片机的结构和工作原理演示文稿课件

第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用第第2 2章章 MCS-51MCS-51单片机体系结构单片机体系结构 2 2.1.1 概述概述 2.2 2.2 单片机的引脚单片机的引脚2.3 2.3 单片机的内部结构单片机的内部结构2.4 2.4 存储器存储器2.5 CPU2.5 CPU时钟电路与时序时钟电路与时序2.6 2.6 单片机工作方式单片机工作方式2.7 2.7 单片机的输入单片机的输入/输出接口输出接口第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用学习目标：熟悉学习目标：熟悉学习目标：熟悉学习目标：熟悉MCS-51MCS-51单片机的内部结单片机的内部结单片机的内部结单片机的内部结构，掌握构，掌握构，掌握构，掌握MCS-51MCS-51单片机各组成部分的功单片机各组成部分的功单片机各组成部分的功单片机各组成部分的功能和特点能和特点能和特点能和特点。引入引入 单灯受控闪烁单灯受控闪烁任任任任务务务务描描描描述述述述：单单单单片片片片机机机机上上上上电电电电工工工工作作作作时时时时，发发发发光光光光二二二二极极极极管管管管按按按按1HZ1HZ左左左左右右右右频频频频率率率率闪闪闪闪烁烁烁烁，按按按按下下下下键键键键S1S1后后后后在在在在原原原原状状状状态态态态基基基基础础础础上上上上停停停停止止止止5 5秒秒秒秒，再再再再按按按按原原原原频频频频率率率率闪闪闪闪动动动动。2.1概述概述第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用1.1.硬件电路硬件电路硬件电路硬件电路2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理当当当当P1.2P1.2引脚输出低电平引脚输出低电平引脚输出低电平引脚输出低电平时，时，时，时，发光二极管发光发光二极管发光发光二极管发光发光二极管发光，当引脚输，当引脚输，当引脚输，当引脚输出为高电平时，发光二极管熄灭。出为高电平时，发光二极管熄灭。出为高电平时，发光二极管熄灭。出为高电平时，发光二极管熄灭。当当当当按键按下时，对应的引脚被拉成低电平按键按下时，对应的引脚被拉成低电平按键按下时，对应的引脚被拉成低电平按键按下时，对应的引脚被拉成低电平。单片机通过。单片机通过。单片机通过。单片机通过查询该输入口线的高低电平状态，就知道对应的按键是否查询该输入口线的高低电平状态，就知道对应的按键是否查询该输入口线的高低电平状态，就知道对应的按键是否查询该输入口线的高低电平状态，就知道对应的按键是否按下。按下。按下。按下。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用3.3.3.3.主程序流程图主程序流程图主程序流程图主程序流程图第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用4.4.4.4.控制程序控制程序控制程序控制程序ORG0000HCLR P1.2L0:JBP3.2,L3；无键按下跳转；无键按下跳转L1：JNBP3.2,L1；等待按键释放；等待按键释放MOVR3,#10L2:LCALLDELAYDJNZR3,L2；延时；延时5秒秒L3:LCALLDELAY；延时；延时0.5秒秒CPLP1.2；输出反相；输出反相SJMPL0DELAY:MOVR7,#10D1:MOVR6,#255D2:MOVR5,#255D3:DJNZR5,D3DJNZR6,D2DJNZR7,D1RETEND指令、伪指令指令、伪指令将在第三、四将在第三、四章中详细讲解章中详细讲解第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用5 5 源程序的编辑、编译、仿真、下载源程序的编辑、编译、仿真、下载 1.1.打开打开“Keil”Keil”仿真软件进行程序的编辑、编译。仿真软件进行程序的编辑、编译。1 1、新建文件进行编辑、新建文件进行编辑 2 2、新建一个工程、新建一个工程 3 3、选择单片机类型，进行工程设置、选择单片机类型，进行工程设置 4 4、编译程序文件直至通过、编译程序文件直至通过 5 5、模拟仿真、模拟仿真2.2.将目标文件下载到实验开发板上的将目标文件下载到实验开发板上的AT89S51AT89S51单片机芯片单片机芯片中，观察程序运行结果。中，观察程序运行结果。1 1、编译成功后打开下载软件、编译成功后打开下载软件 2 2、选择好单片机、选择好单片机AT89S51AT89S51并测试并测试 3 3、打开编译生成的、打开编译生成的.BIN.BIN或或.HEX.HEX文件文件 4 4、选择自动写完成擦除、写、读、校验过程、选择自动写完成擦除、写、读、校验过程 5 5、观看运行结果、观看运行结果第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用单片机应用系统是以单片机为核心，配以输入、单片机应用系统是以单片机为核心，配以输入、输出、显输出、显示、控制等外围电路和软件，能实现一示、控制等外围电路和软件，能实现一种或多种功能的实用系统。种或多种功能的实用系统。