单片机课件 第2章：单片机硬件结构及道理

天津科技大学机械工程学院,第二章、单片机硬件结构,第2章 单片机硬件系统,2.1 MCS -51单片机硬件结构,2.2 中央处理器CPU,2.3 存储器的结构,2.4 并行输入/输出接口,慌艺柠翰将立埠香夫臣日兄省菌得璃羞吼刨巢甄撞吓肋抹蒙已蹭苹有染饼单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,2.1 MCS - 51单片机硬件结构,2.1.1 MCS - 51系列单片机的分类,表 2.1 MCS - 51 系列单片机配置一览表,第二章、单片机硬件结构,拭菲佐蹲萧掘欺匣轻捆摇妇日桓讨勤獭徘发守增甥冻儿内曾育崔刁鲜束叶单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,2.1.2 MCS - 51单片机的内部结构,图 2.1 MCS - 51单片机结构框图,第二章、单片机硬件结构,兼墩趁持帮尔竟肚坷酮奢体域壕苟正鼻汕必循帕驭旬惑膛笨疯沁叭实撮疥单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,2.1.3单片机的引脚及其功能,图 2.2 MCS - 51单片机引脚及总线结构,(a) 管脚图； (b) 8031 引脚功能分类,第二章、单片机硬件结构,穷毁姆欧第喧味吃保场捉葡尿蛔岗燃烬琢拙一壳侵剔寞浦壤审庸红耻柱把单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,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)和 XTAL2(18脚) ：接外部石英晶体的两端，构成单片机内部的振荡器，支持CPU工作。,引脚说明,旬淤盅矣超样鸟浅魂积觉官菜独酿款骤址植娜脓眯园撞纫倘饭兵踊判居备单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,3输入 / 输出引脚,(1) P0口(3932脚)：P0.0P0.7统称为P0口。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，可作为双向I/O口使用，直接对外输出控制脉冲。,衅离栈艺德贱浙选街饮桩蚊床铣攘撞拜翠蘸俱胀颈皖跺醛祖堪脆胜疏霓贞单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,(3) P2口(2128脚)：P2.0P2.7统称为P2口，通常不作为I/O口使用，而是用做高8位地址，与P1口共同构成单片机的16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。,粳站乾厂赴把献山哎朴敬旭派掺融富咆雄域敌蚌嵌地莹烂退称蜡绩习膊仑单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,4控制线,(1) ALE/PROG(30脚)：地址锁存有效信号输出端（在形成16位地址总线时实用）。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。,汀足勇俯厚良梨缩蔓烃代赦停锯省病备熙斗脊架道墟暖擒迸肖惦拷膀耙凉单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,(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中的数据不丧失。,仙汞诅头侍宋屑隐某矗纵贰贷捏干洪肤牌妹峨躁土捷专立眷狼猾苟雹获岸单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,(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，否那么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，因而许多引脚都具有第二功能。,(2) 单片机对外呈现三种总线形式，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。由于是16位地址线，因此，可使片外存储器的寻址范围到达64 KB。,个击瓮铆本闯振释质链蔡倦仁逗集磨涡瞪鲸禁亩潍哗赌浦憋理剁葡季级畜单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,2.2 中央处理器CPU,2.2.1 运算器,算术逻辑单元ALU,2. 累加器ACCAccumulator,3. 存放器B,4. 程序状态字PSWPrograme State Word,Cy,AC,F0,RS1,RS0,OV,P,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,第二章、单片机硬件结构,颖扎如卷泌墙瓦隅桥秋汾匣腰扣咱辩碍掇噶狐狈阎坊章镊射沸燃枯摧炬玉单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,程序状态字的说明,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：,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。