MCS51单片机结和原理课件

MCS-51单片机的结构和原理2024/5/171 MCS-51单片机的结构和原理2023/8/31主要掌握n基本组成（内部资源基本组成（内部资源）n存储器的配置存储器的配置nI/O口的应用功能口的应用功能n时序及电路时序及电路2024/5/172主要掌握基本组成（内部资源）2023/8/32MCS51系列产品2024/5/173MCS51系列产品2023/8/33第一节 MCS-51系列单片机的结构以8051为代表讲解基本组成内部结构特殊功能寄存器 2024/5/174第一节 MCS-51系列单片机的结构以8051为代表讲解20一 基本组成框图(基本资源）2024/5/175一 基本组成框图(基本资源）2023/8/35二 8051的内部结构n算术逻辑部件ALUn定时控制部件n寄存器组n框图见下页2024/5/176二 8051的内部结构算术逻辑部件ALU2023/8/362024/5/1772023/8/37MCS51的封装 n各类单片机均兼容，只是功能引脚略有差异。n封装q40脚塑封双列直插：PDIPq44脚方形(需插槽转接)：PLCC/LCCq44脚扁平封装(贴片焊接)：PQFP/TQFP封装2024/5/178MCS51的封装 各类单片机均兼容，只是功能引脚略有差异。2PLCC封装形式2024/5/179PLCC封装形式2023/8/39PLCC封装形式2024/5/1710PLCC封装形式2023/8/310QFP封装形式2024/5/1711QFP封装形式2023/8/3112024/5/17122023/8/312MCS51的引脚功能n管脚功能n逻辑符号图n片外三总线qAB：P0口经地址锁存后提供低8位地址，P2口直接提供高8位地址qDB：P0口提供8位数据qCB：/EA，ALE，/PSEN，/RD，/WR，RST等2024/5/1713MCS51的引脚功能管脚功能2023/8/3132024/5/17142023/8/314片外三总线2024/5/1715片外三总线2023/8/315常用寄存器（PC、ACC、B）nPC：程序地址寄存器，16位，执行指令后自动加一，常将PC值设置成程序第一条指令的内存地址。访问范围：00000FFFFHnACC：累加器，8位，特殊用途的寄存器，专门存放操作数或运算结果。nMOV A，#03HnADD A，#05HnB：8位，专门为乘除法而设置的寄存器nMUL AB2024/5/1716常用寄存器（PC、ACC、B）PC：程序地址寄存器，16位常用寄存器（PSW、SP）nPSW：程序状态字，8位，存放指令执行后的有关状态nSP：堆栈指针，8位，专门存放向上生长堆栈的栈顶位置（书上示意图）。遵循“先进后出”的原则。注意：禁止用传送指令存放数据。n通常初始化（sp07H)时，修改堆栈指针的值，将堆栈区设置在内部RAM的高端区域。n例：MOV SP,70Hn PUSH ACC ；(ACC)=35Hn 指令执行后（71H）=35H，SP=71HD7D6D5D4D3D2D1D02024/5/1717常用寄存器（PSW、SP）PSW：程序状态字，8位，存放指令常用寄存器DPTRnDPTR：数据地址指针，16位，存放程序存储器的地址和外部数据存储器的地址。n可分DPH和DPL两个独立8位寄存器使用,通常在压栈时将DPTR分开用。n例：PUSH DPHn PUSH DPLn MOV DPTR,#1000H；(1000H)=7FHn MOVX A,DPTRn MOVC A,A+DPTR2024/5/1718常用寄存器DPTRDPTR：数据地址指针，16位，存放程序存程序执行前，PSW中的F0=1，RS0RS1=00问执行下列指令后PSW中的各位的状态？