单片机应用系统是由单片机应用系统是由硬件硬件和和软件软件组成的，硬件是组成的，硬件是应用系统的基础，软件则在硬件的基础上对其资应用系统的基础，软件则在硬件的基础上对其资源进行合理调配和使用，从而完成应用系统所要源进行合理调配和使用，从而完成应用系统所要求的任务，二者相互依赖，缺一不可。求的任务，二者相互依赖，缺一不可。几点说明：几点说明：第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用思考思考思考思考 .将将将将LEDLEDLEDLED控制电路从左图改成右图方式，是否可以？控制电路从左图改成右图方式，是否可以？控制电路从左图改成右图方式，是否可以？控制电路从左图改成右图方式，是否可以？第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用2.1 MCS-512.1 MCS-51系列概述系列概述 MCS-51是是Intel公司生公司生产的一个的一个单片机系列名称。片机系列名称。可分为基本型和增强型两大系列：可分为基本型和增强型两大系列：51子系列和子系列和52子子系列，系列，这一系列的一系列的单片机有多种，如：片机有多种，如：8051/8751/80318052/8752/803280C51/89C51/89S5180C52/89C52/89S52等等 第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用5151系列典型系列典型产品品资源配置源配置第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用功能上，功能上，该系列系列单片机有基本型和增片机有基本型和增强强型两大型两大类：增强型：增强型：8052/8752/803280C52/87C52/89C52/89S52基本型：基本型：8051/8751/803180C51/87C51/89C51/89S51第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用在在片片内内程程序序存存储器器的的配配置置上上，该系系列列单片片机机有有以以下下几几种种形形式式，即即掩掩膜膜ROM、EPROM、ROMLess和和FlashROM。如：。如：80C51有有4K字字节的掩膜的掩膜ROM87C51有有4K字字节的的EPROM80C31在芯片内无程序存在芯片内无程序存储器。器。89C51和和89S51在在芯芯片片内内增增加加了了基基于于Flash技技术的的闪速速可可电改改写写的的程程序序存存储器器。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用掩膜掩膜ROM型，程序由芯片生型，程序由芯片生产厂写入厂写入；EPROM型，程序通型，程序通过写入装置写入写入装置写入；FlashROM型，程序可型，程序可电写入（常用）。写入（常用）。片内片内ROM的配置形式：的配置形式：还有还有还有还有OTPROMOTPROM型，具有较高的可靠性型，具有较高的可靠性型，具有较高的可靠性型，具有较高的可靠性。无无ROM型，需外型，需外扩；第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用2.2 512.2 51单片机引脚信号单片机引脚信号(MOSI)(MOSI)(MISO)(MISO)(SCK)(SCK)第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用1.1.电源引脚电源引脚VccVcc和和Vss Vss Vcc：5V。Vss（GND）：接地端。）：接地端。通常在通常在Vcc和和Vss引脚之间接引脚之间接0.1高频滤波电高频滤波电容。容。2.2.时钟电路引脚时钟电路引脚XTAL1XTAL1和和XTAL2 XTAL2 第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用3.3.地址锁存允许地址锁存允许ALE ALE ALE用于控制地址锁存器锁存用于控制地址锁存器锁存P0口输出的低口输出的低8位地址；位地址；ALE周期性地以时钟频率的周期性地以时钟频率的1/6的的固定频率向外输出正脉冲信号？固定频率向外输出正脉冲信号？第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用4.4.外部程序存储器读选通信号外部程序存储器读选通信号PSENPSENPSEN是读外部程序存储器的选通信号是读外部程序存储器的选通信号，低低电平有效。电平有效。从外部存储器取指令时，它在每从外部存储器取指令时，它在每个机器周期中两次有效。个机器周期中两次有效。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用5.5.程序存储器地址允许输入端程序存储器地址允许输入端EA/VPPEA/VPP功能一：功能一：当当EAEA为高电平时，为高电平时，CPUCPU执行片内程序存储器指执行片内程序存储器指令，令，但当但当PCPC中的值超过中的值超过0FFFH0FFFH时，将自动转向时，将自动转向执行片外程序存储器指令。执行片外程序存储器指令。当当EAEA为低电平时，为低电平时，CPUCPU只执行片外程序存储器指令。只执行片外程序存储器指令。对于对于8031，EA必须接低电平。必须接低电平。