FH20H2FH30H7FH80HFFH 80H88HA0HA8HB0HB8HD0HE0HF0H 特殊功能寄存器地址 内 部 数 据 存 储 器工 作 寄存 器 区 8051单 片 机 的 存 储 器 配 置 片 内 ROM和 片 外 ROM。 片 内 RAM和 片 外 RAM。 片 外 程 序 存 储 器 ROM地 址 空 间 为 64kB， 片外 数 据 存 储 器 RAM也 有 64kB的 寻 址 区 ， 在地 址 上 是 与 ROM重 迭 的 。 8051单 片 机 通 过 不 同 信 号 来 选 通 ROM或RAM。 当 从 外 部 ROM中 取 指 令 时 ， 采 用 选通 信 号 PSEN， 而 从 外 部 RAM中 读 写 数 据 时则 采 用 读 RD和 写 WR信 号 或 来 选 通 ， 因 此 不会 因 地 址 重 迭 而 发 生 混 乱 。 8051在 物 理 上 有 4个 存 储 器 空 间 片 内 数 据 存 储 器 RAM 片 内 RAM有 256个 字 节 ， 其 中 00H 7FH地 址 空 间 是 直接 寻 址 区 ， 该 区 域 内 从 00H 1FH地 址 为 工 作 寄 存 器区 ， 安 排 了 4组 工 作 寄 存 器 ， 每 组 都 为 R0 R7， 在某 一 时 刻 ， CPU只 能 使 用 其 中 任 意 一 组 工 作 寄 存 器 ，由 程 序 状 态 字 PSW中 RS0和 RS1的 状 态 决 定 。 片 内 RAM的 20H 2FH地 址 单 元 为 位 寻 址 区 ， 其 中 每个 字 节 的 每 一 位 都 规 定 了 位 地 址 。 每 个 地 址 单 元 除了 可 进 行 字 节 操 作 之 外 ， 还 可 进 行 位 操 作 。 片 内 RAM的 80H FFH地 址 空 间 是 特 殊 功 能 寄 存 器 SFR区 ， 对 于 51子 系 列 在 该 区 域 内 安 排 了 21个 特 殊 功 能寄 存 器 ， 对 于 52子 系 列 则 在 该 区 域 内 安 排 了 26个 特殊 功 能 寄 器 ， 同 时 扩 展 了 128个 字 节 的 间 接 寻 址 片内 RAM， 地 址 也 为 80 FFH， 与 SFR区 地 址 重 迭 。 片 内 数 据 存 储 器 中 的 位 地 址 特 殊 功 能 寄 存 器 地 址 及 功 能 表 片 外 数 据 存 储 器 RAM 当 片 内 RAM不 能 满 足 数 量 上 的 要 求 时 ，可 通 过 总 线 端 口 和 其 他 I/O口 扩 展 外 部RAM， 其 最 大 容 量 可 达 64KB字 节 。 在 片 内 数 据 存 储 器 中 ， 数 据 区 和 扩 展的 I/O口 是 统 一 编 址 的 ， 使 用 的 指 令 也 完全 相 同 ， 因 此 ， 用 户 在 应 用 系 统 设 计 时 ，必 须 合 理 地 进 行 外 部 RAM和 I/O端 口 的 地址 分 配 ， 并 保 证 译 码 的 唯 一 性 。 程 序 存 储 器 ROM 程 序 存 储 器 ROM包 括 片 内 ROM和 片 外ROM两 个 部 分 。 主 要 用 来 存 放 编 好 的 用户 程 序 和 表 格 常 数 ， 它 以 16位 的 程 序 计数 器 PC作 为 地 址 指 针 ， 寻 址 空 间 为64KB。 当 EA接 高 电 平 时 ， 单 片 机 从 片 内ROM的 4kB字 节 存 储 器 区 取 指 令 ， 当 指令 地 址 超 过 0FFFH后 ， 自 动 地 转 向 片 外ROM取 指 令 。 当 EA接 低 电 平 时 ， 所 有 的取 指 操 作 均 对 片 外 程 序 存 储 器 进 行 。 8051单 片 机 的 CPU时 序1 单 片 机 的 时 钟 电 路2 振 荡 周 期 、 机 器 周 期 、 指 令 周 期3 单 片 机 指 令 的 取 指 和 执 行 时 序 单 片 机 的 时 钟 电 路单 片 机 时 钟 电 路 通 常 有 两 种 形 式 ：1 内 部 振 荡 方 式 ： 8051单 片 机 片 内 有 一 个 用 于 构 成振 荡 器 的 高 增 益 反 相 放 大 器 ， 引 脚 XTAL1和 XTAL2分 别 是 此 放 大 器 的 输 入 端 和 输 出 端 。 把 放 大 器 与 作为 反 馈 元 件 的 晶 体 振 荡 器 或 陶 瓷 谐 振 器 连 接 ， 就 构成 了 内 部 自 激 振 荡 器 并 产 生 振 荡 时 钟 脉 冲 。2 外 部 振 荡 方 式 ： 外 部 振 荡 方 式 就 是 把 外 部 已 有 的时 钟 信 号 引 入 单 片 机 内 。 