nMOV A，#0FH n ADD A，#0F8H 00001111 n11111000 （+100000111nCY=1，AC=1，P=1nOV=CP+CS=1+1=02024/5/1719程序执行前，PSW中的F0=1，RS0RS1=00问执行下列第二节 存储器配置n5个存储空间（配置图见下页）：n片内/片外程序存储器64K（00000FFFFH）n128B 的片内数据存储器（007FH）n128B 特殊功能寄存器SFR（800FFH离散分布）n位寻址空间（20H2FH）和部分SFRn片外数据存储器64K（00000FFFFH）2024/5/1720第二节 存储器配置5个存储空间（配置图见下页）：2023/82024/5/17212023/8/321MCS-51单片机存储器容量存储器类型单片机系列掩膜ROME2PROM(EPROM)RAMMCS-5151子系列8031/128B80514KB/128B89(7)51/4KB128B52子系列8032/256B80528KB/256B89(7)52/8KB256B2024/5/1722MCS-51单片机存储器容量存储器类型掩膜ROME2PROMn例：位寻址空间的使用nMOV 20H,#30H；nMOV 00H,C 2024/5/1723例：位寻址空间的使用2023/8/323位寻址区内部数据存储器低128单元2024/5/1724位寻址区内部数据存储器低128单元2023/8/324通用寄存器区的使用n内部RAM的001FH分为4个区，每个区有8个单元，分别用R0R7来表示：qRS1：RS0=00时：(R0)=00HqRS1：RS0=01时：(R0)=08HqRS1：RS0=10时：(R0)=10HqRS1：RS0=11时：(R0)=18H例如：MOV R0,#30H ；SETB PSW.3 ；MOV R0,#30H ；2024/5/1725通用寄存器区的使用内部RAM的001FH分为4个区，每个区2024/5/17262023/8/3262024/5/17272023/8/327第三节 输入/输出口（I/O口）n四个双向8位I/O口，共32根I/O口线，每个I/O线均由锁存器，输出电路和输入缓冲器组成。每个I/O既可作输入又可作输出，每一条口线可独立用作输入又可用作输出，作输出时可锁存数据，作输入时可缓冲数据。2024/5/1728第三节 输入/输出口（I/O口）四个双向8位I/O口，共32P0口n输出n输入n读-修改-写操作nP0作A/D总线（Address Bus/Data Bus）2024/5/1729P0口输出2023/8/329P0口组成结构2024/5/1730P0口组成结构2023/8/330P0口n输出时接上拉电阻nP0口作输入时，应使输出两个驱动场效应管截止而呈现悬浮的高阻态，所以需先向锁存器写“1”n可驱动8个LSTTL负载n作A/D总线时，分时输出A0A7 和D0D72024/5/1731P0口输出时接上拉电阻2023/8/331P1口组成结构2024/5/1732P1口组成结构2023/8/332P2口组成结构2024/5/1733P2口组成结构2023/8/333P3口组成结构2024/5/1734P3口组成结构2023/8/334I/O口小结：从应用功能上nP0：系统扩展；一般I/O口（输出时，需接上拉电阻。）nP1：专供用户使用的I/O口nP2：系统扩展；通用I/O口nP3：功能口，每位独立定义；通用I/O口。2024/5/1735I/O口小结：从应用功能上P0：系统扩展；一般I/O口（输出I/O口小结：负载能力nP0驱动8个LSTTL负载nP1P3驱动34个LSTTL负载2024/5/1736I/O口小结：负载能力P0驱动8个LSTTL负载2023/8I/O口小结：读入方式n每个I/O口均有两种读入方式（用命令区分）q读锁存器q读引脚 nANL A，#0FHnMOV A，P1n注意：读引脚时，需先向锁存器写“1”。系统复位时，所有口锁存器均置“1”。2024/5/1737I/O口小结：读入方式每个I/O口均有两种读入方式（用命令区说明n双向口：可使引脚悬浮作高阻输入n准双向口：其引脚具有内部拉高电阻，其特点：当外部维持在低电平时，准双向口输入要能提供源电流，而外部低电平消失时，又会自动地使自己拉向高电平。