功能二：功能二：并口编程时，并口编程时，+12V+12V第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用6.6.复位信号复位信号RSTRST 该信号高信号高电平有效，在平有效，在输入端保持入端保持两个机器周两个机器周期期的高的高电平后，就可以完成复位操作。平后，就可以完成复位操作。此外此外，该引脚还有掉电保护功能，该引脚还有掉电保护功能，若在若在该端接端接5V备用用电源，在使用中若源，在使用中若Vcccc掉掉电，可保，可保护片内片内RAM中信息不中信息不丢失。失。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用7.7.输入输入/输出口引脚输出口引脚P0P0、P1P1、P2P2和和P3 P3 P0口：口：该端口为漏极开路的该端口为漏极开路的8位准双向口，位准双向口，负载能力为负载能力为8高高LSTTL负载，它为负载，它为8 8位地位地址线和址线和8 8位数据线的复用端口。位数据线的复用端口。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用P1口：口：它是一个内部带上拉电阻的它是一个内部带上拉电阻的8位准双位准双向向I/O口，口，P1口的驱动能力为口的驱动能力为4个个LSTTL负负载。载。P2口口：它为一个内部带上拉电阻的：它为一个内部带上拉电阻的8位准双位准双向向I/O口，口，P2口的驱动能力也为口的驱动能力也为4个个LSTTL负载。负载。在访问外部程序存储器时，它作存在访问外部程序存储器时，它作存储器的高储器的高8位地址线。位地址线。P3口：口：P3口同样是内部带上拉电阻的口同样是内部带上拉电阻的8位准位准双向双向I/O口，口，P3口除了作为一般的口除了作为一般的I/O口使口使用之外，其还具有特殊功能。用之外，其还具有特殊功能。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用AT89S51单片机驱动电流总结每个管脚灌电流10mAP0总电流26mA P1总电流 15mA;P2总电流 15mA;P3总电流 15mA;单片机总灌电流71mA第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用u按功能可分成按功能可分成8个部件，通过片内单一总线连接起来个部件，通过片内单一总线连接起来2.3MCS-51单片机的内部组成及结构单片机的内部组成及结构2.3.1AT89S51的内部结构的内部结构第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用CPU运算部件运算部件控制部件控制部件BRAMP0口口P2口口ROM(EPROM)串串行行口口C/T中断中断系统系统SFRP1口口8P3口口888XTAL1XTAL2PSENALEEARESETVccVss1.1.微处理器微处理器2.2.数据存储器数据存储器3.3.程序存储器程序存储器4.I/O4.I/O口口5.5.串行口串行口6.6.定时定时/计数器计数器7.7.中断系统中断系统8.8.特殊功能特殊功能寄存器寄存器u控制方式：控制方式：SFR对各功能部件集中控制对各功能部件集中控制片内总线片内总线片内总线片内总线第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用1)中央处理器（中央处理器（CPU）:8位，运算和控制功能。位，运算和控制功能。2)内内部部数数据据存存储储器器（内内部部RAM）:共共256个个RAM单单元元，用用户户使使用用前前128个个单单元元，用用于于存存放放可可读读写写数数据，后据，后128个单元被专用寄存器占用。个单元被专用寄存器占用。3)内内部部程程序序存存储储器器（内内部部ROM）：80C51共共有有4KB掩掩膜膜ROM，用用于于存存放放程程序序、原原始始数数据据或或表表格格。89C和和89S系系列列内内部部有有不不同同容容量量的的FLASH存存储储器器，使用更方便。使用更方便。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用4)定定时时/计计数数器器：80C51共共有有两两个个16位位的的定定时时/计数器，以实现定时或计数功能。计数器，以实现定时或计数功能。5)并并行行I/O口口：MCS-51共共有有4个个8位位的的I/O口（口（P0、P1、P2、P3）。）。6)串行口：串行口：一个全双工的串行口。一个全双工的串行口。7)中中断断控控制制系系统统：共共有有5个个中中断断源源，即即外外中中断断两两个个，定定时时/计计数数中中断断两两个个，串串行行中中断断一个。一个。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用8)时时钟钟电电路路：时时钟钟电电路路为为单单片片机机产产生生时时钟钟脉脉冲冲序序列列。系系统统允允许许的的晶晶振振频频率率一一般般为为2MHz至至12MHz（89S系系列列为为0Hz至至33MHz）。）。9)ISPISP在在系系统统编编程程：AT89S51/52内内有有4/8K字字节节的的FLASH存存贮贮器器，支支持持在在系系统统编编程程ISP和和1000次的擦写周期。次的擦写周期。10)看看门门狗狗监监视视定定时时器器WDTWDT：AT89S系系列列单单片片机机内内部部增增加加了了一一个个定定时时器器T3作作为为看看门门狗狗监视定时器。监视定时器。