,字节地址D0H,C,AC,F0,RS1,RS0,OV,-,P,PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0,惜朗潭歹次祟烁难浑髓脆甥狡域微驶栗嫉输世怜网蠢步诅毙钮维撂尘焦旦单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,表2-1 RS1、 RS0与片内工作存放器组的对应关系,RS1,RS0,寄存器组,片内PAM地址,通用寄存器名称,0,0,0组,00H,07H,R0R7,0,1,1组,08H,0FH,R0R7,1,0,2组,10H,17H,R0R7,0,1,3组,18H,1FH,R0R7,第二章、单片机硬件结构,冒哆临汹赋涩殿胳否筏障扭骑鉴睬杠啦僵凋星苦蠕棠趣那么肩飞炳森迟霍彭单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,2.2.2 控制器,1. 时钟电路,图 2.3 单片机时钟电路,a 内部时钟电路； b 外部振荡源,第二章、单片机硬件结构,把顷逛其讽戎威向江鞭盎释村床沟妓咖撇叉燥棒额航鸥按活月腻椰恃饶蔓单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,2. 复位电路,图 2.4 单片机复位电路,a上电复位电路；(b) 开关复位电路,第二章、单片机硬件结构,涩川操闹痛专危仿观否循砷掣碟遗翟馏梧剩洗快惯拒驮攀榨骡孜昧阻轮搪单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,表 2-2 复位后内部存放器状态,第二章、单片机硬件结构,帧贴矛士遍筛屿疾够俺惩笼道隆蔚笛奠豌蔬澎羹倘详达婿峻衣绦其席蔬祁单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,3. 程序计数器PCProgram Counter,PC用于存放CPU下一条要执行的指令地址, 是一个 16 位的专用存放器, 可寻址范围是0000H0FFFFH共 64 K.。 程序中的每条指令存放在ROM区的某一单元, 并都有自己的存放地址。 CPU 要执行哪条指令时, 就把该条指令所在的单元的地址送上地址总线。 在顺序执行程序中, 当PC的内容被送到地址总线后, 会自动加 1, 即(PC) (PC)+1, 又指向CPU 下一条要执行的指令地址。,第二章、单片机硬件结构,彩婶挂顺妖陇育朗馁廊漏茬庸肪丙皖初趋嘴弧湾废根认照获导育爵坐侥扼单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,4. 堆栈指针SPStack Pointer,堆栈操作是在内存RAM区专门开辟出来的按照“先进后出原那么进行数据存取的一种工作方式, 主要用于子程序调用及返回和中断处理断点的保护及返回, 它在完成子程序嵌套和多重中断处理中是必不可少的。为保证逐级正确返回, 进入栈区的“断点数据应遵循“先进后出的原那么。SP用来指示堆栈所处的位置, 在进行操作之前, 先用指令给SP赋值, 以规定栈区在RAM区的起始地址栈底层。当数据推入栈区后, SP的值也自动随之变化。MCS - 51 系统复位后, SP初始化为07H。,第二章、单片机硬件结构,馆政课吝既隋幼批赦就术遂百篇揖嗣凭鹤踪刺窜佩劝踌兢捷扳咐之诅樟玄单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,5. 数据指针存放器DPTR,数据指针DPTR是一个 16 位的专用存放器, 其高位字节存放器用DPH表示,低位字节存放器用DPL表示。既可作为一个 16 位存放器DPTR来处理, 也可作为两个独立的 8 位存放器DPH和DPL来处理。 ,DPTR 主要用来存放 16 位地址, 当对 64 KB外部数据存储器空间寻址时, 作为间址存放器用。在访问程序存储器时, 用作基址存放器。,第二章、单片机硬件结构,哥识娘卒阮鸽琉钱欺招噬潍匿贺钥沫烘逞滔各裴才伤期犀调竿拈滓穗破壹单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,2.3 存储器的结构,图 2.5 MCS - 51 单片机的存储器结构,第二章、单片机硬件结构,绩你围哩粒贮灸莽遁详坟噪箍虐锨江谚痴振忆甩貌挠蕾曹渗颧翠朵萌藕虎单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,1. 程序存储器,对于8051来说, 程序存储器ROM的内部地址为 0000H0FFFH, 共 4 KB; 外部地址为 1000HFFFFH, 共 60 KB。 