XTAL2XTAL1MCS-51C1C2 CYS XTAL2XTAL1MCS-51+5V VSSTTL外部时钟源内 部 振 荡 方 式 外 部 振 荡 方 式 P1 P2S1 振 荡 周 期机 器 周 期 机 器 周 期指 令 周 期XTAL2(OSC) S2 S3 S4 S5 S6 S1 S2 S4 S5S3 S6P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1P2 P2 P2 P2 P2 P2 P2 P2 P2 P28051单 片 机 各 种 周 期 的 相 互 关 系 振 荡 周 期 、 机 器 周 期 、 指 令 周 期P2 1 振 荡 周 期 ： 为 单 片 机 提 供 时 钟 信 号 的 振 荡 源 的 周 期 。2 机 器 周 期 ： 完 成 一 个 基 本 操 作 所 需 的 时 间 ， 通 常 为 12个 振 荡 周 期 。3 指 令 周 期 ： 指 CPU执 行 一 条 指 令 所 需 要 的 时 间 ， 一 个 指 令 周 期 通 常 含 有 1 4 个 机 器 周 期 。 振 荡 周 期 1/12s 机 器 周 期 1s 指 令 周 期 1 4s 8051单 片 机 外 接 晶 振 为 12MHz时3个 周 期 的 具 体 值 复 位 电 路 及 复 位 状 态1 复 位 电 路 单 片 机 复 位 电 路 包 括 片 内 、 片 外 两 部 分 。外 部 复 位 电 路 就 是 为 内 部 复 位 电 路 提 供两 个 机 器 周 期 以 上 的 高 电 平 而 设 计 的 。8051单 片 机 通 常 采 用 上 电 自 动 复 位 和 按键 手 动 复 位 两 种 方 式 。 单 片 机 运 行 出 错或 进 入 死 循 环 时 ， 可 按 复 位 键 重 新 运 行 。 C 1 22F RST R11K+5V +5V803180518751（ a） 上 电 复 位 电 路 （ b） 按 键 复 位 电 路 C 1 22F RSTR2200 803180518751 R11K上 电 复 位 和 按 键 复 位 电 路 特 殊 功 能 寄 存 器 初 始 状 态 特 殊 功 能 寄 存 器 初 始 状 态ACC 00H TMOD 00HPC 0000H TCON 00HPSW 00H TH0 00HSP 07H TL0 00HDPL 00H TH1 00HDPH 00H TL1 00HP0 P3 FFH SBUF 不 定IP 00000B SCON 00H IE 0 00000B PCON 0 0000B 复 位 后 的 初 始 状 态 8051单 片 机 的 并 行 I/O口 8051单 片 机 有 4个 双 向 并 行 的 8位 I/O口 P0 P3。 P0口 为 三 态 双 向 口 ， 可 驱动 8个 TTL电 路 ， P1、 P2、 P3口 为 准双 向 口 （ 作 为 输 入 时 ， 需 要 先 向 口 锁存 器 写 入 1， 故 称 为 准 双 向 口 ） ， 其负 载 能 力 为 4个 TTL电 路 。 1 P0口 的 结 构 VCCP0.X锁 存 器读 锁 存 器 地 址 /数 据 控 制D 读 引 脚写 锁 存 器内 部 总 线 QQ MUX T2 P0.XT1CL 2 P1口 的 结 构 VCC P1.X锁 存 器读 锁 存 器 D读 引 脚写 锁 存 器内 部 总 线 QQ T P1.X内 部 上 拉 电 阻CL 3 P2口 的 结 构 VCCP 2.X锁 存 器读 锁 存 器 地 址 控 制D读 引 脚 写 锁 存 器内 部 总 线 QQ MUX T P2.X内 部 上 拉 电 阻CL 4 P3口 的 结 构 VCCP 3.X锁 存 器读 锁 存 器 第 二 输 出 功 能D读 引 脚 写 锁 存 器内 部 总 线 QQ T P3.X内 部 上 拉 电 阻第 二 输 入 功 能CL P3.2P3.3位 线 引 脚 第 二 功 能P3.0 10 RXD（ 串 行 输 入 口 ）P3.1 11 TXD（ 串 行 输 出 口 ）12 INT0（ 外 部 中 断 0）13 INT1（ 外 部 中 断 1）P3.4 14 T0（ 定 时 器 0的 计 数 输 入 ）P3.5 15 T1（ 定 时 器 1的 计 数 输 入 ）16 WR（ 外 部 数 据 存 储 器 写 脉 冲 ）17 RD（ 外 部 数 据 存 储 器 读 脉 冲 ）P 3.7 P3.6 P3口 的 第 二 功 能 （ 1） 地 址 总 线 （ AB） ： 地 址 总 线 宽 度 为 16位 ，由 P0口 经 地 址 锁 存 器 提 供 低 8位 地 址 （ A0 A7） ； P2口 直 接 提 供 高 8位 地 址 （ A8 A15） 。地 址 信 号 是 由 CPU发 出 的 ， 故 地 址 总 线 是 单 方向 的 。（ 2） 数 据 总 线 （ DB） ： 数 据 总 线 宽 度 为 8位 ，用 于 传 送 数 据 和 指 令 ， 由 P0口 提 供 。（ 3） 控 制 总 线 （ CB） ： 控 制 总 线 随 时 掌 握 各 种部 件 的 状 态 ， 并 根 据 需 要 向 有 关 部 件 发 出 命 令 ，主 要 有 PSEN、 WR、 RD信 号 。8051单 片 机 的 片 外 总 线 结 构 8051与 外 部 存 储 器 、 I/O端 口 的 连 接