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用2.3.289C51的的CPUCPU由运算器、控制器和若干由运算器、控制器和若干SFR（ACC，B，PSW，SP，DPTR）构）构成。成。（1）运算器：实现数据的算术运算和逻）运算器：实现数据的算术运算和逻辑运算。辑运算。（2）累加器）累加器ACC：提供一个操作数并存：提供一个操作数并存放运算结果，其进位标志放运算结果，其进位标志CY同时也是布同时也是布尔处理器的累加器。尔处理器的累加器。（3）寄存器）寄存器B：用于乘法和除法操作，：用于乘法和除法操作，也用作暂存器。也用作暂存器。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用（4 4 4 4）数据指针数据指针数据指针数据指针DPTRDPTRDPTR为为16位寄存器，位寄存器，编程时，可以按编程时，可以按16位寄存位寄存器来使用，也可以按两个器来使用，也可以按两个8位寄存器来使用。位寄存器来使用。DPTR主要是用来保存主要是用来保存16位地址位地址MOVXA,DPTRMOVXDPTR,AMOVCA,A+DPTRMOVDPTR,#1000HMOVDPH,#10HMOVDPL,#00H（5 5 5 5）堆栈指针堆栈指针堆栈指针堆栈指针SP(StackPointer)SP(StackPointer)指向栈顶数据的地址，指向栈顶数据的地址，8位，可软件设置初值，复位位，可软件设置初值，复位时时SP=07H。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用（6 6）CPUCPU标志寄存器标志寄存器CYCY：进位标志，有进位或借位时进位标志，有进位或借位时为为1，否则为，否则为0ACAC：辅助进位标志当辅助进位标志当D3向向D4有进有进位或借位时为位或借位时为1，否则为，否则为0F0F0：用户标志用户标志RS1RS1、RS0RS0：工作寄存器组工作寄存器组OVOV：溢出标志，结果超过溢出标志，结果超过-128+127时，时，OV=1，否则为，否则为0P P：奇偶校验标志，当奇偶校验标志，当ACC中中“1”的个数为奇数个时，的个数为奇数个时，P=1CYCYACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOVP PPSW 1111第第第第 33区区区区18H1FH18H1FH 0101第第第第 11区区区区08H0FH08H0FHRS1RS0RS1RS0寄存器区寄存器区寄存器区寄存器区片内片内片内片内RAMRAM地址地址地址地址 0000第第第第 00区区区区00H07H00H07H1010第第第第 22区区区区10H17H10H17H第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用CPU的工作原理的工作原理程程序序计计数数器器（PC）：是是一一个个16位位的的计计数数器器，其其内内容容为为将将要要执执行行指指令令的的地地址址。PC有有自自动动加加1功功能能，从从而而实实现现程程序序的的顺顺序序执执行行。只只能能通通过过转转移移、调调用用、返返回回等等指指令令改改变变其其内内容容，以以实实现现程程序的转移。序的转移。指令寄存器：用于暂时存放指令，等待译码。指令寄存器：用于暂时存放指令，等待译码。指令译码器：对指令进行译码，分析指令功能。指令译码器：对指令进行译码，分析指令功能。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用CPU执行程序一般包括两个主要过程执行程序一般包括两个主要过程第一，第一，就是从程序存储器中就是从程序存储器中取出指令取出指令，指令的地址由，指令的地址由PC指针提供。指针提供。第二第二，就是，就是指令执行指令执行过程，取出的指令代码首先被送到过程，取出的指令代码首先被送到CPU中控制器中的指令寄存器，再通过指令译码器译码变中控制器中的指令寄存器，再通过指令译码器译码变成各种电信号，从而实现指令的各种功能。成各种电信号，从而实现指令的各种功能。执行执行 取指令取指令分析分析第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用单片机执行程序的过程单片机执行程序的过程单片机执行程序的过程单片机执行程序的过程 单片机的工作过程就是执行程序的过程，单片机的工作过程就是执行程序的过程，程序执行可分解为取指令、分析指令、执行程序执行可分解为取指令、分析指令、执行指令及为取下条指令做准备的循环操作过程。指令及为取下条指令做准备的循环操作过程。Y=5+10 实现程序如下：实现程序如下：实现程序如下：实现程序如下：存储器地址存储器地址存储器地址存储器地址 机器码机器码机器码机器码 汇编程序汇编程序汇编程序汇编程序 2000H 2000H 7405H MOV A 7405H MOV A，#05H#05H 2002H 240AH ADD A 2002H 240AH ADD A，#0AH#0AH 2004H 80FEH SJMP 2004H 80FEH SJMP 例例第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用 假设假设假设假设PCPCPCPC当前值为当前值为当前值为当前值为2000H2000H2000H2000H，单片机复位后程序计数器单片机复位后程序计数器单片机复位后程序计数器单片机复位后程序计数器PCPCPCPC的内容为的内容为的内容为的内容为0000H,0000H,0000H,0000H,故必须从故必须从故必须从故必须从0000H0000H0000H0000H单元开始取指令来执行程序。