2024/5/1738说明双向口：可使引脚悬浮作高阻输入2023/8/338第四节 时钟电路及时序n时钟电路：内部方式（需外接晶体）外部方式（需外部提供时钟源）2024/5/1739第四节 时钟电路及时序时钟电路：2023/8/339XTAL2XTAL1MCS-51C1C2CYSXTAL2XTAL1MCS-51+5VVSSTTL外部时钟源外部振荡方式内部振荡方式：MCS-51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外部振荡方式就是把外部已有的时钟信号外部振荡方式就是把外部已有的时钟信号引入单片机内引入单片机内2024/5/1740XTAL2XTAL1MCS-51C1C2CYS XTAL2X时序P1P2S1P2振荡周期时钟周期机器周期机器周期指令周期XTAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2MCS-51单片机各种周期的相互关系时钟周期、机器周期、指令周期2024/5/1741时序P1P2S1P2振荡周期时钟周期机器周期机器周期指令周期时序n时序：注意ALE的地址锁存q取指令q执行指令2024/5/1742时序时序：注意ALE的地址锁存2023/8/3422024/5/17432023/8/3432024/5/17442023/8/344第五节 单片机工作方式n复位工作方式n正常工作方式n单步工作方式n编程工作方式n省电工作方式（低功耗）2024/5/1745第五节 单片机工作方式复位工作方式2023/8/345复位工作方式n正常操作时，RST引脚保持两个机器周期以上的高电平n复位电路q上电复位电路q外部复位电路q外部上电复位电路q抗干扰复位电路2024/5/1746复位工作方式正常操作时，RST引脚保持两个机器周期以上的高电复位工作方式22FC1RSTR11K+5V22FC1RST+5VR2200RSTR1+5VC222F80318051875189518031805187518951803180518751（a）上电复位电路（c）按键脉冲复位电路（b）按键电平复位电路R11K22FC11KR21K2024/5/1747复位工作方式22F C1 R1+5V22F C1+5VMCS-51单片机复位电路 2024/5/1748MCS-51单片机复位电路 2023/8/348MCS-51实用的复位电路2024/5/1749MCS-51实用的复位电路2023/8/349 掉电保护方式数据转存；数据转存；接通备用电源接通备用电源。复位电路片内RAM施密特触发器RST/VPDVCCVSS复位电路逻辑图2024/5/1750 掉电保护方式数据转存；复位电路片内RAM施密特触发器RST低功耗方式待机方式：振荡器工作，待机方式：振荡器工作，CPUCPU不工作；不工作；掉掉电电保保护护方方式式：单单片片机机一一切切工工作作都都停停止止，只只有有内内部部RAMRAM单元的内容被保存单元的内容被保存 。D7D6D5D4D3D2D1D0SMOD/GF1GF0PDIDL电源控制寄存器(PCON)2024/5/1751低功耗方式待机方式：振荡器工作，CPU不工作；D7D6D5D低功耗工作方式n空闲模式qCPU 进入睡眠状态但片内的外围电路仍然保持工作状态。正常操作模式的最后一条指令执行（PCON.IDL=1)进入空闲模式。空闲模式下，CPU 内容片内RAM 和所有SFR 保持原来的值。q硬件复位或外部中断均可结束空闲模式n掉电模式q振荡器停振，并且在最后一条指令执行(PCON.PD=1)进入掉电模式，降到2.0V 时，片内RAM 和SFR 保持原值。q硬件复位或外部中断均可结束掉电模式。硬件复位使所有的SFR 重新设置但不改变片内RAM 的值，外部中断允许SFR 和片内RAM 都保持原值）2024/5/1752低功耗工作方式空闲模式2023/8/352思考题n片内RAM的容量？8051最大可配置的RAM/ROM容量？n单片机主要有哪些组成部分？n8051的PSEN、RD、WR的作用？nALE线的作用？当8051不和RAM/ROM相连时，ALE线的输出频率是多少？n堆栈的作用？堆栈指示器SP有多少位？n时钟周期、机器周期和指令周期的含义？一个机器周期包含有多少个时钟周期？2024/5/1753思考题片内RAM的容量？8051最大可配置的RAM/ROM容供娄浪颓蓝辣袄驹靴锯澜互慌仲写绎衰斡染圾明将呆则孰盆瘸砒腥悉漠堑脊髓灰质炎(讲课2019)脊髓灰质炎(讲课2019)谢谢！供娄浪颓蓝辣袄驹靴锯澜互慌仲写绎衰斡染圾明将呆则孰盆瘸