当程序计数器由内部 0FFFH执行到外部 1000H 时, 会自动跳转。对于 8751 来说, 内部有 4 KB的EPROM, 将它作为内部程序存储器; 8031 内部无程序存储器, 必须外接程序存储器。 8031 最多可外扩 64 KB程序存储器, 其中 6 个单元地址具有特殊用途, 是保存给系统使用的。0000H是系统的启动地址, 一般在该单元中存放一条绝对跳转指令。0003H、000BH、 000BH、001BH和 0023H对应 5 种中断源的中断效劳入口地址。,第二章、单片机硬件结构,沮胳尊尧壕洼锥霹哲有甭叼呕解豹待珠弯植哀桓越耗啼鸵拎格耿旅衡暖庄单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,2. 内部数据存储器,MCS-51 单片机片内RAM的配置如图 2.4b所示。片内RAM为 256 字节, 地址范围为00HFFH, 分为两大局部: 低 128 字节00H7FH为真正的RAM区; 高 128 字节80HFFH为特殊功能存放器区SFR。 ,在低 128 字节RAM中, 00H1FH共 32 单元是 4 个通用工作存放器区。每一个区有 8 个通用存放器R0R7。存放器和RAM地址对应关系如表 2.4。,第二章、单片机硬件结构,途蹲践帧泅兢钧佛溺晚证掘带绅删盆言谆淄萌忱豹及座之罕三般旨屡吉净单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,表 2.4 存放器与RAM 地址对照表,第二章、单片机硬件结构,孙第击到烯抄虫烩曾嘲吻砰拭康渴度挝眠侩集美堆铸壬陵泌番购寄著坯岳单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,表 2.5 RAM中的位寻址区地址表,第二章、单片机硬件结构,脏沮管画萨噬孩相望县照罐苟劲涯戎理羌取冯妹追马盎腔分道缆零竣夯桓单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,表 2-6 SFR特殊功能存放器地址表,第二章、单片机硬件结构,吉八佬叉晓粗讫溉俯琳伐哩婪痒杀糯虫章现咬顾袭诡咸柠斜彦补戍北虱蹿单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,表 2-7 SFR特殊功能存放器地址表,第二章、单片机硬件结构,卖妙别容姑芥杭炎聊肋韭玖诉笋培扩讲肆近擂蒋滞靠懊乘突趟公女的堕丛单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,表 2-8 SFR特殊功能存放器地址表,第二章、单片机硬件结构,址括刃雇珠即栗致士唯宅眶兆谐绚弥鼻寞曾呜腹靳矗誊冯田哎丘已丹甩慎单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,3. 外部数据存储器,外部数据存储器一般由静态RAM构成，其容量大小由用户根据需要而定, 最大可扩展到 64 KB RAM , 地址是 0000H0FFFFH。 CPU通过MOVX指令访问外部数据存储器, 用间接寻址方式, R0、R1和 DPTR都可作间接存放器。注意, 外部RAM和扩展的I/O接口是统一编址的, 所有的外扩I/O 口都要占用 64 KB中的地址单元。,第二章、单片机硬件结构,虹服宽伶瓢裔鲜西也挨竭掐羞磺襄辕惹嗣雁鼓军吼饿踩未断壁琴凡峰模震单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,2.4 并行输入/输出接口,1. P0口,第二章、单片机硬件结构,对于MCS-51系列单片机， P0 口一般只作为低8位地址总线使用, 而不作为I/O线直接与外部设备相连。,轰撑闻帛周事夸絮闰首魄逮效愤男伊叭撬羞拭怠徘斩竿炯摧久火醛柒钙墒单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,2. P1、P2和P3口,P1、P2 和P3 口为准双向口, 使用功能有所不同。 ,P1口是用户专用 8 位准双向I/O口, 具有通用输入/输出功能, 每一位都能独立地设定为输入或输出。当有输出方式变为输入方式时, 该位的锁存器必须写入“1, 然后才能进入输入操作。,P2口是 8 位准双向I/O口。外接I/O设备时, 可作为扩展系统的地址总线, 输出高8位地址, 与P0 口一起组成 16 位地址总线。 对于51系列单片机而言, P2 口一般只作为地址总线使用, 而不作为I/O线直接与外部设备相连。,第二章、单片机硬件结构,侠近疵铲讣琳意藏毅挤看洲电焰雏舵惊少佣浸副哩藻昨饼研称仓距涯睦迅单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,表 2-9 P3口的第二功能,第二章、单片机硬件结构,碘疯菜塑揪按硝腿硒太缔牲抱沟奎皿奖盏哦炎怀店狂咸杖茸慑次泊獭竿古单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理单片机课件 第2章：单片机硬件结构及原理,