单元开始取指令来执行程序。单元开始取指令来执行程序。单元开始取指令来执行程序。0000H0000H0000H0000H单元是系统的起始地址单元是系统的起始地址单元是系统的起始地址单元是系统的起始地址,一般在该单元存放一般在该单元存放一般在该单元存放一般在该单元存放一条无条件转移指令一条无条件转移指令一条无条件转移指令一条无条件转移指令,用户设计的程序是从转移后用户设计的程序是从转移后用户设计的程序是从转移后用户设计的程序是从转移后的地址开始存放执行的。的地址开始存放执行的。的地址开始存放执行的。的地址开始存放执行的。程序程序MOVA，#05H执行过程：执行过程：第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用1 1、取指令、取指令 1.PC的内容的内容2000H送地址寄存器。送地址寄存器。2.PC的内容自动加的内容自动加1（PC=2001H）。）。3.地址寄存器内容选中地址寄存器内容选中2000H存储单元存储单元。4.被选中的存储单元的内容被选中的存储单元的内容74H送指令寄存器。送指令寄存器。2 2、分析指令、分析指令 1.操作码操作码74H送指令译码器。送指令译码器。2.指令译码器将操作码分解成一系列的微操作信号。指令译码器将操作码分解成一系列的微操作信号。3.微操作信号与时序电路相结合，产生完成指令任务微操作信号与时序电路相结合，产生完成指令任务的工作时序。的工作时序。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用3 3、执行指令、执行指令1.按照指令的工作时序，按照指令的工作时序，PC的当前值（的当前值（2001H）再）再送地址寄存器，选取中地址为送地址寄存器，选取中地址为2001H的存储单元。的存储单元。2.2001H单元中的内容单元中的内容05H直接送累加器直接送累加器A。3.2001H指令单元数据取出后，指令单元数据取出后，PC值自动加值自动加1，变成，变成2002H，为取下条指令作好准备。，为取下条指令作好准备。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用单片机存储器组织结构单片机存储器组织结构单片机存储器组织结构单片机存储器组织结构）（外部外部K64RAM数据存储器数据存储器 程序存储器程序存储器2.4 2.4 存储器存储器第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用2.4.1 2.4.1 2.4.1 2.4.1 程序存储器程序存储器程序存储器程序存储器用途：用途：存放程序及程序运行时所需的常数。存放程序及程序运行时所需的常数。寻址范围：寻址范围：0000H 0000H FFFFH FFFFH 容量容量64KB64KB，即地址长度：，即地址长度：1616位位 ，寻址内部，寻址内部ROM；说明：当说明：当PC值超过片内值超过片内ROM容量时会自动转向外部存储器容量时会自动转向外部存储器空间。空间。，寻址外部，寻址外部ROM。说明：说明：8031单片机单片机必须接低电平。必须接低电平。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用6464KB KB 程程序序存存储储器器空空间间，EAEA不不同同电电平平选选择择片片内内或或片片外外低低位存储单元位存储单元 特殊存储单元：特殊存储单元：0000H系统复位，系统复位，PC指指向此处；向此处；0003H外部中断外部中断0入口入口000BHT0溢出中断入口溢出中断入口0013H外中断外中断1入口入口001BHT1溢出中断入口溢出中断入口0023H串口中断入口串口中断入口第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用2.4.2 2.4.2 2.4.2 2.4.2 数据存储器数据存储器数据存储器数据存储器用途：用途：存放程序执行的中间结果和过程数据的存放程序执行的中间结果和过程数据的。物理上分为两大区域：物理上分为两大区域：00H7FH即即128B用户用户RAM区。区。80HFFH即特殊功能寄存器区。即特殊功能寄存器区。R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7即可位寻址，又可字节寻址即可位寻址，又可字节寻址数据缓冲区、堆栈区、工作数据缓冲区、堆栈区、工作单元单元 1111第第第第 33区区区区18H1FH18H1FH 0101第第第第 11区区区区08H0FH08H0FHRS1RS0RS1RS0寄存器区寄存器区寄存器区寄存器区片内片内片内片内RAMRAM地址地址地址地址 0000第第第第 00区区区区00H07H00H07H1010第第第第 22区区区区10H17H10H17H第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用注意注意:一个单元地址对应有一个单元地址对应有8 8个位地址个位地址MSBMSBMost Significant Bit Most Significant Bit （最高有效位）（最高有效位）LSB LSB Least Significant Bit Least Significant Bit（最低有效位）（最低有效位）单元地址2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H27H26H25H24H23H22H21H20H7F7F77776F6F67675F5F57574F4F47473F3F37372F2F27271F1F17170F0F0707 MSB 位地址 LSB7E7E76766E6E66665E5E56564E4E46463E3E36362E2E26261E1E16160E0E06067D7D75756D6D65655D5D55554D4D45453D3D35352D2D25251D1D15150D0D05057C7C74746C6C64645C5C54544C4C44443C3C34342C2C24241C1C14140C0C04047B7B73736B6B63635B5B53534B4B43433B3B33332B2B23231B1B13130B0B03037A7A72726A6A62625A5A52524A4A42423A3A32322A2A22221A1A12120A0A020279797171696961615959515149494141393931312929212119191111090901017878707068686060585850504848404038383030282820201818101008080000RAM位寻址区位地址表位寻址区位地址表(P11)(P11)第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用（3 3 3 3）特殊功能寄存器特殊功能寄存器特殊功能寄存器特殊功能寄存器 寄存器寄存器 位地址位地址/位定义位定义 地址地址 F7F7 F6F6 F5F5 F4F4 F3F3 F2F2 F1F1 F0F0 B B F0HF0H E7E7 E6E6 E5E5 E4E4 E3E3 E2E2 E1E1 E0E0 ACCACC E0E0 D7D7 D6D6 D5D5 D4D4 D3D3 D2D2 D1D1 D0D0 PSWPSW CYCY ACAC F0F0 RS1RS1 RS0RS0 OVOV /P P D0HD0H BFBF BEBE BDBD BCBC BBBB BABA B9B9 B8B8 IPIP B8HB8H B7B7 B6B6 B5B5 B4B4 B3B3 B2B2 B1B1 B0B0 P3P3 P3.7P3.7 P3.6P3.6 P3.5P3.5 P3.P3.4 4 P3.3P3.3 P3.2P3.2 P3.1P3.1 P3.0P3.0 B0HB0H IEIE A8HA8H A7A7 A6A6 A5A5 A4A4 A3A3 A2A2 A1A1 A0A0 P2P2 P2.7P2.7 P2.6P2.6 P2.5P2.5 P2.4P2.4 P2.3P2.3 P2.2P2.2 P2.1P2.1 P2.0P2.0 A0HA0H SBUFSBUF 99H99H 第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用1 1、数据总线（、数据总线（DBDB）由由P0口提供口提供8位数据位数据2 2、地址总线（、地址总线（ABAB）由由P2，P0提供提供16位地址位地址3 3、控制总线（、控制总线（CBCB）由由P3口和口和RST、EA、ALE、PSEN组成组成8031P0.0-P0.7ALEPSENP2.0-P2.48D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GEAOECE2764373MCS-51MCS-51三总线结构三总线结构三总线结构三总线结构第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用2.5 2.5 2.5 2.5 CPUCPU的时钟电路和时序的时钟电路和时序的时钟电路和时序的时钟电路和时序我们知道了单片机怎样取指、执指，即怎样运行程序了。我们知道了单片机怎样取指、执指，即怎样运行程序了。那么怎样才能保证那么怎样才能保证CPU有序的工作？这就必须提到单片机的有序的工作？这就必须提到单片机的两个非常重要的外围电路：单片机的时钟电路和复位电路。两个非常重要的外围电路：单片机的时钟电路和复位电路。时钟电路：时钟电路：时钟电路：时钟电路：C1和和C2取取30pF左右左右1.212MHz第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用晶振、晶振、复位电路复位电路烘箱控制系统第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用【振荡周期振荡周期】：单片机外接石英晶体振荡器的周期。如外：单片机外接石英晶体振荡器的周期。如外接石英晶体的频率若为接石英晶体的频率若为12MHz，这其振荡周期就是，这其振荡周期就是1/12微微秒。秒。【状态周期状态周期】：单片机完成一个最基本的动作所需的时间：单片机完成一个最基本的动作所需的时间周期。如扫描一次定时器周期。如扫描一次定时器T0引脚状态所需要的时间。一个引脚状态所需要的时间。一个状态周期状态周期2个振荡周期。个振荡周期。【机器周期机器周期】：单片机完成一次完整的具有一定功能的动：单片机完成一次完整的具有一定功能的动作所需的时间周期。如一次完整的读操作或写操作对应的作所需的时间周期。如一次完整的读操作或写操作对应的时间。一个机器周期时间。一个机器周期6个状态周期。个状态周期。【指令周期指令周期】：执行完某条指令所需要的时间周期，一般执行完某条指令所需要的时间周期，一般需要需要14个机器周期，如个机器周期，如MULAB指令是四机器周期指令。指令是四机器周期指令。一个指令周期一个指令周期14个机器周期。个机器周期。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用一个机器周期一个机器周期P1 P2P1 P2单字节单周期指令例：INC A单周期单字节指令时序单周期单字节指令时序第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用2.6 2.6 2.6 2.6 单片机工作方式单片机工作方式单片机工作方式单片机工作方式单片机工作时，除了需要时钟支持外，还必须单片机工作时，除了需要时钟支持外，还必须有一个初始状态，即单片机的复位状态。复位不有一个初始状态，即单片机的复位状态。复位不改变改变RAM（包括工作寄存器（包括工作寄存器R0-R7）的状态，）的状态，89C51的初始状态如下表：的初始状态如下表：时钟电路开始工作时钟电路开始工作后，在后，在RESET引脚引脚上出现上出现24个时钟周个时钟周期以上的高电平，期以上的高电平，系统即初始复位。系统即初始复位。单片机RST+5V2001K30F2.6.1 2.6.1 2.6.1 2.6.1 复位与复位电路复位与复位电路复位与复位电路复位与复位电路第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用特殊功能寄存器特殊功能寄存器初始态初始态特殊功能寄存器特殊功能寄存器初始态初始态ACC00HB00HPSW00HSP07HDPH00HTH000HDPL00HTL000HIPxxx00000BTH100HIE0 xx00000BTL100HTMOD00HTCON00HSCONxxxxxxxxBSBUF00HP0-P31111111BPCON0 xxxxxxxB第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用2.6.280C51系列系列单片机的低功耗方式单片机的低功耗方式1、电源控制寄存器电源控制寄存器PCONSMODGF1GF0PDIDLIDL=0,PD=0,正常工作方式。正常工作方式。PD=1,进入掉入掉电工作方式；工作方式；IDL=1,PD=0,进入待机工作方式。入待机工作方式。GF1、GF0为用用户使用的通用使用的通用标志。志。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用2、待机方式在待机工作方式在待机工作方式CPU停止工作，但振荡停止工作，但振荡器与中断源继续工作。器与中断源继续工作。通过字节操作使通过字节操作使IDL=1,单片机进入待机单片机进入待机工作方式。工作方式。一次硬件复位或一次被开放的中断源的一次硬件复位或一次被开放的中断源的中断申请可复位中断申请可复位IDL，使单片机结束待机。，使单片机结束待机。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用3、掉电方式在掉电工作方式在掉电工作方式CPU与振荡器都停止工与振荡器都停止工作，仅片内作，仅片内RAM部分维持供电。掉电期部分维持供电。掉电期间，电压可低至间，电压可低至2V。通过字节操作使通过字节操作使PD=1,单片机进入掉电工单片机进入掉电工作方式。作方式。只有在电源电压正常时的硬件复位能使只有在电源电压正常时的硬件复位能使单片机结束掉电状态。单片机结束掉电状态。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用2.6.3 ISP2.6.3 ISP编程工作方式编程工作方式 ISP编程方式编程方式并行编程方式并行编程方式第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用并行编程方式需要借助编程器，在并行编程方式需要借助编程器，在EA/VPP（31引脚）上使用高电压（引脚）上使用高电压（+12V）和协调）和协调的控制信号进行编程。的控制信号进行编程。一、并行编程方式一、并行编程方式缺点：一是增加了硬件成本；二是在实际应缺点：一是增加了硬件成本；二是在实际应用开发过程中，需要从目标系统电路板上拔下用开发过程中，需要从目标系统电路板上拔下芯片，编程后再插上。芯片，编程后再插上。二、二、ISP编程方式（在线编程方式）编程方式（在线编程方式）将将RST接至接至Vcc，程序代码存储阵列可通过串行，程序代码存储阵列可通过串行ISP接口进行编程，接口进行编程，89S51的串行接口包含时钟输入的串行接口包含时钟输入SCK线（线（P1.7脚）、脚）、MOSI数据输入线（数据输入线（P1.5脚）脚）和和MISO数据输出线（数据输出线（P1.6脚）。脚）。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用ISP电缆和电缆和AT89S51系列单片机通过一个系列单片机通过一个10针的针的IDC口进口进行连接，行连接，IDC-10的引脚定义如图所示。的引脚定义如图所示。Atmel公司的公司的ISP软件可在软件可在Atmel公司的网站上公司的网站上免费下载，软件的使用可参阅软件的帮助说明。免费下载，软件的使用可参阅软件的帮助说明。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7u4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O口：口：P0P0，P1P1，P2P2，P3P3；u均可作为双向均可作为双向I/OI/O端口使用。输入时可端口使用。输入时可以缓冲，输出时可以锁存。以缓冲，输出时可以锁存。特点：特点：特点：特点：P0 P0：访问片外扩展存储器时，访问片外扩展存储器时，复用为低复用为低8 8位地址线和数据线位地址线和数据线 P2P2：高高8 8位地址线。位地址线。P1P1：双向双向I/OI/O端口端口 P3P3：第二功能第二功能1234567891011121314151617181920403938373635343332313029282726252424222180318051875189C5189S51片外扩展存储器时片外扩展存储器时P0、P2口自动作为总线使用口自动作为总线使用2.7输入输入/输出端口结构输出端口结构 第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用（1 1 1 1）P0P0P0P0和和和和P2P2P2P2口口口口三态缓冲器三态缓冲器场效应管场效应管P0口既可用作口既可用作I/O口，也可用作地址口，也可用作地址/数据总数据总线，但二者不能兼用，用作线，但二者不能兼用，用作I/O口时，必须在管脚口时，必须在管脚上接上拉电阻。用作地址上接上拉电阻。用作地址/数据总线时，地址和数数据总线时，地址和数据采取分时复用方式。据采取分时复用方式。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用P2口既可用作口既可用作I/O口，也可用作高口，也可用作高8位地址总线。位地址总线。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用（2 2 2 2）P1P1P1P1口口口口P1口只用作口只用作普通输入输普通输入输出口出口注意：注意：P0、P1、P2、P3口作输入时，为防止口作输入时，为防止口锁存器对输入口线造成影响必须先往口锁存口锁存器对输入口线造成影响必须先往口锁存器写器写1。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用（3 3 3 3）P3P3P3P3口口口口P3.0串行输入口串行输入口(RXD)P3.1串行输出口串行输出口(TXD)P3.2外中断外中断0(INT0)P3.3外中断外中断1(INT1)P3.5定时定时/计数器计数器1的外部输入口的外部输入口(T1)P3.6外部数据存储器写选通外部数据存储器写选通(WR)P3.4定时定时/计数器计数器0的外部输入口的外部输入口(T0)P3.7外部数据存储器读选通外部数据存储器读选通(RD)第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用读端口：读锁存器读端口：读锁存器Q端的状态。适应对口进端的状态。适应对口进行行“读读修改修改写写”操作指令的需要。如：操作指令的需要。如：ANLP0，A读引脚：读输入口线的状态。读引脚：读输入口线的状态。读端口与读引脚：第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用教学案例：教学案例：烘箱温度控制系统任务及单片机选型烘箱温度控制系统任务及单片机选型 控制对象控制对象 额定工作电压：额定工作电压：AC220V/50 HzAC220V/50 Hz。额定功率：额定功率：1 kW1 kW。烘箱容积：烘箱容积：20 L20 L。主要功能主要功能 温度控制范围与精度：控制范围温度控制范围与精度：控制范围2020240 240，控制精度，控制精度10 10。温度显示：数码管显示设定烘箱温度和实际温度显示：数码管显示设定烘箱温度和实际烘箱温度，温度测量分辨率烘箱温度，温度测量分辨率1 1。温度设定：通过按键调节设定温度，设定步温度设定：通过按键调节设定温度，设定步进进1 1。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用教学案例：教学案例：烘箱温度控制系统任务及单片机选型烘箱温度控制系统任务及单片机选型 单片机型号选择单片机型号选择 温度控制系统惯性大，控制周期长，运算温度控制系统惯性大，控制周期长，运算工作量不大，选择普通的工作量不大，选择普通的8 8位单片机即可满足要位单片机即可满足要求。由于教学过程中主要以求。由于教学过程中主要以AT89S51/S52AT89S51/S52单片机单片机为主来介绍单片机控制系统的硬件设计与软件设为主来介绍单片机控制系统的硬件设计与软件设计，因此，教学案例烘箱温度控制系统的控制核计，因此，教学案例烘箱温度控制系统的控制核心选用单片机心选用单片机AT89S51AT89S51。第2章 单片机的结构和工作原理 单片机原理与应用休休息息一一下下个人观点供参考，欢迎讨论！